JP3999210B2 - Ｌｅｄ信号機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、列車や車両の運行の安全性を確保するＬＥＤを使用した信号機を制御するＬＥＤ信号機制御装置、特に信頼性の向上に関するものである。

列車や車両を安全に走行させるために使用している信号灯の信頼性を高めるため、特許文献１に示されたように、信号灯を制御する１系と２系の２台の端末装置を設け、一方の端末装置が故障しても他方の端末装置で信号灯を制御するようにしている。

特許文献１に示された１系の端末装置と２系の端末装置は、図４の波形図に示すように、親装置から１系の端末装置と２系の端末装置に正論理信号Ｐと負論理信号Ｎが伝送周期毎に反転する制御情報を並列に送信し、１系の端末装置は、正論理信号Ｐを受信して自己が正常に動作している場合、制御権を確保して信号灯に対する入出力を制御し、２系の端末装置を待機系にする。２系の端末装置は、負論理信号Ｎを受信して自己が正常に動作している場合、制御権を確保して信号灯に対する入出力を制御し、１系の端末装置を待機系にしている。この１系と２系の端末装置は、自己が制御権を確保して他系の端末装置を待機系にしたとき、他系の端末装置から待機系になったことを示す応答がないと、他系の端末装置は故障とみなす。

また、信号灯と自系の端末装置の故障を診断するため、直列に接続された２個の半導体スイッチにより信号灯の入出力を制御するようにしている。そして自己が制御権を確保している端末装置で、入力信号の内容が信号灯点灯制御のとき、２個の半導体スイッチを個別にオン制御し、信号灯に電流が流れれば信号灯は正常に点灯していると判断し、信号灯に電流が流れない場合は、信号灯回路に故障が生じた判断する。また、入力信号の内容が信号灯減灯制御のとき、交流電源の半サイクル時間、例えば５０Ｈｚで１０ｍ秒程度のチェック周期、すなわち交流のゼロクロス点を基準にして一方の半導体スイッチをオン、他方の半導体スイッチをオフにすることを交互に繰り返して、信号灯に電流が流れなければ、自系の端末装置は正常と判断し、信号灯に電流が流れた場合、自系の半導体スイッチのいずれかが故障と判断している。
特開平６−１６２３９０号公報

前記のように信号電球を使用した場合は、信号灯減灯制御で自系の端末装置の故障を診断するとき、自系の半導体スイッチのいずれかが故障して短絡し、信号灯に電流が流れても、チェック周期が１０ｍ秒程度であるから、信号灯が点灯していることを視認できないが、信号機にＬＥＤを使用した場合、ＬＥＤは低電圧で高輝度であるとともに応答速度が速く、発光の応答速度は数マイクロ秒であり、例え１０ｍ秒程度のチェック周期でＬＥＤに電流が流れると、ＬＥＤが発光してちらつきが生じ、実用上支障をきたすという短所がある。

また、交流のゼロクロス点を基準にしたチェック周期で自系の端末装置を診断しているため、現地の電源事情に応じてチェック周期の調整を行う必要があるとともに、その調整如何によっては誤検知する可能性がある。

この発明はかかる短所を改善し、ＬＥＤを使用した信号機を制御する端末装置の診断を、ＬＥＤをちらつかせずに確実に行うことができるとともに現地の調整を不要としたＬＥＤ信号機制御装置を提供することを目的とするものである。

この発明のＬＥＤ信号機制御装置は、主装置及び１系と２系の端末装置を有し、ＬＥＤ信号機のＬＥＤを制御するＬＥＤ信号機制御装置において、前記主装置は、正論理信号と負論理信号が伝送周期毎に反転する制御情報を、前記１系の端末装置と２系の端末装置に送信し、前記１系の端末装置と２系の端末装置は、中央処理部と、直列に接続され、前記ＬＥＤに供給する電流を制御する２組の制御素子と、ＬＥＤに供給する電流を検出する電流センサを有し、前記１系と２系の中央処理部は、前記主装置から制御情報を入力しているとき、前記直列に接続された２組の制御素子をオンにして前記ＬＥＤに並列に電流を供給して前記ＬＥＤを点灯し、前記ＬＥＤを点灯しているとき、あらかじめ定めた一定周期毎に、前記１系の端末装置の中央処理部は、前記主装置から正論理信号が入力したとき、前記２組の制御素子を別個にオフにして、前記電流センサで検出した電流値により、前記各制御素子の故障を診断し、前記２系の端末装置の中央処理部は、前記主装置から負論理信号が入力したとき、前記２組の制御素子を別個にオフにして各制御素子の故障を診断することを特徴とする。

