JP2023039605A - relay protection system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気機械設備のコントローラーに関し、詳しくは継電器保護システムに関するものである。 The present invention relates to controllers for electromechanical equipment, and more particularly to relay protection systems.
継電器(relay)はロボットアーム、機械設備またはその他の電気機械設備などの自動制御領域に幅広く応用される。しかし、継電器の機械接点において、使用温度および電気などの要素に関わって、NO接点とCOM接点(共同接点)がスティッキング状態になるか、相互にくっ付いて剥がれないという現象が発生する。 Relays find wide application in automated control areas such as robot arms, mechanical equipment or other electro-mechanical equipment. However, in the mechanical contacts of the relay, a phenomenon occurs in which the NO contact and the COM contact (common contact) are in a sticking state or stick to each other and cannot be peeled off, depending on factors such as operating temperature and electricity.
特許文献1により開示された継電器の接点故障検出システムは制御回路ユニットによって制御システムを触発させて警告を発すると同時に制御システムを遮断するものである。特許文献1の別の一つの実施形態は保護回路ユニットによって内部の低電圧を制御する電力を遮断する。まとめると、特許文献1は常に継電器の状態を検出することが必要なだけでなく、高圧電源の作動を遮断する際、内部の低電圧の伝送を制御および遮断する方法を採用するため、内部の低電圧および高電圧源の伝送経路を単独で遮断することができない。また二つの継電器のいずれかの接点に異常が発生する時、直接継電器の電源を遮断できず、警告を発して次の起動を阻止するが、二つの継電器に異常が同時に発生する時の対応は具体的に開示されていなかった。 A contact failure detection system for a relay disclosed in Patent Document 1 triggers a control system by a control circuit unit to issue a warning and shut off the control system at the same time. Another embodiment of Patent Document 1 cuts off the power controlling the internal low voltage by a protection circuit unit. In summary, Patent Document 1 not only needs to constantly detect the state of the relay, but also adopts a method of controlling and interrupting the internal low voltage transmission when interrupting the operation of the high voltage power supply, so that the internal The transmission paths of low voltage and high voltage sources cannot be cut off independently. Also, when an abnormality occurs in either contact of the two relays, the power to the relay cannot be cut off directly, and a warning is issued to prevent the next activation. was not specifically disclosed.
特許文献2により開示された電源制御装置および継電器の異常検出方法はコンデンサの充電の仕組みによって継電器の状態を判断することである。 The power supply control device and the method for detecting an abnormality in the relay disclosed in Patent Document 2 determine the state of the relay based on the charging mechanism of the capacitor.
特許文献3により開示された継電器装置は継電器内部に配置された制御部によって故障検出および切替制御を行うことである。しかし、特許文献3は制御部を増設するために継電器の構造を設計し直さなければならないため、体積が一般の継電器の体積より大きく、空間的に制限された制御器に対応することが難しい。 The relay device disclosed in Patent Document 3 is to perform failure detection and switching control by a control unit arranged inside the relay. However, in Patent Document 3, since the structure of the relay must be redesigned in order to add a control unit, the volume is larger than the volume of a general relay, and it is difficult to deal with a controller that is limited in space.
本発明は上述した欠点に鑑み、継電器の接点に異常が発生した際、継電器に関連する電源を遮断し、継電器を使用する際の安全性を確保することができる継電器保護システムと、それを応用するロボットアームコントローラーとを提供することを主な目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned drawbacks, the present invention provides a relay protection system capable of shutting off the power supply associated with a relay when an abnormality occurs in the contacts of the relay to ensure safety when using the relay, and its application. The main purpose is to provide a robot arm controller that
上述した課題を解決するため、継電器保護システムは継電器、緊急停止装置、トリガー検出回路、スティッキング検出回路および電源オフ回路を備える。緊急停止装置は緊急停止信号を発する。トリガー検出回路は継電器および緊急停止装置に接続され、緊急停止信号をトリガー信号に転換する。スティッキング検出回路はトリガー検出回路および継電器に接続され、継電器からのスティッキング信号を検出し、トリガー信号およびスティッキング信号に基づいて電源オフ信号を発する。電源オフ回路は緊急停止装置、継電器およびスティッキング検出回路に接続され、キャッチした電源オフ信号に基づいて継電器の電源を遮断する。 To solve the above problems, a relay protection system comprises a relay, an emergency stop device, a trigger detection circuit, a sticking detection circuit and a power off circuit. The emergency stop device emits an emergency stop signal. A trigger detection circuit is connected to the relay and the emergency stop device and converts the emergency stop signal into a trigger signal. The sticking detection circuit is connected to the trigger detection circuit and the relay, detects a sticking signal from the relay, and issues a power off signal based on the trigger signal and the sticking signal. The power-off circuit is connected to the emergency stop device, the relay and the sticking detection circuit, and cuts off power to the relay based on the power-off signal received.
