TWI439833B

TWI439833B - 安全裝置及故障檢測方法

Info

Publication number: TWI439833B
Application number: TW099126436A
Authority: TW
Inventors: Haruyuki Kurachi; Tatsuaki Kamiya
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-04-26
Filing date: 2010-08-09
Publication date: 2014-06-01
Also published as: JPWO2011135656A1; CN102870051B; US8803654B2; DE112010005515T8; WO2011135656A1; US20130021135A1; DE112010005515T5; JP5318284B2; KR20130009841A; CN102870051A; TW201140268A; KR101418200B1

Description

安全裝置及故障檢測方法

本發明係關於根據來自用來檢知機器的安全狀態之多重化的感測器之輸入訊號而許可/不許可前述機器的動作之安全裝置以及安全裝置中的感測器之故障檢測方法。

一般而言，與安全有關的系統中，會使用將在安全狀態做ON輸出之感測器予以二重化，且在兩個感測器都做ON輸出時許可系統的動作之安全裝置(參照例如下述的專利文獻1)。此外，ISO13849-1的類別(category)四的要求事項中，則包含有(1)應進行安全功能不會因單一故障而喪失之設計、以及(2)應進行可在下一個安全功能動作之時或之前檢測出單一故障之設計這兩個要求事項。

為了使前述的安全裝置適用於ISO13849-1的類別四，需要在安全裝置中安裝當二重化的感測器之中的任一方故障時要在下一個故障發生之前將該故障檢測出之手段。以往，在安全裝置中的故障檢測手段方面，有在來自兩個感測器之輸入訊號呈現不一致的狀態持續達預先設定的時間以上時，就判定為其中一方的感測器故障了之手段。

(專利文獻1)日本特開2005-326988號公報

然而，感測器做ON輸出的時點(timing)會依感測器的種類及感測器配置的位置不同而不同。因此，採用上述之以往的故障檢測手段時，會有必須隨安全狀態的確認對象之不同而改變進行故障判定所需的設定時間，或者無法決定設定時間之情形。

本發明係鑑於上述課題而完成者，其目的在獲得可簡單地檢測出感測器的故障之安全裝置及故障檢測方法。

為了解決上述的課題，達成本發明之目的，本發明之安全裝置具備有：輸入訊號判定部，判定來自分別對機器的安全狀態進行檢測之複數個感測器之輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是在前述感測器間為不一致狀態；第一鎖存記憶部，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號為不一致狀態之時，將不一致狀態記錄予以保持，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將前述不一致狀態記錄予以解放；感測器故障判定部，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為ON狀態的第一時點(timing)，執行在前述第一鎖存(latch)記憶部保持著前述不一致狀態記錄之情況，判定為前述複數個感測器中的至少一個故障了，在前述第一鎖存記憶部並未保持前述不一致狀態記錄之情況，判定為前述複數個感測器皆未故障之感測器故障判定；以及動作許可/不許可部，根據來自前述複數個感測器之輸入訊號及前述感測器故障判定部所做之感測器故障判定的判定結果而許可/不許可前述機器的動作。

本發明之安全裝置可產生能簡單地檢測出感測器的故障之效果。

以下，根據圖式來詳細說明本發明之安全裝置及故障檢測方法的實施形態。不過，本發明並不受此實施形態所限定。

實施形態1

第1圖係顯示使用本發明的實施形態1之安全裝置之系統之圖。如第1圖所示，安全裝置1係與產業用機器等之被控制裝置3、及對該被控制裝置3發送用來控制該被控制裝置3之控制訊號之控制裝置2連接。

被控制裝置3具備有用來確認安全狀態之複數個(此處為兩個)感測器(第一感測器31、第二感測器32)。感測器31,32的具體例，可舉出的有例如用來檢知人體進入到機械驅動部的情形等之光柵(light curtain)。在此情況，光柵係在檢測到光線被遮斷時做OFF輸出，在未檢測到光線被遮斷時(亦即並未檢測到人體之進入時)做ON輸出。此外，可舉出設於用來供人體進出機械驅動部之門之門開關(door switch)，來作為感測器31,32的另一個例子。在此情況，門開關係在門為開狀態時做OFF輸出，在門為閉狀態時(亦即並未檢測到人體之進入時)做ON輸出。亦即，感測器31,32係設成為：在檢測出的是安全狀態時做ON輸出，在無法確認安全狀態時做OFF輸出。感測器31,32的輸出訊號皆輸入到安全裝置1。

安全裝置1具備有：根據來自感測器31,32之輸入訊號來判定是許可還是不許可被控制裝置3的動作之動作許可/不許可部11；以及在感測器31,32之中的一個故障了之時檢測出該故障之感測器故障檢測部12。動作許可/不許可部11所做出的判定結果係經由動作許可/不許可訊號線而發送到控制裝置2。另外，感測器故障檢測部12所做的感測器故障的檢測結果，係經由感測器故障檢測訊號線而發送到控制裝置2。

控制裝置2可在動作許可/不許可訊號許可動作之時，使被控制裝置3動作，在動作許可/不許可訊號不許可動作之時，使被控制裝置3的動作停止。另外，控制裝置2在接收到感測器故障檢測訊號所通知之感測器故障之時，使被控制裝置3的動作停止。控制裝置2亦可在接收到感測器故障檢測訊號所通知之感測器故障之時，進行對使用者(user)之感測器故障之通知。

