JP3893722B2 - 電子機器 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は電子機器に関し、特に、電源回路の故障検出機能を有する電子機器に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
安全用コンポーネント、たとえば安全用途に用いられる光電センサではデュアルシステムなどの多重化手法がしばしば用いられる。これは劣化などによって内部の電子部品が故障しても、その故障を検出して該センサの出力を安全側に作動させるためである。
【0003】
電源回路の多重化はその中でも非常に重要な部分である。なぜならば、電源回路が故障した場合、該光電センサの内部回路の高電圧が供給され、内部回路のほとんどが故障してしまう可能性があるからである。その場合は、内部回路が多重化されていたとしても意味がない。したがって、内部回路を多重化する場合は電源回路も同様に多重化する必要がある。
【0004】
しかしながら、電源回路を多重化すると装置規模が大きくなるばかりでなく、各電源回路はその出力にばらつきを持っているため、装置内の動作電圧に差が生じてしまう。これは多重化されたチャネル間での信号の送受信に支障を来す。たとえば動作電源電圧の0.9〜1.1倍がH入力(動作電圧5Vの場合、4.5V〜5.5V)であるようなCPUの入力ポートの場合、電源電圧が4.5VであるとH入力電圧は4.5V×(0.9〜1.1)=4.05V〜4.95Vとなり、他のチャネルの動作電圧が4.95Vを超えていると定格を超え、破壊するおそれがあるのでHレベルの入力はできなくなってしまう。
【0005】
上述の課題を解決するためにチャネル間に跨がる信号線に抵抗を挿入し、電圧差の影響をなくす解決方法が採用される場合には、CPUのポート入力容量と抵抗とで積分回路を構成しているためパルス幅を狭くできず、通信速度が遅くなるという課題が残る。
【0006】
また、電源回路の出力電圧を組立時に調整するという解決方法が採用された場合には、組立工数が増えたり、調整後、何らかの原因によって出力電圧が変動した場合(たとえば、調整に使用される可変抵抗の故障が原因となる出力電圧変動)、正しい電圧レベルの信号の送受信ができなくなるという課題が残る。
【0007】
それゆえにこの発明の目的は、内蔵する電源回路を多重化することなく、電源回路の故障による異常動作を回避できる電子機器を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
子機器は、外部電源から駆動電圧が供給されて動作して動作結果信号を出力するものであって、外部電源からの電圧を入力し電子機器の各部に出力して供給する第1電源部と、第1電源部の出力電圧レベルに基づいて第1電源部の故障を診断する診断部と、外部電源からの電圧を入力し診断部に供給する第1電源部とは異なる第2電源部とを備える。そして、診断部は、故障を診断したときに、該電子機器による動作結果信号の出力をOFFにするよう構成される。
【0009】
子機器は上述のように構成されるので、診断部により第1電源部の故障が診断されると、該電子機器の動作結果信号の出力はOFFにされる。それゆえに、該電子機器の電源回路である第1電源部の故障の有無が監視されて第1電源部が多重化されることなく、第1電源部の故障による危険側への誤動作結果信号の出力は回避されて、該電子機器の安全性は向上する。
【0010】
また、内部の各部が多重化されていたとしても、該電子機器内で使用される電圧は単一の主電源である第1電源部により供給されるから、多重化されたチャネル間で電位差が生じず、チャネル間の送受信動作の精度は維持される。
【0011】
子機器がさらに、診断部の機能が正常動作することを監視する監視部を備え、この監視部は診断部の機能が正常動作しないことを検出したときに、該電子機器による動作結果信号の出力をOFFにするよう構成される。
【0012】
子機器によれば、診断部の機能は監視部によって監視されて、正常動作しないときは動作結果信号の出力は強制的にOFFにされる。それゆえに、第1電源部の診断機能の精度が保証されないときは、監視部により該電子機器は危険側への誤動作結果信号の出力がなされない状態に速やかに移行されるから、該電子機器の安全性は向上する。