上述した課題を解決するため、ロボットアームコントローラーは継電器保護システムを応用するものである。 To solve the above problems, the robot arm controller applies a relay protection system.
上述した技術的特徴により、本発明による継電器保護システムおよびそれを応用するロボットアームは緊急停止装置からの緊急停止信号に基づいてトリガー検出回路を介してスティッキング検出回路を作動させ、継電器にスティッキング現象、即ち異常が発生したか否かをスティッキング検出回路に判断させる。継電器にスティッキング現象が発生した場合、電源オフ回路は継電器に関連する電源を遮断し、継電器を使用する際の安全性を確保する。また緊急停止装置は継電器にスティッキング現象が発生したか否かという問題を検出し、継電器を使用する際の信頼性を向上させることができる。 According to the above-described technical characteristics, the relay protection system according to the present invention and the robot arm to which it is applied operate the sticking detection circuit through the trigger detection circuit based on the emergency stop signal from the emergency stop device, and the sticking phenomenon, That is, the sticking detection circuit determines whether or not an abnormality has occurred. When a sticking phenomenon occurs in the relay, the power off circuit cuts off the power associated with the relay to ensure safety when using the relay. In addition, the emergency stop device can detect whether or not a sticking phenomenon has occurred in the relay, thereby improving the reliability of using the relay.
本発明による継電器保護システムの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法について、以下の実施形態の詳細な説明を通して明確にする。なお、以下の詳細な説明および本発明により開示された実施形態は本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を限定できないことは、本発明にかかる領域において常識がある者ならば理解できるはずである。 The detailed structure, features, assembly or method of use of the relay protection system according to the present invention will be made clear through the detailed description of the embodiments below. It should be noted that the following detailed description and the embodiments disclosed by the present invention are merely examples for explaining the present invention, and that the scope of the claims of the present invention cannot be limited. Then you should be able to understand.
以下、本発明による継電器保護システムを図面に基づいて説明する。なお、本明細書において接続や電気的接続などの導通に関わる用語と、高出力や低出力などの電力信号または電位信号に関わる用語とは本発明の請求範囲を限定するものではなく、明細書の記述に合わせて挙げられる。 A relay protection system according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification, terms relating to conduction such as connection and electrical connection and terms relating to power signals or potential signals such as high output and low output do not limit the scope of the claims of the present invention. It is mentioned according to the description of.
(一実施形態)
図1に示すように、継電器保護システム10はロボットアームまたは継電器が必要な環境に応用される。
(one embodiment)
As shown in FIG. 1, the
継電器保護システム10は継電器11、緊急停止装置13、トリガー検出回路15、スティッキング検出回路17および電源オフ回路19を備える。継電器11はコイル111、NO接点113、NC接点115およびCOM接点117を有する。緊急停止装置13は緊急停止信号を発する。トリガー検出回路15、スティッキング検出回路17および電源オフ回路19は回路基板(図中未表示)に配置される。
The
トリガー検出回路15は継電器11のコイル111および緊急停止装置13に接続され、緊急停止信号をキャッチする。スティッキング検出回路17はトリガー検出回路15および継電器11のNC接点115に接続され、緊急停止信号および継電器11の接点信号に基づいて電源オフ信号を発する。電源オフ回路19はスティッキング検出回路17、継電器11および緊急停止装置13に接続され、電源オフ信号に基づいて継電器11の電源を遮断する。
