JP4777202B2 - 遮断回路検証装置および検証信号保持装置 - Google Patents

遮断回路検証装置および検証信号保持装置 Download PDF

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Description

本願発明は、対象機器に対して電力を供給するとともに遮断信号が入力された際に対象機器への電力の供給を停止する電源遮断回路において、当該電源遮断回路の回路動作が正常に動作するか否かをオンラインにて検証する遮断回路検証装置に関するものであり、電源遮断回路に検証信号を送出して、そのレスポンスから回路動作を検証をする遮断回路検証装置と、この遮断回路検証装置に用いられ回路動作を検証するための検証信号を所定の時間保持する検証信号保持装置に関するものである。
生産現場などにおいて、例えば複数の機器を連携動作させるために複数のプログラマブルコントローラが連結してなるネットワークが設置される。このようなネットワークにおいては、異常発生に伴う事故の拡大を防止するために、各プログラマブルコントローラにおいて、対象となる機器との間にフェールセーフに働く電源遮断回路が設けられている。
この電源遮断回路は、電源と対象機器との間に設けられて、常時は対象機器に対して電力を供給するとともに、外部から遮断信号が入力された際には、この遮断信号に基づいて対象となる機器への電力の供給を停止する。このような電源遮断回路は、異常時に正しく遮断動作するかその健全性を日頃から検証しておく必要がある。
従来、電源遮断回路の健全性を検証する目的で、電源遮断回路の遮断動作を検証をする遮断回路検証装置が提案されている。この遮断回路検証装置は、一般に電源遮断回路に接続されて設けられ、電源遮断回路に検証用の信号を入力して、そのレスポンスにより回路が正常であるか否かの検証をする。
このような遮断回路検証装置は、従来、例えば電源遮断回路に接続されたマイクロコンピュータ(以降、マイコンと称する)と、このマイコンにプログラミングされた検証用プログラムとで実現されていた。また、別の遮断回路検証装置として、電源遮断回路の駆動回路に検証に必要な点検回路を併設して、この点検回路から電源遮断回路に検証信号を出力することにより遮断動作を検証していた(例えば、特許文献1参照)。
特開昭57−036530号公報
しかしながら、上述のマイコンを利用して遮断回路検証装置を実現する方法においては、検証信号を出力して、その応答信号のレスポンスにより遮断動作が正常か異常かを判定する検証動作において、マイコンの負荷が大きくなった場合等、検証する側の動作が不安定となった際に、例えば応答信号の読み込みが遅延して検証信号の出力が停止せず、検証の判定を誤ったり、検証動作の最中に電源遮断回路が遮断動作をしてしまったりすることがあり、改善が求められていた。
一方、上述の動作点検回路を併設する方法においては、通常運転を行う通常モードと検証を行う検証モードとがあり、遮断信号と検証信号とが別の経路にて入力されていて、検証時には検証信号が入力されるよう検証モードに切り換えなければならないので、電源遮断回路を実際に稼動させながら検証を行うことは不可能であった。また、この動作点検回路を併設する方法は、実際の遮断動作を入力する経路と別の経路にて検証信号が入力されるので、検証時の挙動が実働運転の挙動と異なったり、正確な検証動作ができなかったりする課題があった。また、電源遮断回路が異常と判定された場合に動作点検回路が異常である場合も含んでしまうので信頼性に欠けるという課題もあった。
