JP4942756B2 - 故障検出装置、故障検出方法、および故障検出プログラム - Google Patents

Description

本発明は、冗長化された複数の入力信号を判定する故障検出装置、故障検出方法、および故障検出プログラムに関するものであり、冗長化された複数の入力信号を比較して得られた一致または不一致を示す比較結果をフィルタリングして複数の入力信号の正常／異常を判定する故障検出装置、故障検出方法、および故障検出プログラムに関するものである。

生産現場では、リモートマスタ局と複数のシーケンサ（リモートＩ／Ｏ局）とを伝送ケーブルなどで接続し、リモートマスタ局と各リモートＩ／Ｏ局とが通信を行なって、リモートＩ／Ｏ局に接続される電磁弁やモータ、センサなどの種々の機器を制御するネットワークが構成される。すなわち、リモートマスタ局が各リモートＩ／Ｏ局を介して当該リモートＩ／Ｏ局に接続される機器を制御・監視する。

また、リモートＩ／Ｏ局には、ユーザによって押しボタンやレバー、スイッチなどの入力手段が操作されたことを検出する入力検出回路が備えられている。この入力検出回路は、１つの入力手段（たとえば、押しボタン）に対応しており、押しボタンが押されたことによって複数のスイッチがオンとなり、スイッチの数だけの入力検出信号を出力する。すなわち、入力検出回路は、１つの入力手段が操作されたことを複数の入力検出信号に冗長化して出力する。

このような冗長化された入力検出信号は、押しボタンおよび入力検出回路（スイッチや配線など）が正常である場合にはすべて同一極性となるが、たとえば、入力検出回路のスイッチの１つに異物が入ったり、電源やアースとの配線が断線した場合などは、冗長化された入力検出信号の少なくとも１つの極性が、他の入力検出信号とは異なることになる。このような状態、すなわち、冗長化された入力検出信号の異常を検出する従来技術として、たとえば、特許文献１がある。

特許文献１には、自動化設備の二重の冗長性を有する２つの信号発信器の誤りの認識および位置発見を行なうために、導線障害だけでなく、発信器の誤りも高い確率で自動的に認識し、またその位置を発見する自動化設備の冗長性を有する信号発信器の誤り検出認識方法に関する技術が開示されている。

具体的には、排他的論理和（ＸＯＲ）素子である差検出器が２つの信号発信器からの信号が一致しているか否かを検出し、不一致の場合にはタイマ素子を起動して待ち時間Ｔの計測を開始し、待ち時間Ｔの計測が終了した時点で、２つの信号発信器からの信号が正常であるか否かの判定を行なうようにしている。

特開平５−２２５４８１号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来技術では、入力信号（２つの発信器からの信号）の不一致を検出するたびに新たにタイマ素子を起動して待ち時間Ｔの計測を開始するようにしているため、ノイズなどの影響によって入力信号の不一致が頻繁に発生した場合（待ち時間Ｔの計測中に、再度入力信号の不一致が発生した場合）、待ち時間Ｔの計測が新たに開始されてしまい、故障を検出することができない、あるいは故障の検出タイミングが遅れてしまうという問題があった。

このような問題を回避するために、不一致を検出するたびに待ち時間Ｔの計測を開始するのではなく、待ち時間Ｔの計測を継続し、待ち時間Ｔが経過した後に入力信号が正常であるか否かを判定することが考えられる。しかしながら、この場合には、待ち時間Ｔの間の入力信号の変化を考慮することができないという問題が生じてしまう。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、予め定められた時間内の冗長化された入力信号の変化に応じて、正確に故障を検出することができる故障検出装置、故障検出方法、および故障検出プログラムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、予め定められたサンプリング周期毎に比較手段の比較結果を取得し、最新の比較結果から時系列順に、予め定められたサンプリング数の比較結果を保持可能な比較結果記憶手段と、前記サンプリング周期毎に、前記比較結果記憶手段に記憶された複数の比較結果のうち、最新の比較結果から時系列順に、前記予め定められたサンプリング数の比較結果を用いて、前記冗長化された複数の入力信号が正常であるか否かを判定する判定手段と、を備えることを特徴とする。

この発明によれば、比較手段が、冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較し、比較結果記憶手段が、予め定められたサンプリング周期毎に比較手段の比較結果を保持し、判定手段が、比較結果記憶手段に記憶された複数の比較結果のうち、最新の比較結果から時系列順に、予め定められたサンプリング数分の比較結果を用いて、冗長化された複数の入力信号が正常であるか否かを判定するようにしているため、最新の比較結果からサンプリング数分の比較結果の一致、不一致に応じて正常／異常を判定することができる。すなわち、予め定められた「サンプリング周期×サンプリング数」の時間分の冗長化された複数の入力信号の変化に応じて正常／異常を判定することができる故障検出装置を得ることができるという効果を奏する。

図１は、この発明における故障検出装置が適用されるネットワークシステムの構成の一例を示すブロック図である。 図２は、この発明における故障検出装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。 図３は、この発明における故障検出装置の実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図４は、この発明における故障検出装置の実施の形態１の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図５は、重み付けを行う場合の故障検出装置の構成を示すブロック図である。 図６は、この発明における故障検出装置の実施の形態２の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図７は、この発明における故障検出装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。 図８は、判定閾値による判定や判定パタンによる判定をユーザが選択する場合の故障検出装置の構成を示すブロック図である。 図９は、図８に示した故障検出装置の判定モード設定部に設定される判定条件および重み付けの有無の一覧を示す図である。 図１０は、この発明における故障検出装置の実施の形態３の構成を示すブロック図である。 図１１は、図１０に示した第２の比較結果記憶部の構成の一例を示す図である。 図１２は、この発明における故障検出装置の実施の形態３の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図１３は、この発明における実施の形態３の故障検出装置が検出する事象を説明するための図である。 図１４は、この発明における故障検出装置の実施の形態４の構成を示すブロック図である。 図１５は、この発明における故障検出装置の実施の形態４の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１ 設定部
２ クロック生成部
３ 比較部
４ 比較結果記憶部
５，５ａ 判定部
６ 第１の比較結果記憶部
７ 第２の比較結果記憶部
８ 比較結果制御部
９，９ａ リセット信号生成部
１１ サンプリング数設定部
１２ サンプリング周期設定部
１３ 判定閾値設定部
１４ 判定モード設定部
１５ 重み付け設定部
１６ パタン設定部
１８ リセット条件設定部
４１−１，４１−２，４１−３，４１−４，４１−５，４１−ｎ ラッチ
７１−１，７１−２，７１−３，７１−ｍ バッファ

以下に、本発明にかかる故障検出装置、故障検出方法、および故障検出プログラム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１．
図１〜図４を用いてこの発明の実施の形態１を説明する。図１は、この発明における故障検出装置が適用されるネットワークシステムの構成の一例を示すブロック図である。図１において、ネットワークシステムは、制御・監視対象となる機器８１（たとえば、電磁弁やモータ、センサなど）が接続されるリモートＩ／Ｏ局８０と、リモートマスタ局９０とが、伝送ケーブル９１によって接続され、リモートマスタ局９０がリモートＩ／Ｏ局８０を介して機器８１を制御・監視する。

また、リモートＩ／Ｏ局８０には、ユーザによって押しボタンやレバー、スイッチなどの入力手段が操作されたことを検出する入力検出回路が備えられており、故障検出装置は、入力検出回路の異常を検出する。入力検出回路は、複数のスイッチを備えている。入力検出回路は、１つの入力手段（たとえば、押しボタン）に対応しており、押しボタンが押されたことによって複数のスイッチがオンとなり、スイッチの数だけの入力検出信号を出力する。すなわち、入力検出回路は、１つの入力手段が操作されたことを複数の入力検出信号に冗長化して出力する。したがって、入力手段および入力検出回路が正常に動作している場合には複数の入力検出信号は同一極性となり、入力手段および入力検出回路が故障した場合や、ノイズの影響を受けた場合には複数の入力検出信号の極性は異なるものとなる。本発明における故障検出装置は、このように冗長化された信号を入力として正常／異常の判定を行うものである。

図２は、本発明における故障検出装置の実施の形態１の構成を示すブロック図である。図１において、故障検出装置は、比較部３、サンプリング数設定部１１とサンプリング周期設定部１２と判定閾値設定部１３とを有する設定部１、クロック生成部２、ｎ（１＜ｎ、ｎは自然数）個のラッチ４１（４１−１〜４１−ｎを示す）を有する比較結果記憶部４、および判定部５を備えている。

比較部３は、冗長化されたｋ（１＜ｋ，ｋは自然数）の入力信号Ｘ０〜Ｘｋを比較して、入力信号Ｘ０〜Ｘｋが全て一致しているか否かを判定する。比較部３は比較結果ＣＭＰを比較結果記憶部４に出力する。

設定部１は、故障検出装置の動作に関する各種設定値が設定される。設定部１が保持する各種設定値は、リモートＩ／Ｏ局８０に接続される機器８１に対する制御パラメータと同様にリモートマスタ局９０から通信によって設定される。すなわち、ユーザによって任意に設定可能となっている。

サンプリング周期設定部１２には、比較部３からの比較結果を比較結果記憶部４に記憶させるクロックの周期、すなわち比較結果のサンプリング周期が設定される。サンプリング数設定部１１には、判定部５が正常／異常の判定に用いる比較結果の数、すなわち比較結果のサンプリング数が設定される。判定閾値設定部１３には、判定部５が正常／異常の判定に用いる判定閾値が設定される。

