JP4238706B2

JP4238706B2 - セーフティコントローラ

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Publication number: JP4238706B2
Application number: JP2003394386A
Authority: JP
Inventors: 祐一阿部; 晃行中山; 雄士橋本; 実橋本; 孝浩井手
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005157666A

Description

本発明は、セーフティコントローラに関し、更に詳しくは、工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の安全回路に好適なセーフティコントローラに関する。

従来、例えば、生産現場の労働安全を確保するために、複数の電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いて安全回路、すなわち、安全が確保されている状態の時のみ工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路が構築されている（例えば、特許文献１参照）。

かかるリレーユニットは、非常停止スイッチなどの安全スイッチやセーフティドアスイッチなどの安全エリアセンサからの入力信号に基づいて、安全回路の状態を監視し、不具合が発生した時には、機械設備の電源を確実に遮断するとともに、その不具合原因が取り除かれない限りは、機械設備の再起動を行なわない機能を備えている。
特開２００３−１４０７０２号公報

かかる電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いたシステムでは、リレーシーケンスによって安全回路が構築されるので、配線によってロジックが組み立てられることになり、制御すべき工作機械等が多くなると、配線数が増大して複雑になるとともに、その設計も容易ではない。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、配線数を削減するとともに、システムの構築が容易なセーフティコントローラを提供することを目的とする。

本発明では、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える安全出力部と、設定操作される設定部と、前記入力機器からの前記入力および前記設定部の設定に基づいて、プログラムに従って前記安全出力を制御する制御部とを備え、前記設定部は、当該セーフティコントローラを所要箇所に取り付けた状態では、設定操作できないように設けられ、前記設定部は、該設定部における設定項目の少なくとも一部の設定項目の設定が可能な第１の設定部と、該第１の設定部と同一の設定項目の設定が可能な第２の設定部とを備え、前記制御部には、前記第１，第２の設定部からの設定出力が与えられ、前記制御部は、各設定出力を比較するものである。

ここで、入力機器とは、当該セーフティコントローラに対する入力を与える機器をいい、例えば、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチ、セーフティリミットスイッチ、セーフティライトカーテンなどをいう。

安全出力制御対象とは、当該セーフティコントローラの出力である安全出力によって制御される対象をいい、例えば、マグネットコンタクタ、モータコントローラ、可変モータ、ＰＬＣなどをいう。

機械設備とは、各種の工作機械、産業用ロボットなどをいう。

また、機械設備の運転を制御するとは、機械設備の起動・停止の制御や動作速度の制御などをいう。

設定部とは、各種の機能などを設定するために操作されるものをいい、例えば、ロータリスイッチやスライドスイッチなどの各種のスイッチやボリウムなどから構成されるのが好ましい。

所要箇所に取り付けた状態とは、当該セーフティコントローラを、例えば、支持レールや制御パネルなどに取り付けた状態をいう。

設定操作できないとは、例えば、所要箇所に取り付けた状態では、外部から目視できない位置に設けられたり、あるいは、制御パネルなどの所要箇所に取り付けた状態では、制御パネルなどによって外部からの設定操作を妨げる位置に設けられたりすることをいう。

本発明によると、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

しかも、各種の機能などを設定する設定部は、該設定部を操作して所要の機能を設定することができる一方、当該セーフティコントローラを、支持レールや制御パネルなどの所要箇所に取り付けた後には、設定部の設定操作ができないので、設定を終了した後には、不用意に設定内容が変更されたり、誤操作されることがない。

さらに、第１，第２の設定部によって二重化しているので、例えば、一方の設定部が故障してユーザが意図した設定内容となっていなかったような場合には、両設定部の設定内容が相違することになるので、制御部でそれを検知することができ、かかる場合には、機械設備の稼動を禁止して安全を確保することができる。

本発明の更に他の実施態様においては、前記制御部は、前記第１，第２の各設定部からの設定出力が、個別的にそれぞれ与えられる第１，第２のＣＰＵを備え、前記各ＣＰＵは、各設定出力を互いに比較するものである。

