JP4513356B2

JP4513356B2 - 制御機器

Info

Publication number: JP4513356B2
Application number: JP2004052734A
Authority: JP
Inventors: 貴裕大石
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-02-27
Filing date: 2004-02-27
Publication date: 2010-07-28
Anticipated expiration: 2024-02-27
Also published as: JP2005242734A

Description

この発明は、２台の制御機器を通信ケーブルで接続し、二重化構成された系において、異常検出とその識別を行なう制御機器の異常検出装置に関するものである。

従来から２台の制御機器を通信ケーブルで接続し、二重化構成された系において、相手機器及び通信ケーブルの異常を検出、判別する技術はあった。しかし、従来の異常検出は、コネクタ外れと相手機器の異常の識別を目的としており、コネクタの部分的な接触不良や、通信ケーブル内の一部の通信線が異常となった場合に、相手機器異常と誤認識してしまう恐れがある（例えば、特許文献１参照）。

また、相手機器若しくは通信線に異常が発生した場合、自機器と相手機器の入出力状態若しくは、自機器と相手機器のＬＥＤの点灯状態から、相手機器若しくは通信線の異常の、検知若しくは判別を行う技術もあるが、これらの技術の場合、自機器及び相手機器における、信号の入出力状態やＬＥＤの点灯状態を監視する第三者が必要であり、自機器の信号の入出力状態のみで、相手機器及び通信線の異常を検知，判別することはできない（例えば、特許文献２，３参照）。

特開平８−１２３７０５号公報特開平８−２４９２５８号公報実開昭６２−６６３５１号公報

以上に述べたような従来の制御機器の異常検出装置では、２台の制御機器を通信ケーブルで接続し、二重化構成された系を構築する場合、制御系の機器に異常がある時、待機系の機器は即座に制御を受け継がなければならない。しかし、単純にケーブル内の１本の通信線を用いて制御系の正常・異常を判断しようとすると、制御系が異常を通知しているのか、通信線に異常があるのかの区別ができない。通信線の異常であった場合は、制御系が正常に動作している可能性があり、待機系が制御を受け継ぐと、制御の競合が発生する恐れがあるため、待機系が異常を検知しても制御を受け継ぐべきではないが、従来の異常検出装置では、通信線の異常が生じた際に、制御系が正常に動作しているか否かを判断することはできない、という問題点があった。

また、突き合わせ電源がケーブル内・コネクタ部等でＧＮＤと短絡した場合、異常通知回路が正常に動作せず、相手機器の状態を誤って判別してしまう恐れがある。従来の異常検出装置では、相手機器及び通信線の異常の検知及び判別において、通信線の異常と相手機器の異常を誤認識してしまう恐れがある。また、自機器及び相手機器における、信号の入出力状態及びＬＥＤの点灯状態を監視する第三者が必要であり、自機器の信号の入出力状態のみで相手機器及び通信線の異常を検知・判別することは不可能である、という問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、相手機器及び通信線が、相手機器及び通信線共に正常か異常か、異常である場合、それが通信線の故障か、相手機器の異常か、相手機器の電源断か、電源短絡か、を自機器の信号の入出力状態のみから判別することができ、制御系に異常が発生しても待機系が適切な処置をとることを可能とする制御機器の異常検出装置を得るものである。

この発明に係る制御機器は、一対の制御機器とそれらを接続するケーブルとで構成される制御機器システムに用いられる制御機器であって、前記ケーブルは、第一の出力線と、第一の入力線と、第二の出力線と、第二の入力線と、を有し、前記一対の制御機器のそれぞれは、前記ケーブルが抜けているか、又は前記ケーブルが有する複数の入力線又は出力線の一部が異常な場合に、その異常を示す信号を第一の出力線に出力するケーブル抜け検出出力部と、前記一対の制御機器のうちの他制御機器のケーブル抜け検出出力部から出力される信号を前記第一の入力線を介して入力するケーブル抜け検出入力部と、自制御機器が異常な場合に、その異常を示す信号を出力するエラー検出出力部と、前記他制御機器のエラー検出出力部から出力される信号を前記第二の入力線を介して入力するエラー検出入力部と、前記エラー検出出力部の出力を折返して、当該出力を監視するエラー検出折返し入力部と、を備え、かつ、前記ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、前記他制御機器又は前記ケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線の一部に発生した異常を検出するものである。

この発明によれば、自機器の信号の入出力状態のみで、相手機器及び通信線の正常・異常を判断することができ、異常状態である場合、具体的に如何なる異常状態かを判別することができる、といった効果を奏する。

