JP7411482B2 - リレー装置 - Google Patents

Description

本発明は、機械的接点を有するリレーを交換可能に備えるリレー装置に関する。

機械的接点を有するリレー（継電器）は各種の機器において使用されており、機械的接点が開放状態にあれば電力供給を確実に遮断できるというその特徴から、ロボットコントローラなどにおいて主電源の開閉や遮断に使用されている。しかしながら機械的接点を有するリレーは接点の摩耗などに起因して寿命を有し、開閉動作を所定の回数を行ったときや駆動時間が所定の時間に達したときに交換する必要がある。そのため、リレーによる開閉動作の回数や駆動時間を管理し、リレーの動作寿命を推定する必要がある。リレーにおける開閉動作の回数などを管理する技術として、特許文献１は、リレーを制御する制御ユニットの内部に、リレーの開閉回数を計数するとともに予め定めた推定寿命値にその計数値が達したときに検出信号を出力するカウント手段を設けることを開示している。同様に特許文献２は、リレー接点の開閉回数を計数するカウンタ手段と、リレー接点に流れる電流，接点に印加される電圧を測定する電流電圧測定手段と、測定した電流電圧の値に基づいてリレーの寿命に関するデータを補正する寿命データ補正手段と、カウンタ手段からのカウント値と寿命データ補正手段で補正された補正値を入力し、カウント値を補正し補正後のリレー接点の回数データが所定値に達したらリレーを交換することを指示する信号を出力する寿命回数推定演算手段と、を設けたリレー装置を開示している。

特開平１－２５５００３号公報 実開平５－１１２７７号公報

機械的接点を有するリレーの交換時期などを知るための技術として特許文献１、２に記載される技術があるが、これらの技術では、リレーを交換した場合にはリレーの開閉動作の回数の計数値（カウント値）をリセットする必要があり、リセット動作を忘れた場合にはリレーの交換時期を正しく知ることができなくなる。特に、既に中途まで使用されているリレーに交換した場合には、計数値が真の開閉動作の回数を表さないこととなるので、交換後のリレーの正確な寿命推定を行うことができなくなり交換時期を判定することができなくなる。

本発明の目的は、リレーを交換するときにおける計数値のリセット作業を不要とし、中途まで使用されているリレーに交換した場合であっても交換時期などの判定を行うことができるリレー装置を提供することにある。

本発明のリレー装置は、機械的接点を有するリレーを備えたリレー装置であって、リレーを搭載し、リレーを搭載した状態で交換可能なリレー実装基板と、リレー実装基板に取り付けられた不揮発性メモリと、リレー実装基板から分離して設けられ、リレーに関する情報を不揮発性メモリに書き込む制御手段と、を有する。

本発明のリレー装置では、着脱などによって交換可能なリレー実装基板にリレーを搭載するとともに、リレー実装基板に不揮発性メモリを設けている。その結果、例えば計数値などのリレーに固有の情報をそのリレーと同じリレー実装基板に搭載されている不揮発性メモリに格納し、リレー実装基板ごとリレーを交換することとすれば、リレーの交換時にリセット作業を行う必要がなくなる。また、中途まで使用したリレーに交換する場合であっても、それまでのリレーの動作履歴が不揮発性メモリに格納されていれば、交換時期などの判定を行うことができるようになる。

本発明のリレー装置では、不揮発性メモリに書き込まれる情報には、リレーの寿命に関連した保全データが含まれるようにすることが好ましい。保全データとしては、例えば、リレーの接点の開閉回数やリレーの動作させた駆動時間などが含まれる。リレーにおいて発生した障害に関する情報（例えば障害に対応するエラーコードなど）も保全データとして不揮発性メモリに書き込んでよい。保全データが不揮発性メモリに書き込まれていれば、リレーの交換時期を正確に判定することが可能になる。この場合、制御手段は、不揮発性メモリから保全データを読み出し、保全データを不揮発性メモリに前回書き込んだときからのリレーの動作状況に応じて保全データを更新して不揮発性メモリに書き込むことが好ましい。このように保全データが更新されて不揮発性メモリに格納されていれば、より正確にリレーの交換時期を判定することができる。

更新された保全データが不揮発性メモリに格納される場合、制御手段は、不揮発性メモリから読み出した保全データに基づき、リレーの交換時期に関するアラームを出力してもよい。アラームを出力することにより、利用者はリレーの交換時期に至ったことを容易に認識できるようになる。

