JP3918950B2 - セーフティデバイス - Google Patents

Description

本発明は、例えば、セーフティネットワークコントローラ、セーフティＩ／Ｏターミナル等のように、安全用途に供されるセーフティデバイスに関する。

労働安全意識の高まりから、昨今、各種のセーフティデバイスが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この種のセーフティデバイスは、セーフティネットワークコントローラ、セーフティＩ／Ｏターミナル等に相当し、切削機械や切断機械やアーム付き製造器ロボット等とともに使用される。安全規格について、セーフティネットワークコントローラを一例に挙げて説明すると、セーフティネットワークコントローラは、一般的なプログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）に類似するロジック演算機能、入出力制御機能に加えて、安全面の自己診断機能を内蔵させることにより、その制御において、高度な信頼性を確保したものである。名称は、「セーフティコントローラ」、「セーフティマスタコントローラ」と称されることもある。セーフティネットワークコントローラの自己診断結果により異常を検出した場合には、自己の制御が危険につながらないように、強制的に安全な制御を行うような機能（フェールセーフ機能）を備えている。それにより、製造器ロボット等の動作が危険につながらないようにしている。

ここに言う安全は、より具体的には、規格化されている安全基準を含む意味である。規格には、例えば、ＩＥＣ６１５０８やＥＮ規格などがある。ＩＥＣ６１５０８（プログラム可能な電子システムの機能安全に関する国際電気標準委員会）では、時間あたりの危険故障確率を（失敗確率：Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｆａｉｌｕｒｅ ｐｅｒ Ｈｏｕｒ）を定義し、この確率によってＳＩＬのレベル（Ｓａｆｅｔｙ Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ Ｌｅｖｅｌ）を４段階に分類している。また、ＥＮ規格では、機械のリスクの大きさを評価し、リスク低減策を講じるように義務付けされていて、ＥＮ９５４−１では５つの安全カテゴリにて規定されている。この発明のセーフティネットワークコントローラ等は、このような安全基準のいずれかに対応したものである。セーフティＩ／Ｏターミナルにおいても、自己診断機能を有していて、自己診断結果により異常を検出した場合には、自己の制御が危険につながらない制御をするといった、フェールセーフ機能を備えている。それにより、セーフティネットワークコントローラの動作や、製造器ロボット等の動作が危険につながらないようにしている。なお、セーフティＩ／Ｏターミナルは、「セーフティスレーブ局」や「セーフティスレーブユニット」、あるいは、単に「セーフティスレーブ」と称されることもある。

そして、従来より、セーフティネットワークコントローラとセーフティＩ／Ｏターミナルとをネットワークで結んでなる安全制御システムが知られている。セーフティネットワークコントローラは、セーフティＩ／Ｏターミナルに対してネットワーク通信する通信マスタ機能を備えていて、安全マスタと称されることもある。

セーフティＩ／Ｏターミナルは、セーフティネットワークコントローラの通信マスタ機能との間でネットワーク通信機能、つまり、マスタに従って制御される通信スレーブ機能を備えている。セーフティＩ／Ｏターミナルは接続端子を備えていて、その接続端子に、オンオフ信号を出すスイッチ等の入力機器と、制御信号の出力先となる出力機器との少なくとも一方が接続されている。入力機器の例は、非常停止スイッチＳＷ、ライトカーテン、ドアスイッチ、２ハンドスイッチなどである。出力機器の例は、セーフティリレーやコンタクタである。これらの入力機器または出力機器も安全規格に対応している。セーフティＩ／Ｏターミナルは、接続された安全用途機器から入力した信号に基づいて制御データを生成し、生成した制御データをセーフティネットワークコントローラへネットワーク通信する。

セーフティネットワークコントローラは、ＣＰＵユニットや電源ユニットやＩ／Ｏユニットや通信マスタユニットなどの複数のユニットが連結して構成されるビルディングブロックタイプのものが知られている。各ユニットは共通内部バスに接続されていて、セーフティネットワークコントローラ全体の制御を司るＣＰＵユニットと他のユニットとの間でバス通信をし、データをやりとりすることができる。連結されたＩ／Ｏユニットも接続端子を備えていて、その接続端子に、安全用途の入力機器または安全用途の出力機器が接続されている。

そして、セーフティネットワークコントローラは、通信マスタユニットを介してセーフティＩ／Ｏターミナルからネットワーク通信により入力した入力機器の入力信号、または連結されたＩ／Ｏユニットに接続された入力機器の入力信号を入力し、予め記憶されたロジックプログラムによってその入力信号のオンオフを論理演算する。その演算結果に基づく出力信号を通信マスタユニットを介してネットワーク通信によりセーフティＩ／Ｏターミナルへ出力するか、または連結されたＩ／Ｏユニットへ出力をする。Ｉ／Ｏユニット及びセーフティＩ／Ｏターミナルは、その出力信号を出力機器へ出力する。この一連の動作を繰り返し実行することにより、セーフティネットワークコントローラにより製造器ロボットを含むシステム全体が制御される。なお、セーフティネットワークコントローラとセーフティＩ／Ｏターミナルとの間の通信サイクルは、セーフティネットワークコントローラの繰り返し実行のサイクルと同期しても良いし、非同期でも良い。