第2圖係用來說明安全裝置1的構成的一例之圖。第2圖中，X0,X1分別為來自感測器31,32之感測器訊號的輸入埠，Y0,Y1分別為動作許可/不許可訊號、感測器故障檢測訊號的輸出埠。來自感測器31,32之輸入訊號，其High(1)之狀態表示ON，Low(0)之狀態表示OFF。另外，關於動作許可/不許可訊號，其High(1)之狀態為動作許可狀態，Low(0)之狀態為動作不許可狀態。關於感測器故障檢測訊號，其High(1)之狀態為感測器故障檢測狀態，Low(0)之狀態為感測器故障非檢測狀態。

動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器(inverter有多種名稱，如反相器、反向器、變換器、變頻器等等，本文中稱為反相器)112。輸入至X0,X1之輸入訊號(感測器輸入)，分別輸入到AND電路110的輸入端。AND電路110的演算結果輸入到AND電路111的一個輸入端。感測器故障檢測部12的檢測結果，係經由反相器112而輸入到AND電路111的另一個輸入端。AND電路111的演算結果經由輸出埠Y0而輸出至控制裝置2。亦即，動作許可/不許可部11，係在感測器31,32雙方都做ON輸出，且感測器故障檢測部12未檢測出感測器故障之時，許可被控制裝置3的動作，在感測器31,32中的至少一方做OFF輸出，或感測器故障檢測部12檢測出感測器故障之時，不許可被控制裝置3的動作。

感測器故障檢測部12具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123(感測器故障判定部)、及鎖存(latch)電路124。來自X0之感測器輸入及來自X1之感測器輸入，分別輸入到AND電路120、NOR電路121、及XOR電路122的兩輸入端，此AND電路120、NOR電路121及XOR電路122具有作為判定來自感測器31,32之輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是在感測器間為不一致狀態之輸入訊號判定部之功能。

鎖存電路124具有作為：在來自感測器31,32之輸入訊號經判定為不一致狀態之時，將判定為不一致狀態之記錄予以保持，在輸入訊號經判定為全部為OFF狀態之時，將該記錄予以解放之第一鎖存記憶部之功能。具體言之，鎖存電路124係供XOR電路122的演算結果設定(SET)至其中，且利用NOR電路121的演算結果將前述XOR電路122的保持內容予以重設(RESET)者。

AND電路120的演算結果及鎖存電路124的保持內容分別輸入到AND電路123的輸入端。AND電路123的演算結果，係作為感測器故障檢測部12的檢測結果而傳送至動作許可/不許可部11，並且經由輸出埠Y1而輸出至控制裝置2。亦即，AND電路123係在輸入訊號經判定為全部都是ON狀態之時，在鎖存電路124保持著判定為不一致狀態的記錄之情況，設定感測器故障檢測訊號為感測器故障檢測狀態，在鎖存電路124並未保持該記錄之情況，設定感測器故障檢測訊號為感測器故障非檢測狀態。

接著，參照第3及第4圖來說明安全裝置1的動作。第3圖係用來說明安全裝置1未檢測出感測器故障之情況之安全裝置1的動作模式之時點圖。(a),(b)分別表示輸入到X0,X1之感測器輸入，(c)表示XOR電路122的輸出，(d)表示NOR電路121的輸出，(e)表示鎖存電路124的輸出，(f)表示AND電路120的輸出，(g)表示來自輸出埠Y1之輸出(感測器故障檢測訊號)，(h)表示來自輸出埠Y0之輸出(動作許可/不許可訊號)的變化情形。

如第3圖所示，在圖中的時點1，X1處於ON的狀態而X0從ON變為OFF時，XOR電路122就檢測出X0與X1之間的不一致，因而XOR電路122的輸出端從Low變為High，鎖存電路124將High的狀態予以保持。此外，AND電路120的輸出從High變為Low，動作許可/不許可訊號根據來自AND電路120之輸入的變化而從動作許可狀態變為動作不許可狀態。

在時點2，X1從ON變為OFF時，X0與X1的不一致便解除了，於是XOR電路122的輸出從High變為Low。NOR電路121的輸出端從Low變為High，鎖存電路124因該變化而受到重設，保持內容因而從High變為Low。

在時點3，X0,X1雙方都從OFF變為ON時，NOR電路121從High變為Low且AND電路120從Low變為High。由於不論在時點1至3中的任一個的變化中，都沒有輸入至AND電路123的兩個訊號雙方皆為High之時點，因此感測器故障檢測訊號在整個時點1至3的變化中一直都為Low，亦即一直都為感測器故障非檢測狀態。在時點3，感測器故障檢測訊號為Low，且X0,X1雙方都為ON，因此動作許可/不許可訊號從動作不許可狀態變為動作許可狀態。

第4圖係用來說明安全裝置1檢測出感測器故障之情況之安全裝置1的動作模式之時點圖。(a),(b)分別表示輸入到X0,X1之感測器輸入，(c)表示XOR電路122的輸出，(d)表示NOR電路121的輸出，(e)表示鎖存電路124的輸出，(f)表示AND電路120的輸出，(g)表示來自輸出埠Y1之輸出(感測器故障檢測訊號)，(h)表示來自輸出埠Y0之輸出(動作許可/不許可訊號)的時點變化。

如第4圖所示，在圖中的時點1，X1處於ON的狀態而X0從ON變為OFF時，與第3圖的時點1時一樣，XOR電路122的輸出會從Low變為High，將鎖存電路124設定(set)為High。AND電路120的輸出從High變為Low，動作許可/不許可訊號從動作許可狀態變為動作不許可狀態。

接著在時點2，X0從OFF變為ON時，XOR電路122的輸出會從High變為Low，AND電路120的輸出會從Low變為High。鎖存電路124因其保持內容並未受到重設，所以在時點1的變化之後會一直輸出High。因而，輸入至AND電路123的訊號兩個皆為High，所以感測器故障檢測訊號從Low變為High(感測器故障檢測狀態)。此外，由於感測器故障檢測訊號為High，因此在時點2，即使X0,X1皆為ON，動作許可/不許可訊號也不會變為High(動作許可狀態)。