この発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、不安定な検証信号でも間違いなく正確に検証動作を行うことができ、これにより誤って遮断動作をさせてしまうことがなく、また、遮断信号と同じ系統で検証のための信号を生成することができ、これにより実際の遮断動作により近づいた検証動作を実現することができる検証信号保持装置を得ることを目的とする。また、この検証信号保持装置を用いることにより適切に電源遮断回路の検証を行うことができる遮断回路検証装置を得ることを目的とする。
上記課題を解決するために、この発明に係る遮断回路検証装置は、対象機器に電力を供給するとともに外部から遮断信号が入力された際に対象機器への電力の供給を停止する電源遮断回路に対して、電源遮断回路の回路動作を検証信号を入力することにより検証をする遮断回路検証装置であって、遮断信号および検証信号を外部入力信号として入力する外部入力端子と、外部入力信号を、電源遮断回路が応答動作により出力する応答信号が到来するまでの第1の時間より長くかつ電源遮断回路が遮断動作を開始するまでの第2の時間より短い時間保持して検証中保持信号として出力する信号保持部と、外部入力信号と検証中保持信号とを入力して、オア論理により合成して、電源遮断回路に出力する信号合成部と、応答信号のレスポンスを待ち、所定の時間内に応答信号を受け取ったときに遮断回路が正常と判定し、所定の時間経過しても応答信号を受け取れないときに遮断回路が異常と判定する判定部とを有することを特徴とする。
また、この発明に係る検証信号保持装置は、対象機器に電力を供給するとともに外部から遮断信号が入力された際に対象機器への電力の供給を停止する電源遮断回路に接続され、電源遮断回路の回路動作を検証する検証信号を保持する検証信号保持装置であって、遮断信号および検証信号を外部入力信号として入力する外部信号入力端子と、外部信号入力端子に入力された信号を電源遮断回路が応答動作を行う第1の時間より長くかつ電源遮断回路が遮断動作を行う第2の時間より短い時間保持して検証中保持信号として出力する信号保持部と、外部入力信号と検証中保持信号とを入力して、オア論理により合成して、電源遮断回路に出力する信号合成部とを有することを特徴とする。
この発明に係る検証信号保持装置によれば、信号保持部は、外部入力信号を電源遮断回路が応答動作を行う第1の時間より長くかつ電源遮断回路が遮断動作を行う第2の時間より短い時間保持して検証中保持信号として出力し、さらに電源遮断回路が応答動作により出力する応答信号を受け付けて検証中保持信号の出力を停止するように動作する。また、信号合成部は、外部入力信号と検証中保持信号とを入力して、オア論理により合成して、電源遮断回路に出力する。これらの構成により、電源遮断回路を遮断動作させる場合には第2の時間より長いオン時間の遮断信号を入力するのに対して、電源遮断回路を検証する場合には第1の時間より短いオン時間の検証信号を入力することにより、検証信号保持装置に入力される検証信号が不安定な信号となっても、検証信号保持装置から出力される合成された信号は適切なオン時間の信号として出力されるので正確に検証動作を行うことができる。このため、検証の判定を誤ったり、検証動作中に誤って遮断動作をさせてしまったりすることがない。また、遮断信号と検証信号と同じ外部信号入力端子から入力するとともに、遮断信号が通る経路と同じ経路で検証のための信号を生成するので、実際の遮断動作により近づいた動作の検証動作を実現することができる。
さらに、この発明に係る遮断回路検証装置によれば、上記効果を有する検証信号保持装置を用いて装置を構成し、さらに、応答信号のレスポンスを待ち、所定の時間内に応答信号を受け取ったときに遮断回路が正常と判定し、所定の時間経過しても応答信号を受け取れないときに遮断回路が異常と判定する判定部を設けたので、適切に電源遮断回路の検証を行うことができる。
以下、本発明に係る遮断回路検証装置及び検証信号保持装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
実施の形態.