前記１系の端末装置と２系の端末装置の中央処理部は、故障診断を行うときに他系の端末装置に対して故障診断を行うことを通知し、故障診断を交互に切り換える。

この発明のＬＥＤ信号機制御装置は、主装置から送られる正論理信号と負論理信号が伝送周期毎に反転する制御情報を、１系の端末装置と２系の端末装置で入力して、１系の端末装置と２系の端末装置でＬＥＤ信号機のＬＥＤを同時に制御している状態で、主装置から送られる正論理信号と負論理信号により１系の端末装置と２系の端末装置の故障診断を切り換えることにより、各端末装置で故障診断しているとき、ＬＥＤがちらつくことを防いで、ＬＥＤを安定して点灯させることができる。

また、１系の端末装置と２系の端末装置で故障診断を行うときに、他系の端末装置に対して故障診断を行うことを通知し、故障診断を交互に切り換えるから、他系の端末装置から故障診断の通知を受けないことにより、他系の端末装置に故障が生じたことを検知することができる。

図１はこの発明のＬＥＤ信号機制御装置の構成を示すブロック図である。ＬＥＤ信号機制御装置１は、例えば列車の運行状態を指示するＬＥＤ信号機のＬＥＤ２を制御するものであり、電子連動装置に設けられた連動論理部３と、連動論理部３に伝送路を介して接続された１系の端末装置４と２系の端末装置５を有する。各端末装置４，５は、それぞれフェールセーフＣＰＵ（以下、ＦＳＣＰＵという）６と、直列に接続された制御素子７ａ，７ｂと、電流センサ８と出力診断回路９と交互切換回路１０及びＦＳＣＰＵ６が正常に動作しているときに励磁される正常リレーＦＬＲを有する。

直列に接続された制御素子７ａ，７ｂは、正常リレーＦＬＲの動作接点ＦＬＲ１，ＦＬＲ２を介して交流電源１１とＬＥＤ２に直列に接続されている。電流センサ８は制御素子７ａ，７ｂを通ってＬＥＤ信号機のＬＥＤ２に流れる電流を検出する。出力診断回路９は、電流センサ８で検出する電流値を入力してＦＳＣＰＵ６に出力診断チェック信号を出力する。交互切換回路１０は、１系の端末装置４と２系の端末装置５の故障診断を交互に切り換える。ＦＳＣＰＵ６は、連動論理部３から制御情報を入力して制御素子７ａ，７ｂの動作を制御し、出力診断回路９から入力する出力診断チェック信号により、制御素子７ａ，７ｂやＬＥＤ２の故障を診断するとともにＬＥＤ２や各端末装置４，５の動作状態を示す表示情報を連動論理部３に送る。

このＬＥＤ信号機制御装置１でＬＥＤ２を制御するとき、連動論理部３は１系の端末装置４と２系の端末装置５に、図２の波形図に示すように、正論理信号Ｐと負論理信号Ｎが伝送周期毎に反転する制御情報を並列に送信する。１系の端末装置４と２系の端末装置５のＦＳＣＰＵ６は、連動論理部３から送られる制御情報に基づき制御出力信号Ｓｎと制御出力信号Ｓｐを生成し、生成した制御出力信号Ｓｎを制御素子７ａに送り、制御出力信号Ｓｐを制御素子７ｂに送り、制御素子７ａ，７ｂをオン・オフ制御してＬＥＤ２の点灯制御を行い、電流センサ８で検出しているＬＥＤ２に流れる電流に応じて出力診断回路９から出力される出力診断チェック信号を入力してＬＥＤ２の動作状態を確認する。すなわち、１系の端末装置４と２系の端末装置５はいずれも故障が生じていないとき、ＬＥＤ２を並列制御する。

