JP2023104333A - 入力接点診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接点の故障前に、当該接点の劣化を、簡易な構成で診断できる接点診断装置を提供する。【解決手段】接点診断装置は、診断対象の接点１と、接点電源２１と、負荷容量２と、前記接点１と前記接点電源２１とを接続するスイッチング素子４と、を含む検査回路２０と、前記接点１にかかる電圧が、規定の閾値以上の場合にＨｉｇｈとなり、前記閾値未満の場合にＬｏｗとなる入力信号を出力する入力状態判定素子５と、前記スイッチング素子４を駆動して、前記接点１と接点電源２１との接続状態を切り替えるとともに、前記接続状態の切り替えに伴う前記入力信号の変化速度に基づいて、接点１の劣化を診断する診断部２２と、を備える。【選択図】図１

Description

本明細書では、接点の劣化を診断する入力接点診断装置を開示する。

シーケンサ等に使用される入力用の接点は、ＯＮ／ＯＦＦ動作により徐々に接点の劣化が進み突然機能しなくなることがある。

特開２００２－２７７４９４号公報 特許第６８３４８８３号公報

シーケンサ等に使用される入力用の接点において、劣化が進み突然機能しなくなると修理が完了するまでの間、機械を稼働できないという事態が発生する。

特許文献１に開示される電気接点の劣化診断方法および装置では、入力接点の劣化を接点の接触抵抗で判定する。しかし、特許文献１は、接点の抵抗値を直接計測するため、実用化するにはコストや部品の実装面積が課題となる。

また、特許文献２に開示される技術では、所定の診断パルスを使用して、接点が正常に動作しているかを診断する。しかし、特許文献２では、接点の故障前に接点の劣化を発見することはできない。

そこで、本明細書では、接点の故障前に、当該接点の劣化を、簡易な構成で診断できる接点診断装置を開示する。

本明細書で開示する入力接点診断装置は、診断対象の接点と、接点電源と、負荷容量と、前記接点と前記接点電源とを接続するスイッチング素子と、を含む検査回路と、前記接点にかかる電圧が、規定の閾値以上の場合にＨｉｇｈとなり、前記閾値未満の場合にＬｏｗとなる入力信号を出力する入力状態判定素子と、前記スイッチング素子を駆動して、前記接点と接点電源との接続状態を切り替えるとともに、前記接続状態の切り替えに伴う前記入力信号の変化速度に基づいて、接点の劣化を診断する診断部と、を備えることを特徴とする。

この場合、前記診断部は、前記接点の診断のために、前記接点と前記接点電源との接続を遮断した後、前記入力信号がＬｏｗに切り替わってから規定の基準ＯＦＦ時間が経過してから、当該接続を再開させてもよい。

また、前記診断部は、前記接続を再開してから前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間である復帰時間が、規定の比較値以上の場合に、前記接点が劣化したと判断してもよい。

この場合、前記診断部は、前記接点が正常な状態で、前記接点で前記接点電源との接続を遮断し、所定の待機時間経過後に、接続を再開する処理を、前記待機時間を徐々に増加させながら、前記基準ＯＦＦ時間および前記比較値が設定できるまで繰り返し実行し、前記接続再開から前記入力信号がＨｉｇｈになるまでの復帰時間が、前回の復帰時間と同じになった時点での復帰時間より大きい値を前記比較値に設定し、前記復帰時間が、前回の復帰時間と同じになった時点での前記待機時間より大きい値を前記基準ＯＦＦ時間として設定してもよい。

また、前記診断部は、前記入力信号がＬｏｗに切り替わったタイミングから、前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間が、規定の比較値以上の場合に劣化したと判断してもよい。

また、前記診断部は、前記接続を遮断してから、前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間が、規定の比較値以上の場合に劣化したと判断してもよい。

本明細書で開示する技術によれば、安価に接点の劣化状況を把握することが出来るようになる。これにより、接点が故障する前に計画的に機械のメンテナンスを行うことが可能となり、機械の不意の停止を防止することが出来る。

