JP6067628B2

JP6067628B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6067628B2
Application number: JP2014150142A
Authority: JP
Inventors: 潤哉林
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2014-07-23
Filing date: 2014-07-23
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: JP2016025594A

Description

本発明は、アナログ信号の入力に応じて電気負荷の作動を制御する制御装置に関する。

従来より、アナログ信号の入力に応じて電気負荷の作動を制御する制御装置において、センサの検出信号（アナログ信号）が入力されるアナログ信号入力回路（信号中継回路）と、信号中継回路から出力されるアナログ信号をデジタル値に変換して認識するアナログ／デジタル変換部との間の断線故障を検知する構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載された制御装置は、アナログ入力ポートを有するマイクロコンピュータを用いて構成されている。マイクロコンピュータは、複数のアナログ入力ポートのうちのいずれか一つをセレクタ回路により選択し、サンプル＆ホールド回路を介してアナログ／デジタル変換部に入力する。また、信号中継回路の出力部が複数のアナログ入力ポートのうちのいずれか一つに接続され、他のアナログ入力ポートのいずれかが、短絡トランジスタを介してグランドラインに接続されている。

マイクロコンピュータは、断線故障の検知において、先ず、短絡トランジスタを導通状態にして信号中継回路の容量成分を放電すると共に、セレクタ回路によりグランドラインに接続されたアナログ入力ポートを選択することによって、サンプル＆ホールド回路の容量成分を放電している。

そして、マイクロコンピュータは、このように放電を行った後に、セレクタ回路に接続されたアナログ入力ポートを選択して、アナログ信号をデジタル値に変換して読み込み、デジタル値がグランドレベルであるか否かを判断することによって、信号中継回路とアナログ入力ポート間の断線故障（オープン故障）を検知している。

特開平１１−２７８２３７号公報

アナログ信号が入力される信号中継回路とアナログ入力ポート間の断線故障の検知精度を高めるために、複数のアナログ入力ポートのうちの一つを電源ラインに接続した構成とし、セレクタ回路により入力先を電源ラインとした後に信号中継回路に切替えて、サンプル＆ホールド回路の出力電圧のレベルに基づいて断線故障の有無を判断することが考えられる。

しかしながら、本願発明者らは、電池を電源として作動する制御装置において、セレクタ回路により入力先を電源ラインとした後に信号中継回路に切替えて、サンプル＆ホールド回路の出力電圧のレベルに基づいて断線故障の有無を判断した場合に、制御装置の作動状況によっては断線故障の誤検知がなされること知見した。

本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、アナログ信号の信号中継回路とアナログ入力ポートとの間の断線故障の誤検知を防止した制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の制御装置は、
電池を電源として作動し、該電池から電気負荷への電力供給を制御する制御装置であって、
前記電池から前記電気負荷への電力供給量を調節して、前記電気負荷の作動を制御する電気負荷制御部と、
アナログ信号発生源からアナログ信号が入力されるアナログ入力端子と、
前記アナログ入力端子に入力されたアナログ信号を中継して出力する信号中継回路と、
前記電池の高電位側端子に接続された第１アナログ入力ポートと、前記信号中継回路の出力部に接続された第２アナログ入力ポートとを含む複数のアナログ入力ポート、及び選択出力ポートを有して、該複数のアナログ入力ポートのうちのいずれか一つを選択して該選択出力ポートに導通させるセレクタ回路と、
前記セレクタ回路の前記選択出力ポートとサンプル＆ホールド回路を介して接続され、該サンプル＆ホールド回路から出力されるアナログ信号をデジタル値に変換して認識するアナログ／デジタル変換部と、
前記電気負荷制御部により前記電気負荷への供給電力を所定レベル以下に維持した状態で、前記セレクタ回路により前記第１アナログ入力ポートを選択して、前記サンプル＆ホールド回路の容量成分を充電した後に、前記セレクタ回路により前記第２アナログ入力ポートを選択して、前記アナログ／デジタル変換部により前記第２アナログ入力ポートに入力されるアナログ信号のデジタル変換値を認識する高電位側認識処理を実行し、該デジタル変換値が所定範囲外であるときに、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障が生じていると判断する断線故障検知部と
を備えたことを特徴とする。

