JP4675345B2 - 接点出力装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の信号保安システム等で使用される接点出力装置に係わり、特に、接点出力回路の断線を検出する技術に関する。

出力配線の断線を検知する出力回路としては、有極の負荷リレーと、この負荷リレーを駆動する駆動用リレーと、負荷リレーに感動電流を流す直流電源と、負荷リレーの操作コイルに並列に接続された逆起電力防止用ダイオードと、駆動リレーの接点と負荷リレーの操作コイルを接続する出力配線に流れる電流を検出する電流検出部とを備え、駆動用リレーがオンのときは直流電源から電流検出部を経由せずに負荷リレーを駆動し、駆動用リレーがオフのときは電流検出部および逆起電力防止用ダイオードを経由することによって負荷リレーの操作コイルに感動電流が流れないようにし、負荷リレーを駆動させずに出力配線に流れる電流を電流検出部で検出することで、出力配線の断線を検出する断線機能付きリレー出力回路がある（たとえば、特許文献１参照。）。

特開平８−２６４０９４号公報

上記の出力回路では、負荷リレーを作動させずに断線の有無を検出できるが、自装置内の断線と自装置外の出力回線や操作コイルなどの断線とを区別して検出することはできず、断線部位を特定することはできなかった。

本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、断線部位を特定可能な接点出力装置を提供することを目的としている。

かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。

［１］制御部と、
前記制御部によってオン／オフ制御される出力リレーと、
接点出力回路とを備え、
前記接点出力回路は、外部負荷が接続される出力端子間に接続された内部負荷を有し、前記出力リレーの動作時に前記出力端子間に出力電源を接続し、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に検査電源を接続するように構成されると共に、前記出力端子間に流れる電流を計測する電流センサを備え、
前記制御部は、前記出力リレーの復旧中に前記電流センサによって計測された電流値に応じて前記出力端子間に接続された回路の断線状態を判定する
ことを特徴とする接点出力装置。

上記発明では、出力リレーの動作時は、出力端子間に出力電源が接続されて外部負荷が駆動される。出力リレーの復旧時は検査電源によって出力端子間に検査用の電圧が印加され、このとき電流センサで計測された電流値に応じて出力回路の断線状態が判断される。回路正常時と、内部負荷などで断線が発生したときと、外部負荷や出力回線で断線が生じたときとで回路の総負荷が変化するように内部負荷のインピーダンスなどを設定しておけば、計測される電流値が断線の有無や断線部位に応じて変化するので、計測された電流値に基づき断線の有無や断線部位を特定することができる。

なお、検査電源による検査電流が外部負荷の動作電流値以下になるようにするか、もしくは外部負荷が極性を有する場合には検査電源により逆極性の電圧を印加にするようにすれば、出力リレーの復旧時に外部負荷を動作させることなく断線検査を行うことができる。

［２］前記出力リレーの接点の動作復旧を照査する照査回路をさらに有し、
前記制御部は、前記検査電源による検査用の電圧の印加をオン／オフ制御すると共に、前記照査回路によって前記出力リレーの復旧接点の閉成が確認されたことを条件に、前記検査用の電圧の印加をオン／オフ制御する
ことを特徴とする［１］に記載の接点出力装置。

上記発明では、出力リレーの復旧接点が閉成したことを照査回路によって確認した上で断線検査が行われる。照査回路を設けることにより、出力リレーの故障と出力回路の断線とを切り分けて検査することができる。

［３］前記内部負荷は、前記出力リレーが動作時の出力端子間の極性に対して逆方向にされたダイオードと第２抵抗器とを直列接続したものであり、
前記検査電源は、前記極性と逆極性の電圧を前記出力端子間に印加する
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の接点出力装置。

上記発明では、出力リレーの動作時は、逆極性のダイオードの存在により内部負荷に電流は流れないので、内部負荷が接続されていないと等価な状態で外部負荷を駆動することができる。一方、出力リレーの復旧時は、ダイオードの順方向の電圧が検査電源から印加されるので、内部負荷での断線を検査することができる。

［４］前記接点出力回路は、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に前記検査電源を接続する代わりに、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に前記出力電源を逆極性にしたものと第１抵抗器とを直列に接続する
ことを特徴とする［３］に記載の接点出力装置。

上記発明では、検査電源の代替として、逆極性にした出力電源とこれに直列にされた第１抵抗器が接続される。復旧時の負荷は内部負荷と外部負荷との並列回路と第１抵抗器とを直列接続したものに近似され、動作時の負荷は外部負荷のみに近似される。第１抵抗器は、復旧時に内部負荷と外部負荷とが並列回路となってその合計インピーダンスが外部負荷単独の場合より小さくなる分を補填する役割を果たす。

