JP5891056B2 - 地上子監視装置 - Google Patents

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Description

本発明は、列車制御システムにおける地上子のリレー動作状況を監視する地上子監視装置に関する。
例えば、列車制御システムの1つである地上子を用いたATS(Automatic Train Stop)システムでは、線路上の信号機の外方に設置した地上子によって、車上側に信号現示情報を送信している。地上子は、信号ラインに電圧が印加されている場合に作動するリレーを有しており、このリレーの動作有無に応じて信号現示情報を変化させることで、車上側に信号現示情報を伝送している。地上子のリレーは、保守点検の必須項目である。しかし、地上子の設置場所に赴いて1つ1つの地上子を点検するのは手間であった。そこで、地上子のリレー動作状況を遠隔において監視可能な装置が種々考案されている(例えば特許文献1参照)。
特許第2936021号公報
しかしながら、上述の特許文献1に開示されている地上子監視装置は、1つの地上子にのみ対応するため、遠隔監視対象の地上子の数だけの地上子監視装置が必要であった。また、監視できるのは停止現示であるか否かであるため、停止現示以外の現示を監視項目とする場合には、更に、監視項目とする現示数だけの地上子監視装置が必要であった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、複数の地上子を包括的に監視可能であり、且つ、複数現示に対応した地上子監視装置を提案することである。
上記課題を解決するための第1の形態は、
一の電源ライン(例えば、図1の電源ラインL1)と所定数の信号ライン(例えば、図1の信号ラインL2)それぞれとの接続が所与の現示条件に応じて開閉制御されることで、各信号ラインの電圧で作動するリレー(例えば、図1の電文切替リレーQR1〜QR5)を有するN個の地上子(例えば、図1の地上子20)の動作が制御される列車制御システムにおける前記地上子のリレー動作状況を監視する地上子監視装置(例えば、図1の地上子監視装置10)であって、
前記一の電源ラインの電流を計測する電流センサからの電流計測値と、前記所与の現示条件と、前記信号ラインに接続されている前記地上子の数Nとに基づいて、前記N個の地上子のリレー動作の正常/異常を監視する監視手段(例えば、図2の切替時判断部240、或いは、追従時判断部250)、
を備えた地上子監視装置である。
第1の形態によれば、N個の地上子それぞれは、各信号ラインの電圧で作動するリレーを有しており、各信号ラインは、所与の現示条件に応じて開閉制御される。しかし、その信号ラインは、元々、一の電源ラインに接続されている。そこで、一の電源ラインの電流を計測する電流センサからの電流計測値と、現示条件と、地上子の数Nとに基づいて、N個の地上子のリレー動作の正常/異常を監視することができる。より具体的には、一の電源ラインには信号ラインが接続されており、N個の地上子のリレーはその信号ラインの電圧で作動するのであるから、現示条件と地上子の数Nとによれば、一の電源ラインに流れるべき電流が分かる。電流計測値が、この電流に適うか否かに基づけば、N個の地上子のリレー動作が全体として正常なのか、異常なのかを判定することが可能となる。
また、第2の形態として、第1の形態の地上子監視装置において、
前記所与の現示条件の変化を検出する検出手段(例えば、図2の現示条件判断部230)を更に備え、
前記監視手段は、
前記検出手段による検出がなされた後の所定タイミングにおいて、前記電流計測値が、変化後の現示条件と前記地上子の数Nとに基づいて定められる切替時閾値条件を満たすか否かを判定する切替時判定手段(例えば、図2の切替時判断部240、図5のステップA9)と、
前記切替時判定手段により満たさないと判定された場合に前記リレー動作の異常と判定する手段(例えば、図2の切替時判断部240、図5のステップA11)と、
を有する地上子監視装置を構成することとしてもよい。