本発明のリレー装置では、リレーの個体を識別する情報が不揮発性メモリに格納されていてもよい。リレーの個体を識別する情報とは、例えば、リレーの型式に関する情報、リレーの製造番号やロット番号などの情報が挙げられる。リレーの個体を識別する情報も併用することによって、リレーに障害が生じたときの障害解析や故障要因の判定などを容易に行うことができるようになる。

本発明のリレー装置は、リレー実装基板が接続可能に設けられた上位装置を備え、上位装置にはリレーを駆動するリレー駆動回路と前述の制御手段とが設けられるようにしてもよい。上位装置は交換する必要がないので、リレー装置を何らかの機器に組み込んで使用する場合には、その機器に上位装置を固定して配置することができる。リレー駆動回路と制御手段とをまとめて上位装置に設けることにより、制御手段がリレーの動作状況を取得するための構成を簡素化することができ、リレー装置が組み込まれた機器自体の制御をリレー装置の制御手段が実行するように構成することもできる。

本発明のリレー装置において、リレーは例えば電源遮断用のリレーである。電源遮断用のリレーは、安全上の理由によって機械的接点により電源を確実に遮断したい場所に設けられるリレーである。このようなリレーに対して本発明を適用することにより、安全上重要なリレーの交換時期などを確実に把握することが可能になって、リレーを組み込んだ機器の安全性がさらに向上する。

本発明のリレー装置では、リレー実装基板に電解コンデンサが搭載され、制御手段は電解コンデンサの寿命に関連する情報を不揮発性メモリに書き込むようにしてもよい。電解コンデンサはその電解液の消失に伴って寿命を有する部品であり、特に電力系統に用いられる電解コンデンサは、寿命管理を行って必要に応じて交換することが求められる部品である。交換可能なリレー実装基板に電解コンデンサを搭載し、電解コンデンサの寿命に関する情報をリレー実装基板上の不揮発性メモリに書き込むことにより、電解コンデンサの交換時期なども的確に判定することができるようになる。電解コンデンサの寿命に関する情報としては、動作時間（電解コンデンサへの電圧の印加時間）などが挙げられる。

本発明によれば、リレーを交換するときにおける計数値のリセット作業を不要とし、中途まで使用されているリレーに交換した場合であっても交換時期などの判定を行うことができるリレー装置が得られる。

本発明の第１の実施形態のリレー装置を組み込んだロボットコントローラの構成を示すブロック図である。 リレー装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態のリレー装置を組み込んだロボットコントローラの構成を示すブロック図である。

次に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。本発明に基づくリレー装置は、機械的接点を有するリレーを備えるとともに当該リレーの交換が必要である機器において使用されるものである。以下の説明においては、産業用ロボットの制御を行うロボットコントローラに本発明に基づくリレー装置が組み込まれているものとする。

［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態のリレー装置を組み込んだロボットコントローラ１０を示している。ロボットコントローラ１０は、一次電源回路から電力の供給を受け、ロボットの各軸のモータ５０の駆動と制御を行うものである。ロボットコントローラ１０には、モータ５０を駆動するための電力を一次電源回路から供給される電力から生成するモータ主電源回路４０が設けられており、モータ主電源回路４０の出力側には、ロボット軸ごとにその軸のモータ５０を駆動するドライバ４１が設けられている。ドライバ４１は、ロボットに対する指令に基づき、対応する軸のモータ５０をサーボ制御により駆動する。ロボットでは、安全上の理由から、機械的接点を用いてモータ５０に対する電源供給を確実に遮断できることが求められている。そこでロボットコントローラ１０では、モータ主電源回路４０の入力側において、機械的接点を有し非駆動時には開状態となるリレー２１により、一次電源回路からの電力供給を遮断できるようにしている。

リレー２１は、その接点の開閉回数や駆動時間が所定の値を超えたときに交換を要する部品である。そこで本実施形態では、ロボットコントローラ１０の本体に対して着脱可能なリレー実装基板２０にリレー２１を取り付け、リレー２１の交換時期が到来したらリレー実装基板２０ごとリレー２１を交換できるようにしている。交換のためにリレー実装基板２０を着脱可能とするために、リレー実装基板２０はコネクタ２３～２５を介してロボットコントローラ１０の本体に取り付けられている。コネクタ２３～２５による接続を解除することで、ロボットコントローラ１０の本体からリレー実装基板２０を取り外すことができる。コネクタ２３～２５の代わりに端子台を用いてもよい。一次電源回路からの配線はコネクタ２３を介してリレー２１に接続し、モータ主電源回路４０への配線はコネクタ２４を介してリレー２１に接続している。リレー実装基板２０には、不揮発性メモリとしてＥＥＰＲＯＭ（電気的消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ）２２も設けられている。ＥＥＰＲＯＭ以外の不揮発性メモリを使用することも可能である。後述するように、ＥＥＰＲＯＭ２２は、リレー２１に関する情報を格納するために設けられている。

