JP2020102116A - 安全入力装置 - Google Patents

Abstract

【課題】監視装置の受信ポートでの受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障を検出可能とする。【解決手段】ノーマルクローズである複数の接点１１を有する入力装置と、１つの接点１１に接続され、パルス信号を常時送信するシリアル通信用の送信ポート２１、及び他の１つの接点１１に接続されたシリアル通信用の受信ポート２２を有し、当該受信ポート２２での受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする複数の監視装置とを備えた。【選択図】図１

Description

この発明は、対象となる機器を緊急停止可能とする安全入力装置に関する。

ロボット分野では、ロボットを緊急停止可能とする安全入力装置が導入されている。安全入力装置は、接点を有する入力装置と、当該接点に接続された受信ポートを有し、当該受信ポートでの受信状態に応じてロボットを緊急停止可能とする監視装置とを備えている。入力装置としては例えば非常停止スイッチが挙げられ、監視装置としては例えばマイコンが挙げられる。また、従来の安全入力装置では、安全化のため、入力装置が有する接点及び監視装置が２重化構成とされている（例えば特許文献１参照）。

特許文献１に開示された装置では、一方のマイコンが、非常停止スイッチが有する２つの接点のうちの一方を介して入力された信号を監視し、他方のマイコンが、当該２つの接点のうちの他方を介して入力された信号を監視している。そのため、この装置では、２つの接点のうちの一方が故障した場合でも、他方を介して入力された信号から非常停止スイッチの作動を検出可能であり、マイコンは対象となる機器を確実に緊急停止可能である。なお、マイコンが有する受信ポートでの受信レベルは、正常動作時にはハイレベル又はローレベルで一定となっている。

また、この装置では、非常停止スイッチとマイコンとの間の配線に加え、マイコン間も配線を行い、マイコン間で相互監視を行っている。そのため、この装置では、一方のマイコンで異常が発生した場合に、他方のマイコンがこれを検出してシステムエラーとして対象となる機器を緊急停止できる。

特開２００５−２２７８７３号公報

上記のような従来装置では、マイコンが有する受信ポートでの受信レベルが、正常動作時にはハイレベル又はローレベルで一定となっている。そのため、マイコンの受信ポート故障で受信レベルがハイレベル又はローレベルに固着した場合、或いはケーブルの短絡故障が発生した場合等のように、受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障が生じた場合にはマイコンはこの故障を検出できない。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、監視装置の受信ポートでの受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障を検出可能な安全入力装置を提供することを目的としている。

この発明に係る安全入力装置は、ノーマルクローズである複数の接点を有する入力装置と、接点のうちの１つの接点に接続され、パルス信号を常時送信するシリアル通信用の送信ポート、及び当該接点のうちの他の１つの接点に接続されたシリアル通信用の受信ポートを有し、当該受信ポートでの受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする複数の監視装置とを備えたことを特徴とする。

この発明によれば、上記のように構成したので、監視装置の受信ポートでの受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障を検出可能となる。

実施の形態１に係る安全入力装置の構成例及び動作例（正常動作時）を示す図である。 実施の形態１に係る安全入力装置の動作例（非常停止スイッチが作動した場合）を示す図である。 実施の形態１に係る安全入力装置の動作例（接点故障が発生した場合）を示す図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１は実施の形態１に係る安全入力装置の構成例を示す図である。
安全入力装置は、対象となる機器（不図示）を緊急停止可能とする。対象となる機器としては、例えばロボットが挙げられる。安全入力装置は、図１に示すように、非常停止スイッチ（入力装置）１及び複数のマイコン（監視装置）２を備えている。以下では、同一の構成要素が複数系統存在する場合には、その構成要素を示す符号に系統毎の接尾記号（−１，−２，・・・）を付すものとし、また、特に区別する必要がない場合には接尾記号を付さずに説明を行う。

非常停止スイッチ１は、ノーマルクローズである複数の接点１１を有する。図１では、非常停止スイッチ１が２つの接点１１−１，１１−２を有している。この非常停止スイッチ１は、一定の条件（図１ではボタンの押下）で作動して、接点１１がオープンされる。

