JP2004226373A

JP2004226373A - 断線検出装置

Info

Publication number: JP2004226373A
Application number: JP2003017713A
Authority: JP
Inventors: Haruo Murakami; 春夫村上
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-01-27
Filing date: 2003-01-27
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】電線路の断線発生を瞬時に検出し、かつ簡易で安価に構成できる断線検出装置を提供する。
【解決手段】断線検出装置１１を、検査対象である電線路２１を経由して被制御対象１４に電圧を印加する制御器１２から電線路２１への入力電圧を検出する入力電圧検出手段１８と、電線路２１から被制御対象１４へ出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段１９と、前記入力電圧と前記出力電圧とを比較することにより、電線路２１の断線を検出する断線検出手段２０とを備えて構成した。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御器とその被制御対象との間の電線路の断線を検出する断線検出装置に関し、特に産業用機械装置のヒータ線やモータ線等の動力線の断線を検出する断線検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ヒータやモータ等の負荷を備える産業用機械装置において、そのヒータ線やモータ線等の動力線の近辺に、その産業用機械装置の処理対象物を移動または交換するためのローダ等の可動部分が配置されている場合がある。このような配置において動力線に断線が発生すると、可動部分の反復運動の度に動力線が再接触して再び断線する、ということを繰り返すことになる。その結果、この再接触により生じたアーク放電により高熱が生じ、それが動力線やその周りの被覆を発火させて火災事故に至る場合がある。したがって、このような火災事故を未然に防止するためには、動力線等の電線路の断線を瞬時に検出してヒータやモータ等の負荷の制御を停止する必要がある。
【０００３】
このような断線検出を行う従来例として、例えばヒータ線の断線検出の場合では次の２通りの方法が一般に採用されている。
まず第１の方法は、分流器等を用いてヒータ線に流れる電流値をモニタし、電流がある一定値以下になったら断線と判断して警報を出力するようなものである。
【０００４】
第２の方法は、ヒータ周辺に設けられた温度センサにより、ヒータ周辺の温度をモニタして、ヒータをｏｎしてから一定経過時間後に所定の温度に達していなければ断線と判断するものである。
【０００５】
なお、本発明に関して記載すべき先行技術文献はない。出願人が知っている先行技術が文献公知発明に係るものではないからである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記第１の方法では、電流をモニタするために高価で大型な分流器が必要となり、検出装置が大型で高価な検出装置になってしまうという問題があった。また、負荷としてヒータを制御する場合には、温度センサによりヒータ周辺の温度を計測して、ヒータ周辺の温度や加熱対象物であるワークの温度が、所定の管理温度以内になるようにヒータへの電力供給をｏｎ／ｏｆｆ制御することが一般的である。そのため、ヒータに電流が流されないｏｆｆ制御時において断線を誤検出しないように考慮しなければならず、システム構成が煩雑になる問題があった。
【０００７】
一方、第２の方法は、小型で安価な装置で実現可能であるが、断線が生じてから検出までの時間がかかり過ぎるため断線を瞬時に検出できない問題があった。
【０００８】
したがって、本発明では電線路の断線発生を瞬時に検出し、簡易かつ安価に構成できる断線検出装置構成を提供することを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明に係る断線検出装置は、検査対象である電線路を経由して制御器がその被制御対象に印加する出力電圧を利用することとし、該出力電圧により生じる、制御器と被制御対象間の電線路両端の電圧を比較することにより、電線路の断線を検出することとする。
【００１０】
このため、本発明の第１の実施例は、ヒータ等の負荷を制御する制御器から電線路への入力電圧と、電線路から負荷である被制御対象への出力電圧とを比較して断線の有無を検出する断線検出手段を備えることとする。