かかる本発明によれば、前記断線故障検知部は、前記高電位側認識処理により、前記サンプル＆ホールド回路の容量成分を充電した後に、前記セレクタ回路により前記第２アナログ入力ポートを選択することによって、前記サンプルホールド＆ホールドの容量成分の放電による出力電圧の変化に基づいて、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障を検知する。そして、前記高電位側認識処理を行うときに前記電池の出力電圧が低下すると、これに応じて前記サンプル＆ホールド回路の出力電圧も低下して、前記アナログ／デジタル変換部によるデジタル変換値が前記所定範囲外となり、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障の誤検知が生じるおそれがある。

そこで、前記断線故障検知部は、前記電気負荷制御部により前記電気負荷への供給電力を所定レベル以下に維持した状態で、前記高電位側認識処理を実行する。このように、前記電気負荷への供給電力を所定レベル以下に維持することにより、前記電気負荷への電力供給に伴う前記電池の出力電圧の低下が抑制されるため、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障の誤検知が生じることを防止することができる。

また、前記電気負荷制御部は、前記電気負荷の作動を停止する制御を実行することにより、前記電気負荷への供給電力を前記所定レベル以下に維持することを特徴とする。

この構成によれば、前記電気負荷が作動を停止しているタイミングで、前記電気負荷への供給電力を前記所定レベル以下に維持して前記高電位側認識処理を実行することができる。

また、前記複数のアナログ入力ポートのうちの一つは、前記電池の低電位側端子に接続された第３アナログ入力ポートであり、
前記断線故障検知部は、前記セレクタ回路により前記第３アナログ入力ポートを選択して、前記サンプル＆ホールド回路の容量成分を放電した後に、前記セレクタ回路により第２アナログ入力ポートを選択して、前記アナログ／デジタル変換部により前記第２アナログ入力ポートに入力されるアナログ信号のデジタル変換値を認識する低電位側認識処理を実行し、前記所定範囲を該低電位側認識処理により認識したデジタル変換値に基づいて設定することを特徴とする。

この構成によれば、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障が生じていなければ、前記低電位側認識処理により認識されるデジタル変換値と、前記高電位側認識処理により認識されるデジタル変換値とは等しくなる。そのため、前記低電位側認識処理により認識されたデジタル変換値に基づいて、前記所定範囲を容易に設定することができる。

制御装置の構成図。断線故障検知を実行するタイミングの説明図。断線故障検知を実行した場合のサンプル＆ホールド回路の出力電圧の変化の説明図。図３（ａ）は断線故障が生じていない場合を示し、図３（ｂ）は断線故障が生じている場合を示す。断線故障検知の実行中に電気負荷の作動によって電池の出力電圧が低下した場合のサンプル＆ホールド回路の出力電圧の変化を示した説明図。

本発明の実施形態について、図１〜図４を参照して説明する。図１を参照して、本実施形態の制御装置１は、ガスコンロに搭載されてガスコンロの作動を制御するものである。制御装置１は、電池３０を電源として作動し、マイクロコンピュータ１０（以下、マイコン１０という）、駆動回路４０、及び信号中継回路５０を備えている。

マイコン１０は、図示しないＣＰＵ、メモリ、出力ポートＰｏ（Ｐｏ０，Ｐｏ１，…）、アナログ入力ポートＡＮＩ（ＡＮＩ０，ＡＮＩ１，…）等により構成された回路ユニットである。マイコン１０は、メモリに保持されたガスコンロの制御用プログラムをＣＰＵで実行することによって、ガスコンロの電気負荷への電力供給量を調節して電気負荷の作動を制御する電気負荷制御部１１と、信号中継回路５０とマイコン１０のアナログ入力ポートＡＮＩとの間の断線故障を検知する断線故障検知部１２として機能する。

出力ポートＰｏ０〜Ｐｏ２は、駆動回路４０及び出力端子８０〜８２を介して、ガスバーナ（図示しない）に接続されたガス供給管（図示しない）を開閉するガス元弁７０、ガス供給管からガスバーナへの燃料ガスの供給流路を変更する温調電磁弁７１、及び点火電極（図示しない）に高電圧を印加して火花放電を生じさせるイグナイタ７２にそれぞれ接続されている。ガス元弁７０、温調電磁弁７１、イグナイタ７２は、本発明の電気負荷に相当する。

電気負荷制御部１１は、出力ポートＰｏ０〜Ｐｏ２から出力する制御信号のレベル（Ｈｉｇｈ／Ｌｏｗ）を切替えることによって、ガス元弁７０、温調電磁弁７１、及びイグナイタ７２への電力の供給と遮断とを切替える。

