JP2009033390A - 近接センサの発振回路部故障診断方法および発振回路部故障診断機能付き近接センサ - Google Patents

近接センサの発振回路部故障診断方法および発振回路部故障診断機能付き近接センサ Download PDF

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弘記 醍醐
Yoshio Kishi
芳男 岸
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克彦 中谷
Masaki Kasai
正貴 河西
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Abstract

【課題】発振回路部の故障を適確に診断可能とすること。
【解決手段】検出物体11が接近するに応じて発振振幅レベルが小さくなる発振回路部3と、検出物体11の接近に伴い発振振幅レベルが小さくなって一定レベルに到達したときに動作信号を出力する信号処理回路部7とを備え、発振回路部3が正常である間は検出物体11の接近距離が接近して発振振幅レベルが上記一定レベルに到達した以降も当該発振回路部3の発振動作を継続し、発振回路部3がその発振動作が停止したときには当該発振回路部3が故障していると診断する。
【選択図】図1

Description

本発明は、検出物体に当該近接センサが接近して動作する動作距離と、離れて復帰する復帰距離とに応差がある高周波発振・振幅検出型の近接センサにおいてその発振回路部故障診断方法に関するものである。
高周波発振・振幅検出型の近接センサは、一定の周波数で発振を行い金属体等の検出物体の接近によって発振振幅レベルの変化を検出するものである。この近接センサでは、高周波で発振する発振回路部を備え、金属体や磁性体等からなる検出物体が発振回路部内の発振コイルに接近すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて発振コイルの実効抵抗値であるインピーダンスが変化することにより発振回路部の発振振幅レベルが変化することを利用したものであり、検出物体の近接状態に応じて発振回路部の発振振幅レベルが跳躍的に変化して、発振または発振停止させることによる発振振幅レベルの変化で検出物体の有無の判定を行うことができる(特許文献1参照)。この場合、発振回路部の出力を直流化してなる検出出力は、検出物体が接近すると小さくなり、検出物体が離れていくと大きくなっていく。
このような高周波発振・振幅検出型の近接センサでは、発振回路部の後段側に検波回路部を設け、この検波回路部では、検出物体が接近して発振振幅レベルに対応する検出出力が小さくなって検出閾値と一致すると、検出物体有りとする信号を生成し、検出物体が離れて検出出力が大きくなると、検出物体無しとする信号を生成する。この検出物体有りの信号と,検出物体無しの信号とにヒステリシスを設けて信号のオンオフを行っている。この検出物体有りの信号と,検出物体無しの信号の生成をするための検出出力にレベル差を設けてチャタリングにより誤動作を防止している結果、動作距離と復帰距離との間に応差がある(特許文献2参照)。
上記構成の近接センサにおいては、通常検出モードで検出物体が動作距離にまで接近すると、発振回路部の発振動作を発振振幅レベルの大小にかかわらず停止させるようになっている。その一方、発振回路部の発振動作の停止には当該発振回路部の故障による発振動作停止があるが、検波回路部では、動作距離にまで接近して発振振幅レベルが小さくなった場合でも、上記発振回路部の故障により発振振幅レベルが小さくなった場合でも、検出物体有りとする信号を出力するために、近接センサを、例えばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)に制御機器の状態を検知入力する入力機器の1つとして用いた場合では、その近接センサから当該近接センサがあたかも正常なごとく信号がPLC等のコントローラに対して入力されたのではコントローラを用いた制御システムにはきわめて不具合である。
特開2007−141762号公報 特開平10−256894号公報
したがって、本発明により解決すべき課題は、発振回路部の故障診断を適確に行うことができる故障診断方法を提供することである。
本発明による発振回路部故障診断方法は、検出物体が接近するに応じて発振振幅レベルが小さくなる発振回路部と、上記検出物体の接近に伴い発振振幅レベルが小さくなって一定レベルに到達したときに動作信号を出力する検波回路部とを備え、その動作信号が出力された時点での検出物体からの距離を動作距離とする近接センサに対して、通常検出モードにおいて、発振回路部が正常である間は検出物体の接近距離が接近して発振振幅レベルが上記一定レベルに到達した以降も当該発振回路部が発振動作を継続することにより、発振回路部がその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断することを特徴としている。
本発明によると、通常検出モードで発振回路部が発振動作を停止しない限りは、検出物体の検出が行われており、検出物体が動作距離に接近しても、発振回路部の発振動作は発振振幅レベルの大小にかかわらず継続している。一方、発振回路部の発振動作が停止すると当該発振回路部が故障したことになり、このことを当該発振回路部の故障であると診断するので、従来のように発振動作停止が通常検出での発振動作停止であるのか、それとも、発振回路部の故障による発振動作停止であるのかといった不明確さが解消されるようになる。その結果、本発明による故障診断方法では、近接センサを、例えばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)に制御機器の状態を検知入力する入力機器の1つとして用いても、その近接センサから当該近接センサがあたかも正常なごとく信号がPLC等のコントローラに対して入力されなくなり、コントローラを用いた制御システムの安全性を大きく向上させることに寄与できる。
本発明による近接センサは、検出物体が接近するに応じて発振振幅レベルが小さくなる発振回路部と、上記発振振幅レベルが小さくなって一定レベルに到達したときに動作信号を出力する検波回路部とを備え、その動作信号が出力された時点での検出物体からの距離を動作距離とする近接センサにおいて、上記発振回路部は、通常検出モードで検出物体の接近距離が接近してその発振振幅レベルが上記一定レベルに到達した以降も発振動作を継続するように設定されており、上記発振回路部が通常検出モードでその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断し、該診断に対応した故障診断信号を出力する機能を備えた、ことを特徴とするものである。
上記検波回路部は、上記発振回路部が通常検出モードでその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断し、該診断に対応した故障診断信号を出力することが好ましい。
