WO2001020410A1 - Systeme de commande de moyens de production - Google Patents

Description

糸田

生産設備制御システム

〔技術分野〕

本発明は、 機械可動部を有する生産設備の制御システムに関し、 特に、 システ ムの安全性に係る技術に関する。

〔背景技術〕

機械可動部を有する生産設備において、 この生産設備を制御するシステムの主 要機能は、 機械可動部の動作位置、 速度、 トノレクなど、 生産効率及び生産品の品 質に関わる操作である。 し力 し、 機械可動部と人体の衝突により重大災害を生じ る場合、 衝突回避の機能が必要である。

本明細書では、 生産設備を制御するシステムの主要機能を実現する部分を、 必 ずしも安全に関わらないと言う意味で、 非安全関連回路部と称し、 機械可動部と 人体の衝突回避をする機能を実現する部分を安全関連回路部と称する。 非安全関 連回路部は極めて高度な操作を行うため、 その構成は複雑である。 通常は、 コン ピュータ制御による。 一方、 安全関連回路部は、 非安全関連回路部に比較して格 段に単純である。

この種の生産設備制御システムにおいて、 安全関連回路部が故障すると、 機械 可動部と人体との衝突回避の機能が損なわれることになる。 従って、 安全関連回 路部にはその不具合発生時には、 危険側に誤らないような性質が要求され、 安全 関連回路部の安全性の証明が求められる。

ところが、 従来、 この種の生産設備制御システムでは、 非安全関連回路部と安 全関連回路部とは分離されることなく、 P L C (プログラマブル口ジックコント ローラ、 通称シーケンサ） を用いて、 渾然一体の回路として構成されていた。 このため、 安全関連回路部の安全性を証明するには、 安全関連回路部自体の安 全性の他に、 非安全関連回路部の不具合が安全関連回路部に影響を与えないこと を証明しなければならなかった。 非安全関連回路部の機能は複雑であって、 この 不具合の影響を分析する作業は極めて煩雑である。 また、 非安全関連回路部を変 更する場合、 変更の結果が安全関連回路部に影響を与えないことを変更の度に評 価する必要があり、 その評価作業が極めて煩わしかった。 本発明は上記の事情に鑑みなされたもので、 システムの安全性評価を容易化し た生産設備制御システムを提供することを目的とする。 また、 非安全関連回路部 をどのように変更しても、 安全関連回路部の安全性評価に影響を与えない生産設 備制御システムを提供することを目的とする。

〔発明の開示〕

このため、 本発明に係る生産設備制御システムは、 安全関連回路部と、 非安全 関連回路部とを含み、 前記安全関連回路部と前記非安全関連回路部は、 回路的に 互いに分離されており、 前記安全関連回路部は、 機械可動部と人体の衝突回避に 預かる機能を有し、 自己が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、 自 己の故障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えており、 前記非安全関 連回路部は、 前記機械可動部の運転を制御する機能を有し、 前記安全関連回路部 が高レベルのエネルギーを発生しているときのみ、 前記機械可動部の運転を制御 することが可能であるように、 前記安全関連回路部に関連付けられていることを 特徴とする。

上述したように、 本発明に係る生産設備制御システムは、 非安全関連回路部を 含む。非安全関連回路部は、機械可動部の運転を制御する機能を有する。従って、 機械可動部の動作位置、 速度、 トルクなど、 生産効率及び生産品の品買に関わる 主要な操作を行うことができる。

また、 本発明に係る生産設備制御システムは、 安全関連回路部を含む。 安全関 連回路部は、 機械可動部と人体の衝突回避に預かる機能を有するから、 機械可動 部と人体の衝突による重大災害の発生を防止することができる。

しかも、 安全関連回路部は、 自己が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを 発生し、 自己の故障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えており、 非 安全関連回路部は安全関連回路部が高レベルのエネルギーを発生しているときの み、 機械可動部の運転を制御することが可能であるように、 安全関連回路部に関 連付けられている。 従って、 安全関連回路部が正常に動作している時のみ、 非安 全関連回路部による機械可動部の運転制御が可能になる。 安全関連回路部は、 故 障した場合は、 高レベルのエネルギーを発生しないから、 非安全関連回路部によ る機械可動部の運転制御は行われない。 従って、 安全関連回路部の故障時に、 機 械可動部と人体との衝突を確実に回避し得る。

本発明に係る生産設備制御システムは、 その特徴として、 安全関連回路部及び 非安全関連回路部は、 回路的に互いに分離されている。 力かる構成によれば、 制 御システムの安全性評価は、 安全関連回路部について行えばよく、 安全性の評価 が極めて容易になる。 しかも、 非安全関連回路部をどのように変更しても、 安全 関連回路部の安全性評価に影響を与えなレ、。

好ましくは、 前記安全関連回路部は、 作業者による手動停止操作信号、 手動ま たは自動運転に基づく起動操作信号、 衝突の可能性のある区域の作業者不在を示 す不在検出信号及び手動運転時の運転意志検出信号を含む入力信号が供給される。 この構成によれば、 機械設備の運転モードを配慮した衝突回避部分の構成を実現 できる。

本発明に係る生産設備制御システムの更に別の態様として、 監視部を含むこと ができる。 前記監視部は、 前記機械可動部の動作範囲及び前記機械可動部の速度 を監視し、 その監視信号を前記安全関連回路部に供給する。