クロック生成部２は、発信器やリモートＩ／Ｏ局８０で用いられるクロックを用いてサンプリング周期設定部１２に設定されたサンプリング周期のサンプリングクロックを生成し、生成したサンプリングクロックを比較結果記憶部４のラッチ４１に供給する。

比較結果記憶部４は、ｎ個のラッチ４１によってシフトレジスタを構成し、クロック生成部２から供給されるサンプリングクロックの立ち上がりまたは立下りに同期して、現在時刻から「ｎ×サンプリング周期」前までのｎ個の比較結果を保持する。図２においては、ラッチ４１−１、ラッチ４１−２、・・・、ラッチ４１−ｎの順にラッチ４１を接続しているので、初段のラッチ４１−１に現在のサンプリング周期における比較結果が保持され、ラッチ４１−２に現在より１つ前のサンプリング周期における比較結果が保持され、…、ラッチ４１−ｎに現在よりｎつ前のサンプリング周期における比較結果が保持される。ラッチ４１は、保持した比較結果を判定部５に出力する。

判定部５は、ラッチ４１から入力される比較結果のうち、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つが不一致であることを示している比較結果の数をカウントするカウント機能を有しており、不一致であることを示す比較結果のカウント値と、サンプリング数設定部１１に設定されているサンプリング数と、判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値とに基づいて、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの正常／異常を判定する閾値判定処理を行なう。

具体的には、判定部５は、現在の比較結果を保持している初段のラッチ４１−１からサンプリング数の数分のラッチ４１まで、すなわち現在のサンプリング周期の時間から「サンプリング数×サンプリング周期」時間までのサンプリング数分の比較結果のうち、不一致であることを示す比較結果の数をカウントする。判定部５は、カウント値と判定閾値とを比較し、カウント値が判定閾値以上の場合には異常であると判定し、カウント値が判定閾値より小さい場合には正常であると判定する。判定部５は、判定結果を出力信号Ｙとして出力する。

図３および図４のタイミングチャートおよび図１を参照して、入力信号の数が「２」（ｋ＝２）、サンプリング周期が「Ｔ」、サンプリング数が「５」の場合を例に挙げて、この発明における故障検出装置の動作について説明する。

まず、図３のタイミングチャートを参照して、フィルタリング処理時間（「サンプリング周期×サンプリング数」時間であって、この場合は５Ｔ）より長く連続して入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致の場合の故障検出装置の動作について説明する。なお、時刻ｔ０以前のラッチ４１−１〜４１−５は、一致を示す比較結果を保持しているものとする。

時刻ｔ０において、入力信号Ｘ０，Ｘ１はともに“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１が一致していることを示す比較結果（この場合は“Ｌ”）にする。ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰを保持する。この場合は、ラッチ４１−１〜４１−５は、“Ｌ”を保持する。判定部５は、ラッチ４１−１〜４１−５の出力（保持値）が不一致を示す比較結果（この場合は“Ｈ”）であるか否かを判定し、不一致を示す比較結果の数をカウントする。ここでは、ラッチ４１−１〜４１−５の出力はすべて“Ｌ”であるので、不一致カウント値は「０」となる。なお、図３においては、参考のために一致を示す比較結果の数も記載している。不一致カウント値が「０」であるので、判定閾値が「１」、「３」、「５」の何れの場合でも、判定部５は出力信号Ｙを、正常を示す“Ｌ”にする。

時刻ｔ０〜時刻ｔ３までの間、入力信号Ｘ０，Ｘ１は変化しない。よって、時刻ｔ０からサンプリング周期Ｔ毎の時刻ｔ１〜ｔ３までは、時刻ｔ０と同様となる。時刻ｔ３ａにおいて、入力信号Ｘ０が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。これにより、比較部３は比較結果ＣＭＰを入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致であることを示す比較結果（この場合は“Ｈ”）にする。

時刻ｔ４において、ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力（“Ｌ”）を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（“Ｈ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「１」になる。判定閾値が「１」（フィルタリング処理による完全一致判定）の場合、不一致カウント値が判定閾値以上であるので、判定部５は出力信号Ｙを、異常を検出したことを示す“Ｈ”にする。判定閾値が「３」（フィルタリング処理による多数決過半数判定）の場合、および判定閾値が「５」（フィルタリング処理による完全不一致判定）の場合、不一致カウント値が判定閾値より小さいので、判定部５は出力信号を“Ｌ”にする。

時刻ｔ３ａから時刻ｔ８ａまでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であって入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較信号を“Ｈ”にする。時刻ｔ４から時刻ｔ８までは、サンプリング周期Ｔ毎に、ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰを保持する。これにより、時刻ｔ４、ｔ５、ｔ６、ｔ７、ｔ８において、判定部５は不一致カウント値を「１」、「２」、「３」、「４」、「５」とカウントアップする。判定閾値が「３」の場合、時刻ｔ６において不一致カウント値が判定閾値以上となる。よって、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｈ”にする。また、判定閾値が「５」の場合、時刻ｔ８において不一致カウント値が判定閾値以上となる。よって、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｈ”にする。

時刻ｔ８ａにおいて、入力信号Ｘ１が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１がともに“Ｈ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを “Ｌ”にする。ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力（“Ｈ”）を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（“Ｌ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「４」になる。これにより、判定閾値が「５」の場合には不一致カウント値が判定閾値よりも小さくなり、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

なお、この発明における故障検出装置は、本来同一の信号であるべき複数の入力信号Ｘ１〜Ｘｋを出力する入力検出回路の故障を検出するものであり、安全のために冗長化していることを考慮すると、異常を検出した後に正常に戻った場合でも、異常であることを保持しておくことが望ましことがある。よって、判定部５は、異常を検出したことを示す出力信号Ｙを出力した後は、判定結果に依存することなく出力信号Ｙを保持するようにしてもよい。この場合、判定部５は、外部から入力されるリセット信号によって出力信号Ｙを正常であることを示す信号に変化させるようにすればよい。

つぎに、図４のタイミングチャートを参照して、フィルタリング処理時間連続して入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致ではない場合の故障検出装置の動作について説明する。なお、時刻ｔ０以前のラッチ４１−１〜４１−５は、一致を示す比較結果を保持しているものとする。また、先の図３のタイミングチャートを参照して説明した動作と同じ動作については、その詳細な説明を省略する。

時刻ｔ０，ｔ１においては、入力信号Ｘ０，Ｘ１はともに“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｌ”にし、ラッチ４１−２〜４１−５はラッチ４１−１〜４１−４の出力（この場合は“Ｌ”）を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（この場合は“Ｌ”）を保持する。ラッチ４１−１〜４１−５の出力はすべて“Ｌ”であるので不一致カウント値は「０」となり、判定部５は、判定閾値が「０」、「３」、「５」の何れであっても出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ１ａにおいて、入力信号Ｘ０が“Ｌ”から“Ｈ”に変化したため、比較部３は比較結果を“Ｈ”にする。時刻ｔ２において、ラッチ４１−２〜４１−５はラッチ４１−１〜４１−４の出力（この場合は“Ｌ”）を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（この場合は“Ｈ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「１」になり、判定部５は、判定閾値が「１」の場合には出力信号Ｙを“Ｈ”にして保持し、判定閾値が「３」または「５」の場合には出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ１ａ〜時刻ｔ３の間は、入力信号Ｘ０，Ｘ１は変化していない。ラッチ４１−２〜４１−５はラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し（この場合は、ラッチ４１−２が“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３〜４１−５が“Ｌ”を保持する）、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（この場合は“Ｈ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「２」になり、判定部５は、判定閾値が「１」の場合には出力信号Ｙを“Ｈ”に保持し、判定閾値が「３」または「５」の場合には出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ３ａにおいて、入力信号Ｘ１が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。これにより、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とはともに“Ｈ”になる。よって、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｌ”にする。

時刻ｔ４において、ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し（この場合は、ラッチ４１−２が“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３〜４１−５が“Ｌ”を保持する）、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（“Ｌ”）を保持する。ラッチ４１−１が“Ｌ”を保持したため、前回のサンプリング時刻ｔ３と同様に、判定部５の不一致カウント値は「２」となり、判定部５は、判定閾値が「１」の場合には出力信号Ｙを“Ｈ”に保持し、判定閾値が「３」または「５」の場合には出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ４ａにおいて、入力信号Ｘ１が“Ｈ”から“Ｌ”に変化する。これにより、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とは異なる値となる。よって、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にする。

時刻ｔ５において、ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し（この場合はラッチ４１−２，４１−５が“Ｌ”を保持し、ラッチ４１−３，４１−４が“Ｈ”を保持する）、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（“Ｈ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「３」となり、判定部５は、判定閾値「１」または「３」の場合には出力信号Ｙを“Ｈ”に保持し、判定閾値が「５」の場合には出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ５ａにおいて、入力信号Ｘ１が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。これにより、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とはともに“Ｈ”になる。よって、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｌ”にする。