A
正常な状況下で電気を供給する際、継電器11はNO接点113とCOM接点117とが導通することによって負荷30に電力を供給する。このときNC接点115とCOM接点117とは導通せず、遮断される。
正常な状況下で電源を遮断する際、継電器11のNC接点115とCOM接点117とは導通し、NO接点113とCOM接点117とは導通せず、遮断されるため、ロボットアームコントローラーのほかの回路またはモーターなどの負荷30に電力を供給することはできない。
When supplying electricity under normal conditions, the
When the power is cut off under normal conditions, the NC
継電器11に異常が発生した際、継電器11のNC接点115とCOM接点117とは導通させられる。つまり、NO接点113とCOM接点117とは相互にくっ付いて剥がれない状態またはスティッキング状態になる。或いは、継電器11はNC接点115とCOM接点117とを導通させないため、負荷に供給する電力を効果的に遮断することができない。
When an abnormality occurs in the
異常状態下で本発明はトリガー検出回路15によって緊急停止信号の内容を検出する。このときトリガー検出回路15はキャッチした緊急停止信号をトリガー信号に転換し、続いてトリガー信号をスティッキング検出回路17に伝送する。スティッキング検出回路17はトリガー信号に基づいて継電器11の接点状態を検出する。
Under abnormal conditions, the present invention detects the content of the emergency stop signal by the
本実施形態において、スティッキング検出回路17はNC接点115の作動状態を検出する。緊急停止信号が発生したうえでNC接点115とCOM接点117との間が遮断されたこと、即ち、継電器のNO接点113が相互にくっ付いて剥がれない状態またはスティッキング状態になることが検出されれば、スティッキング検出回路17は電源オフ信号を電源オフ回路19に発する。続いて電源オフ回路19は電源オフ信号に基づいて継電器11の電源を遮断し、メンテナンス作業を進行させる。
In this embodiment, the
緊急停止信号が発生した際、NC接点115とCOM接点117が接続状態であれば、継電器11は正常な状態である。
If the NC contact 115 and the
本実施形態において、電源オフ回路19は第一スイッチユニット191および第二スイッチユニット193を有する。第一スイッチユニット191は第一電源VS1および緊急停止装置13に接続され、電源オフ信号に基づいて緊急停止装置13への給電を遮断する。第二スイッチユニット193は第二電源VS2およびNO接点113に接続され、電源オフ信号に基づいて継電器11のNO接点113への給電を遮断する。上述した技術的特徴により、継電器11に関連する電源を遮断すれば、電源オフを達成することができる。
In this embodiment, the power off
正常な状態下でNC接点115とCOM接点117との間が遮断状態であることをスティッキング検出回路17が検出すれば、スティッキング状態が解除され、継電器11が正常な状態に戻るため、電源オフ信号は発生しない。
If the
図2において、図1との違いは二つの継電器11を配置することである。言い換えれば、別の実施形態において、継電器11の数は本実施形態に限定されず、三つか三つ以上増加してもよい。
In FIG. 2, the difference from FIG. 1 is that two
緊急停止装置13はヒューズ131および緊急停止スイッチユニット133を有する。緊急停止装置13は緊急停止スイッチユニット133の作動または起動によって緊急停止信号を発する。別の実施形態において、緊急停止装置13は別のユニットまたは電子回路によって緊急停止信号を発することができる。
トリガー検出回路15は入力保護ユニット151、第一オペアンプOPA1および第二オペアンプOPA2を有する。スティッキング検出回路17はトリガー信号に基づいて作動し、第一Nチャネルトランジスタ(N-MOSFET)Q1を有する。電源オフ回路19はフォトカプラ195、第二NチャネルトランジスタQ2、第一Pチャネルトランジスタ(P-MOSFET)Q3、第二PチャネルトランジスタQ4および出力保護ユニット197を有する。第一スイッチユニット191は第一PチャネルトランジスタQ3からなる。第二スイッチユニット193は第二PチャネルトランジスタQ4からなる。
The
入力保護ユニット151は緊急停止装置13の出力端VD(即ち緊急停止装置13の緊急停止スイッチユニット133)および第一オペアンプOPA1の逆相入力端に電気的に接続される。第一オペアンプOPA1は正相入力端が第一電源VS1に電気的に接続され、出力端が第二オペアンプOPA2の逆相入力端に電気的に接続される。第二オペアンプOPA2は正相入力端が第一電源VS1に電気的に接続され、出力端が第一NチャネルトランジスタQ1のゲート(gate)に電気的に接続される。
第一NチャネルトランジスタQ1はソース(source)が接地端に接続され、ドレイン(drain)が継電器11のNC接点115、第一電源VS1、第二NチャネルトランジスタQ2のゲートおよび第一PチャネルトランジスタQ3のゲートに電気的に接続される。第二NチャネルトランジスタQ2のソースは接地端に電気的に接続される。第一PチャネルトランジスタQ3のソースは第一電源VS1に電気的に接続される。出力保護ユニット197は第一PチャネルトランジスタQ3のドレインおよび緊急停止装置13の入力端、即ち緊急停止装置13のヒューズ131に電気的に接続される。
フォトカプラ195は一次側が第一電源VS1および第二NチャネルトランジスタQ2のドレインに電気的に接続され、二次側が第二電源VS2および第二PチャネルトランジスタQ4のゲートに電気的に接続される。第二PチャネルトランジスタQ4はソースが第二電源VS2に電気的に接続され、ドレインが継電器11のNO接点113に電気的に接続される。緊急停止装置13の出力端VDは継電器11のコイル111に電気的に接続される。