発明の好ましい態様によれば、 機械可動部の動作状態を確認しつつ、 作業者の 運転意志に基づいて、 機械可動部の運転が可能となるため、 手動運転時の安全性 が向上する。

〔図面の簡単な説明〕

図 1は、 本発明に係る生産設備制御システムの一実施例を示すブロック図であ る。

図 2は、 本発明に係る産業設備制御システムに含まれる安全関連回路部の具体 的な回路構成を示す図である。

図 3は、 本発明に係る産業設備制御システムに含まれる自己保持部の動作を説 明するタイムチヤ一トである。

図 4は、 本発明に係る産業設備制御システムに含まれるオフ ·ディレ一部及び オン ·ディレ一部の動作を説明するタイムチヤ一トである。

図 5は、 本発明に係る産業設備制御システムに含まれる前処理部の具体的な回 路例を示す図である。

図 6は、 図 5に示した前処理部に付加する監視部の具体例を示すプロック図で ある。

図 7は、 図 6に示した監視部に含まれるオーバ一スピード監視部の動作を説明 する波形図である。

〔発明を実施するための最良の形態〕

以下に、 本発明に係る生産設備制御システムについて添付図面に基づいて説明 する。

図 1は、 本発明に係る生産設備制御システムの一実施例を示すプロック図であ る。

図示された生産設備制御システム 3は、 安全関連回路部 1と、 非安全関連回路 部 2とを含む。

安全関連回路部 1は、 機械可動部 4と人体の衝突回避に預かる機能 （衝突回避 機能） を有し、 自己が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、 自己の 故障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えている。 安全関連回路部 1 の最終出力は、 電磁リレ一 Kの接点 aで示してある。 電磁リ レー Kのコイル両端 に高レベルのエネルギーが発生すると、 接点 aが閉じる。 安全関連回路部 1の接 点 aが閉じているときに限り、 非安全関連回路部 2による機械可動部 4の操作が 可能となる。

非安全関連回路部 2は、 機械可動部 4の運転を制御する機能を有する。 非安全 関連回路部 2は、 機械可動部 4と人体の衝突回避に預からない。 従って、 非安全 関連回路部 2に関する安全性の証明は必要なく、 かつ、 非安全関連回路部 2の変 更に際して安全性の再評価も必要ない。 非安全関連回路部 2は、 例えば、 インバ —タゃサーボ電源が相当し、 電源を変調して、 機械可動部 4に含まれる動力源 4 1の出力エネルギーを操作する。 動力源 4 1の出力エネルギーは機械的負荷 4 2 に供給される。

非安全関連回路部 2は、 安全関連回路部 1が高レベルのエネルギーを発生して いるときのみ、 機械可動部 4の運転を制御することが可能であるように、 安全関 連回路部 1に関連付けられている。 このような関連付けは、 この実施例では、 電 磁リレ一Kによって行われる。 即ち、 電磁リレー Kのコイル両端に、 高レベルの エネルギーが発生し、 その接点 aが閉じているときに限り、 非安全関連回路部 2 による機械可動部 4の操作が可能となる。

上述したように、 本発明に係る生産設備制御システムは、 非安全関連回路部 2 を含む。 非安全関連回路部 2は、 機械可動部 4の運転を制御する機能を有する。 従って、 機械可動部 4の動作位置、 速度、 トルクなど、 生産効率及び生産品の品 質に関わる主要な操作を行うことができる。

また、 本発明に係る生産設備制御システムは、 安全関連回路部 1を含む 安全 関連回路部 1は、 機械可動部 4と人体の衝突回避に預かる機能を有するから、 機 械可動部 4と人体の衝突による重大災害の発生を防止することができる。

しかも、 安全関連回路部 1は、 自己が正常な場合に限り高レベルのエネルギー を発生し、 自己の故障時は低レベルのエネルギーを発生する特性を備えており、 非安全関連回路部 2は、 安全関連回路部 1が高レベルのエネルギーを発生してい るときのみ、 機械可動部 4の運転を制御することが可能であるように、 安全関連 回路部 1に関連付けられている。 従って、 安全関連回路部 1が正常に動作してい る時のみ、 非安全関連回路部 2による機械可動部 4の運転制御が可能になる。 安 全関連回路部 1は、 故障した場合は、 高レベルのエネルギーを発生しないから、 非安全関連回路部 2による機械可動部 4の運転制御は行われなレ、。 従って、 安全 関連回路部 1の故障時には、 機械可動部 4と人体との衝突を確実に回避し得る。 本発明に係る生産設備制御システムは、 その特徴として、 安全関連回路部 1及 び非安全関連回路部 2は、回路的に互いに分離されている。力かる構成によれば、 制御システムの安全性評価は、 安全関連回路部 1について行えばよく、 安全性の 評価が極めて容易になる。 しかも、非安全関連回路部 2をどのように変更しても、 安全関連回路部丄の安全性評価に影響を与えない。

安全関連回路部 1は、 好ましくは、 作業者による手動停止操作信号、 手動また は自動運転に基づく起動操作信号、 衝突の可能性のある区域の作業者不在を示す 不在検出信号及び手動運転時の運転意志検出信号を含む入力信号が供給され、 前 記入力信号に含まれる前記信号が高レベルのときのみ、 高レベルのエネルギーを 発生する。 この構成によれば、 機械設備の運転モードを配慮した衝突回避部分の 構成を実現できる。