また、セーフティＩ／Ｏターミナルに接続された出力機器であるところのセーフティリレーやコンタクタは、製造器ロボットや加工機械、切断機械等につながれていて、リレーやコンタクタの接点がオン中は製造器ロボット等が動作し、接点がオフ中は製造器ロボット等が停止するようになっている。よって、セーフティネットワークコントローラは、出力機器をオンオフ制御することで、最終的な制御対象の操作ロボット等の動作停止に関する制御をする。

具体的な例でいうと、セーフティネットワークコントローラは、非常停止スイッチＳＷが正常に操作されたことをセーフティＩ／Ｏターミナルから通信にて入力すると、制御対象が危険な動作をしないよう出力機器（リレーやコンタクタ）をオフするか、安全側の状態に強制制御し、直ちに必要な安全処置を探る。また、セーフティネットワークコントローラは、非常停止スイッチＳＷまたは他の入力機器が異常有りの診断結果を入力すると、非常停止スイッチＳＷの操作有無または入力機器のオンオフ状態に拘わらずに、制御対象が危険な動作をしないようにその動作を停止するよう出力機器をオフするか、安全側の状態に強制制御し、直ちに必要な安全処置を探る。セーフティネットワークコントローラに連結されたＩ／Ｏユニット、またはセーフティＩ／Ｏターミナルは、１もしくは２以上の入力端子を有する入力部、及び／又は、１もしくは２以上の出力端子を有する出力部と、１もしくは２以上のテスト端子を有するテスト部と、を有している。

ここで、「及び／又は」とあるのは、入力用途のセーフティデバイスには出力部がないのが通例であり、出力用途のセーフティデバイスには入力部がないのが通例であることを考慮したものである。一方、テスト部については、それがセーフティデバイスである限り、必ず大抵は具備するのが通例である。
特開２００４−２９７９９７号公報

ところで、最近のセーフティデバイス（例えば、セーフティネットワークコントローラ、セーフティＩ／Ｏターミナル等）にあっては、据え付けスペースとの関係等から小型化が進んだ結果、入力部、出力部、テスト部に含まれる端子数はかなり制限され、その結果、対応するシステムに応じて、端子数を確保しつつも最適な端子仕様の組み合わせを満足させることはなかなか困難になりつつある。殊に、テスト部を構成するテスト端子数乃至テスト端子仕様は、入出力機器の多様化により益々製品最適化の障害となりつつある。つまり、Ｉ／Ｏユニット、またはセーフティＩ／Ｏターミナルにおいては、１台あたりの接続可能な入力または出力機器を多くしたい要望があるが、筐体表面のスペースによって、最大限に設けることができる端子の数は限られる。よって、テスト端子の数が増えると、その分、入力端子か出力端子の数が減ってしまうという問題が生じる。

この発明は、このような技術的背景に着目してなされたものであり、その目的とするところは、様々な機能並びに端子構成を有する入出力機器にも１台で柔軟に対応が可能なセーフティデバイスを提供することにある。

この発明のさらに他の目的並びに作用効果については、明細書の以下の記述を参照することにより、当業者であれば容易に理解されるであろう。

この発明のセーフティＩ／Ｏターミナルは、安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信するものであって、安全仕様の入力機器からの入力信号が与えられる１もしくは２以上の入力端子と、テストＯＵＴ仕様と、不使用仕様、標準出力仕様、電源供給仕様、ミューティングランプ仕様の少なくとも１つの仕様とにおいて、共通に用いられるテスト端子と、テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関するテストＯＵＴ仕様である場合は、異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力するとともに、その他の仕様である場合は、その仕様に応じてテスト端子に関する処理を行うマイクロコンピュータと、を備えて構成されている。

そして、マイクロコンピュータは、テスト端子に関する仕様の設定内容がテストＯＵＴ仕様である場合は、異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力する処理を行い、その他の仕様である場合は、不使用仕様ならテスト端子からの出力を使用しない処理、標準出力仕様なら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号をテスト端子から出力する処理、電源供給仕様なら電源電圧をテスト端子から出力する処理、ミューティングランプ仕様ならミューティングランプへの信号をテスト端子から出力する処理を行う。

