JPH064415B2 - 鉄道信号用出力リレーの駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鉄道の信号保安システム等においてフェイル
セーフな出力回路として用いられる鉄道信号用出力リレ
ーの駆動回路に関する。

従来の技術 鉄道の信号保安システム等においては輸送の安全を確保
するため、使用する回路、装置等には本質的にフェイル
セーフ性が要求される。このことは、これらシステムの
最終的な出力回路として用いられる出力リレーの駆動回
路においても例外ではない。従来、このようなフェイル
セーフを要求されるシステムに用いる出力リレーの駆動
回路としては、第６図に示すような交番信号を利用した
ものが一般的である。

すなわち、第６図に示すように、出力リレーの動作信号
として交番信号を採用し、この交番信号をトランジスタ
５１で増幅した後、トランク５２を介して整流回路５３
へ中継し、整流回路５３で得られた直流出力によって出
力リレー５４をＯＮ，ＯＦＦ制御するよう構成したもの
である。このように構成すると、トランジスタ５１、ト
ランス５２、整流回路５３等の回路素子が短絡故障ある
いは断線故障してもいずれの場合でも出力リレー５４は
安全側（復旧）に作動し、出力リレーの駆動回路のフェ
イルセーフが達成されるものである。

発明が解決しようとする問題点 第６図のように交番信号を用いて回路を構成した場合、
トランス５２を必要とするために回路をある程度以上に
小型化することが困難である。さらに、現在の高度化し
たシステムにおいては中央処理装置としてマイクロコン
ピュータを用いることが多く、マイクロコンピュータに
より多数の系統の多数の出力回路を集中制御するとなる
と、交番信号の作成処理および各出力回路の制御処理に
多くの処理時間をとられてしまい、接続可能な出力回路
数に限界を生ずるという問題があった。

本発明は上記事情に基づき発明されたもので、交番信号
を用いることなしに直流信号のみによって出力リレーを
制御しうるフェイルセーフな出力リレーの駆動回路を提
供するものである。

問題点を解決するための手段 本発明は、上記問題を解決するために第１図に示すごと
き回路構成を採用したものである。すなわち、第１の開
閉回路３と、第２の開閉回路４と、センサ８とを有する
鉄道信号用出力リレーの駆動回路であって、第１の開閉
回路３は、入力端子９と、出力端子５と、電源端子１と
が設けられ、入力端子９が第１の直流制御信号Ｓ１を入
力し、電源端子１が直流電源の一方の極に、出力端子５
が出力リレー７の一方の端子に、それぞれ接続され、第
１の直流制御信号Ｓ１により開閉制御され、第２の開閉
回路４は、入力端子１０と、出力端子６と、電源端子２
とが設けられ、入力端子１０が第２の直流制御信号Ｓ２
を入力し、電源端子２が直流電源の他方の極に、出力端
子６が出力リレー７の他方の端子に、それぞれ接続さ
れ、第２の直流制御信号Ｓ２により開閉制御され、セン
サ８は、第１端子と、第２端子と、チェック端子１３と
が設けられ、第１端子が第１の開閉回路３の出力端子５
に、第２端子が第２の開閉回路４の出力端子６に、それ
ぞれ接続され、両出力端子５，６間の電位状態を監視し
て、チェック端子１３がチェック信号ＣＳを出力し、第
１の直流制御信号Ｓ１と、第２の直流制御信号Ｓ２とが
同時に入力されたときにのみ、第１の開閉回路３および
第２の開閉回路４を介して出力リレー７が開閉制御さ
れ、第１の直流制御信号Ｓ１と第２の直流制御信号Ｓ２
との印加状態の組合せとチェック信号ＣＳの状態とを監
視することにより故障発生が検知可能である鉄道信号用
出力リレーの駆動回路としたものである。

作用 第１図の回路で入力端子９，１０に直流制御信号Ｓ１，
Ｓ２が同時の与えられると、第１の開閉回路３のフォト
カプラ１１と、第２の開閉回路４のフォトカプラ１２が
それぞれ発光し、両開閉回路３，４のそれぞれのトラン
ジスタ２５，２６が導通する。このため、電源端子１、
第１の開閉回路３、出力リレー７、第２の開閉回路４、
電源端子２の経路で直流電流が流れ、出力リレー７が動
作する。他方、直流制御信号Ｓ１，Ｓ２が与えられてい
ない時、あるいはいずれか一方のみが与えられていると
きには、開閉回路３，４の両方がＯＦＦまたは一方がＯ
ＦＦとなるため、出力リレー７は動作できない。従っ
て、出力リレー７は直流制御信号Ｓ１，Ｓ２が同時に与
えられたとき、すなわち開閉回路３，４のＡＮＤ動作に
よってＯＮ，ＯＦＦ制御される。この結果、開閉回路３
または４のいずれか一方が故障（特に短絡故障）しても
出力リレー７が動作することがなくなり、回路故障に対
するフェイルセーフが達成される。