即ち、 機械設備の運転は、 通常 1サイクルの周期的動作である。 しかし、 1サ ィクルを複数回連続して行う運転モード、 作業者の起動操作で運転を開始し 1サ ィクルで停止する運転モード、 途中で運転を停止しつつ 1サイクル動作する運転 モードなど、 運転モードは多様である。 上述した好ましい構成によれば、 運転開 始指示、運転停止指示、運転継続指示の 3通りの手動操作を備えることによって、 運転モードが多様であっても、 運転モードに依存せず衝突に預かる部分を構成で さる。

特に、 自動運転と手動運転の干渉に注目し、 運転モード切替えに伴う意図しな い起動の防止手段を実現できる。 手動運転では、 機械可動部 4は作業者運転意志 に忠実に従うことが要求される。 すなわち、 手動運転時に作業者の運転意志がな いにも拘わらず、 例えば機械側運転指令により、 誤つて機械可動部 4が動作する ような事象は回避されねばならない。 上述した好ましい態様によれば、 このよう な誤つた事象を回避できる。

図 2は、 本発明に係る産業設備制御システムに含まれる安全関連回路部 1の具 体的な回路構成を示す図である。 図は、 上述した好ましい例を示している。

図 2において、 安全関連回路部 1は、 前処理部 1 0 1、 信号処理部 1 0 2とを 含んでいる。

前処理部 1 0 1は入力された信号 y l〜y 7を、 信号 χ 1〜χ 4に変換して出 力する。 前処理部 1 0 1に供給される入力信号 y l〜y 7の内容は、 例えば、 次 の通りである。

〈入力信号 y 1 )

入力信号 y 1は手動停止操作信号である。 手動停止操作信号 y lは、 機械可動 部 4に対する停止操作がなされたときに低レべノレ L、 それ以外は高レベル Hにな る。

〈入力信号 y 2〉

入力信号 y 2は起動操作信号である。 起動操作信号 y 2は、 機械可動部 4に対 する起動操作がなされたときに高レベル Hになり、 起動操作がなされていないと きは、 低レベル Lである。 起動操作には、 自動運転のための起動操作及び手動運 転のための起動操作の両者が含まれる。

〈入力信号 y 3 ) 入力信号 y 3は運転意志検出信号である。 運転意志検出信号 y 3は、 運転者の 運転意志に基づく操作がなされたときに、 高レベル Hになる。

〈入力信号 y 4〉

入力信号 y 4は不在検出信号である。 不在検出信号 y 4は、 機械可動部 4の可 動範囲内に人がいないことが検出されたときに、 高レベル Hになる。 不在検出信 号 y 4は機械可動部 4の可動範囲内に人がいるときは、 低レベル Lになる。

〈入力信号 y 5〉

入力信号 y 5は自動運転信号である。 自動運転信号 y 5は、 自動運転のための 操作がなされたときに、 高レベル Hになる。

〈入力信号 y 6 )

入力信号 y 6は手動運転信号である。 手動運転信号 y 6は、 手動運転のための 操作がなされたときに、 高レベル Hになる。 自動運転信号 y 5及び手動運転信号 y 6は、 何れか一方が高レベル Hのとき、 他方は低レベル Lになるような関係に ある。

〈入力信号 y 7 >

入力信号 y 7は機械側運転指示信号である。 機械側運転指示信号 y 7は、 機械 可動部 4を運転するための指示がなされたときに、 高レベル Hになる。 前処理部 1 0 1は、上述した入力信号 y l〜y 7を、信号 x ：!〜 x 4に変換して出力する。 信号 X ：！〜 X 4の生成条件は次の通りである。

〈信号 X 1の生成条件〉

信号 x lは、 手動停止操作信号 y 1が高レベル H (停止操作が行われてないこ と） であることを条件に、 高レベル Hになる。

〈信号 X 2の生成条件〉

信号 X 2が高レベル Hになる場合は 2つある。 一つは、 自動運転信号 y 5が高 レベル Hで、不在検出信号 y 4が高レベル H (衝突区域に人不在〉 のときである。 もう一つは、 手動運転信号 y 6が高レベル Hで、 自動運転の干渉がないことが 確認されるときである。

〈信号 X 3の生成条件〉

信号 x 3は、 起動操作 （自動または手動） が正常に行われ、 起動操作信号 y 2 が高レベル Hになったとき、 高レベル Hになる。

〈信号 X 4の生成条 ί牛〉

信号 X 4が高レベル Ηになる場合は 2つある。 一つは、 手動運転信号 y 6が高 レベル Hで、運転意志検出信号 y 3が高レベル Hであるときである。 もう一つは、 自動運転信号 y 5が高レベル Hで機械側運転指示信号 y 7が高レベル Hのときで ある。

次に、 信号処理部 1 0 2は、 論理積演算部 A 1， A 2、 自己保持部 M 1， M 2、 増幅部 T 1， T 2、 電磁リ レ一 K 1， K 2、 オフ ·ディレー部 D 1、及び、 オン · ディレ一部 D 2を備える。 各部は電気回路によって構成される。