このような構成によれば、セーフティＩ／Ｏターミナルのテスト端子を複数通りの利用に対応させることができる。なお、ここで言う「テスト端子の仕様」は、テストＯＵＴ仕様と、不使用仕様、標準出力仕様、電源供給仕様もしくはミューティングランプ仕様の少なくとも１つとの組み合わせである。例えば、テストＯＵＴ仕様と不使用仕様との組み合わせ、テストＯＵＴ仕様と標準出力仕様との組み合わせ、テストＯＵＴ仕様と電源供給仕様との組み合わせ、テストＯＵＴ仕様とミューティングランプ仕様との組み合わせ、テストＯＵＴ仕様と不使用仕様と標準出力仕様との組み合わせ、テストＯＵＴ仕様と標準出力仕様と電源供給仕様との組み合わせなどがある。すべての組み合わせを列挙しないが、テストＯＵＴ仕様を含んで、その他の組み合わせも該当する。

そして、セーフティＩ／Ｏターミナルのマイクロコンピュータは、その５つの仕様のすべてに対応するものに限らず、テストＯＵＴ仕様ともう１つの別の仕様の２つのみに対応するものも、テストＯＵＴ仕様と別の仕様２つの合計３つの仕様のみに対応するもの、テストＯＵＴ仕様と別の仕様３つの合計を４つの仕様のみに対応することも含む。

この発明のセーフティＩ／Ｏターミナルは、安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信するものであって、安全仕様の入力機器からの入力信号が与えられる１もしくは２以上の入力端子と、テストＯＵＴ仕様、ミューティングランプ仕様、電源供給仕様、標準出力仕様、不使用仕様のうち２以上が含まれていて、いずれの仕様であっても共通に用いられるテスト端子と、テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関する処理を切り替えて行うマイクロコンピュータと、を備えて構成されている。

そして、マイクロコンピュータは、テスト端子に関する仕様の設定内容がテストＯＵＴ仕様である場合は、異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力する処理を行い、その他の仕様である場合は、不使用仕様ならテスト端子からの出力を使用しない処理、標準出力仕様なら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号をテスト端子から出力する処理、電源供給仕様なら電源電圧をテスト端子から出力する処理、ミューティングランプ仕様ならミューティングランプへの信号をテスト端子から出力する処理を行う。

このような構成によれば、セーフティＩ／Ｏターミナルのテスト端子を複数通りの仕様に対応させることができる。ここで言う、「テスト端子の仕様の組み合わせ」は、例えば、テストＯＵＴ仕様とミューティングランプ仕様との組み合わせ、ミューティングランプ仕様と電源供給仕様との組み合わせ、電源供給仕様と標準出力仕様との組み合わせ、標準出力仕様と不使用仕様との組み合わせ、ミューティングランプ仕様と不使用仕様と標準出力仕様との組み合わせ、ミューティングランプ仕様と標準出力仕様と電源供給仕様との組み合わせなどがある。すべての組み合わせを列挙しないが、テストＯＵＴ仕様、ミューティングランプ仕様、電源供給仕様、標準出力仕様、不使用仕様の５つの中から、任意の２つからなる組み合わせ、任意の３つのからなる組み合わせ、任意の４つからなる組み合わせ、５つすべてからなる組み合わせのいずれも含まれる。

更に言うと、セーフティＩ／Ｏターミナルのマイクロコンピュータは、その５つの仕様のすべてに対応するものに限らず、２つの仕様のみに対応するもの、３つの仕様のみに対応するもの、４つの仕様のみに対応するものも含む。

そして、セーフティＩ／Ｏターミナルの構成をテスト端子の設定操作をするための設定ツール装置と通信可能に接続され、設定ツール装置からの設定操作の信号を受信することにより、テスト端子に関する仕様が一義に決められ、その設定内容を前記記憶手段に記憶するものであり、その設定以降は、前記マイクロコンピュータが記憶手段の設定内容に従ってテスト端子に関する処理を切り替えて行うように構成しても良い。

本発明によれば、様々な機能並びに端子構成を有する入出力機器にも１台で柔軟に対応が可能なセーフティデバイスを提供することができる。

以下に、この発明のセーフティデバイスの好適な実施の一形態を添付図面を参照しながら詳細に説明する。

本発明におけるセーフティデバイスの端子仕様についての設定操作の概念図が図１に示されている。同図において、１ａはセーフティＩ／Ｏターミナル、１ｂはセーフティネットワークコントローラ、２はコンフィグレーションのための設定ツール装置として機能するパソコン、３はセーフティＩ／Ｏターミナル１ａとセーフティネットワークコントローラ１ｂとを結ぶネットワークである。

設定ツール装置として機能するパソコン２は、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａやセーフティネットワークコントローラ１ｂと通信が可能となされている。この通信経路としては、ネットワーク３を経由するものと、個々のセーフティデバイス（セーフティＩ／Ｏターミナル１ａ、セーフティネットワークコントローラ１ｂ）に設けられたインタフェース（ＲＳ２３２Ｃ等）と直接的に通信する場合であってもよい。