この１系の端末装置４と２系の端末装置５でＬＥＤ２を点灯制御しているとき、１系の端末装置４と２系の端末装置５のＦＳＣＰＵ６は、交互に故障診断を行い、１系の端末装置４と２系の端末装置５のいずれか一方に故障が生じた場合は、正常リレーＦＬＲを無励磁にして故障した端末装置をＬＥＤ２から迅速に切り離し、その旨を連動論理部３に知らせるとともに故障していない端末装置でＬＥＤ２を点灯させて安全を確保する。

この各端末装置４，５の故障診断をするとき、１系の端末装置４のＦＳＣＰＵ６は、図２の波形図に示すように、連動論理部３から正論理信号Ｐが入力してからあらかじめ定めた一定のタイミングＴ１が経過したとき、一方の制御素子７ａに出力している制御出力信号Ｓｎを一定時間Ｔ２だけ低レベルにして制御素子７ａをオフにする。制御素子７ａをオフにすると、制御素子７ａに故障が生じて短絡していない場合、ＬＥＤ２に対する１系の端末装置４からの電流は遮断され、そのことを示す出力診断チェック信号が出力診断回路９からＦＳＣＰＵ６に入力する。ＦＳＣＰＵ６は、この出力診断チェック信号により制御素子７は正常に動作していると判断する。また、１系の端末装置４のＦＳＣＰＵ６は、制御素子７ａに出力している制御出力信号Ｓｎを低レベルにしているとき、出力診断回路９からＬＥＤ２に電流が流れていることを示す出力診断チェック信号を入力すると、制御素子７ａに故障が生じたと判断し、その旨を連動論理部３に知らせる。また、１系の端末装置４のＦＳＣＰＵ６は、この診断結果を交互切換回路１０を介して２系の端末装置５に伝達する。

このように１系の端末装置４の一方の制御素子７ａをオフにして１系の端末装置４からＬＥＤ２に流れる電流を遮断しても、２系の端末装置５からＬＥＤに電流を供給しているから、ＬＥＤ２がちらつくことを防ぐことができ、ＬＥＤ２を安定して点灯させることができる。

この正論理信号Ｐに続いて連動論理部３から負論理信号Ｎが送られると、２系の端末装置５のＦＳＣＰＵ６は、図２の波形図に示すように、負論理信号Ｎが入力してから一定のタイミングＴ１が経過したとき、一方の制御素子７ａに出力している制御出力信号Ｓｎを一定時間Ｔ２だけ低レベルにして制御素子７ａをオフにして、制御素子７ａの動作状態を診断し、この負論理信号Ｎに続いて連動論理部３から正論理信号Ｐが送られると、１系の端末装置５のＦＳＣＰＵ６は、正論理信号Ｐが入力してから一定のタイミングＴ１が経過したとき、他方の制御素子７ｂに出力している制御出力信号Ｓｐを一定時間Ｔ２だけ低レベルにして制御素子７ｂをオフにして、制御素子７ｂの動作状態を診断し、正論理信号Ｐに続いて連動論理部３から負論理信号Ｎが送られると、２系の端末装置５のＦＳＣＰＵ６は、負論理信号Ｎが入力してから一定のタイミングＴ１が経過したとき、他方の制御素子７ｂに出力している制御出力信号Ｓｐを一定時間Ｔ２だけ低レベルにして制御素子７ｂをオフにして、制御素子７ｂの動作状態を診断する。この１系の端末装置４と２系の端末装置５の制御素子７ａ，７ｂの動作状態の交互診断をあらかじめ定めた一定周期Ｔ毎に繰り返して、ＬＥＤ２を安定して点灯させる。

このように１系の端末装置４と２系の端末装置５で故障診断をするとき、故障診断を行う端末装置のＦＳＣＰＵ６は、他系の端末装置に対して交互切換回路１０を介して故障診断を行うことを通知する。この１系と２系の端末装置４，５で故障診断を交互に切り換える処理を、図３の交互切換処理の論理構成を示す模式図を参照して説明する。