The
The first N-channel transistor Q1 has a source connected to ground and a drain connected to the NC contact 115 of the
The
本実施形態において、入力保護ユニット151および出力保護ユニット197は構成が同じであり、ダイオードと過渡電圧ダイオードを含む。本発明は入力保護ユニット151および出力保護ユニット197を配置するため、第二電源VS2および第一電源VS1の配線が間違ったことで給電システム(即ち第二電源VS2および第一電源VS1による電源環境)を損壊させることを避けることができる。
In this embodiment, the
一般的または正常な給電状況下で継電器11のNO接点113はCOM接点117に接続される。NC接点115はオープン状態下で負荷に給電することを許容する。このとき、緊急停止装置13が作動しないか、起動されない場合であれば、緊急停止装置13は第一運算増幅器OPA1の逆相入力端に高出力が生じ、第一運算増幅器OPA1の出力端に低出力が生じる。第二運算増幅器OPA2の出力は高出力である。
上述した構造の特徴により、第一NチャンネルトランジスタQ1は導通状態に維持される。つまり、第一NチャンネルトランジスタQ1はドレインとソースとの間が導通し、ドレインが低出力である。それに対し、第二NチャンネルトランジスタQ2、第一PチャンネルトランジスタQ3および第二PチャンネルトランジスタQ4のゲートは低入力である。第一NチャンネルトランジスタQ2を遮断し、第一PチャンネルトランジスタQ3と第二PチャンネルトランジスタQ4を導通させれば、継電器11への給電が持続する。
NO
Due to the features of the structure described above, the first N-channel transistor Q1 remains conductive. That is, the first N-channel transistor Q1 conducts between the drain and the source, and the drain has a low output. In contrast, the gates of second N-channel transistor Q2, first P-channel transistor Q3 and second P-channel transistor Q4 are low inputs. If the first N-channel transistor Q2 is turned off and the first P-channel transistor Q3 and the second P-channel transistor Q4 are turned on, the power supply to the
緊急停止装置13が作動するか、起動される際、緊急停止装置13は第一運算増幅器OPA1の逆相入力端に低出力が生じ、第一運算増幅器OPA1の出力端に高出力が生じ、第二運算増幅器OPA2の出力は低出力である。このとき第一NチャンネルトランジスタQ1を遮断し、継電器11のNC接点115とCOM接点117とを接続する、即ち継電器11を正常な状態に維持すれば、第一PチャンネルトランジスタQ3および第二PチャンネルトランジスタQ4は導通状態になり、継電器11への給電を持続させる。
When the
緊急停止装置13が作動するか、起動される際、緊急停止装置13は第一運算増幅器OPA1の逆相入力端に低出力が生じ、第一運算増幅器OPA1の出力端に高出力が生じ、第二運算増幅器OPA2の出力は低出力である。第一NチャンネルトランジスタQ1は遮断されるのに対し、継電器11のNC接点115がCOM接点117に接続されず、NO接点113およびCOM接点117がスティッキング状態になる、即ち継電器11に異常が発生した場合、第一PチャンネルトランジスタQ3および第二NチャンネルトランジスタQ2のゲートに高入力が生じ、第二NチャンネルトランジスタQ2を導通させれば、フォトカプラ195の作動によって第二PチャンネルトランジスタQ4のゲートに高入力が生じる。このとき第一PチャンネルトランジスタQ3および第二PチャンネルトランジスタQ4は導通せず遮断状態になり、第二電源VS2および第一電源VS1の伝送経路を遮断する。
When the
電源オフ回路19はフォトカプラ195の第一電源VS1を介して第二PチャンネルトランジスタQ4のゲート電圧を制御するため、第一PチャンネルトランジスタQ3および第二PチャンネルトランジスタQ4の切り替えを同調にすることができる。第一電源VS1および第二電源VS2はフォトカプラ195によって距離があって離れるため、相互に影響を与えることを避けることができる。
The power-
上述をまとめると、本発明による継電器保護システムは緊急停止装置からの緊急停止信号を介して緊急停止を指示し、トリガー検出回路およびスティッキング検出回路を介してスティッキング現象、即ち異常が継電器に発生したか否かを検出する。継電器に異常が発生した場合、電源オフ回路はすべての継電器に関連する電源を遮断する。ロボットアームコントローラーは継電器保護システムによって継電器の電源を遮断し、ロボットアームのメンテナンス作業または継電器の交換を実行させることができる。以上より、継電器を使用する際の安全性を確保する。また緊急停止装置は継電器にスティッキング現象が発生したか否かの問題を検出し、継電器を使用する際の信頼性を向上させることができる。 