ロボットコントローラ１０では、交換可能なリレー実装基板２０からは分離して、リレー２１を駆動するリレー駆動回路３１とリレー２１の寿命管理を行うためのＭＰＵ（マイクロプロセッサ）３２とを搭載した制御基板３０が設けられている。本実施形態のリレー装置は、リレー実装基板２０と制御基板３０とこれらを電気的に接続する信号線３３及びデータバス３４とによって構成されている。信号線３３及びデータバス３４は、コネクタ２５を介してリレー実装基板２０に接続する。リレー駆動回路３１は、信号線３３を介してリレー２１のソレノイドを駆動する。ＭＰＵ３２は、リレー装置における制御手段であって、データバス３４を介してＥＥＰＲＯＭ２２に接続してＥＥＰＲＯＭ２２に対してデータの読み書きを行う。ＭＰＵ３２は、ロボットコントローラにおける制御部としてドライバ４１などを制御するものであってよく、その場合、リレー駆動回路３１を介してリレー２１を駆動してもよい。また、リレー駆動回路３１によるリレー２１の駆動状態に関する情報が、リレー駆動回路３１からＭＰＵ３２に供給される。

次に、ＭＰＵ３２によるＥＥＰＲＯＭ２２への情報の書き込みについて説明する。ＭＰＵ３２がＥＥＰＲＯＭ２２に書き込む情報はリレー２１に関する情報であるが、特に、リレー２１の寿命に関連した情報である保全データである。保全データには、例えば、リレー２１の接点の開閉回数やリレー２１を動作させた駆動時間が含まれる。エラーコードなど不具合の発生に関する履歴情報などの情報が保全データに含まれていてもよい。保全データのうち開閉回数や駆動時間の値はリレー２１を動作させるごとに増加するから、ひとたびそれらの保全データをＥＥＰＲＯＭ２２に書き込んだとしても、リレーの動作状況に応じて保全データを随時更新する必要がある。ＭＰＵ３２は、ＥＥＰＲＯＭ２２から保全データを読み出して更新し、再度、保全データをＥＥＰＲＯＭ２２に書き込む。保全データの更新に必要な情報は、ＭＰＵ３２がリレー駆動回路３１を制御する場合にはＭＰＵ３２自体が保持しており、ＭＰＵ３２がリレー駆動回路３１を制御しない場合には、ＭＰＵ３２がリレー駆動回路３１から取得する。そして本実施形態では、ＥＥＰＲＯＭ２２から読み出した保全データに応じて、ＭＰＵ３２は、リレー２１の交換時期を示すアラームを出力する。図２は、ＭＰＵ３２の動作を示すフローチャートである。

まずステップ１０１においてモータ主電源回路４０がオン（ＯＮ）に制御されると、ＭＰＵ３２は、ステップ１０２において、ＥＥＰＲＯＭ２２から保全データを含むデータを読み込む。そしてＭＰＵ３２は、ステップ１０３において、読み出された駆動時間が規定時間以内かどうかを判定し、規定時間以内であればステップ１０５の処理を実行し、規定時間以内でない場合すなわち規定時間を超過している場合にはステップ１０４においてアラームを出力してからステップ１０５の処理を実行する。ステップ１０５においてＭＰＵ３２は、読み出された開閉回数が規定回数以内であるかどうかを判定し、規定回数以内であればステップ１０７の処理を実行し、規定回数以内でない場合すなわち規定回数を超過している場合にはステップ１０６においてアラームを出力してからステップ１０７の処理を実行する。ステップ１０７においてＭＰＵ３２は、モータ主電源回路４０がオフ（ＯＦＦ）に制御されたかを判定し、オフに制御されるまで処理を待ち合わせる。モータ主電源回路４０がオフに制御されたらＭＰＵ３２は、ステップ１０８において、保全データを前回書き込んだときからのリレー２１の動作状況に応じて保全データ（特に開閉回数と駆動時間）を更新し、更新後の保全データをＥＥＰＲＯＭ２２に書き込む。モータ主電源回路４０がオフになっている期間は、通常、リレー２１は動作していないので、ステップ１０１を実行したときからのリレー２１の動作状況を、保全データを前回書き込んだときからのリレー２１の動作状況とみなすことができる。