さらに、センサ８は出力端子５，６の電位状態を常時監
視し、これをチェック端子１３にチェック信号ＣＳとし
て出力する。従って、チェック信号ＣＳの状態と直流制
御信号Ｓ１，Ｓ２の印加状態とを組合せて外部で監視す
れば、回路の故障発生を直ちに検知することが可能とな
り、２つの開閉回路３，４が同時に短絡故障したような
場合でも直ちに電源の遮断等を行なうことにより回路的
に完全なフェイルセーフを実現することができる。

このチェック信号ＣＳを用いた故障監視は、本発明回路
をマイクロコンピュータにより制御する場合に特に大き
な威力を発揮する。

なお、上述した第１図の出力リレーの駆動回路における
フォトカプラ１１，１２は入出力間の電気的絶縁のため
挿入したもので、回路構成上必要不可欠なものではな
い。また、本発明に用いる開閉回路３，４としては図示
のトランジスタ２５，２６に限らないのであって、これ
と同等の作用をなす半導体素子であれば置換可能なこと
は自明であろう。

実施例 第２図に本発明になる出力リレーの直流駆動回路をマイ
クロコンピュータにより制御する場合の１実施例を示
す。図中、第１図と同一符号は同一回路あるいは部材を
示すものである。なお、第２図例の場合、センサ８とし
てはフォトカプラを用いた。

マイクロコンピュータを用いて制御する場合、本発明に
なる出力リレーの駆動回路は必要とする出力数に応じた
数だけ並設され、これらをマイクロコンピュータにより
集中制御するのが普通である。従って、マイクロコンピ
ュータと本発明回路との間には、図示するごとく、アド
レスバスＷＡＤ０〜３を通じて送られてくるＯＮ・ＯＦ
Ｆ制御対象回路を指定するためのアドレス信号を解読す
るアドレスデコーダ（ＤＥＣ）１４，１５、データバス
ＤＢ０〜ＤＢ７を通じて送られてくる出力リレーＯＮま
たはＯＦＦのためのデータ信号をアドレスレコーダ１
４，１５のアドレス指定に従って読み込む出力レジスタ
１６，１７、出力レジスタ１６，１７の出力する直流制
御信号Ｓ１，Ｓ２を入力端子９，１０に送るインバータ
回路１８，１９、センサたるフォトカプラ８の出力する
チェック信号ＣＳをマイクロコンピュータへ送る選択回
路２０、直流制御信号Ｓ１，Ｓ２の出力状態を監視する
ための排他的ＯＲ回路（以下「ＸＯＲ」と略称）２１、
その選択回路２２、アドレスバスＲＡＤ０〜３を通じて
送られてくるデータ読出し対象回路を指定するアドレス
信号を解読するアドレスデコーダ（ＤＥＣ）２３，２４
等が設けられている。

上記構成において、まず最初に出力リレー７のＯＮ・Ｏ
ＦＦ制御動作について説明し、次にチェック信号ＣＳを
用いた回路故障診断のためのチェック動作について説明
する。

第３図はマイクロコンピュータによる出力リレー７のＯ
Ｎ・ＯＦＦ制御のタイムチャートであり、これを参照し
て出力リレー７のＯＮ・ＯＦＦ制御動作について述べ
る。

最初に、マイクロコンピュータからデータバスＤＢ０〜
ＤＢ７に出力リレー７のＯＮ・ＯＦＦ指令情報が出力さ
れる。図示例の場合、８本のデータバスの各１本づつが
１個の出力リレーのＯＮ・ＯＦＦ指令情報線として利用
されており、対応するバス上に“１”（リレーＯＮ指
令）、または“０”（リレーＯＦＦ指令）の信号を与え
ることにより、対応する本発明回路に対し出力リレーの
ＯＮ・ＯＦＦ指令を送信するものである。従って、図示
例の場合には最大８個の出力リレーを集中制御できるも
のであるが、説明の都合上図面には１個の出力リレー
７、すなわち本発明回路を１回路だけ図示し、残りの７
つの回路は図示を略した。

