JP5367458B2 - モジュール間信号伝達方式 - Google Patents

Description

本発明は、例えば安全機器の起動に関わる情報をモジュール間で確実に伝達することのできるモジュール間信号伝達方式に関する。

燃焼炉の運転制御系は、例えば前記燃焼炉の安全運転に関わるインターロックを監視する監視モジュールと、前記燃焼炉におけるバーナの運転を制御する燃焼制御モジュールとを備える。そして前記監視モジュールにおいて前記燃焼炉の安全運転に関わるインターロックを監視し、インターロックが正常な場合にだけ前記監視モジュールから前記燃焼制御モジュールに対して「バーナ運転許可」の信号を伝達し、これによってバーナの運転制御が開始される。この際、前記監視モジュールにおいてはインターロックが正常でないときに、誤って「バーナ運転許可」の信号を出力しないようにすることが重要である。また前記燃焼制御モジュールにおいては「バーナ運転許可」の信号を確実に認識することが重要である。

尚、この種の安全運転に関わる信号を確実に伝達するべく、例えば特許文献１にはハーネスを介して「Ｈ」「Ｌ」の２種類の信号を伝達するに際して、ハーネスの両端に分圧回路を設けて該ハーネスにおける異常（断線や地絡等）を検出する技術が開示される。しかしながらこの特許文献１に示される手法は、ハーネスにおける異常に対処し得るに過ぎない。

特開２００１−１３３５０２号公報

ところで前述した安全運転に関わる信号をモジュール間で確実に伝達するには、送信側モジュール（監視モジュール）においてはインターロックが正常であるときにだけ「バーナ運転許可」の信号を出力（伝送）することが重要である。そこで、例えばインターロックが正常であるときに「バーナ運転許可」の信号を出力する制御器を複数個並列に設け、これらの制御器が共に「バーナ運転許可」の信号を出力したときにだけ、これを伝達することでその信頼性を高めることが考えられている。

一方、受信側モジュール（燃焼制御モジュール）においては伝送されてきた信号が前記「バーナ運転許可」の信号であることを確実に認識することが重要である。これに対しては、例えば単純な「Ｈ」レベルまたは「Ｌ」レベルの信号（電圧）として前記「バーナ運転許可」を与えることに代えて、その信号自体を所定周期のパルス信号とすることで、パルス信号の途切れの有無も信号要素に加え、これによって情報を確実に伝達することが考えられている。

しかしながら上述したパルス信号を用いる場合であっても、インターロックが正常であるときにだけ確実にパルス信号が生成とは限らない。換言すればパルス発生回路が誤動作することも考えられる。そこでインターロックに応じてパルス信号の生成を制御すると共に、リレーを用いて上記パルス信号の出力を制御することが考えられる。しかしながらリレーを併用した場合、リレーが故障すると（リレー接点の融着）、パルス信号の出力制御ができなくなると言う新たな問題が発生する。

本発明は上述した観点に立脚してなされたもので、その目的は、例えば安全機器の起動に関わる情報をモジュール間で確実に伝達することのできるモジュール間信号伝達方式を提供することにある。

上述した目的を達成するべく本発明に係るモジュール間信号伝達方式は、情報の存在を示す所定周期のパルス信号を送信する送信側モジュールと、この送信側モジュールから送信されたパルス信号を受信して前記情報の存在を検出する受信側モジュールとを備えて構築されるものであって、
前記送信側モジュールは、並列に設けられて前記パルス信号を時分割に発生する複数の信号発生部と、
前記各信号発生部がそれぞれ発生したパルス信号を１つの時系列なパルス信号にまとめるパルス信号合成部と、
非駆動時にはコモン端子と常閉端子との間を接続し、駆動時には前記コモン端子と常開端子との間を接続するリレーからなり、前記信号合成部にて１つにまとめられたパルス信号を前記コモン端子に入力し、該パルス信号を前記常開端子から前記受信側モジュールに向けて出力する出力回路と、
前記複数の信号発生部の全てが前記パルス信号の発生動作したときにだけ前記リレーを駆動するリレー駆動部とを具備し、
前記複数の信号発生部は、個々に前記パルス信号の発生に連動して前記リレーの前記常開端子における前記パルス信号の有無および前記常閉端子における前記パルス信号の有無をそれぞれ検出して前記受信側モジュールに対して出力する前記パルス信号の異常を判定し、異常検出時には前記パルス信号の発生を停止させることを特徴としている。