次に、セーフティデバイスであるセーフティＩ／Ｏターミナル１ａの基本構成図が図１３に示されている。同図に示されるように、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａは、マイクロコンピュータ１０１と、送受信部１０２と、入力部１０３と、出力部１０４と、テスト部１０５とを有する。マイクロコンピュータ１０１と送受信部１０２とにより、セーフティネットワークコントローラおよび設定ツール装置２との間で通信する機能を実現する。つまり、セーフティネットワークコントローラ１ｂがロジックプログラムを演算する際に必要とする入力信号を送信するとともに、セーフティネットワークコントローラ１ｂのロジックプログラムによる演算結果であるところの出力信号を受信する。このＩ／Ｏデータ通信は、セーフティネットワークコントローラ１ｂの通信マスタ機能により要求信号を送信し、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａがその要求信号を受け取ると、その応答動作として入力信号を送信（返信）する。セーフティネットワークコントローラ１ｂの通信マスタ機能がその返信信号を受け取ることで、入力信号を受信することで行われる。

一方、セーフティネットワークコントローラ１ｂの通信マスタ機能により出力信号を送信し、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａがその信号を受け取ることで、出力信号を受信することで行われる。このＩ／Ｏデータ通信の通信サイクルは、セーフティネットワークコントローラ１ｂの繰り返し実行のサイクルと同期していても良いし、非同期でも良い。

入力部１０３には、１もしくは２以上の入力端子Ｔｉｎが設けられている。入力端子Ｔｉｎには、前述のように、非常停止スイッチＳＷ、ライトカーテン、ドアスイッチ、２ハンドスイッチのような安全用途の入力機器が接続されている（図示せず）。出力部１０４には、１もしくは２以上の出力端子Ｔｏｕｔが設けられている。出力端子Ｔｏｕｔには、前述のように、セーフティリレーやコンタクタのような安全用途の出力機器が接続されている（図示せず）。そして、この出力機器であるとところのセーフティリレーやコンタクタは、製造器ロボットや加工機械、切断機械等につながれていて、リレーやコンタクタの接点がオン中は製造器ロボット等が動作し、接点がオフ中は製造器ロボット等が停止するようになっている。テスト部１０５には、１もしくは２以上のテスト端子Ｔｔｅｓｔが設けられている。

ＥＥＰＲＯＭ１０６は書換可能な不揮発性メモリとして機能するものであり、このＥＥＰＲＯＭ１０６内には端子仕様についての設定情報が格納されており、この端子仕様の設定情報は送受信部１０２を介してパソコン２から書換が可能とされている。

図３は、テスト端子に関する設定仕様を表にして示している。同図から明らかなように、テスト端子に関する設定仕様としては不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）、標準出力仕様（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｕｔｐｕｔ）、テストＯＵＴ仕様（Ｐｕｌｓｅ Ｔｅｓｔ Ｏｕｔｐｕｔ）。電源供給仕様（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｏｕｔｐｕｔ）、ミューティングランプ仕様（Ｍｕｔｉｎｇ Ｌａｍｐ Ｏｕｔｐｕｔ）の５種類の設定仕様が用意されている。ここで、「不使用仕様」とは、対応するテスト出力を不使用とするものである。この仕様では、複数のテスト端子Ｔｔｅｓｔのすべてを使用しない。この後に続けて説明する他の仕様のいずれの仕様もしないという意味である。

また、「標準出力仕様」とは、表示灯やＰＬＣの入力に接続して、モニタ出力として使用するものである。このときは、セーフティＩ／Ｏターミナル自身の動作状態であるところの正常（正常動作中）、異常（動作異常）に関する信号を、テスト信号端子Ｔｔｅｓｔから出力する。テスト端子ＴｔｅｓｔにＰＬＣを接続した場合には、ＰＬＣはこの信号を受け取ってそれに応じた処理をする。テスト端子Ｔｔｅｓｔに表示灯を接続した場合には、表示灯はこの信号に基づいて点灯か点滅か消灯のいずれかの状態となる。ＰＬＣや表示灯との接続は通常、一対のテスト端子を利用する。

また、「テストＯＵＴ仕様」とは、接点出力タイプの機器をセーフティ入力端子と組み合わせて接続するものである。テストＯＵＴ仕様においては、テスト端子Ｔｔｅｓｔに対応する入力機器を接続し、テスト端子から予め定められたパターンのパルス信号を入力機器へ出力する。そして、その信号が対応の入力機器を経由して、正しく返送されて来たか否かをセーフティＩ／Ｏターミナル１ａにて受信した中身を読み取ることによって、対応の入力機器の状態が正常か異常かを判断する。つまり、入力機器側に入力したパルス信号をスルーして返信するような構成を備える。

なお、スルーすることに代えて、パルス信号を正しく入力したことに基づいて別途に応答信号を生成し、その応答信号を返信するような機能、その他類似する構成としても良い。セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが入力機器からの返信信号が正常でない場合は、入力機器の異常か、入力機器との配線に異常（断線、短絡など）かという状態であると判断する。こうすることで、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａと入力機器との連携により、確実に正常・異常判断をすることができる。また、同様のことを出力機器に対して行っても良い。出力機器側に入力したパルス信号に基づいて何らかの信号を返信する構成を備え、セーフティＩ／Ｏターミナル側で別途の端子からその返信信号を入力することにより、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａと出力機器との連携により、確実に正常・異常判断をすることができる。