図1は生産現場などに設けられる複数のプログラマブルコントローラが接続されてなるネットワークの全体図である。図1において、ネットワークは、リモートマスタ局90と、このリモートマスタ局90に伝送ケーブル91を介して接続された複数のリモートI/O局(プログラマブルコントローラ)80とから構成されている。各リモートI/O局80には制御対象である電磁弁やモータ或いはセンサ等の種々の機器81が接続されている。生産現場などにおいては、複数の機器81を制御・監視する目的で或いは連携動作させる目的で、これらの機器81が接続されたリモートI/O局(プログラマブルコントローラ)80をネットワーク接続している。ネットワークの管理はリモートマスタ局90が行っている。
図2はこの発明にかかる遮断回路検証装置および検証信号保持装置の実施の形態を説明するためのリモートI/O局80内部のブロック図である。図2において、リモートI/O局80は、第1のマイコン21と、第2のマイコン22と、検証信号保持装置20を内蔵する遮断回路検証装置30と、電源遮断回路40と、DC/DCコンバータ50とを有している。なお、リモートI/O局80はプログラマブルコントローラとして動作するために他にも大事な構成を有するものであるが、本願発明に関係しない構成は除いている。また、第1のマイコン21と第2のマイコン22とは、機能の説明上分けて示しているが1つのマイコンにより構成されてもよい。
検証信号保持装置20は、信号保持部を構成するラッチ回路11と、信号合成部を構成するオア論理素子12と、一方向素子13とから構成されている。一方、遮断回路検証装置30は、この検証信号保持装置20に判定部を構成する第2のマイコン22が付け加えられた構成となっている。図2において、検証信号保持装置20は、外部入力端子t1から入力された検証信号を所定の時間だけ保持して出力する。また、この信号の出力中に応答信号入力端子t3から信号が入力されると保持していた信号の出力を停止する。
検証信号保持装置20は、外部入力端子t1を介して信号生成部を構成する第1のマイコン21に接続されている。また、検証信号保持装置20は、合成信号出力端子t2および応答信号入力端子t3を介して検証対象である電源遮断回路40に接続されている。検証信号保持装置20は、さらに応答信号出力端子t4を介して第2のマイコン22に接続されている。第1のマイコン21と第2のマイコン22とは、第1のマイコン21が発行する検証信号のタイミングを第2のマイコン22に伝える目的で接続されている。
電源遮断回路40には、直流24V電源とDC/DCコンバータ50とが接続されており、電源遮断回路40は直流24V電源から得た電力をDC/DCコンバータ50および制御回路を介して種々の機器(制御対象)81に供給する。DC/DCコンバータ50は電源遮断回路40から供給された直流24Vを直流5Vに落として種々の機器81に供給する。これらの各装置、すなわち、第1のマイコン21、第2のマイコン22、検証信号保持装置20、遮断回路検証装置30、電源遮断回路40およびDC/DCコンバータ50は、リモートI/O局(プログラマブルコントローラ)80の1つのユニット内に納められている。
次に、回路系統を説明する。検証信号保持装置20において、外部入力端子t1からの入力は分岐点t5により分岐している。分岐したうちの一方はオア論理素子12の一側の入力端子に入力され、他方はラッチ回路11のセット端子(SET)に入力されている。そして、ラッチ回路11のアウトプット端子(OUTPUT)からの出力がオア論理素子12の他側の入力端子に入力されている。オア論理素子12の出力(合成信号)は合成信号出力端子t2を介して電源遮断回路40に入力されている。
一方、電源遮断回路40の出力(応答信号)は、応答信号入力端子t3を介して検証信号保持装置20に入力され、一方向素子13を経由した後、分岐点t6により分岐している。そして、分岐したうちの一方はラッチ回路11のクリア端子(CLR)に入力されている。他方は応答信号出力端子t4を介して第2のマイコン22(判定部)に入力されている。
ラッチ回路11は、セット端子(SET)に信号を入力されると、この信号を所定の時間だけ保持してアウトプット端子(OUTPUT)から出力する。また、ラッチ回路11は、アウトプット端子(OUTPUT)から信号を出力している途中で、クリア端子(CLR)に信号を入力されると、アウトプット端子(OUTPUT)からの出力を停止する。オア論理素子12は、2つの入力信号をオア論理により合成して出力する。