時刻ｔ６において、ラッチ４１−２〜４１−５は、前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し（この場合はラッチ４１−２，４１−４，４１−５が“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３が“Ｌ”を保持する）、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰ（“Ｌ”）を保持する。これにより、判定部５の不一致カウント値は「３」となり、判定部５は、判定閾値「１」または「３」の場合には出力信号Ｙを“Ｈ”に保持し、判定閾値が「５」の場合には出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ５ａ以後、入力信号Ｘ０，Ｘ１は変化しない。よって、時刻ｔ５ａ以後入力信号Ｘ０，Ｘ１の一方だけが変化するまでの間、比較部３の比較結果ＣＭＰは“Ｌ”のままとなる。時刻ｔ６以降のサンプリング時刻において、ラッチ４１−２〜４１−５は前段のラッチ４１−１〜４１−４の出力を保持し、初段のラッチ４１−１は比較結果ＣＭＰである“Ｌ”を保持する。これにより、時刻ｔ８において、判定部５の不一致カウント値は「１」となり、時刻ｔ１０において、判定部５の不一致カウント値は「０」となる。

このように、この実施の形態１においては、比較部３が、冗長化された複数の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの極性が一致しているか否かを比較し、比較結果記憶部４が、サンプリング周期設定部１２に設定されたサンプリング周期毎に比較部３の比較結果を保持し、判定部５が、最新の比較結果から時系列順にサンプリング数設定部１１に設定されたサンプリング数分の比較結果のうち、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの極性が不一致であることを示す不一致比較結果の数をカウントし、カウント値が判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値以上の場合には入力信号Ｘ０〜Ｘｋが異常であると判定し、カウント値が判定閾値より小さい場合には正常であると判定するようにしているため、最新の比較結果から時系列順にサンプリング数分の比較結果の一致、不一致の比に応じて正常／異常を判定することができる。すなわち、予め定められた「サンプリング周期×サンプリング数」の時間分の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの変化に応じて正常／異常を判定することができる。

また、この実施の形態１においては、サンプリング数、サンプリング周期、および判定閾値を外部からサンプリング数設定部１１、サンプリング周期設定部１２、および判定閾値設定部１３に設定可能にしているため、判定に用いる比較結果の数、比較結果を保持する時間、および正常／異常を判定する一致、不一致の数の比を変更することができ、本装置を適用するシステムに応じて冗長化された入力信号Ｘ０、Ｘ１の正常／異常の判定基準を変更することができる。

なお、入力信号Ｘ０、Ｘ１の極性が不一致であることを示す不一致比較結果の数をカウントする際に、重み付けを行うようにしてもよい。重み付けは、たとえば、信号波形が部分的に多項式曲線によって近似できると仮定して、この曲線への適合を行う多項式適合法を用いて多項式の次数に依存するように設定する。

図５は、重み付けを行う場合の故障検出装置の構成を示すブロック図である。図５に示した故障検出装置は、先の図２の故障検出装置の設定部１に判定モード設定部１４および重み付け設定部１５が追加されている。なお、図２に示した故障検出装置と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

判定モード設定部１４には、重み付けを行うか否かを示すモードが設定される。重み付け設定部１５には、現在のサンプリング周期から時系列にサンプリング数分のサンプリング周期までのサンプリング数分の重み付け（重み係数）が設定される。たとえば、サンプリング数を「５」とした場合、ラッチ４１−１〜４１−５に対応付けた重み係数Ｗ１〜Ｗ５が設定される。

判定モード設定部１４に重み付けを行わないことを示す「重み付けなしモード」が設定されている場合、判定部５は、上述したように、入力信号Ｘ０、Ｘ１の極性が不一致であることを示す不一致比較結果を「１」としてカウントし、カウント値と判定閾値とを比較して正常／異常の判定を行う。判定モード設定部１４に重み付けを行うことを示す「重み付けありモード」が設定されている場合、判定部５は、入力信号Ｘ０、Ｘ１の極性が不一致であることを示す不一致比較結果を「１」とし、この不一致比較結果を保持しているラッチ４１−１〜４１−５に対応付けられた重み係数Ｗ１〜Ｗ５を乗算した値をカウント値としてカウントする。そして、カウント値と判定閾値とを比較して正常／異常の判定を行う。

このように、不一致比較結果に重み係数を乗算した値をカウントすることによってサンプリング周期毎の比較結果の時系列に重み付けを行うことにより、全ての比較結果を同等に扱う場合と比較して、よりきめ細かな判定を行うことができる。

なお、この実施の形態１においては、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つの極性が不一致であることを示す比較結果をカウントして判定閾値と比較するようにしたが、入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す比較結果をカウントして判定閾値と比較するようにしてもよい。この場合、判定部５は、カウント値が判定閾値以上の場合には正常であることを示す出力信号Ｙを出力し、カウント値が判定閾値より小さい場合には異常であることを示す出力信号Ｙを出力するようにすればよい。

実施の形態２．
図６および図７を参照して、この発明の実施の形態２を説明する。この発明における故障検出装置に入力される入力信号は、押しボタンやレバー、スイッチなどの入力手段が操作されたことを検出する入力検出回路に備えられた複数のスイッチが、対応する１つの入力手段が操作されたことによってオンとなって生成される冗長化された信号である。よって、入力信号は、アナログ信号か、アナログ信号をデジタル信号に変換した信号である。入力信号がアナログ信号の場合、比較部３において、各アナログの入力信号をそれぞれ予め定められた閾値と比較し、アナログの入力信号が閾値以上の場合には“Ｈ”と判定し、アナログの入力信号が閾値より小さい場合には“Ｌ”と判定してそれぞれが一致しているか否かを判定する。また、入力信号がデジタル信号の場合は、入力検出回路が冗長化された各アナログの信号をそれぞれ予め定められた閾値と比較し、アナログの信号が閾値以上の場合には“Ｈ”とし、アナログの信号が閾値より小さい場合には“Ｌ”としたデジタル信号を生成する。すなわち、入力検出回路と比較部３とのどちらかがスイッチがオンになったことによって生成されたアナログの信号をデジタルに変換する場合でも、閾値との比較によって“Ｈ”または”Ｌ”が決定される。

ここで、図６に示すように、入力信号Ｘ０、Ｘ１を“Ｈ”または“Ｌ”と判定する閾値が閾値Ｔｈであって、入力信号Ｘ０に対応するアナログ信号が点線で示すように閾値Ｔｈと“Ｈ”を示す電圧値との間にある場合には入力信号Ｘ０は“Ｈ”となり、入力信号Ｘ１に対応するアナログ信号が破線で示すように“Ｌ”を示す電圧値と閾値Ｔｈとの間になる場合には入力信号Ｘ１は“Ｌ”となる。よって、図６においては、サンプリング周期である時刻ｔ０、ｔ１、ｔ５、およびｔ９では、比較部３は入力信号Ｘ０、Ｘ１が不一致であることを示す比較結果を出力し、時刻ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ１０、およびｔ１１では、比較部３は、入力信号Ｘ０、Ｘ１が一致していることを示す比較結果を出力する。よって、サンプリング数が「５」、判定閾値「３」、「重み付けなしモード」の条件においては、時刻ｔ０、ｔ６、ｔ７、ｔ８、ｔ１０、およびｔ１１では不一致カウンタのカウント値は「１」となり、時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５、およびｔ９では不一致カウンタのカウント値は「２」となって、判定部５は正常であることを示す出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。

しかしながら、入力信号Ｘ０、Ｘ１の元となるアナログ信号は、両信号ともに不安定な状態であり、かつその状態が周期的に連続しており、本来同一の信号であるべき複数の入力信号Ｘ１〜Ｘｋを出力する入力検出回路の故障を検出するものであり、安全のために冗長化していることを考慮すると、このようなアナログ信号の不安定な状態や、周期的な不一致について検出可能にすることが望ましい。

たとえば、判定閾値を小さくしておけば、たとえば、不一致比較結果をカウントする場合には全数一致を正常とするように判定閾値を「１」としておくことで、図６のような入力信号Ｘ０、Ｘ１においても異常を検出することはできる。しかしながら、判定閾値を「１」とした場合、スイッチの特性による信号のずれや、ノイズなどによる不一致が１つでもあると異常を検出してしまい、その度にシステムを停止させなければならず、サンプリング周期毎の比較結果を用いた判定を十分に生かすことができなくなってしまう。

このような問題を改善するために、この実施の形態２では、閾値による判定ではなく、サンプリング周期毎の比較結果のパタンによって冗長化された入力信号の正常／異常を判定する。

図７は、この発明における故障検出装置の実施の形態２の構成を示すブロック図である。図７に示したこの実施の形態２の故障検出装置は、先の図２に示した実施の形態１の故障検出装置の設定部１から判定閾値設定部１３が削除され、判定閾値設定部１３の代わりにパタン設定部１６が追加されている。先の図２に示した実施の形態１の故障検出装置と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

パタン設定部１６には、現在のサンプリング周期から時系列にサンプリング数分のサンプリング周期までのサンプリング数分の一致・不一致を示す判定パタンが設定される。具体的には、たとえば、サンプリング数を「５」とした場合、ラッチ４１−１〜４１−５に対応付けた判定パタンが登録される。なお、判定パタンは、複数あってもかまわない。

判定部５は、サンプリング周期毎に、現在のサンプリング周期から時系列にサンプリング数分のサンプリング周期までの比較結果のパタンとパタン設定部１６に登録されている判定パタンとを比較し、比較結果のパタンと判定パタンとが一致している場合には異常であると判定し、比較結果のパタンと判定パタンとが不一致の場合には正常であると判定する。なお、パタン設定部１６に登録されている判定パタンが複数ある場合には、少なくとも１つの判定パタンと一致した場合に異常であると判定するようにすればよい。