この仕様では、一対のテスト端子Ｔｔｅｓｔを利用して、うち１つをテスト信号出力用にもう１つを返信信号入力用に用いるやり方でも、１つのテスト端子Ｔｔｅｓｔと１つの入力端子Ｔｉｎを利用して、テスト信号出力用にテスト端子を、返信信号入力用に入力端子を用いるやり方でも良い。なお、「テストＯＵＴ仕様」を利用する場合には、複数の入力機器について、テスト端子Ｔｔｅｓｔを共通に用いて、それぞれの機器とテスト端子とを個別に直列接続する。

また、「電源供給仕様」とは、セーフティセンサの電源端子に接続するものであって、テスト出力端子からＩＯ電源（Ｖ，Ｇ）に供給している電圧が出力される。この仕様では、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが電源供給元となって、接続先の入力機器または出力機器に電源供給を行う。この仕様でも、一対のテスト端子を利用する。なお、３つのテスト端子により、電源プラス線、電源マイナス線、グランド線としても良い。

また、「ミューティングランプ仕様」とは、Ｔ３のみミューティング表示灯の出力として設定できるものであって出力ＯＮ時、表示灯の断線を検知できる。この仕様では、複数のテスト端子Ｔｔｅｓｔのうちいずれか一対のテスト端子（Ｔ３）をミューティング表示灯に接続することになる。このように５種類の設定をする対象を「テスト端子」と呼んでいるけれども、実際にテスト用に用いるのは、「テストＯＵＴ仕様」の場合であり、その他の仕様はテスト用でないとも言える。よって、テスト端子に対応する端子を「多機能端子」や「他用途端子」と別の名前で呼んでも良いことは自明である。

次に、入力端子Ｔｉｎに関する設定仕様を表にして示す図が図４に示されている。同図に示されるように、入力端子Ｔｉｎに関する設定仕様としては、不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）と、テストＯＵＴ仕様（Ｔｅｓｔ ｐｕｌｓｅ ｆｒｏｍ ｔｅｓｔ ｏｕｔ）と、安全入力仕様（Ｕｓｅｄ ａｓ ｓａｆｅｔｙ ｉｎｐｕｔ）と、標準入力仕様（Ｕｓｅｄ ａｓ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｎｐｕｔ）との４種類の設定仕様が用意されている。そして、「不使用仕様」は、対応するセーフティ入力端子Ｔｉｎを使用しないもので、外部入力機器を接続しない場合に設定する。また、「テストＯＵＴ仕様」は、接点出力タイプの機器（つまり、入力機器）をテスト出力端子Ｔｔｅｓｔと組み合わせて接続するものである。このモードを選択した場合はテストソースで使用するテスト出力端子を選択し、そのテスト出力端子のモードを「Ｐｕｌｓｅ Ｔｅｓｔ Ｏｕｔｐｕｔ」に設定する。

具体的には、「テストＯＵＴ仕様」は、テスト端子Ｔｔｅｓｔの仕様も「テストＯＵＴ仕様」に設定しておき、前述のように、テスト端子Ｔｔｅｓｔおよび入力端子Ｔｉｎに対応する入力機器を接続し、テスト端子からパルス信号を入力機器へ出力し、入力機器からの返信信号を入力端子にて入力する場合の仕様である。セーフティＩ／Ｏターミナル１ａは、返信信号の受信状態に基づいて対応する入力機器の状態が正常か異常かを判断する。本来返信されるべきはずの返信状態であるなら正常と判断し、本来でない返信状態であるなら異常と判断する。なお、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａのマイクロコンピュータ１０１が、テスト用パルス信号の生成や、パルス信号の出力処理や、正常・異常の判断処理を行う。これにより、入力信号線の電源（プラス側）へ接触、他の入力信号線との短絡、入力機器の異常が検知できる。

また、「安全入力仕様」は、半導体出力タイプの機器を接続するものである。半導体出力タイプの機器とは、トランジスタなどの出力素子によりオンオフ信号を出力するタイプの入力機器である。具体的には、例えば光電センサや近接センサなどの無接点タイプの入力機器に相当する。安全入力仕様が設定されていない場合は、所謂接点タイプの入力機器が接続されることとなる。

また、「標準仕様」は、リセットスイッチなどの非セーフティ機器を接続するためのものである。非セーフティ機器とは、安全設計されていない入力機器であり、安全規格のＩＥＣ６１５０８やＥＮ規格などを満たされないタイプのスタンダードタイプの入力機器である。