［５］制御部と、出力リレーと、接点出力回路とを有し、
前記接点出力回路は、所定の出力電源の正極が前記出力リレーの第２動作接点に接続され、前記出力リレーの第２共通接点が正極の出力端子に接続され、前記出力電源の負極が前記出力リレーの第３動作接点に接続され、前記出力リレーの第３共通接点が負極の出力端子に接続され、前記出力リレーの第２復旧接点が前記出力リレーの第３動作接点に接続され、前記出力リレーの第３復旧接点が前記出力リレーの第２動作接点に接続され、前記正極の出力端子と前記負極の出力端子との間に該出力端子の極性に対して逆方向にされたダイオードと第２抵抗器とが直列に接続されると共に、前記正極の出力端子と前記第２共通接点との間もしくは前記負極の出力端子と前記第３共通接点との間に電流センサを介挿し、前記第２復旧接点と前記第３動作接点との間もしくは前記第３復旧接点と前記第２動作接点との間に前記第１抵抗器を介挿し、さらに前記出力電源による出力電圧の印加を半導体スイッチでオン／オフ制御するように構成されており、
前記制御部は、入力される制御情報に応じて前記出力リレーをオン／オフ制御し、かつ前記出力リレーの第１動作接点に動作接点照査出力を出力し、前記出力リレーの第１復旧接点に復旧接点照査出力を出力し、前記出力リレーの第１共通接点から入力される照査入力に基づいて前記出力リレーの接点の動作状態を確認すると共に、前記出力リレーをオフ制御した状態で前記照査入力によって前記出力リレーの復旧接点が閉成していることが確認された場合に、前記半導体スイッチをオン／オフ制御し、このとき前記電流センサによって計測された電流値に応じて回路の断線状態を判定する
ことを特徴とする接点出力装置。

上記発明では、制御部は、出力リレーをオフ制御したとき該出力リレーの復旧接点の閉成を照査し、その閉成が確認されたとき、半導体スイッチをオン／オフ制御する。これにより、出力電源を逆向きにしたものと第１抵抗器とを直列接続したものが第２共通接点と第３共通接点との間に接続され、出力端子間に検査用の電圧が印加される。制御部は、このとき出力回路に流れる電流値を電流センサで計測し、該計測された電流値に応じて出力回路の断線状態を判定する。

上記の状態（復旧接点閉成かつ半導体スイッチをオンの状態）の出力回路における回路正常時の負荷は、第２抵抗器と外部負荷との並列回路と第１抵抗器とを直列接続したものに近似され、出力回線や外部負荷の断線時の負荷は第１抵抗器と第２抵抗器との直列回路に近似され、第２抵抗器やダイオードの断線時の負荷は第１抵抗器と外部負荷との直列回路に近似される。このように断線の有無や断線部位によって負荷が変化するので、計測された電流値に応じて断線の有無や断線部位を特定することができる。

［６］前記制御部は、前記電流センサによって計測された電流値と断線時の電流値の理論値とを比較して回路の断線状態を判定する
ことを特徴とする［１］乃至［５］のいずれか１つに記載の接点出力装置。

上記発明では、断線時の電流値の理論値を断線部位別に求めて比較することで、断線部位を容易に特定することができる。理論値は予め求めておくとよい。

本発明に係る接点出力装置によれば、自装置内の接点出力回路の断線と自装置外の出力回線または出力回線に終端された回路の断線を区別して検出することができる。また、この検出を出力リレーがオフのときに行うことができる。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る接点出力装置１０の構成を示している。接点出力装置１０は、制御部１１と、制御部１１の出力するリレー制御信号１２によってオン／オフ制御される出力リレーＲＹと、接点出力回路２０とを備えている。制御部１１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access
Memory）などで構成される。

制御部１１には図示省略した上位の電子連動装置などから制御情報１６が入力されており、該制御情報１６に従って出力リレーＲＹをオン／オフ制御する。また、制御部１１は、出力リレーＲＹの制御状態や断線検査の結果など示す表示情報１７を図示省略の電子連動装置などに出力する。

制御部１１は、出力リレーＲＹの第１極Ｐ１の動作接点である第１動作接点Ｎ１にＮ接点照査出力信号１３を出力し、出力リレーＲＹの第１極Ｐ１の復旧接点である第１復旧接点Ｒ１にＲ接点照査出力信号１４を出力し、出力リレーＲＹの第１極Ｐ１の共通接点である第１共通接点Ｃ１から照査入力信号１５を入力している。これらは出力リレーＲＹの接点の動作復旧を照査し確認するための照査回路を構成している。

接点出力回路２０は、直流電源である出力電源Ｅの正極が接続される（＋）電源接続端子２１と出力電源Ｅの負極が接続される（−）電源接続端子２２とを備えている。また（＋）出力端子２３と（−）出力端子２４とを備え、これら出力端子２３、２４間に負荷ＲＬが出力回線Ｗを介して接続される。

（＋）電源接続端子２１は半導体スイッチ２６を介して出力リレーＲＹの第２極Ｐ２の動作接点である第２動作接点Ｎ２に接続されている。出力リレーＲＹの第２極Ｐ２の共通接点である第２共通接点Ｃ２は電流センサ２７を介して（＋）出力端子２３に接続されている。

（−）電源接続端子２２は出力リレーＲＹの第３極Ｐ３の動作接点である第３動作接点Ｎ３に接続されている。出力リレーＲＹの第３極Ｐ３の共通接点である第３共通接点Ｃ３は（−）出力端子２４に接続されている。