また前記受信側モジュールは、前記パルス信号が所定時間に亘って継続したときに前記情報が存在するとして判定するように構成される。
ちなみに前記複数の信号発生部は、前記リレーを駆動したときには前記リレーの常開端子からだけパルス信号が出力され、且つ前記リレーの駆動を停止したときには前記リレーの常閉端子からだけパルス信号が出力されるときに正常、それ以外のときは異常と判定するように構成することが望ましい。

また前記複数の信号発生部は、前記リレーの駆動を停止した際に、前記リレーの前記常開端子および常閉端子から同時に前記パルス信号が検出されたときにリレー異常と判定するように構成することが望ましい。

上記構成によれば、送信側モジュールは、複数の信号発生部が時分割に発生するパルス信号をまとめて１つの時系列なパルス信号を生成し、この時系列なパルス信号をリレーを介して受信側モジュールに伝達するので、受信側モジュールにおいてはパルス信号の途切れから容易に、しかも確実に情報の存在を示す信号が途絶えたことを認識することができる。また送信側モジュールにおいては前記リレーの駆動時および非駆動時において、該リレーの常開接点および常閉接点にそれぞれ現れる信号（パルス信号）を監視することで該リレー等に異常が生じていないかを容易に判断することができる（自己診断機能）。従って異常発生時には前記パルス信号の発生動作自体を停止させることで、受信側モジュールへの誤った信号伝達を効果的に防ぐことができる。

本発明の一実施形態に係るモジュール間信号伝達方式を実現する送信側モジュールおよび受信側モジュールの構成例を示す図。 正常時の動作形態を示すタイミング図。 リレーのコモン接点と常開接点とが溶着した異常時の動作形態を示すタイミング図。 リレーのコモン接点と常開接点および常閉接点とが溶着した異常時の動作形態を示すタイミング図。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態に係るモジュール間信号伝達方式について説明する。
図１はこのモジュール間信号伝達方式を実現する送信側モジュールおよび受信側モジュールの構成例を示す図である。図１においてＡは、例えば燃焼炉におけるインターロックを監視して「バーナ運転許可」の信号を出力する送信モジュール（監視モジュール）、Ｂは上記「バーナ運転許可」の信号を受信してバーナの燃焼を制御する受信モジュール（燃焼制御モジュール）である。

送信モジュールＡは、インターロック信号を入力して所定周期のパルス信号を生成する制御器（ＣＰＵ）１ａ,１ｂを２台並列に備えることで、インターロック信号の存在を示す情報（パルス信号）を多重（二重）に生成し、該情報（パルス信号）の信頼性を高めるものとなっている。ちなみに前記制御器（ＣＰＵ）１ａ,１ｂは、基本的には前記燃焼炉を運転制御（燃焼制御）する上での種々の役割（例えば燃焼炉のパージ処理）を担うものであるが、前述した受信モジュール（燃焼制御モジュール）Ｂに対して「バーナ運転許可」を通知する上では、主として互いに同期して動作して時分割にパルス信号を生成する信号発生部としての機能を担う。

具体的には前記各制御器（ＣＰＵ）１ａ,１ｂは、デューティ５０％の矩形波からなる周期２０ｍ秒のパルス信号を、例えば１００ｍ秒ずつ交互に生成するように構成されている。そしてこれらの各制御器（ＣＰＵ）１ａ,１ｂからそれぞれ出力されるパルス信号は、トランジスタ２ａ,２ｂからなる論理和回路（パルス信号合成部）を介して１つにまとめられて、時系列に所定周期で連続するパルス信号（パルス信号列）として、出力トランジスタ３を介して受信モジュールＢ側に送出されるようになっている。

尚、この送信モジュールＡの出力段には、前記出力トランジスタ３から出力されるパルス信号の外部出力を制御するリレー（スイッチ）４が直列に介挿されており、このリレー４がオンの場合（駆動時）にだけ、その常開接点（ＮＯ；ノーマルオープン）を介して前記パルス信号が外部出力されるようになっている。具体的にはこのリレー４は、その電磁コイルＬの非導通時（オフ時）にコモン端子Ｃを常閉接点（ＮＣ；ノーマルクローズ）側に接続し、前記電磁コイルＬの導通駆動時（オン時）には前記コモン端子Ｃを常開接点ＮＯ側に接続切り替えるタイプのものである。

