JP7420656B2 - リレー出力制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道信号保安システムで用いられるリレー出力制御装置に関する。

鉄道において用いられる装置には、輸送の安全を確保するためフェールセーフ性が要求される。鉄道信号保安システムで用いられる、出力リレーを駆動してその接点を出力するリレー出力制御装置についても勿論である。この要求を満たすため、例えば、特許文献１に開示されたリレー出力制御装置（リレー出力装置）では、出力リレーの接点を入力して出力の合理性をチェックするとともに、出力リレーを復旧側に制御した状態において出力リレーの接点に直列接続した出力電源印加制御用スイッチを短時間オン制御して当該スイッチ素子の健全性をチェックする。これらのチェックにおいて故障と判定した場合には、出力リレーを復旧側に制御するとともにスイッチ素子を遮断側に制御して出力機能を停止することで、装置の安全性を図っている。

特許４４９４３１３号公報

しかしながら、上述の特許文献１のリレー出力制御装置においては、出力リレー駆動回路及び出力電源印加制御用スイッチ素子に同時に導通故障が発生した場合、危険側の出力となり得ることが分かった。

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、安全性を図ったリレー出力制御装置を提供すること、である。

上記課題を解決するための第１の発明は、
制御部（例えば、図１の制御部１０）と、
直流信号である前記制御部からのリレー制御信号によって制御される出力リレー（例えば、図１の出力リレーＯＵＴＲ）と、
前記出力リレーの接点を照査して前記制御部に接点照査信号を出力する照査入力回路（例えば、図１の照査入力回路２２）と、
交番信号である前記制御部からの正常信号を整流して直流信号である駆動信号を生成する整流駆動回路（例えば、図１の整流駆動回路２６）と、
前記駆動信号によって制御される正常リレー（例えば、図１の正常リレーＯＫＲ）と、
直流信号である前記制御部からの開閉制御信号によって開閉制御されるスイッチであって、前記正常リレーの接点を介して供給される出力電源の前記出力リレーの接点への供給を当該開閉制御によって行うスイッチ（例えば、図１のスイッチＳＷ２）と、
前記スイッチの開閉状態を検出して前記制御部に検出信号を出力するセンサ（例えば、図１のセンサ２４）と、
を備え、
前記制御部は、
前記接点照査信号および前記検出信号に基づいて故障判定を行い、故障でないと判定した場合に、前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力する、
リレー出力制御装置である。

第１の発明によれば、安全性を図ったリレー出力制御装置を実現することができる。つまり、制御部は、接点照査信号に基づいて出力リレーの駆動回路が故障であるかを判定するとともに、検出信号に基づいて出力リレーの接点に出力電源を供給するスイッチが故障であるかを判定する。これらの２つの判定がともに故障でないとの判定であるときに正常リレーを動作させる。これにより、例えば、出力リレーの駆動回路とスイッチとの同時の導通故障を判定することができ、安全性を図ったリレー出力制御装置とすることができる。

また、交番信号である正常信号を整流して正常リレーを動作させる直流信号である駆動信号を生成する。このため、故障判定により故障でないと判定したときにのみ正常リレーを動作させ、故障と判定したときに交番信号である正常信号を停止して正常リレーが動作することを防止でき、リレー出力制御装置の更なる安全性を図ることができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記出力リレーの接点に、前記出力リレーより動作時間および復旧時間が長い外部出力リレー（例えば、図１の外部出力リレーＯＵＴＰＲ）が外部接続されており、
前記制御部は、
前記出力リレーを動作させる際に、前記出力リレーの動作時間より短い周期で前記故障判定を繰り返し行い（例えば、図３のタイムチャート）、
前記出力リレーを復旧させる際に、前記出力リレーの復旧時間より短い周期で前記故障判定を繰り返し行う（例えば、図４のタイムチャート）、
リレー出力制御装置である。

第２の発明によれば、出力リレーの動作から外部出力リレーの動作まで、及び、出力リレーの復旧から外部出力リレーの復旧までに時間差が生じる。その時間差の間に故障判定を繰り返し行い、故障と判定した場合には正常リレーを動作させないことで外部出力リレーを動作させないようにすることができる。これにより、リレー出力制御装置の更なる安全性を図ることができる。

第３の発明は、第２の発明において、
前記制御部は、
前記出力リレーを動作させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の動作時判定条件（例えば、図６の真理値表）に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行い、
前記出力リレーを復旧させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の復旧時判定条件（例えば、図７の真理値表）に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行う、
リレー出力制御装置である。

