JP5058635B2 - リレー故障検知機能を持つフェールセーフ出力回路及び鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路 - Google Patents
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Description
本発明は、二個直列に接続されたリレーを介して、負荷を通電駆動する負荷駆動装置において、前記リレーの単一故障を検出するフェールセーフ出力回路に関する。
フェールセーフな制御を行うためには、素子が故障しても危険側の出力を出さない、すなわち、素子が故障したとき必ず安全側に遷移する必要がある。従来この点を実現するため、接点式のリレーが用いられていた。
近年では、小型化，省電力化，保守性の点で、装置のマイクロエレクトロニクス化が進む現在では、半導体リレーを用いることが望まれてきた。この場合、回路のリレーのうち１個だけが故障した場合、つまり単一故障の場合には、危険側出力される可能性が無く、さらに、故障が発生した場合、直列接続されたリレーに、複雑な故障検出回路を付けることなく故障検出が可能となる回路が望まれる。
ここで、危険側出力とは、オン制御側のことを指す。例えば、鉄道では、上位装置からの指示を、列車の運転士に伝えるため、図１のような鉄道用三灯式色灯信号機の灯火制御を行う。
鉄道用三灯式色灯信号機の場合に緑点灯時は制限速度無し（但し最高速度以下）での進行を指示し、橙黄点灯時は路線ごとに決められた制限速度以下で進行を指示し、赤点灯時は停止を指示するものである。
なお、信号機が全消灯している場合は赤点灯と同じ停止を指示する。錯誤により信号機を消灯してしまった場合、信号機が全消灯している場合は赤点灯と同じ停止を指示するため、直接人命などに関係する重大事故に繋がる可能性は無い。
ところが、錯誤または故障により、橙黄もしくは赤点灯制御時に緑点灯を誤出力させてしまった場合、遠方からでは運転士が誤認識してしまう可能性がある。そのため、前方の列車と接触するなど、直接人命などに関係する重大事故に繋がる可能性があり、極めて深刻な錯誤といえる（図２）。そこで、装置を動かす側、つまり、オン制御側の故障を危険側故障とする。
接点式のリレーを用いた場合、ＯＦＦ制御時に発生する危険側故障は極めて起こりにくい。そのため、図３のように負荷と並列に、故障診断用装置を挿入した故障検知回路を使用した場合でも、フェールセーフ性は保たれていた。
半導体リレーを用いる場合、半導体リレーには、ＯＦＦ制御時に発生する危険側故障のモードが存在する。図３の故障検知回路を使用した場合、ＯＦＦ制御時に２つのリレーのうち、どちらか１つにＯＮ故障が発生すると、それを検知することができない。そのため運転を継続し、２番目の故障が発生して、誤出力を引き起こす可能性がある。
例えば、特許文献１には、二個直列に接続されたスイッチング素子を介して負荷を通電駆動する負荷駆動装置において、各スイッチング素子の異常を検出してフェールセーフの向上を図った異常検出装置が開示されている。
特開２００１−２３６８７１号公報
本発明は上記の故障検知回路を使用した場合に、ＯＦＦ制御時に２つのリレーのうち、どちらか１つのＯＮ故障を検知することができず、２番目の故障が発生して誤出力を引き起こすという問題点を解決することを課題とする。
本発明は、
（１）１個のリレーが故障した場合には、危険側の錯誤出力は行わない。
（２）リレーの故障が発生した場合、必ず故障検出が可能である。
（３）１個のリレーが故障した場合、故障したリレーを特定出来る。
という条件を満たす、フェールセーフ出力回路を実現することを目的とする。
（１）１個のリレーが故障した場合には、危険側の錯誤出力は行わない。
（２）リレーの故障が発生した場合、必ず故障検出が可能である。
（３）１個のリレーが故障した場合、故障したリレーを特定出来る。
という条件を満たす、フェールセーフ出力回路を実現することを目的とする。
本発明のフェールセーフ出力回路は、直列に接続された複数のリレーを用い、前記複数のリレーの短絡故障による誤出力の確率を少なくしたフェールセーフ出力回路において、直列に接続した複数の抵抗を負荷と並列に接続し、故障診断用装置を直列に接続された前記複数のリレーの接続点と直列に接続された前記複数の抵抗の接続点との間に接続し、オフ制御時に前記複数のリレーのいずれかが短絡する故障、及びオン制御時に前記複数のリレーのいずれかが開放する故障を検出可能にし、且つ、前記複数の抵抗の定数選択による分圧の設定により、オフ制御時に、前記複数のリレーの負荷側のリレーに短絡故障が発生した際に前記負荷に流れる電流が前記負荷が駆動しない電流値となるように前記複数の抵抗の定数を選択することを特徴とする。