【0013】
子機器において、動作して動作結果信号を出力するための回路部は二重化されるとともに、診断部は第1電源部により回路部のそれぞれへ供給される電圧が上限値を超えたことに応じて一方の回路部による動作結果信号の出力をOFFにする上限検知部と、第1電源部により回路部のそれぞれへ供給される電圧が下限値を超えたことに応じて、他方の回路部による動作結果信号の出力をOFFにする下限検知部とを備えて、監視部は上限検知部および下限検知部の少なくとも一方が正常に動作しないことを検出したときに、回路部のそれぞれによる動作結果信号の出力をOFFにするよう構成される。
【0014】
子機器によれば、第1電源部による各回路部への供給電圧が上限値または下限値を超えていることを診断する診断部の上限または下限検知部が正常動作しないときは、監視部により電子機器内の多重化された各回路部による動作結果信号の出力が強制的にOFFされる
したがって、第1電源部の故障のみならず、第1電源部の正常動作を監視する診断部が故障した場合でも、該電子機器内の多重化された各回路部からの動作結果信号の出力はOFFされるので危険側への誤動作結果信号の出力による安全性の低下を確実に防止できる。
【0015】
また、該電子機器内で使用される電圧は単一の第1電源部によって供給されるから、回路部が多重化されていても、各回路部(チャネル)間での電位差は生じず、各回路部間の信号送受信は正常に行なうことができる。
【0016】
子機器の監視部が、回路部のそれぞれの出力側が短絡しているか否かを検知し、短絡を検知したときは、回路部のそれぞれによる動作結果信号の出力をOFFにするよう構成される。
【0017】
したがって、各回路部の出力側が短絡されている場合には、二重化されているはずなのに一重化の機能しか有さないことになるものの、強制的に各回路部の動作結果信号の出力をOFFにして、該電子機器の安全性を向上させることができる。
【0018】
上述した監視部による各回路部の動作結果信号出力の制御部は、該電子機器の別機能による各回路部の動作結果信号出力の制御部と兼用されるよう構成されてもよい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態についてプレス機械などの人体侵入検知に用いられるセーフティエリアセンサを例にして説明する。
【0020】
図1は、この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサの機能ブロック図である。図においてセイフティエリアセンサは投光器30と受光器40を含んで構成され、投光器30より発せられた光が受光器40にて検出されなかった場合は、投光が人体により遮られ、人体のプレス機械への侵入とみなして該センサの制御出力をOFFさせ、プレス機械の稼働を強制的に止めるものである。
【0021】
図1において、投光器30は検出物体に投光する投光部6を含む。受光器40は主電源1、第2電源2、主電源1の動作を監視する電源電圧監視部3、電源電圧監視部3の動作を監視する第2監視部4、投光部6からの投光を受光する受光部5、受光部5による受光信号を入力して、入光状態に応じた物体の有無を検出し制御出力する多重化されたチャネル▲1▼CH1、およびチャネル▲2▼CH2を含む。
【0022】
チャネルCH1とCH2は同様な構成を有して、受光信号を入力して増幅しフィルタリングして出力する増幅部10(20)、増幅部からの出力信号を入力して入光レベルが所定レベルに達しているか否か、すなわち物体の有無を判定する判定部11(21)、および判定部の判定出力に基づいて制御出力動作する出力回路12(22)を含む。
【0023】
上述のように、チャネルCH1とCH2を有して該センサの内部回路は多重化されているので、もし一方チャネルにおいて故障が検出されると、他方のチャネルによる制御出力を強制的にOFFして、該センサが安全側に動作するように制御される。
【0024】
図1で、主電源1はただ1つだけ存在し、電源電圧監視部3を除くすべてのモジュールに外部電源(24V)から変換して電源電圧(5V)を供給する。主電源1とは別の第2電源2は、電源電圧監視部3に外部電源(24V)から変換した電源電圧(7V)を供給する。
