JPH079601B2 - 制御装置の安全装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、制御対象の物理量を変化させるアクチュエー
タをマイクロコンピュータが制御する、制御装置の安全
装置に関する。

［従来の技術］ 給湯器や暖房機等の燃焼機器の制御装置では、燃料供給
中にバーナの炎が検知されなくなったときには、燃料の
流出を防止するために、例えば第４図に示すような安全
装置により燃料供給を停止している。この図に示す安全
装置では、制御回路100とは別回路になる電磁弁通電回
路101があり、電磁弁通電回路101には、フレームロッド
等の炎検知手段を備えた炎検知回路102からの炎検知信
号Ａによって作動するスイッチング回路103が備えら
れ、炎検知信号Ａと制御回路100からの電磁弁開信号Ｂ
とが同時に送出されるときに電磁弁104を開状態にす
る。そしてスイッチング回路103は炎検知回路102からの
炎検知信号が停止した場合には、電磁弁104を閉状態に
する。また制御回路100からは、例えば点火時のように
バーナで炎が検知されない場合にも電磁弁104を開状態
にする必要があるために、炎検知回路102からの炎検知
信号Ａの代わりに通常の電磁弁開信号Ｂとは別の信号Ｃ
がスイッチング回路103へ送出され、これらの信号Ｂ、
Ｃが同時に送出されるときにも電磁弁104を開状態にす
る。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、このような構成による安全装置では、電磁弁通
電回路101は、炎検知回路102からの炎検知信号Ａがない
場合にも制御回路100からの信号Ｂ、Ｃだけで電磁弁104
を開状態にすることができるため、制御回路100が正常
に動作する場合には問題がないが、制御回路100が例え
ばマイクロコンピュータ等のディジタルコンピュータに
よって構成され雑音等によって誤動作したり、ディスク
リート回路により構成されたものにおいて部品の劣化等
によって異常動作をして、電磁弁開信号Ｂや信号Ｃを同
時に送出すると、炎検知信号Ａがない場合にも、継続し
てあるいは断続的に電磁弁104が開状態になることがあ
り、燃料が流出するという問題がある。

本発明は、制御対象が異常状態になると、マイクロコン
ピュータが故障していても、アクチュエータの作動を不
能にできる、制御装置の安全装置を提供する事を目的と
する。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、制御対象の物理量を変化させるアクチュエー
タを作動させる為のハイレベルの制御信号を、後記する
正常信号が入力されていると、制御具合に応じて送出す
るマイクロコンピュータと、前記ハイレベルの制御信号
の入力により前記アクチュエータを作動状態にする駆動
回路と、前記制御対象が正常状態にあると正常信号を、
前記マイクロコンピュータ及び後記する安全回路に送出
する正常監視回路と、前記正常信号の送出が停止すると
前記マイクロコンピュータへの作動用電力の供給を停止
する安全回路とを具備する事を技術的手段とする。

［作用］ 制御対象及びマイクロコンピュータが共に正常の場合 正常監視回路は、正常信号をマイクロコンピュータ及び
安全回路に送出する。

安全回路は、マイクロコンピュータへ作動用電力を供給
する。

マイクロコンピュータは、制御具合に応じてハイレベル
の制御信号を駆動回路に送出する。

駆動回路は、ハイレベルの制御信号の入力によりアクチ
ュエータを作動状態にする。

アクチュエータが作動すると制御対象の物理量が変化す
る。

制御対象が異常、マイクロコンピュータが正常の場合 正常監視回路は、正常信号をマイクロコンピュータや安
全回路に送出しない。

安全回路は、マイクロコンピュータへの作動用電力の供
給を停止する。

マイクロコンピュータは、機能停止し、ハイレベルの制
御信号の送出が不能となる。

駆動回路は、ハイレベルの制御信号が入力されないので
アクチュエータを作動状態にしない。

アクチュエータは作動せず制御対象の物理量は変化しな
い。

制御対象が異常、マイクロコンピュータが故障の場合 正常監視回路は、正常信号をマイクロコンピュータや安
全回路に送出しない。

安全回路は、マイクロコンピュータへの作動用電力の供
給を停止する。

マイクロコンピュータは、機能停止するので、ハイレベ
ルの制御信号が出っぱなしになる様にマイクロコンピュ
ータが故障した場合でも、ハイレベルの制御信号を送出
する事はない。

