JP6196097B2 - 遮断装置 - Google Patents

Description

本発明は、遮断装置に関する。

従来、列車の軌道と道路とが交差する踏切では、列車の接近を警報機で知らせると共に、遮断装置により遮断カンを下降制御することで踏切内に人や車が進入するのを未然に防ぎ、往来の安全を確保していた。

遮断装置では、ＣＰＵ、モータドライバ、モータ、レゾルバを含むモータ制御ブロックが構築されている。ＣＰＵは、遮断装置の外部から遮断カンの上昇又は下降の指令を受け、モータドライバを介して、モータを回転させるとともに、モータ軸の回転角度を検出するレゾルバからモータ軸の回転角度情報を受け取り、モータドライバに流れる電流を調整することによって、モータの回転速度を制御している。そして、遮断カンは、モータ軸の回転と連動して、上昇又は下降することになる。

しかし、このようなモータ制御ブロックだけでは、ＣＰＵ、モータドライバ、又は、レゾルバに故障が発生した場合、遮断カンの動作を規定できず、踏切を適切に遮断できず、安全性が確保されない。

そのため、遮断装置には、カムセンサと、監視部とを含む監視ブロックを構築する必要がある。カムセンでサは、カムが遮断カンの動作に連動して回転し、遮断カンが特定角度に到達すると、その特定角度毎に用意されたスイッチをオン又はオフの状態にする。カムセンサを利用して、遮断カンの角度検出を行う方法は、特許文献１に記載されている。また、監視部は，スイッチから得られる遮断カン角度情報等に基づいて、遮断カンの空間的又は時間的変化を監視する。監視部は、遮断カンが期待する動作をしている場合は、何もせず、遮断カンは、ＣＰＵによって正常に上昇又は下降を制御される。しかし、監視部が遮断カンの異常な動作を検出した場合、監視部は、モータへの電流供給を遮断し、遮断カンは、自重によって下降することによって踏切を確実に遮断する。

しかし、遮断装置の動作をカムセンサ一つのみで監視すると、センサに故障が発生した場合、その故障を検知できなければ、遮断カンの正確な角度情報を監視できないまま遮断装置の動作が継続されるという危険性もあり、必ずしもフェイルセーフ性が確保されるわけではない。また、監視ブロックは、遮断カンの異常動作のみを監視するものであり、遮断カンの異常動作を検出した場合、その要因が機器の故障であるか、イタズラ等による異常なのかに関わらず、即ち、異常動作の要因に関わらず、遮断カンを下降させてしまい、不必要に交通渋滞を招く。さらに異常動作の要因が不明なため、その後の保守対応は困難となる。

特開２０１０−１９５１５１号公報

本発明の課題は、フェイルセーフを確保しつつ、故障の発生時も保守対応の容易な遮断装置を提供することである。

上述した課題の少なくとも１つを解決するため、本発明に係る遮断装置は、開閉部と、その開閉部の動作ごとに設けられる複数のセンサ部と、各動作の動作情報が送信される信号処理部とを備え、信号処理部は、少なくとも２つのセンサ部から送信された同一の動作の動作情報の比較結果が不一致となった場合には、動作に対応する部位を特定し、故障要因が許容可能な範囲か否かを判断する。

上述したように、遮断装置は、開閉部を含み、前記開閉部は、遮断カンを開閉する動作を行うので、遮断カンを取りつけることによって、遮断カンの開閉動作ができる。

また、遮断装置は、複数のセンサ部を含み、前記センサ部のそれぞれは、開閉部の遮断カンを開閉する動作を検出し、その検出結果を動作情報として信号処理部へ送信するので、開閉部の動作を監視することができ、故障が発生した場合等の保守対応が容易となる。

さらに、遮断装置は、信号処理部を含み、信号処理部は、少なくとも２つの前記センサ部から送信された同一の動作の動作情報を比較して、その比較結果に基づき、開閉部を制御するので、一つの動作を監視するセンサに故障が発生した場合であっても、その故障を検知することができる。

以上に述べたように、本発明によれば、フェイルセーフを確保しつつ、故障の発生時も保守対応の容易な遮断装置を提供することができる。

本発明の構成、及び、利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。

本発明の実施形態に係る遮断装置の回路図である。 図１に示す遮断装置の処理フロー図である。

図１に本発明の実施形態に係る遮断装置を示す。遮断装置は、信号処理部１と、開閉部３と、遮断カン５と、複数のセンサ部７１〜７６とを含む。

信号処理部１は、第１演算処理部１１と、第２演算処理部１３と、正常判定部１５と、とを含む。第１演算処理部１１は、第１ＣＰＵ１１１と、第１モニタ部１１３とを含む。第１ＣＰＵ１１１、及び、第１モニタ部１１３は、Ａ系に属する。第２演算処理部１３は、第２ＣＰＵ１３１と、第２モニタ部１３３とを含む。第２ＣＰＵ１３１、及び、第２モニタ部１３３は、Ｂ系に属する。

