JP6885559B2 - リレーのセルフチェックを行う制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、制御回路内に設置しているリレーのセルフチェックを行う制御装置に関するものである。

特許４５７２１６８号公報に記載があるように、ボイラなどの運転を制御する制御装置では、制御回路に複数のリレーを設置しておき、各リレーの接点を切り換えて電流が流れるルートを変更することで負荷装置の作動状態を制御している。このリレーは、電磁石及びバネの作用によって接触子を一方の接点から他方の接点に移動させることで回路の切り換えを行い、負荷装置への電力供給を制御するようにしているのであるが、まれに一方の接点で熱などによる溶着によって固着し、接点の切り換えが行えなくなることがある。この接点溶着が発生すると、制御側からの指令が負荷側に正しく伝わらなくなり、正しい制御を行うことができなくなる。

そのため制御装置では、燃焼準備など運転に影響しない時期に各リレーにおいて接点溶着などの異常が発生していないかの確認を行うセルフチェックを行い、異常発生が確認された時にはロックアウトして実運転に移行させず、異常が検出されなかった場合にのみ実運転に進むことができるようにしている。セルフチェックでは、負荷装置は作動しないようにした状態で制御回路に電流を流してリレーを動作させ、制御回路内に複数設定しているチェック箇所において、制御状態に応じた電流が流れることを確認することで行う。各動作状態を順に再現し、各状態において、電流が流れるべき箇所で電流が流れ、流れるべきでない箇所では電流が流れていないことが確認できると、正常であると判断することができ、想定していない電流が流れた場合や、想定していた電流が流れなかった場合には異常が発生していると判定する。

しかし上記のセルフチェックを行った際、リレーは正常に作動しているにもかかわらず、電流が流れるべきでない箇所に電流が流れ、そのためにリレーの溶着を誤って判定することがあった。

特許４５７２１６８号公報

本発明が解決しようとする課題は、制御回路内に電流を流してリレーの溶着をチェックするセルフチェック時に、制御回路のリレーは正常であっても想定外の電流の流れが発生し、リレーの異常を誤って判定することを防止することのできるリレーのセルフチェックを行う制御装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、負荷装置への電力供給を制御する複数個のリレーを持った制御回路に対し、負荷装置が作動しない条件下でリレーを動作させることで様々な回路状態となるようにし、制御回路内に流れる電流を制御回路内の複数箇所で検出してチェック信号の出力を行うようにしており、各回路状態においてチェック信号が所定のパターン通りに出力されているかを確認することによって、リレーが正常に動作しているかを判定するリレーのセルフチェックを行う制御装置において、前記のチェック信号による異常の判定に使用するために設定するパターンは、チェック信号が出力されるべき箇所、出力されるべきでない箇所に加え、出力があっても無視する箇所からなるパターンを設定していることを特徴とするリレーのセルフチェックを行う制御装置。

本発明を実施することで、セルフチェック時における異常判定の精度を向上させることができ、リレーは正常であるのに異常が発生しているとの誤った判定を行う可能性を低減することができる。

本発明の実施例での制御回路図 本発明の実施例での制御回路図であってチェック工程（２）での電流の流れ方の説明図 本発明の実施例での制御回路図であってチェック工程（３）での電流の流れ方の説明図 本発明の実施例での制御回路図であってチェック工程（４）での電流の流れ方の説明図 本発明の実施例での制御回路図であってチェック工程（５）での電流の流れ方の説明図 本発明の実施例でのリレー作動状況とチェック信号への通電状況を示したタイムチャート

本発明の一実施例を図面を用いて説明する。図１から図５は本発明の実施例での制御回路図であって各チェック工程での電流の流れ方の説明図、図６は本発明の実施例でのリレー作動状況とチェック信号への通電状況を示したタイムチャートである。

運転制御を行う装置としては、例えばボイラが考えられる。現代のボイラは、操作は運転スイッチのみで、以降の運転は運転制御装置によって自動で行い、異常が発生すると異常を検出して運転を停止するなどの対処を自動で行うようになっている自動制御のものが多くなっている。図１から図５に記載の制御回路図は、運転制御装置での一部の機能を抜き出した制御回路である。制御回路は負荷装置への電力供給を制御するものであり、負荷装置として点火装置１とパイロット弁２を記載している。点火装置１はＲ相とＳ相からの電力供給を受けて点火用の火花を発生するもの、パイロット弁２はＲ相とＳ相からの電力供給を受けて弁を開き、パイロットバーナへの燃料供給を行うものであり、それぞれＲ相およびＳ相の両方からの電力供給がある場合に作動する。

制御回路は、Ｒ相の入口側に常時開のリレーＫ１、Ｓ相の入口側にも常時開のリレーＫ２を設けている。リレーＫ１の二次側すぐの所にＲ相からの分岐点を設け、分岐させた所にチェック信号ＣＫ１の検出回路、リレーＫ２の二次側すぐの所にもＳ相からの分岐点を設けて分岐させた所にチェック信号ＣＫ２の検出回路を設ける。