第３の発明によれば、出力リレーを動作させる際には、スイッチが閉状態となって出力電源が出力リレーの接点に供給されているかを判定し、また、出力リレーを復旧させる際には、開状態となっているスイッチを短時間だけ閉状態として当該スイッチが導通故障となっていないかを判定する、といったことができる。なお、出力リレーを復旧状態とする際にスイッチを一時的に閉状態としても、出力リレーの動作時間より外部出力リレーの動作時間のほうが長いので、外部出力リレーは動作しない。

リレー出力制御装置の構成図。 リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。 リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。 リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。 故障判定に用いる真理値表の一例。 故障判定に用いる真理値表の一例。 故障判定に用いる真理値表の一例。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。

［装置の構成］
図１は、本実施形態のリレー出力制御装置１の構成図である。このリレー出力制御装置１は、鉄道信号保安システムに用いられ、外部入力される制御信号に応じて出力リレーＯＵＴＲを制御してその接点を外部出力する装置である。図１に示すように、リレー出力制御装置１は、制御部１０と、入出力部２０とを備える。

制御部１０は、フェールセーフコンピュータにより構成され、入出力部２０に対して、リレー制御信号ＯＵＴと、照査入力制御信号ＣＨＫと、開閉制御信号である出力電源印加制御信号ＯＰＷと、正常信号ＯＫとを出力し、入出力部２０から、接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳと、検出信号ＯＰＷＳとが入力される。

入出力部２０は、出力リレーＯＵＴＲと、正常リレーＯＫＲと、スイッチＳＷ１，ＳＷ２と、照査入力回路２２と、センサ２４と、整流駆動回路２６とを有する。

スイッチＳＷ１は、制御部１０からの直流信号であるリレー制御信号ＯＵＴによって開閉制御される直流信号用駆動スイッチである。スイッチＳＷ１には出力リレーＯＵＴＲが接続されており、スイッチＳＷ１の開閉状態に応じて駆動電源が遮断・供給されることで、出力リレーＯＵＴＲが制御部１０からのリレー制御信号ＯＵＴによって制御される。

照査入力回路２２は、制御部１０からの照査入力制御信号ＣＨＫによって出力リレーＯＵＴＲの接点を照査して接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳを制御部１０に出力する。つまり、照査入力制御信号ＣＨＫに同期して、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点（動作接点）が構成していることを照査する接点照査信号ＯＵＴＲＡＳと、Ｂ接点（復旧接点）が構成していることを照査する接点照査信号ＯＵＴＲＢＳとを出力する。

スイッチＳＷ２は、制御部１０からの直流信号である出力電源印加制御信号ＯＰＷによって開閉制御される直流信号用駆動スイッチである。スイッチＳＷ２には出力リレーＯＵＴＲのＡ接点（動作接点）が接続されている。出力電源印加制御信号ＯＰＷによるスイッチＳＷ２の開閉制御により、正常リレーＯＫＲのＡ接点を介して供給される出力電源が、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点へ遮断・供給（印加）される。

この出力リレーＯＵＴＲのＡ接点には、装置外部に設けられ、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点を介して外部出力される出力電圧によって制御される外部出力リレーＯＵＴＰＲが接続されている。また、外部出力リレーＯＵＴＰＲの動作時間及び復旧時間は、出力リレーＯＵＴＲの動作時間及び復旧時間より長く、例えば、出力リレーＯＵＴＲの約３倍程度である。なお、通常、リレーの復旧時間は動作時間に比較して数分の一程度と短いが、リレーの復旧時に発生するコイルの逆起電力の吸収回路を当該コイルに並列接続して設けることで復旧時間が延長し、動作時間と同程度とすることができる。このため、以下では、出力リレーＯＵＴＲ及び外部出力リレーＯＵＴＰＲそれぞれの動作時間及び復旧時間を包括して適宜「応答時間」という。