実施の形態１．
この発明の第一の実施の形態による制御機器の異常検出装置を、図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、この発明の第一の実施の形態による制御機器の異常検出装置の原理を示す構成図である。図１において、２台の制御機器である自制御機器１ａと相手制御機器１ｂは、相手機器及び通信線の異常を検知する通信線５０ａ乃至ｄと、互いのＶＣＣ８ａを突き合わせた通信線５０ｅと、互いのＧＮＤ１０ａを突き合わせた通信線５０ｆと、２制御機器間でデータの通信を行う通信線５０ｇからなる通信ケーブルで接続されている。また、通信線５０ｅ及びｆは、断線対策として、複数の信号線から構成されている。
なお、自制御機器１ａと相手制御機器１ｂとは同一構造であるが、以下、自制御機器１ａ側から見て説明する。

自制御機器１ａは、信号処理部２ａと異常検出部４ａとを備えている。信号処理部２ａは、ケーブルの抜け及び通信線の異常を通知するケーブル抜け検出出力ａと、ケーブルの抜け及び通信線の異常を検知するケーブル抜け検出入力ａと、相手制御機器１ｂに異常を通知するエラー検出出力ａと、エラー検出出力ａの出力状態を検知するエラー検出折返し入力ａと、自制御機器１ａの異常、ケーブル抜け及び、通信線の異常を検知するエラー検出入力ａと、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａの短絡を検出する電源短絡検出入力ａの４入力２出力信号を備える。また、信号処理部２ａの２出力である、ケーブル抜け検出出力ａ及びエラー検出出力ａはＣ-MOS出力である。
そして、異常検出部４ａは、通信ケーブルの抜け及び通信線の異常を検出するケーブル抜け検出回路５ａと、相手機器の異常を検出するエラー検出回路６ａと、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａの短絡を検出する電源短絡検出回路７ａを備えている。

ケーブル抜け検出回路５ａは、ケーブル抜け検出出力信号ａをプルアップする抵抗Ｒ１１ａと、ケーブル抜け検出回路入力ａをプルダウンする抵抗Ｒ１２ａを備える。
ケーブル抜け検出出力ａの出力は、ケーブル抜け検出入力ａ，エラー検出出力ａ，エラー検出折返し入力ａの３信号の状態により決定する。エラー検出出力ａがＨ，エラー検出折返し入力ａがＬとなった時、若しくは制御機器１ａのケーブル抜け検出入力ａがＬとなった時の２通りの信号状態ととなった時、信号処理部２ａがこれを検出して、制御機器１ａのケーブル抜け検出出力にＬを出力する。また、上記３信号が、上記２パターン以外の状態のときは、ケーブル抜け検出出力ａはＨを出力する。
ケーブル抜け検出入力ａの入力は、通信線５０ｂが正常であれば、相手制御機器１ｂのケーブル抜け検出出力ｂの出力を検知する。

エラー検出回路６ａは、エラー検出出力信号をプルダウンするＲ１３ａと、シュミットトリガインバータIＣ１９ａと、オープンドレイン出力インバータIＣ１８ａと、エラー検出折返し入力信号をプルダウンするＲ１４ａと、エラー検出入力をプルアップするＲ１５ａとを備える。
エラー検出出力ａは自制御機器１ａが正常な場合、Ｈを出力する。また、自制御機器１ａが異常な場合及び電源短絡検出入力ａがＬとなった場合、エラー検出出力ａよりＬが出力される。
また、制御機器１ａのエラー検出折返し入力ａは、制御機器１ａのエラー検出出力ａの出力を、IＣ１９ａ，IＣ１８ａを介して自制御機器１ａ内に折り返して入力する信号である。
そして、エラー検出入力ａの入力は、通信線５０ｄが正常であれば、制御機器１ｂのエラー検出出力ｂの出力をIＣ１８ｂ，IＣ１９ｂを介して検知する。

また、自制御機器１ａの電源は、異常検出部４ａに電源供給を行う電源ＶＣＣ８ａと、その他の回路部に電源供給を行う電源ＶＣＣ９ａとの２系統を備えており、ＶＣＣ８ａは、内部供給電源３ａにより、ＶＣＣ９ａから生成される。そして、自制御機器１ａの異常検出部電源であるＶＣＣ８ａと相手制御機器１ｂの異常検出部電源であるＶＣＣ８ｂとは、通信線５０ｅにより突き合わされている。
同様に、自制御機器のＧNＤも、異常検出部４ａのＧNＤであるＧＮＤ１０ａと、その他の回路部のＧNＤであるＧＮＤ１１ａとの２系統を備え、自制御機器１ａの異常検出部ＧNＤであるＧＮＤ１０ａと相手制御機器１ｂの異常検出部ＧNＤであるＧＮＤ１０ｂとは通信線ｆにより突き合わされている。
これにより、自制御機器１ａ及び相手制御機器１ｂのうち、どちらか一方が電源供給断になった時、もう一方の正常に電源供給されている制御機器により、通信線５０ｅ及び５０ｆを介して、電源供給断となった制御機器の異常検出部にも電源供給が行われる。よって、電源供給断となった制御機器は、信号処理部は機能を失うが、自制御機器１ａ及び相手制御機器１ｂ双方の異常検出部４ａ，４ｂは共に機能を維持することができる。