入力接点診断装置の構成を示すブロック図である。 比較値及び基準ＯＦＦ時間を決定する手順を示すフローチャートである。 比較値及びＯＦＦ時間を決定する際の動作を示すタイムチャートである。 入力接点診断装置の動作を示すタイムチャートである。 入力接点診断装置の動作の他の例を示すタイムチャートである。 入力接点診断装置の動作の他の例を示すタイムチャートである。

以下、入力接点診断装置の一実施例を、図面を用いて説明する。図１は、入力接点診断装置の構成を示すブロック図である。入力接点診断装置は、検査回路２０と、入力状態判定素子５と、診断部２２と、を有する。検査回路２０は、診断対象の接点１と、接点電源２１と、負荷容量２と、スイッチング素子４と、を含む。接点１は、フィルター回路３を通して入力状態判定素子５に接続される。なお、接触抵抗１ａは、接点１に存在する接触抵抗であり、配線上には負荷容量２が存在する。入力状態判定素子５は、フィルター回路３から出力される電気信号（以下「検査信号」と呼ぶ）の電圧レベルと、所定の閾値と、を比較する。なお、フィルター回路３は、ノイズ除去の目的で設けられたローパスフィルタであり、検査信号の電圧レベルは、接点１にかかる電圧、すなわち、接点電圧とみなせる。入力状態判定素子５は、検査信号のレベルが閾値以上であれば、Ｈｉｇｈの信号を、検査信号のレベルが閾値未満であれば、Ｌｏｗの信号を出力する。以下では、入力状態判定素子５から出力されるＨｉｇｈまたはＬｏｗの信号を「入力信号」と呼ぶ。

接点１に接続される接点電源２１は、スイッチング素子４により制御される。スイッチング素子４の制御入力には、後述するチェック信号発生部６が発生するチェック信号が入力される。チェック信号が入力されている期間中、スイッチング素子４は、ＯＦＦとなり、接点１と接点電源２１との接続が遮断される。

入力状態判定素子５の出力は、入力信号監視部１２に入力される。入力信号監視部１２は、入力信号がＬｏｗの場合は、入力ＯＦＦ確認信号を出力し、出力信号がＨｉｇｈの場合は、入力ＯＮ確認信号を出力する。入力ＯＦＦ確認信号は、ＯＦＦ時間カウンター１３に入力される。ＯＦＦ時間カウンター１３は、入力信号がＯＦＦ（Ｌｏｗ）の継続時間を、「ＯＦＦ時間」として、カウントする。また、ＯＦＦ時間カウンター１３は、現時点でのＯＦＦ時間と、ＯＦＦ時間保管部１０から入力される基準ＯＦＦ時間と、を比較する。基準ＯＦＦ時間は、接点１の検査のために、スイッチング素子４を一時的にＯＦＦにする時間である。かかる基準ＯＦＦ時間は、実験により予め決定された固定値であるが、この基準ＯＦＦ時間の決定手順については、後述する。比較の結果、現在のＯＦＦ時間が基準ＯＦＦ時間に達すれば、ＯＦＦ時間カウンター１３は、チェック信号発生部６に、チェック信号ＯＦＦ要求を出力する。チェック信号発生部６は、このチェック信号ＯＦＦ要求を受け取れば、スイッチング素子４へのチェック信号の出力を停止する。これによりスイッチング素子４は、ＯＮとなり、接点１と接点電源２１とが再度、接続される。

入力ＯＮ確認信号は、復帰時間カウンター７、および、判定部８に入力される。復帰時間カウンター７は、スイッチング素子４がＯＦＦからＯＮに切り替わってから、入力信号がＯＮ（Ｈｉｇｈ）となるまでの時間を、「復帰時間」としてカウントする。このカウントのために、復帰時間カウンター７には、チェック信号発生部６から出力されるチェック信号と、入力信号監視部１２から出力される入力ＯＮ確認信号と、が入力される。

判定部８は、復帰時間カウンター７から出力される復帰時間に基づいて、接点１の状態を判定する。具体的には、判定部８は、復帰時間と、規定の比較値と、を比較し、復帰時間が、比較値より大きい場合には、接点１に異常が発生していると判定し、ワーニングを出力する。比較値は、予め実験で求められ、比較値保管部９に保管される固定値である。この比較値の決定手順も後述する。表示器１１は、ワーニングに応じたテキスト、画像、音声等を出力し、オペレータに注意を促す。