ガス元弁７０は、電力が供給されているときは開弁状態となり、電力が遮断されているときには閉弁状態となる。温調電磁弁７１は、正方向に一定時間の通電がなされたときに開弁状態を保持し、負方向に一定時間の通電がなされたときに閉弁状態を保持する。イグナイタ７２は、電力が供給されているときは点火プラグに高電圧を印加し、電力が遮断されているときには点火プラグへの高電圧の印加を停止する。

マイコン１０のアナログ入力ポートＡＮＩ１は、信号中継回路５０を介してアナログ入力端子９１ａに接続されており、アナログ入力端子９１ａとグランド端子９１ｂには、ガスバーナに載置される調理容器内に被調理物の温度を検出する温度センサ７３（サーミスタにより構成され、本発明のアナログ信号発生源に相当する）が接続されている。また、アナログ入力端子９２には、ガスバーナの燃焼状態を検出する熱電対７４が接続されている。

アナログ入力ポートＡＮＩ０〜ＡＮＩ７はセレクタ回路１５の入力部６０〜６７に個別に接続されており、セレクタ回路１５は、入力部６０〜６７のうちのいずれか一つを選択して選択出力ポート６８に導通させる。

セレクタ回路１５の選択出力ポート６８は、サンプル＆ホールド回路１４を介してＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部１３に接続されている。サンプル＆ホールド回路１４は、スイッチ素子２０とコンデンサ２１（本発明の容量成分に相当する）とを有し、スイッチ素子２０を導通状態としてセレクタ回路１５の出力によりコンデンサ２１を充電する。そして、サンプル＆ホールド回路１４は、スイッチ素子２０を遮断状態としてＡ／Ｄ変換部１３に入力されるアナログ信号の電圧を保持する。

電気負荷制御部１１及び断線故障検知部１２は、セレクタ回路１５によりアナログ入力ポートＡＮＩ０〜ＡＮＩ７のいずれかを選択することによって、選択したアナログ入力ポートに入力されるアナログ信号のレベルを、Ａ／Ｄ変換部１３によりデジタル値に変換して認識する。

断線故障検知部１２は、ガスコンロの燃焼運転の開始に先立って、信号中継回路５０とアナログ入力ポートＡＮＩ１間の断線故障の有無を判断するＡ／Ｄテスト（本発明の低電位側認識処理と高電位側認識処理を含む）を行う。以下、図２〜図４を参照して、Ａ／Ｄテストについて説明する。なお、断線故障検知部１２は、アナログ入力ポートＡＮＩ１以外のアナログ入力ポートＡＮＩについても、信号中継回路に接続されている場合には同様にしてＡ／Ｄテストを行う。

信号中継回路５０は、Ｖccの電圧を、アナログ入力端子９１ａ及びグランド端子９１ｂ間に接続された温度センサ７３と抵抗５４により分圧したアナログ信号（温度センサ７３の温度検出信号）を、抵抗５２及びコンデンサ５１からなる積分回路によりローパスフィルタリングを施して、アナログ入力ポートＡＮＩ１に出力する。

図２は、使用者によりガスバーナの点火操作がなされたときに、マイコン１０により実行される一連の処理シーケンスを示したタイミングチャートであり、ｔ₁₀で点火スイッチ（図示しない）が点火操作（ＯＦＦ→ＯＮ）されている。

点火スイッチの点火操作に応じて、電池３０からマイコン１０への電力供給が開始され、マイコン１０はＰＯＲ（ＰｏｗｅｒＯｎＲｅｓｅｔ、ｔ₁₀〜ｔ₁₁）により初期状態から作動を開始する。

マイコン１０は、ｔ₁₁〜ｔ₁₂で動作安定を待った後に、ｔ₁₂〜ｔ₁₃でイニシャライズ（入出力ポートの設定等）を行って、ｔ₁₃〜ｔ₁₄で断線故障検知部１２によりＡ／Ｄテストを実行する。Ａ／Ｄテストでは、信号中継回路（信号中継回路５０と同様に構成される）に接続された全てのアナログ入力ポートＡＮＩについて、信号中継回路との間の断線故障の有無を判断する。

Ａ／Ｄテストにより、信号中継回路が接続された全てのアナログ入力ポートＡＮＩについて、断線故障が生じていないと判断されたときに、電気負荷制御部１１は、ｔ₁₄〜ｔ₁₅で他回路（駆動回路４０等）の初期チェックを行って、ｔ₁₅以降の通常動作を実行する。