論理積演算部 A 1には、 信号 X 1及び X 2が入力される。 論理積演算部 A 1は 信号 X 1、 X 2の両者が高レベル H 1のとき、 高レベル Hの論理積信号 z 1を生 成する。 信号 x lは、 手動停止操作信号 y 1が高レベル H (停止操作が行われて ないこと） であることを条件に、 高レベル Hになり、 信号 X 2は自動運転信号 y 5が高レベル Hで、 不在検出信号 y 4が高レベル H (衝突区域に人不在） のとき 高レベル Hになる。 従って、 論理積演算部 A 1が高レベル Hの論理積信号 z 1を 生成する条件の一つは

( a ) 停止操作が行われていないこと、 及び

( b ) 自動運転操作が行われ、 かつ、 衝突区域内に人が存在しないことである。 これを、 条件 J 1とする。

また、 信号 x 2は、 手動運転信号 y 6が高レベル Hで、 自動運転の干渉がない ことが確認されるときに、 高レベル Hになる。 従って、 論理積演算部 A 1が高レ ベル Hの論理積信号 z 1を生成する条件のもう一つは、

( c ) 停止操作が行われていないこと、 及び、

( d ) 手動運転操作が行われ、 力つ、 自動運転の干渉がないことが確認されたこ と

である。 これを、 条件 J 2とする

論理積演算部 A 1で生成された高レベル Hの論理積信号 _Z 1は、 自己保持部 M 1のホー/レド端子に供給される ₌ 自己保持部 M 1のトリガ端子には、 信号 X 3が 供給される- 信号 x 3は、 起動操作 （自動または手動） が正常に行われ、 起動操 作信号 y 2が高レベル Hになったとき、 高レベル Hになる。

従って、 自己保持部 M lは、 起動操作（自動又は手動） が正常に行われていて、 信号 X 3が高レベル Hになっていることを条件にトリガされ、 論理積演算部 A 1 から供給される高レベル Hの論理積信号 z 1を自己保持し、 高レベル Hの自己保 持出力信号 z 2を生成する。

論理積信号 z 1が高レベル Hになる条件は、 既に述べたように、 条件 J 1また は条件 J 2を満たす場合である。 従って、 自己保持部 M 1から出力される自己保 持出力信号 z 2は、 起動操作 （自動または手動） が正常に行われていて、 条件 J 1または条件 J 2を満たす場合に、 高レベル Hになる。

図 3は自己保持部 M lの動作を説明するタイムチヤ一トである。

自己保持部 M lは、 時刻 t 1 1に供給された高レベル Hの信号 X 3によってト リガ （図 3 ( a ) 参照） され、 時刻 t 1 2に高レベル Hの論理積信号 z 1が入力 (図 3 ( b ) 参照） されたとき、 自己保持機能が働き、 高レベル Hの自己保持出 力信号 z 2 (図 3 ( c ) 参照） を生じる。 自己保持出力信号 z 2は、 トリガ信号 である信号 X 3が低レベル Lになっても、 その自己保持機能により、 高レベル H を維持する。 自己保持出力信号 z 2が低レベル Lになるのは、 論理積信号 z lが 低レベル Lになり、 自己保持が解除される時刻 t 1 3である。

論理積演算部 A 2には、 自己保持出力信号 z 2及び信号 X 4が入力される。 論 理積演算部 A 2は自己保持出力信号 z 2及び信号 X 4の両者が高レベル Hのとき、 高レベル Hの論理積信号 z 3を生成する。

自己保持出力信号 z 2が高レベル Hになるのは、 起動操作 （自動または手動） が正常に行われ、 かつ、 条件 J 1または条件 J 2を満たす場合である。 信号 x 4 が高レベル Hになるのは、 手動運転信号 y 6が高レベル Hで、 運転意志検出信号 y 3が高レベル Hであるとき、 または、 自動運転信号 y 5が高レベル Hで機械側 運転指示信号 y 7が高レベル Hのときである。 従って、 論理積演算部 A 2が高レ ベル Hの論理積信号 _Z 3を生成する条件は、

( e ) 起動操作 （自動または手動） が正常に行われ、 つ、 条件 J 1または条件 J 2を満たすこと及び、

( f ) 手動運転信号 y 6が高レベル Hで、 運転意志検出信号 y 3が高レベル Hで あること、 または、 自動運転信号 y 5が高レベル Hで、 機械側運転指示信号 y 7 が高レベル Hであること

である。 これを条件 J 3とする。

論理積演算部 A 2で生成された高レベル Hの論理積信号 z 3は、 自己保持部 M 2のホールド端子に供給される。 自己保持部 M 2のトリガ端子には、 信号 x 5が 供給される。 信号 x 5は、 この実施例では、 電磁リ レー K l， Κ 2の常時閉成接 点 b l、 b 2の直列接続回路を通して供給される。

自己保持部 M 2は、 信号 X 5が高レベル H (接点 b l， b 2がオン） になって いて、 論理積演算部 A 2から供給される論理積信号 _Z 3が高レベル Hになったと き、 自己保持動作をし、 高レベル Hの自己保持出力信号 _Z 0を生成する。

論理積信号 z 3が高レベル Hになる条件は、 既に述べたように、 条件 J 3を満 たす場合である。 自己保持部 M 2の動作は、 自己保持部 A 1と同じであり、 図 3 に図示されたタイムチャートにおいて、 信号 X 3を信号 X 5、 信号 _Z 1を信号 z 3、 信号 z 2を信号 _Z 0に置き換えればよい。