在上述的說明中，說明的雖然是安全裝置1接收來自被控制裝置3所具備的兩個感測器31,32之輸出，然後根據所接收的輸入而進行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測，但亦可採行讓被控制裝置3具備三個以上的感測器，再根據來自此等感測器的輸入而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。第5圖係用來說明具備有三個感測器輸入的輸入埠之情況之安全裝置1的構成的一例之圖。來自各個感測器之感測器輸入，分別輸入至輸入埠X0,X1,X2。安全裝置1具備有用來檢測感測器輸入間的不一致之不一致檢測電路125，來替換XOR 電路122。來自三個感測器之輸入訊號，分別輸入至AND電路120、NOR電路121、不一致檢測電路125、AND電路110。不一致檢測電路125檢測出三個輸入訊號之間的不一致，並將檢測結果設定(set)至鎖存電路124。

如上所述，本發明之實施形態1，係構成為：具備有在來自複數個感測器之輸入訊號為不一致狀態之時，將不一致狀態記錄予以保持，在來自複數個感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將不一致狀態記錄予以解放之鎖存電路124；以及在來自複數個感測器之輸入訊號全部變為ON狀態的時點，執行在鎖存電路124保持著前述不一致狀態記錄之情況，判定為複數個感測器中的至少一個故障了，在鎖存電路124並未保持不一致狀態記錄之情況，判定為複數個感測器皆未故障之感測器故障判定之AND電路123之構成，因此不用像根據變為不一致狀態的時間來進行故障檢測之以往的故障檢測手段一樣必須設定進行故障檢測所需的設定時間就可檢測出感測器之故障。換言之，根據實施形態1就可簡單地檢測出感測器之故障。

實施形態2

實施形態1的構成，在所有的訊號從皆為OFF的狀態經過不一致狀態到全變為ON時，所有的訊號係在不一致檢測電路(或XOR電路)已檢測到不一致狀態之狀態下全變為ON，因此會輸出感測器故障檢測狀態。實施形態2則是做成為：一旦所有的訊號全變為OFF，則即使經過不一致狀態到全變為ON，也不輸出感測器故障檢測狀態。

第6圖係用來說明本發明之安全裝置的實施形態2的構成的一例之圖。在此，在與實施形態1相同的構成元件標註與實施形態1相同的符號，並省略其詳細的說明。

如第6圖所示，安全裝置4具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部13。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部13的檢測結果輸入至反相器112。

感測器故障檢測部13具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123、鎖存電路124、及鎖存電路130。鎖存電路130具有作為：在來自感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將OFF狀態記錄予以保持，在輸入訊號全部為ON狀態之時，將OFF狀態記錄予以解放之第二鎖存記憶部之功能。具體言之，鎖存電路130係供NOR電路121的演算結果設定至其中，且設定的演算結果係利用AND電路120的演算結果加以重設者。而且，鎖存電路130的保持內容，係用作為鎖存電路124的保持內容的重設輸入。

第7圖係用來說明安全裝置4檢測出感測器故障之情況之安全裝置4的動作模式之時點圖。(a),(b)分別表示輸入到X0,X1之感測器輸入，(c)表示XOR電路122的輸出，(d)表示NOR電路121的輸出，(e)表示鎖存電路130的輸出，(f)表示鎖存電路124的輸出，(g)表示AND電路120的輸出，(h)表示來自輸出埠Y1之輸出(感測器故障檢測訊號)，(i)表示來自輸出埠Y0之輸出(動作許可/不許可訊號)的時點變化。

如第7圖所示，在圖中的時點1，X1維持ON的狀態而X0從ON變為OFF時，XOR電路122的輸出從Low變為High，使鎖存電路124被設定為High，AND電路120的輸出從High變為Low，動作許可/不許可訊號從動作許可狀態變為動作不許可狀態。

接著在時點2，X1從ON變為OFF時，XOR電路122的輸出從High變為Low，NOR電路121的輸出從Low變為High。鎖存電路130因NOR電路121的變化而被設定為High，使鎖存電路124重設而使其保持內容從High變為Low。而且，鎖存電路130只要保持在High，就處於一直使重設輸入輸入到鎖存電路124之狀態。

接著在時點3，在X0為OFF的狀態下X1從OFF變為ON時，XOR電路122的輸出從Low變為High，NOR電路121的輸出從High變為Low。由於即使在時點3，NOR電路121的輸出從High變為Low，鎖存電路130也一直保持在High，因此鎖存電路124等於是一直接受重設輸入，所以為不會被設定為XOR電路122的演算結果，亦即不會被設定為High之狀態。

然後，在時點4，X0從OFF變為ON時，XOR電路122的輸出從High變為Low，AND電路120的輸出從Low變為High。由於AND電路120的輸出變為High，所以鎖存電路130的保持內容被重設而從High變為Low。由於不論在時點1至4中的任一個的變化中，都沒有輸入至AND電路123 的兩個訊號雙方皆為High之時點，因此感測器故障檢測訊號在整個時點1至4的變化中一直都為Low。在時點4，感測器故障檢測訊號為Low，且X0,X1雙方都為ON，因此動作許可/不許可訊號從動作不許可狀態變為動作許可狀態。

附帶一提，若根據實施形態1，在第7圖中的時點3，感測器31,32為不一致狀態，所以XOR電路122的輸出變為High，將High設定至鎖存電路124。然後，在時點4，AND電路120的輸出從Low變為High，輸入至AND電路123的兩個訊號就都變為High，AND電路123因而輸出感測器故障檢測狀態。