駆動回路は、ハイレベルの制御信号が入力されないので
アクチュエータを作動状態にしない。

アクチュエータは作動せず制御対象の物理量は変化しな
い。

［発明の効果］ 制御状象が異常状態になると、安全回路がマイクロコン
ピュータへの作動用電力の供給を停止してマイクロコン
ピュータの機能を停止するので、ハイレベルの制御信号
が出っぱなしになる様な故障をマイクロコンピュータが
起こしていてもハイレベルの制御信号を送出する事はな
い。

この為、アクチュエータが作動状態にならず、安全が確
保される。

［実施例］ 次に、本発明の制御装置の安全装置を給湯器に採用した
実施例を図面に基づき説明する。

第２図は本実施例のガス給湯器の概略を示し、燃焼器10
と、燃料管20と、水管30と、制御装置40とから構成され
る。

燃焼器10は、給湯器ケース１内に設けられたバーナ群11
と燃焼用空気を供給する燃焼用ファン12とからなり、ノ
ズル13から供給される燃料ガスを燃焼用ファン12によっ
て供給される一次空気のみで燃焼する全一次空気燃焼を
行い、燃焼ガスは排気口２から排出される。

バーナ群11は複数のリボンバーナを２列に配した２連式
バーナとなっており、また、バーナ群11近傍の上方に
は、点火装置のスパーカ14、炎検知のためのフレームロ
ッド15およびサーモカップル16がそれぞれ設けられてい
る。

燃料管20は、燃料ガスをノズル13へ供給するガス管で、
その上流側から元電磁弁21と主電磁弁22が、さらに燃料
供給量を調節する比例弁23とがそれぞれ設けられ、比例
弁23の下流では２連式バーナの各連にそれぞれ燃料ガス
を供給するために燃料管20は分岐しており、分岐した一
方の燃料管20には、バーナ群11のうち１連のみを燃焼さ
せるために、切替弁24を備えている。

制御装置40は、第１図に示すとおり、ガス給湯器に備え
られた上記の各部分との信号交換のためのインターフェ
ース41となる各回路と、制御装置40の中心となるマイク
ロコンピュータ42と、安全確保のための安全回路43およ
び電磁弁通電リレー回路44と、これらすべてに電力を供
給する電源部45とからなり、さらにガス給湯器の作動を
操作するためのコントローラ46と、マイクロコンピュー
タ42の作動モードを予め設定するためのモード設定回路
47を備えている。

まず、インターフェース41としての各回路を説明する。

スパーカ回路51は、スパーカ14に火花放電を行うための
高電圧を発生する高電圧発生部と、スパーカ14での火花
放電を検知するための放電検知部とからなる。

炎温度検出回路52は、検知する炎の温度に応じたサーモ
カップル16の出力電圧を制御信号として使用するために
増幅する回路で、増幅された信号は燃焼時の空燃比の制
御に利用される。

ファン回路55は、マイクロコンピュータ42から伝送され
るパルス信号に基づいて燃焼用ファン12を駆動するため
の回路であり、伝送されるパルス信号のパルス幅に応じ
た出力電圧をファン駆動回路の制御電圧として印加す
る。また、燃焼用ファン12の回転数に応じたパルス信号
を出力する回転数検出回路を備えており、そのパルス信
号をマイクロコンピュータ42へ送出する。

比例弁回路56は、燃料ガスを調節する比例弁23への通電
を行う回路である。

正常監視回路である炎検知回路58は、フレームロッド15
によって炎を検知して炎検知信号を得るための回路で、
Ｈレベルの炎検知信号はマイクロコンピュータ42および
安全回路43へそれぞれ送出される。

正常監視回路である水流回路59は、水管30内を通過する
水量に応じて発生される水流センサ35からのパルス信号
に基づいて、パルス信号をマイクロコンピュータ42へ伝
送するとともに、水管30内を通過する水量が一定量以上
になったとき、スイッチング信号を電源部45のリレー回
路用電源45bへ送出し、水流信号を安全回路43へ伝送す
る。