出力リレーＲＹの第２極Ｐ２の復旧接点である第２復旧接点Ｒ２は第１抵抗器Ｒｇ１を介して第３動作接点Ｎ３に接続されている。出力リレーＲＹの第３極Ｐ３の復旧接点である第３復旧接点Ｒ３は出力リレーＲＹの第２極Ｐ２の第２動作接点Ｎ２に接続されている。さらに、（＋）出力端子２３と（−）出力端子２４との間には、これら出力端子２３、２４の極性に対して逆方向にされたダイオード３１と第２抵抗器Ｒｇ２とが直列にされて接続されている。

半導体スイッチ２６には、その導通（オン）、開放（オフ）を制御する制御信号としてのスイッチ制御信号１８が制御部１１から入力されている。また、電流センサ２７の出力する電流検出信号２７ａは制御部１１に入力されている。

制御部１１は、スイッチ制御信号１８によって半導体スイッチ２６をオン／オフ制御する。また、電流センサ２７から入力される電流検出信号２７ａに基づいて出力回路に流れる電流値を計測し、この計測結果に基づいて断線判定などを行う。

制御部１１は、上位の電子連動装置などから入力された制御情報１６に応じたリレー制御信号１２を出力し、該リレー制御信号１２によって出力リレーＲＹをオン／オフ制御し、制御した通りに出力リレーＲＹの接点が作動しているか否かを照査する。すなわち、Ｎ接点照査出力信号１３およびＲ接点照査出力信号１４を出力し、これらの出力と第１共通接点Ｃ１から入力される照査入力信号１５とを照合して、出力リレーＲＹの接点の動作復旧を確認する。たとえば、Ｎ接点照査出力信号１３は周波数Ａのパルス信号とし、Ｒ接点照査出力信号１４は周波数Ｂのパルス信号とし、照査入力信号１５として周波数Ａのパルス信号が入力された場合は出力リレーＲＹの動作接点（Ｎ接点：Ｎ１〜Ｎ３）が閉成していると判定し、照査入力信号１５として周波数Ｂのパルス信号が入力された場合は出力リレーＲＹの復旧接点（Ｒ接点：Ｒ１〜Ｒ３）が閉成していると判定する。

図２は、出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成し、半導体スイッチ２６がオン制御されて導通しているときに接点出力回路２０において構成される出力回路Ｊを示している。また、図３は、出力リレーＲＹが動作接点（Ｎ接点）を閉成し、半導体スイッチ２６がオン制御されて導通しているときに接点出力回路２０において構成される出力回路Ｋを示している。図２、図３では、負荷ＲＬは極性を有するフォトカプラ回路であり、接点出力回路２０の出力端子２３、２４の極性と同方向にされたフォトカプラ４１のフォトダイオード４１ｄと出力端子２３、２４の極性と逆方向にされたダイオード４２とを並列接続したものと第３抵抗器Ｒｇ３との直列回路になっている。

図３に示した出力リレーＲＹの動作接点（Ｎ接点）が閉成しているときの出力回路Ｋでは、回路正常時は出力端子２３、２４間のダイオード３１と第２抵抗器Ｒｇ２の直列回路には出力電源Ｅの極性とダイオード３１の極性が逆方向であるため電流が流れない。このため、出力電源Ｅに対する負荷は負荷ＲＬに近似される。一方、図２に示した出力リレーＲＹの復旧接点（Ｒ接点）が閉成しているときの出力回路Ｊでは、回路正常時はダイオード３１と第２抵抗器Ｒｇ２の直列回路にも電流が流れるので、出力電源Ｅに対する負荷は第２抵抗器Ｒｇ２と負荷ＲＬとの並列回路と第１抵抗器Ｒｇ１との直列回路に近似される。

ここで、第１抵抗器Ｒｇ１は、図２の出力回路Ｊにおいて第２抵抗器Ｒｇ２と負荷ＲＬとが並列回路となってその合計インピーダンスが図３の出力回路Ｋに示す負荷ＲＬ単独の場合より小さくなる分を補填する役割を果たす。すなわち、第１抵抗器Ｒｇ１は、出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成している時に構成される出力回路Ｊに流れる電流値を、出力リレーＲＹが動作接点（Ｎ接点）を閉成している時に構成される出力回路Ｋに流れる電流値と同程度以下にするために介挿されている。

また、負荷ＲＬと並列に出力端子２３、２４間にダイオード３１と直列接続された第２抵抗器Ｒｇ２は、接点出力回路２０内の断線と接点出力回路２０外の断線とを区別するために設けてある。また、ダイオード３１は、出力リレーＲＹが動作接点（Ｎ接点）を閉成しているときには第２抵抗器Ｒｇ２に電流を流さず、出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成している時にのみ第２抵抗器Ｒｇ２に順方向電流を流すためのものである。

次に、接点出力装置１０の動作を説明する。

まず、制御情報１６に従って出力リレーＲＹをオフ制御する場合の動作および断線判定を図２に基づいて説明する。制御部１１は入力された制御情報１６に従ってリレー制御信号１２をオフにする。これにより出力リレーＲＹは復旧接点（Ｒ接点）を閉成する。制御部１１はＲ接点照査出力信号１４およびＮ接点照査出力信号１３を出力し、このとき入力される照査入力信号１５に基づき、出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成しているか、動作接点（Ｎ接点）を閉成しているかを判定(照査)する。