電源短絡検出回路７ａは、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａ間に短絡が発生した場合に、これを検知する回路であるが、電源短絡検出回路７ａは、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａ間の短絡発生時、内部供給電源３ａの出力とＶＣＣ８ａ間に電位を発生させる抵抗Ｒ１６ａと、他方の異常検出部電源ＶＣＣ８ｂより供給された異常検出電源が、内部供給電源３ａの出力に入力されることを防ぐダイオードＤ１７ａと、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａ間に短絡が発生した時、短絡発生を信号処理部２ａに通知するシュミットトリガインバータIＣのIＣ２０ａを備える。
この電源短絡検出回路７ａにより、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａ間に短絡が発生していない時、相手機器及び通信線の状態にかかわらず、信号処理部２ａにおける電源短絡検出入力ａに、Ｌが入力され、電源短絡発生時は、信号処理部２ａにおける電源短絡検出入力ａにＨが入力される。

このように構成された回路における相手機器及び通信線の状態と、自制御機器１ａの信号処理部２ａの入出力との関係は、図２に示すようになる。

まず、相手機器１ｂ及び通信線５０ａ乃至５０ｇの全てが正常な時、ケーブル抜け検出出力ａはＨを出力し、ケーブル抜け検出出力ｂもＨを出力するため、ケーブル抜け検出入力ａはＨとなる。
また、自制御機器１ａが正常な場合、エラー検出出力ａもＨを出力する。エラー検出出力ａよりＨが出力されると、IＣ１９ａを介して、IＣ１８ａにＬが入力され、IＣ１８ａはオープンドレイン出力インバータIＣであるため、IＣ１８ａの出力はハイインピーダンスとなる。
これにより、エラー検出折返し入力ａの入力は、Ｒ１５ｂとＲ１４ａの分圧比によって決定され、Ｒ１４ａの抵抗値は、Ｒ１５ｂの抵抗値に対して非常に大きくなっているため、エラー検出折返し入力ａの入力はＨとなる。そして、相手制御機器１ｂも正常なことから、エラー検出出力ｂもＨを出力し、IＣ１８ｂの出力はハイインピーダンスとなり、エラー検出入力ａの入力は、Ｒ１５ａとＲ１４ｂの分圧によって決定され、Ｒ１５ａの抵抗値は、Ｒ１４ｂの抵抗値に対して非常に小さくなっているため、エラー検出入力ａの入力はＨとなる。

相手制御機器１ｂの電源断が発生した場合、異常検出部電源ＶＣＣ８ｂには、自制御機器１ａの異常検出部電源ＶＣＣ８ａより電源供給がされ、異常検出部４ｂは機能を失わないが、信号処理部電源ＶＣＣ９ｂには電源供給されないため、信号処理部２ｂは機能しない。そのため、ケーブル抜け検出出力ｂ、エラー検出出力ｂの出力は共にハイインピーダンスとなる。
このため、ケーブル抜け検出入力ａの入力はＲ１１ｂとＲ１２ａとの分圧によって決定する。Ｒ１２ａの抵抗値は、Ｒ１１ｂの抵抗値に比べて、非常に大きいため、ケーブル抜け検出入力ａはＨとなる。また、IＣ１９ｂの入力には、Ｒ１３ｂによりプルダウンされ、Ｌが入力される。よって、IＣ１８ａの出力はＬとなり、エラー検出入力ａにはＬが入力される。
ケーブル抜け検出出力ａ、エラー検出出力ａは、自制御機器１ａが正常なため、共にＨを出力し、エラー検出折返し入力ａにもＲ１４ａとＲ１５ｂの分圧比よりＨが入力される。