つぎに、図６のタイミングチャートと図７を参照して、入力信号の数が「２」（ｋ＝２）、サンプリング周期が「Ｔ」、サンプリング数が「５」、判定パタンが「不一致・一致・一致・一致・不一致（“ＨＬＬＬＨ”）」の場合を例に挙げて、この実施の形態２の故障検出装置の動作を説明する。なお、この実施の形態２の故障検出装置と先の実施の形態１の故障検出装置との相違点は、判定部５の判定動作のみであり、比較部３、クロック生成部２、および比較結果記憶部４の動作は同じであるので、実施の形態１と同じ動作については、その詳細な説明を省略する。

時刻ｔ０において、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であって、入力信号Ｘ１が “Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１が不一致であることを示す比較結果（この場合は“Ｈ”）にし、ラッチ４１−１は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２〜４１−５は“Ｌ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＨＬＬＬＬ”となる。判定部５は、パタン設定部１６に設定されている判定パタン“ＨＬＬＬＨ”と時系列のパタン“ＨＬＬＬＬ”とを比較する。比較の結果は不一致であるので、判定部５は、出力信号Ｙを、正常を示す“Ｌ”にする。

時刻ｔ１において、時刻ｔ０と同様に入力信号Ｘ０、Ｘ１が不一致であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、ラッチ４１−１、４１−２は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３〜４１−５は“Ｌ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＨＨＬＬＬ”となり、判定パタン“ＨＬＬＬＨ”とは不一致であるので、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ２において、入力信号Ｘ０、Ｘ１はともに“Ｌ”であるので比較部３は比較結果を、入力信号Ｘ０、Ｘ１が一致していることを示す比較結果（この場合は“Ｌ”）にし、ラッチ４１−１、４１−４、４１−５は“Ｌ”を保持し、ラッチ４１−２、４１−３は“Ｈ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＬＨＨＬＬ”となり、判定パタン“ＨＬＬＬＨ”とは不一致であるので、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ３において、入力信号Ｘ０、Ｘ１は“Ｌ”であるので比較部３は比較結果を“Ｌ”にし，ラッチ４１−１、４１−２、４１−５は“Ｌ”を保持し、ラッチ４１−３、４１−４は“Ｈ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＬＬＨＨＬ”となり、判定パタン“ＨＬＬＬＨ”とは不一致であるので、判定部５は、出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ４において、入力信号Ｘ０、Ｘ１は“Ｌ”であるので比較部３は比較結果を“Ｌ”にし、ラッチ４１−１〜４１−３は“Ｌ”を保持し、ラッチ４１−４、４１−５は“Ｈ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＬＬＬＨＨ”となり、判定パタン“ＨＬＬＬＨ”とは不一致であるので、判定部５は出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ５において、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であって、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果を“Ｈ”にし、ラッチ４１−１、４１−５は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２〜４１−４は“Ｌ”を保持する。これにより、ラッチ４１−１〜４１−５の比較結果のパタンは時系列で“ＨＬＬＬＨ”となり、判定パタン“ＨＬＬＬＨ”と一致する。よって、判定部５は出力信号を、異常を示す“Ｈ”にする。

このように、この実施の形態２においては、比較部３が、冗長化された複数の入力信号Ｘ０、Ｘ１の極性が一致しているか否かを比較し、比較結果記憶部４が、サンプリング周期設定部１２に設定されたサンプリング周期毎に比較部３の比較結果を保持し、判定部５が、現在のサンプリング周期から時系列にサンプリング数設定部１１に設定されたサンプリング数分のサンプリング周期までのサンプリング数分の比較結果を現在のサンプリング周期の比較結果から順に時系列に並べた一致・不一致のパタンと、設定部１のパタン設定部１６に設定されている判定パタンとを比較し、一致・不一致のパタンと判定パタンとが一致している場合には異常であると判定し、一致・不一致のパタンと判定パタンとが不一致の場合には正常であると判定しているため、予め定められた「サンプリング周期×サンプリング数」の時間分の入力信号Ｘ０，Ｘ１の変化に応じて正常／異常を判定することができるとともに、閾値判定では検出できない入力信号Ｘ０，Ｘ１の異常についても検出することができる。

なお、この実施の形態２においては、ラッチ４１−１〜４１−５が保持している比較結果のパタンを時系列に並べたパタンと判定パタンとが一致した場合に異常であると判定し、ラッチ４１−１〜４１−５が保持している比較結果のパタンを時系列に並べたパタンと判定パタンとが不一致の場合に正常であると判定するようにしたが、ラッチ４１−１〜４１−５が保持している比較結果のパタンを時系列に並べたパタンと判定パタンとが一致した場合に正常であると判定し、ラッチ４１−１〜４１−５が保持している比較結果のパタンを時系列に並べたパタンと判定パタンとが不一致の場合に異常であると判定するようにしてもよい。なお、一致した場合に正常であると判定する場合には、判定パタンの数が多くなることが考えられるので、先の実施の形態１で説明した閾値判定と組み合わせて用いることが好ましい。たとえば、閾値判定によって異常であると判定される場合でも、判定パタンと一致した場合、すなわち特定のパタンの場合には正常であると判定する。

図８は、判定閾値による判定や判定パタンによる判定をユーザが選択する場合の故障検出装置の構成を示すブロック図である。図８に示した故障検出装置は、先の図５に示した故障検出装置の設定部１に、実施の形態２のパタン設定部１６が追加されている。

図９は、図８に示した故障検出装置の判定モード設定部１４に設定される判定条件および重み付けの有無の一覧を示している。判定モード設定部１４に閾値判定を行うモード（重み付けなし）が設定されている場合には、先の実施の形態１で説明したように、判定部５は、ラッチ４１の比較結果の中で不一致を示す比較結果、または一致を示す比較結果の数をカウントし、カウント値と判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値とを比較して正常／異常を判定する。

判定モード設定部１４に閾値判定を行うモード（重み付けあり）が設定されている場合には、先の実施の形態１で説明したように、判定部５は、ラッチ４１の比較結果の中で不一致を示す比較結果、または一致を示す比較結果を「１」とし、この比較結果に当該ラッチ４１に対応付けて重み付け設定部１５に設定されている重み係数を乗算した値をカウントし、カウント値と判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値とを比較して正常／異常を判定する。

判定モード設定部１４に、パタン判定を行うモードが設定されている場合には、この実施の形態２で説明したように、判定部５は、ラッチ４１の比較結果を時系列に並べたパタンとパタン設定部１６に設定された判定パタンとを比較して、正常／異常を判定する。

判定モード設定部１４に、閾値判定（重み付けあり／なし）またはパタン判定を行うモードが設定されている場合には、判定部５は、閾値判定（重み付けあり／なし）およびパタン判定による正常／異常の判定を行い、一方の判定結果が異常となった場合に異常であると判定する。

判定モード設定部１４に、閾値判定（重み付けあり／なし）およびパタン判定を行うモードが設定されている場合には、判定部５は閾値判定（重み付けあり／なし）およびパタン判定による正常／異常の判定を行い、両者の判定結果が異常となった場合に異常であると判定する。

実施の形態３
図１０〜図１２を用いてこの発明の実施の形態３を説明する。先の実施の形態１では、比較部３が判定した入力信号Ｘ０〜Ｘｋの比較結果を、ラッチ４１によってシフトレジスタを構成した比較結果記憶部４に時系列に記憶するようにしているため、サンプリング数分のラッチ４１が必要となる。そのため、サンプリング数が多くなるとラッチ４１の数も多くなり、リソースが過大となるという問題がある。

このような問題を改善するために、この実施の形態３では、比較結果記憶部を時系列に比較結果を記憶する第１の比較結果記憶部と、判定に用いる比較結果（不一致または一致）のカウント値を記憶する第２の比較結果記憶部とで構成し、サンプリング数が多い場合でもリソースの増加を抑制するものである。

図１０は、この発明における故障検出装置の実施の形態３の構成を示すブロック図である。図１０に示したこの実施の形態３の故障検出装置は、先の図２に示した実施の形態１の故障検出装置の判定部５の代わりに判定部５ａを備え、第２の比較結果記憶部７、比較結果制御部８、およびリセット信号生成部９が追加されている。先の図２に示した実施の形態１の故障検出装置と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。なお、図１０に示した第１の比較結果記憶部６の構成および機能は、先の図２に示した比較結果記憶部４と同じである。

第２の比較結果記憶部７は、「ｎ×サンプリング周期」毎に、現在時刻から「ｎ×サンプリング周期」前までのｎ個の比較結果の不一致または一致の数、すなわち第１の比較結果記憶部６のラッチ４１−１〜４１−ｎが保持している比較結果のうち、不一致であることを示す比較結果のカウント値を最大ｍ（ｍは自然数）個保持する。

図１１は、図１０に示した第２の比較結果記憶部７の構成の一例を示す図である。図１１において、第２の比較結果記憶部７は、ｍ個のバッファ７１（７１−１〜７１−ｍを示す）をポインタ値で指定する一般的なリングバッファで構成されている。ここでは、ポインタ値１がバッファ７１−１を示し、ポインタ値２がバッファ７１−２を示し、・・・、ポインタ値ｍがバッファ７１−ｍを示すものとする。