そしてこの実施形態においては、前記リレー４のコモン接点Ｃは前記出力トランジスタ３の出力端（エミッタ接地されたｐｎｐトランジスタ３のコレクタ）に接続され、また前記常開接点ＮＯは外部出力端子５に接続されている。従ってリレー４を導通駆動することにより、前記制御器１ａ,１ｂから出力されて前記論理和回路（トランジスタ２ａ,２ｂ）を介して１つにまとめられた時系列なパルス信号は、前記出力トランジスタ３からリレー４の常開接点ＮＯを介して受信モジュールＢへと伝達されるようになっている。

ちなみに前記リレー４の電磁コイルＬは、直列接続して設けられて前記制御器１ａ,１ｂからのリレー駆動信号を受けて導通駆動される２つのトランジスタ６,７からなるリレー駆動回路により通電制御される。従って前記リレー４は、前記制御器１ａ,１ｂが同時にリレー駆動信号を出力しているときにだけ前記リレー駆動回路（トランジスタ６,７）を介して駆動される。また前記制御器１ａ,１ｂの少なくとも一方が前記リレー駆動信号の出力を停止した場合には、前記トランジスタ６,７の一方のオフ動作によって前記リレー４の駆動が停止される。

またこの送信モジュールＡは、前記リレー４の常開接点ＮＯを介して外部出力されるパルス信号を監視する監視回路としてのトランジスタ８と、前記リレー４の非駆動時に該リレー４の常閉接点ＮＣに現れる筈の前記パルス信号を監視する監視回路としてのトランジスタ９とを備えている。そしてこれらの各トランジスタ８,９（監視回路）を介してそれぞれ検出されるパルス信号は、出力監視結果ｉｎ１,ｉｎ２として前記各制御器１ａ,１ｂにそれぞれ与えられて、該送信モジュールＡが有する機能の自己診断に供せられるようになっている。

尚、前記受信モジュールＢは、上述した如く送信モジュールＡから送られてくるパルス信号を、発光素子１１と、この発光素子１１に光結合された受光素子１２とからなるフォトカップラを介して検出するように構成されており、その受信信号を入力する制御器１３は、例えば前述したパルス信号が一定期間（例えば５００ｍ秒）以上に亘って継続したとき、これを前述した「バーナ運転許可」の信号であるとして認識するように構成される。換言すれば前述したパルス信号の継続時間が一定期間（例えば５００ｍ秒）に満たない場合、前記制御器１３は「バーナ運転許可」の信号が消失した、或いは送信モジュールＡにおける何等かの異常により「バーナ運転許可」の信号が送られてこないとして判断するものとなっている。

ここで上述した如く構成された送信モジュールＡにおける異常検出処理について説明する。送信モジュールＡを構成するリレー４等の各要素の全てが正常に機能している場合、並列に設けられた２つの制御器（ＣＰＵ）１,２はインターロック信号の入力に伴って、例えば図２に示すように所定の期間ずつ交互にパルス信号を出力する。但し、前記制御器１,２は該送信モジュールＡが正常に機能していることが確認されるまでの間、前記リレー４を駆動することはない。従って上述した如く各制御器１,２からそれぞれ出力されたパルス信号は、論理和回路（トランジスタ２ａ,２ｂ）を介して１つの時系列なパルス信号にまとめられた後、出力トランジスタ３からリレー４に供給されるだけである。

しかして前記リレー４が正常であるならば、該リレー４の非駆動時には前述したパルス信号は該リレー４の常閉接点ＮＣ側から出力され、常開接点ＮＯ側からは出力されることはない。この結果、図２に示すように前記制御器１,２の第１の監視入力ポートｉｎ１には前記リレー４の常閉接点ＮＣ側から検出されたパルス信号が入力され、第２の監視入力ポートｉｎ２にはパルス信号が入力されることがない。前記各制御器１,２はこのような監視結果から前記リレー４が正常であると判断し、この時点で前記リレー４に対する駆動信号を発する。