マイコン２は、非常停止スイッチ１が有する接点１１に接続された受信ポート２２を有し、当該受信ポート２２での受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする。図１では、複数のマイコン２として２つのマイコン２−１，２−２が用いられている。

マイコン２−１は、シリアル通信用の送信ポート（ＴＸＤポート）２１−１、シリアル通信用の受信ポート（ＲＸＤポート）２２−１、出力ポート（ＤＯポート）２３−１、信号生成部２４−１及び制御部２５−１を有する。

送信ポート２１−１は、ケーブル４−１を介して、接点１１−１の一端（Ｓ１Ａ）に接続されている。
受信ポート２２−１は、ケーブル４−２を介して、接点１１−２の他端（Ｓ２Ｂ）に接続されている。
なお、送信ポート２１−１及び受信ポート２２−１は、図１に示すように互いに異なるポートでもよいし、共通の単一のポートでもよい。

信号生成部２４−１は、パルス信号を常時生成して送信ポート２１−１から送信させる。
制御部２５−１は、受信ポート２２−１での受信状況に応じて出力ポート２３−１から信号を出力させることで、電源スイッチ３−１を制御する。具体的には、制御部２５−１は、受信ポート２２−１での受信レベルがハイレベルとローレベルに周期的に変化している場合（パルス信号が受信されている場合）には、電源スイッチ３−１をクローズさせる。一方、制御部２５−１は、受信ポート２２−１での受信レベルがハイレベル又はローレベルの状態を継続している場合（パルス信号が受信されていない場合）には、電源スイッチ３−１をオープンさせる。なお、電源スイッチ３−１は、電源５と対象となる機器が有するモータ等の負荷６とを繋ぐ給電線路７上に設けられている。

マイコン２−２は、シリアル通信用の送信ポート（ＴＸＤポート）２１−２、シリアル通信用の受信ポート（ＲＸＤポート）２２−２、出力ポート（ＤＯポート）２３−２、信号生成部２４−２及び制御部２５−２を有する。

送信ポート２１−２は、ケーブル４−３を介して、接点１１−２の一端（Ｓ２Ａ）に接続されている
受信ポート２２−２は、ケーブル４−４を介して、接点１１−１の他端（Ｓ１Ｂ）に接続されている。
なお、送信ポート２１−２及び受信ポート２２−２は、図１に示すように互いに異なるポートでもよいし、共通の単一のポートでもよい。

信号生成部２４−２は、パルス信号を常時生成して送信ポート２１−２から送信させる。
制御部２５−２は、受信ポート２２−２での受信状況に応じて出力ポート２３−２から信号を出力させることで、電源スイッチ３−２を制御する。具体的には、制御部２５−２は、受信ポート２２−２での受信レベルがハイレベルとローレベルに周期的に変化している場合（パルス信号が受信されている場合）には、電源スイッチ３−２をクローズさせる。一方、制御部２５−２は、受信ポート２２−２での受信レベルがハイレベル又はローレベルの状態を継続している場合（パルス信号が受信されていない場合）には、電源スイッチ３−２をオープンさせる。なお、電源スイッチ３−２は、給電線路７上に設けられている。

なお、図１に示すように、送信ポート２１−１及び受信ポート２２−１が互いに異なるポートであり且つ送信ポート２１−２及び受信ポート２２−２が互いに異なるポートである場合には、マイコン２−１，２−２は、半二重通信を行ってもよいし、全二重通信を行ってもよい。
一方、送信ポート２１−１及び受信ポート２２−１が単一のポートであり且つ送信ポート２１−２及び受信ポート２２−２が単一のポートである場合には、マイコン２−１，２−２は半二重通信を行う。