この実施態様によると、第１，第２の設定部および第１，第２のＣＰＵによって二重化しているので、例えば、一方の設定部が故障してユーザが意図した設定内容となっていなかったような場合には、両設定部の設定内容が相違することになるので、ＣＰＵでそれを検知することができ、かかる場合には、機械設備の稼動を禁止して安全を確保することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記第２の設定部は、当該セーフティコントローラを所要箇所に取り付けた状態で、目視できるように設けられている。

この実施態様によると、第２の設定部は、外部からその設定状態が目視可能であるので、第２の設定部の設定内容を容易に確認できることになる。

以上のように本発明によれば、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

しかも、当該セーフティコントローラを、支持レールや制御パネルなどに取り付けた後には、不用意に設定内容が変更されたり、設定部が誤操作されたりするのを回避することができ、安全を確保することができる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係るセーフティコントローラを用いたシステムの構成例を示す図である。

この実施の形態のセーフティコントローラは、安全が確保されている状態の時のみ図示しない工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路を構成するものである。

この実施の形態のセーフティコントローラには、非常停止スイッチ２などの入力機器が接続される単機能ユニット３と、この単機能ユニット３に接続されるとともに、セーフティドアスイッチ１などの入力機器が接続される高機能ユニット４と、この高機能ユニット４にケーブル６を介して接続される増設ユニット５の３種類がある。

単機能ユニット３は、非常停止スイッチ２などの入力機器から入力が与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。

ここで、論理接続用出力とは、この論理接続用出力を出力する単機能ユニット３と、論理接続用出力が与えられる高機能ユニット４とを論理接続するための出力をいう。

この実施の形態では、単機能ユニット３から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、論理接続用出力とは、その出力の状態が同じ、すなわち、安全出力が、機械設備の稼動を許容する安全側の出力状態であるときには、論理接続用出力も安全側の出力状態であり、また、安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態であるときには、論理接続用出力も危険側の出力状態となる。

そこで、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する本来の安全出力に対して、出力状態が同じである論理接続用出力を、内部安全出力という。

高機能ユニット４は、非常停止スイッチやセーフティドアスイッチ１などの入力機器からの入力および単機能ユニット３や前段の高機能ユニット４から出力される内部安全出力が内部安全入力として与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および後段の高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。

高機能ユニット４から出力される論理接続用出力である内部安全出力も上述と同様に、前段の高機能ユニット４と後段の高機能ユニット４とを論理接続するための出力である。

また、高機能ユニット４から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、内部安全出力とは、その出力の状態は同じである。高機能ユニット４は、安全瞬時出力と安全オフディレー出力とを出力可能であるが、内部安全出力は、安全瞬時出力の出力状態と同じ出力状態となっている。

ここで、安全瞬時出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、瞬時に危険側に切り換わる安全出力をいい、安全オフディレー出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、設定された時間に亘って安全側の状態を継続した後、遅れて危険側に切り換わる安全出力をいう。

なお、図１においては、単機能ユニット３から高機能ユニット４に与えられる内部安全出力および前段の高機能ユニット４から後段の高機能ユニット４に与えられる内部安全出力を破線矢符でそれぞれ示しているが、この実施の形態では、高機能ユニット４には、単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４のいずれかからの内部安全出力が与えられる。

増設ユニット５は、ケーブル６を介して高機能ユニット４に接続され、高機能ユニット４に同期した安全出力を、工作機械等を駆動するための電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタ等に対して出力するものである。

単機能ユニット３は、後述のように制御部を構成するＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力および一つの内部安全出力を出力することができる。この実施の形態では、論理接続用の内部安全出力は、ＡＮＤ接続用の内部安全出力となっている。二つの安全入力には、安全規格上の二重化のために、１個の非常停止スイッチなどからの入力が与えられる。

また、単機能ユニット３は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、単機能ユニット３は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。

この単機能ユニット３は、図２の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子７を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）および安全瞬時出力（ＥＩ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部８を備えている。

高機能ユニット４は、単機能ユニット３と同様に、制御部としてのＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力および一つの内部安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力、二つの安全オフディレー出力および論理接続用出力としての一つの内部安全出力、この実施の形態では、ＡＮＤ接続用の内部安全出力を出力することができる。

二つの安全入力には、単機能ユニット３と同様に、二重化のために、１個の非常停止スイッチや１個のセーフティドアスイッチなどからの入力が与えられる。

一つの内部安全入力は、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４からの内部安全出力が入力されるものであり、この内部安全入力によって、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４に論理接続、この実施の形態では、ＡＮＤ接続されることになる。