いま、図示の本発明回路に対する出力リレーのＯＮ・Ｏ
ＦＦ指令情報が８本のデータバス中のデータバスＤＢ０
によって与えられるよう予め設計されているものと仮定
すると、第３図に示すようにマイクロコンピュータはこ
のデータバスＤＢ０上に出力リレーのＯＮを指令する
“１”信号を出力する。次いで、アドレスバスＷＡＤ０
〜ＷＡＤ３にレジスタ１７を選択するためのアドレス情
報が送出され、アドレスデコーダ１５はストローブ信号
▲▼によってアドレス情報を読み込んで解読し、
指定アドレスに対応する出力レジスタ１７に書き込み信
号ＷＲ１を与える。これにより、出力レジスタ１７はデ
ータバスＤＢ０上のＯＮ・ＯＦＦ指令情報＝“１”を読
み込んで記憶する。この結果、レジスタ１７のＱ出力に
は直流制御信号Ｓ２＝“１”が発生する。

次いで、アドレスバスＷＡＤ０〜ＷＡＤ３には出力レジ
スタ１６を選択するためのアドレス情報が出力され、前
述と同様にしてアドレスデコーダ１４がこれを解読し、
出力レジスタ１６に書き込み信号ＷＲ０を与える。これ
により、出力レジスタ１６はＤＢ０上の“１”を読み込
み、Ｑ出力には直流制御信号Ｓ１＝“１”が発生する。

この２つの直流制御信号Ｓ１，Ｓ２はインバータ回路１
８，１９で反転された後、リレー駆動回路の入力端子
９，１０に入力される。

上記直流制御信号Ｓ１が端子９に入力されると、フォト
カプラ１１が発光し、トランジスタ２５のベース電流が
流れ、トランジスタ２５のエミッタ・コレクタ間が導通
して出力端子５には電源電圧２４（Ｖ）が発生する。他
方、直流制御信号Ｓ２が端子１０に入力されると、フォ
トカプラ１２が発光し、トランジスタ２６のベース電流
が流れ、トランジスタ２６のエミッタ・コレクタ間が導
通して出力端子６には電源のアース電位０（Ｖ）が与え
られる。従って、この入力端子５，６間に接続された出
力リレー７は動作（ＯＮ）し、出力リレー７のＯＮ制御
が終了する。

出力リレー７をＯＦＦ制御するには、データバスＤＢ０
上にＯＮ・ＯＦＦ指令情報＝“０”を送出し、上述した
選択動作と同様にしてレジスタ１６，１７にＯＮ・ＯＦ
Ｆ指令情報＝“０”を読み込めばよい。これによりレジ
スタ１６，１７のＱ出力はそれぞれＳ１＝“０”、Ｓ２
＝“０”となり、フォトカプラ１１，１２の発光が停止
し、トランジスタ２５，２６が不導通状態に反転され、
出力リレー７は復旧（ＯＦＦ）する。マイクロコンピュ
ータは上記のようなＯＮ・ＯＦＦ制御動作を並設した本
発明回路のそれぞれについて順次実行し、これによって
多数のリレー直流駆動回路のＯＮ・ＯＦＦ制御が行なわ
れるものである。

上記のように、本発明回路を用いた場合、トランジスタ
２５，２６が同時動作したときのみ出力リレー７が動作
する。これを換言すれば、開閉回路３，４のＡＮＤ条件
により出力リレー７がＯＮ制御されるということであ
り、このＡＮＤ条件が成立しない限り出力リレー７が危
険側に作動することはない。従って、フェイルセーフが
維持される。なお、トランジスタ２５と２６が同時に短
絡故障してＡＮＤ条件が成立する可能性も否定できない
が、両者が同時に短絡故障する確率は極めて低く、実際
上無視できる程度の故障確率である。また、たとえ、ト
ランジスタ２５と２６が同時に故障したとしても、以下
のようにしてチェック信号ＣＳを用いて常時回路故障診
断を実行でき、故障発生を直ちに検知することができる
ので、回路のフェイルセーフは実際上完全に達成され
る。