第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、開閉部３の制御を行うものであって、開閉部３に対して動作信号Ｓ５１、Ｓ５２、及び、完了信号Ｓ６１１、Ｓ６１２、異常時停止信号Ｓ６２１、Ｓ６２２を送信し、正常判定部１５に対して、動作正常信号Ｓ１１、Ｓ１２、及び、動作異常信号Ｓ２１、Ｓ２２を送信する。また、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、互いに、交換信号Ｓ８１、Ｓ８２を送信し、例えば、後述する動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６を共有し、さらに、第１及び第２モニタ部１１３、１３３に対して、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１内部で行われる制御情報Ｓ９１１、Ｓ９１２を送信する。

第１及び第２モニタ部１１３、１３３は、制御情報Ｓ９１１、Ｓ９１２を内部に記録保存し、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１からの要求に応じて、内部に蓄積された制御情報Ｓ９２１、Ｓ９２２を送信する。

正常判定部１５は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の送信する動作正常信号Ｓ１１、Ｓ１２、及び、動作異常信号Ｓ２１、Ｓ２２を受信して、正常判定信号Ｓ３１、Ｓ３２、又は、異常判定信号Ｓ４１、Ｓ４２を第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１に対して送信する。正常判定部１５としては、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の少なくとも一方からでも動作正常信号Ｓ１１、Ｓ１２を受信しない場合には、異常判定信号Ｓ４１、Ｓ４２を送信する構成となっている。

開閉部３は、駆動要素として、モータドライバ３１と、モータ３２とを含む。モータドライバ３１は、電源３１１を含む。電源３１１は、動作信号Ｓ５１、Ｓ５２によってＯＮ状態となり、モータドライバ３１内に電流を供給し、完了信号Ｓ６１１、Ｓ６１２、及び、異常時停止信号Ｓ６２１、Ｓ６２２によって、ＯＦＦ状態となり、モータドライバ３１内への電流供給を停止する。モータドライバ３１は、動作信号Ｓ５１、Ｓ５２によって、電源３１１から供給される電流の量、及び、方向を調整し、その電流をモータ３２に供給する。モータ３２は、モータ軸を有しており、供給された電流に応じて、モータ軸を回転させる動作を行う。

遮断カン５は、モータ３２のモータ軸に支持されており、モータ軸の回転に応じて、上昇又は下降動作を行う。即ち、開閉部は、が駆動要素としてのモータドライバ３１、及び、モータ３２が連動して動作することによって、遮断カン５が動作する。また、遮断カン５は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１から異常時停止信号Ｓ６２１、Ｓ６２２が送信された場合、フェイルセーフのため、自重によって下降するようモータ軸に支持されている。

センサ部７１、７２は、モータドライバ３１の同一の動作ＡＣＴ１を検出し、その検出結果を動作情報Ｓ７１、Ｓ７２として、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１へ送信する。動作ＡＣＴ１は、例えば、電流制御動作であり、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２は、例えば、時刻Ｔ１におけるモータドライバ３１における電流の値である。センサ７１、７２は、例えば、電流計又は電圧計である。

センサ部７３、７４は、モータ３２の同一の動作ＡＣＴ２を検出し、その検出結果を動作情報Ｓ７３、Ｓ７４として、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１へ送信する。動作ＡＣＴ２は、例えば、モータ軸の回転動作であり、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４は、例えば、時刻Ｔ２におけるモータ軸の回転角度である。センサ７３、７４は、例えば、レゾルバである。

センサ部７５、７６は、遮断カン５の同一の動作ＡＣＴ３を検出し、その検出結果を動作情報Ｓ７５、Ｓ７６として、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１へ送信する。動作ＡＣＴ３は、例えば、遮断カンの下降又は上昇動作であり、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６は、例えば、時刻Ｔ３における遮断カン５の線路設置面に対する角度である。センサ７５、７６は、従来の機械式接点を用いたカムセンサ、又は、加速度センサ等の非接触センサである。センサ７５、７６の小型化、及び、低コスト化という観点からすると、カムセンサよりも非接触センサを採用することが好ましい。

図２は、図１に示された遮断装置の処理フローを示す。この処理では、正常判定部１５において、センサ部７１〜７６の送信する動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６の正当性、及び、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の動作の正当性を確認することによって、遮断装置のフェイルセーフを行う。