マイクロコンピュータ42は、所定のシーケンス制御と、
燃焼量制御および水量制御を行い、本実施例では、各電
磁弁の通電信号やギャドモータの駆動信号としての作動
信号には、Ｈレベルの制御信号を使用している。

また、マイクロコンピュータ42からは、正常作動時に
は、マイクロコンピュータ42の作動を示すパルス信号が
安全回路43へ送出される。

安全回路43は、炎検知回路58からの炎検知信号、水流回
路59からの水流信号およびマイクロコンピュータ42の作
動中に常時送出されるパルス信号のうち、いずれかの信
号に異常が検知されたときに、マイクロコンピュータ42
および電磁弁通電リレー回路44への電力供給を停止する
ためのスイッチング信号を送出する回路である。

電磁弁通電リレー回路44は、元電磁弁21、主電磁弁22お
よび切替弁24をマイクロコンピュータ42からのＨレベル
の制御信号によってそれぞれ通電するためのリレーから
なる回路である。

電源部45は、図示しないプラグをコンセントに差込むと
制御装置40の上記各回路を作動させるための電力を、そ
れぞれの回路に必要な電圧に変換して常時供給するもの
で、特に本実施例では、マイクロコンピュータ42へ電力
を供給するマイコン用電源45aと、電磁弁通電リレー回
路44へ電力を供給するリレー回路用電源45bには、安全
回路43からの通電停止信号によって電力供給を停止する
スイッチング機能があり、マイクロコンピュータ42の作
動を停止させるとともに各電磁弁への通電を停止して、
燃料の供給を停止する。

また、電磁弁通電リレー回路44へ電力を供給するリレー
回路用電源45bでは、水流回路59からのスイッチング信
号が伝送される場合にのみ各電磁弁への通電が可能にな
っていて、水流が検知されない場合にはバーナ群11へ燃
料ガスが供給されないため、空焚きの心配がない。

なお、電源部45は商用電源と接続する電路中に、図示し
ない温度ヒューズ、オーバーヒートスイッチ、沸騰防止
用スイッチを備えていて、さらに安全を確保している。

次に、安全回路43およびマイコン用電源45aの回路を第
３図に基づいて説明する。

安全回路43において、61、62はそれぞれマイクロコンピ
ュータ42から電磁弁通電リレー回路44へ送出される元電
磁弁21および主電磁弁22の制御信号を、図示しない反転
回路を介して入力する結合子、63は炎検知回路58からの
炎検知信号を入力する結合子、64は水流回路59からの水
流検知信号を入力する結合子、65はマイクロコンピュー
タ42からその作動状態を示すために常時送出されるパル
ス信号を入力する結合子、TR1、TR2、TR3はいずれもト
ランジスタで、TR1、TR2は、エミッタ接地のNPNトラン
ジスタを、TR3はPNPトランジスタをそれぞれ使用してい
る。また、INV1ないしINV5は、入力信号の位相を反転す
るインバータであり、R1ないしR9は抵抗、C1ないしC4は
コンデンサ、OR1、OR2、OR3はオア回路、D1ないしD5は
ダイオードである。

一方、マイコン用電源45aにおいて、TR1、TR12、TR13は
トランジスタ、R10ないしR15は抵抗、C11、C12はコンデ
ンサ、B.D.はブリッジダイオードであり、結合子66、67
は図示しない電源トランスの２次コイルに接続され、マ
イクロコンピュータ42へは結合子68、69をそれぞれ正電
位、負電位とする電力が図示しない定電圧回路を介して
供給される。

なお、安全回路43からマイコン用電源45aへ送出される
電力供給を停止するための信号は、結合子70を介して伝
送され、Ｈレベルの信号が伝送されるときに電力供給が
停止される。この電力供給を停止するための信号は、結
合子70からリレー回路用電源45bへも伝送される。

以上の構成からなる本実施例のガス給湯器は次のとおり
作動する。

使用者がコントローラ46の運転スイッチを入れ、出湯温
度を設定するとともに、図示しない水栓を操作すると、
供給管31によって供給される水は、水量制御弁34、水流
センサ35を通過して、熱交換器32およびバイパス管32a
へ流入し、さらにバイパス弁33で熱交換器32およびバイ
パス管32aからのそれぞれの流出量が調節されて、給湯
管31aを介して図示しない給湯口から流出する。このと
き、水流センサ35によって水流に応じたパルス信号が発
生し、水流回路59を介して電磁弁通電リレー回路44およ
びマイクロコンピュータ42へそれぞれ水流信号およびパ
ルス信号として伝送される。