判定結果が復旧接点（Ｒ接点）でない（復旧接点の閉成が確認されない）場合は、出力リレーＲＹが制御通りに作動していない接点入力異常の発生を示す表示情報１７を作成して上位の電子連動装置などへ送信する。判定結果が復旧接点（Ｒ接点）である（復旧接点の閉成が確認された）場合は、以下を行う。

スイッチ制御信号１８を短時間オンにして半導体スイッチ２６を短時間だけ導通させ、このとき電流センサ２７から入力される電流検出信号２７ａの値から出力回路に流れる電流値Ｉｍ（Ｒ）を計測する。短時間のみ半導体スイッチ２６をオン制御することで、検査時の省電力が図られる。

計測後はスイッチ制御信号１８をオフにして半導体スイッチ２６を遮断し、電流検出信号２７ａの値から出力回路の電流が遮断されたことを確認する。遮断されない場合は、出力回路異常を示す表示情報１７を作成して上位の電子連動装置などへ送信する。

また、計測した電流値Ｉｍ（Ｒ）と、予め算出した回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｒ）と、回路断線時の理論的電流値Ｉａ（Ｒ）とを比較して断線判定を行う。回路断線時の理論的電流値Ｉａ（Ｒ）は断線部位別に算出される。ここでは、Ｉａ１（Ｒ）と、Ｉａ２（Ｒ）と、Ｉａ３（Ｒ）とがある。各ケースでの理論的電流値は次のようにして求まる。

＜回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｒ）＞
先に説明したように、図２の出力回路Ｊでは回路正常時はダイオード３１と第２抵抗器Ｒｇ２の直列回路にも電流が流れるので、出力電源Ｅに対する負荷は第２抵抗器Ｒｇ２と第３抵抗器Ｒｇ３との並列回路と第１抵抗器Ｒｇ１との直列回路に近似することができる。そこで、回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉｎ（Ｒ）≒（Ｒｇ２＋ＲＬ）Ｅ／（Ｒｇ１×Ｒｇ２＋Ｒｇ１×ＲＬ＋Ｒｇ２×ＲＬ）
なお、Ｒｇ１は第１抵抗器Ｒｇ１のインピーダンス、Ｒｇ２は第２抵抗器Ｒｇ２のインピーダンス、ＲＬは負荷ＲＬのインピーダンス、Ｅは出力電源Ｅの出力電圧を表す。

＜断線ケース１Ｒの理論的電流値Ｉａ１（Ｒ）＞
断線ケース１Ｒは出力回線Ｗまたは負荷ＲＬの断線時であり、このときの総負荷は第１抵抗器Ｒｇ１と第２抵抗器Ｒｇ２による直列回路に近似でき、理論的電流値Ｉａ１（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉａ１（Ｒ）≒Ｅ／（Ｒｇ１＋Ｒｇ２）

＜断線ケース２Ｒの理論的電流値Ｉａ２（Ｒ）＞
断線ケース２Ｒはダイオード３１または第２抵抗器Ｒｇ２が断線時であり、このときの総負荷の等価回路は第１抵抗器Ｒｇ１と負荷ＲＬによる直列回路に近似でき、理論的電流値Ｉａ２（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉａ２（Ｒ）≒Ｅ／（Ｒｇ１＋ＲＬ）

＜断線ケース３Ｒの理論的電流値Ｉａ３（Ｒ）＞
断線ケース３Ｒは半導体スイッチ２６、出力リレーＲＹの復旧接点（Ｒ接点）、電流センサ２７、第１抵抗器Ｒｇ１のいずれかの断線時である。このとき電流は流れないので、理論的電流値Ｉａ３（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉａ３（Ｒ）＝０

断線判定は、たとえば、回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｒ）と各断線ケースでの理論的電流値Ｉａ（Ｒ）との差分を理論的電流値Ｉｎ（Ｒ）で割って得た変化率Ｆ（Ｒ）の値に基づいて行う。変化率Ｆ（Ｒ）は回路電流の減少率を示している。

上記断線ケース１Ｒの場合の変化率Ｆ１（Ｒ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ１（Ｒ）＝｛Ｉｎ（Ｒ）−Ｉａ１（Ｒ）｝／Ｉｎ（Ｒ）＝Ｒｇ２×Ｒｇ２／（Ｒｇ１＋Ｒｇ２）（Ｒｇ２＋ＲＬ）

上記断線ケース２Ｒの場合の変化率Ｆ２（Ｒ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ２（Ｒ）＝｛Ｉｎ（Ｒ）−Ｉａ２（Ｒ）｝／Ｉｎ（Ｒ）＝ＲＬ×ＲＬ／（Ｒｇ１＋ＲＬ）（Ｒｇ２＋ＲＬ）

上記断線ケース３Ｒの場合の変化率Ｆ３（Ｒ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ３（Ｒ）＝｛Ｉｎ（Ｒ）−Ｉａ３（Ｒ）｝／Ｉｎ（Ｒ）＝１ …１００％