次に、図１に示す安全入力装置の動作例について説明する。
図１に示す安全入力装置では、非常停止スイッチ１が有する接点１１−１の一端にマイコン２−１が有する送信ポート２１−１が接続され、接点１１−１の他端にマイコン２−２が有する受信ポート２２−２が接続されて、パルス信号を用いたアップロード通信を常時行う。また、この安全入力装置では、非常停止スイッチ１が有する接点１１−２の一端にマイコン２−２が有する送信ポート２１−２が接続され、接点１１−２の他端にマイコン２−１が有する受信ポート２２−１が接続されて、パルス信号を用いたダウンロード通信を常時行う。すなわち、この安全入力装置では、非常停止スイッチ１とマイコン２−１，２−２との間で接続されるケーブル４がクロス配線されることで、シリアル通信路が構築されている。

この安全入力装置は、図１に示すように、正常動作時には、非常停止スイッチ１が有する接点１１−１，１１−２は共にクローズとなっているため、アップロード通信路及びダウンロード通信路が形成され、マイコン２−１，２−２は相互通信可能な状態となっている。そして、マイコン２−１では、受信ポート２２−１でパルス信号が受信されるため、制御部２５−１は電源スイッチ３−１をクローズさせる。同様に、マイコン２−２では、受信ポート２２−２でパルス信号が受信されるため、制御部２５−２は電源スイッチ３−２をクローズさせる。よって、正常動作時には、図１に符号１０１で示すように、電源５から負荷６へ給電可能な状態となっている。

一方、この安全入力装置は、図２に示すように、作業者等により非常停止スイッチ１が作動した場合には、非常停止スイッチ１が有する接点１１−１，１１−２が共にオープンとなるため、アップロード通信路及びダウンロード通信路が切断され、マイコン２−１，２−２は相互通信が不能となる。そして、マイコン２−１では、受信ポート２２−１でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−１は電源スイッチ３−１をオープンさせる。同様に、マイコン２−２では、受信ポート２２−２でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−２は電源スイッチ３−２をオープンさせる。よって、非常停止スイッチ１が作動した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。

また、この安全入力装置は、図３に示すように、非常停止スイッチ１が有する接点１１−１に故障が発生してオープンとなった場合、アップロード通信路が切断され、マイコン２−１，２−２は片側通信となる。そして、マイコン２−２では、受信ポート２２−２でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−２はシステムエラーとして電源スイッチ３−２をオープンさせる。よって、接点１１−１に故障が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。
同様に、この安全入力装置は、非常停止スイッチ１が有する接点１１−２に故障が発生してオープンとなった場合、ダウンロード通信路が切断され、マイコン２−１，２−２は片側通信となる。そして、マイコン２−１は、受信ポート２２−１でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−１はシステムエラーとして電源スイッチ３−１をオープンさせる。よって、接点１１−２に故障が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。

また、マイコン２−１，２−２の相互通信では、例えば、互いに、プロセスＡ、プロセスＢ、・・・と、プロセスを順に監視するシーケンスが組まれている。そして、マイコン２−１の制御部２５−１は、上記シーケンスが崩れた場合に、マイコン２−２に異常が発生したと判定し、電源スイッチ３−１をオープンさせる。よって、マイコン２−２に異常が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。
同様に、マイコン２−２の制御部２５−２は、上記シーケンスが崩れた場合に、マイコン２−１に異常が発生したと判定し、電源スイッチ３−２をオープンさせる。よって、マイコン２−１に異常が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。

また、この安全入力装置は、マイコン２−１に受信ポート故障が発生した場合、マイコン２−１では、受信ポート２２−１でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−１はシステムエラーとして電源スイッチ３−１をオープンさせる。よって、マイコン２−１に受信ポート故障が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。
同様に、この安全入力装置は、マイコン２−２に受信ポート故障が発生した場合、マイコン２−２では、受信ポート２２−２でパルス信号が受信されなくなるため、制御部２５−１はシステムエラーとして電源スイッチ３−２をオープンさせる。よって、マイコン２−２に受信ポート故障が発生した場合には、給電線路７が切断されて対象となる機器が緊急停止する。
また、ケーブル４に短絡故障が発生した場合についても、安全入力装置は、上記と同様の動作を行う。