図１０に戻って、比較結果制御部８は、第２の比較結果記憶部７への比較結果のカウント値の書き込み、および第２の比較結果記憶部７から比較結果のカウント値の読み出しを制御する。

たとえば、第２の比較結果記憶部７を先の図１１に示したリングバッファで構成した場合、比較結果制御部８は、自装置の電源投入時やリセット時に実行される初期動作時に、サンプリング数設定部１１に設定されたサンプリング数、サンプリング周期設定部１２に設定されたサンプリング周期、および第１の比較結果記憶部６のラッチ４１の数に基づいて、必要なバッファ７１の数、および第２の比較結果記憶部７に比較結果のカウント値を記憶させる書き込み周期を求める。

第１の比較結果記憶部６のラッチ４１の数をｎとし、サンプリング数をＬとすると必要なバッファ７１の数ｈ（ｈ≦ｍ、ｈは自然数）は、
ｈ＝（Ｌ−ｎ）／ｎ ・・・ （式１）
で求めることができる。

第１の比較結果記憶部６のラッチ４１の数をｎとし、サンプリング周期をＴとすると、書き込み周期Ｔｗは、
Ｔｗ＝ｎ×Ｔ ・・・ （式２）
で求めることができる。

比較結果制御部８は、上記（式１）および（式２）によって求めた必要なバッファ７１の数（以下、有効バッファ数ｈと呼ぶ）および書き込み周期と、クロック生成部２によって生成されるサンプリング周期のサンプリングクロックＣＬＫとに基づいて、第２の比較結果記憶部７の制御信号（書き込み信号ＷＴ、書き込みポインタ値ＷＰ、読み出し信号ＲＴ、読み出しポインタ値ＲＰなど）を生成し、生成した制御信号を第２の比較結果記憶部７に出力する。また、制御信号の１つである書き込み信号ＷＴをリセット信号生成部９に出力する。

より具体的には、比較結果制御部８は、書き込み周期Ｔｗ毎に書き込み信号ＷＴおよび書き込みポインタ値ＷＰを出力する。また、比較結果制御部８は、サンプリング周期Ｔと等しい値となる読み出し周期Ｔｒ毎に読み出し信号ＲＴと読み出しポインタ値ＲＰを第２の比較結果記憶部７に出力してバッファ７１が保持している値を判定部５ａに出力させる。

判定部５ａは、ラッチ４１から入力される比較結果および第２の比較結果記憶部７から入力される値に基づいて、現在時刻から「サンプリング数×サンプリング周期」前までの時間内の比較結果のうち、不一致であることを示す比較結果の数を求め、求めた数と、サンプリング数設定部１１に設定されているサンプリング数と、判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値とに基づいて、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの正常／異常を判定する閾値判定処理を行なう。

具体的には、判定部５ａは、ラッチ４１から入力される比較結果のうち、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つが不一致であることを示している比較結果の数をカウントするカウント機能と、このカウント機能によってカウントされたカウント値と第２の比較結果記憶部７から入力される値とを加算する加算機能と、この加算機能によって得られた値と、サンプリング数設定部１１に設定されているサンプリング数と、判定閾値設定部１３に設定されている判定閾値とに基づいて、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの正常／異常を判定する閾値判定処理を行なう。

より具体的には、判定部５ａは、カウント機能によって、現在の比較結果を保持している初段のラッチ４１−１から最終段のラッチ４１ーｎまで、すなわち現在のサンプリング周期の時間から「ラッチ４１の数ｎ×サンプリング周期」時間までのｎ個の比較結果のうち、不一致であることを示す比較結果の数をカウントし、このカウント値を第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値とする。

判定部５ａは、加算機能によって、カウント機能によってカウントした第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値と、第２の比較結果記憶部７によって保持された不一致カウント値、すなわち最新の値が書き込まれたバッファ７１から有効バッファ数ｈ前までのバッファ７１に書き込まれた値とを加算して、サンプリング数分の比較結果のうち、不一致であることを示す比較結果のカウント数（不一致総カウント数）を求める。

判定部５ａは、加算機能によって求めた不一致総カウント数と判定閾値とを比較し、不一致総カウント数が判定閾値以上の場合には異常であると判定し、不一致総カウント数が判定閾値より小さい場合には正常であると判定する。判定部５ａは、判定結果を出力信号Ｙとして出力する。また、判定部５ａは、加算機能によって求めた第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを第２の比較結果記憶部７に出力する。

リセット信号生成部９は、比較結果制御部８によって第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴが第２の比較結果記憶部７に保持された後に、リセット信号ＲＥＳ１をラッチ４１に出力し、ラッチ４１の値をリセットする。この場合は、ラッチ４１が保持する値を比較結果が一致を示す値にする。

図１２のタイミングチャート、図１０、および図１１を参照して、入力信号の数が「２」（ｋ＝２）、ラッチ４１の数が「３」（ｎ＝３）、サンプリング周期が「Ｔ］、サンプリング数が「１２」の場合を例に挙げて、この発明における故障検出装置の動作について説明する。

図１２においては、ラッチ数が「３」、サンプリング数が「１２」であるので、上記（式１）および（式２）により、有効バッファ数ｈは「３」となり、書き込み周期Ｔｗは「３Ｔ」となる。また、読み出し周期Ｔｒは「Ｔ」となる。

時刻ｔ０において、比較部３は入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１との比較結果ＣＭＰを出力する。ここでは、入力信号Ｘ０は“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１は“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを、入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致であることを示す比較結果（この場合は“Ｈ”）にする。ラッチ４１−２,４１−３は、前段のラッチ４１−１，４１−２の出力を保持し、初段のラッチ４１−１は、比較結果ＣＭＰを保持する。この場合は、ラッチ４１−１は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２〜４１−３は、“Ｌ”を保持する。

一方、比較結果制御部８は、読み出し信号ＲＴをアサート（この場合は“Ｈ”）にし、読み出しポインタ値を「１」、「２」、「３」として、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合はすべて「０」）を判定部５ａに出力させた後に読み出し信号ＲＴをネゲート（この場合は“Ｌ”）にする。

判定部５ａは、ラッチ４１ー１〜ラッチ４１−３の出力が不一致を示す比較結果（この場合は“Ｈ”）であるか否かを判定し、不一致を示す比較結果の数をカウントする。ここでは、ラッチ４１−１の出力が“Ｈ”であり、ラッチ４１−２，４１−３の出力が“Ｌ”であるので、不一致を示す比較結果の数（第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ）は、「１」となる。

判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴにバッファ７１−１〜７１−３から入力された値を加算して不一致総カウント値を求める。ここでは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値が「１」であり、バッファ７１−１〜７１−３から入力される値はすべて「０」であるので、不一致総カウント値は「１」となる。また、ここでは判定閾値が「７」であるので、判定部５ａは出力信号Ｙを、正常を示す“Ｌ”にする。

以下、上述した時刻ｔ０における一連の動作、すなわちラッチ４１−２，４１−３が前段のラッチ４１−１，４１−２の出力を保持し、ラッチ４１−１が比較結果ＣＯＭを保持する第１の比較結果記憶処理動作、比較結果制御部８がバッファ７１−１〜７１−３を制御してバッファ７１−１〜７１−３が保持する値を判定部５ａに出力させる第２の比較結結果出力処理動作、および判定部５ａが第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値を求め、求めた第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値とバッファ７１−１〜７１−３から入力される値とを加算して不一致総カウント値を求めて判定閾値と比較して出力信号Ｙを出力する判定処理動作と合わせて書き込み周期内処理動作と呼ぶことがある。この書き込み周期内処理動作は、サンプリング時刻毎に実行される。

時刻ｔ１においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間ではないので、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作のみを行う。ここでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１，４１−２は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、すべて「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「２」）と、不一致総カウント値（この場合は「２」）とを求めて出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。

時刻ｔ２においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間であるので、書き込み周期内処理動作を行った後に、第２の比較結果記憶部７であるバッファ７１への書き込み処理を行う。まず、時刻ｔ２において、時刻ｔ０，ｔ１と同様に書き込み周期内処理動作を行なう。

ここでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１〜４１−３は“Ｈ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、すべて「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）と、不一致総カウント値（この場合は「３」）とを求めて出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。また、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）を第２の比較結果記憶部７に出力する。

時刻ｔ２から始まるサンプリング時刻における書き込み周期内周期動作が終了した後の時刻ｔ２ａにおいて、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴおよび書き込みポインタ値ＷＰを制御して、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１に第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持させる。

ここでは、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴをアサート（この場合は“Ｈ”）にし、書き込みポインタ値を「１」にして、バッファ７１−１に不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）を保持させる。バッファ７１−１が第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持した後の時刻ｔ２ｂにおいて、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴをネゲート（この場合は“Ｌ”）にする。

時刻ｔ２ｂにおいて、書き込み信号ＷＴがネゲートになったことによって、バッファ７１−１が第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持したことを認識すると、リセット信号生成部９は、リセット信号ＲＥＳ１をアサート（この場合は“Ｈ”）にする。これにより、ラッチ４１−１〜４１−３は出力を比較結果が一致を示す値（この場合は“Ｌ”）にリセットする。リセット信号生成部９は、ラッチ４１−１〜４１−３の出力が“Ｌ”になった後にリセット信号ＲＥＳ１をネゲート（この場合は“Ｌ”）にする。