自己保持部 M 2から出力された自己保持出力信号 z 0は、 オフ ·ディレ一部 D 1及びオン ·ディレ一部 D 2に供給される。 オフ ·ディレー部 D 1及びオン ·デ ィレー部 D 2は入力側が共通に接続され、 出力側が、 増幅部 T 1 , T 2に個別に 接続されている。

図 4はオフ ·ディレ一部 D 1及びオン ·ディレー部 D 2の動作を説明するタイ ムチヤートである。

時刻 t 2 1に、 自己保持部 M 2カゝらオフ 'ディレー部 D 1及びオン ·ディレー 部 D 2に、 高レベル Hの自己保持出力信号 z 0が供給 （図 4 ( a ) 参照） される と、 オン .ディレ一部 D 1は、 自己保持出力信号 z 0の入力された時刻 t 2 1に 高レベル Hの信号 z 4を出力 （図 4 ( b ) 参照） する。 オン ·ディレ一部 D 2は、 高レベル Hの自己保持出力信号 _Z 0が供給された時刻 t 2 1力 ら、 予め定められ たオン遅延時間 T D 1遅れた時刻 t 2 2に、 高レベル Hの信号 z 5を出力 （図 4 ( c ) 参照） する。

次に、 時刻 t 2 3に、 自己保持出力信号 z 0が低レベル Lになると、 オン -デ ィレー部 D 2は、 自己保持出力信号 z 0が低レベル Lになる時刻 t 2 3に低レべ ル Lの信号 x 5を出力 （図 4 (c) 参照） する。 オフ 'ディレー部 D1は、 自己 保持出力信号 z 0が低レベル Lになる時刻 t 23力ゝら、 予め定められたオフ遅延 時間 T D 2遅れた時刻 t 24に低レベル Lの信号 z 4を出力 （図 4 ( b ) 参照） する。

オフ .ディレー部 D 1及びオン .ディレー部 D 2から出力された信号 z 4， z 5は、 增幅部 Tl， Τ 2に供給される。

増幅部 T l， Τ2の出力信号は、 トランス ΤΜΙ, ΤΜ2を介して、 電磁リ レ 一 Kl， Κ2の励磁コイル S l， S 2に供給され、 電磁リ レー K 1， K2を順次 励磁する。 電磁リレ一 Kl， Κ 2が励磁されると、 その接点 a 1， a 2が閉じる ので、 非安全関連回路部 2が運転可能となり、 この非安全関連回路部 2を介して 機械可動部 4に電源が供給される。 電磁リ レー Kl， Κ 2が順次励磁されると、 接点 b 1， b 2が順次オープンになり、 接点 b 1がオープンになった時点で自己 保持部 M 2に対するトリガ信号 X 5の供給が断たれるが、 自己保持部 M 2は、 高 レベル Hの信号 z 3が供給されている限り、 自己保持動作を継続するので、 高レ ベル Hの自己保持出力信号 z 0が維持される。

接点 a l， a 2の動作は、 図 4のタイムチャートに図示されたオフ 'ディレー 部 D 1、 及び、 オン ·ディレー部 D 2の動作に従う。

即ち、 時刻 t 21に、 自己保持部 M 2からオフ ·ディレー部 D 1及びオン ·デ ィレ一部 D 2に、 高レベル Hの自己保持出力信号 z 0が供給 （図 4 (a) 参照） されると、 接点 a 1は、 ほぼ、 自己保持出力信号 z 0の入力された時刻 t 21に オン （図 4 (b) 参照） となる。 接点 a 2はオン 'ディレ一部 D 2のオン遅延時 間 TD1遅れた時刻 t 22にオン （図 5 (c) 参照） となる。

次に、 日寺刻 t 23に、 自己保持出力信号 z 0が低レベル Lになると、 接点 a 1 はオフ'ディレ一部 D 1のオフ遅延時間 TD 2遅れた時刻 t 24にオフ（図 4 (b ) 参照） となる。 接点 a 2は、 自己保持出力信号 _Z 0が低レベル Lになる時刻 t 2 3にオフ （図 4 (c) 参照） になる。 機械可動部 4に対する電源供給は、 接点 a 2がオンとなる時刻 t 22から、 接点 a 2がオフとなる時刻 t 23までである。 図 2に示す自己保持部 Ml、 M 2及び論理積演算部 A 1、 A 2は、 入力される 信号が高レベル Hで、 かつ、 回路自身が正常であるとき高レベル Hの出力を生成 するように構成される。 オン ·ディレー部 D 2及びオフ ·ディレー部 D 1は、 入 力される信号が高レベル Hで、 かつ、 回路自身が正常であるとき、 交流の出力を 生成するように構成される。 増幅部 T l、 Τ 2は、 交流の入力信号があって、 回 路自身が正常であるとき、 高レベル Ηを生成するように構成される （自己発振し ない)。 このような特性を備えた回路は、 例えば、 「平成 3年電気学会産業応用全 国大会、 No. 4 3 (1991年 8月） 加藤、 坂井、 蓬原、 向殿：フエ一ルセーフ ·ゥ インドウ · コンパレータ ZAN Dゲートの開発とその応用」 等の文献で公知であ また、 図 2において、 直列 2重系スィッチ O N/O F Fの順序操作は国際特許 公表 WO 9 6 / 3 0 9 2 3号公報で公知であり、 故障時 O N/O F Fの順序機能 が喪失したまま、 スィツチ O Nの操作が行われるような事象を生じない構成を実 現可能である。 図 2ではトランス増幅部を用いているが、 この代わりに連続的に O N側故障を監視する機能を備えた半導体スィツチで駆動してもよい。 このよう な構成も、 国際特許公表 WO 9 6 / 3 0 9 2 3号公報に開示されている _c 図 5は前処理 1 0 1の更に具体的な回路例を示す図である。