次に、出力端子Ｔｏｕｔに関する設定仕様を表にして示す図が図５に示されている。同図に示されるように、出力端子に関する設定仕様としては、不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）と、安全入力仕様（Ｓａｆｅｔｙ）と、安全パルステスト仕様（Ｓａｆｅｔｙ Ｐｕｌｓｅ ｔｅｓｔ）との３種類のものが用意されている。そして、「不使用仕様」は、対応するセーフティ出力端子を使用しないものであり、これには外部出力機器は接続されない設定である。また、「安全入力仕様」は、出力ＯＮ時にテストパルスを出力しないものであって、常時ＯＮのままである。また、「安全パルステスト仕様」は、出力ＯＮ時に、テストパルスを出力する設定である。具体的には、出力端子Ｔｏｕｔに接続された出力機器に対して、予め決められたパターンのパルス信号を出力端子Ｔｏｕｔから出力する。一方で、出力機器は、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａから出力ＯＮ信号とともにテストパルスが送られてくるか否かを判断する構成を備えている。出力機器は、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａから本来送信されてくるべきはずのテストパルスを受信した場合に正常と判断し、本来でないパターンのテストパルスを受信したり、受信がまったくない場合に異常と判断する。これにより、出力機器側にて、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａとの間の配線における出力信号線の電源（プラス側）への接触、出力信号線間の短絡、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａの異常が検知できる。

また、出力機器の構成を、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａから送られてくるパルス信号をスルーして返信するか、予め定まる処理を施した信号をセーフティＩ／Ｏターミナル１ａへ返信する構成としても良い。セーフティＩ／Ｏターミナル１ａでは、出力機器に送ったパルス信号に対する応答信号を出力端子を介して受信した場合に出力機器は正常であると判断し、本来でないパターンの応答信号を受信したり、受信がまったくない場合には異常と判断する。

以上説明したように、このセーフティＩ／Ｏターミナルにあっては、テスト端子については５種類、出力端子については３種類、入力端子については４種類の設定仕様がそれぞれ用意されている。

一方、設定ツール装置に相当するコンフィグレータを構成するパソコン２の設定画面の一例を示す説明図が図２に示されている。同図において、２０１は設定画面上のウインドウ領域、２０２は端子名入力欄、２０３は端子仕様入力欄、２０４はＯＫボタン、２０５はキャンセルボタン、２０６はクリアボタン、２０７は最終データホールドボタンである。そして、端子名称入力欄２０２に所定の端子名を入力すると共に、端子仕様入力欄２０３に所望の端子仕様を入力した後、ＯＫボタン２０４を押せば、こうして得られた端子仕様設定情報はパソコン２からセーフティＩ／Ｏターミナル１ａの側へと送信され、マイクロコンピュータ１０１の作用によって、ＥＥＰＲＯＭ１０６内に格納される。以後、このＥＥＰＲＯＭ１０６に格納された端子仕様設定情報に基づき、マイクロコンピュータ１０１によってテスト部１０５が制御され、これによりテスト端子Ｔｔｅｓｔについて、所望の端子仕様への決定が行われるのである。

セーフティＩ／Ｏターミナル１ａのマイクロコンピュータ１０１が実行する設定情報に基づく端子仕様決定処理のフローチャートが図６に示されている。同図に示されるように、まず最初にステップ６０１においては、端子タイプが「入力」、「テストＯＵＴ」、「出力」のいずれであるかの判定が行われる。

ステップ６０１において「入力」と判定されると、続いてステップ６０２へ移って、入力端子に対する仕様の設定が、不使用仕様、テストＯＵＴ仕様、安全入力仕様、標準入力仕様の４種類のいずれであるかの判定が行われる。そして、それぞれの判定結果に応じて、入力部１０３の動作仕様が決定される。その結果、テスト部１０５と連動が必要な場合には、対応するテスト端子の端子仕様が伴って決定されるような構成としても良い。そして、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが実際に動作する際に、入力部１０３およびマイクロコンピュータ１０１は、安全入力決定処理（ステップ６０５）、標準入力決定処理（ステップ６０６）、不使用処理（ステップ６０７）、テストＯＵＴ仕様時の処理、のいずれかが実行される。

ステップ６０１において「テストＯＵＴ」と判定されると、ステップ６０３へ移って、テスト端子Ｔｔｅｓｔに対する仕様の設定が、「テストＯＵＴ」、「ミューティングランプ」、「電源供給」、「標準出力」、「不使用」のいずれであるかの判定が行われる。そしてそれぞれの判定結果に応じて、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが実際に動作する際に、テスト部１０５とマイクロコンピュータ１０１は、テストＯＵＴ決定処理（ステップ６０８）、ミューティングランプ決定処理（ステップ６０９）、電源供給決定処理（ステップ６１０）、標準出力決定処理（ステップ６１１）、不使用処理（ステップ６１２）のいずれかが実行される。