すると電磁弁通電リレー回路44では、各電磁弁はマイク
ロコンピュータ42の制御信号に応じて通電可能な状態に
なり、一方、マイクロコンピュータ42は、伝送されるパ
ルス信号が所定数以上検知されると、燃焼器10の点火作
動として、スパーカ回路51の高電圧発生部を通電してス
パーカ14に火花放電を行う。

このとき安全回路43では、炎検知回路58からはまだ炎検
知信号が送出されないため、結合子63へはＬレベルの信
号が伝送され、トランジスタTR1はOFFであり、また、マ
イクロコンピュータ42により元電磁弁21、主電磁弁22の
制御信号がまだ閉信号としてのＬレベルであるため、結
合子61、62へは図示しない反転回路を介してＨレベルの
制御信号が伝送され、インバータINV1、INV2を介してオ
ア回路OR1へ入力される信号はいずれもＬレベルとなる
ため、オア回路OR1の出力はＬレベルとなる。従って、
コンデンサC1はＬレベルに維持され、インバータINV3、
INV4を介してダイオードD2から出力される電圧はＬレベ
ルとなる。

また、結合子64へは、水流回路59からのＨレベルの水流
信号が伝送され、トランジスタTR2はONとなり、オア回
路OR1のＬレベルの出力がオア回路OR2および抵抗R4を介
してコンデンサC2に加わるため、コンデンサC2はＬレベ
ルに維持され、オア回路OR3を介してダイオードD4から
出力される電圧はＬレベルとなる。

さらに、抵抗R7を介して充電されるコンデンサC3の充電
電荷は、マイクロコンピュータ42からの動作パルスが結
合子65へ入力されるため、パルス振幅が０のとき随時放
電され、トランジスタTR3の出力はＨレベルとなる。従
って、コンデンサC4は、抵抗R8を介してＨレベルに維持
され、インバータINV5を介してダイオードD5から出力さ
れる電圧はＬレベルとなる。

これにより、結合子70および抵抗R10を介してトランジ
スタTR13へ伝送される信号はＬレベルとなり、トランジ
スタTR13はOFFとなるため、トランジスタTR12はONとな
り、さらにトランジスタTR11もONとなる。従って、安全
回路43は作動しないため、マイコン用電源45aからは結
合子68からマイクロコンピュータ42への電力供給が行わ
れる。

その後、スパーカ14での火花放電がスパーカ回路51の作
動検知部で検知されると、マイクロコンピュータ42は、
それまでＬレベル信号であった元電磁弁21および主電磁
弁22の制御信号を、各電磁弁を開状態にするためのＨレ
ベル信号に変更して送出する。ここで、安全回路43で
は、抵抗R1、R4の抵抗値が十分大きく設定してあり、オ
ア回路OR1の出力がＨレベルになってもコンデンサC1、C
2の電位は直ぐには上昇しないため、安全回路43は作動
せず、各電磁弁の制御信号がＨレベル信号になってから
も一定時間はマイクロコンピュータ42に継続して電力が
供給される。

従って、元電磁弁21と主電磁弁22は、電磁弁通電リレー
回路44によって通電され、燃料ガスはノズル13から噴出
して燃焼用空気と混合されてバーナ群11へ供給され、す
でに作動しているスパーカ14によって点火される。

コンデンサC1の電位が上昇するまでの一定時間以内に着
火して、フレームロッド15によって検知され、Ｈレベル
の炎検知信号が炎検知回路58から結合子63に伝送される
と、トランジスタTR1の出力はＬレベルとなるため、電
位が上昇中であったコンデンサC1の電荷は放電され、コ
ンデンサC1はＬレベルに維持される。