図示された前処理 1 0 1は、 スィッチ 2 1 , 2 2， 3 1， 3 2， 4 1， 2 を含んでいる。 これらのスィッチ 2 1〜4 2は、 接点を開いた （回路オープン） とき、 低レベル Lの信号を生成し、 接点が閉じた （回路ショート） とき、 高レべ ル Hの信号を生成する。

図において、 スィッチ 2 1は、 押されたとき接点が開くスィッチである。 この スィツチ 2 1は、 手動の停止操作を担い、 手動停止操作信号 y 1を生成するスィ ツチであって、 常時は接点が閉じていて高レベル Hの手動停止操作信号 y 1を生 成し、 押されたとき、 接点が開いて、 低レベル Hの手動停止操作信号 y 1を生成 する。

スィッチ 3 1、 3 2は、 押されたとき接点が閉じるスィッチである。 スィッチ 3 1、 3 2は、 起動操作信号 y 2 1、 2 2を生成する。 スィッチ 3 1、 3 2は、 常時は接点が開いていて、 低レベル Lの起動操作信号 y 2 1、 y 2 2を生成し、 押されたとき接点が閉じて、 高レベル Hの起動操作信号 y 2 1、 y 2 2を生成す る。 スィツチ 3 1は自動運転の起動操作用であり、 スィツチ 3 2は手動運転の起 動操作用である。

スィッチ 4 1、 4 2は、 押されたとき接点が閉じるスィッチである。 スィッチ 4 1は、 自動運転の運転継続用であり、 常時は接点が開いていて、 低レベルしの 機械側運転指示信号 y 7を生成し、 押されたとき接点が閉じて、 高レベル Hの機 械側運転指示信号 y 7を生成する。

スィッチ 4 2は、 手動運転の運転継続用であり、 常時は接点が開いていて、 低 レベル Lの運転意志検出信号 y 3を生成し、 押されたとき、 接点が閉じて、 高レ ベル Hの運転意志検出信号 y 3を生成する。

スィッチ 2 2は、 自動運転信号 y 5及び手動運転信号 y 6を生成するスィッチ であり、 自動と手動の切替えスィッチを意味し、 両方が同時に閉じないような構 成としている。 すなわち、 スィッチ 2 2は、 自動運転信号 y 5を生成する位置で 閉じているとき、 手動運転信号 y 6を生成する位置では必ず開き、 逆に、 手動運 転信号 y 6を生成する位置で閉じているとき、 自動運転信号 y 5を生成する位置 では必ず開く構成としている。 このような構成のスィツチ 2 2は、 鉄道 ί言号シス テム単線区間で列車の進行を許可するタブレツト方式として、 既に公知である。 生産設備の場合、 具体的には、 作業者が手動運転を行う場合、 自動運転 (言号 y 5 を生成する位置からタブレツトを引抜いて、 手動運転信号 y 6を生成する位置に 差し込んで始めて手動運転が可能となり、 自動運転を行う場合は逆の操作を必要 とする構成を意味する。

スィッチ 2 1， 2 2， 3 1， 3 2， 4 1， 4 2の操作によって生じる高レベル Hは電源 Eの電圧値で与えられる。

A N D (論理積ゲ一ト） 1は自動運転信号 y 5と不在検出信号 y 4とを入力信 号とし、 その論理積信号を生成する。 O R (論理和ゲート） 1は A N D 1から供 給される論理積信号と手動運転信号 y 6とを入力信号とし、 その論理和 ί言号であ る信号 X 2を生成するつ

O R 2は自動運転信号 y 5及び起動操作信号 y 2 1の論理積信号と、 手動運転 信号 y 6及び起動操作信号 y 2 2の論理積信号とを入力信号とし、 その論理和で ある信号 X 3を生成する。

O R 3は自動運転信号 y 5及び機械側運転指示信号 y 7の論理積信号と、 手動 運転信号 y 6及び運転意志検出信号 y 3の論理積信号とを入力信号とし、 その論 理和である信号 X 4を生成する。

図 5において、 自動運転が選択される場合、 不在検出信号 y 4による作業者不 在確認を行う。 手動運転が選択される場合、 不在検出信号 y 4を無効化して、 手 動運転信号 y 6によつて手動運転の意志を確認する。

自動運転信号 y 5を生成する位置にタブレツトが差込まれている状態力;、 衝突 区域の作業者不在を示す場合 （例えば、 機械可動部 4を柵で囲いその出入りロド ァを、タブレツトを引抜くことなしには開けることできない場合）、図 5において、 不在検出信号 y 4と A N D 1を省略することができる。

次に図 5に示した回路における信号 X ：!〜 X 4の生成について説明する。

まず、 図 5に示した回路構成において、 スィツチ 2 1の停止操作が行われてお らず、 スィツチ 2 1の接点が閉じている場合、 手動停止操作信号 y 1が高レベル Hであり、 従って、 信号 X 1は高レベル Hになる。