この第2の形態によれば、現示条件の変化が検出される。そして、変化が検出された後の所定タイミングにおいて、電流計測値が、変化後の現示条件と前記地上子の数Nとに基づいて定められる切替時閾値条件を満たすか否かが判定される。満たさないと判定された場合にはリレー動作の異常と判定される。現示条件が一定のままであると、温度等の環境に応じて、一の電源ラインに流れる電流が変化し得る。そこで、現示条件が変化した際に、電流計測値を切替時閾値条件と比較することでリレー動作の正常/異常を判定するのである。なお、変化が検出された後の所定タイミングは、現示条件の変化に伴う電流の過渡的な変動を回避することができればよいため、例えば所定秒数経過時点であると好適である。
但し、設備場所の環境に応じて一の電源ラインの電圧も変化し得る。そこで、第3の形態として、第2の形態の地上子監視装置において、
前記一の電源ラインの電圧を計測する電圧センサからの電圧計測値に基づいて、前記切替時閾値条件を所定の基準電圧に応じた条件に補正する手段(例えば、図2の切替時判断部240、図5のステップA7)を更に備え、
前記切替時判定手段は、前記補正された前記切替時閾値条件を満たすか否かを判定する(例えば、図2の切替時判断部240、図5のステップA9)、
地上子監視装置を構成することとしてもよい。
また、第4の形態として、第1〜第3の何れかの形態の地上子監視装置において、
前記監視手段は、
前記電流計測値が所与の追従閾値条件を満たすか否かを判定する追従判定手段(例えば、図2の追従時判断部250、図5のステップA17)と、
前記所与の追従閾値条件を、前記追従判定手段により満たすと判定された過去の電流計測値に基づいて動的に補正する手段(例えば、図2の追従時判断部250、図5のステップA13〜A15)と、
前記追従判定手段により満たさないと判定された状態が所定の継続条件を満たした場合に異常と判定する手段(例えば、図2の追従時判断部250、図5のステップA27)と、
を有する地上子監視装置を構成することとしてもよい。
この第4の形態によれば、電流計測値が追従閾値条件を満たすか否かが判定され、満たさないと判定された状態が所定の継続条件を満たした場合に異常と判定される。また、追従閾値条件は、過去に追従閾値条件を満たすと判定された電流計測値に基づいて動的に補正される。従って、環境等によって一の電源ラインの電流が変動する場合にも、適正な閾値条件となるように追従閾値条件が補正されるため、地上子のリレー動作を常時監視可能となる。
地上子監視装置の接続例。 地上子監視装置の機能構成図。 切替閾値範囲定義テーブルのデータ構成例。 追従閾値範囲定義テーブルのデータ構成例。 地上子監視処理のフローチャート。
以下、図面を参照して、本発明をトランスポンダ式ATSシステムに適用した実施形態について説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。
[構成]
図1は、本実施形態の地上子監視装置10の接続状態を示す図である。地上子監視装置10は、地上子20が有する電文切替リレーQRの動作状況を監視する装置である。この地上子監視装置10は、個々の信号機に対応して設置される複数台の地上子20を監視可能である。
地上子20は、例えばATS−P地上子であり、信号現示条件に従って、最大6種類の電文を切り替えて送信することができる。すなわち、地上子20は、それぞれに電文が対応付けられた5つの電文切替リレーQR1〜QR5を有している。これらの電文切替リレーQR1〜QR5は、地上子20間で同じ電文切替リレーQR同士が共通の信号ラインL2に接続されている。例えば、各地上子20の電文切替リレーQR1は、同じ信号ラインに並列に接続されているこことなる。本実施形態において、電文切替リレーQRは5つ(QR1〜QR5)としているため、信号ラインL2も5本存在する。