上記検波回路部は、上記故障診断を行うプログラムで故障診断信号の出力制御を実行するマイクロコンピュータにより構成されていることが好ましい。
本発明の故障診断方法は、発振回路部の故障診断を適確に行うことができる。
以下、添付した図面を参照して、本発明の実施の形態に係る高周波発振・振幅検出型の近接センサの故障診断方法を詳細に説明する。図1に、実施の形態が適用される近接センサの概略ブロック構成を示す。この近接センサ1は、発振コイル3aと検出回路3bとを含む発振回路部3と、発振回路部3の発振出力を整流して直流化する整流回路部5と、この整流回路部5出力を検波する信号処理回路部7と、この信号処理回路部7の出力に応じて検出物体の有無を示す検出信号を発生する検波信号出力回路部9と、を備えている。
発振回路部3は、金属体や磁性体等からなる検出物体11が発振コイルに接近すると、電磁誘導作用によって渦電流損が生じて発振コイルの実効抵抗値であるインピーダンスが変化することにより発振回路部3の発振出力の振幅(発振振幅)レベルが変化するものであり、検出物体11の近接状態に応じて発振回路部3の発振振幅レベルが変化することにより検出物体11の有無の検出を行うことができるようになっている。図1中、発振回路部3の発振振幅レベルは、非検出時(a)、検出開始点(b)、検出中(c)、検出距離0mm時(d)、発振回路部3の故障時(e)で示すように小さくなる。これら発振振幅レベルの変化は後述する。
整流回路部5は、発振回路部3の発振出力を発振振幅レベルの大きさに対応して直流化し整流回路出力として出力するものであり、検出物体11が接近して発振振幅レベルが小さくなると整流回路出力が小さくなり、検出物体11が離れていき発振振幅レベルが大きくなると整流回路出力が大きくなっていく。
信号処理回路部7は、検出物体11が接近し発振振幅レベルが小さくなって整流回路出力が検出閾値になるまで小さくなると検出物体11有りと検出処理する回路構成になっている。図1中、非検出時の発振振幅レベル(a)に対応する動作対応点VOFF(a1)、検出開始点での発振振幅レベル(b)に対応する動作対応点VON,H(b1)、検出中での発振振幅レベル(c)に対応する動作対応点VON,M(c1)、検出距離0mm時での発振振幅レベル(d)に対応する動作対応点VON,L(d1)、発振回路部3の故障時での発振振幅レベル(e)に対応する動作対応点VAL(e1)を示す。
そして、信号処理回路部7は、整流回路出力がVOFFでは非検出状態を示すローレベル(L)信号、VON,H以下では検出状態を示すハイレベル(H)信号を検波信号出力回路部9に出力する。一方、信号処理回路部7は、整流回路出力がVALでは発振回路部3が故障していることを示すハイレベル(H)信号、それ以外では発振回路部3が正常であることを示すローレベル(L)信号を故障診断信号出力回路部13に出力する。
上記動作を行う信号処理回路部7は、図2で示すようなマイクロコンピュータ構成になっている。信号処理回路部7は、CPU7a、メモリ7b、整流回路部5からの検出出力をAD変換するAD変換インターフェース7c、検波信号出力回路部9への信号を出力する出力ポート7d、故障診断信号出力回路部13への信号を出力する出力ポート7eとを備える。メモリ7bは、CPU7aの以下で説明する故障診断の実行プログラムや、故障診断判定のためのプログラム等が格納されるプログラムメモリや、CPU7aの作業エリアを提供するメモリ、等で構成される。
図3ないし図5を参照して動作を説明する。図3(a)は非検出時を示しこの非検出時での検出物体11と近接センサ1との距離は復帰距離D1である。この状態でも発振回路部3は発振動作を行いその発振による電磁界の大きさの状態をE1で示す。図4ではその電磁界E1に対応する発振振幅レベルをL1として示す。図3(b)は検出開始時を示しこの検出開始時での検出物体11と近接センサ1との距離は動作距離D2である。この状態で発振回路部3は発振動作を継続していてその発振による電磁界の大きさの状態をE2で示す。図4ではその電磁界E2に対応する発振振幅レベルをL2として示す。図3(c)は検出開始と検出距離0mmとの中間を示しこの検出中間での検出物体11と近接センサ1との距離はD3である。この状態で発振回路部3は発振動作を継続していてその発振による電磁界の大きさの状態をE3で示す。図4ではその電磁界E3に対応する発振振幅レベルをL3として示す。図3(d)は検出距離0mmを示しこの状態で発振回路部3は発振動作を継続していてその発振による電磁界の大きさの状態をE4で示す。図4ではその電磁界E4に対応する発振振幅レベルをL4として示す。
以上において、図5で示すように通常検出モードにおいて、発振回路部3が正常である間は検出物体11の接近距離が接近して発振振幅レベルが検出開始レベルL2に到達した以降も当該発振回路部3は検出物体11との検出距離が0mmになっても発振動作を継続する。一方、発振回路部3が発振動作停止することによりその発振振幅レベルが図5で示すように0レベルなるときには発振回路部3が故障していると診断する。
信号処理回路部7において、CPU7aは、整流回路部5からの整流回路出力をAD変換インターフェース7cを介して取り込むと共に、その整流回路出力から発振振幅レベルがL2になると検出すると、出力ポート7dを介して検波信号出力回路部9に動作信号を出力する一方、整流回路出力から発振振幅レベルがゼロになると検出すると、発振回路部3が発振動作を停止させたと判断することにより、出力ポート7eを介して故障診断信号出力回路部13に故障診断信号を出力する。
これによって、本実施の形態では、通常検出モードで発振回路部3が発振動作を停止しない限りは、検出物体11の検出が行われている一方で、発振回路部3の発振動作が停止すると当該発振回路部3が故障したと診断するので、従来のように発振動作停止が通常検出での発振動作停止であるのか、それとも、発振回路部の故障による発振動作停止であるのかといった不明確さが解消されるようになる。
その結果、本発明による故障診断方法では、近接センサを、例えばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)に制御機器の状態を検知入力する入力機器の1つとして用いても、その近接センサから当該近接センサがあたかも正常なごとく信号がPLC等のコントローラに対して入力されなくなり、コントローラを用いた制御システムの安全性を大きく向上させることに寄与できる。
図1は本発明の実施の形態に係る故障診断方法が適用される近接センサの概略ブロック構成を示す図である。 図2は図1の検波回路部をマイクロコンピュータで構成した場合のブロック回路構成を示す図である。 図3(a)−(d)は検出物体と近接センサとの近接距離による発振回路部の発振動作による磁界の大きさとそれによる検出距離を示す図である。 図4は図3(a)−(d)それぞれに対応する発振振幅レベルを示す図である。 図5は発振回路部が正常時と故障時での発振振幅レベルを示す図である。
符号の説明
1 近接センサ
3 発振回路部
5 整流回路部
7 信号処理回路部
9 検波信号出力回路部
11 検出物体
13 故障診断信号出力回路部