この状態で、 スィッチ 2 2の操作により、 自動運転または手動運転の選択操作 がなされる。

〈自動運転の場合〉

スィッチ 2 2が自動運転側に差し込まれた場合、 自動運転信号 y 5が高レベル Hになる。 この自動運転信号 y 5は A N D 1に供給され、 不存検出信号 y 4との 論理積が取られる。 この操作により、 自動運転が選択される場合において、 不在 検出信号 y 4による作業者不在確認が行われる。 従って、 A N D 1から出力され る高レベルの論理積信号は、 自動 S$云が選択されていること、 及び、 作業者不在 確認を行った旨の情報を含むことになる。 この論理積信号は、 O R 1を経て、 信 号 x 2 (高レベル） として取り出される。

自動運転信号 y 5を生成する位置にタブレツトが差込まれている状態が、 衝突 区域の作業者不在を示す場合 （例えば、 機械可動部 4を柵で囲いその出入り口ド ァを、タブレツトを引抜くことなしには開けることできない場合）、図 5において、 不在検出信号 y 4と A N D 1を省略し、 自動運転信号 y 5を〇R 1を介して直接 信号 X 2として取り出してもよい。

次に、 スィッチ 3 1が押され、 接点が閉じられると、 高レベル Hの起動操作信 号 y 2 1が生成される。 この起動操作信号 y 2 1は O R 2を経て、 信号 x 3 (高 レベル） として取り出される。

次に、 スィッチ 4 1が操作され、 接点が閉じられると、 高レベル Hの機械側運 転指示信号 y 7が生成される。この機械側運転指示信号 y 7は〇 R 3を経由して、 信号 x 4 (高レベル） として取り出される。

〈手動運転の場合〉

手動運転が選択される場合は、 不在検出信号 y 4を無効化して、 手動運転信号 y 6によって手動運転の意志を確認する。 即ち、 スィッチ 2 2が手動運転側に差 し込まれ、 手動運転信号 y 6が高レベル Hになる。 この手動運転信号 y 6は O R 1に供給され、 O R 1を経て、 信号 x 2 (高レベル） として取り出される。

次に、 スィッチ 3 2が押され、 接点が閉じられると、 高レベル Hの起動操作信 号 y 2 2が生成される。 この起動操作信号 y 2 2は O R 2を経て、 信号 X 3 (高 レベル） として取り出される。

次に、 スィッチ 4 2が操作され、 接点が閉じられると、 高レベル Hの運転意志 検出信号 y 3が生成される。 この M云意志検出信号 y 3は O R 3を経由して、 信 号 x 4 (高レベル） として取り出される。

上述のようにして生成された信号 X ：!〜 X 4は、 図 2に示した信号処理部 1 0 2に供給される。

本発明に係る生産設備制御システムの更に別の態様として、 監視部を含むこと ができる。監視部は、機械可動部 4の動作範囲及び機械可動部 4の速度を監視し、 その監視信号を安全関連回路部 1に供給する。

この好ましい態様によれば、 手動運転時の安全性を更に高めることができる。 手動運転では、 機械可動部 4が予め定めた動作を予め定めた速度で行うことを前 提として、 作業者は操作を行う。 操作を行いつつ、 機械可動部 4が所定の範囲を 逸脱する事象、 あるいは、 所定の速度を逸脱する事象の発見を作業者に依存でき ない場合がある。 このような場合、 作業者に代わってこれら事象を発見するよう な監視機能が必要である。

本発明の好ましい態様によれば、 機械可動部 4の動作状態を確認しつつ作業者 の運転意志に基づレ、て機械可動部 4の運転が可能となるため、 手動運転時の安全 性が向上する。

図 6はその具体例を示すブロック図である。

監視部 5は、 速度信号 y 1 1、 原点信号 y 1 2及び位置信号 y 1 3を入力信号 とし、 信号 X 4を出力する。 速度信号 y 1 1は機械可動部 4 (図 1等参照） の回 転速度を、 例えばエンコーダ等で検出して得られた信号である。

位置信号 y 1 3はポジションスィッチ 6の動作によって得られる。 ポジション スィッチ 6は、 機械可動部 4の動作範囲を検出し、 または、 確認するものであつ て、 例えば、 強制引離し構造 （感知部が移動すれば必ず接点が開くスィッチ） を 備える。 ポジションスィッチ 6の代わりに、 動作監視付きエンコーダを用いるこ ともできる。

監視部 5は、 故障監視部 5 1、 オーバーラン監視部 5 2、 オーバ一スピード監 視部 5 3、 A N D 2、 A N D 3及び〇R 4等を含んでいる。 故障監視部 5 1は、 速度信号 y 1 1及び原点信号 y 1 2を入力信号とし、 機械可動部 4の故障を監視 する。 オーバ一ラン監視部 5 2は、 ポジションスィッチ 6の動作によって得られ る位置信号 y 1 3により、 機械可動部 4が許容範囲を越えて動作した場合のォー バーランを検出する。 オーバースピード監視部 5 3は、 速度信号 y 1 1を入力信 号とし、 機械可動部 4がオーバ一スピード状態にあるか否かを監視する。