信号ラインL2は、それぞれ、現示条件接点HR1〜HR5を介して、電源電圧(24V)が印加されている1本の電源ラインL1に並列に接続されている。現示条件接点HR1〜HR5は、不図示の制御装置によって現示条件に応じて開閉制御される。そして、現示条件接点HR1〜HR5の何れかが構成される(閉じられる)と、該当する信号ラインL2に電源電圧が印加され、当該信号ラインL2に接続されている電文切替リレーQRが励磁される。これにより信号現示情報が変更されて、現示条件に対応する電文が送信される仕組みとなっている。
地上子監視装置10は、電圧入力端子11と、電流入力端子12と、接点入力端子13と、接点出力端子14とを有している。
電圧入力端子11は、電源ラインL1に接続されており、電源ラインL1の印加電圧が入力される。電流入力端子12は、電源ラインL1に設けられた電流センサ30に接続され、この電流センサ30によって計測された直流電流値(電流計測値)が入力される。従って、電流センサ30は、現示条件接点HR1〜HR5それぞれに流れる電流の総和を計測することになる。また、現示条件接点HR1〜HR5は並列接続されているため、電流センサ30にて計測される電流値は、地上子20の接続数Nに応じた値となる。
接点入力端子13には、現示条件接点HR1〜HR5の構成状態(打上/落下)が入力される。
そして、地上子監視装置10は、地上子20が有する電文切替リレーQRの監視状態に応じて接点出力端子14の構成を変化させることで、監視状態を外部に出力する。すなわち、何れの電文切替リレーQRも異常が検出されていないとき(正常時)には、接点出力端子14を導通(扛上)として構成し、何れかの電文切替リレーQRの異常が検出されると、非導通(落下)として構成する。
図2は、地上子監視装置10の機能構成を示すブロック図である。地上子監視装置10は、機能的には、操作部110と、表示部120と、接点入力回路130と、接点出力回路140と、処理部200と、記憶部300とを有している。
操作部110は、例えばタッチパネルやボタンスイッチ等の入力装置で実現され、ユーザの操作入力に応じた操作信号を処理部200に出力する。表示部120は、例えばLCD(Liquid Crystal Display)等の表示装置で実現され、処理部200からの表示信号に応じた各種表示を行う。
接点入力回路130は、接点入力端子13に接続されている現示条件接点HR1〜HR5それぞれの構成状態(扛上/落下)を示す信号(接点入力信号)を生成して処理部200に出力する。接点出力回路140は、処理部200から入力される異常検出信号に従って、接点出力端子14の導通/非導通状態を変化させる。具体的には、正常時には導通(扛上)とし、異常時には非導通(落下)とする。
処理部200は、例えばCPU等の演算装置で実現され、記憶部300に記憶されたプログラムやデータ等に基づいて、地上子監視装置10の全体制御を行う。本実施形態では、処理部200は、電圧取り込み部210と、電流取り込み部220と、現示条件判断部230と、切替時判断部240と、追従時判断部250とを有し、地上子監視プログラム310に従った地上子監視処理(図5参照)を実行する。
電圧取り込み部210は、所定時間(例えば、100ms)毎に、電圧入力端子11間の入力電圧を取り込み、電圧計測値として、デジタル値に変換する。取り込まれた電圧計測値は、電圧計測値蓄積データ330として蓄積記憶される。電流取り込み部220は、所定時間(例えば、100ms)毎に、電流入力端子12から入力される電流計測値を取り込み、デジタル値に変換する。取り込まれた電流計測値は、電流計測値蓄積データ340として蓄積記憶される。
現示条件判断部230は、接点入力回路130から入力される接点入力信号から、現在の現示条件を判断する。
切替時判断部240は、現示条件判断部230によって判断される現示条件の切り替わり時に、地上子20の電文切替リレーの異常の有無を判断する。具体的には、電流計測値が切替閾値範囲外である場合に、異常有りと判断する。切替閾値範囲は、地上子20の接続数Nに応じて決まり、切替閾値定義テーブル350にて定められている。