規定時間及び規定回数のデータは予めＭＰＵ３２側に持たせておいてもよいが、規定時間及び規定回数はリレー２１の型式や品番ごとに異なることが予想されるので、予めＥＥＰＲＯＭ２２に規定時間及び規定回数のデータを格納しておき、ステップ１０２において保全データを読み込むときに同時にＥＥＰＲＯＭ２２から規定時間及び規定回数のデータをＭＰＵ３２に読み込むこともできる。リレー２１に紐付けられて設けられているＥＥＰＲＯＭ２２に規定時間及び規定回数のデータを格納しておくことにより、リレー２１の型式や品番ごとの規定時間及び規定回数のデータをＭＰＵ３２側に用意しておくことなく、異なる型式や品番のリレー２１への交換にも対応できるようになる。

以上説明した本実施形態のリレー装置によれば、リレー２１とＥＥＰＲＯＭ２２とを同一のリレー実装基板２０に搭載するので、リレー実装基板２０ごとリレー２１を交換することが可能になって装置の保守性が高まり、さらに、リレー２１の交換時にリレー２１の開閉回数や駆動時間などのリセット処理を行うことが不要となって、迅速な交換が可能となる。交換時期に達したリレーを中途まで使用したリレー２１に交換する場合であっても、交換後のリレー実装基板２０には交換後のリレー２１の保全データを格納したＥＥＰＲＯＭ２２も搭載されており、交換後、モータ主電源回路４０をオンにするタイミングでその保全データを読み出すので、交換後のリレー２１における実際の開閉回数や駆動時間に応じた寿命管理を継続して行うことができ、正確にリレー２１の交換時期を知ることができるようになる。さらに、リレー２１が障害が発生した場合、そのリレー２１の保全データがＥＥＰＲＯＭ２２に格納されているので、リレー実装基板２０を取り外してＥＥＰＲＯＭ２２から保全データを吸い上げることで、上位装置である制御基板３０を用いることなく、障害解析を行うことができ、リレー２１の障害に伴うダウンタイムを短縮することができる。なお、上記ではリレー２１の駆動時間と開閉回数の両方を保全データとしてＥＥＰＲＯＭ２２に書き込んでいるが、駆動時間と開閉回数の一方を保全データとしてＥＥＰＲＯＭ２２への書き込みや交換時期を知らせるアラームの出力のために用いてもよい。

［第２の実施形態］
ロボットコントローラなどの機器に組み込まれる部品であって寿命管理を行って適時に交換を行う必要がある部品としては、機械的接点を有するリレー以外にも、例えば整流回路などにおいてダイオードブリッジの直流出力側に設けられる電解コンデンサが挙げられる。第２の実施形態では、電源遮断用のリレーのほかに、整流回路に組み込まれる電解コンデンサについても寿命管理を行う。図３は、本発明の第２の実施形態のリレー装置を組み込んだロボットコントローラ１０の構成を示している。

図３に示すロボットコントローラ１０は、図１に示したものと同様のものであるが、一次電源回路として交流電源６０を使用し、リレー実装基板２０において交流電源６０からの交流電力を直流電力に整流してモータ主電源回路４０に供給するようにしている点で図１に示したものと異なっている。リレー実装基板２０では、交流電源６０からの交流電力を遮断できるようにリレー２１が設けられており、リレー２１の出力側にはダイオードブリッジ２６が設けられて交流電力が供給されている。ダイオードブリッジ２６の直流出力には電解コンデンサ２７が接続している。ダイオードブリッジ２６から出力されて電解コンデンサ２７によって平滑された直流電力は、コネクタ２４を介してモータ主電源回路４０に供給される。

制御基板３０に搭載されているＭＰＵ３２は、リレー２１の保全データだけでなく、電解コンデンサ２７の寿命に関する情報、例えば電解コンデンサ２７の動作時間についての情報をＥＥＰＲＯＭ２２に書き込む。そして電解コンデンサ２７の動作時間が予め定めた時間を超えたときには、ＭＰＵ３２はアラームを出力する。より具体的には、図２に示すフローチャートにおいてＥＥＰＲＯＭ２２から保全データを読み出すとき（ステップ１０２）に、ＭＰＵ３２は、電解コンデンサ２７の動作時間に関する情報も読み出し、この動作時間が予め定めた時間を超えたときにはアラームを出力する。そして、ステップ１０８において保全データをＥＥＰＲＯＭ２２に書き込むときに、ＭＰＵ３２は、ステップ１０８を前回実行したときあるいはステップ１０１を今回実行したときからの電解コンデンサ２７の動作状況に応じて電解コンデンサ２７の動作時間を更新し、更新後の動作時間の情報をＥＥＰＲＯＭ２２に書き込む。