速度信号 y 1 1、 原点信号 y 1 2及び位置信号 y 1 3の全てが正常値である場 合は、 故障監視部 5 1、 オーバ一ラン監視部 5 2及びオーバースピード監視部 5 3から出力される信号 z 1 1， z 1 2及び z 1 4は、 全て高レベル Hであり、 A N D 2から出力される信号 z 1 5は高レベル Hである。 従って、 A ND 3から出 力される信号 z 1 6は、運転意志検出信号 y 3が高レベル Hであることを条件に、 高レベル Hになる。 A N D 3から出力される信号 z 1 6が高レベル Hである場合、 O R 4から出力される信号 X 4は高レベルになる。

速度信号 y 1 1、 原点信号 y 1 2及び位置信号 _y 1 4の少なくとも 1つが、 正 常でないと、 A ND 2から出力される信号 z 1 5は低レベル Lになるから、 A N D 3から出力される信号 z 1 6も低レベル になる。

動作の途中では、 機械側運転指示信号 y 7は低レベル Lであるから、 O R 4か ら出力される信号 X 4は低レベル Lになる。 これにより、 速度信号 y 1 1、 原点 信号 y 1 2及び位置信号 y 1 3のすくなとも一つが異常であることが検知される。 次に、 ォ一バースピ一ド監視部 53の構成について説明する。

速度監視は機能監視付きェンコーダによつても実現可能であるが、 この実施例 では、 ディレー回路を用いた場合について説明する。 即ち、 実施例に示されたォ —バースピ一ド監視部 53は、 オン ·ディレー回路 53 1を含む。 オン ·ディレ —回路 53 1の後段には、 整流回路 53 2と、 立ち下がり遅れ要素となるコンデ ンサ 53 3が備えられている。

図 7は、 図 6に図示されたォ一バースピード監視部 53の動作を説明する波形 図である。

機械可動部 4が許容速度で動作している場合、 速度信号 y 1 1は、 図 7 (a) に示すように、 周期 T S 1のパルス列となる。 周期 T S 1のパルス幅 PW1は、 オン ·ディレー回路 53 1のオン遅延時間 TD 3よりも長くなるように選定され ている。 従って、 機械可動部 4が許容速度で動作している場合、 オン 'ディレー 回路 53 1の出力側には、 図 7 (b) に示すように、 周期 TS 1のパルスの入力 時から、 オン遅延時間 TD 3だけ遅れて、 パルス信号 z 1 3が生じる。 このパル ス信号 z 1 3が生じる度に、立ち下がり遅れ要素を構成するコンデンサ 533が、 整流回路 5 3 2を通して充電される。 コンデンサ 53 3の端子電圧は、 信号 z 1 4 (図 7 (c) 参照） として、 AND 2に供給される。

コンデンサ 533の端子電圧である信号 z 1 は時間とともに低下するが、 A ND 2のしきい値 V t hよりも低下する前に、 次のパルス信号 z 1 3が発生し、 コンデンサ 53 3が充電される。 従って、 コンデンサ 533の端子電圧である信 号 z 1 4のレベルが AND 2のしきい値 V t hよりも低下することはない。

ところ力;、機械可動部 4がオーバースピード状態になると、速度信号 y 1 1は、 図 7 (a) に示すように、 周期 TS 1よりも短い周期 TS 2のパルス列となる。 周期 TS 2のパルス幅 PW 2力；、 オン■ディレー回路 53 1のオン遅延時間 TD 3よりも短くなると、 図 7 (b) に示すように、 オン 'ディレー回路 53 1の出 力側に、 パルス信号 z 1 3が生じなくなる。 このため、 コンデンサ 53 3に対す る充電作用がなくなり、 コンデンサ 533の端子電圧である信号 τ 1 4は時間と ともに低下し、 図 7 (c) に示すように、 時亥 ij t 4 1に、 AND 2のしきい値 V t hよりも低下してしまう。 従って、 AND 2から出力される信号 z 1 5は低レ ベルになり、 AND 3から出力される信号 z 1 6も低レベルになる。

〔産業上の利用可能性〕

本発明は、 非安全関連回路部の変更が安全関連回路部の安全性評価に影響を与 えず、 システムの安全性評価を容易化できるので、 産業上の利用可能性が大であ る。

Claims

請求の範圍

( 1 ) 安全関連回路部と、 非安全関連回路部とを含む生産設備制御システムであ つて、

前記安全関連回路部及び前記非安全関連回路部は、 回路的に互いに分離されて おり、

前記安全関連回路部は、 機械可動部と人体の衝突回避に預かる機能を有し、 自 己が正常な場合に限り高レベルのエネルギーを発生し、 自己の故障時は低レベル のエネルギーを発生する特性を備えており、

前記非安全関連回路部は、 前記機械可動部の運転を制御する機能を有し、 前記 安全関連回路部が高レベルのエネルギーを発生しているときのみ、 前記機械可動 部の運転を制御することが可能であるように、 前記安全関連回路部に関連付けら れている

生産設備制御システム。

( 2 ) 前記安全関連回路部は、 作業者による手動停止操作信号、 手動または自動 運転に基づく起動操作信号、 衝突の可能性のある区域の作業者不在を示す不在検 出信号及び手動運転時の運転意志検出信号を含む入力信号が供給される構成であ る請求項 1に記載の生産設備制御システム。

( 3 ) 前記機械可動部の動作範困及び前記機械可動部の速度を監視し、 その監視 信号を前記安全関連回路部に供給する監視部を含む請求項 2に記載の生産設備制 御システム