また、本発明の鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路は、直列に接続された複数のリレーを用い、前記複数のリレーの短絡故障による誤出力の確率を少なくした複数のフェールセーフ出力回路を備えた鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路において、前記複数のフェールセーフ出力回路は、直列に接続した複数の抵抗を灯火灯の負荷回路と並列に接続し、故障診断用装置を直列に接続された前記複数のリレーの接続点と直列に接続された前記複数の抵抗の接続点との間に接続し、オフ制御時に前記複数のリレーのいずれかが短絡する故障、及びオン制御時に前記複数のリレーのいずれかが開放する故障を検出可能にし、且つ、前記複数の抵抗の定数選択による分圧の設定により、オフ制御時に、前記複数のリレーの信号灯側のリレーに短絡故障が発生した際に前記信号灯に流れる電流が前記信号灯が点灯しない電流値となるように前記複数の抵抗の定数を選択することを特徴とする。
また、本発明の鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路は、直列に接続された複数のリレーを用い、前記複数のリレーの短絡故障による誤出力の確率を少なくした複数のフェールセーフ出力回路を備えた鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路において、前記複数のフェールセーフ出力回路は、直列に接続した複数の抵抗を灯火灯の負荷回路と並列に接続し、故障診断用装置を直列に接続された前記複数のリレーの接続点と直列に接続された前記複数の抵抗の接続点との間に接続し、オフ制御時に前記複数のリレーのいずれかが短絡する故障、及びオン制御時に前記複数のリレーのいずれかが開放する故障を検出可能にし、且つ、前記複数の抵抗の定数選択による分圧の設定により、オフ制御時に、前記複数のリレーの信号灯側のリレーに短絡故障が発生した際に前記信号灯に流れる電流が前記信号灯が点灯しない電流値となるように前記複数の抵抗の定数を選択することを特徴とする。
本発明によれば、部品の単一故障が危険側出力を引き起こすことが無く、発生する単一故障を、複雑な故障検出回路を必要とせず確実に検出可能である。
そのため、半導体リレーを用いて、フェールセーフ特性を有する出力回路を実現することが出来、部品実装面積、故障率、消費電力を減少させることが出来る。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図４は、本発明の実施例１のフェールセーフ出力回路図である。図４の出力回路は２個のリレーを直列に接続しそのＡＮＤで出力を行う構成とする。
本回路では、抵抗の定数選択により分圧を行ない、リレーの単一故障時の危険側出力を防ぐ。６．抵抗Ａ、７．抵抗Ｂの抵抗値は、以下の３点を満足する値を選択する。
（１）出力ＯＮ制御時に２．リレーＡ、３．リレーＢとも正常の場合、故障診断用回路に反応する電流が流れず、負荷を正常に駆動出来る。
（２）リレーＡのみＯＮの場合、電流が図５の太線の経路をとる。
（３）リレーＢのみＯＮの場合、電流が図６の太線の経路を取る。また、負荷が駆動できないように分圧する。
（１）出力ＯＮ制御時に２．リレーＡ、３．リレーＢとも正常の場合、故障診断用回路に反応する電流が流れず、負荷を正常に駆動出来る。
（２）リレーＡのみＯＮの場合、電流が図５の太線の経路をとる。
（３）リレーＢのみＯＮの場合、電流が図６の太線の経路を取る。また、負荷が駆動できないように分圧する。
２つのリレーのうち、どちらか１つ閉じている場合、故障診断用装置に電流が流れる。つまり、２つのリレーをオフ制御している時、故障診断用装置に電流が流れていると短絡故障が発生していることになり、逆に２つのリレーをオン制御している時、故障診断用装置に電流が流れていると開放故障が発生していることになる。このとき、２つのリレーのうち故障しているリレーによって、故障診断用装置に流れる電流の向きが逆になるため、故障しているリレーを特定することが出来る。（図５、６）
図７は、本発明のフェールセーフ出力回路図を鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路に適用した実施例を示す。
図７において、８は負荷駆動電源、負荷回路１５〜１７は各色の灯火である。リレー９〜１４はＣＰＵ部２４に接続されており、ＣＰＵ部２４からの指示によって同時に開閉する。
リレーに異常が無いとき、故障診断用装置２５には電流は流れないように、抵抗１８〜２３の定数選択により分圧が設定されており、付加回路の制御を行うことが出来る。リレー９〜１１に短絡故障が発生した場合、ＯＦＦ制御時に、図５に示された矢印の向きで、故障診断用装置２５に電流が流れる。
また、リレー１２〜１４に短絡故障が発生した場合、ＯＦＦ制御時に、図６に示された矢印の向きで、故障診断用装置２５に電流が流れる。この時、微小ながら信号灯に電流が流れるが、抵抗１８〜２０により分圧することで、点灯しない電流値に抑制可能である。