図3は遮断回路検証装置および検証信号保持装置が入出力する信号の概略を示すタイミングチャートである。図3において、信号生成部を構成する第1のマイコン21は、電源遮断回路50に対して検証動作をさせるときには、オン時間の短いパルス状の検証信号(オン時間T1)を発行する。検証信号保持装置20のラッチ回路11は、入力したT1の長さの検証信号を所定の時間(T2)だけ保持して検証中保持信号として出力する。また、第1のマイコン21は、電源遮断回路50に対して遮断動作をさせるときには、十分にオン時間の長い遮断信号を発行する。
図4は遮断動作の検証に関連する各信号の変化の詳細および出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。図4において、各信号は以下の通りである。
(1)検証信号:電源遮断回路40の検証が行われる際、第1のマイコン21から発せられて遮断回路検証装置30が外部入力端子t1から入力するオン時間がT1のパルス状の検証信号である。
(2)検証中保持信号:検証信号を入力した遮断回路検証装置30のラッチ回路11が検証信号の立ち上がりをラッチしてT2の時間だけオンの状態に保持して電源遮断回路40に出力する検証中保持信号である。
(3)電源遮断回路の出力電圧(DC/DCコンバータの入力電圧):電源遮断回路40がDC/DCコンバータ50に出力する出力電圧であり、電源遮断回路40が検証中保持信号を入力した結果下がり始め、その後、検証中保持信号が無くなることにより再び上昇する様子を各信号とタイミングを合わせて示すものである。
(4)電圧低下検出信号(応答信号):電源遮断回路40においてDC/DCコンバータ50への出力電圧が所定の検出電圧以下となったとき、電源遮断回路40から遮断回路検証装置30に対して発せられる電圧低下検出信号(応答信号)である。
(5)遮断信号:電源遮断回路40に実際に遮断動作を行わせる際、第1のマイコン21から発せられて遮断回路検証装置30を介して電源遮断回路40に出力される遮断信号であり、(1)に示す検証信号に対して十分に長いオン時間を有する。ここでは、この検証信号と比較するために示している。
図4に沿って電源遮断回路40の検証動作を説明する。電源遮断回路40の検証動作が行われる際、まず、信号生成部である第1のマイコン21が、検証信号をT1の長さのパルス状信号にて遮断回路検証装置30に向けて出力する。遮断回路検証装置30は、この検証信号を外部入力端子t1から入力する。検証信号は、後述するラッチ回路11の保持時間T2より短い。なお、検証信号発行のタイミングは、第1のマイコン21から第2のマイコン22に通知される。
外部入力端子t1から入力された検証信号は、分岐点t5により分岐してラッチ回路11とオア論理素子12に入力される。ラッチ回路11は、この検証信号を予め定められた所定の時間T2だけ保持して検証中保持信号として出力する。詳細には、ラッチ回路11は、T1の長さの検証信号を、電源遮断回路40が応答動作により出力する応答信号が到来するまでの第1の時間TRより長くかつ電源遮断回路40が遮断動作を開始するまでの第2の時間TBより短い時間T2だけ保持して検証中保持信号として出力する。
オア論理素子12は、ラッチ回路11の出力する検証中保持信号と分岐点t5にて分岐した検証信号とをオア論理により合成し合成信号として電源遮断回路40に向けて出力する。このとき、検証信号は、検証信号保持信号の長さT2より短い長さの長さT1として入力されているので、合成信号がT2より長くなってしまうことがない。
合成信号(検証中保持信号)を入力した電源遮断回路40は、これに反応して出力電圧(DC/DCコンバータ50の入力電圧)を徐々に下げ始める。このDC/DCコンバータ50への出力電圧は、電源遮断回路40は内部にて常に監視されており、電源遮断回路40は、出力電圧が予め設定された検出電圧を下回ると遮断回路検証装置30に向けて電圧低下検出信号(応答信号)を出力する。
この応答信号を入力したラッチ回路11は、検証中保持信号の出力を停止する。これにより、電源遮断回路40に出力されていた合成信号の出力が無くなる。合成信号(検証中保持信号)が無くなることにより、電源遮断回路40は出力電圧を再び上昇させる。