すなわち、この実施の形態では、この内部安全入力と、当該高機能ユニット４の二つの安全入力とがＡＮＤで論理接続されるものであり、内部安全入力の入力状態が安全側の状態であって、かつ、二つの安全入力の入力状態が安全側の入力状態であるときに、安全側の出力状態の安全出力を出力するものである。

また、この高機能ユニット４は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、高機能ユニット４は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。

この高機能ユニット４は、図３の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子９を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）、内部安全入力（ＡＮＤ）、フィードバック入力（ＦＢ）、安全瞬時出力（ＥＩ）および安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤで表示する表示部１０を備えている。更に、オフディレー時間を設定するロータリスイッチ９２を設けて後述のように二重化を図っている。また、この高機能ユニット４は、増設ユニット５を接続するためのコネクタ１１を備えており、増設ユニット５を５台まで接続することができる。

このコネクタ１１を介して、安全瞬時出力、安全オフディレー出力、増設ユニット５のフィードバック入出力およびグランドの各信号の授受が行なわれる。

また、この高機能ユニット４は、図４の背面図に示されるように、ケースの背面には、当該高機能ユニット４を、支持レールとしてのＤＩＮレール８５に取り付けるためのレール溝８６を有しており、このレール溝８６の上下両側の係合部を、ＤＩＮレール８５の上下の係合用端辺に係合させて図５の斜視図に示されるように、ＤＩＮレール８５に取り付けられる。

この高機能ユニット４では、レール溝８６の部分には、図４に示されるように、矩形の開口８７が形成されており、この開口８７から外部に操作可能に臨むように設定部としてのスライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３が設けられている。

スライドスイッチ１２は、論理接続用の内部安全入力を、有効あるいは無効とする設定を行なうものであり、ロータリスイッチ１３は、オフディレー時間の設定を行なうものである。スライドスイッチ１２によって、論理接続用の内部安全入力を無効とする設定が行なわれると、他のユニット３，４から与えられる内部安全入力は無効とされて論理接続は行なわれない。

これらスイッチ１２，１３は、図６および図７のリアケースを外した状態の平面図および背面図に示されるように、ケース内に収納された２枚の回路基板８９，９０の一方の回路基板８９の遊端側に実装されており、これらスイッチ１２，１３よりもケースの奥（正面）側の近傍位置には、両基板８９，９０間を接続する帯状のフラットケーブル９１が配置されている。

したがって、ケースの背面に形成された開口８７からはスイッチ１２，１３の奥側に、フラットケーブル９１が臨むようになっており、これによって、開口８７は、スイッチ１２，１３およびフラットケーブル９１によって、実質的に閉塞された状態となり、この開口８７からケースの内奥部に塵埃などが侵入するのを有効に防止できるようになっている。

この実施の形態では、高機能ユニット４を、ＤＩＮレール８５に取り付ける前に、開口８７を介してスライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３を操作して所要の設定を行い、その後、ＤＩＮレール８５に取り付ける。このとき、ロータリスイッチ１３に対する設定と同一のオフディレー時間の設定を、二重化している上述の図３に示されるロータリスイッチ９２に対しても行う。制御部は、後述のように両ロータリスイッチ１３，９２の設定出力を比較し、一致しているときには、その設定内容に応じたオフディレー時間となるように制御し、一致していないときには、エラー表示などの警告を行う。

高機能ユニット４を、ＤＩＮレール８５に取り付けた状態では、図４および図５に示されるように、ケース背面の開口８７は、ＤＩＮレール８５で閉塞され、外部からスイッチ１２，１３を目視することも操作することもできなくなる。

したがって、一旦、スイッチ１２，１３およびスイッチ９２を操作して設定を行なってＤＩＮレール８５に取り付けた状態では、設定内容を容易に変更することができなくなり、これによって、不用意に設定内容が変更されたり、誤操作されるのを防止できることになり、安全性が向上する。

再び図１を参照して、増設ユニット５は、高機能ユニット４だけでは、出力点数が不足する場合に、必要に応じて増設されるものであり、複数の電磁リレーを内蔵している。この増設ユニット５は、高機能ユニット４からの安全瞬時出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力する瞬時タイプと、高機能ユニット４からの安全オフディレー出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力するオフディレータイプとがある。