【0025】
なお、第2電源2は、外部供給電圧を変換せず、そのまま電源電圧とするような構成であってもよい。
【0026】
図2は、図1の電源電圧監視部3とその周辺の回路図である。図2において電源電圧監視部3は比較器41および42を含む。比較器41および42の入力に関連して複数の抵抗と第2監視部4によりON/OFF制御されるトランジスタTR1およびTR2が設けられる。
【0027】
通常動作時は、第2監視部4によりトランジスタTR1はOFFおよびトランジスタTR2はON状態にあるので、比較器41には第2電源2からの供給電圧(7V)について抵抗分割された5.5Vが非反転入力端子(+)に入力され、主電源1からの供給電圧5Vが反転入力端子(−)に入力される。比較器42には前述の抵抗分割された4.5Vが反転入力端子(−)に入力され主電源1からの供給電圧5Vが非反転入力端子(+)に入力される。
【0028】
したがって、比較器41と42の出力がともにONであるとき、すなわち主電源1の供給電圧(5V)が4.5V〜5.5Vの範囲内であることが確認されたときには、出力回路12および22による制御出力はONされて、通常の受光状態に応じた出力動作が維持される。
【0029】
一方、主電源1の出力が上述の範囲外であるときは比較器41と42の出力が出力回路12と22に与えられ、その制御出力が強制的にOFFされる。
【0030】
図2の回路を用いると主電源1の故障だけでなく、第2電源2の出力変動による第2電源2の故障も検出することができる。もし、第2電源2の出力電圧が7Vから0Vに変化すると、比較器41の出力が反転するため、出力回路による制御出力がOFFされる。また7Vから24Vに増加した場合は、比較器42の出力が反転し、同様に制御出力がOFFされる。
【0031】
図3は、図2の第2監視部4による電源電圧監視部3の故障診断時のタイミングチャートである。なお、図3中の▲1▼〜▲4▼は図2中の信号▲1▼〜▲4▼に対応する。
【0032】
図1において、第2監視部4はマイコンなどを用いて定期的に電源電圧監視部3の故障診断を次のように行なう。
【0033】
まず、図2中の信号▲1▼を5Vに設定すると図2のトランジスタTR1がONするので、比較器41の非反転入力端子(+)が0Vとなる。このとき、電源電圧監視部3が故障していなければ比較器41の出力はONからOFFに反転して、出力回路12および22へはOFF(0V)信号が与えられる(図3の(A)参照)。
【0034】
もし、このとき出力回路12および22による出力がOFF(0V)とならない場合は(図3の(C)参照)、第2監視部4は電源電圧監視部3の故障とみなして図2の信号▲4▼を用いて出力回路12および22による制御出力を強制的にOFF(0V)とする(図3の(D)参照)。
【0035】
次に、第2監視部4は信号▲2▼を0VにしてトランジスタTR2をOFFして、比較器42の反転入力端子(−)を7Vにし、比較器42の出力反転により出力回路12および22の出力がOFF(0V)となることを、すなわち電源電圧監視部3が故障していないことを確認する(図3(B))参照。
【0036】
以上のように図1の構成によれば、電源電圧監視部3により主電源1および第2電源2の故障を検出できるとともに、第2監視部4により電源電圧監視部3の故障も検出できて、これらの故障検出時は図1のセイフティエリアセンサは強制的に制御出力がOFFされ安全側に移行されるので、主電源1を多重化しなくとも、主電源1の故障による異常動作を確実に回避できる。
【0037】
また、図1のエリアセンサ内で使用される電圧は単一の主電源1により供給されるから、内部回路がチャネルCH1とCH2のように多重化されていたとしても、チャネル間の電位差はなく、チャネル間の正常な送受信動作が保証される。
【0038】
図4は、図1の受光器40の他の構成を示す図である。図4の受光器40Aは図1の受光器40の第2監視部4と同様な機能を有する第2監視部15と25がチャネルCH3とCH4の判定部14および24のそれぞれとともにCPU13および23に内蔵され、マイコンの1機能を構成する。その他の構成は図1のそれと同じであり説明は省略する。