To summarize the above, the relay protection system according to the present invention instructs emergency stop via the emergency stop signal from the emergency stop device, and determines whether the sticking phenomenon, that is, abnormality has occurred in the relay through the trigger detection circuit and the sticking detection circuit. detect whether or not In the event of a relay failure, the power off circuit cuts power associated with all relays. The robot arm controller can de-energize the relays by means of the relay protection system to allow maintenance work on the robot arm or replacement of the relays to be performed. From the above, safety is ensured when using relays. In addition, the emergency stop device can detect whether or not a sticking phenomenon has occurred in the relay, thereby improving the reliability of using the relay.
本明細書において、オペアンプおよびトランジスタ(NチャンネルトランジスタまたはPチャンネルトランジスタ)の数および配置位置は上述に限定されず、論理的に変更されてもよい。言い換えれば、本発明は、上記の実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。 In this specification, the number and placement positions of operational amplifiers and transistors (N-channel transistors or P-channel transistors) are not limited to those described above, and may be logically changed. In other words, the present invention is by no means limited to the above embodiments, and can be embodied in various forms without departing from the scope of the invention.
10 継電器保護システム
11 継電器
111 コイル
113 NO接点
115 NC接点
117 COM接点
13 緊急停止装置
131 ヒューズ
133 緊急停止スイッチユニット
15 トリガー検出回路
151 入力保護ユニット
17 スティッキング検出回路
19 電源オフ回路
191 第一スイッチユニット
193 第二スイッチユニット
195 フォトカプラ
197 出力保護ユニット
30 負荷
OPA1 第一オペアンプ
OPA2 第二オペアンプ
Q1 第一Nチャネルトランジスタ
Q2 第二Nチャネルトランジスタ
Q3 第一Pチャネルトランジスタ
Q4 第二Pチャネルトランジスタ
VS1 第一電源
VS2 第二電源
VD 出力端
10
Q2 second N-channel transistor Q3 first P-channel transistor Q4 second P-channel transistor VS1 first power supply VS2 second power supply VD output terminal
Claims (5)
前記緊急停止装置は緊急停止信号を発し、
前記トリガー検出回路は前記継電器および前記緊急停止装置に接続され、前記緊急停止信号をトリガー信号に転換し、
前記スティッキング検出回路は前記トリガー検出回路および前記継電器に接続され、前記継電器からのスティッキング信号を検出し、前記トリガー信号および前記スティッキング信号に基づいて電源オフ信号を発し、
前記電源オフ回路は前記緊急停止装置、前記継電器および前記スティッキング検出回路に接続されて前記電源オフ信号をキャッチし、続いて前記電源オフ信号に基づいて前記継電器の電源を遮断することを特徴とする、
継電器保護システム。 Equipped with relay, emergency stop device, trigger detection circuit, sticking detection circuit and power off circuit,
The emergency stop device emits an emergency stop signal,
the trigger detection circuit is connected to the relay and the emergency stop device and converts the emergency stop signal into a trigger signal;
the sticking detection circuit is connected to the trigger detection circuit and the relay, detects a sticking signal from the relay, and generates a power off signal based on the trigger signal and the sticking signal;
The power-off circuit is connected to the emergency stop device, the relay and the sticking detection circuit to catch the power-off signal, and then cut off the power of the relay based on the power-off signal. ,
Relay protection system.
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