この増設ユニット５は、図８の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子１４を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全瞬時出力（ＥＩ）または安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部１５を備えている。また、この増設ユニット５は、高機能ユニット４に接続するため、または、増設ユニット５を接続するためのコネクタ１６を備えている。

図９は、高機能ユニット４のブロック図である。同図において、１７，１８は、制御部を構成する二つの第１，第２のＣＰＵであり、各ＣＰＵ１７，１８で同じ処理を実行して二重化している。各ＣＰＵ１７，１８は、ＣＰＵ間通信ポートを介してソフト処理の同期をとるなどのために通信を行う。

２０は上述のスライドスイッチなどの設定スイッチ１９からの設定内容を格納する不揮発性メモリ、２１は上述の電源（ＰＷＲ）やエラー状態（ＥＲＲ）などの各状態を表示するＬＥＤ、２２は遅延ＩＣを用いたウォッチドッグタイマ、２３は各部に電源を供給する電源回路２４の状態を監視する監視回路である。

また、２５，２６は二重化している安全入力の各１系統であり、例えば、１個のセーフティドアスイッチからの入力が与えられる。２７は、フィードバック入力あるいはリセット入力が与えられるリセット入力回路である。

２８は単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４からの論理接続用入力である内部安全入力が与えられるＡＮＤ入力回路、２９，３０は外部のパソコンなどとの通信用のＲＳ２３２Ｃ回路および切替スイッチである。

３１は瞬時用の安全出力回路、３２はオフディレー用の安全出力回路、３３は二重化用の出力ライン制御回路、３４は後段の高機能ユニット４に対して内部安全出力を出力する内部安全出力回路、３５は安全瞬時出力を、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）などにモニタ用として出力するモニタ出力回路、３６は内部エラー時にエラー出力を与えるエラー出力回路、３７は増設ユニット５を接続するためのコネクタである。

制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、安全入力回路２５，２６からの安全入力およびＡＮＤ入力回路２８からの内部安全入力に基づいて、プログラムに従って、安全出力回路３１，３２および内部安全出力回路３４を制御して半導体出力（トランジスタ出力）である安全出力および内部安全出力を制御する。内部安全出力回路３４は、半導体出力用のトランジスタを備えている。

図１０は、図９の瞬時用の安全出力回路３１、オフディレー用の安全出力回路３２および出力ライン制御回路３３の構成を示すブロック図であり、図９に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図１０においては、第１のＣＰＵ１７からの信号および第１のＣＰＵ１７に対する信号を破線の矢符で示し、第２のＣＰＵ１８からの信号および第２のＣＰＵ１８に対する信号を一点鎖線の矢符でそれぞれ示している。

瞬時用の安全出力回路３１は、二つの瞬時出力制御部３８，３９を備えており、オフディレー用の安全出力回路３２は、二つのオフディレー出力制御部４０，４１を備えている。各出力制御部３８〜４１は、半導体出力用のトランジスタを備えている。

安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３には、第１，第２のＣＰＵ１７，１８からの駆動用信号Ｓ１，Ｓ２、ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号および電源回路２４を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号がそれぞれ与えられる。

駆動用信号Ｓ１，Ｓ２が共にオンすることによって、電源ラインＶＬに電圧が印加されて各出力制御部３８〜４１に電源が供給される。

ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号は、各出力制御部３８〜４１にも与えられており、このＷＤＴ信号は、ウォッチドッグタイマ２２にリセットがかからないときには、オフして全ての出力制御部３８〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。

電源を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号は、各出力制御部３８〜４１にも与えられており、電源異常が検知された場合には、このＰＳＭ信号がオフして全ての出力制御部３８〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。

出力ライン制御回路３３は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対してモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ出力しており、このモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５は、出力ライン制御回路３３に故障（異常）が発生したり、あるいは、上述のＷＤＴ信号またＰＳＭ信号がオフしたときに、オンする。

瞬時用の安全出力回路３１の各瞬時出力制御部３８，３９には、第１のＣＰＵ１７から瞬時出力の駆動用信号Ｓ６，Ｓ７がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ６，Ｓ７によって、安全瞬時出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理がそれぞれ制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ６，Ｓ７がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各瞬時出力端子４２，４３から安全側の状態であるオンの安全瞬時出力をそれぞれ出力する。