【0039】
図において第2監視部15と25のそれぞれは電源電圧監視部3の異常を前述したようにして検出すると、出力回路12と22の制御出力をOFFさせる。このとき、出力回路12と22の制御出力をOFFするための機能は、図示されるように該センサの判定部14および24による本来の物体検出機能の出力制御機能と共用される。
【0040】
図5は、図4の受光器40Aが適用される多光軸光電センサのブロック図である。
【0041】
図6は、図1の受光器40のさらなる他の構成を示す図である。図中では各回路から出力される信号▲1▼〜▲4▼が示される。図6の受光器40Bは図4と同様に第2監視部18と28がそれぞれマイコンの機能として判定部17および27のそれぞれとともにチャネルCH5とCH6のCPU16とCPU26に内蔵されるとともに、電源電圧監視部3Bが上限電圧監視のための上限検知部43と下限電圧監視のための下限検知部44とを含んで構成される。
【0042】
上限および下限検知部43および44は図2の比較器41と42のそれぞれに対応する。その他の受光器40Bの構成は図1のそれと同様である。
【0043】
図において上限検知部43の出力はチャネルCH5の出力回路▲1▼12、下限検知部44の出力はチャネルCH6の出力回路▲2▼22にそれぞれ接続される。また、CPU16および26の第2監視部18および28のそれぞれは、出力回路12および22の出力信号▲3▼および▲4▼がフィードバックされて入力されて、この両入力信号に基づく信号▲5▼および▲6▼を出力して出力回路12および22を制御する。たとえば、第2監視部28は入力信号▲3▼が出力回路12の制御出力が強制OFFされている状態を示す場合に、入力信号▲4▼に関して同様に強制OFF状態が示されなければ、信号▲6▼を出力して出力回路22の制御出力を強制OFFするよう制御する。第2監視部28も同様に動作する。したがって、出力回路12と22は電源電圧監視部3Bの上限および下限検知部43および44により個別に入力信号を受けながらも、その出力信号は第2監視部18と28にフィードバックされているから、その制御出力は同時に強制OFFとなるよう制御される。
【0044】
図6では、第2監視部18と28を用いた二重化が示されるが、一方のチャネルCH5だけに第2監視部が存在する構成であってもよい。
【0045】
また、チャネルCH5の第2監視部18からの信号▲1▼と▲2▼のみが電源電圧監視部3Bを制御するようにしているが、これは二重化された第2監視部18と28の両方が制御できる構成でもよし、また両信号の論理積や論理和で電源電圧監視部3Bを制御する構成であってもよい。
【0046】
図7は、図6の第2監視部18による電源電圧監視部3Bの故障診断のタイミングチャートである。図7の▲1▼〜▲6▼は図6の信号▲1▼〜▲6▼に対応する。
【0047】
マイコンの定期的な処理により第2監視部18からの信号▲1▼によって図2のように上限検知部43が診断されている場合は(図7の(A)参照)、出力回路12の制御出力▲3▼のみがOFFとなる。また、信号▲2▼によって図2のように下限検知部44が診断されている場合は(図7の(B)参照)、出力回路22の制御出力▲4▼のみがOFFとなる。いずれの場合にも対応する出力回路の制御出力がOFFとならなかった場合は、電源電圧監視部3Bは故障とみなされて信号▲5▼と▲6▼によって出力回路12と22の制御出力▲3▼と▲4▼を強制的にOFFさせて安全側に移行させる。
【0048】
もし、ここで出力回路12と出力回路22の出力側が短絡されたとすると、信号▲1▼を出力したときに正常ならば出力回路12の制御出力▲3▼はOFF、出力回路22の制御出力▲4▼はONとなっていなければならないが、短絡ゆえに出力回路12および22ともにOFFになる(図7の(C)参照)。この場合も、信号▲5▼と▲6▼によって出力回路12と22の制御出力▲3▼と▲4▼が強制的にOFFされて該センサは安全側に移行される(図7(D)参照)。
【0049】
図8は、この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサが設けられるプレス機の外観を示す図である。