実際に計測した電流値Ｉｍ（Ｒ）に関する変化率Ｆｍ（Ｒ）は、次式で与えられる。
変化率Ｆｍ（Ｒ）＝｛Ｉｎ（Ｒ）−Ｉｍ（Ｒ）｝／Ｉｎ（Ｒ）

ここで、変化率Ｆ１（Ｒ）、変化率Ｆ２（Ｒ）、変化率Ｆ３（Ｒ）の各値に十分な差があれば、変化率Ｆｍ（Ｒ）と、変化率Ｆ１（Ｒ）、変化率Ｆ２（Ｒ）、変化率Ｆ３（Ｒ）とを比較することで断線部位を判定することができる。

すなわち、計測時の変化率Ｆｍ（Ｒ）が「０」に近い場合は断線なしと判定する。変化率Ｆｍ（Ｒ）が変化率Ｆ１（Ｒ）に近い場合（所定の誤差範囲内の場合）は断線ケース１Ｒの断線が発生していると判定する。変化率Ｆｍ（Ｒ）が変化率Ｆ２（Ｒ）に近い場合（所定の誤差範囲内の場合）は断線ケース２Ｒの断線が発生していると判定し、変化率Ｆｍ（Ｒ）が変化率Ｆ３（Ｒ）に近い場合（所定の誤差範囲内の場合）は断線ケース３Ｒの断線が発生していると判定する。

本実施の形態では計算を簡単にするためＲｇ１＝Ｒｇ２＝ＲＬ／２、またはＲｇ１＝Ｒｇ２＝２ＲＬとした。なお、Ｒｇ２≠ＲＬとしたのは、Ｒｇ２＝ＲＬでは出力端子２３、２４間に並列に接続されている第２抵抗器Ｒｇ２と負荷ＲＬのどちらの断線であるかを特定できないためである。

Ｒｇ１＝Ｒｇ２＝ＲＬ／２の場合の変化率Ｆ１（Ｒ）、変化率Ｆ２（Ｒ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ１（Ｒ）＝１／６≒１６．６％
変化率Ｆ２（Ｒ）＝４／９≒４４．４％
また、Ｉｎ（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉｎ（Ｒ）＝（６／５）×（Ｅ／ＲＬ）

Ｒｇ１＝Ｒｇ２＝２ＲＬの場合の変化率Ｆ１（Ｒ）、変化率Ｆ２（Ｒ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ１（Ｒ）＝１／３≒３３．３％
変化率Ｆ２（Ｒ）＝１／９≒１１．１％
また、Ｉｎ（Ｒ）は次式で与えられる。
Ｉｎ（Ｒ）＝（３／８）×（Ｅ／ＲＬ）

上記のいずれの例においても、正常時の変化率である０％と、変化率Ｆ１（Ｒ）と、変化率Ｆ２（Ｒ）と、変化率Ｆ３（Ｒ）との相互差は十分に得られており、断線の有無および断線部位特定の判定を行うことができる。

なお、第１抵抗器Ｒｇ１を省略した場合については、以下に示すように変化率相互の差は十分確保されるが、回路電流Ｉｎ（Ｒ）が大きくなる。
Ｒｇ１＝０、Ｒｇ２＝ＲＬ／２の場合：
変化率Ｆ１（Ｒ）＝１／３≒３３．３％
変化率Ｆ２（Ｒ）＝２／３≒６６．６％
Ｉｎ（Ｒ）≒３×（Ｅ／ＲＬ）

Ｒｇ１＝０、Ｒｇ２＝２ＲＬの場合：
変化率Ｆ１（Ｒ）＝２／３≒６６．６％
変化率Ｆ２（Ｒ）＝１／３≒３３．３％
Ｉｎ（Ｒ）≒（３／２）×（Ｅ／ＲＬ）

このように、出力リレーＲＹをオフ制御している間に、断線の有無および断線部位を特定することができる。また、検査時は、図２に示す負荷ＲＬのうち第３抵抗器Ｒｇ３とダイオード４２に電流が流れ、フォトカプラ４１のフォトダイオード４１ｄには電流が流れないので、フォトカプラ４１を動作させずに断線検査することができる。

次に、制御情報１６に従って出力リレーＲＹをオン制御する場合の動作および断線判定を図３に基づいて説明する。制御部１１は入力された制御情報１６に従ってリレー制御信号１２をオンにする。これにより出力リレーＲＹは動作接点（Ｎ接点）を閉成する。制御部１１はＲ接点照査出力信号１４およびＮ接点照査出力信号１３を出力し、このとき入力される照査入力信号１５に基づき、出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成しているか、動作接点（Ｎ接点）を閉成しているかを判定(照査)する。

判定結果が動作接点（Ｎ接点）でない（動作接点の閉成が確認されない）場合は、出力リレーＲＹが制御通りに作動していない接点入力異常の発生を示す表示情報１７を作成して上位の電子連動装置などへ送信する。判定結果が動作接点（Ｎ接点）である（動作接点の閉成が確認された）場合は、以下を行う。