また、各瞬時出力制御部３８，３９は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ９，Ｓ１０をそれぞれ出力しており、各瞬時出力制御部３８，３９が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ９，Ｓ１０は、駆動用信号Ｓ６，Ｓ７の反転論理の信号となる。

オフディレー用の安全出力回路３２の各オフディレー出力制御部４０，４１には、第２のＣＰＵ１８からオフディレー出力の駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３によって、安全オフディレー出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理が制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各オフディレー出力端子４５，４６から安全側の状態であるオンの安全オフディレー出力をそれぞれ出力する。

また、各オフディレー出力制御部４０，４１は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５をそれぞれ出力しており、各オフディレー出力制御部４０，４１が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５は、駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３の反転論理の信号となる。

安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３は、瞬時出力制御部３８，３９またはオフディレー出力制御部４０，４１に故障（異常）が発生した場合には、電源ラインＶＬをオフして瞬時出力端子４２，４３およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフにして安全を確保する。

逆に、この出力ライン制御回路３３に、故障（異常）が発生した場合には、瞬時出力制御部３８，３９およびオフディレー出力制御部４０，４１によって瞬時出力端子４２，４３およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフして安全を確保する。

図１１は、単機能ユニット３のブロック図であり、図９に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

単機能ユニット３は、上述のＡＮＤ入力回路２８、オフディレー用の安全出力回路３２、設定スイッチ１９および増設ユニット用のコネクタ３７が備えられておらず、その他は、基本的に上述の高機能ユニット４と同様である。

このように第１，第２のＣＰＵ１７，１８を有する制御部によって、プログラムに従って半導体出力である安全出力を制御するので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

次に各ユニットの動作をいくつかの使用例に基づいて説明する。

図１２は、高機能ユニット４単独の場合の接続状態を示す図であり、図１３は、そのタイムチャートである。

この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。

セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１３（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１３（ｃ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフされることによって、図１３（ｄ）に示されるように、端子Ｓ１３の安全瞬時出力がオンするとともに、図１３（ｅ）に示されるように端子Ｓ４３，Ｓ５３の安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されて機械設備が稼動することになる。

この状態で、例えば、ドアが開かれると、二つの安全入力１，２がオフする。なお、安全入力１，２は、同時にオンオフするのであるが、図１３（ｂ）には、安全入力２が遅れてオフした場合の例を示している。

安全入力１，２のいずれかがオフすることによって、図１３（ｄ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてアンプ５２によってスローダウンされ、安全オフディレー出力が、一定時間Ｔ後にオフすることによって、マグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオフしてモータ５１への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。

図１４は、高機能ユニット４に瞬時タイプの増設ユニット５が接続されて出力点数を増加させた状態を示す図であり、図１５は、そのタイムチャートである。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この例では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている、すなわち、瞬時出力となっている。

複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５の瞬時出力端子６１，６２は、マグネットコンタクタ５８，５９に接続される。

セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１５（ａ），（ｂ）に示されるように、高機能ユニット４の二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１５（ｃ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフされることによって、図１５（ｄ）に示されるように、高機能ユニット４の安全瞬時出力がオンするとともに、図１５（ｅ）に示されるように、増設ユニット５の安全瞬時出力がオンし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオンしてモータ６３〜６５が駆動されて機械設備が稼動することになる。

この状態で、例えば、ドアが開かれると、図１５（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオフし、図１５（ｃ）に示されるように高機能ユニット４の安全瞬時出力がオフするとともに、図１５（ｄ）に示されるように増設ユニット５の安全瞬時出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオフしてモータ６３〜６５への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。

このように増設ユニット５を、高機能ユニット４にケーブル６を介して接続することにより、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。

図１６は、２台の高機能ユニット４−１，４−２とオフディレータイプの増設ユニット５との接続状態を示す図であり、図１７は、そのタイムチャートである。なお、第２の高機能ユニット４−２の二つの安全入力を、便宜上、安全入力３，４と称する。

この例では、第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この第１の高機能ユニット４−１では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている。内部安全出力端子ＬＯは、第２の高機能ユニット４−２の内部安全入力端子ＬＡに接続される。すなわち、第１の高機能ユニット４−１の内部安全出力が、後段の第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられている。