以下、時刻ｔ２ａから時刻ｔ２ｂにおける一連の動作、すなわち、比較結果制御部８が書き込み信号ＷＴおよび書き込みポインタ値ＷＰを制御して第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを書き込みポインタ値ＷＰが示すバッファ７１に保持させる第２の比較結果記憶処理動作と、リセット信号生成部９がラッチ４１−１〜４１−３の値をリセットする第１の比較結果リセット処理動作とを合わせて書き込み周期処理動作と呼ぶことがある。

時刻ｔ３，ｔ４においては、時刻ｔ０と同様に第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間ではないので、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作のみを行う。

時刻ｔ３においては、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２，４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２，７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「１」）と、不一致総カウント値（この場合は「４」）とを求めて出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。

また、時刻ｔ４においては、入力信号Ｘ０，Ｘ１ともに“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｌ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１，４１−３は“Ｌ”を保持し、ラッチ４１−２は“Ｈ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２，７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「１」）と、不一致総カウント値（この場合は「４」）とを求めて出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。

時刻ｔ５においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間であるので、時刻ｔ２と同様に書き込み周期内処理動作を行った後に、第２の比較結果記憶部７であるバッファ７１への書き込み処理を行う。まず、時刻ｔ５において、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作を行なう。

ここでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１，４１−３は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２，７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「２」）と、不一致総カウント値（この場合は「５」）とを求めて出力信号Ｙ（この場合は“Ｌ”）を出力する。また、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「２」）を第２の比較結果記憶部７に出力する。

時刻ｔ５から始まるサンプリング時刻における書き込み周期内周期動作が終了した後の時刻ｔ５ａから、書き込み周期処理動作を行なう。まず、時刻ｔ５ａにおいて、第２の比較結果記憶処理動作によって第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを第２の比較結果記憶部７のバッファ７１に保持させる。ここでは、比較結果制御部８は、書き込みポインタ値ＷＰを１つ進めた値（この場合は、「２」）として、バッファ７１−２に第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「２」）を保持させる。バッファ７１−２が第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持した後の時刻ｔ５ｂにおいて、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴを“Ｌ”にする。

時刻ｔ５ｂにおいて、第１の比較結果リセット処理動作によって、リセット信号生成部９は、リセット信号ＲＥＳ１を“Ｈ”にして、ラッチ４１−１〜４１−３の出力を“Ｌ”にリセットし、ラッチ４１−１〜４１−３の出力が“Ｌ”になった後にリセット信号ＲＥＳ１を“Ｌ”にする。

時刻ｔ６，ｔ７は、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作のみを行う。時刻ｔ６においては、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２，４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「１」）と、不一致総カウント値（この場合は「６」）とを求めて出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ７においては、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１，４１−２は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「２」）と、不一致総カウント値（この場合は「７」）とを求める。ここで、判定閾値が「７」であるので、判定部５ａは、出力信号Ｙを異常であることを示す値（ここでは“Ｈ”）にする。

時刻ｔ８においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間であるので、時刻ｔ２と同様に書き込み周期内処理動作を行った後に、第２の比較結果記憶部７であるバッファ７１への書き込み処理を行う。まず、時刻ｔ８において、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作を行なう。

ここでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１〜４１−３は“Ｈ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，バッファ７１−３が「０」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）と、不一致総カウント値（この場合は「８」）とを求めて出力信号Ｙを“Ｈ”にする。また、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）を第２の比較結果記憶部７に出力する。

時刻ｔ８から始まるサンプリング時刻における書き込み周期内周期動作が終了した後の時刻ｔ８ａから、書き込み周期処理動作を行なう。まず、時刻ｔ８ａにおいて、第２の比較結果記憶処理動作によって第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを第２の比較結果記憶部７のバッファ７１に保持させる。ここでは、比較結果制御部８は、書き込みポインタ値ＷＰを１つ進めた値（この場合は、「３」）として、バッファ７１−３に第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）を保持させる。バッファ７１−３が第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持した後の時刻ｔ８ｂにおいて、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴを“Ｌ”にする。

時刻ｔ８ｂにおいて、第１の比較結果リセット処理動作によって、リセット信号生成部９は、リセット信号ＲＥＳ１を“Ｈ”にして、ラッチ４１−１〜４１−３の出力を“Ｌ”にリセットし、ラッチ４１−１〜４１−３の出力が“Ｌ”になった後にリセット信号ＲＥＳ１を“Ｌ”にする。

時刻ｔ９，ｔ１０は、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作のみを行う。時刻ｔ１０においては、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−２，４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，７１−３が「３」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「１」）と、不一致総カウント値（この場合は「９」）とを求めて出力信号Ｙを“Ｌ”にする。

時刻ｔ１０においては、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１，４１−２は“Ｈ”を保持し、ラッチ４１−３は“Ｌ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，７１−３が「３」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値（この場合は「２」）と、不一致総カウント値（この場合は「１０」）とを求め、出力信号Ｙを“Ｈ”にする。

時刻ｔ１１においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間であるので、時刻ｔ２と同様に書き込み周期内処理動作を行った後に、第２の比較結果記憶部７であるバッファ７１への書き込み処理を行う。まず、時刻ｔ１１において、時刻ｔ０と同様に書き込み周期内処理動作を行なう。

ここでは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｌ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にし、第１の比較結果記憶処理動作によってラッチ４１−１〜４１−３は“Ｈ”を保持する。また、第２の比較結果出力処理動作によって、比較結果制御部８は、バッファ７１−１〜７１−３が保持している値（この場合は、バッファ７１−１が「３」であり、バッファ７１−２が「２」であり，バッファ７１−３が「３」）を判定部５ａに出力させる。さらに、判定処理動作によって、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）と、不一致総カウント値（この場合は「８」）とを求めて出力信号Ｙを“Ｈ”にする。また、判定部５ａは、第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「１１」）を第２の比較結果記憶部７に出力する。

時刻ｔ１１から始まるサンプリング時刻における書き込み周期内周期動作が終了した後の時刻ｔ１１ａから、書き込み周期処理動作を行なう。まず、時刻ｔ１１ａにおいて、第２の比較結果記憶処理動作によって第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを第２の比較結果記憶部７のバッファ７１に保持させる。ここでは、比較結果制御部８は、書き込みポインタ値ＷＰを１つ進めた値（この場合は、「１」）として、バッファ７１−１に第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴ（この場合は「３」）を保持させる。バッファ７１−１が第１の比較結果記憶部６の不一致カウント値ＣＮＴを保持した後の時刻ｔ１１ｂにおいて、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴを“Ｌ”にする。

時刻ｔ１１ｂにおいて、第１の比較結果リセット処理動作によって、リセット信号生成部９は、リセット信号ＲＥＳ１を“Ｈ”にして、ラッチ４１−１〜４１−３の出力を“Ｌ”にリセットし、ラッチ４１−１〜４１−３の出力が“Ｌ”になった後にリセット信号ＲＥＳ１を“Ｌ”にする。

以上説明したように、この実施の形態３においては、比較部３が、冗長化された複数の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの極性が一致しているか否かを比較し、第１の比較結果記憶部６が、予め定められたサンプリング周期毎に比較部３の最新の比較結果から時系列順にｎ個の比較結果を保持し、第２の比較結果記憶部７が、第１の比較結果記憶部６がｎ個の比較結果を保持した際に、ｎ個の比較結果のうち、冗長化された複数の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つの極性が不一致であることを示す比較結果の数のカウント値を時系列順に保持し、判定部５ａが、第１の比較結果記憶部６に保持されたｎ個の比較結果のうち、冗長化された複数の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つの極性が不一致であることを示す比較結果のカウント値と、第２の比較結果記憶部７に保持されたカウント値のうち最新のカウント値から予め定められたサンプリング数分までのカウント値を加算して比較結果の合計値を求め、求めた合計値が予め定められた閾値以上の場合には異常であると判定し、求めた合計値が予め定められた判定閾値より小さい場合には正常であると判定するようにしているため、サンプリング数が多い場合でもリソースの増加を抑制しつつ、予め定められた「サンプリング周期×サンプリング数」の時間分の入力信号Ｘ０〜Ｘｋの変化に応じて正常／異常を判定することができる。

なお、この実施の形態３においては、第２の比較結果記憶部７をリングバッファで構成した場合を例に挙げて説明したが、第２の比較結果記憶部７はリングバッファに限るものではなく、第１の比較結果記憶部６のラッチ４１が保持する不一致を示す値の数を保持可能な記憶手段であれば、リングバッファに限るものではない。

また、この実施の形態３においては、入力信号Ｘ０〜Ｘｋの少なくとも１つの極性が不一致であることを示す比較結果をカウントして判定閾値と比較するようにしたが、入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す比較結果をカウントして判定閾値と比較するようにしてもよい。この場合、第２の比較結果記憶部７には第１の比較結果記憶部６が保持するｎ個の比較結果のうち、入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す比較結果のカウント値を保持し、判定部５は、カウント値が判定閾値以上の場合には正常であることを示す出力信号Ｙを出力し、カウント値が判定閾値より小さい場合には異常であることを示す出力信号Ｙを出力するようにすればよい。