電源遮断回路40の電圧低下検出信号(応答信号)は、応答信号出力端子t4を介して第2のマイコン22(判定部)にも入力されている。第2のマイコン22は、この応答信号のレスポンスに基づいて、電源遮断回路40の異常の有無を判定する。すなわち、所定の時間内に応答信号を受け取ったときには電源遮断回路40を正常と判定し、所定の時間経過しても応答信号を受け取れないときには電源遮断回路40を異常と判定する。なお、第2のマイコン22は第1のマイコン21から検証信号発行のタイミングを知らされているので判定が可能である。
電源遮断回路40の検証動作をするのではなく、実際に電源遮断回路40に遮断動作をさせる場合には、図3の(5)に示すように十分に長いオン時間の遮断信号を入力する。遮断信号は、検証信号保持信号の長さT2より十分に長いものが入力されることで、オア論理素子12にて合成されることにより短くなってしまうことがなくなる。さらに遮断信号は、電源遮断回路40からの応答信号が到来するまでの第1の時間TRよりも長い信号として入力されるので、ラッチ回路11が応答信号により動作して検証信号保持信号の出力を停止しても合成信号が短くなることはない。つまり、遮断信号はオア論理素子12の動作によって応答信号の如何にかかわらず入力時の長さだけオン状態に保たれる。これにより、電源遮断回路40は、図3の(3)に点線で示すように途中で反転することなく出力電圧の低下を進ませ、やがて電圧がDC/DCコンバータ50の動作可能電圧を下回り電源遮断の動作となる。
以上のように、本実施の形態の検証信号保持装置20および遮断回路検証装置30においては、ラッチ回路(信号保持部)11が検証信号を電源遮断回路40が応答動作を行う第1の時間TRより長くかつ電源遮断回路40が遮断動作を行う第2の時間TBより短い時間保持して検証中保持信号として出力し、さらにラッチ回路(信号保持部)11は電源遮断回路40が応答動作により出力する応答信号を受け付けて検証中保持信号の出力を停止するように動作する。また、オア論理素子(信号合成部)12は、外部からの検証信号と検証中保持信号とを入力して、オア論理により合成して、電源遮断回路40に出力する。これらの構成により、各出力信号が正確に管理されるので、検証信号保持装置30に入力される検証信号が不安定な信号となっても正確に検証動作を行うことができる。この結果、検証の判定を誤ったり、検証動作中に誤って遮断動作をさせてしまったりすることがなくなる。
また、本実施の形態の検証信号保持装置20および遮断回路検証装置30においては、遮断信号と検証信号が入力される外部入力端子t1を有している。そして、外部入力端子t1から入力された信号は、分岐点t5にて2つに分岐され一方は、ラッチ回路11にてT2の時間だけ保持され、検証信号保持信号として出力され、分岐した他方の信号と合成されて出力される。このように遮断信号と検証信号とが全く同じ経路を通るので、検証装置が故障している場合を考慮する必要がなく、信頼性が向上する。
また、本実施の形態の検証信号保持装置20および遮断回路検証装置30においては、従来技術のように通常運転と検証動作のモードの区別がない。検証モードに切り替える必要がないので通常運転のままで随時検証信号を発行することができる。定期的に検証を行いたい場合も容易である。また、万が一検証動作中に遮断要求が発生しても通常運転に切り替える必要がないので即座に対応することができる。
なお、本実施の形態の検証信号保持装置20および遮断回路検証装置30においては、検証信号のオン時間であるT1より短いオン時間の信号をノイズとして除去するフィルタ部(ノイズ除去部)をさらに設けてもよい。このフィルタ部は、例えば外部入力端子t1と分岐点t5との間に設ける。このように構成するにより、例えば外部からの影響により、検証信号と誤認識されてしまうようなノイズ信号が発生するときや、第1のマイコン21の誤動作により検証信号にチャタリングが発生するときなどに、これらを検証信号や遮断信号として誤って認識してしまわないようにすることができる。
ノイズ除去の原理は、例えば検証信号のパルス幅T1にてカウントを行い、ノイズ成分は高周波であるためオンとなる時間が検証信号と比較して十分に短く、カウント値が1となる前にオフとなるので、カウンタ値が所定の値に達しないことを利用して、このような信号をノイズであるとみなすことで実現する。