以上説明した第２の実施形態によれば、電解コンデンサ２７についてその動作時間に基づいて寿命管理を行うことができ、電解コンデンサ２７を適時に交換することができるようになる。電解コンデンサ２７の交換は、リレー実装基板２０ごと行うことができる。

［その他の実施形態］
以上、本発明に基づくリレー装置について説明したが、本発明に基づくリレー装置では、ＥＥＰＲＯＭ２２には、リレー２１に関する情報であって保全データ以外の情報を格納することもできる。そのような情報の一例として、リレー２１の個体を識別する情報、例えば、リレーの型式に関する情報、リレーの製造番号やロット番号などの情報が挙げられる。リレー２１に障害が発生したときにＥＥＰＲＯＭ２２から保全データとともにリレー２１の個体を識別する情報を読み出すことにより、リレー２１の障害要因や障害の発生傾向についての解析をより適切に行うことが可能になり、また、障害要因の特定などのための統計的処理も容易に行えるようになる。さらにＥＥＰＲＯＭ２２には、リレー実装基板２０を識別する情報やリレー実装基板２０の履歴に関する情報を格納してもよい。リレー実装基板２０に関する情報をＥＥＰＲＯＭ２２に格納すれば、そのＥＥＰＲＯＭ２２が搭載されているリレー実装基板２０自体の履歴管理を行うことが可能になり、リレー実装基板２０を取り外してＥＥＰＲＯＭ２２から情報を読み出すことで、リレー実装基板２０に関連した障害の解析が容易になる。

上述の第１の実施形態において、リレー２１の駆動時間と開閉回数についての規定時間と規定回数をＥＥＰＲＯＭ２２に格納してもよい、と説明したが、ＥＥＰＲＯＭ２２には、リレー２１を含めてリレー実装基板２０を駆動するために用いるハードウェアパラメータをＥＥＰＲＯＭ２２に格納してもよい。ハードウェアパラメータには、例えば、リレー２１を開閉するときの遅延時間の設定に関するものがある。ハードウェアパラメータをＥＥＰＲＯＭ２２に格納しておけば、リレー実装基板２０に対する上位装置である制御基板３０の側でハードウェアパラメータを予め保持しておくことなく、制御基板３０からリレー実装基板２０を駆動し制御することが可能となる。

１０…ロボットコントローラ；２０…リレー実装基板；２１…リレー；２２…ＥＥＰＲＯＭ；２３～２５…コネクタ；２６…ダイオードブリッジ；２７…電解コンデンサ；３０…制御基板；３１…リレー駆動回路；３２…ＭＰＵ；３３…信号線；３４…データバス；４０…モータ主電源回路；４１…ドライバ；５０…モータ；６０…交流電源。

Claims (8)

1. 機械的接点を有するリレーを備えたリレー装置であって、
   前記リレーを搭載し、前記リレーを搭載した状態で交換可能なリレー実装基板と、
   前記リレー実装基板に取り付けられた不揮発性メモリと、
   前記リレー実装基板から分離して設けられ、前記リレーに関する情報を前記不揮発性メモリに書き込む制御手段と、
   を有するリレー装置。
2. 前記リレーに関する情報は、前記リレーの寿命に関連する保全データを含む、請求項１に記載のリレー装置。
3. 前記制御手段は、前記不揮発性メモリから前記保全データを読み出し、前記保全データを前記不揮発性メモリに前回書き込んだときからの前記リレーの動作状況に応じて前記保全データを更新して前記不揮発性メモリに書き込む、請求項２に記載のリレー装置。
4. 前記制御手段は、前記保全データに基づき、前記リレーの交換時期に関するアラームを出力する、請求項３に記載のリレー装置。
5. 前記リレーの個体を識別する情報が前記不揮発性メモリに格納されている、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のリレー装置。
6. 前記リレー実装基板が接続可能に設けられた上位装置をさらに有し、
   前記上位装置は、前記リレーを駆動するリレー駆動回路と前記制御手段とを備える、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のリレー装置。
7. 前記リレーは電源遮断用のリレーである、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のリレー装置。
8. 前記リレー実装基板に電解コンデンサが搭載され、
   前記制御手段は前記電解コンデンサの寿命に関連する情報を前記不揮発性メモリに書き込む、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のリレー装置。
   

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