スイッチ制御信号１８をオンにして半導体スイッチ２６を導通させ、電流センサ２７から入力される電流検出信号２７ａにより出力回路に流れる電流値Ｉｍ（Ｎ）を計測する。計測した電流値Ｉｍ（Ｎ）の異常時は出力回路異常を示す表示情報１７を作成して上位の電子連動装置などへ送信する。

また、計測した電流値Ｉｍ（Ｎ）と、予め算出した回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｎ）と、回路断線時の理論的電流値Ｉａ（Ｎ）とを比較して断線判定を行う。回路断線時の理論的電流値Ｉａ（Ｎ）は断線部位別に算出される。ここでは、Ｉａ１（Ｎ）と、Ｉａ２（Ｎ）と、Ｉａ３（Ｎ）とがある。また、ダイオード３１が短絡故障したケースのＩａ４（Ｎ）とがある。各ケースでの理論的電流値は次のようにして求まる。

＜回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｎ）＞
先に説明したように、図３の出力回路Ｋでは回路正常時でも出力端子２３、２４間のダイオード３１と第２抵抗器Ｒｇ２の直列回路には出力電源Ｅの極性とダイオード３１の極性が逆方向であるため電流が流れない。このため、出力電源Ｅに対する負荷は負荷ＲＬに近似される。そこで、回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｎ）は次式で与えられる。
Ｉｎ（Ｎ）≒Ｅ／ＲＬ

＜断線ケース１Ｎの理論的電流値Ｉａ１（Ｎ）＞
断線ケース１Ｎは出力回線Ｗまたは負荷ＲＬの断線時であり、このとき電流が流れないので、理論的電流値Ｉａ１（Ｎ）は次式で与えられる。
Ｉａ１（Ｎ）＝０

＜断線ケース２Ｎの理論的電流値Ｉａ２（Ｎ）＞
断線ケース２Ｎはダイオード３１または第２抵抗器Ｒｇ２が断線時であり、このときの総負荷は負荷ＲＬの回路に近似でき、この場合の理論的電流値Ｉａ２（Ｎ）は次式で与えられる。
Ｉａ２（Ｎ）≒Ｅ／ＲＬ

＜断線ケース３Ｎの理論的電流値Ｉａ３（Ｎ）＞
断線ケース３Ｎは半導体スイッチ２６、出力リレーＲＹの動作接点（Ｎ接点）、電流センサ２７、第１抵抗器Ｒｇ１のいずれかの断線時である。このとき電流が流れないので、理論的電流値Ｉａ３（Ｎ）は次式で与えられる。
Ｉａ３（Ｎ）＝０

＜ケース４Ｎの理論的電流値Ｉａ４（Ｎ）＞
ケース４Ｎはダイオード３１が短絡故障した時である。このときの総負荷は第２抵抗器Ｒｇ２と負荷ＲＬの並列回路に近似でき、理論的電流値Ｉａ４（Ｎ）は次式で与えられる。
Ｉａ４（Ｎ）＝（Ｒｇ２＋ＲＬ）×Ｅ／Ｒｇ２×ＲＬ

断線判定は、たとえば、回路正常時の理論的電流値Ｉｎ（Ｎ）と各断線ケースでの理論的電流値Ｉａ（Ｎ）との差分を理論的電流値Ｉｎ（Ｎ）で割って得た変化率Ｆ（Ｎ）の値に基づいて行う。変化率Ｆ（Ｎ）は回路電流の減少率を示している。

上記断線ケース１Ｎの場合の変化率Ｆ１（Ｎ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ１（Ｎ）＝｛Ｉｎ（Ｎ）−Ｉａ１（Ｎ）｝／Ｉｎ（Ｎ）＝１ …１００％

上記断線ケース２Ｎの場合の変化率Ｆ２（Ｎ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ２（Ｎ）＝｛Ｉｎ（Ｎ）−Ｉａ２（Ｎ）｝／Ｉｎ（Ｎ）＝０ …０％

上記断線ケース３Ｎの場合の変化率Ｆ３（Ｎ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ３（Ｎ）＝｛Ｉｎ（Ｎ）−Ｉａ３（Ｎ）｝／Ｉｎ（Ｎ）＝１ …１００％

上記ケース４Ｎの場合の変化率Ｆ４（Ｎ）は次式で与えられる。
変化率Ｆ４（Ｎ）＝｛Ｉｎ（Ｎ）−Ｉａ４（Ｎ）｝／Ｉｎ（Ｎ）＝−ＲＬ／Ｒｇ２

実際に計測した電流値Ｉｍ（Ｎ）に関する変化率Ｆｍ（Ｎ）は、次式で与えられる。
変化率Ｆｍ（Ｎ）＝｛Ｉｎ（Ｎ）−Ｉｍ（Ｎ）｝／Ｉｎ（Ｎ）

ここで、変化率Ｆ１（Ｎ）、変化率Ｆ２（Ｎ）、変化率Ｆ３（Ｎ）、変化率Ｆ４（Ｎ）の各値に十分な差があれば、変化率Ｆｍ（Ｎ）と、変化率Ｆ１（Ｎ）、変化率Ｆ２（Ｎ）、変化率Ｆ３（Ｎ）、変化率Ｆ４（Ｎ）とを比較することで断線部位を判定することができる。