リレー９〜１１に開放故障が発生した場合、ＯＮ制御時に、図６に示された矢印の向きで、故障診断用装置２５に電流が流れる。この時、抵抗の分圧によって信号灯は点灯させることは出来ない。また、リレー１２〜１４に開放故障が発生した場合、ＯＮ制御時に、図５に示された矢印の向きで、故障診断用装置２５に電流が流れる。この場合も信号灯は点灯させることは出来ないが、前記安全側の故障のため、直接人命などに関係する重大事故に繋がる可能性は無い。
ＣＰＵ部２４は故障診断用装置２５からの前記情報により、リレー故障及び故障モードを検知することが出来る。
１ 負荷駆動電源
２ リレーＡ（電源側リレー）
３ リレーＢ（負荷側リレー）
４ 故障診断用装置
５ 負荷回路
６ 抵抗Ａ（電流制御用抵抗）
７ 抵抗Ｂ（電流制御用抵抗）
８ 負荷駆動電源
９ リレー（１５．負荷回路Ａ制御用電源側リレー）
１０ リレー（１６．負荷回路Ｂ制御用電源側リレー）
１１ リレー（１７．負荷回路Ｃ制御用電源側リレー）
１２ リレー（１５．負荷回路Ａ制御用負荷側リレー）
１３ リレー（１６．負荷回路Ｂ制御用負荷側リレー）
１４ リレー（１７．負荷回路Ｃ制御用負荷側リレー）
１５ 負荷回路Ａ
１６ 負荷回路Ｂ
１７ 負荷回路Ｃ
１８ 抵抗（１５．負荷回路Ａ用電流制御用抵抗）
１９ 抵抗（１６．負荷回路Ｂ用電流制御用抵抗）
２０ 抵抗（１７．負荷回路Ｃ用電流制御用抵抗）
２１ 抵抗（１５．負荷回路Ａ用電流制御用抵抗）
２２ 抵抗（１６．負荷回路Ｂ用電流制御用抵抗）
２３ 抵抗（１７．負荷回路Ｃ用電流制御用抵抗）
２４ ＣＰＵ部
２５ 故障診断用装置
２６ 故障検知取り込み
２７ リレー制御
２８ リレー制御
２９ リレー制御
３０ リレー制御
３１ リレー制御
３２ リレー制御
２ リレーＡ（電源側リレー）
３ リレーＢ（負荷側リレー）
４ 故障診断用装置
５ 負荷回路
６ 抵抗Ａ（電流制御用抵抗）
７ 抵抗Ｂ（電流制御用抵抗）
８ 負荷駆動電源
９ リレー（１５．負荷回路Ａ制御用電源側リレー）
１０ リレー（１６．負荷回路Ｂ制御用電源側リレー）
１１ リレー（１７．負荷回路Ｃ制御用電源側リレー）
１２ リレー（１５．負荷回路Ａ制御用負荷側リレー）
１３ リレー（１６．負荷回路Ｂ制御用負荷側リレー）
１４ リレー（１７．負荷回路Ｃ制御用負荷側リレー）
１５ 負荷回路Ａ
１６ 負荷回路Ｂ
１７ 負荷回路Ｃ
１８ 抵抗（１５．負荷回路Ａ用電流制御用抵抗）
１９ 抵抗（１６．負荷回路Ｂ用電流制御用抵抗）
２０ 抵抗（１７．負荷回路Ｃ用電流制御用抵抗）
２１ 抵抗（１５．負荷回路Ａ用電流制御用抵抗）
２２ 抵抗（１６．負荷回路Ｂ用電流制御用抵抗）
２３ 抵抗（１７．負荷回路Ｃ用電流制御用抵抗）
２４ ＣＰＵ部
２５ 故障診断用装置
２６ 故障検知取り込み
２７ リレー制御
２８ リレー制御
２９ リレー制御
３０ リレー制御
３１ リレー制御
３２ リレー制御
Claims (3)
- 直列に接続された複数のリレーを用い、前記複数のリレーの短絡故障による誤出力の確率を少なくしたフェールセーフ出力回路において、
直列に接続した複数の抵抗を負荷と並列に接続し、故障診断用装置を直列に接続された前記複数のリレーの接続点と直列に接続された前記複数の抵抗の接続点との間に接続し、
オフ制御時に前記複数のリレーのいずれかが短絡する故障、及びオン制御時に前記複数のリレーのいずれかが開放する故障を検出可能にし、且つ、前記複数の抵抗の定数選択による分圧の設定により、オフ制御時に、前記複数のリレーの負荷側のリレーに短絡故障が発生した際に前記負荷に流れる電流が前記負荷が駆動しない電流値となるように前記複数の抵抗の定数を選択することを特徴とするフェールセーフ出力回路。 - 請求項１に記載のフェールセーフ出力回路において、
前記故障診断用装置に流れる電流の向きを調べることにより、単一故障したリレーを特定できることを特徴とするフェールセーフ出力回路。 - 直列に接続された複数のリレーを用い、前記複数のリレーの短絡故障による誤出力の確率を少なくした複数のフェールセーフ出力回路を備えた鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路において、
前記複数のフェールセーフ出力回路は、直列に接続した複数の抵抗を灯火灯の負荷回路と並列に接続し、故障診断用装置を直列に接続された前記複数のリレーの接続点と直列に接続された前記複数の抵抗の接続点との間に接続し、
オフ制御時に前記複数のリレーのいずれかが短絡する故障、及びオン制御時に前記複数のリレーのいずれかが開放する故障を検出可能にし、且つ、前記複数の抵抗の定数選択による分圧の設定により、オフ制御時に、前記複数のリレーの信号灯側のリレーに短絡故障が発生した際に前記信号灯に流れる電流が前記信号灯が点灯しない電流値となるように前記複数の抵抗の定数を選択することを特徴とする鉄道用三灯式色灯信号機の灯火出力回路。
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