第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、信号処理部１の外部から遮断カン５の上昇又は下降指令を受けて、動作信号Ｓ５１、Ｓ５２を送信し、開閉部３の動作を要求する（Ｓｔ１）。動作信号Ｓ５１、Ｓ５２は、電源３１１をＯＮ状態とし、モータドライバ３１内に電流を供給する（Ｓｔ２）。この電流によって、開閉部３及び遮断カン５が動作する（Ｓｔ３）。より具体的には、モータドライバ３１は、動作信号Ｓ５１、Ｓ５２によって、電流の量、及び、方向等を制御されて動作し、モータ３２は、その電流に応じたモータ軸の回転動作を行い、遮断カン５は、モータ軸の回転に応じた上昇又は下降動作を行う。

続いて、センサ部７１〜７６は、モータドライバ３１の動作ＡＣＴ１、モータ３２の動作ＡＣＴ２、遮断カン５の動作ＡＣＴ３を検出し、その検出結果を動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６として、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１に送信する（Ｓｔ４）。

次に、第１ＣＰＵ１１１は、動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３ごとに、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６が一致するか比較し、即ち、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６ごとの比較を行い（Ｓｔ５）、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６のそれぞれが一致する場合、正常判定部１５に対して動作正常信号Ｓ１１を送信し、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６のうち一つでも一致しない場合、正常判定部１５に対して、動作異常信号Ｓ２１を送信する。

同様に、第２ＣＰＵ１３１も、動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３ごとに、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６を比較し、即ち、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６ごとの比較を行い（Ｓｔ６）、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６のそれぞれが一致する場合、正常判定部１５に対して動作正常信号Ｓ１２を送信し、動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作情報Ｓ７３、Ｓ７４、動作情報Ｓ７５、Ｓ７６のうち一つでも一致しない場合、正常判定部１５に対して、動作異常信号Ｓ２２を送信する。

正常判定部１５は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の双方から動作正常信号Ｓ１１、Ｓ１２を受信したとき、センサ部７１〜７６の送信する動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６、及び、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の動作が正常であると判定し（Ｓｔ７）、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１に対して正常判定信号Ｓ３１、Ｓ３２を送信する。第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、正常判定信号Ｓ３１、Ｓ３２を受信したとき、開閉部３、及び、遮断カン５の目的動作が完了しか否かの判定を行い（Ｓｔ８）、目的動作が完了していないと判定する場合、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、開閉部３に対して動作信号Ｓ５１、Ｓ５２を送信し、開閉部３の動作要求を継続し（Ｓｔ１）、目的動作が完了したと判定する場合、モータドライバ３１に対して、完了信号Ｓ６１１、Ｓ６１２を送信し、開閉部３の動作停止を要求する（Ｓｔ９）。開閉部３は、完了信号Ｓ６１１、Ｓ６１２を受信すると、電源がＯＦＦ状態となり（Ｓｔ１０）、動作が停止する（Ｓｔ１１）。

一方、正常判定部１５は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１から、動作異常信号Ｓ２１、Ｓ２２を受信したとき、センサ部７１〜７６の送信する動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６、又は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の動作に異常があると判定し（Ｓｔ１２）、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１へ異常判定信号Ｓ４１、Ｓ４２を送信する。

第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、異常判定信号Ｓ４１、Ｓ４２を受信すると、第１及び第２モニタ部１１３、１３３から制御情報Ｓ９２１、Ｓ９２２の読出しを行い（Ｓｔ１３）、制御情報Ｓ９２１、Ｓ９２２（第１及び第２ＣＰＵでの比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６を含む）に基づき、比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６に対応する部位を特定し、その部位の故障要因を分析し、開閉部３の動作要求を再試行（リトライ）すべきか判断する（Ｓｔ１４）。

第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６に対応する部位が異常状態（故障要因が許容可能な範囲にある状態）にあると判断するとき、リトライすべきと判断して、再度、開閉部３に対して動作信号Ｓ５１、Ｓ５２を送信し、故障が検知された要素を切り離す等して、開閉部３の動作要求を行い、比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６に対応する開閉部３の動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を再試行させる（Ｓｔ１）。

第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１は、比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６に対応する部位が故障状態（故障要因が許容可能な範囲にない状態）と判断するとき、リトライすべきではないと判断し、直ちに、開閉部３に対して異常時停止信号Ｓ６２１、Ｓ６２２を送信し、開閉部３の比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６に対応する動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３の中止要求を行う（Ｓｔ１５）。開閉部３は、異常時停止信号Ｓ６２１、Ｓ６２２を受信して、電源３１１がＯＦＦ状態となり（Ｓｔ１６）、開閉部３の動作が停止する（Ｓｔ１７）。そして、遮断カン５が自重下降する（Ｓｔ１８）
上述したリトライの判断基準としては、比較結果が不一致となった動作情報Ｓ７１〜７６に応じて、故障要因が、モータドライバ３１又はモータ３２にある場合には、リトライすべきとし、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１にある場合にリトライすべきではないとすることができる。