進んで、第４図および第５図を参照してセンサ（フォト
カプラ）８から出力されるチェック信号ＣＳを用いて回
路故障診断を行なうためのチェック動作につき説明す
る。一般に、回路の故障は時を選ばず任意の時間に発生
する。このため、出力リレー７の動作（ＯＮ）中に故障
が発生しても、あるいは復旧（ＯＦＦ）中に故障が発生
しても、いずれの場合にも直ちにその故障発生を検知す
る必要があるが、本発明回路を採用した場合には、以下
のように出力リレー７のＯＮ・ＯＦＦいずれの動作状態
中に回路故障が発生しても、これを直ちに検知すること
が可能となる。

第４図を参照し、出力リレー７のＯＦＦ中の回路故障チ
ェック動作につき説明する。

すなわち、出力リレー７がＯＦＦしている状態におい
て、第４図に示すように、マイクロコンピュータの指令
により入力端子５，６に直流制御信号Ｓ１＝“１”、Ｓ
２＝“１”を僅かの時間差を与えて印加する。このチェ
ック動作のための直流制御信号Ｓ１，Ｓ２の信号印加時
間Ｔ_Dは、出力リレー７がその時間Ｔ_D内では動作できな
い程の極めて短い時間、例えばＴ_D＝３００μ_sec程度の
時間が選ばれ、チェック動作時に出力リレー７が動作す
ることのないように考慮される。

上記のようにして、一定の遅れを与えてチェックのため
の直流制御信号Ｓ１，Ｓ２を入力端子５，６に与えると
同時に、アドレスバスＲＡＤ０〜ＲＡＤ３、アドレスデ
コーダ２３，２４、読出しストローブ信号▲▼を
用いて選択信号ＲＤ０，ＲＤ１を第４図に示すように交
互に選択回路２０，２２に与え、ＣＳとＸＯＲの情報読
出しを実行する。これにより、チェック端子１３に発生
したセンサたるフォトカプラ８のチェック信号ＣＳと、
ＸＯＲ２１の出力する直流制御信号Ｓ１，Ｓ２の状態監
視信号とが順次マイクロコンピュータに読み込まれる。
マイクロコンピュータはこのＸＯＲ２１の出力信号とチ
ェック信号ＣＳの組合せから各時点における回路故障を
検知するものである。

回路に何等の故障も発生していない正常時には、ＸＯＲ
２１の出力とセンサたるフォトカプラ８の出力するチェ
ック信号ＣＳとは第４図中に示すように各ステージ１〜
４において、それぞれ図中に記したような出力状態とな
る。すなわち、ステージ１の場合、Ｓ１＝“０”、Ｓ２
＝“１”となり、Ｓ１≠Ｓ２のためＸＯＲ＝“１”とな
る。他方、Ｓ２＝“１”によってトランジスタ２６はＯ
Ｎするが、Ｓ１＝“０”のためトランジスタ２５はＯＦ
Ｆとなっているので、センサたるフォトカプラ８は発光
しない。従って、チェック端子１３のチェック信号ＣＳ
＝“１”（＋５Ｖ）となる。

ステージ２の場合、Ｓ１＝Ｓ２＝“１”となるからＸＯ
Ｒ＝“０”、他方Ｓ１＝Ｓ２＝“１”によりトランジス
タ２５，２６の両方がＯＮし、このためセンサたるフォ
トカプラ８が発光してチェック信号ＣＳ＝“０”（０
Ｖ）となる。ステージ３の場合、Ｓ１＝“１”，Ｓ２＝
“０”となり、Ｓ１≠Ｓ２であるからＸＯＲ＝“１”、
またフォトカプラ８は発光しないので、チェック信号Ｃ
Ｓ＝“１”となる。ステージ４の場合、Ｓ１＝Ｓ２＝
“０”となるからＸＯＲ＝“０”、フォトカプラ８は発
光しないのでチェック信号ＣＳ＝“１”となる。

回路に故障のない正常時には各ステージ１〜４における
ＸＯＲ出力とチェック信号ＣＳは上述したごとき信号状
態となる。従って、マイクロコンピュータにおいて、各
ステージ毎にその出力状態をチェックすれば、出力リレ
ーＯＦＦ中における回路の故障を直ちに検知することが
できる。そして、この故障検知に従って、例えば電源端
子１に与えられる電源を自動的に切断すればよい。

次に、出力リレー７のＯＮ（動作）中における回路故障
のチェックは、第５図のようにして実現される。

すなわち、前述した出力リレーＯＦＦ（復旧）時とは逆
に、出力リレーをＯＮするために“１”状態にある直流
制御信号Ｓ１，Ｓ２を、第５図に示すように僅かの時間
差を与えて“０”の状態に短時間だけ転極せしめる。そ
して、第４図と同様に、選択信号ＲＤ０，ＲＤ１によっ
て選択回路２０，２２を交互に選択する。