変化率Ｆ１（Ｎ）、変化率Ｆ３（Ｎ）は０％に対して大きく差があるので、断線有無の判定はできる。しかし、変化率Ｆ１（Ｎ）、変化率Ｆ３（Ｎ）の値はいずれも１００％なので、断線ケース１Ｎであるか断線ケース３Ｎであるかを判別して断線部位を特定することはできない。

変化率Ｆ２（Ｎ）は変化率が０％であり、正常時の変化率Ｆｍ（Ｎ）もほぼ０％になるので、断線ケース２Ｎについては断線判定できない。変化率Ｆ４（Ｎ）は変化率が負（正常時の電流より回路電流が増大）となり、ケース４Ｎであるダイオード３１の短絡故障の判定は可能である。

このように出力リレーＲＹをオン制御している期間中にも、断線ケース１Ｎまたは断線ケース３Ｎの断線が生じているか否かの判定と、ケース４Ｎの短絡故障が発生しているかについては変化率に基づいて判定することができる。なお、動作接点（Ｎ接点）閉成時での断線検査は行わず、復旧接点（Ｒ接点）閉成時の断線検査のみを行うように構成されてもよい。

以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は実施の形態に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。

図２の出力回路Ｊにおける断線検査では、制御部１１は出力リレーＲＹの復旧接点（Ｒ接点）の閉成が確認された状態下で半導体スイッチ２６を短時間だけオン制御するようにしたが、復旧接点（Ｒ接点）の閉成が確認されている期間中、常に半導体スイッチ２６をオン制御してもよく、どの程度の時間半導体スイッチ２６をオン制御するかは適宜に設定すればよい。

電流センサ２７の配置は実施の形態の例示に限定されず、出力回路に流れる電流（出力電源Ｅに流れる電流）が計測可能な配置であればよい。たとえば、出力リレーＲＹの第３極Ｐ３の第３共通接点Ｃ３と（−）出力端子２４との間（第２抵抗器Ｒｇ２が（−）出力端子２４に直接接続されていない場合は、図１の接続点５２と第３共通接点Ｃ３との間）でもよい。また、図１の接続点５３と（＋）電源接続端子２１との間、もしくは接続点５４と（−）電源接続端子２２との間に介挿されてもよい。

半導体スイッチ２６の配置は実施の形態の例示に限定されず、出力回路に流れる電流（出力電源Ｅに流れる電流）をオン／オフ可能な配置であればよい。たとえば、（−）電源接続端子２２と第３動作接点Ｎ３との間（第１抵抗器Ｒｇ１が第３動作接点Ｎ３に直接接続されていない場合は（−）電源接続端子２２と接続点５４との間）に配置されてもよいし、第２共通接点Ｃ２と接続点５１との間や第３共通接点Ｃ３と接続点５２との間でもかまわない。

第１抵抗器Ｒｇ１は、第３復旧接点Ｒ３と第２動作接点Ｎ２との間に接続されてもよい。

また、負荷ＲＬは、フォトモスリレーなどの光半導体、有極リレー、動作接点（Ｎ接点）を閉成するための動作電流値が断線検査電流値より大きい特性の無極リレーでもよい。なお、負荷ＲＬを無極性の負荷にする場合は、復旧接点（Ｒ接点）が閉成しているときに出力回路に流れる電流が負荷の動作電流値以下になるようにする。たとえば、第１抵抗器Ｒｇ１の値を大きくして電流値を下げればよい。

このほか、実施の形態では出力リレーＲＹが復旧接点（Ｒ接点）を閉成したときに、出力電源Ｅが動作接点（Ｎ接点）の閉成時と逆極性で接続されるようにし、この出力電源Ｅによって断線検査のための電圧を印加するようにしたが、別途の検査電源を設け、これを出力リレーＲＹの第２極Ｐ２の第２復旧接点Ｒ２と第３極Ｐ３の第３復旧接点Ｒ３との間に接続し、出力リレーＲＹの復旧接点（Ｒ接点）閉成時にこの検査電源から検査用の電圧を印加して断線検査電流を流すように構成されてもよい。この場合、検査電源の出力する電圧を調整すれば第１抵抗器Ｒｇ１のように検査時の電流を動作時の電流程度に小さくするための抵抗器は設けずに済む。また、負荷ＲＬが無極性の場合には断線検査電流値が負荷の動作電流値以下になるように検査電源の出力電圧を設定すればよい。

また、ダイオード３１を取り去り、出力リレーＲＹの動作時にも第２抵抗器Ｒｇ２に電流を流すように構成してもかまわない。なおこの場合、回路に流れる電流量を少なくする役割を果たす第１抵抗器Ｒｇ１は、出力リレーＲＹが動作時にも復旧時にも電流の流れる箇所、たとえば、第３共通接点Ｃ３と接続点５２との間などに設けるとよい。