通常動作において、電気負荷制御部１１は、ｔ₁₅でガス元弁７０を開弁し、ｔ₁₆〜ｔ₁₇で温調電磁弁７１を開弁して、ｔ₁₈でイグナイタ７２を作動させる。これにより、ガスバーナに燃料ガスが供給されると共に、点火電極で火花放電が生じてガスバーナに点火される。

以上説明したように、断線故障検知部１２は、ガスバーナの点火処理が行われる前のガス元弁７０、温調電磁弁７１、及びイグナイタ７２への電力供給がなされていない状態（本発明の電気負荷への供給電力を所定レベル以下に維持した状態に相当する）で、Ａ／Ｄテストを行う。

そして、断線故障検知部１２は、アナログ入力ポートＡＮＩ１（本発明の第２アナログ入力ポートに相当する）と信号中継回路５０との間の断線故障の有無を、図３（ａ）に示したように、以下の４ステップ（ＳＴ１〜ＳＴ４）の処理を行って判断する。

ＳＴ１：セレクタ回路１５により、ＧＮＤライン（電池３０の低電位側端子に接続されたライン）に接続されたアナログ入力ポートＡＮＩ７（本発明の第３アナログ入力ポートに相当する）を選択して、サンプル＆ホールド回路１４のコンデンサ２１を放電する。そして、このときのサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧のレベル（Ｖsh1）を、Ａ／Ｄ変換部１３によりデジタル値に変換して認識する。

ＳＴ２：セレクタ回路１５により、信号中継回路５０に接続されたアナログ入力ポートＡＮＩ１を選択する。そして、このときのサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧のレベル（Ｖsh2）を、Ａ／Ｄ変換部１３によりデジタル値に変換して認識する。

ＳＴ３：セレクタ回路１５により、Ｖccライン（電池３０の高電位側端子に接続されたライン）に接続されたアナログ入力ポートＡＮＩ０（本発明の第１アナログ入力ポートに相当する）を選択して、サンプル＆ホールド回路１４のコンデンサ２１を充電する。そして、このときのサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧のレベル（Ｖsh3）を、Ａ／Ｄ変換部１３によりデジタル値に変換して認識する。

ＳＴ４：セレクタ回路１５により、信号中継回路５０に接続されたアナログ入力ポートＡＮＩ１を選択する。そして、このときのサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧のレベル（Ｖsh4）を、Ａ／Ｄ変換部１３によりデジタル値（デジタル変換値）に変換して認識する。

なお、ＳＴ１〜ＳＴ２の処理は、本発明の低電位側認識処理に相当する。また、ＳＴ３〜ＳＴ４の処理は、本発明の高電位側認識処理に相当する。

ここで、図３（ａ）は、アナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じていない場合のサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧の推移を示しており、ＳＴ２における出力電圧Ｖsh2とＳＴ４における出力電圧Ｖsh4とが、ほぼ等しくなっている。

それに対して、図３（ｂ）は、アナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じている場合のサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧Ｖshの推移を示している。図３（ｂ）では、断線故障によりＳＴ２における出力電圧Ｖsh2とＳＴ４における出力電圧Ｖsh4が不安定になっており、Ｖsh2とＶsh4の差が大きくなっている。

そこで、断線故障検知部１２は、Ｖsh2とＶth4の差ΔＶsh（＝Ｖsh4−Ｖsh2）が予め設定された許容範囲内であるときは、アナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じていないと判断する。

また、断線故障検知部１２は、ΔＶshが前記許容範囲外となったときには、アナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じていると判断する。そして、電気負荷制御部１１は、アナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じていると判断されたときには、ガスバーナの点火処理を禁止し、エラー報知（ブザーによる報知音の出力、エラーランプの点灯等）を行う。

次に、図４は、Ａ／Ｄテストを実行しているときに、ｔ₄₅で電池３０の出力電圧Ｖccが低下した場合を示している。このような出力電圧Ｖccの低下は、駆動回路４０から電気負荷（ガス元弁７０、温調電磁弁７１、イグナイタ７２等）への電力供給が開始された時に生じる。

そして、ＳＴ４で電池３０の出力電圧Ｖccが低下すると、信号中継回路５０を構成する抵抗５２，５３，５４及びコンデンサ５１による遅延の影響によって、ＳＴ４におけるサンプル＆ホールド回路１４の出力電圧Ｖsh4も低下する。その結果、図４に示したように、ＳＴ２（ｔ₄₂〜ｔ₄₃）における出力電圧Ｖsh2と、ＳＴ４（ｔ₄₅〜ｔ₄₆）における出力電圧Ｖsh4との差ΔＶshが大きくなって、前記許容範囲を超える場合がある。