するとこれらのリレー駆動信号を受けてリレー駆動回路のトランジスタ６,７が導通して前記リレー４が駆動され、その出力接点が切り替えられる。この結果、図２に示すように前述した如く１つにまとめられた時系列なパルス信号は、今度は該リレー４の常開接点ＮＯ側から外部接続端子５を介して受信モジュールＢ側に送出される。同時にリレー４の常閉接点ＮＣ側にはパルス信号が出力されなくなる。換言すれば前記各制御器１,２における第１の監視入力ポートｉｎ１にはパルス信号が入力されなくなり、これに代わって第２の監視入力ポートｉｎ２にパルス信号が入力されることになる。制御器１,２では、このような監視結果に基づいて前記リレー４が正常に機能していることを判断する。

そしてこのときに前記外部接続端子５を介して受信モジュールＢ側に送出されるパルス信号は、前記各制御器１,２が交互に生成したパルス信号を合成して、１つにまとめた連続したパルス信号列となるので、前述した「バーナ運転許可」の信号としての意味を持つことになる。従って送信モジュールＡからは、不本意に「バーナ運転許可」の信号が出力されることがない。

尚、制御器１,２の一方が正常にパルス信号を生成しない場合や、パルス信号合成部としてのトランジスタ２ａ,２ｂに異常がある場合には、前述した如く１つにまとめられた時系列なパルス信号が生成されることはない。従ってこの場合には、例えば制御器１,２の一方の側に異常が発生していると判定し、その後のパルス信号の発生を停止させる。また制御器１,２を起動したにも拘わらずパルス信号自体が検出されない場合にも、同様にして何等かの異常が発生していると判断する。

ところでリレー４の接点故障は、専ら、該リレー４の駆動時における接点間の放電に起因する接点間の溶着として発生する。従ってリレー４の故障を検出するには、リレー４の駆動状態からその駆動を停止させ、そのときの前述した第１および第２の監視入力ポートｉｎ１,ｉｎ２における監視状態を調べれば良い。具体的には、リレー４のコモン接点Ｃと常開接点ＮＯとが溶着した場合には、リレー４の駆動を停止したとしてもその可動接片が常閉接点ＮＣ側に戻ることがない。従ってこの場合には、図３に示すようにリレー４の駆動を停止したにも拘わらず該リレー４の常開接点ＮＯ側（第１の監視入力ポートｉｎ２）にパルス信号が出力され続け、一方、リレー４の常閉接点ＮＣ側（第１の監視入力ポートｉｎ１）にはパルス信号が現れることがない。

従って前述した各制御器１,２においては、このような監視結果を以て前記リレー４に異常が発生しているとして判断し、例えば前記パルス信号の発生自体を停止させる。この結果、受信モジュールＢへのパルス信号の伝達が強制的に中止される。特にパルス信号の送出を中止するべく前記リレー４の駆動を停止させた場合であっても、リレー４に異常がある場合には制御器１,２においてパルス信号の発生自体を停止することにより、その後の受信モジュールＢへのパルス信号の送出を禁止する。

尚、リレー４の故障の一形態として、コモン接点Ｃと常開接点ＮＯとの融着に加えて常閉接点ＮＣまでも同時に融着する場合がある。このような事態が生じた場合には、リレー４を駆動しているか、或いはその駆動を停止しているかに拘わらず、図４に示すように該リレー４の常開接点ＮＯ側（監視入力ポートｉｎ２）にパルス信号が出力され続け、更に該リレー４の常閉接点ＮＣ側（監視入力ポートｉｎ１）にもパルス信号が現れることになる。従ってこのような監視結果が得られたときにも前記各制御器１,２においては、前記リレー４に異常が発生しているとして判断してパルス信号の発生自体を停止させ、受信モジュールＢへのパルス信号の伝達を強制的に中止するようにすれば良い。

即ち、前述した如く構成された送信モジュールＡによれば、２つの制御器１,２から交互にパルス信号を発生された状態でリレー４の駆動を制御してバーナ運転を許可または禁止すれば、正常時にはバーナ運転許可中にはリレー４の常開接点ＮＯ側（監視入力ポートｉｎ２）においてだけパルス信号が検出され、逆にバーナ運転禁止中には常閉接点ＮＣ側（監視入力ポートｉｎ１）においてだけパルス信号が検出されるので、これ以外の状態が発生した場合には、送信モジュールＡにおいて何等かの異常が発生したとして検出することができる。そしてこの異常検出時には前記制御器１,２によるパルス信号の発生自体を禁止することで、受信モジュールＢに対して誤った情報を伝達することがなくなる。