Claims (4)

  1. 検出物体が接近するに応じて発振振幅レベルが小さくなる発振回路部と、上記検出物体の接近に伴い発振振幅レベルが小さくなって一定レベルに到達したときに動作信号を出力する検波回路部とを備え、その動作信号が出力された時点での検出物体からの距離を動作距離とする近接センサに対して、
    通常検出モードにおいて、発振回路部が正常である間は検出物体の接近距離が接近して発振振幅レベルが上記一定レベルに到達した以降も当該発振回路部の発振動作を継続することにより、発振回路部がその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断する、ことを特徴とする近接センサの発振回路部故障診断方法。
  2. 検出物体が接近するに応じて発振振幅レベルが小さくなる発振回路部と、上記発振振幅レベルが小さくなって一定レベルに到達したときに動作信号を出力する検波回路部とを備え、その動作信号が出力された時点での検出物体からの距離を動作距離とする近接センサにおいて、
    上記発振回路部は、通常検出モードで検出物体の接近距離が接近してその発振振幅レベルが上記一定レベルに到達した以降も発振動作を継続するように設定されており、
    上記発振回路部が通常検出モードでその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断し、該診断に対応した故障診断信号を出力する機能を備えた、ことを特徴とする発振回路部故障診断機能付き近接センサ。
  3. 上記検波回路部は、上記発振回路部が通常検出モードでその発振動作が停止したときには当該発振回路部が故障していると診断し、該診断に対応した故障診断信号を出力する、ことを特徴とする請求項2に記載の近接センサ。
  4. 上記検波回路部は、上記故障診断を行うプログラムで故障診断信号の出力制御を実行するマイクロコンピュータにより構成されている、ことを特徴とする請求項3に記載の近接センサ。
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