通信線５０ａが断線、若しくはＧNＤに短絡するなどしてＬ固定故障となった場合、ケーブル抜け検出入力ｂはＲ１２ｂによりプルダウンされるため、若しくはＬ固定故障のためＬが入力される。これを、信号処理部１ｂが検知して、ケーブル抜け検出出力ｂはＬを出力し、これにより、ケーブル抜け検出入力ａにはＬが入力される。また、信号処理部１ａが、ケーブル抜け検出入力ａにＬが入力されたことを検知して、ケーブル抜け検出出力ａはＬとなる。エラー検出出力ａは、自制御機器１ａが正常なことからＨを出力し、エラー検出折返し入力ａにもＲ１４ａとＲ１５ｂの分圧比よりＨが入力される。また、相手制御機器１ｂが正常なことから、エラー検出出力ｂからＨが出力されるため、エラー検出入力ａもＨとなる。

通信線５０ｂが断線若しくはＬ固定故障となった場合、ケーブル抜け検出入力ａはＲ１２ａによるプルダウンのため、若しくはＬ固定故障のためＬが入力され、これによりケーブル抜け検出出力ａはＬを出力する。エラー検出出力ａは、自制御機器１ａが正常なことからＨを出力し、エラー検出折返し入力ａにもＲ１４ａとＲ１５ｂの分圧比よりＨが入力される。また、相手制御機器１ｂが正常なことから、エラー検出出力ｂからＨが出力されるため、エラー検出入力ａもＨとなる。

通信線５０ｃが断線、若しくはＬ固定故障となった場合、自制御機器１ａが正常なため、エラー検出出力ａはＨを出力する。これにより、IＣ１８ａの出力はハイインピーダンスとなるが、通信線５０ｃが断線している時は、Ｒ１４ａによりプルダウンされるため、若しくはＬ固定故障のため、エラー検出折返し入力にはＬが入力される。エラー検出出力ｂは相手制御機器１ｂが正常なためＨを出力し、これによりエラー検出入力ａにはＨが入力される。
また、エラー検出出力ａはＨ、エラー検出折返し入力はＬのため、信号処理部２ａがこれを検出して、ケーブル抜け検出出力ａはＬを出力する。これにより、ケーブル抜け検出入力ｂもＬが入力され、これを信号処理部２ｂが検知してケーブル抜け検出出力ｂはＬとなり、ケーブル抜け検出入力ａはＬが入力される。

通信線５０ｄが断線、若しくはＬ固定故障となった場合、エラー検出入力ａには、Ｒ１５ａによるプルアップによりＨが入力される。また、Ｌ固定故障となった時には、エラー検出入力ａには強制的にＬが入力される。この時、相手制御機器１ｂにおけるエラー検出出力ｂはＨ、エラー検出折返し入力ｂはＬとなるため、信号処理部１ｂがこれを検出して、ケーブル抜け検出出力ｂよりＬが出力される。そのため、ケーブル抜け検出出力ａ、ケーブル抜け検出入力ａには共にＬが入出力される。
また、エラー検出出力ａは制御機器１ａが正常なため、エラー検出折返し出力は、Ｒ１４ａとＲ１５ｂの分圧比より、共にＨが入出力される。

相手制御機器１ｂが異常の場合、エラー検出出力ｂがＬを出力するため、エラー検出入力ａにはＬが入力される。また、その他の信号である、ケーブル抜け検出出力ａ、ケーブル抜け検出入力ａ、エラー検出出力ａ、エラー検出折返し入力ａは自制御機器１ａ、通信線いずれも正常なため、すべてＨが入出力される。

異常検出部電源のＶＣＣ８ａ若しくはＶＣＣ８ｂと、異常検出部ＧNＤのＧＮＤ１０ａとＧＮＤ１０ｂが短絡した場合、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａ間に発生する短絡電流により、Ｒ１３ａに電位が発生する。これにより、ＶＣＣ８ａはＬとなるが、内部供給電源３ａから見てＲ１６ａより内側の電位はＨに保たれる。このため、IＣ２０ａの電源は正常に供給され、IＣ２０ａは正常に動作する。そして、ＶＣＣ８ａの電位は短絡時ＬとなるためIＣ２０ａはＨを出力し、電源短絡検出入力ａにＨが入力される。これを信号処理部２ａが検知して、エラー検出出力ａはＬを出力し、IＣ１８ａの出力はＬとなるため、エラー検出折返し入力ａはＬが入力される。この時、相手制御機器１ｂにおいても、ＶＣＣ８ｂとＧＮＤ１０ｂの短絡は発生するため、エラー検出出力ｂはＬを出力し、よって、エラー検出入力ａはＬとなる。
また、ケーブル抜け検出出力ａは自制御機器１ａが正常なため、ケーブル抜け検出入力ａはＲ１２ａとＲ１１ｂの分圧比より、共にＨが入出力される。