【0050】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサの機能ブロック図である。
【図2】図1の電源電圧監視部とその周辺回路図である。
【図3】図2の第2監視部による電源電圧監視部の故障診断時のタイミングチャートである。
【図4】図1の受光器の他の構成を示す図である。
【図5】図4の受光器が適用される多光軸光電センサのブロック図である。
【図6】図1の受光器のさらなる他の構成を示す図である。
【図7】図6の第2監視部による電源電圧監視部の故障診断のタイミングチャートである。
【図8】この発明の実施の形態によるセイフティエリアセンサが設けられるプレス機の外観を示す図である。
【符号の説明】
1 主電源
2 第2電源
3および3B 電源電圧監視部
4、15、18、25、26 第2監視部
CH1〜CH6 チャネル
12、22 出力回路
なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (3)

  1. 外部電源から駆動電圧が供給されて動作して動作結果信号を出力する電子機器であって、
    前記外部電源からの電圧を入力し前記電子機器の各部に出力して供給する第1電源部と、
    前記第1電源部の出力電圧レベルに基づいて前記第1電源部の故障を診断する診断部と、
    前記外部電源からの電圧を入力し前記診断部に供給する前記第1電源部とは異なる第2電源部と
    前記診断部の機能が正常動作することを監視する監視部を備え、
    前記診断部は、前記故障を診断したときに、前記電子機器による前記動作結果信号の出力をOFFにし、
    前記監視部は、前記診断部の機能が正常動作しないことを検出したときに、前記電子機器による前記動作結果信号の出力をOFFにし、
    前記診断部は、
    前記第1電源部による出力電圧レベルを、分圧された前記第2電源部の出力電圧レベルと比較し、比較結果に基づき前記第1電源部による出力電圧レベルは上限値を超えたかどうかを判断する上限検知部と、
    前記第1電源部による出力電圧レベルを、分圧された前記第2電源部の出力電圧レベルと比較し、比較結果に基づき前記第1電源部による出力電圧レベルは下限値を下回ったかどうかを判断する下限検知部とを含み、
    前記上限検知部が前記第1電源部による出力電圧レベルが前記上限値を超えたこと、もしくは、前記下限検知部が前記第1電源部による出力電圧レベルが前記下限値を下回ったことを検知したときに前記動作結果信号の出力をOFFにし、
    前記監視部は、
    前記上限検知部に入力される分圧された前記第2電源部の出力電圧レベルとして、前記上限検知部の出力が反転すべき入力を与え、その結果として、前記動作結果信号の出力がOFFとならなければ、前記動作結果信号の出力を強制的にOFFにし、
    前記下限検知部に入力される分圧された前記第2電源部の出力電圧レベルとして、前記下限検知部の出力が反転すべき入力を与え、その結果として、前記動作結果信号の出力がOFFとならなければ、前記動作結果信号の出力を強制的にOFFにする、電子機器。
  2. 前記動作をして前記動作結果信号を出力するための回路部は二重化されて、
    前記診断部は、
    前記第1電源部により前記回路部のそれぞれへ供給される電圧が前記上限値を超えたことに応じて一方の前記回路部による前記動作結果信号の出力をOFFに
    前記第1電源部により前記回路部のそれぞれへ供給される電圧が前記下限値を下回ったことに応じて、他方の前記回路部による前記動作結果信号の出力をOFFに
    前記監視部は、前記上限検知部および前記下限検知部の少なくとも一方が正常に動作しないことを検出したときに、前記回路部のそれぞれによる前記動作結果信号の出力をOFFにすることを特徴とする、請求項に記載の電子機器。
  3. 前記監視部は、
    前記回路部のそれぞれの出力側が短絡しているか否かを検知し、短絡を検知したときは、前記回路部のそれぞれによる前記動作結果信号の出力をOFFにすることを特徴とする、請求項に記載の電子機器。
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