センサ２４は、スイッチＳＷ２の開閉状態を検出し、検出信号ＯＰＷＳを制御部１０に出力する。

整流駆動回路２６は、制御部１０からの交番信号である正常信号ＯＫを整流する交流信号用整流駆動回路であり、整流した信号を駆動信号として正常リレーＯＫＲに供給する。

［装置の動作］
制御部１０は、入出力部２０からの接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳ及び検出信号ＯＰＷＳに基づいて故障判定を行い、故障でないと判定した場合に、正常リレーＯＫＲを動作させる交番信号である正常信号ＯＫを出力する。つまり、リレー制御信号ＯＵＴ及び接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳそれぞれが示す出力リレーＯＵＴＲの接点の状態が一致するかの合理性の判定と、出力電源印加制御信号ＯＰＷ及び検出信号ＯＰＷＳそれぞれが示すスイッチＳＷ２の開閉状態が一致するかの合理性の判定とを故障判定として行う。２つの合理性の判定による故障判定により故障でない（正常）と判定したならば、正常信号ＯＫを交番信号として正常リレーＯＫＲを動作させる。故障と判定したならば、正常信号ＯＫをＬレベルの信号として正常リレーＯＫＲを復旧させるとともに、リレー制御信号ＯＵＴをＬレベルとして出力リレーＯＵＴＲを復旧させ、出力電源印加制御信号ＯＰＷをＬレベルとしてスイッチＳＷ２を開放させる。

図２～図４は、リレー出力制御装置１の動作を説明するタイムチャートである。図２は、本装置の電源立ち上げ時の全ての入出力データがクリアされて出力リレーＯＵＴＲが復旧状態である場合、図３は、出力リレーＯＵＴＲを図２の復旧状態から動作させる場合、図４は、出力リレーＯＵＴＲを図３の動作状態から復旧させる場合、のタイムチャートである。図２～図４のそれぞれにおいて、上から順に、リレー制御信号ＯＵＴ、出力リレーＯＵＴＲの状態、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点ＯＵＴＲＡの状態、このＡ接点ＯＵＴＲＡの接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ、出力リレーＯＵＴＲのＢ接点ＯＵＴＲＢの状態、このＢ接点ＯＵＴＲＢの接点照査信号ＯＵＴＲＢＳ、照査入力制御信号ＣＨＫ、出力電源印加制御信号ＯＰＷ、検出信号ＯＰＷＳ、正常信号ＯＫ、正常リレーＯＫＲの状態、外部出力リレーＯＵＴＰＲの状態、制御部１０から入出力部２０への信号の出力タイミング、入出力部２０から制御部１０への信号の入力タイミング、制御周期、を示している。また、各図とも、リレー出力制御装置１が故障でない（正常である）場合である。制御周期は、出力リレーＯＵＴＲの応答時間（動作時間及び復旧時間）ｔに相当する期間である。出力タイミング及び入力タイミングは、制御部１０の出力又は入力を行う動作タイミングであり、交互に到来するタイミングである。

制御部１０は、出力リレーＯＵＴＲの応答時間ｔである制御周期より短い周期で、図５～図７に一例を示す真理値表に従って、入出力部２０から入力される接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳ、検出信号ＯＰＷＳに基づく故障判定を繰り返し行う。つまり、各制御周期の各出力タイミングにおいて出力した、リレー制御信号ＯＵＴ、照査入力制御信号ＣＨＫ、及び、出力電源印加制御信号ＯＰＷの組み合わせに対応する接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳ、及び、検出信号ＯＰＷＳが、続く入力タイミングで入出力部２０から入力されたかによって、故障判定を行う。

また、図５～図７に一例を示す真理値表に従って、出力タイミング毎に、リレー制御信号ＯＵＴ、照査入力制御信号ＣＨＫ、及び、出力電源印加制御信号ＯＰＷの組み合わせを変えて繰り返すことで、故障判定を繰り返し行う。図５～図７に一例を示す真理値表では、各制御周期の各入力タイミングの直後となる故障判定の判定タイミングそれぞれに、判定結果が正常（故障でない）となる入出力データの真理値を定めている。真理値は、出力タイミングにおいて出力する各信号の論理値（信号のＨレベルに対応する「１」、Ｌレベルに対応する「０」）である出力データと、続く入力タイミングにおいて入力される各信号の論理値（「１」、「０」）である入力データとの組み合わせである。

具体的には、図２に示すように、電源立ち上げ直後は、リレー制御信号ＯＵＴは「０（Ｌレベル）」であり、出力リレーＯＵＴＲは復旧状態である。従って、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点（動作接点）ＯＵＴＲＡは構成されず（「０（Ｌレベル）」）、Ｂ接点（復旧接点）ＯＵＴＲＢが構成される（「１（Ｈレベル）」）。また、出力電源印加制御信号ＯＰＷは「０（Ｌレベル）」であり、スイッチＳＷ２が開状態とされて出力リレーＯＵＴＲのＡ接点に出力電源が印加されない。