上述したチェック信号発生部６、復帰時間カウンター７、判定部８、比較値保管部９、ＯＦＦ時間保管部１０、入力信号監視部１２、ＯＦＦ時間カウンター１３は、診断部２２を構成する。この診断部２２は、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）で構成されてもよいし、プロセッサとメモリを有するコンピュータで構成されてもよい。

次に、この入力接点診断装置での接点の診断の原理について簡単に説明する。接点１が劣化すると、接触抵抗１ａの抵抗値が上昇し、接点電源２１のＯＮ／ＯＦＦに伴う接点電圧の変化が緩やかになる。本例では、この特性を利用して接点１の劣化を診断する。具体的には、チェック信号を出力してスイッチング素子４をＯＦＦにする。このＯＦＦ状態を、規定の基準ＯＦＦ時間だけ継続する。これに伴い接点電圧が低下し、入力信号がＯＦＦに切り替わる。接点電圧が十分に低下すれば、チェック信号の出力を停止し、スイッチング素子４をＯＮにする。これに伴い接点電圧が上昇し、入力信号がＯＮに切り替わる。接点１が劣化していると、スイッチング素子４をＯＮに切り替えてから、入力信号がＯＮに切り替わるまで時間（以下「復帰時間」と呼ぶ）が長くなる。そこで、本例では、この復帰時間が、規定の比較値以上の場合には、接点が劣化していると判断して、ワーニングを出力する。「基準ＯＦＦ時間」および「比較値」は、上述した通り、予め実験で求めておく。

次に、比較値および基準ＯＦＦ時間の決定処理の流れを説明する。図２は、比較値保管部９に保管される比較値、および、ＯＦＦ時間保管部１０に保管される基準ＯＦＦ時間を決定するための動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１において、ＯＦＦ時間保管部１０および比較値保管部９の初期値を設定する。本例の場合、比較値の初期値は「０」、基準ＯＦＦ時間の初期値は「１」である。続いて、ステップＳ２において、チェック信号をＯＮさせる。ステップＳ３において、入力信号がＬｏｗになれば、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４において、ＯＦＦ時間カウンター１３を起動する。ステップＳ５において、ＯＦＦ時間カウンター１３のカウント値がＯＦＦ時間保管部１０に記憶されている基準ＯＦＦ時間に達したか否かを確認する。カウント値が、基準ＯＦＦ時間以上となった場合ステップＳ６に移行する。

カウント値が基準ＯＦＦ時間に達すれば、ＯＦＦ時間カウンター１３を停止したのち、ＯＦＦ時間保管部１０に記憶されている基準ＯＦＦ時間の値に１を加算し、ＯＦＦ時間カウンター１３のカウント値をクリアする。また、カウント値が基準ＯＦＦ時間に達すれば、チェック信号をＯＦＦする（Ｓ７）。

カウント値が基準ＯＦＦ時間に達すれば、さらに、復帰時間カウンター７を起動する（Ｓ８）。入力信号がＨｉｇｈに切り替われば（Ｓ９）、ステップＳ１０に移行する。復帰時間カウンター７のカウント値（すなわち復帰時間）が比較値保管部９に保管されている比較値以下の場合ステップＳ１２に、復帰時間が比較値より大きい場合ステップＳ１１に移行する。

復帰時間が比較値より大きい場合、復帰時間カウンター７を停止する（Ｓ１１）。また、復帰時間カウンター７のカウント値（すなわち復帰時間）を、新たな比較値として比較値保管部９に保管したのち、復帰時間カウンター７のカウント値をクリアし、ステップＳ２に移行する。復帰時間が比較値以上の場合、現在の比較値にマージンＡを加算した値を正式な比較値として決定し、現在の基準ＯＦＦ時間にマージンＢを加算した値を、正式な基準ＯＦＦ時間として決定する（Ｓ１２）。