このような断線検出手段を備えることにより、従来のヒータ機器の断線検出で必要であった分流器のような高価で大型の素子を使用しないため、安価で小型の断線検出装置を実現可能とする。また、電線路の入力電圧と出力電圧の比較によって断線有無を検出することにより、被制御対象であるヒータ等をｏｆｆ制御したときにおける誤検出を簡易に防止することを可能とする。
【００１１】
また、本発明に係る断線検出装置は、制御器が被制御対象に印加する電圧の導通を利用して断線を検出するため、制御器が被制御対象を制御中に、リアルタイムに断線を検出することが可能である。さらに断線を検出するための試験電圧を別途必要としないので、試験電圧の発生手段や、試験電圧が被制御対象の動作に影響を及ぼすことを防止するために必要なフィルタを設けることなく、簡易かつ安価に構成することができる。
【００１２】
断線検出手段による入力電圧と出力電圧との比較は、例えば、入力電圧と断線によって低下する出力電圧との差が所定のしきい値以上のときに「断線有り」と検出することとしてよい。このとき、しきい値としては制御器と被制御対象との間の電線路の抵抗による電圧降下分以上とすることが好適である。またより単純に、入力電圧と出力電圧とが等しくないとき、または入力電圧が０Ｖでないにも関わらず出力電圧が０Ｖとなったときに、「断線有り」との検出してもよい。
【００１３】
また、前記第１の実施例の断線検出装置をヒータ制御装置に使用する場合は、前記入力電圧は図３に示すように設定温度に合わせてトライアック素子等で電圧制御されるのが一般的である。したがってｏｎ制御時であっても一定周期で入力電圧、出力電圧が０Ｖとなるために、図３に示すように検出結果である断線検出手段の出力信号がパルス状となってしまう。このためパルス幅が非常に狭い場合には（例えば、加熱温度を低く設定している場合）断線検出手段の出力信号を使用する後段の装置が出力信号を受信できず、断線検出が遅れる等の危険が生ずることが考えられる。
【００１４】
そこで、本発明の第２の実施例では、第１の実施例の構成に加えて断線検出手段による「断線有り」の検出結果を保持する保持手段を備えることとする。これにより一度断線発生を検知すれば、その後継続して「断線有り」の出力信号を出力し続けるために、出力信号を使用する後段の装置が信号を受信することを容易にし、本断線検出器の適用範囲を広くすることに資する。「断線有り」の出力信号は、例えばオペレータによるリセット信号などにより解除できるようにしてもよく、また所定時間経過後に自動的に停止することとしてもよい。
【００１５】
本発明の第３の実施例では、入力電圧検出手段、出力電圧電出手段の出力を整流する整流手段をそれぞれ備え、断線検出手段は、前記整流された電圧値を比較することとする。これにより断線検出手段の出力信号が、第１の実施態様のごとくパルス状になることを防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。
図１は本発明に係る断線検出装置１１の第１実施例によるヒータ装置１０の概略構成図である。制御器であるヒータ制御器１２は、主電源１３から電力が供給される。被制御対象であるヒータ１４はヒータ制御器１２に電線路２１により接続され、温度センサ１５は、そのセンサ部がヒータの設置付近に取り付けられ、かつヒータ制御器１２に接続されて、ヒータ制御器１２によるヒータ１４の温度制御のために供される。
また、ヒータ制御器１２は設備制御装置１６と信号線１７により接続され、設備制御装置１６内部のシーケンサー等（図示せず）からのヒータ加熱開始信号に従ってヒータ１４の温度制御を行う。
【００１７】
ここで、設備制御装置１６によるヒータ加熱開始信号は、断線検出を行うタイミング信号として不適切であることに注意すべきである。なぜなら加熱開始信号がｏｎ（加熱開始）となっていても、ヒータが設定温度の範囲内にあるときはヒータはｏｆｆ制御状態にあるため、ヒータ制御器１２から電圧が出力されず断線有無が検知できないからである。
【００１８】
そこで、断線検出装置１１では、ヒータ制御器１２から電線路２１への入力電圧を検出する入力電圧検出手段であるバッファアンプ１８と、ヒータ１４に実際に印加される負荷電圧である、電線路２１からヒータ１４への出力電圧を検知する出力電圧検出手段であるバッファアンプ１９と、検出した入力電圧および出力電圧を比較する断線検出手段２０を備える。バッファアンプ１８とバッファアンプ１９の入力端子は、断線検出装置１１の入力端子を経由して、電線路２１の両端となるヒータ制御器１２の出力端とヒータ１４の両端に、それぞれ接続される。なお、バッファアンプ１８、１９に入力インピーダンスの高いものを使用することにより、断線検出装置１１がヒータ制御に及ぼす影響を防止することが可能となる。
【００１９】