以上に図２を用いて説明した、相手機器及び通信線の状態と、信号処理部２ａにおける信号の入出力状態との関係を、信号処理部２ａにおける入力信号の状態により区別すると、図３に示すような、相手機器及び通信線の状態と信号処理部２ａにおける入力信号状態の組合せが得られる。

上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号、すなわち、ケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｈ，Ｈ，Ｈ，Ｌとなった場合、自制御機器１ａは、相手機器及び通信ケーブル共に正常と判別することが可能となる。

また、上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号であるケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｈ，Ｈ，Ｌ，Ｌとなった場合、自制御機器１ａは、相手機器電源断と判別することが可能となる。

また、上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号であるケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｌ，Ｈ，Ｈ，Ｌとなった場合、自制御機器１ａは、通信線ａ断線，通信線ｂ断線，通信線ｃ断線，通信線ａのＬ固定故障，通信線ｂのＬ固定故障のいずれかと判別することが可能となる。

また、上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号であるケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｌ，Ｌ，Ｈ，Ｌとなった場合、自制御機器１ａは、通信線ｃ断線，全通信線断線，通信線ｃのＬ固定故障のいずれかと判別することが可能となる。

また、上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号であるケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｌ，Ｈ，Ｌ，Ｌとなった場合、自制御機器１ａは、通信線ｄのＬ固定故障と判別することが可能となる。

また、上述の説明から、図２に示すように、制御機器１ａの信号処理部２ａにおける４本の入力信号であるケーブル抜け検出入力，エラー検出折返し入力，エラー検出入力，電源異常検出入力が、それぞれ、Ｈ，Ｌ，Ｌ，Ｈとなった場合、自制御機器１ａは、ＶＣＣ８ａとＧＮＤ１０ａが短絡したと判別することが可能となる。

この発明の実施の形態による異常検出装置の構成図。この発明の実施の形態による異常検出装置の、信号処理部の４入力と、相手機器及び通信線の相対関係を示す図。この発明の実施の形態による異常検出装置の、相手機器および通信線の状態と、信号処理部の４入力の組合せ状態の相対関係を示す図。

符号の説明

１ａ，１ｂ制御機器
２ａ，２ｂ信号処理部
３ａ，３ｂ内部供給電源
４ａ，４ｂ異常検出部
５ａ，５ｂケーブル抜け検出回路
６ａ，６ｂエラー検出回路
７ａ，７ｂ電源短絡検出回路
５０ａ，５０ｂ，５０ｃ，５０ｄ，５０ｅ，５０ｆ，５０ｇ通信線

Claims

一対の制御機器とそれらを接続するケーブルとで構成される制御機器システムに用いられる制御機器であって、
前記ケーブルは、第一の出力線と、第一の入力線と、第二の出力線と、第二の入力線と、を有し、
前記一対の制御機器のそれぞれは、
前記ケーブルが抜けているか、又は前記ケーブルが有する複数の入力線又は出力線の一部が異常な場合に、その異常を示す信号を第一の出力線に出力するケーブル抜け検出出力部と、
前記一対の制御機器のうちの他制御機器のケーブル抜け検出出力部から出力される信号を前記第一の入力線を介して入力するケーブル抜け検出入力部と、
自制御機器が異常な場合に、その異常を示す信号を出力するエラー検出出力部と、
前記他制御機器のエラー検出出力部から出力される信号を前記第二の入力線を介して入力するエラー検出入力部と、
前記エラー検出出力部の出力を折返して、当該出力を監視するエラー検出折返し入力部と、を備え、かつ、
前記ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、前記他制御機器又は前記ケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線の一部に発生した異常を検出する、
ことを特徴とする制御機器。
他制御機器又はケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線の一部に異常がある場合、ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、他制御機器かケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線のいずれに異常があるのかを識別することを特徴とする請求項１に記載の制御機器の異常検出装置。
ケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線のが全て断線した場合、ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、その断線を検出し、他制御機器の異常時とは区別することを特徴とする請求項１または２に記載の制御機器の異常検出装置。
ケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線のいずれか一本が断線となった場合、ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、前記断線を検出し、他制御機器の異常時とは区別することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御機器の異常検出装置。
ケーブルが有する複数の入力線若しくは出力線のいずれかがＬ固定故障となった場合、ケーブル抜け検出入力部、エラー検出入力部、及びエラー検出折返し入力部に入力された信号の論理レベルの変化から、前記断線を検出し、他制御機器の異常時とは区別することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の制御機器の異常検出装置。