また、この安全入力装置では、パルス信号を用いてアップロード通信及びダウンロード通信を常時実行している。そのため、パルス信号で検出可能な故障（受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障）以外の誤検出（例えばモータ等のノイズによる誤検出）を低減可能であり、安全性が向上する。

このように、実施の形態１に係る安全入力装置では、非常停止スイッチ１が有する接点１１及びマイコン２の２重化並びにマイコン２の相互監視に加え、パルス信号を用いたパルステストを実施しているため、安全性がより向上する。すなわち、この安全入力装置では、パルス信号を用いることで、マイコン２の受信ポート故障で受信レベルがハイレベル又はローレベルに固着した場合、或いはケーブル４の短絡故障が発生した場合等のように、受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障が生じた場合でも、この故障を検出できる。よって、この安全入力装置では、従来装置に対し、異常を見逃す確率が低くなる。

また、実施の形態１に係る安全入力装置では、マイコン２が、２重化構成された接点１１を介して、相互監視を行っている。そのため、この安全入力装置では、従来装置のように非常停止スイッチ１とマイコン２との間の配線に加えてマイコン２間の配線を行う必要はなく、簡素化が可能である。

なお図１では、非常停止スイッチ１が有する接点１１及びマイコン２がそれぞれ２重化構成とされた場合を示した。しかしながら、非常停止スイッチ１が有する接点１１及びマイコン２はそれぞれ、２重化以上の多重化（例えば３重化）構成とされていてもよい。この場合、マイコン２が有する送信ポート２１及び受信ポート２２は各々、非常停止スイッチ１が有する複数の接点１１のうちの互いに異なる接点１１に接続される。

また図１では、入力装置として非常停止スイッチ１を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、入力装置は、ノーマルクローズである複数の接点１１を有する装置であればよい。入力装置として、例えばドアスイッチ又はライトカーテンを用いてもよい。

また図１では、監視装置としてマイコン２を用いた場合を示した。しかしながら、これに限らず、監視装置は、入力装置が有する接点１１に接続された受信ポート２２を有し、当該受信ポート２２での受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする装置であればよい。監視装置として、例えばＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）又はカスタムＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）を用いてもよい。

以上のように、この実施の形態１によれば、安全入力装置は、ノーマルクローズである複数の接点１１を有する入力装置と、１つの接点１１に接続され、パルス信号を常時送信するシリアル通信用の送信ポート２１、及び他の１つの接点１１に接続されたシリアル通信用の受信ポート２２を有し、当該受信ポート２２での受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする複数の監視装置とを備えた。これにより、実施の形態１に係る安全入力装置は、監視装置の受信ポートでの受信レベルがハイレベル又はローレベルで一定となる故障を検出可能となる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、若しくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ 非常停止スイッチ（入力装置）
２ マイコン（監視装置）
３ 電源スイッチ
４ ケーブル
５ 電源
６ 負荷
７ 給電線路
１１ 接点
２１ 送信ポート
２２ 受信ポート
２３ 出力ポート
２４ 信号生成部
２５ 制御部

Claims (6)

1. ノーマルクローズである複数の接点を有する入力装置と、
   前記接点のうちの１つの接点に接続され、パルス信号を常時送信するシリアル通信用の送信ポート、及び当該接点のうちの他の１つの接点に接続されたシリアル通信用の受信ポートを有し、当該受信ポートでの受信状態に応じて対象となる機器を緊急停止可能とする複数の監視装置と
   を備えた安全入力装置。
2. 前記監視装置は各々、前記受信ポートでの受信レベルがハイレベル又はローレベルの状態を継続している場合に、前記対象となる機器を緊急停止させる
   ことを特徴とする請求項１記載の安全入力装置。
3. 前記監視装置は半二重通信を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安全入力装置。
4. 前記監視装置は全二重通信を行う
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の安全入力装置。
5. 前記入力装置は、非常停止スイッチ、ドアスイッチ又はライトカーテンである
   ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか１項記載の安全入力装置。
6. 前記監視装置は各々、マイコン、ＦＰＧＡ又はカスタムＩＣである
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか１項記載の安全入力装置。

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