このようにすると、回路故障のない正常時には、ステー
ジ１〜４の各位置におけるＸＯＲ２１の出力とチェック
信号ＣＳは第５図中に記入したような信号状態となる。
従って、各ステージ毎にその出力状態をマイクロコンピ
ュータでチェックすれば、出力リレー７のＯＮ中におけ
る回路の故障を直ちに検知することができる。

発明の効果 本発明は以上説明したごとき構成になり、従来のように
交番信号を用いることなく直流信号のみによって回路を
構成できるので、トランス等の小型化困難な部品を不要
となし得、この種のリレー駆動回路を更に小型化できる
という著効を奏する。

また、２つの開閉回路のアンド動作によって出力リレー
を動作せしめるよう構成したからフェイルセーフな回路
となり、更に２つの開閉回路のＯＮ・ＯＦＦの動作状態
をセンサを用いて監視するよう構成しているので、この
センサの出力するチェック信号を利用することにより、
回路の故障発生を外部で直ちに検知することが可能とな
る。従って、ＡＮＤ動作を行なう２つの開閉回路がたと
え同時に短絡するような故障が発生しても、前記チェッ
ク信号を利用して該故障を直ちに検知し、電源遮断等に
より回路を安全側に作動させることができ、極めて安全
度の高い出力リレーの駆動回路を提供できるという著効
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になる出力リレーの駆動回路の回路図、
第２図は本発明回路をマイクロコンピュータでＯＮ・Ｏ
ＦＦ制御する場合の１例を示す回路図、第３図は同上Ｏ
Ｎ・ＯＦＦ制御のタイムチャート、第４図は出力リレー
ＯＦＦ中における回路故障診断のタイムチャート、第５
図は出力リレーＯＮ中における回路故障診断のタイムチ
ャート、第６図は従来の交番信号による出力リレーの駆
動回路の回路図である。 １，２：電源端子、３：第１の開閉回路、４：第２の開
閉回路、５：第１の開閉回路の出力端子、６：第２の開
閉回路の出力端子、７：出力リレー、８：センサ、９：
第１の入力端子、１０：第２の入力端子、１３：チェッ
ク端子、Ｓ１：第１の直流制御信号、Ｓ２：第２の直流
制御信号、ＣＳ：チェック信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横田 義直 東京都武蔵野市境２−９−１−201 (72)発明者 鴨志田 忠平 埼玉県大宮市新堤８−１−603 (72)発明者 井上 鉱司 埼玉県蓮田市関山２−４−６

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の開閉回路（３）と、第２の開閉回路
   （４）と、センサ（８）とを有する鉄道信号用出力リレ
   ーの駆動回路であって、 第１の開閉回路（３）は、入力端子（９）と、出力端子
   （５）と、電源端子（１）とが設けられ、入力端子
   （９）が第１の直流制御信号（Ｓ１）を入力し、電源端
   子（１）が直流電源の一方の極に、出力端子（５）が出
   力リレー（７）の一方の端子に接続され、第１の直流制
   御信号（Ｓ１）により開閉制御され、 第２の開閉回路（４）は、入力端子（１０）と、出力端
   子（６）と、電源端子（２）とが設けられ、入力端子
   （１０）が第２の直流制御信号（Ｓ２）を入力し、電源
   端子（２）が直流電源の他方の極に、出力端子（６）
   が、出力リレー（７）の他方の端子に接続され、第２の
   直流制御信号（Ｓ２）により開閉制御され、 センサ（８）は、第１端子と、第２端子と、チェック端
   子（１３）とが設けられ、第１端子が第１の開閉回路
   （３）の出力端子（５）に、第２端子が第２の開閉回路
   （４）の出力端子（６）に、それぞれ接続され、両出力
   端子（５，６）間の電位状態を監視して、チェック端子
   （１３）がチェック信号（ＣＳ）を出力し、 第１の直流制御信号（Ｓ１）と、第２の直流制御信号
   （Ｓ２）とが同時に入力されたときにのみ、第１の開閉
   回路（３）および第２の開閉回路（４）を介して出力リ
   レー（７）が開閉制御され、 第１の直流制御信号（Ｓ１）と第の直流制御信号（Ｓ
   ２）との印加状態の組合せとチェック信号（ＣＳ）の状
   態とを監視することにより故障発生が検知可能である 鉄道信号用出力リレーの駆動回路。