図3は、切替閾値定義テーブル350のデータ構成の一例を示す図である。切替閾値定義テーブル350は、地上子20の接続数351それぞれに、切替閾値範囲の上限値である切替上限閾値352と、下限値である切替下限閾値353とを対応付けて格納している。図1に示したように、監視対象の地上子20それぞれは、電源ラインL1に対して並列に接続される構成となる。このため、切替閾値定義テーブル350において、切替閾値範囲は、1台の地上子20が接続された場合に想定される電流値を、地上子20の接続数NであるN倍した値を含む範囲となるように定められている。更に、環境温度等による電流変動を考慮して、地上子20の接続数Nが多いほど、切替閾値範囲(切替上限閾値と切替下限閾値との差)が広くなるように定められている。
また、切替閾値定義テーブル350における切替閾値範囲は、電源電圧が所定の基準電圧(例えば、24V)であると想定して定められている。このため、この電文切替リレーの基準電圧Vと電圧計測値Vとの比に応じて、次式(1a),(1b)のように、切替閾値定義テーブル350で定められる切替閾値範囲の切替上限閾値値ITHu0及び切替下限閾値ITHd0を、基準電圧Vに相当する値ITHu,ITHdに換算する。
THu=ImTHu0×(V/V) ・・(1a)
THd=ImTHd0×(V/V) ・・(1b)
またこのとき、現示条件の切り替わり時の電流変動の影響を考慮して、現示条件の切り替わりから所定時間(例えば、5秒)経過後の電流計測値を用いて、切替閾値範囲との比較を行い、電文切替リレーの異常の有無を判断する。
追従時判断部250は、現示条件判断部230によって判断される現示条件に変化がないときに、地上子20が有する電文切替リレーの異常の有無を判断する。具体的には、最新の電流計測値が追従閾値範囲外である状態が所定時間(例えば、5秒)継続された場合に、異常有りと判断する。追従閾値範囲は、過去の電流計測値に応じて定められる。すなわち、過去であって直近の所定数(n個)の電流計測値の平均値である移動平均値MAを算出する。そして、この移動平均値MAより所定の下限幅だけ小さい値を追従下限閾値とし、移動平均値MAより所定の上限幅だけ大きい値を追従上限閾値として、追従閾値範囲を設定する。つまり、追従閾値範囲を動的に補正するように機能する。
ここで、追従閾値範囲を定める下限幅及び上限幅は、追従閾値定義テーブル370にて定められている。図4は、追従閾値定義テーブル370のデータ構成の一例を示す図である。追従閾値定義テーブル370は、上限幅371と、下限幅372とを格納している。設定された追従閾値範囲は、追従閾値範囲データ380として記憶される。
追従時判断部250は、所定時間(例えば、100ms)毎に、追従閾値範囲の設定(更新)、及び、最新の電流計測値と追従閾値範囲との比較を繰り返し行う。そして、最新の電流計測値が追従閾値範囲外となったならば、以降は、追従閾値範囲の更新は行わずに最新の電流計測値と追従閾値範囲との比較を行い、電流計測値が追従閾値範囲外である状態が所定時間(例えば、5秒)継続されたならば、異常有りと判断する。
この追従閾値範囲外である状態が所定時間(例えば、5秒)継続することは継続条件の一例であり、例えば所定時間ではなく、所定回数継続された場合とすることもできる。また、電流計測値が追従閾値範囲外である状態から、所定時間(例えば、5秒)以内に追従閾値範囲内に戻った場合には、追従閾値範囲外であった電流計測値を除いて、移動平均値MAの算出・追従閾値範囲の更新を再開する。
記憶部300は、ROMやRAM等の記憶装置で実現され、処理部200が地上子監視装置10を統合的に制御するためのプログラムやデータ等を記憶しているとともに、処理部200の作業領域として用いられ、処理部200が実行した演算結果や、入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、地上子監視プログラム310と、地上子接続数データ320と、電圧計測値蓄積データ330と、電流計測値蓄積データ340と、切替閾値定義テーブル350と、切替閾値範囲データ360と、追従閾値定義テーブル370と、追従閾値範囲データ380とが記憶される。
[動作]