制御回路は、Ｒ相側の回路には、点火装置１への通電を制御するリレーＩＧと、パイロット弁２への通電を制御するリレーＰＶをそれぞれ設ける。リレーＩＧは、負荷装置である点火装置１へ電流を流すルートと、点火装置１へは流さずにチェック信号ＣＫ３の検出回路へ電流を流すルートで切り換えるものであり、通常時はチェック信号ＣＫ３の検出回路側接点と繋がるようにしており、着火動作を行う場合にのみ点火装置１への通電を行う。リレーＰＶでは、リレーＰＶの二次側に負荷装置であるパイロット弁２とチェック信号ＣＫ４の検出回路を接続しており、通常時はリレーＰＶの接点は開いており、パイロット弁への通電を行う場合にはリレーＫ２の接点を閉じるようになっている。リレーＫ２の接点を閉じると、パイロット弁への通電が行われるとともに、チェック信号ＣＫ４の検出回路へも通電されるようになっている。

ボイラで燃焼を開始する場合、燃焼準備を行っている段階で各リレーの溶着を検査するセルフチェックを行う。セルフチェックでは、各リレーを順次作動させて様々な状態とし、各状態に応じたチェック信号が出力されるかを確認する。図１から図５に記載の制御回路図はリレーのセルフチェック実施中の電流の流れを記載したものであり、電流が流れる経路を太線で表している。図６はセルフチェック中の各リレーの状態とチェック信号の出力状態を表しており、リレーが作動していない状態では欄内を空白とし、リレーを作動させている状態では欄内に塗りつぶしの帯を記入するようにしている。

図６のチェック信号欄は、チェック信号が出力されるべき場合は枠内に塗りつぶしの帯を記入、チェック信号が出力されるべきではない場合は枠内を空欄とし、状況によってはチェック信号が出力される可能性がある場合は枠内に斜線の帯を記入している。セルフチェック時に、チェック信号が設定通り出力された場合、各リレーは正常に動作していると判断することができ、チェック信号の出力が設定とは異なるパターンで出力された場合には、制御回路に異常が発生していると判定する。チェック信号の出力は、出力されるべき所で出力され、出力されるべきでない所で出力されないことで場合に正常と判定することができるが、出力されるべき、出力されるべきでない、の２通りだけでなく、制御的には出力されないが漏れ電流が流れる可能性があるために出力があっても無視する箇所も設定し、上記３通りで設定しておく。

セルフチェックでの状態について説明する。図１は初期状態であり、リレーＫ１とリレーＫ２の両方で回路を開いており、制御回路内に電流が流れない状態となっている。この状態は初期状態であるとともにチェック工程（１）でもある。この場合は、制御回路内で電流は流れないため、リレーＫ１とリレーＫ２が正常であればチェック信号ＣＫ１〜ＣＫ４の出力はいずれも行われない。

この場合、全てのチェック信号は電流が流れるべきでない箇所となる。制御装置ではチェック信号の出力を確認し、設定通りいずれのチェック信号も出力されていなければセルフチェックの次の工程に移る。この場合において、リレーＫ１が溶着していると、Ｒ相側から制御回路内へ電流が流れ、チェック信号ＣＫ１の検出回路に電流が流れるためにチェック信号ＣＫ１の出力が発生する。同様にリレーＫ２が溶着していると、Ｓ相側から制御回路内へ電流が流れ、チェック信号ＣＫ２の検出回路に電流が流れるためにチェック信号ＣＫ２の出力が発生する。いずれかのチェック信号が出力されていると、異常が発生していることになり、異常が発生している状態では正常な制御は行えないため、セルフチェックを終了して制御はロックアウトする。

チェック工程（１）で異常が検出されなかった場合は次のチェック工程に進み、次のチェック工程（２）では、チェック工程（１）からリレーＫ２のみを閉じる操作を行っている。リレーＫ２を閉じると、Ｓ相側の回路が繋がるためにＳ相側の制御回路内には電流が流れ、チェック信号ＣＫ２が出力される。この時、Ｒ相のリレーＫ１は開いており、Ｒ相側から電流が流れることはないため、点火装置１やパイロット弁２へのＲ相からの電力供給はなく、これら負荷装置は作動しない。そしてＲ相側の制御回路に繋がっているチェック信号ＣＫ１・ＣＫ３・ＣＫ４では出力されない。

この場合、チェック信号ＣＫ２の検出回路は電流が流れるべき箇所、チェック信号ＣＫ１・ＣＫ３・ＣＫ４の検出回路は電流が流れるべきでない箇所であり、制御装置では設定通りの電流が流れているかを確認する。そして、チェック信号の出力パターンがチェック工程（２）の設定パターンとは異なっていた場合には異常発生の出力を行い、設定パターン通りの出力であった場合には、セルフチェックの次の工程に移る。

次のチェック工程（３）は、リレーＫ１のみを閉じる操作を行っている。チェック工程（２）で閉じていたリレーＫ２は開き、逆にリレーＫ１を閉じる操作を行うと、制御回路のＳ相側では流れていた電流が途切れ、制御回路のＲ相側では電流が流れる。リレーＫ１が正しく動作すると、チェック信号ＣＫ１の出力が行われ、またリレーＩＧは通常位置である点火装置ではない側の接点を閉じる位置にあると、チェック信号ＣＫ３が出力される。そしてリレーＰＶでは接点を開いているためチェック信号ＣＫ４は出力されない。