ステップ６０１において「出力」と判定された場合には、ステップ６０４に移って、出力端子に対する仕様の設定が、「安全入力」、「安全パルステスト」、「不使用」のいずれであるかの判定が行われる。これにより、出力端子Ｔｏｕｔの端子仕様が決定される。そして、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが実際に動作する際に、出力部１０３およびマイクロコンピュータ１０１は、それぞれの判定結果に応じて、安全入力決定処理（ステップ６１３）、標準入力決定処理（ステップ６１４）、不使用処理（ステップ６１５）のいずれかが実行される。

次に、テスト端子がテストＯＵＴ仕様に設定された場合に対応する動作の説明図が図７に示されている。図において示されるように、マイクロコンピュータ１０１は、実際には２台のマイコン（Ａ，Ｂ）を含んでいる。また図において４は電流低下検知部、５は出力制御ゲート、６は入力端子部、７は外部機器である。出力制御ゲート５は、テスト出力部に対応していて、出力制御ゲート５にて生成されたパルス信号は、テスト端子Ｔｔｅｓｔから出力される。外部機器７は入力機器に対応する。

このテストＯＵＴ仕様にあっては、テスト端子Ｔｔｅｓｔ入力端子Ｔｉｎとがペアで使用され、パルス付き出力（ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮと変化）を送出する。前述のように、テストＯＵＴ仕様においては、テスト端子から出力されたパルス信号は、対応する入力機器を経由して返送されてくる。マイコンＡは、出力のリードバックと安全入力とで正常かどうかをチェックする。つまり、正しく返送されてきたか否かを監視していて、返送のパルス信号を正しく入力した場合には正常と判断し、正しくない入力をした場合には異常と判断する。この異常の意味は、入力機器の異常か、入力機器との配線に異常か、を含む。入力機器でのパルス信号の返送は、パルス信号を内部にてスルーして返送する構成でも、別途に応答信号を生成してその応答信号を返信するような構成としても良い。こうすることで、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａにて、入力機器の正常・異常を判断することができる。

テスト端子がミューティングランプ仕様に設定された場合に対応する動作の説明図が図８に示されている。このミューティングランプ仕様にあっては、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａがミューティング状態である場合にはオン信号を出力し、その旨をミューティングランプ９に対してミューティングランプ出力を送出する。ミューティングランプの表示状態によって、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａがミューティング状態であるか否かの状態を識別できる。

次に、テスト端子が電源供給仕様に設定された場合に対応する動作の説明図が図９に示されている。この例にあっては、設定ツール装置２によるコンフィグレーション設定の後、異常発生時を除き、常時ＯＮ状態となる。これにより、外部機器（入力機器または出力機器）に対して、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａが電源供給することができる。

次に、テスト端子が標準出力仕様に設定された場合に対応する動作の説明図が図１０に示されている。この例にあっては、外部機器がＰＬＣまたは表示灯となる。そして、セーフティＩ／Ｏターミナル自身の動作状態として、正常（正常動作中）、異常（動作異常）に関する信号をテスト信号端子Ｔｔｅｓｔから出力する。正常の意味は、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａの自己診断結果が異常なしである場合を当然含む。テスト端子ＴｔｅｓｔにＰＬＣを接続した場合には、ＰＬＣはこの信号を受け取ってそれに応じた処理をする。テスト端子Ｔｔｅｓｔに表示灯を接続した場合には、表示灯はこの信号に基づいて点灯か点滅か消灯のいずれかの状態となる。これにより、ＰＬＣでデータの内容や表示灯の点灯状態に基づいて、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａの状態を認識することができる。

次に、入力端子９（図１３の入力端子Ｔｉｎに対応する）の各仕様に対応する動作の説明図が図１１に示されている。図から明らかなように、安全入力仕様の場合、入力制御１０にテストパルス印加（ＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮ変化）が行われ、入力制御１０において入力端子９から入力した入力信号（入力機器のオンオフ状態に関する信号）とマイコンＢから入力したパルス信号とを論理処理し、その処理信号を出力する。マイコンＡはその処理信号を入力して自己診断に利用する。標準入力仕様の場合、テストパルス信号は無効（ＯＮ）とされる。不使用仕様の場合、マイコンＢからテストパルス出力はなしとされ、マイコンＡからは入力信号を取り込まない。

また、図示していないが、入力端子９の仕様がテストＯＵＴ仕様である場合には、テスト端子Ｔｔｅｓｔ（図示せず）の仕様も「テストＯＵＴ仕様」に設定されているから、前述のように、テスト端子Ｔｔｅｓｔからパルス信号を入力機器へ出力し、入力機器からの返信信号を入力端子９にて入力し、その入力状態に基づいてマイコンは入力機器の状態が正常か異常かを判断する。つまり、本来返信されるべきはずの返信状態であるなら正常と判断し、本来でない返信状態であれば異常と判断する。

最後に出力端子の各仕様に対応する動作の説明図が図１２に示されている。同図に示されるように、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａの出力端子１１（図１３の出力端子Ｔｏｕｔに対応する）の設定が、「安全パルステスト仕様」である場合には、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａのマイコンが生成したテストパルスを出力端子１１から出力機器へ出力する。