１系の端末装置４のＦＳＣＰＵ６は、故障診断するとき、自系が１系であることを示す１系認識信号と連動論理部３から制御情報として正論理信号Ｐが入力したことを示す信号及び自系が正常であることを示す信号を１系の交互切換回路１０に送る。交互切換回路１０は、１系認識信号と正論理信号Ｐが入力したことを示す信号及び自系が正常であることを示す信号を入力すると、１系が故障診断を行うことを示す自系診断信号を２系の端末装置５の交互切換回路１０に送る。２系の交互切換回路１０は１系から自系診断信号を入力すると、２系から自系診断信号を出力することを禁止し、２系のＦＳＣＰＵ６に他系が故障診断を行うことを示す他系診断信号を送る。この状態で、連動論理部３から制御情報として負論理信号Ｎが入力して、２系のＦＳＣＰＵ６から交互切換回路１０に、２系認識信号と負論理信号Ｎが入力したことを示す信号及び自系が正常であることを示す信号を入力すると、２系が故障診断を行うことを示す自系診断信号を２系の交互切換回路１０に送る。１系の交互切換回路１０は２系から自系診断信号を入力すると、１系から自系診断信号を出力することを禁止し、１系のＦＳＣＰＵ６に他系が故障診断を行うことを示す他系診断信号を送る。

このようにして１系の端末装置４は、制御情報として正論理信号Ｐが入力して、１系の端末装置４に故障がないとき、１系が故障診断を行うことを示す自系診断信号を２系の端末装置５に送るから、２系の端末装置５は、１系の端末装置４からの自系診断信号を入力することにより、１系の端末装置４が正常に動作していることを確認することができる。また、２系の端末装置５は、制御情報として負論理信号Ｎが入力して、２系の端末装置５に故障がないとき、２系が故障診断を行うことを示す自系診断信号を１系の端末装置４に送るから、１系の端末装置４は、２系の端末装置５からの自系診断信号を入力することにより、２系の端末装置５が正常に動作していることを確認することができる。

前記説明ではＬＥＤ信号機制御装置１で列車の運行状態を指示するＬＥＤ信号機のＬＥＤ２を制御する場合について説明したが、道路に設けられたＬＥＤ信号機のＬＥＤも同様にして制御することができる。

この発明のＬＥＤ信号機制御装置の構成を示すブロック図である。 ２系統の端末装置で故障診断を行うタイミングを示す波形図である。 ２系統の端末装置で故障診断を交互に切り換える処理の論理構成を示す模式図である。 従来例の動作タイミングを示す波形図である。

符号の説明

１；ＬＥＤ信号機制御装置、２；ＬＥＤ、３；連動論理部、４；１系の端末装置、
５；２系の端末装置、６；フェールセーフＣＰＵ（ＦＳＣＰＵ）、７；制御素子、
８；電流センサ、９；出力診断回路、１０；交互切換回路、ＦＬＲ；正常リレー。

Claims (2)

1. 主装置及び１系と２系の端末装置を有し、ＬＥＤ信号機のＬＥＤを制御するＬＥＤ信号機制御装置において、
   前記主装置は、正論理信号と負論理信号が伝送周期毎に反転する制御情報を、前記１系の端末装置と２系の端末装置に送信し、
   前記１系の端末装置と２系の端末装置は、中央処理部と、直列に接続され、前記ＬＥＤに供給する電流を制御する２組の制御素子と、ＬＥＤに供給する電流を検出する電流センサを有し、
   前記１系と２系の中央処理部は、前記主装置から制御情報を入力しているとき、前記直列に接続された２組の制御素子をオンにして前記ＬＥＤに並列に電流を供給して前記ＬＥＤを点灯し、前記ＬＥＤを点灯しているとき、あらかじめ定めた一定周期毎に、前記１系の端末装置の中央処理部は、前記主装置から正論理信号が入力したとき、前記２組の制御素子を別個にオフにして、前記電流センサで検出した電流値により、前記各制御素子の故障を診断し、前記２系の端末装置の中央処理部は、前記主装置から負論理信号が入力したとき、前記２組の制御素子を別個にオフにして各制御素子の故障を診断することを特徴とするＬＥＤ信号制御装置。
2. 前記１系の端末装置と２系の端末装置の中央処理部は、故障診断を行うときに他系の端末装置に対して故障診断を行うことを通知し、故障診断を交互に切り換える請求項１記載のＬＥＤ信号制御装置。

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