次に、図３を参照して基準ＯＦＦ時間及び比較値の決定方法について説明する。基準ＯＦＦ時間及び比較値を決定する場合、先ず、基準ＯＦＦ時間および比較値の初期値を設定する。本例の場合、基準ＯＦＦ時間の初期値は１であり、比較値の初期値は０である。

この状態でチェック信号発生部６がチェック信号をハイレベルにし、接点１と接点電源２１との接続を遮断する（ｔ５）。検査回路２０の特性に従い、検査信号の電圧（すなわち接点電圧）は、徐々に降下を始める。検査信号の電圧レベルが、入力状態判定素子５の閾値を下回ると入力信号はＬｏｗとなる（ｔ７）。入力信号がＬｏｗに切り替わると、入力信号監視部１２は、入力ＯＦＦ確認信号をＯＦＦ時間カウンター１３に出力する。

入力ＯＦＦ確認信号を受けたＯＦＦ時間カウンター１３は、ＯＦＦ時間保管部１０に保管されている基準ＯＦＦ時間経過後、チェック信号発生部６にチェック信号ＯＦＦ要求を出力する。タイミングｔ７における基準ＯＦＦ時間は、初期値「１」であるため、チェック信号ＯＦＦ要求は、タイミングｔ７から「１」経過したタイミングｔ８に出力される。

チェック信号ＯＦＦ要求を受けたチェック信号発生部６は、チェック信号をローレベルにし、接点１への電源供給を再開する。また、復帰時間カウンター７は、カウントを開始する（ｔ８）。この際、基準ＯＦＦ時間には、１が加算される。

タイミングｔ８以降、電源供給が再開されると、検査回路２０の特性に従い、検査信号の電圧レベルは、徐々に上昇を始める。この電圧が、入力状態判定素子５の閾値を上回ると、入力信号がＨｉｇｈに切り替わる（ｔ９）。この場合、入力信号監視部１２は、入力ＯＮ確認信号を復帰時間カウンター７に出力する。

入力ＯＮ確認信号を受けた復帰時間カウンター７はカウントを停止し、判定部８は、現在の比較値（この時点では「０」）と、復帰時間カウンター７の出力であるカウント値（復帰時間、この時点では「１」）との比較を行う。

実施例の場合、カウント値（復帰時間）が、現在の比較値より大きいため、図２のステップＳ１１に進む。すなわち、タイミングｔ９時点の復帰時間（例の場合「１」）が、新たな比較値として設定される。また、復帰時間カウンター７は、停止後クリアされる。

この操作を何回か繰り返すと、基準ＯＦＦ時間は、徐々に長くなる。また、本例の場合、上記の処理を３回行ったタイミングｔ３２において、カウント値（復帰時間）は、比較値以下となる。カウント値（復帰時間）が、比較値以下となった場合、比較値保管部９には、現在の比較値にマージンＡ（本実施例の場合１）が加算された値が、正式な比較値として保管される。また、この時、ＯＦＦ時間保管部１０には、現在の基準ＯＦＦ時間にマージンＢ（本実施例の場合０）を加算した値が、正式な基準ＯＦＦ時間として保管される。

以上の説明で明らかな通り、本例では、スイッチング素子４をＯＦＦして入力信号がＬｏｗに切り替わった後、所定の基準ＯＦＦ時間、経過してから、スイッチング素子４をＯＮする処理を、基準ＯＦＦ時間を徐々に増加させながら繰り返している。そして、その際計測される復帰時間が、前回の復帰時間と同じになった時点での基準ＯＦＦ時間を、正式な基準ＯＦＦ時間として決定し、また、その時点での復帰時間以上の値を、正式な比較値として決定している。

次に、初期状態及び劣化が進んだ場合の動作について図４を使用し説明する。初期状態の場合、予め設定された比較値に対し、復帰時間カウンター７で計測される復帰時間は、比較値よりも小さいため、ワーニングがＯＮすることはない。

しかし、接点動作等による接点の劣化は接触抵抗１ａの抵抗値を上昇させ、接点電源２１のＯＮ／ＯＦＦに伴う入力状態判定素子５の入力電圧の変化は緩やかになる。この状態が進行すると、電源電圧遮断、復帰に伴う電圧変化にかかる時間は長くなり、復帰時間は増える。