在實施形態2中，也一樣可採行讓被控制裝置3具備三個以上的感測器，讓安全裝置4根據此等感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。第8圖係用來說明具備有三個感測器輸入的輸入埠之情況之安全裝置4的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置4具備有不一致檢測電路131來替換XOR電路122，不一致檢測電路131用來檢測X0至X2間之訊號的不一致。

如以上所說明的，根據實施形態2，構成為另外具備有在來自複數個感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將OFF狀態記錄予以保持，在輸入訊號全部為ON狀態之時，將OFF狀態記錄予以解放之鎖存電路130，且鎖存電路130在保持著OFF狀態記錄之時，讓用來使不一致狀態記錄解放之重設輸入輸入至鎖存電路124之構成，因此可簡單地檢測出感測器之故障。而且，可在所有的訊號從皆為OFF的狀態經過不一致狀態到全變為ON之時，不作出感測器故障之判定。

實施形態3

第9圖係用來說明實施形態3之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置5具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部14。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部14的檢測結果輸入至反相器112。

感測器故障檢測部14具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123、非揮發性的鎖存電路140、及非揮發性的鎖存電路141。XOR電路122的演算結果係設定至鎖存電路140中，且鎖存電路140係利用NOR電路121的演算結果加以重設。AND電路123係讓AND電路120的演算結果及鎖存電路140的保持內容分別輸入其輸入端，且將其演算結果設定至鎖存電路141。鎖存電路141係以其保持內容作為感測器故障檢測訊號而輸出。此外，安全裝置5具備有輸入埠X2以供輸入用來重設鎖存電路141的保持內容之訊號。鎖存電路141一旦保持了感測器故障檢測狀態，就會一直保持著該保持內容直到有重設輸入從外部(例如控制裝置2)輸入到其中為止。

在實施形態3中，也與實施形態1一樣，可採行讓安全裝置5根據三個以上的感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。

如以上所說明的，根據實施形態3，將不一致狀態之檢測結果設定至非揮發性的鎖存電路140，將感測器故障檢測訊號設定至非揮發性的鎖存電路141，因此即使在例如第4圖中的時點1與時點2之間電源斷掉(OFF)了，鎖存電路140也能持續保持著High的狀態。另外，就算在時點2以後電源OFF了，鎖存電路141也能持續保持著動作不許可狀態。亦即，根據實施形態3，除了與實施形態1一樣的效果之外，還因為就算電源OFF了，也可在電源再投入之時，以與電源OFF前相同的狀態再開始動作，而能另外得到可防止因電源OFF遺漏掉感測器故障之效果。

實施形態4

第10圖係用來說明實施形態4之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置6具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部15。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部15的檢測結果輸入至反相器112。

感測器故障檢測部15具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123、非揮發性的鎖存電路150、非揮發性的鎖存電路151、及非揮發性的鎖存電路152。NOR電路121的演算結果係設定至鎖存電路150中，且鎖存電路150係利用AND電路120的演算結果加以重設。而且，鎖存電路150的保持內容係用作為鎖存電路151的保持內容的重設輸入。

AND電路123其輸入端分別有AND電路120的演算結果及鎖存電路151的保持內容輸入，且將其演算結果設定至鎖存電路152。鎖存電路152以其保持內容作為感測器故障檢測訊號而輸出。此外，安全裝置6具備有輸入埠X2以供輸入用來重設鎖存電路152的保持內容之訊號。鎖存電路152一旦保持了感測器故障檢測狀態，就會一直保持著該保持內容直到有重設輸入從外部輸入到其中為止。

在實施形態4中，也與實施形態2一樣，可採行讓安全裝置6根據三個以上的感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。

如以上所說明的，根據實施形態4，鎖存電路150,151,152以非揮發性的形態保持其保持內容，因此除了與實施形態2一樣的效果之外，還能得到可防止因電源OFF遺漏掉感測器故障之效果。

實施形態5

實施形態1至4之安全裝置，係做成為在所有的訊號都變為ON狀態的時點進行感測器故障檢測之形態。實施形態5的特徵則在於做成為不只在所有的訊號都變為ON狀態的時點，在任意的時點都能進行感測器故障檢測之形態。

第11圖係用來說明實施形態5之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置7具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部16。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部16的檢測結果輸入至反相器112。

感測器故障檢測部16具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123、鎖存電路124、鎖存電路130、外部觸發檢測部160、AND電路161、及OR電路162。

外部觸發檢測部160係監視來自外部之觸發輸入(trigger input)。所謂的觸發輸入，可指例如來自用來使該觸發產生之開關(switch)之輸入。此外，外部觸發檢測部160亦可做成為監視控制裝置2或被控制裝置3的電源，並以監視對象的電源之OFF作為外部觸發之形態。AND電路161其輸入端分別有鎖存電路124的保持內容及外部觸發檢測部160的檢測內容輸入。OR電路162其輸入端有AND電路123的演算結果及AND電路161的演算結果輸入，且OR電路162以其演算結果作為感測器故障檢測訊號而輸出。

藉由形成為如上所述的構成，在外部觸發檢測部160檢測到觸發產生(trigger ON)的狀態下，當鎖存電路124變為High時，輸入至AND電路161的兩個訊號就都會為High。此時，不論AND電路123的演算結果為何，OR電路162的輸出都會從Low變為High。亦即，根據實施形態5，不只在所有的訊號都變為ON狀態的時點，在任意的時點都能進行感測器故障檢測。

安全裝置7雖形成為在實施形態2的構成之上再加上外部觸發檢測部160、AND電路161、OR電路162之構成，但亦可形成為在實施形態1的構成之上再加上前述三個構成要素之構成。