尚、前述した２つの制御器１,２の一方に異常が発生した場合には、異常が生じた側の制御器からはパルス信号が出力されなくなる。従って論理和回路（トランジスタ２ａ,２ｂ）を介してパルス信号の時系列化を図っても、その出力は一方の制御器から出力されたパルス信号だけとなる。従って所定周期のパルス信号の間欠的な途切れから、他方の制御器の異常を検出することが可能となる。よってこの場合は、正常に機能している側の制御器におけるパルス信号の生成を禁止すれば、該送信モジュールＡから誤ってパルス信号が出力されることを確実に阻止することが可能となる。

また前述した構成によれば、トランジスタ２ａ,２ｂ,３が故障した場合には、１つにまとめられて連続する時系列なパルス信号が得られなくなる。またトランジスタ６,７が故障した場合には、リレー４をオン・オフすることができなくなる。従って前述した監視入力ポートｉｎ１,ｉｎ２にて検出される信号を監視することにより、上述した異常についても検出することができる。従って送信モジュールＡが正常に機能している場合にだけ、所定時間以上に亘って連続するパルス信号として「バーナ運転許可」の情報を受信モジュールＢに対して確実に伝達することが可能となる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。例えばここでは２つの制御器１ａ,１ｂを並列に設けたが、３つ以上の制御器を並列に設けてパルス信号の生成を多重化することも可能である。またパルス信号の発生周期等についても情報伝達の仕様に合わせて種々変形可能である。更には２つの制御器１ａ,１ｂから交互にパルス信号を発生される際して、上記２つの制御器１ａ,１ｂによるパルス信号の発生を相補的に制御することも可能であり、また他方の制御器が発生したパルス信号のパルス数を計数しながら、自己が生成するパルス信号の生成タイミングを規定するようにしても良い。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。

Ａ 送信モジュール
Ｂ 受信モジュール
１ａ,１ｂ 制御器（ＣＰＵ）
２ａ,２ｂ トランジスタ（論理和回路；パルス信号合成部）
３ 出力トランジスタ
４ リレー
６,７ トランジスタ（リレー駆動回路）
８,９ トランジスタ（監視回路）
１１ 発光素子
１２ 受光素子
１３ 制御器（ＣＰＵ）

Claims (4)

1. 情報の存在を示す所定周期のパルス信号を送信する送信側モジュールと、この送信側モジュールから送信されたパルス信号を受信して前記情報の存在を検出する受信側モジュールとからなり、
   前記送信側モジュールは、並列に設けられて前記パルス信号を時分割に発生する複数の信号発生部と、
   前記各信号発生部がそれぞれ発生したパルス信号を１つの時系列なパルス信号にまとめるパルス信号合成部と、
   非駆動時にはコモン端子と常閉端子との間を接続し、駆動時には前記コモン端子と常開端子との間を接続するリレーからなり、前記信号合成部にて１つにまとめられたパルス信号を前記コモン端子に入力し、該パルス信号を前記常開端子から前記受信側モジュールに向けて出力する出力回路と、
   前記複数の信号発生部の全てが前記パルス信号の発生動作したときにだけ前記リレーを駆動するリレー駆動部とを具備し、
   前記複数の信号発生部は、個々に前記パルス信号の発生に連動して前記リレーの前記常開端子における前記パルス信号の有無および前記常閉端子における前記パルス信号の有無をそれぞれ検出して前記受信側モジュールに対して出力する前記パルス信号の異常を判定し、異常検出時には前記パルス信号の発生を停止させることを特徴とするモジュール間信号伝達方式。
2. 前記受信側モジュールは、前記パルス信号が所定時間に亘って継続したときに前記情報が存在するとして判定するものである請求項１に記載のモジュール間信号伝達方式。
3. 前記複数の信号発生部は、前記リレーを駆動したときには前記リレーの常開端子からだけパルス信号が出力され、且つ前記リレーの駆動を停止したときには前記リレーの常閉端子からだけパルス信号が出力されるときに正常、それ以外のときは異常と判定するものである請求項１に記載のモジュール間信号伝達方式。
4. 前記複数の信号発生部は、前記リレーの駆動を停止した際に、前記リレーの前記常開端子および常閉端子から同時に前記パルス信号が検出されたときにリレー異常と判定するものである請求項１に記載のモジュール間信号伝達方式。

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