第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、例えば、第１の高機能ユニット４−１のセーフティドアスイッチとは別の１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ６９には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン７０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ７１，７２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ７３，７４に接続される。この第２の高機能ユニット４−２では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５のオフディレー出力端子７５，７６は、マグネットコンタクタ７７，７８に接続される。

第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１７（ｃ）に示されるようにリセット入力がオフ、オン、オフされることによって、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオンし、これによって、図１７（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の各マグネットコンタクタ５４〜５７の主接点がオンしてモータ６３，６４が駆動されることになる。また、この第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力と同じ内部安全出力が第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられる。

第２の高機能ユニット４−２は、図１７（ｆ）に示される内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第２の高機能ユニット４−２の安全出力が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１７では、内部安全入力がオンしたときには、第２の高機能ユニット４−２に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて、図１７（ｇ），（ｈ）に示されるように、二つの安全入力３，４がオンしているので、図１７（ｉ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフすることによって、ＡＮＤ条件が成立し、図１７（ｊ），（ｋ）に示されるように、第２の高機能ユニット４−２の安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンするとともに、図１７（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオンし、これによって、第２の高機能ユニット４−２および増設ユニット５の各マグネットコンタクタ７１〜７６がオンしてモータ７９〜８１が駆動されることになる。

この状態で、例えば、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが開かれると、図１７（ａ），（ｂ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の二つの安全入力１，２がオフし、図１７（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ５４〜５７がオフしてモータ６３，６４への電源が遮断されるとともに、図１７（ｅ）に示されるように第２の高機能ユニット４−２に対する内部安全出力もオフする。

第２の高機能ユニット４−２は、第１の高機能ユニット４−１からの内部安全入力が、図１７（ｆ）に示されるようにオフすることによって、図１７（ｊ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ７１，７２がオフしてモータ７９の電源を遮断し、さらに、図１７（ｋ）に示されるように、一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフするとともに、図１７（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオフし、これによって、各コンタクタ７３，７４，７７，７８がオフしてモータ８０，８１への電源が遮断されることになる。

このようにして、内部安全出力を用いた論理接続によって、第２の高機能ユニット４−２の安全出力を、第１の高機能ユニット４−１の安全出力に容易に関連付けることができ、拡張性が向上する。

また、この実施の形態では、上述のように、設定部としてのスライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３は、ケースの背面に形成した開口８７を介して背面側から設定操作可能であり、設定を行なった後に、ＤＩＮレール８５に取り付けた状態では、ケース背面の開口８７は、ＤＩＮレール８５で閉塞され、外部からスイッチ１２，１３を目視することも操作することもできなくなるので、高機能ユニット４をＤＩＮレール８５に取り付けて機械設備の運転の制御を開始した後には、設定内容を変更することができなくなり、これによって、不用意に設定内容が変更されたり、誤操作されるのを防止できることになり、安全性が向上する。

更に、この実施の形態では、設定部としてのスライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３は、ＤＩＮレール８５に取り付けた後は、目視および操作不能であるが、設定部における設定項目の少なくとも一部である、オフディレー時間を設定するロータリスイッチ１３については、上述の図３に示されるように、ケース正面に、ロータリスイッチ９２を追加して二重化を図るとともに、オフディレー時間の設定内容を容易に確認できるようにしている。

ここで、上述の背面側のロータリスイッチ１３を、第１のロータリスイッチ１３と称し、正面側のロータリスイッチ９２を第２のロータリスイッチ９２と称する。

第１，第２のロータリスイッチ１３，９２の設定出力は、図１９に示されるように、上述の第１，第２のＣＰＵ１７，１８にそれぞれ与えられ、各ＣＰＵ１７，１８は、各設定出力を、互いに比較して一致しているか否かを判断し、一致しているときには、その設定内容に応じたオフディレー時間となるように制御し、一致していないときには、エラー表示などの警告を行なって機械設備の稼動を禁止する。

このように二重化を図ることによって、例えば、一方のロータリスイッチが接点の接触不良や短絡などの故障によって、ユーザが意図した設定内容とならなかったような場合には、両ロータリスイッチ１３，９２の設定内容が相違することになり、第１，第２のＣＰＵ１７，１８によってそれが検知されて機械設備の稼動が禁止されるので高い安全レベルを確保できる。