實施形態6

實施形態1至4之安全裝置，係在所有的訊號都變為ON狀態的時點檢測出感測器故障。實施形態6則做成為在從所有的訊號都為OFF的狀態變為不一致狀態，且該不一致狀態持續預定的時間以上之時，判定為感測器故障檢測之形態。

第12圖係用來說明實施形態6之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置8具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部17。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部17的檢測結果輸入至反相器112。

感測器故障檢測部17具備有AND電路120、NOR電路121、XOR電路122、AND電路123、鎖存電路124、鎖存電路130、OR電路170、計時器(timer)171、AND電路172、及OR電路173。

AND電路120及NOR電路121的演算結果分別輸入至OR電路170的輸入端。計時器171開始(START)計時後，會計時到判定為感測器故障所需的設定時間。計時器171係根據XOR電路122的演算結果而開始計時(count start)，根據OR電路170的演算結果而重新開始計時(count reset)。AND電路172其輸入端有鎖存電路124的保持內容及計時器171的計時結果輸入。OR電路173其輸入端有AND電路123的演算結果及AND電路172的演算結果輸入，且OR電路173以其演算結果作為感測器故障檢測訊號而輸出。

藉由形成為如上所述的構成，當所有的訊號從皆為OFF變為不一致狀態，且不一致狀態經過了設定於計時器171的設定時間時，就會以此經過了設定時間之事件作為觸發事件而將感測器故障檢測狀態予以輸出。

在實施形態6中，也與實施形態2一樣，可採行讓安全裝置8根據三個以上的感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。

如上所述，根據實施形態6，構成為：另外具備有在判定為來自感測器之輸入訊號為不一致狀態之時，開始計時，在來自感測器之輸入訊號全部為ON狀態之時及全部為OFF狀態之時，重新開始計時之計時預定的設定時間之計時器171，且在來自感測器之輸入訊號全部變為ON狀態之時點或計時器171計時到前述設定時間之時點兩者中的至少一時點鎖存電路124變為High之情況，設定感測器故障檢測訊號為感測器故障檢測狀態之構成，因此除了實施形態2的效果之外，還能得到即使是在如第7圖中的時點1與時點2之間雙方應該變為OFF狀態之狀態長時間持續的情況中一方的感測器在維持著ON的狀態下故障，也可藉由適切地設定計時器171的設定時間，而在雙方變為ON狀態前檢測出該故障之效果。

另外，形成為分別在AND電路172與OR電路173之間以及AND電路123與OR電路173之間，插入可從外部加以操作之遮罩電路(mask circuit)，而可遮罩住AND電路172、AND電路123的演算結果之構成，就可藉由操作各個遮罩電路，而可切換要在雙方皆變為ON狀態之時點進行故障檢測、或是在經過了計時器171的設定時間之時點進行故障檢測、或是在前述兩時點進行故障檢測。

安全裝置8雖形成為在實施形態2的構成之上再加上OR電路170、計時器171、AND電路172、及OR電路173之構成，但亦可形成為在實施形態1的構成之上再加上前述四個構成要素之構成。

實施形態7

實施形態1中說明的感測器故障檢測部之功能，亦可藉由軟體來執行。實施形態7係針對藉由軟體來執行實施形態1的感測器故障檢測部的動作之情況進行說明。

第13圖係用來說明實施形態7之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置9具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部18。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部18的檢測結果輸入至反相器112。

來自感測器31,32之感測器輸入輸入至感測器故障檢測部18，感測器故障檢測部18根據該感測器輸入來檢測出感測器31,32中的一個感測器之故障，並將檢測結果當作感測器故障檢測訊號而加以輸出。感測器故障檢測部18具有包括CPU 180、ROM 181、RAM 182、及輸出入埠(IO port)183之與一般的電腦相同之構成。CPU 180、ROM 181、RAM 182、及輸出入埠183分別透過匯流排(bus)而相連接。

輸出入埠183係用來接受兩個感測器輸入之輸入，以及輸出感測器故障檢測訊號之連接介面(interface)。ROM 181中，儲存有用來檢測感測器故障之程式，亦即感測器故障檢測程式184。感測器故障檢測程式184係在安全裝置9啟動時，傳送至RAM 182並展開於RAM 182的程式展開區域。CPU 180係藉由執行展開於RAM 182之感測器故障檢測程式184來實現感測器故障檢測部18的功能。

第14圖係用來說明感測器故障檢測部18的功能構成之圖。如圖所示，感測器故障檢測部18具備有：儲存有不一致狀態記錄變數之不一致狀態記錄變數記憶部185；判定來自兩個感測器之輸入訊號是為不一致狀態、或是雙方皆為ON狀態、或是雙方皆為OFF狀態之輸入訊號判定部186；根據輸入訊號判定部186所做出的判定結果來操作不一致狀態記錄變數之變數操作部187；以及在輸入訊號判定部186判定為兩感測器輸入皆為ON狀態之時，根據不一致狀態記錄變數來判定感測器31,32是否故障了之故障檢測判定部188。不一致狀態記錄變數記憶部185係確保於例如RAM 182或CPU 180所具備的暫存器等之中。

不一致狀態記錄變數，係對應於實施形態1之安全裝置1中的鎖存電路124的保持內容。

第15圖係用來說明藉由感測器故障檢測部18而實現之故障檢測方法之流程圖。如圖所示，首先，動作一開始，故障檢測判定部188就設定感測器故障檢測訊號為感測器故障非檢測狀態(Y1=0)(步驟S1)。變數操作部187就設定不一致狀態記錄變數(w_diff)=0(步驟S2)。輸入訊號判定部186則是取得(取樣；sampling)輸入至X0,X1之感測器輸入(步驟S3)。