図5は、地上子監視処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、処理部200が記憶部300の地上子監視プログラム310を読み出して実行することで実現される。
地上子監視処理では、先ず、地上子20の接続数Nを設定する(ステップA1)。この地上子20の接続数Nは、地上子監視装置10がケーブルの接続有無等によって自動的に判断することにしても良いし、使用者が操作部110から入力することにしても良い。次いで、切替時判断部240が、地上子20の接続数Nをもとに、切替閾値定義テーブル350を参照して、切替閾値範囲(切替下限閾値/切替上限閾値)を設定する(ステップA3)。
続いて現示条件が変化したか否かを判断する。現示条件が変化したならば(ステップA5:YES)、切替時判断部240による切替時判断処理を行う。すなわち、所定時間(例えば、5秒)が経過した後、最新の電圧計測値を用いて、切替閾値範囲を補正する(ステップA7)。次いで、最新の電流計測値と補正後の切替閾値範囲とを比較する(ステップA9)。その結果、電流計測値が切替閾値範囲内ならば(ステップA11:NO)、電文切替リレーQRは異常無しと判断して、ステップA5に戻る。電流計測値が切替範囲外ならば(ステップA11:YES)、電文切替リレーQRに異常有りと判断する(ステップA29)。
一方、現示条件が変化していないならば(ステップA5:NO)、続いて、追従時判断部250が、追従時判断処理を行う。すなわち、直近の所定数(n個)の電流計測値の平均値である移動平均値MAを算出し(ステップA13)、追従閾値定義テーブル370を参照して、追従閾値範囲(追従下限閾値/追従上限閾値)を設定(更新)する(ステップA15)。次いで、最新の電流計測値と、追従閾値範囲とを比較する(ステップA17)。
その結果、電流計測値が追従閾値範囲外ならば(ステップA19:YES)、電流計測値が追従閾値範囲外である状態が継続された時間である範囲外継続時間の計時を開始する(ステップA21)。続いて、例えば、電流取り込み部220によって新たな電流計測値が取り込まれる毎に、最新の電流計測値と追従閾値範囲との比較を行う(ステップA23)。そして、範囲外継続時間が所定時間(例えば、5秒)に達する前に(ステップA27:NO)、電流計測値が追従閾値範囲内となったならば(ステップA25:NO)、電文切替リレーQRは異常無しと判断して、範囲外継続時間の計時を中止してステップA5に戻る。
一方、電流計測値が追従閾値範囲外のまま、範囲外継続時間が所定時間(例えば、5秒)に達したならば(ステップA27:YES)、電文切替リレーQRに異常有りと判断する(ステップA29)。地上子監視処理は、このように行われる。
[作用効果]
本実施形態の地上子監視装置10によれば、複数の地上子20それぞれが有する電文切替リレーの動作状態を包括的に監視し、監視対象の地上子20の何れかの異常の発生を検出することができる。また、複数の現示に対応可能である。
すなわち、現示条件の切り替わり時には、地上子20の接続数Nによって定める切替閾値範囲を用いて、地上子20の電文切替リレーQRの異常の有無を判断する。つまり、地上子20は電源ラインL1に対して並列接続されているため、地上子20の接続数Nによって、電源ラインL1に流れる電流が異なる。また、現示条件に応じて電源電圧が印加される信号ラインL2が変わり、励磁される電文切替リレーQRも変化する。このため、現示条件の切り替わり後の電流が、地上子20の接続数N及び現示条件に応じた電流となっているか否かに応じて、切り替わり後の現示条件に対応する電文切替リレーが正常であるか否かを判断することができる。
また、現示条件が変化していないときには、所定期間の間の電流計測値によって定める追従閾値範囲を用いて、地上子20の電文切替リレーQRの異常の有無を判断する。電流は、温度等の環境に応じて変動し得る。このため、電流の変動に着目することで、常時、電文切替リレーQRの異常の発生を検出することができる。
[変形例]
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
(A)移動平均値MAの算出