また、第２のロータリスイッチ９２は、ケースの正面の目視可能な位置に配置されているので、ユーザは、第２のロータリスイッチ９２の設定状態を目視して設定されているオフディレー時間を容易に確認できることになる。

上述の実施の形態では、ＡＮＤによって論理接続したけれども、ＡＮＤに限らず、ＯＲやＸＯＲなどによって論理接続してもよく、また、複数の論理接続を可能としてもよい。

上述の実施の形態では、スライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３は、ケース内部に設けたけれども、本発明の他の実施の形態として、ケースの背面に設けてもよく、また、高機能ユニット４の取り付け状態において、その側面や上下面に、他のユニットなどがあって側面や上下面からの操作が困難であるような場合には、ケースの側面や上下面に設けてもよい。

また、上述の実施の形態では、スライドスイッチ１２およびロータリスイッチ１３などの設定部を、高機能ユニット４に設けた場合について説明したけれども、設定部は、単機能ユニット３や増設ユニット５に設けてもよく、これらユニット３，５は、高機能ユニット４と同様に、ＤＩＮレールに取り付けることが可能である。

なお、単機能ユニット３および高機能ユニット４の安全出力や内部安全出力（内部安全入力）の数は、上述の実施の形態に限らないのは勿論である。

また、上述の実施の形態では、セーフティコントローラに適用して説明したけれども、本発明の設定部の構成は、制御機器や計測機器などの設定操作を行う各種の電子機器に適用することができるものである。

例えば、設定操作される設定部を備える電子機器において、前記設定部は、当該電子機器を所要箇所に取り付けた状態では、設定操作できないように設けられるものであり、あるいは、前記設定部は、当該電子機器の取り付け面となるケースの背面側から設定操作可能に設けられるものである。

これによって、電子機器における設定が不用意に変更されたり、誤操作されるのを防止することができる。

本発明は、安全システムの構築に有用である。

本発明の一つの実施の形態に係るシステムの構成例を示す図である。図１の単機能ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットの背面図である。図１の高機能ユニットをＤＩＮレールの取り付けた状態の斜視図である。図１の高機能ユニットのリアケースを外した状態の平面図である。図１の高機能ユニットのリアケースを外した状態の背面図である。図１の増設ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットのブロック図である。図９の一部の詳細を示すブロック図である。図１の単機能ユニットのブロック図である。第１の使用例の接続状態を示す図である。図１２のタイムチャートである。第２の使用例の接続状態を示す図である。図１４のタイムチャートである。第３の使用例の接続状態を示す図である。図１６のタイムチャートである。設定の二重化を示すブロック図である。

符号の説明

１セーフティドアスイッチ
２非常停止スイッチ
３単機能ユニット
４高機能ユニット
５増設ユニット
１２スライドスイッチ
１３，９２ロータリスイッチ
１７，１８第１，第２のＣＰＵ
３１瞬時用の安全出力回路
３２オフディレー用の安全出力回路
３４内部安全出力回路
８５ＤＩＮレール
８７開口

Claims

入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、
前記安全出力として半導体出力を与える安全出力部と、
設定操作される設定部と、
前記入力機器からの前記入力および前記設定部の設定に基づいて、プログラムに従って前記安全出力を制御する制御部とを備え、
前記設定部は、当該セーフティコントローラを所要箇所に取り付けた状態では、設定操作できないように設けられ、
前記設定部は、該設定部における設定項目の少なくとも一部の設定項目の設定が可能な第１の設定部と、該第１の設定部と同一の設定項目の設定が可能な第２の設定部とを備え、
前記制御部には、前記第１，第２の設定部からの設定出力が与えられ、前記制御部は、各設定出力を比較することを特徴とするセーフティコントローラ。
前記制御部は、前記第１，第２の各設定部からの設定出力が、個別的にそれぞれ与えられる第１，第２のＣＰＵを備え、前記各ＣＰＵは、各設定出力を互いに比較する請求項１記載のセーフティコントローラ。
前記第２の設定部は、当該セーフティコントローラを所要箇所に取り付けた状態で、目視できるように設けられる請求項１または２記載のセーフティコントローラ。