輸入訊號判定部186接著判定所取得的輸入至X0之訊號與輸入至X1之訊號的互斥邏輯和(即兩者的XOR運算之值)是否為1(亦即兩感測器輸入為不一致狀態)(步驟S4)。若兩訊號的互斥邏輯和為1(步驟S4的結果為“是”)，則變數操作部187設定w_diff=1(步驟S5)，然後回到步驟S3。

若兩訊號的互斥邏輯和不為1(步驟S4的結果為“否”)，則輸入訊號判定部186進一步判定兩訊號的邏輯和的反轉(即兩者的NOR運算之值)是否為1(亦即雙方皆為OFF狀態)(步驟S6)。若兩訊號的邏輯和的反轉為1(步驟S6的結果為“是”)，則變數操作部187設定w_diff=0(步驟S7)，然後回到步驟S3。

若兩訊號的邏輯和的反轉不為1(步驟S6的結果為“否”)，即為兩感測器輸入雙方皆為ON狀態。在此情況，故障檢測判定部188判定w_diff是否等於0(步驟S8)，若w_diff不等於0(步驟S8的結果為“否”)，則設定Y1=1(感測器故障檢測狀態)(步驟S9)。若w_diff等於0(步驟S8的結果為“是”)，則回到步驟S3。

在上述說明中，亦可讓動作許可/不許可部11也採用電腦構成，而藉由執行程式來實現動作許可/不許可部11的動作。而且，可使實現動作許可/不許可部11的動作之程式與感測器故障檢測程式184在同一電腦上執行。

在實施形態7中，也與實施形態1一樣，可採行讓安全裝置9根據三個以上的感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。

如上所述，構成為：將來自複數個感測器之輸入訊號取入(步驟S3)，然後判定輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是為不一致狀態(步驟S4、步驟S6)，並在判定結果為不一致狀態之情況，設定w_diff=1(步驟S5)，在判定結果為全部為OFF狀態之情況，設定w_diff=0(步驟S7)，在判定結果為全部為ON狀態之情況，w_diff=0之時，判定為複數個感測器中的至少一個故障了(步驟S9)之構成，因此與實施形態1一樣，可簡單地檢測出感測器之故障。

實施形態8

實施形態8係針對藉由軟體來執行實施形態2中說明過的感測器故障檢測部的功能之情況進行說明。

第16圖係用來說明實施形態8之安全裝置的構成的一例之圖。如圖所示，安全裝置10具備有動作許可/不許可部11、及感測器故障檢測部19。動作許可/不許可部11具備有AND電路110、AND電路111、及反相器112。感測器故障檢測部19的檢測結果輸入至反相器112。

來自感測器31,32之感測器輸入輸入至感測器故障檢測部19，感測器故障檢測部19根據該感測器輸入來檢測出感測器31,32中的一個感測器之故障，並將檢測結果當作感測器故障檢測訊號而加以輸出。感測器故障檢測部19具有包括CPU 190、ROM 191、RAM 192、及輸出入埠193之與一般的電腦相同之構成。CPU 190、ROM 191、RAM 192、及輸出入埠193分別透過匯流排而相連接。

輸出入埠193係用來接受兩個感測器輸入之輸入，以及輸出感測器故障檢測訊號之連接介面。ROM 191中，儲存有用來檢測感測器故障之程式，亦即感測器故障檢測程式194。感測器故障檢測程式194係在安全裝置10啟動時，傳送至RAM 192並展開於RAM 192的程式展開區域。CPU 190係藉由執行展開於RAM 192之感測器故障檢測程式194來實現感測器故障檢測部19的功能。

第17圖係用來說明感測器故障檢測部19的功能構成之圖。如圖所示，感測器故障檢測部19具備有：儲存有不一致狀態記錄變數之不一致狀態記錄變數記憶部195；儲存有雙方OFF狀態記錄變數之雙方OFF狀態記錄變數記憶部196；判定來自兩個感測器之輸入訊號為不一致狀態、或是雙方皆為ON狀態、或是雙方皆為OFF狀態之輸入訊號判定部197；根據輸入訊號判定部197所做出的判定結果來操作不一致狀態記錄變數及雙方OFF狀態記錄變數之變數操作部198；以及在輸入訊號判定部197判定為兩感測器輸入皆為ON狀態之時，根據不一致狀態記錄變數來判定感測器31,32是否故障了之故障檢測判定部199。不一致狀態記錄變數記憶部195及雙方OFF狀態記錄變數記憶部196係確保於例如RAM 192或CPU 190所具備的暫存器等之中。

第18圖係用來說明感測器故障檢測部19的動作之狀態圖(state chart)。如圖所示，從不一致狀態記錄變數(w_diff)與雙方OFF狀態記錄變數(w_off)的值之組合，而分別可識別三種狀態[雙方ON狀態(w_diff=0,w_off=0)、雙方OFF狀態或不一致狀態1(w_diff=0,w_off=1)、不一致狀態2(w_diff=1,w_off=0)]。不一致狀態1係指從雙方OFF狀態變過來之不一致狀態，不一致狀態2係指從雙方ON狀態變過來之不一致狀態。變數操作部198係根據輸入訊號判定部197所做出的判定結果來操作兩個變數。換言之，變數操作部198係控制第18圖所示之上述三個狀態間的變遷。故障檢測判定部199係在狀態為不一致狀態2之情況，輸入訊號判定部197判定為雙方ON狀態之時，設定感測器故障檢測訊號為感測器故障檢測狀態。