実施の形態４．
図１３〜図１５を用いてこの発明の実施の形態４を説明する。先の実施の形態３においては、第２の比較結果記憶部７が第１の比較結果記憶部６のラッチ４１によってサンプリング時刻毎に保持された比較結果のうち、不一致または一致を示す比較結果のカウント値を保持することで、サンプリング数が多い場合でもリソースの増加を抑制して、最新の比較結果からサンプリング数分の比較結果の一致、不一致の比、すなわち予め定められた「サンプリング周期×サンプリング数」の時間分の入力信号Ｘ０，Ｘ１の変化に応じて正常／異常を判定するようにした。

しかしながら、先の実施の形態３では、第２の比較結果記憶部７が不一致または一致を示す比較結果のカウント値を保持するため、比較結果の時系列が失われてしまう。「サンプリング周期×サンプリング数」分の時間が長くなるため、比較結果の時系列が失われると、異なる事象による入力信号の不一致を同一の事象とみなしてしまうという問題が生じる。

たとえば、ラッチ４１の数を「５０」（ｎ＝５０）とし、サンプリング周期を「２０ｍＳ」とし、有効バッファの数を「１２０」（ｈ＝１２０）とした場合、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１には１Ｓ間の不一致または一致のカウント値が保持される。ここで、図１３に示すように、入力信号Ｘ０は時刻ｔ０〜時刻ｔ２までの間“Ｈ”であり、時刻ｔ２〜時刻ｔ３までの間“Ｌ”であり、入力信号Ｘ１は時刻ｔ０〜時刻ｔ１までの間“Ｌ”であり、時刻ｔ１〜時刻ｔ３までの間“Ｈ”であったとする。この場合、時刻ｔ０から時刻ｔ１までと時刻ｔ２から時刻ｔ３までとは比較結果はともに不一致を示す値となり、時刻ｔ１から時刻ｔ２までは比較結果は一致を示す値となる。よって、第２の比較結果記憶部７には、時刻ｔ０から時刻ｔ１までと時刻ｔ２から時刻ｔ３までとの比較結果を保持するバッファには「５０」が保持され、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの比較結果を保持するバッファには「０」が保持される。

ここで、時刻ｔ０から時刻ｔ１までは、入力信号Ｘ０が“Ｈ”で入力信号Ｘ１が“Ｌ”の比較結果の不一致である事象Ａであり、時刻ｔ２から時刻ｔ３までは、入力信号Ｘ１が“Ｌ”で入力信号Ｘ１が“Ｈ”の比較結果の不一致である事象Ｂであり、２つの事象Ａ，Ｂの不一致は異なるものである。しかしながら、第２の比較結果記憶部７では比較結果の時系列が失われているため、事象Ａと事象Ｂとの間に入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが一致している期間があるにもかかわらず、事象Ａと事象Ｂとを同一の事象とみなしてしまう。

このような問題を改善するために、この実施の形態４では、事象Ａと事象Ｂとの比較結果の一致期間において第１の比較結果記憶部６および第２の比較結果記憶部７の値をリセットして、異なる２つの事象を区別して正確な不一致事象を検出するものである。

図１４は、この発明における故障検出装置の実施の形態４の構成を示すブロック図である。図１４に示したこの実施の形態４の故障検出装置は、先の図１０に示した実施の形態３の故障検出装置の設定部１にリセット条件設定部１８が追加され、リセット信号生成部９の代わりにリセット信号生成部９ａを備えている。先の図１０に示した実施の形態３の交渉検出装置と同じ機能を持つ構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

リセット条件設定部１８には、第１の比較結果記憶部６および第２の比較結果記憶部７が保持する値をリセットするリセット条件が設定される。リセット条件は、
（条件１）比較結果が一致を示した場合
（条件２）現在のサンプリング時刻から「ｙ（２≦ｙ、ｙは自然数）×サンプリング周期」時間前までの間、連続で比較結果が一致を示した場合
（条件３）現在のサンプリング時刻から「ｙ×サンプリング周期」時間前までの間、リセット閾値以上比較結果が一致を示した場合
の３つの条件の何れかとする。

リセット条件設定部１８には、上記（条件１）〜（条件３）によるリセットを行わないことを示す設定値、上記（条件１）によってリセットを行うことを示す設定値、上記（条件２）によってリセットを行うことを示す設定値、または上記（条件３）によってリセットを行うことを示す設定値のいずれかが設定される。また、上記（条件２）によってリセットを行うことを示す設定値が設定された場合には、判定する比較結果の個数を示す値ｙとリセット閾値も設定される。なお、この場合は、判定する比較結果の個数を示す値ｙとリセット閾値とは等しい値が設定される。また、上記（条件３）によってリセットを行うことを示す設定値が設定された場合には、判定する比較結果の個数を示す値ｙおよびリセット閾値も設定される。なお、リセット条件設定部１８に設定する設定値は、リモートＩ／Ｏ局８０に接続される機器８１に対する制御パラメータと同様にリモートマスタ局９０から通信によって設定される。すなわち、ユーザによって任意に設定可能となっている。

リセット信号生成部９ａは、先の図１０に示した実施の形態３のリセット信号生成部９の機能に加えて、リセット条件設定部１８に設定された設定値と、比較部３から入力される比較結果ＣＭＰとに基づいてリセット信号ＲＥＳ１をアサートにして第１の比較結果記憶部６のラッチ４１をリセットするとともに、リセット信号ＲＥＳ２を所定の期間アサートにして比較結果制御部８を介して第２の比較結果記憶部７のバッファ７１をリセットする。

具体的には、リセット条件設定部１８に上記（条件１）によってリセットを行うことを示す設定値が設定されている場合、リセット信号生成部９ａは、比較部３が出力する比較結果ＣＭＰを監視して、比較結果ＣＭＰが不一致を示す値から一致を示す値に変化した場合に、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにする。

リセット条件設定部１８に上記（条件２）によってリセットを行うことを示す設定値が設定されている場合、リセット信号生成部９ａは、比較部３が出力する比較結果ＣＭＰが一致を示す値の場合にカウント値をカウントアップし、比較結果ＣＭＰが不一致を示す場合にはカウント値をリセットするカウント機能を有し、このカウント機能によってカウントされたカウント値がリセット閾値以上になった場合にリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにする。

また、リセット条件設定部１８に上記（条件３）によってリセットを行うことを示す設定値が設定されている場合、リセット信号生成部９ａは、現在のサンプリング時刻から「ｙ×サンプリング周期」時間前までの間、比較部３が出力する比較結果ＣＭＰが一致を示す値の場合にカウント値をカウントアップするカウント機能を有し、このカウント機能によってカウントされたカウント値とリセット閾値とが一致した場合にリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにする。

なお、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をネゲートにするタイミングは、リセット条件設定部１８に設定された設定値が示す条件が成立しなくなった時であってもよいし、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにしてから所定の時間が経過した後であってもよい。ここで、所定の時間とは、ラッチ４１およびバッファ７１の値をリセットするのに必要な時間である。

また、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにしてから所定の時間が経過した後にネゲートした場合、つぎにリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにするタイミングは、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をネゲートにしてから少なくとも１回比較結果が不一致を示した後にリセット条件設定部１８に設定された設定値が示す条件が成立した場合としてもよい。

さらに、ここでは、上記（条件２）および（条件３）においては、リセット信号生成部９ａが比較結果ＣＭＰをカウントするようにしたが、判定部５ａがラッチ４１が保持する不一致または一致の数をカウントする際に、リセット条件設定部１８に設定された設定値に基づいて、現在のサンプリング時刻から「ｙ（２≦ｙ、ｙは自然数）×サンプリング周期」時間前までの間の一致の数をカウントしてリセット条件設定部１８に出力するようにしてもよい。

また、リセット条件設定部１８に上記（条件１）〜（条件３）によるリセットを行わないことを示す値が設定されている場合には、リセット信号生成部９ａは、先のリセット信号生成部９ａの動作のみを行う。

つぎに、図１５のタイミングチャートおよび図１４を参照してこの実施の形態４の故障検出装置の動作について説明する。なお、この実施の形態４の故障検出装置と先の実施の形態３の故障検出装置との相違点は、リセット信号生成部９ａが上記（条件１）〜（条件３）の何れかによってリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにした場合の動作のみであるので、ここでは相違点の動作のみを、上記（条件１）によってリセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサートにした場合を例に挙げて説明する。

時刻ｔ１において、入力信号Ｘ０が“Ｈ”から“Ｌ”に変化する。これにより入力信号Ｘ０，Ｘ１がともに“Ｌ”となり、比較部３は比較結果ＣＭＰを入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが一致していることを示す値（この場合は“Ｌ”）にする。

リセット条件設定部１８には設定された上記（条件１）すなわち比較結果ＣＭＰが一致を示した場合にリセットを行うことが設定されている。よって、リセット信号生成部９ａは、比較結果ＣＭＰが“Ｌ”になったことによりリセットの条件が成立したことを認識し、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をアサート（この場合は“Ｈ”）にする。

リセット信号ＲＥＳ１が“Ｈ”になると、ラッチ４１は出力を比較結果が一致を示す値（この場合は“Ｌ”）にする。一方、リセット信号ＲＥＳ２が“Ｈ”になると、比較結果制御部８は、書き込み信号ＷＴをアサート（この場合は“Ｈ”）にし、書き込みポインタＷＰを「１」、「２」、「３」として第２の比較結果記憶部７のすべてのバッファ７１に「０」を書き込んでバッファ７１をリセットする。