この発明にかかる遮断回路検証装置および検証信号保持装置は、装置に電力を供給するとともに外部から遮断信号が入力された際に当該装置への電力の供給を停止する電源遮断回路に対して、この電源遮断回路の回路動作を、検証信号を入力することにより検証をする遮断回路検証装置に適用されて好適なものであり、特に、オンラインにて電源遮断回路の検証動作を行う遮断回路検証装置に適用されて最適なものである。
複数のプログラマブルコントローラが接続されてなるネットワークの全体図である。 この発明にかかる遮断回路検証装置および検証信号保持装置の実施の形態を説明するためのブロック図である。 遮断回路検証装置および検証信号保持装置が入出力する信号の概略を示すタイミングチャートである。 遮断動作の検証に関連する各信号の変化の詳細および出力電圧の変化を示すタイミングチャートである。
符号の説明
11 ラッチ回路(信号保持部)
12 オア論理素子(信号合成部)
13 一方向素子
14 変化吸収回路(変化吸収部)
20 検証信号保持装置
21 第1のマイコン(信号生成部)
22 第2のマイコン(判定部)
30 遮断回路検証装置
40 電源遮断回路
50 DC/DCコンバータ
80 リモートI/O局(プログラマブルコントローラ)
81 種々の機器
90 リモートマスタ局
91 伝送ケーブル
T1 パルス状の検証信号のオン時間
T2 ラッチ回路が検証信号保持信号を保持する時間
TR 第1の時間(電源遮断回路の応答動作による応答信号が到来するまでの時間)
TB 第2の時間(電源遮断回路が遮断動作を開始するまでの時間)

Claims (4)

  1. 入力信号に基づいて対象機器への電源遮断を行う回路であり、前記入力信号が入力されている間は徐々に出力電圧を降下させ、この出力電圧の降下開始後前記対象機器への電源遮断に至らない第1の時間経過後に応答信号を出力し、前記第1の時間より長い第2の時間まで前記入力信号の入力が続くと前記対象機器への電源遮断を行うとともに、前記入力信号の入力が無くなると出力電圧を上昇させて元の電圧に戻す動作をする電源遮断回路に対して、前記応答信号を出力する時点までの動作をさせて回路正常の検証をする遮断回路検証装置であって、
    部信号を、前記第1の時間より長くかつ前記第2の時間より短い時間保持して検証中保持信号として生成するとともに、前記応答信号を入力することにより検証中保持信号を落とす信号保持部と、
    前記外部信号と前記検証中保持信号とを入力して、両信号をオア論理により合成して、前記入力信号として、前記電源遮断回路に出力する信号合成部と、
    前記応答信号のレスポンスを待ち、前記電源遮断回路への前記入力信号の出力開始より所定の時間内に前記応答信号を受け取ったときに前記電源遮断回路が正常と判定し、所定の時間経過しても前記応答信号を受け取れないときに前記電源遮断回路が異常と判定する判定部と
    を備えたことを特徴とする遮断回路検証装置。
  2. 前記第1の時間より短い時間以下だけオンする前記外部信号を除去するノイズ除去部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項1に記載の遮断回路検証装置。
  3. 入力信号に基づいて対象機器への電源遮断を行う回路であり、前記入力信号が入力されている間は徐々に出力電圧を降下させ、この出力電圧の降下開始後前記対象機器への電源遮断に至らない第1の時間経過後に応答信号を出力し、前記第1の時間より長い第2の時間まで前記入力信号の入力が続くと前記対象機器への電源遮断を行うとともに、前記入力信号の入力が無くなると出力電圧を上昇させて元の電圧に戻す動作をする電源遮断回路に対して、前記応答信号を出力する時点までの動作をさせて回路正常の検証をする遮断回路検証装置であって、
    部信号を、前記第1の時間より長くかつ前記第2の時間より短い時間保持して検証中保持信号として生成するとともに、前記応答信号を入力することにより検証中保持信号を落とす信号保持部と、
    前記外部信号と前記検証中保持信号とを入力して、両信号をオア論理により合成して、前記入力信号として、前記電源遮断回路に出力する信号合成部と
    を備えたことを特徴とする検証信号保持装置。
  4. 前記第1の時間より短い時間以下だけオンする前記外部信号を除去するノイズ除去部をさらに備えた
    ことを特徴とする請求項3に記載の検証信号保持装置。
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