すると、マイクロコンピュータ42では、入水温サーミス
タ36、熱交換サーミスタ37、出湯温サーミスタ38の各サ
ーミスタおよび水流センサ35からの検知信号およびコン
トローラ46からの設定信号に基づいて必要な燃焼量が計
算され、その計算結果に基づいて燃焼用ファン12、比例
弁23、切替弁24、バイパス弁33および水量制御弁34が制
御される。また、サーモカップル16からの信号に基づい
て空燃比の補正制御も行われるが、この空燃比の制御は
サーモカップル16の温度が安定するまでの所定時間には
行われない。

その後、出湯量や設定温度の変更があると、その変更に
応じてバイパス弁33による熱交換器32とバイパス管32a
との通過流量の割合や燃焼量が変更される。

燃焼中に、例えば、マイクロコンピュータ42からの各電
磁弁の制御信号がＨレベルとＬレベルとを繰返すなどの
誤動作を起こしたり、暴走したりして失火すると、フレ
ームロッド15では炎が検知されなくなり、炎検知回路58
からのＨレベルの炎検知信号が停止してＬレベルとな
る。すると、トランジスタTR1の出力はＨレベルとな
り、コンデンサC1の電位が上昇するため、Ｈレベルの信
号がダイオードD2、抵抗R10を介してトランジスタTR13
に入力され、トランジスタTR13はONになり、さらに、ト
ランジスタTR12およびトランジスタTR11はいずれもOFF
となるため、マイコン用電源45aからマイクロコンピュ
ータ42への電力の供給が停止される。このため、マイク
ロコンピュータ42は、すべての作動を停止してしまい、
各電磁弁を開状態にするためのＨレベルの信号を送出し
なくなる。従って、燃料ガスが流出することがなくな
り、安全を確保することができる。

また本実施例では、電磁弁通電リレー回路44へ電力を供
給するリレー回路用電源45bにもスイッチング回路が備
えられていて、安全回路43からの電力供給停止信号があ
ると、電磁弁通電リレー回路44への電力供給が停止さ
れ、各電磁弁の通電が行われなくなるため、さらに安全
を確保することができる。

安全回路43では、他に水流回路59からの水流信号として
のＨレベルの信号が停止した場合にも、電力供給を停止
させることができるため、空焚き等を防止することがで
きる。さらに、安全回路43では、マイクロコンピュータ
42からの作動パルスをチェックしていて、マイクロコン
ピュータ42の異常を直接検知することができるため、さ
らに安全を確保することができる。

以上の説明では、マイクロコンピュータ42の異常に伴う
失火における説明を行ったが、通常の失火においても燃
料ガスの流出が防止でき、安全が確保されることはいう
までもない。

本実施例では、ガス給湯器における実施例を示したが、
暖房機においても安全を確保することができ、石油等の
他の燃料を使用するものにおいても同様に燃料の流出を
防止し、安全を確保することができる。

また自動車のエンジンを集中制御する制御装置において
も適用でき、これにより車両の暴走を防止することがで
きる。

さらに工作機械や電気炉等の他の制御装置にも、適用す
ることができ、制御装置の誤動作に伴う異常が発生した
ときに、その後の運転、作動を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すガス給湯器の制御装置の
ブロック図、第２図は本実施例のガス給湯器の概略を示
す構成図、第３図は本実施例の安全回路およびマイコン
用電源を示す回路図、第４図は従来の燃焼機器の安全装
置を示すブロック図である。 図中 21……元電磁弁（アクチュエータ）、22……主電
磁弁（アクチュエータ）、24……切替弁（アクチュエー
タ）、33……バイパス弁（アクチュエータ）、34……水
量制御弁（アクチュエータ）、42……マイクロコンピュ
ータ、43……安全回路、44……電磁弁通電リレー回路
（駆動回路）、58……炎検知回路（正常監視回路）、59
……水流回路（正常監視回路）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象の物理量を変化させるアクチュエ
   ータを作動させる為のハイレベルの制御信号を、後記す
   る正常信号が入力されていると、制御具合に応じて送出
   するマイクロコンピュータと、 前記ハイレベルの制御信号の入力により前記アクチュエ
   ータを作動状態にする駆動回路と、 前記制御対象が正常状態にあると正常信号を、前記マイ
   クロコンピュータ及び後記する安全回路に送出する正常
   監視回路と、 前記正常信号の送出が停止すると前記マイクロコンピュ
   ータへの作動用電力の供給を停止する安全回路とを具備
   する制御装置の安全装置。