一方、バッファアンプ１８とバッファアンプ１９の出力端子は、断線検出手段２０の入力端子に接続され、各バッファアンプから出力された電圧は断線検出手段２０に入力される。断線検出手段２０は入力された２つ電圧の差分を求め、この差分が、所定のしきい値未満のときは断線が発生したことを検出し、ゼロまたは所定のしきい値ΔＶ未満のときは検出しない。このように入力電圧と出力電圧の差が無いとき（またはしきい値ΔＶ以内のとき）は断線を検出しないため、温度センサ１５を用いてヒータのｏｎ／ｏｆｆ制御を行っていても、誤検出を防止することができる。その後、断線検出手段２０は、その検出結果を、「断線有り」または「断線無し」の状態を示す断線判定信号として、断線検出装置１１の出力端子を経由して設備制御装置１６に出力する。
【００２０】
設備制御装置１６は、この受信した断線判定信号が「断線有り」を示す場合には、信号線１７を経由して出力されるヒータ加熱開始信号をｏｆｆにする。これによりヒータ制御器１２はヒータ１４への電力供給を中止する。
【００２１】
なお、前述の入力電圧と出力電圧の比較の際に用いたしきい値ΔＶとしては、ヒータ制御器１２とヒータ１４との間の電線路の抵抗により見込まれる降下電圧以上とするのが好適である。さらに、断線検出手段２０による断線有無の検出は、単純に入力電圧が０Ｖでないにも関わらず出力電圧が０Ｖとなったとき「断線有り」としてもよい。
【００２２】
図２は、図１のヒータ装置１０におけるタイムチャートである。
ヒータ制御器１２に供給される（ａ）主電源電圧は一般的には交流電圧であり、実際にヒータ制御器１２から電線路２１に入力される（ｂ）入力電圧Ｖ_ｉは、設定温度に合わせてトライアック素子等で電圧制御されている。ヒータ１４の両端の負荷電圧である電線路２１の（ｃ）出力電圧は（ｂ）入力電圧と同一波形となり、その電圧値は同じかまたは電線路の抵抗のためにやや小さくなる。ここでしきい値ΔＶを、断線のない通常状態において、「常に（ｃ）出力電圧が（（ｂ）入力電圧Ｖ_ｉ−しきい値ΔＶ）よりも大きい値となる」ように設定する。
【００２３】
今、時刻Ｔｏで断線が発生したとする。すると（ｃ）出力電圧は、ゼロまたは電線路の抵抗の増大によって（（ｂ）入力電圧Ｖ_ｉ−しきい値ΔＶ）よりも遙かに低い電圧値となる。断線検出手段２０は、この（ｂ）入力電圧と（ｃ）出力電圧との差を計算してその差がΔＶよりも大きくなった時刻Ｔ_１から、（ｂ）入力電圧がゼロとなるΔｔ_１の間だけ、出力をｏｆｆ（断線無し）からｏｎ（断線有り）に変化させる。そして、「断線有り」の断線判定信号を受信した設備制御装置１６は、その後ヒータ加熱開始信号をｏｆｆとする。
【００２４】
図２のタイムチャートに示すように（ｂ）入力電圧として交流電圧が供給されると、前記第１の実施例では断線検出手段２０の出力がパルス状となってしまう。特にトライアック素子等で加熱温度を低く制御している場合では、パルス幅が狭くなってしまい設備制御装置１６が「断線有り」の断線判定信号を受信できず、断線検出が遅れる等の危険が生ずることが考えられる。
【００２５】
図４は、本発明に係る断線検出装置３１の第２実施例によるヒータ装置３０の概略構成図である。
断線検出装置３１は、第１実施例である断線検出装置１１の構成に加えて断線検出手段２０による「断線有り」の断線判定信号を保持する保持手段３２を備える。保持手段３２は、断線検出手段２０により「断線有り」の断線判定信号を入力すると、その後、断線検出手段２０による「断線無し」の断線判定信号を入力しても、特定の解除条件が成立しない限り、継続して「断線有り」の断線判定信号を出力し続けるものである。このような保持手段３２は、フリップフロップや自己保持リレーなどのシーケンシャル回路としてよい。
図５は、図４のヒータ装置３０におけるタイムチャートである。（ｄ）の断線検出手段２０の出力が、断線を検出した時刻Ｔ_１から（ｂ）入力電圧がゼロとなるΔｔ_１の間だけｏｎとなっているのに対し、（ｅ）保持手段３２の出力がｏｎのまま継続していることに注意すべきである。
【００２６】
これにより一度断線発生を検知すれば、その後継続して「断線有り」の断線判定信号を継続するために、設備制御装置１６による受信が容易になる。これにより本断線検出器の適用できる設備制御装置を広く選択可能となる。また、断線検出装置３１は、ヒータ加熱開始信号をｏｆｆした後も断線判定信号をｏｎ（断線有り）に保持することができるため、オペレータが断線に気づく前に、ヒータ装置３０を再起動してしまうミスを防止することができる。
【００２７】
なお「断線有り」の断線判定信号の保持を解除する解除条件は、例えばオペレータによるリセット信号などにより解除できるようにしてもよく、また所定時間経過後に自動的に解除されることとしてもよい。
【００２８】
図６は、本発明に係る断線検出装置４１の第３実施例によるヒータ装置４０の概略構成図である。断線検出装置４１は、第１実施例である断線検出装置１１の構成に加えて、電線路２１への入力電圧を整流する入力電圧整流手段４２および、電線路２１からの出力電圧を整流する出力電圧整流手段４３をそれぞれ備え、断線検出手段２０は、バッファアンプ１８、１９の出力に代えて、各整流手段４２、４３の出力を入力する。