上述の実施形態では、追従閾値範囲の設定の際に、直近の過去の所定数(n個)の電流計測値の平均値である移動平均値MAを用いることとしたが、これに限らない。例えば、現示条件の切り替わり直後等の電流計測値が所定数(n個)に満たない場合には、これらの所定数(n個)未満の電流計測値の平均値を移動平均値MAとして用いれば良い。また、複数の電流計測値の平均値ではなく、例えば直前の1個の電流計測値を移動平均値MAとして用いても良い。また、移動平均値MAの算出には、電文切替リレーQRに異常無しと判断したときの電流計測値のみを用いることにしても良い。また、移動平均ではなく、加重平均を採用しても良い。その場合には、時間的に現在に近いほど重みを大きくすることにしても良い。
10 地上子監視装置
11 電圧入力端子、12 電流入力端子、13 接点入力端子、14 接点出力端子
110 表示部、120 操作部、130 接点入力回路、140 接点出力回路
200 処理部
210 電圧取り込み部、220 電流取り込み部
230 現示条件判断部、240 切替時判断部、250 追従時判断部
300 記憶部
310 地上子監視プログラム、320 地上子接続数データ
330 電圧計測値蓄積データ、340 電流計測値蓄積データ
350 切替閾値定義テーブル、360 切替閾値範囲データ
370 追従閾値定義テーブル、380 追従閾値範囲データ
20 地上子
QR(QR1〜QR5) 電文切替リレー
L1 電源ライン、L2 信号ライン
30 電流センサ

Claims (2)

  1. 一の電源ラインと所定数の信号ラインそれぞれとの接続が所与の現示条件に応じて開閉制御されることで、各信号ラインの電圧で作動するリレーを有するN個の地上子の動作が制御される列車制御システムにおける前記地上子のリレー動作状況を監視する地上子監視装置であって、
    前記現示条件の変化を検出する検出手段と、
    前記一の電源ラインの電流を計測する電流センサからの電流計測値が、前記検出手段により現示条件が変化したと検出された後の当該現示条件と、前記信号ラインに接続されている前記地上子の数Nとに基づいて定められる切替時閾値条件を満たすか否かを判定し満たさないと判定した場合に前記N個の地上子のリレー動作の異常と判定する監視手段
    前記一の電源ラインの電圧を計測する電圧センサからの電圧計測値に基づいて、前記切替時閾値条件を所定の基準電圧に応じた条件に補正する手段と、
    を備え、前記監視手段は、前記電流計測値が前記補正された前記切替時閾値条件を満たすか否かを判定する、地上子監視装置。
  2. 一の電源ラインと所定数の信号ラインそれぞれとの接続が所与の現示条件に応じて開閉制御されることで、各信号ラインの電圧で作動するリレーを有するN個の地上子の動作が制御される列車制御システムにおける前記地上子のリレー動作状況を監視する地上子監視装置であって、
    前記現示条件の変化を検出する検出手段と、
    前記現示条件が変化した際に、前記一の電源ラインの電流を計測する電流センサからの電流計測値と、変化した後の現示条件と、前記信号ラインに接続されている前記地上子の数Nとに基づいて、前記N個の地上子のリレー動作の正常/異常を判断する切替時判断手段
    前記現示条件に変化がない間、前記電流センサにより計測された過去直近所定数分の前記電流計測値の平均値である移動平均値に基づいて追従閾値範囲を設定することと、最新の前記電流計測値が前記追従閾値範囲内である場合に、前記N個の地上子のリレー動作を正常と判断するとともに当該最新の電流計測値を用いて前記追従閾値範囲を更新することと、最新の前記電流計測値が前記追従閾値範囲外である場合に、前記追従閾値範囲を更新せずに最新の前記電流計測値と前記追従閾値範囲との比較を継続し、前記追従閾値範囲外の状態が所定の継続条件を満たしたときに前記N個の地上子のリレー動作を異常と判断する追従時判断手段と、
    を備えた地上子監視装置。
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