この復帰時間が、予め設定されていた比較値以上になるとワーニングがＯＮすることとなる。例えば、図４の場合、タイミングｔ３５における復帰時間は、「３」であり、比較値は「３」であるため、ワーニングがＯＮする。ワーニングがＯＮすると、表示器１１は、その内容を表示し作業者にメンテナンスの必要性を告知する。

次に、他の例について説明する。上述した例では、スイッチング素子４をＯＮしてから入力信号がＨｉｇｈになるまでの時間を、「復帰時間」としてカウントしている。しかし、「復帰時間」は、接点電圧の変化速度を反映するのであれば、他のタイミングの時間でもよい。例えば、図５に示すように、入力信号がＬｏｗに切り替わってから、Ｈｉｇｈに切り替わるまでの時間を、「復帰時間」としてカウントしてもよい。この場合、比較値は、図２の手順で求めた比較値に、基準ＯＦＦ時間を付加した値となる。また、別の例として、図６に示すように、スイッチング素子４をＯＦＦにしてから、入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間を「復帰時間」としてカウントしてもよい。図５，図６のどちらの場合も接点１の劣化に従い復帰時間が増える傾向にあるため、図４の場合と同様に接点１の劣化の診断が可能となる。

１ 接点、１ａ 接触抵抗、２ 負荷容量、３ フィルター回路、４ スイッチング素子、５ 入力状態判定素子、６ チェック信号発生部、７ 復帰時間カウンター、８ 判定部、９ 比較値保管部、１０ ＯＦＦ時間保管部、１１ 表示器、１２ 入力信号監視部、１３ ＯＦＦ時間カウンター、２０ 検査回路、２１ 接点電源、２２ 診断部。

Claims (6)

1. 診断対象の接点と、接点電源と、負荷容量と、前記接点と前記接点電源とを接続するスイッチング素子と、を含む検査回路と、
   前記接点にかかる電圧が、規定の閾値以上の場合にＨｉｇｈとなり、前記閾値未満の場合にＬｏｗとなる入力信号を出力する入力状態判定素子と、
   前記スイッチング素子を駆動して、前記接点と接点電源との接続状態を切り替えるとともに、前記接続状態の切り替えに伴う前記入力信号の変化速度に基づいて、接点の劣化を診断する診断部と、
   を備えることを特徴とする接点診断装置。
2. 請求項１に記載の接点診断装置であって、
   前記診断部は、前記接点の診断のために、前記接点と前記接点電源との接続を遮断した後、前記入力信号がＬｏｗに切り替わってから規定の基準ＯＦＦ時間が経過してから、当該接続を再開させる、ことを特徴とする接点診断装置。
3. 請求項２に記載の接点診断装置であって、
   前記診断部は、前記接続を再開してから前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間である復帰時間が、規定の比較値以上の場合に、前記接点が劣化したと判断する、ことを特徴とする接点診断装置。
4. 請求項３に記載の接点診断装置であって、
   前記診断部は、前記接点が正常な状態で、前記接点で前記接点電源との接続を遮断し、所定の待機時間経過後に、接続を再開する処理を、前記待機時間を徐々に増加させながら、前記基準ＯＦＦ時間および前記比較値が設定できるまで繰り返し実行し、
   前記接続再開から前記入力信号がＨｉｇｈになるまでの復帰時間が、前回の復帰時間と同じになった時点での復帰時間より大きい値を前記比較値に設定し、
   前記復帰時間が、前回の復帰時間と同じになった時点での前記待機時間より大きい値を前記基準ＯＦＦ時間として設定する、
   ことを特徴とする接点診断装置。
5. 請求項２に記載の接点診断装置であって、
   前記診断部は、前記入力信号がＬｏｗに切り替わったタイミングから、前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間が、規定の比較値以上の場合に劣化したと判断する、ことを特徴とする接点診断装置。
6. 請求項２に記載の接点診断装置であって、
   前記診断部は、前記接続を遮断してから、前記入力信号がＨｉｇｈに切り替わるまでの時間が、規定の比較値以上の場合に劣化したと判断する、ことを特徴とする接点診断装置。