不一致狀態記錄變數，係對應於實施形態2之安全裝置4中的鎖存電路124的保持內容，雙方OFF狀態記錄變數係對應於實施形態2之安全裝置4中的鎖存電路130的保持內容。

第19圖係用來說明藉由感測器故障檢測部19而實現之故障檢測方法之流程圖。如圖所示，首先，動作一開始，故障檢測判定部199就設定感測器故障檢測訊號為感測器故障非檢測狀態(Y1=0)(步驟S11)。變數操作部198就設定w_diff=0,w_off=0(步驟S12)。輸入訊號判定部197則是取得(取樣)輸入至X0,X1之感測器輸入(步驟S13)。

輸入訊號判定部197接著判定所取得的輸入至X0之訊號與輸入至X1之訊號的互斥邏輯和是否為1(亦即兩感測器輸入為不一致狀態)(步驟S14)。若兩訊號的互斥邏輯和為1(步驟S14的結果為“是”)，則變數操作部198判定w_off是否等於0(步驟S15)，若w_off=0(步驟S15的結果為“是”)，則設定w_diff=1(步驟S16)，然後回到步驟S13。若w_off不等於0(步驟S15的結果為“否”)，則跳過步驟S16。

若兩訊號的互斥邏輯和不為1(步驟S14的結果為“否”)，則輸入訊號判定部197進一步判定兩訊號的邏輯和的反轉是否為1(亦即雙方皆為OFF狀態)(步驟S17)。若兩訊號的邏輯和的反轉為1(步驟S17的結果為“是”)，則變數操作部198設定w_diff=0,w_off=1(步驟S18)，然後回到步驟S13。

若兩訊號的邏輯和的反轉不為1(步驟S17的結果為“否”)，即為兩感測器輸入雙方皆ON狀態。在此情況，故障檢測判定部199判定w_diff是否等於0(步驟S19)，若w_diff不等於0(步驟S19的結果為“否”)，則設定Y1=1(感測器故障檢測狀態)(步驟S21)。若w_diff等於0(步驟S19的結果為“是”)，則變數操作部198設定w_off=0(步驟S20)，然後回到步驟S13。

在上述說明中，亦可讓動作許可/不許可部11也採用電腦構成，而藉由執行程式來實現動作許可/不許可部11的動作。而且，可使實現動作許可/不許可部11的動作之程式與感測器故障檢測程式194在同一電腦上執行。

在實施形態8中，也與實施形態2一樣，可採行讓安全裝置10根據三個以上的感測器的輸出而執行動作許可/不許可的判定以及感測器故障的檢測之形態。

如上所述，根據實施形態8，構成為：將來自複數個感測器之輸入訊號取入(步驟S12)，然後判定輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是為不一致狀態(步驟S14及步驟S17)，並在判定結果為全部為OFF狀態之情況，設定w_diff=0,w_off=1(步驟S18)，在判定結果為不一致狀態之情況，w_off=0之時，設定w_diff=1(步驟S16)，在判定結果為全部為ON狀態之情況，w_diff=0之時，設定w_off=0(步驟S20)，在w_diff=1之時，判定為複數個感測器中的至少一個故障了(步驟S21)之構成，因此與實施形態2一樣，可簡單地檢測出感測器之故障。而且，可在所有的訊號從皆為OFF的狀態經過不一致狀態到全變為ON時，不將之判定為感測器故障。

(產業上之可利用性)

如以上所述，本發明之安全裝置及故障檢測方法，很適合應用於根據來自用來檢知機器的安全狀態之多重化的感測器之輸入訊號而許可/不許可前述機器的動作之安全裝置以及該安全裝置中的感測器之故障檢測方法。