時刻ｔ２において、入力信号Ｘ１が“Ｌ”から“Ｈ”に変化する。これにより入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致となり、比較部３は比較結果ＣＭＰを入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１とが不一致であることを示す値（この場合は“Ｈ”）にする。比較部３の比較結果ＣＭＰが“Ｈ”になると、リセット信号生成部９ａは、リセット信号ＲＥＳ１，ＲＥＳ２をネゲート（この場合は“Ｌ”）にする。リセット信号ＲＥＳ２が“Ｌ”になると、比較結果制御部８は、つぎのサンプリング時刻（ここでは、時刻ｔ３）から書き込み周期Ｔｗの計測を開始する。

時刻ｔ３においては、入力信号Ｘ０が“Ｌ”であり、入力信号Ｘ１が“Ｈ”であるので、比較部３は比較結果ＣＭＰを“Ｈ”にする。比較結果制御部８は、時刻ｔ３から書き込み周期Ｔｗの計測を開始するので、この時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、先の実施の形態３で説明した書き込み周期内処理動作のみを行う。

時刻ｔ４においては、第２の比較結果記憶部７のバッファ７１への書き込み周期と一致するサンプリング期間であるので、書き込み周期内処理動作を行った後に、先の実施の形態３で説明した書き込み周期処理動作を行う。

以上説明したように、この実施の形態４においては、リセット信号生成部９ａが、比較部３の比較結果が冗長化された入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す場合、比較部３の比較結果が予め定められた数連続して冗長化された入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す場合、または所定の期間内に冗長化された入力信号Ｘ０〜Ｘｋ全ての極性が一致していることを示す比較結果の数が予め定められた数以上となった場合に、第１の比較結果記憶部６および第２の比較結果記憶部７をリセットするようにしているため、異なる事象を区別して正確な不一致事象を検出することができる。

具体的には、先の図１３に示した時刻ｔ０〜ｔ１までの事象Ａ、すなわち入力信号Ｘ０が“Ｈ”であって入力信号Ｘ１が“Ｌ”である場合の不一致事象が、時刻ｔ１〜ｔ２の間の入力信号Ｘ０と入力信号Ｘ１との一致によってリセットすることで、時刻ｔ２〜ｔ３までの事象Ｂ、すなわち入力信号Ｘ０が“Ｌ”であって入力信号Ｘ１が“Ｈ”である場合の不一致事象Ｂと事象Ａとを区別することを可能とし、正確な不一致事象を検出することができる。

また、この実施の形態４においては、リセット条件を外部からリセット条件設定部１８に設定可能にしているため、本装置を適用するシステムに応じて事象を区別するためのリセット条件を変更することができる。

なお、実施の形態１〜４では、先の図１に示したリモートＩ／Ｏ局８０に適用する場合を例に挙げて説明したが、この発明における故障検出装置は、リモートＩ／Ｏ局に限定されるものではない。

また、一般的には、リモートＩ／Ｏ局８０には、機器８１を制御・監視するＣＰＵが搭載されていることが多い。実施の形態１または実施の形態２のクロック生成部２、比較部３、および判定部５によって実現される前述した各機能、実施の形態３のクロック生成部２、比較部３、判定部５ａ、比較結果制御部８、およびリセット信号生成部９によって実現される前述した各機能、または実施の形態４のクロック生成部２、比較部３、判定部５ａ、比較結果制御部８、およびリセット信号生成部９ａによって実現される前述した各機能をソフトウェアによって実現して、リモートＩ／Ｏ局８０内のＣＰＵ、または専用のＣＰＵに実行させるようにしてもよい。

以上のように、本発明にかかる故障検出装置は、冗長化された複数の入力信号を生成する回路の故障検出に有用であり、特に、生産現場におけるリモートＩ／Ｏ局における冗長化された入力信号の異常検出に適している。

Claims (9)

1. 冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、
   予め定められたサンプリング周期毎に比較手段の比較結果を取得し、最新の比較結果から時系列順に、予め定められたサンプリング数の比較結果を保持可能な比較結果記憶手段と、
   前記サンプリング周期毎に、前記比較結果記憶手段に記憶された複数の比較結果のうち、最新の比較結果から時系列順に、前記予め定められたサンプリング数の比較結果を用いて、前記冗長化された複数の入力信号が正常であるか否かを判定する判定手段、
   とを備えた故障検出装置。
2. 冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、
   予め定められたサンプリング周期毎に比較手段の比較結果を取得し、最新の比較結果から時系列順に、予め定められたサンプリング数の比較結果を保持可能な比較結果記憶手段と、
   前記比較結果記憶手段に記憶された複数の比較結果のうち、最新の比較結果から時系列順に、前記予め定められたサンプリング数の比較結果を用いて、前記冗長化された複数の入力信号が正常であるか否かを判定する判定手段、
   とを備え、
   前記判定手段は、
   前記予め定められたサンプリング数の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号全ての極性が一致していることを示す比較結果の数を前記サンプリング周期毎にカウントし、カウント値が予め定められた判定閾値以上の場合には正常であると判定し、カウント値が予め定められた判定閾値より小さい場合には異常であると判定すること、
   を特徴とする故障検出装置。
3. 冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、
   予め定められたサンプリング周期毎に比較手段の比較結果を取得し、最新の比較結果から時系列順に、予め定められたサンプリング数の比較結果を保持可能な比較結果記憶手段と、
   前記比較結果記憶手段に記憶された複数の比較結果のうち、最新の比較結果から時系列順に、前記予め定められたサンプリング数の比較結果を用いて、前記冗長化された複数の入力信号が正常であるか否かを判定する判定手段、
   とを備え、
   前記判定手段は、
   前記予め定められたサンプリング数の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号の少なくとも１つの極性が異なることを示す比較結果の数を前記サンプリング周期毎にカウントし、カウント値が予め定められた判定閾値以上の場合には異常であると判定し、カウント値が予め定められた判定閾値より小さい場合には正常であると判定すること、
   を特徴とする故障検出装置。
4. 前記判定手段は、
   前記予め定められたサンプリング数の比較結果に重み付けを行なって判定すること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の故障検出装置。
5. 前記判定手段は、
   前記予め定められたサンプリング数の比較結果を最新の比較結果から順に時系列に並べた比較結果の一致／不一致のパタンと予め定められた判定パタンとを比較して正常／異常を判定すること、
   を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の故障検出装置。
6. 冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、
   予め定められたサンプリング周期毎に前記比較手段の最新の比較結果から時系列順にｎ（ｎは自然数）個の比較結果を保持する第１の比較結果記憶手段と、
   前記第１の比較結果記憶手段がｎ個の比較結果を保持した際に、ｎ個の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号全ての極性が一致していることを示す比較結果のカウント値を時系列順に保持する第２の比較結果記憶手段と、
   前記第１の比較結果記憶手段に保持されたｎ個の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号全ての極性が一致していることを示す比較結果のカウント値と、前記第２の比較結果記憶手段に保持されたカウント値のうち最新のカウント値から予め定められたサンプリング数分までのカウント値を前記サンプリング周期毎に加算して、前記サンプリング数分の比較結果のうち前記冗長化された複数の入力信号全ての極性が一致していることを示す比較結果の合計値を求め、求めた合計値が予め定められた判定閾値以上の場合には正常であると判定し、求めた合計値が予め定められた判定閾値より小さい場合には異常であると判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする故障検出装置。
7. 冗長化された複数の入力信号の極性が一致しているか否かを比較する比較手段と、
   予め定められたサンプリング周期毎に前記比較手段の最新の比較結果から時系列順にｎ（ｎは自然数）個の比較結果を保持する第１の比較結果記憶手段と、
   前記第１の比較結果記憶手段がｎ個の比較結果を保持した際に、ｎ個の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号の少なくとも１つの極性が異なることを示す比較結果のカウント値を時系列順に保持する第２の比較結果記憶手段と、
   前記第１の比較結果記憶手段に保持されたｎ個の比較結果のうち、前記冗長化された複数の入力信号の少なくとも１つの極性が異なることを示す比較結果のカウント値と、前記第２の比較結果記憶手段に保持されたカウント値のうち最新のカウント値から予め定められたサンプリング数分までのカウント値を前記サンプリング周期毎に加算して、前記サンプリング数分の比較結果のうち前記冗長化された複数の入力信号の少なくとも１つの極性が異なることを示す比較結果の合計値を求め、求めた合計値が予め定められた判定閾値以上の場合には異常であると判定し、求めた合計値が予め定められた判定閾値より小さい場合には正常であると判定する判定手段と、
   を備えることを特徴とする故障検出装置。
8. 所定の条件が成立した場合に、前記第１および第２の比較結果記憶手段が保持する値をリセットするリセット手段、
   をさらに備えることを特徴とする請求項６または７に記載の故障検出装置。
9. 前記所定の条件を、前記比較手段の比較結果が前記冗長化された入力信号全ての極性が一致していることを示す場合、前記比較手段の比較結果が予め定められた数連続して前記冗長化された入力信号全ての極性が一致していることを示す場合、または所定の期間内に前記冗長化された入力信号全ての極性が一致していることを示す比較結果の数が予め定められた数以上となった場合、
   とすることを特徴とする請求項８に記載の故障検出装置。

Images