【００２９】
図７は、図６のヒータ装置４０におけるタイムチャートである。前述の通り、ヒータ１４の両端の（ｃ）出力電圧は、（ｂ）入力電圧と同一波形となり、その電圧値は同じかまたは電線路の抵抗によりやや小さい値となる。したがって（ｄ）入力電圧整流手段４２の出力の電圧値と、（ｅ）出力電圧整流手段４３の出力の電圧値も同じか、またはやや小さい値となる。ここでしきい値ΔＶを、断線のない通常状態において「常に（ｅ）出力電圧整流手段４３の出力電圧が（（ｄ）入力電圧整流手段４２の出力の電圧値Ｖ_ｓｉ−しきい値ΔＶ）よりも大きい値となる」ように設定する。
【００３０】
今、時刻Ｔｏで断線が発生したとする。すると（ｅ）出力電圧整流手段４３の出力電圧はすぐに低下し始め、時刻Ｔ_１において（（ｄ）入力電圧整流手段４２の出力の電圧値Ｖ_ｓｉ−しきい値ΔＶ）よりも低い電圧値となる。断線検出手段２０は、（ｄ）入力電圧整流手段４２の出力の電圧値と（ｅ）出力電圧整流手段４３の出力電圧との差を計算し、その差がΔＶよりも大きくなった時刻Ｔ_１において、（ｆ）断線検出手段の出力信号をｏｆｆ（断線無し）からｏｎ（断線有り）に変化させる。そして、「断線有り」の断線判定信号を受信した設備制御装置１６は、その後ヒータ加熱開始信号をｏｆｆとする。
【００３１】
（ｆ）断線検出手段の断線判定信号は、設備制御装置１６が断線判定信号を受信してヒータ加熱開始信号をｏｆｆとすることにより、（ｄ）入力電圧整流手段４２の出力が低下して０となった時刻Ｔ_２において、ｏｆｆ（断線無し）に変化する。
このように第３実施例の断線検出器４１は、（ｂ）入力電圧、（ｃ）出力電圧を直接比較する第１実施例の断線検出器１１と異なり、設備制御装置１６が断線判定信号を受信してヒータ加熱開始信号をｏｆｆとするまで、（ｆ）断線検出手段の断線判定信号をｏｎ（断線有り）に保持することができる。これにより設備制御装置１６による受信が容易になる。これにより設備制御装置１６として広い範囲の装置が選択可能となる。
【００３２】
なお、第３実施例である断線検出装置４１においても、第２実施例である断線検出装置３１と同様に保持手段３２を備えることとしてよい。保持手段３２を備えることにより、断線検出装置４１は、ヒータ加熱開始信号をｏｆｆした後も、断線判定信号をｏｎ（断線有り）に保持することができるため、オペレータが断線に気づく前に、ヒータ装置４０を再起動してしまうミスを防止することができる。
【００３３】
なお、前述の実施例は、すべてヒータ装置に適用された場合を例示したが、本発明に係る断線検出装置はヒータ装置に限らず適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る断線検出装置の第１実施例によるヒータ装置の概略構成図である。
【図２】図１に示すヒータ装置のタイムチャートである。
【図３】ヒータとヒータ制御器間の電線路の入出力、および本発明の断線検出結果を説明する図である。
【図４】本発明に係る断線検出装置の第２実施例によるヒータ装置の概略構成図である。
【図５】図４に示すヒータ装置のタイムチャートである。
【図６】本発明に係る断線検出装置の第３実施例によるヒータ装置の概略構成図である。
【図７】図６に示すヒータ装置のタイムチャートである。
【符号の説明】
１０、３０、４０…ヒータ装置
１１、３１、４１…断線検出装置
１２…ヒータ制御器
１４…ヒータ
１８、１９…バッファアンプ
２０…断線検出手段
３２…保持手段
４２…入力電圧整流手段
４３…出力電圧整流手段

Claims

電線路を経由して被制御対象に電圧を印加する制御器が、該電線路へ入力する入力電圧を検出する入力電圧検出手段と、
前記電線路から前記被制御対象へ出力される出力電圧を検出する出力電圧検出手段と、
検出された前記入力電圧と前記出力電圧とを比較することにより、前記電線路の断線を検出する断線検出手段とを備えた断線検出装置。
前記断線検出手段は、前記入力電圧および前記出力電圧との差分を求め、前記差分が所定値以上のとき断線が生じたことを検出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
さらに、前記断線検出手段の検出結果が入力され、断線が生じたことを示す検出結果を保持して出力する保持手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
さらに、前記入力電圧検出手段の出力を整流する入力電圧整流手段と、
前記出力電圧検出手段の出力を整流する出力電圧整流手段とを備え、
前記断線検出手段は、前記入力電圧整流手段の出力および前記出力電圧検出手段の出力とを入力とする請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。