上述したように、遮断装置は、開閉部３を含み、開閉部３は、遮断カン５を開閉する動作を行うので、遮断カン５を取りつけることによって、遮断カン５の開閉動作ができる。

また、遮断装置は、複数のセンサ部７１〜７６を含み、センサ部７１〜７６のそれぞれは、モータドライバ３１、モータ３２、遮断カン５の各動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を検出し、その検出結果を動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６として信号処理部１へ送信するので、開閉部３の各動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を監視することができ、故障等が発生した場合であっても、動作情報Ｓ７１〜Ｓ７６を分析することによって故障要因を特定し易く、保守対応が容易となる。

さらに、遮断装置は、信号処理部１を含み、信号処理部１は、少なくとも２つのセンサ部、即ち、センサ部７１、７２、センサ部７３、７４、及び、センサ部７５、７６から送信された同一の動作ＡＣＴ１の動作情報Ｓ７１、Ｓ７２、動作ＡＣＴ２の動作情報Ｓ７２、Ｓ７３、及び、動作ＡＣＴ３の動作情報Ｓ７５、Ｓ７６を一致するか否か比較して、その比較結果に基づき、開閉部３を制御するように冗長化されているので、各動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を監視するセンサ部７１〜７６に故障が発生した場合や第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１の動作に故障が発生した場合であっても、その故障を検知することができる。

さらに、遮断装置は、第１及び第２ＣＰＵ１１１、１３１が故障要因に応じて、開閉部３の動作を制御するため、信頼性が高く、不必要に交通渋滞を招くことはなくなる。

本実施形態の遮断装置では、モータドライバ３１、モータ３２、遮断カン５の各動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を２つのセンサ部７１、７２、センサ部７３、７４、センサ部７５、７６で検出する構成としたが、これに限られるものではない。遮断装置におけるフェイルセーフの更なる向上を図るため、各動作ＡＣＴ１〜ＡＣＴ３を３つ以上のセンサ部で検出する構成としてもよい。

また、信号処理部１は、２つの演算処理部、即ち、第１及び第２演算処理部１１、１３を含む構成としたが、これに限られるものではない。遮断装置のフェイルセーフの更なる向上を図るため、信号処理部１が３つ以上の演算処理部を含む構成としてもよい。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想、及び、教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

１ 信号処理部
１１ 第１演算処理部
１１１ 第１ＣＰＵ
１１３ 第１モニタ部
１３ 第２演算処理部
１３１ 第２ＣＰＵ
１３３ 第２モニタ部
３ 開閉部
３１ モータドライバ
３１１ 電源
３２ モータ
５ 遮断カン
７１〜７６ センサ部
Ｓ１１、Ｓ１２ 動作正常信号
Ｓ２１、Ｓ２２ 動作異常信号
Ｓ３１、Ｓ３２ 正常判定信号
Ｓ４１、Ｓ４２ 異常判定信号
Ｓ５１、Ｓ５２ 動作信号
Ｓ６１１、６１２ 完了信号
Ｓ６２１、６２２ 異常停止信号
Ｓ７１〜Ｓ７６ 動作情報
Ｓ８１、Ｓ８２ 交換信号
Ｓ９１１、Ｓ９１２ 制御情報
Ｓ９２１、Ｓ９２２ 制御情報

Claims (3)

1. 開閉部と、当該開閉部の動作ごとに設けられる複数のセンサ部と、前記各動作の動作情報が送信される信号処理部とを備え、
   前記信号処理部は、少なくとも２つのセンサ部から送信された同一の前記動作の前記動作情報の比較結果が不一致となった場合には、前記動作に対応する部位を特定し、故障要因が許容可能な範囲か否かを判断する、遮断装置。
2. 請求項１に記載された遮断装置であって、
   前記信号処理部は、前記比較結果が不一致となったとき、不一致となった前記動作情報に応じて、前記開閉部の前記動作を再試行、又は、中止させる、遮断装置。
3. 請求項１又は２に記載された遮断装置であって、
   前記信号処理部は、前記部位が、
   （ｉ）故障要因が許容可能な範囲にある状態では、異常状態であると判断し、前記不一致となった前記動作情報に対応する前記動作を再試行させ、
   （ｉｉ）故障要因が許容可能な範囲にない状態では、故障状態であると判断し、前記不一致となった前記動作情報に対応する前記動作を中止させる、遮断装置。
   

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