本発明の実施の形態に係る接点出力装置の構成を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る接点出力装置の出力リレーの復旧接点（Ｒ接点）が閉成しているときに構成される出力回路を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る接点出力装置の出力リレーの動作接点（Ｎ接点）が閉成しているときに構成される出力回路を示す回路図である。

符号の説明

１０…接点出力装置
１１…制御部
１２…リレー制御信号
１３…Ｎ接点照査出力信号
１４…Ｒ接点照査出力信号
１５…照査入力信号
１６…制御情報
１７…表示情報
１８…スイッチ制御信号
２０…接点出力回路
２１…（＋）電源接続端子
２２…（−）電源接続端子
２３…（＋）出力端子
２４…（−）出力端子
２６…半導体スイッチ
２７…電流センサ
２７ａ…電流検出信号
３１…ダイオード
４１…フォトカプラ
４１ｄ…フォトダイオード
４２…ダイオード
５１〜５４…接続点
Ｅ…出力電源
Ｊ…復旧接点閉成時に構成される出力回路
Ｋ…動作接点閉成時に構成される出力回路
ＲＬ…負荷
ＲＹ…出力リレー
Ｒｇ１…第１抵抗器
Ｒｇ２…第２抵抗器
Ｒｇ３…第３抵抗器
Ｗ…出力回線
Ｐ１…出力リレーＲＹの第１極
Ｐ２…出力リレーＲＹの第２極
Ｐ３…出力リレーＲＹの第３極
Ｎ１…第１動作接点
Ｎ２…第２動作接点
Ｎ３…第３動作接点
Ｒ１…第１復旧接点
Ｒ２…第２復旧接点
Ｒ３…第３復旧接点
Ｃ１…第１共通接点
Ｃ２…第２共通接点
Ｃ３…第３共通接点
Ｉ…電流

Claims (6)

1. 制御部と、
   前記制御部によってオン／オフ制御される出力リレーと、
   接点出力回路とを備え、
   前記接点出力回路は、外部負荷が接続される出力端子間に接続された内部負荷を有し、前記出力リレーの動作時に前記出力端子間に出力電源を接続し、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に検査電源を接続するように構成されると共に、前記出力端子間に流れる電流を計測する電流センサを備え、
   前記制御部は、前記出力リレーの復旧中に前記電流センサによって計測された電流値に応じて前記出力端子間に接続された回路の断線状態を判定する
   ことを特徴とする接点出力装置。
2. 前記出力リレーの接点の動作復旧を照査する照査回路をさらに有し、
   前記制御部は、前記検査電源による検査用の電圧の印加をオン／オフ制御すると共に、前記照査回路によって前記出力リレーの復旧接点の閉成が確認されたことを条件に、前記検査用の電圧の印加をオン／オフ制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の接点出力装置。
3. 前記内部負荷は、前記出力リレーが動作時の出力端子間の極性に対して逆方向にされたダイオードと第２抵抗器とを直列接続したものであり、
   前記検査電源は、前記極性と逆極性の電圧を前記出力端子間に印加する
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の接点出力装置。
4. 前記接点出力回路は、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に前記検査電源を接続する代わりに、前記出力リレーの復旧時に前記出力端子間に前記出力電源を逆極性にしたものと第１抵抗器とを直列に接続する
   ことを特徴とする請求項３に記載の接点出力装置。
5. 制御部と、出力リレーと、接点出力回路とを有し、
   前記接点出力回路は、所定の出力電源の正極が前記出力リレーの第２動作接点に接続され、前記出力リレーの第２共通接点が正極の出力端子に接続され、前記出力電源の負極が前記出力リレーの第３動作接点に接続され、前記出力リレーの第３共通接点が負極の出力端子に接続され、前記出力リレーの第２復旧接点が前記出力リレーの第３動作接点に接続され、前記出力リレーの第３復旧接点が前記出力リレーの第２動作接点に接続され、前記正極の出力端子と前記負極の出力端子との間に該出力端子の極性に対して逆方向にされたダイオードと第２抵抗器とが直列に接続されると共に、前記正極の出力端子と前記第２共通接点との間もしくは前記負極の出力端子と前記第３共通接点との間に電流センサを介挿し、前記第２復旧接点と前記第３動作接点との間もしくは前記第３復旧接点と前記第２動作接点との間に前記第１抵抗器を介挿し、さらに前記出力電源による出力電圧の印加を半導体スイッチでオン／オフ制御するように構成されており、
   前記制御部は、入力される制御情報に応じて前記出力リレーをオン／オフ制御し、かつ前記出力リレーの第１動作接点に動作接点照査出力を出力し、前記出力リレーの第１復旧接点に復旧接点照査出力を出力し、前記出力リレーの第１共通接点から入力される照査入力に基づいて前記出力リレーの接点の動作状態を確認すると共に、前記出力リレーをオフ制御した状態で前記照査入力によって前記出力リレーの復旧接点が閉成していることが確認された場合に、前記半導体スイッチをオン／オフ制御し、このとき前記電流センサによって計測された電流値に応じて回路の断線状態を判定する
   ことを特徴とする接点出力装置。
6. 前記制御部は、前記電流センサによって計測された電流値と断線時の電流値の理論値とを比較して回路の断線状態を判定する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の接点出力装置。

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