そして、この場合には、実際にはアナログ入力ポートＡＮＩ１と信号中継回路５０間の断線故障が生じていないにも拘わらず、断線故障が生じていると誤検知されてしまう。そこで、図２を参照して上述したように、断線故障検知部１２は、ｔ₁₅でバーナの点火処理のために電気負荷への電力供給が開始される前の電気負荷が作動を停止しているｔ₁₃〜ｔ₁₄で、Ａ／Ｄテストを実行する。これにより、断線故障の誤検知がなされることを防止することができる。

なお、電気負荷への電力供給を完全に遮断せず、電気負荷への電力供給量を電池３０の出力電圧の低下が断線故障の検知に影響を与えない所定レベル以下に維持することによっても、本発明の効果を得ることができる。

また、本実施形態では、ＳＴ１〜ＳＴ４の四つのステップによりＡ／Ｄテストを実行し、Ｖsh2とＶsh4との差ΔＶshが許容範囲内であるか否かを判断して断線故障を検知したが、Ｖsh4が予め設定された許容範囲内であるか否かを判断して断線故障を検知するようにしてもよい。

また、本実施形態では、ガスコンロに備えられた制御装置１を示したが、電池を電源として作動して、アナログ信号のレベルをデジタル信号に変換して認識し、電池から電気負荷への電力供給を制御する制御装置であれば、制御対象によらずに本発明の適用が可能である。

１…制御装置、１０…マイクロコンピュータ（マイコン）、１１…電気負荷制御部、１２…断線故障検知部、１３…Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部、１４…サンプル＆ホールド回路、１５…セレクタ回路、３０…電池、４０…駆動回路、５０…信号中継回路、７０…ガス元弁（電気負荷）、７１…温調電磁弁（電気負荷）、７２…イグナイタ（電気負荷）、７３…温度センサ（アナログ信号発生源）。

Claims

電池を電源として作動し、該電池から電気負荷への電力供給を制御する制御装置であって、
前記電池から前記電気負荷への電力供給量を調節して、前記電気負荷の作動を制御する電気負荷制御部と、
アナログ信号発生源からアナログ信号が入力されるアナログ入力端子と、
前記アナログ入力端子に入力されたアナログ信号を中継して出力する信号中継回路と、
前記電池の高電位側端子に接続された第１アナログ入力ポートと、前記信号中継回路の出力部に接続された第２アナログ入力ポートとを含む複数のアナログ入力ポート、及び選択出力ポートを有して、該複数のアナログ入力ポートのうちのいずれか一つを選択して該選択出力ポートに導通させるセレクタ回路と、
前記セレクタ回路の前記選択出力ポートとサンプル＆ホールド回路を介して接続され、該サンプル＆ホールド回路から出力されるアナログ信号をデジタル値に変換して認識するアナログ／デジタル変換部と、
前記電気負荷制御部により前記電気負荷への供給電力を所定レベル以下に維持した状態で、前記セレクタ回路により前記第１アナログ入力ポートを選択して、前記サンプル＆ホールド回路の容量成分を充電した後に、前記セレクタ回路により前記第２アナログ入力ポートを選択して、前記アナログ／デジタル変換部により前記第２アナログ入力ポートに入力されるアナログ信号のデジタル変換値を認識する高電位側認識処理を実行し、該デジタル変換値が所定範囲外であるときに、前記信号中継回路と前記第２アナログ入力ポート間の断線故障が生じていると判断する断線故障検知部と
を備えたことを特徴とする制御装置。
請求項１に記載の制御装置において、
前記電気負荷制御部は、前記電気負荷の作動を停止する制御を実行することにより、前記電気負荷への供給電力を前記所定レベル以下に維持することを特徴とする制御装置。
請求項１又は請求項２に記載の制御装置において、
前記複数のアナログ入力ポートのうちの一つは、前記電池の低電位側端子に接続された第３アナログ入力ポートであり、
前記断線故障検知部は、前記セレクタ回路により前記第３アナログ入力ポートを選択して、前記サンプル＆ホールド回路の容量成分を放電した後に、前記セレクタ回路により第２アナログ入力ポートを選択して、前記アナログ／デジタル変換部により前記第２アナログ入力ポートに入力されるアナログ信号のデジタル変換値を認識する低電位側認識処理を実行し、前記所定範囲を該低電位側認識処理により認識したデジタル変換値に基づいて設定することを特徴とする制御装置。