この場合、制御部１０は、図５に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。すなわち、各制御周期において、最初の出力タイミング１で、出力リレーＯＵＴＲの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号ＣＨＫを「１（Ｈレベル）」とし、３回目の出力タイミング３で、スイッチＳＷ２の合理性を判定するために、出力電源印加制御信号ＯＰＷを「１（Ｈレベル）」とする。リレー制御信号ＯＵＴは、出力リレーＯＵＴＲを復旧状態にするので、常に「０（Ｌレベル）」である。

このように、制御周期において出力するリレー制御信号ＯＵＴ、照査入力制御信号ＣＨＫ、及び、出力電源印加制御信号ＯＰＷの値の組み合わせが異なる連続する４回の故障判定を行い、全てにおいて正常と判定したならば、次の出力タイミングで正常信号ＯＫとして交番信号を出力し、以降は継続して交番信号を出力する。この正常信号ＯＫである交番信号の出力から、正常リレーＯＫＲの応答時間に相当する時間ｔ後の第２周期において、正常リレーＯＫＲが動作状態に移行する。また、各制御周期の各タイミングにおける故障判定において、故障（正常でない）と判定したならば、その次の出力タイミングで、正常信号ＯＫとして交番信号の出力を停止する（「０（Ｌレベル）」を出力する）。

また、図３に示すように、出力リレーＯＵＴＲを図２の復旧状態から動作させる場合には、先ず、第１周期の最初の出力タイミング１において、リレー制御信号ＯＵＴを「０（Ｌレベル）」から「１（Ｈレベル）」に変化させる。次いで、出力タイミング３において、出力電源印加制御信号ＯＰＷを「０」から「１」に変化させて出力リレーＯＵＴＲのＡ接点に出力電源を供給（印加）する。これにより、出力リレーＯＵＴＲの応答時間に相当する時間ｔ後の第２周期において、出力リレーＯＵＴＲが動作し、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点（動作接点）が構成され、Ｂ接点（復旧接点）が構成されなくなる。その後、外部出力リレーＯＵＴＰＲの応答時間に相当する時間３ｔ後の第５周期において、外部出力リレーＯＵＴＰＲが動作する。なお、正常信号ＯＫとして交番信号の出力を継続しており、正常リレーＯＫＲは動作状態となっている。

この場合、各制御周期の各判定タイミングにおいて、図６に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。この図６に一例を示す真理値表は、出力リレーＯＵＴＲを動作させる際に、リレー制御信号ＯＵＴ及び出力電源印加制御信号ＯＰＷの組み合わせに対する接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳ及び検出信号ＯＰＷＳの合理性を判定するための動作時判定条件の一例である。すなわち、各制御周期の最初の出力タイミング１において、出力リレーＯＵＴＲの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号ＣＨＫを「１」とする。出力リレーＯＵＴＲを動作状態に制御するので、リレー制御信号ＯＵＴ及び出力電源印加制御信号ＯＰＷは、「１」に変化させた後は常に「１」である。このように、各制御周期の各タイミングにおいて、出力するリレー制御信号ＯＵＴ、照査入力制御信号ＣＨＫ、及び、出力電源印加制御信号ＯＰＷの値の組み合わせが異なる連続する故障判定を繰り返し行い、正常と判定したならば、正常信号ＯＫとして交番信号の出力を継続し、正常でない（故障）と判定したならば、交番信号の出力を停止する。

また、図４に示すように、出力リレーＯＵＴＲを図３に示す動作状態から復旧させる場合には、先ず、最初の出力タイミング１において、リレー制御信号ＯＵＴを「１」から「０」に変化させる。次いで、出力タイミング３において、出力電源印加制御信号ＯＰＷを、「１」から「０」に変化させて、出力リレーＯＵＴＲのＡ接点への出力電源の供給（印加）を遮断する。これにより、出力リレーＯＵＴＲの応答時間に相当する時間ｔ後の第２周期において、出力リレーＯＵＴＲが復旧し、出力リレーＯＵＴＲのＢ接点（復旧接点）が構成され、Ａ接点（動作接点）が構成されなくなる。そして、外部出力リレーＯＵＴＰＲの応答時間に相当する時間３ｔ後の第４周期において、外部出力リレーＯＵＴＰＲが復旧する。なお、正常信号ＯＫとして交番信号の出力を継続しており、正常リレーＯＫＲは動作状態となっている。