この場合、チェック信号ＣＫ１・ＣＫ３は電流が流れるべき箇所、チェック信号ＣＫ２・ＣＫ４は電流が流れるべきでない箇所であり、制御装置では設定通りの電流が流れているかを確認し、チェック信号の出力パターンがチェック工程（３）の設定パターンとは異なっていると異常発生の出力を行い、設定通りの出力であると次の工程に移る。

次のチェック工程（４）では、チェック工程（３）からリレーＩＧの接点を点火装置側とする操作を行っている。リレーＩＧの接点が点火装置側となると、Ｒ相側からの電流が点火装置へ流れるため、チェック信号ＣＫ３の出力は停止する。この場合、Ｒ相からの電流は点火装置１へ流れるが、Ｓ相側はリレーＫ２で途切れているためにＳ相からの点火装置への電流の流れはなく、点火装置１が作動することはない。そして回路的にはリレーＰＶは開いているため、チェック信号ＣＫ４に電流が流れることがなく、チェック信号ＣＫ４の出力は行われない。

しかし、Ｒ相から点火装置などの負荷装置へ電流を送った場合、点火装置内に流れた電流がＳ相側の回路へ流れ、Ｓ相側の回路を通ってパイロット弁２などに流れ、その後にパイロット弁のＲ相側の回路内に電流が回り込んで流れる漏れ電流が発生することがある。リレーＰＶは回路を開いているために本来ならチェック信号ＣＫ４に電流が流れることはないが、点火装置からＳ相の回路とパイロット弁を経由してＲ相側の回路内へ電流が流れ込む漏れ電流が発生した場合、図４で破線によって記載しているように、漏れ電流がチェック信号ＣＫ４の検出回路へ流れ、漏れ電流によってチェック信号ＣＫ４を出力することがあった。

この場合、制御上ではチェック信号ＣＫ４が出力されるのはリレーＰＶが接点を閉じた場合のみであるため、リレーＰＶの接点を閉じる操作を行っていないチェック工程（４）でチェック信号ＣＫ４が出力されるのは正しい結果ではない。しかし、上記のように漏れ電流が発生すると、制御回路上は問題なくてもチェック信号ＣＫ４の出力が行われるため、チェック信号ＣＫ４の出力が行われた場合は異常が発生したと判定するようにしておいたのでは、正しい判定が行えない。そのため、上記場合におけるチェック信号ＣＫ４は出力を無視するようにし、チェック信号ＣＫ４が出力されても異常が発生しているとの判定は行わないようにする。チェック工程（４）での設定パターンは、チェック信号ＣＫ１とＣＫ３は電流が流れるべき箇所、チェック信号ＣＫ２は電流が流れるべきではない箇所、チェック信号ＣＫ４は出力があっても無視する箇所となり、ここについては電流が流れても流れていなくても異常とはしないものとする。

次のチェック工程（５）では、リレーＩＧは点火装置には電流が流れない側の接点とし、リレーＰＶは接点を閉じる側とする操作を行っている。リレーＩＧで点火装置側ではない側の接点が閉じる位置になると、チェック信号ＣＫ３が出力される。そしてリレーＰＶの接点が閉じられると、Ｒ相側からの電流がチェック信号ＣＫ４へ流れるため、チェック信号ＣＫ４の出力が行われる。ここでは、チェック信号ＣＫ１・ＣＫ３・ＣＫ４は電流が流れるべき箇所、チェック信号ＣＫ２は電流が流れるべきではない箇所となる。

上記のように、複数のチェック工程を順次行って制御回路の異常を判定する際、チェック信号の出力は、出力されるべき箇所、出力されるべきでない箇所に加え、出力があっても無視する箇所を設定しておくことで、漏れ電流の発生によって回路的には異常が発生していない場合に誤って異常が発生していると判断してしまうことを防止することができる。

なお、本発明は以上説明した実施例に限定されるものではなく、多くの変形が本発明の技術的思想内で当分野において通常の知識を有する者により可能である。

１ 点火装置
２ パイロット弁
Ｋ１ リレーＫ１
Ｋ２ リレーＫ２
ＩＧ リレーＩＧ
ＰＶ リレーＰＶ

Claims (1)

1. 負荷装置への電力供給を制御する複数個のリレーを持った制御回路に対し、負荷装置が作動しない条件下でリレーを動作させることで様々な回路状態となるようにし、制御回路内に流れる電流を制御回路内の複数箇所で検出してチェック信号の出力を行うようにしており、各回路状態においてチェック信号が所定のパターン通りに出力されているかを確認することによって、リレーが正常に動作しているかを判定するリレーのセルフチェックを行う制御装置において、前記のチェック信号による異常の判定に使用するために設定するパターンは、チェック信号が出力されるべき箇所、出力されるべきでない箇所に加え、出力があっても無視する箇所からなるパターンを設定していることを特徴とするリレーのセルフチェックを行う制御装置。
   
   

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