1、4至10．．．安全裝置

2．．．控制裝置

3．．．被控制裝置

11．．．動作許可/不許可部

12至19．．．感測器故障檢測部

31．．．第一感測器

32．．．第二感測器

110、111、120、123、161、172．．．AND電路

112．．．反相器

121．．．NOR電路

122．．．XOR電路

124、130、140、141、150、151、152．．．鎖存電路

125、131．．．不一致檢測電路

160．．．外部觸發檢測部

162、170、173．．．OR電路

171．．．計時器

180、190．．．CPU

181、191．．．ROM

182、192．．．RAM

183、193．．．輸出入埠

184、194．．．感測器故障檢測程式

185、195．．．不一致狀態記錄變數記憶部

186、197．．．輸入訊號判定部

187、198．．．變數操作部

188、199．．．故障檢測判定部

196．．．雙方OFF狀態記錄變數記憶部

第1圖係顯示使用實施形態1之安全裝置之系統之圖。

第2圖係用來說明實施形態1之安全裝置的構成的一例之圖。

第3圖係用來說明未檢測出感測器故障之情況之安全裝置的動作模式之時點圖。

第4圖係用來說明檢測出感測器故障之情況之安全裝置的動作模式之時點圖。

第5圖係用來說明具備有三個感測器輸入的輸入埠之情況之安全裝置的構成的一例之圖。

第6圖係用來說明實施形態2之安全裝置的構成的一例之圖。

第7圖係用來說明檢測出感測器故障之情況的動作模式之時點圖。

第8圖係用來說明具備有三個感測器輸入的輸入埠之情況之安全裝置的構成的一例之圖。

第9圖係用來說明實施形態3之安全裝置的構成的一例之圖。

第10圖係用來說明實施形態4之安全裝置的構成的一例之圖。

第11圖係用來說明實施形態5之安全裝置的構成的一例之圖。

第12圖係用來說明實施形態6之安全裝置的構成的一例之圖。

第13圖係用來說明實施形態7之安全裝置的構成的一例之圖。

第14圖係用來說明感測器故障檢測部的功能構成之圖。

第15圖係用來說明藉由感測器故障檢測部而實現之故障檢測方法之流程圖。

第16圖係用來說明實施形態8之安全裝置的構成的一例之圖。

第17圖係用來說明感測器故障檢測部的功能構成之圖。

第18圖係用來說明感測器故障檢測部的動作之狀態圖。

第19圖係用來說明藉由感測器故障檢測部而實現之故障檢測方法之流程圖。

1．．．安全裝置

11．．．動作許可/不許可部

12．．．感測器故障檢測部

110、111、120、123．．．AND電路

112．．．反相器

121．．．NOR電路

122．．．XOR電路

124．．．鎖存電路

Claims

一種安全裝置，具備有：輸入訊號判定部，判定來自分別對機器的安全狀態進行檢測之複數個感測器之輸入訊號是全部為ON狀態、全部為OFF狀態、或是在前述感測器間為不一致狀態；第一鎖存記憶部，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號為不一致狀態之時，將不一致狀態記錄予以保持，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將前述不一致狀態記錄予以解放；感測器故障判定部，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為ON狀態之第一時點，執行下述之判定：在前述第一鎖存記憶部保持著前述不一致狀態記錄之情況，判定為前述複數個感測器中的至少一個故障了，在前述第一鎖存記憶部並未保持前述不一致狀態記錄之情況，判定為前述複數個感測器皆未故障之感測器故障判定；以及動作許可/不許可部，根據來自前述複數個感測器之輸入訊號及前述感測器故障判定部所做之感測器故障判定的判定結果而許可/不許可前述機器的動作。
如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中，復具備有：第二鎖存記憶部，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為OFF狀態之時，將OFF狀態記錄予以保持，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為ON狀態之時，將前述OFF狀態記錄予以解放；且前述第二鎖存記憶部，係在保持著前述OFF狀態記錄之時，將用來使前述不一致狀態記錄解放之重設輸入輸入至前述第一鎖存記憶部。
如申請專利範圍第1項所述之安全裝置，其中，前述第一鎖存記憶部係為非揮發性者；前述感測器故障判定部係復具備有用來保持前述感測器故障判定的判定結果之非揮發性的第三鎖存記憶部。
如申請專利範圍第2項所述之安全裝置，其中，前述第一鎖存記憶部及前述第二鎖存記憶部係為非揮發性者；前述感測器故障判定部復具備有用來保持前述感測器故障判定的判定結果之非揮發性的第三鎖存記憶部。
如申請專利範圍第3項或第4項所述之安全裝置，其中，前述第三鎖存記憶部係在有來自外部之重設輸入輸入之時解放前述感測器故障判定的判定結果。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之安全裝置，其中，復具備有用來檢測來自外部的觸發之外部觸發檢測部；且前述感測器故障判定部除了在前述第一時點之外也在前述外部觸發檢測部檢測到來自外部的觸發之第二時點執行前述感測器故障判定。
如申請專利範圍第6項所述之安全裝置，其中，前述來自外部的觸發，係為電源OFF訊號。
如申請專利範圍第1項或第2項所述之安全裝置，其中，復具備有：計時器，計時預定的設定時間，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號為不一致狀態之時，開始計時，在前述輸入訊號判定部判定為來自前述複數個感測器之輸入訊號全部為ON狀態之時以及判定為全部為OFF狀態之時，重新開始計時；且前述感測器故障判定部除了在前述第一時點之外也在前述計時器計時到前述設定時間之第三時點執行前述感測器故障判定。
一種故障檢測方法，係根據來自分別對機器的安全狀態進行檢測之複數個感測器之輸入訊號而許可/不許可前述機器的動作之安全裝置所進行之檢測前述複數個感測器的故障之故障檢測方法，包括下述步驟：將來自前述複數個感測器之輸入訊號予以取入之第一步驟；判定前述取入的輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是在前述感測器間為不一致狀態之第二步驟；在前述第二步驟的判定結果為不一致狀態之情況，使第一狀態記憶於用來記憶第一狀態及第二狀態中的任一個狀態之第一記憶部之第三步驟；在前述第二步驟的判定結果為全部為OFF狀態之情況，使第二狀態記憶於前述第一記憶部之第四步驟；以及在前述第二步驟的判定結果為全部為ON狀態之情況，前述第一記憶部記憶著第一狀態之時，判定為前述複數個感測器中的至少一個故障了，前述第一記憶部記憶著第二狀態之時，判定為前述複數個感測器皆未故障之第五步驟。
一種故障檢測方法，係根據來自分別對機器的安全狀態進行檢測之複數個感測器之輸入訊號而許可/不許可前述機器的動作之安全裝置所進行之檢測前述複數個感測器的故障之故障檢測方法，包括下述步驟：將來自前述複數個感測器之輸入訊號予以取入之第一步驟；判定前述取入的輸入訊號是全部為ON狀態、或全部為OFF狀態、或是在前述感測器間為不一致狀態之第二步驟；在前述第二步驟的判定結果為全部為OFF狀態之情況，使第一狀態記憶於用來記憶第一狀態及第二狀態中的任一個狀態之第一記憶部，使第三狀態記憶於用來記憶第三狀態及第四狀態中的任一個狀態之第二記憶部之第三步驟；在前述第二步驟的判定結果為不一致狀態之情況，前述第二記憶部記憶著第四狀態之時，使第二狀態記憶於前述第一記憶部之第四步驟；以及在前述第二步驟的判定結果為全部為ON狀態之情況，前述第一記憶部記憶著第一狀態之時，使第四狀態記憶於前述第二記憶部，前述第一記憶部記憶著第二狀態之時，判定為前述複數個感測器中的至少一個故障了之第五步驟。