この場合、各制御周期の各判定タイミングにおいて、図７に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。この図７に一例を示す真理値表は、出力リレーＯＵＴＲを復旧させる際に、リレー制御信号ＯＵＴ及び出力電源印加制御信号ＯＰＷの組み合わせに対する接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳ及び検出信号ＯＰＷＳの合理性を判定するための復旧時判定条件の一例である。すなわち、各制御周期の最初の出力タイミング１において、出力リレーＯＵＴＲの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号ＣＨＫを「１」とする。また、出力リレーＯＵＴＲが復旧状態となった後の第３周期以降の各制御周期の３回目の出力タイミング３で、スイッチＳＷ２の合理性を判定するために、出力電源印加制御信号ＯＰＷを「１」とする。リレー制御信号ＯＵＴは、出力リレーＯＵＴＲを復旧状態に制御するので、常に「０」である。このように、各制御周期の各タイミングにおいて、出力するリレー制御信号ＯＵＴ、照査入力制御信号ＣＨＫ、及び、出力電源印加制御信号ＯＰＷの値の組み合わせが異なる連続する故障判定を繰り返し行い、正常と判定したならば、正常信号ＯＫとして交番信号の出力を継続し、正常でない（故障）と判定したならば、交番信号の出力を停止する。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、安全性を図ったリレー出力制御装置１を実現することができる。つまり、制御部１０は、接点照査信号ＯＵＴＲＡＳ，ＯＵＴＲＢＳに基づいて出力リレーＯＵＴＲの駆動回路であるスイッチＳＷ１が故障であるかを判定するとともに、検出信号ＯＰＷＳに基づいて出力リレーＯＵＴＲの接点に出力電源を供給するスイッチＳＷ２が故障であるかを判定する。この２つの判定がともに故障でないとの判定であるときに正常リレーＯＫＲを動作させることができる。これにより、例えば、スイッチＳＷ１，ＳＷ２の同時の導通故障といった故障を判定することができる。

また、交番信号である正常信号ＯＫを整流して正常リレーＯＫＲを動作させる直流信号である駆動信号を生成する。このため、故障判定により故障でないと判定したときにのみ正常リレーＯＫＲを動作させ、故障と判定したときに交番信号を停止して正常リレーＯＫＲが動作することを防止するので、リレー出力制御装置１の更なる安全性を図ることができる。

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。

１…リレー出力制御装置
１０…制御部
２０…入出力部
２２…照査入力回路
２４…センサ
２６…整流駆動回路
ＯＵＴＲ…出力リレー
ＯＫＲ…正常リレー
ＳＷ１，ＳＷ２…スイッチ
ＯＵＴＰＲ…外部出力リレー

Claims (2)

1. 制御部と、
   直流信号である前記制御部からのリレー制御信号に応じた動作又は復旧を、当該リレー制御信号の信号レベルの変化から第１の応答時間の経過後に行う出力リレーと、
   前記出力リレーの接点を照査して前記制御部に接点照査信号を出力する照査入力回路と、
   交番信号である前記制御部からの正常信号を整流して直流信号である駆動信号を生成する整流駆動回路と、
   前記駆動信号によって制御される正常リレーと、
   直流信号である前記制御部からの開閉制御信号によって開閉制御されるスイッチであって、前記正常リレーの接点を介して供給される出力電源の前記出力リレーの接点への供給を当該開閉制御によって行うスイッチと、
   前記スイッチの開閉状態を検出して前記制御部に検出信号を出力するセンサと、
   を備え、
   前記出力リレーの接点に、当該接点から出力される前記出力電源に応じて動作又は復旧を行う時間が前記第１の応答時間より長い第２の応答時間である外部出力リレーが外部接続されており、
   前記制御部は、
   前記リレー制御信号について前記出力リレーを動作させる信号レベルとした後、前記接点照査信号および前記検出信号に基づく故障判定を前記第１の応答時間より短い周期で行い、故障でないと判定した場合には前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力し、故障と判定した場合には前記正常信号を出力せず、且つ、前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルとし、
   前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルとした後、前記故障判定を前記第１の応答時間より短い周期で行い、故障でないと判定した場合には前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力し、故障と判定した場合には前記正常信号を出力せず、且つ、前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルのままとする、
   リレー出力制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記出力リレーを動作させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の動作時判定条件に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行い、
   前記出力リレーを復旧させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の復旧時判定条件に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行う、
   請求項１に記載のリレー出力制御装置。

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