具体的には、出力端子１１に接続された出力機器に対して、予め決められたパターンのパルス信号を出力し、出力機器を経由して返送されてきた信号をリードバックし、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａのマイコンは、出力機器が正常か否かの判断をする。出力機器から本来送信されてくるべきはずのテストパルスを受信した場合には出力機器は正常と判断し、本来でないパターンのテストパルスを受信したり、受信がまったくない場合には出力機器は異常と判断する。これにより、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａ側にて出力機器の異常の有無または配線における異常を検知できる。

このように、テスト端子、出力端子、入力端子のそれぞれが所定の端子仕様に設定されると、図７〜図１２の回路動作が実行されて、各端子の端子仕様は端子仕様設定情報に従った端子仕様に導かれる。

そのため、このセーフティＩ／Ｏターミナル１ａによれば、パソコン２から通信を介してターミナル１ａ内のＥＥＰＲＯＭ１０６に格納された端子仕様設定情報を適宜書き換えてやれば、それに従って入力部１０３、出力部１０４、テスト部１０５が作動することにより、各端子（Ｔｉｎ，Ｔｏｕｔ，Ｔｔｅｓｔ）の端子仕様は所望の値に自動的に切り換え設定されるのである。従って、１台のセーフティＩ／Ｏターミナルであっても、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、テスト端子Ｔｔｅｓｔの構成については任意に切り換えることができるから、対象となる入力機器や出力機器に応じてこれらを調整することによって、柔軟なシステム構成が可能となるのである。

なお、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａの入力端子、出力端子、テスト端子について説明したが同様の構成を、セーフティネットワークコントローラのＩ／Ｏユニットにも利用できる。ビルディングブロックタイプのセーフティネットワークコントローラに連結されたＩ／Ｏユニットも、セーフティＩ／Ｏターミナル１ａと同様に、入力端子Ｔｉｎ、出力端子Ｔｏｕｔ、テスト端子Ｔｔｅｓｔの構成を備えている。

Ｉ／ＯユニットとセーフティＩ／Ｏターミナルとの違いを説明すると、ＣＰＵユニットに対するデータ通信のやり方が違う。つまり、セーフティＩ／Ｏターミナルは、セーフティネットワークコントローラの通信マスタ機能との間でデータ通信をし、Ｉ／Ｏユニットは、セーフティネットワークコントローラのＣＰＵユニットとの間で、各ユニットに共通の内部バスを介してデータ通信をする。

Ｉ／Ｏユニットの各端子に接続される対象機器は、セーフティＩ／Ｏターミナルと同様であり、入力機器の例は非常停止スイッチＳＷ、ライトカーテン、ドアスイッチ、２ハンドスイッチなどであり、出力機器の例はセーフティリレーやコンタクタである。これらの入力機器、出力機器は、安全規格に対応している。そして、Ｉ／Ｏユニットは、図１３のマイクロコンピュータ１０１、ＥＥＰＲＯＭ１０６、入力部１０３、出力部１０４，テスト部１０５、各端子Ｔｉｎ、Ｔｏｕｔ、Ｔｔｅｓｔに相当するものを備えている。なお、送受信部１０２に対応する構成は、内部バスによる送受信部となる。

このＩ／Ｏユニットは、設定ツール装置２により、テスト端子に関する設定仕様としては、不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）、標準出力仕様（Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｏｕｔｐｕｔ）、テストＯＵＴ仕様（Ｐｕｌｓｅ Ｔｅｓｔ Ｏｕｔｐｕｔ）、電源供給仕様（Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｏｕｔｐｕｔ）、ミューティングランプ仕様（Ｍｕｔｉｎｇ Ｌａｍｐ Ｏｕｔｐｕｔ）の５種類のうち、いずれかの設定が可能な構成となっている。

また、入力端子Ｔｉｎぶ関する設定仕様としては、不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）と、テストＯＵＴ仕様（Ｔｅｓｔ ｐｕｌｓｅ ｆｒｏｍ ｔｅｓｔ ｏｕｔ）と、安全入力仕様（Ｕｓｅｄ ａｓ ｓａｆｅｔｙ ｉｎｐｕｔ）と、標準入力仕様（Ｕｓｅｄ ａｓ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｎｐｕｔ）との４種類のうち、いずれかの設定が可能な構成となっている。

さらに、出力端子に関する設定仕様としては、不使用仕様（Ｎｏｔ Ｕｓｅｄ）と、安全入力仕様（Ｓａｆｅｔｙ）と、安全パルステスト（Ｓａｆｅｔｙ Ｐｕｌｓｅ ｔｅｓｔ）との３種類のうち、いずれかの設定が可能な構成となっている。

本発明によれば、様々な機能並びに端子構成を有する入出力機器にも１台で柔軟に対応が可能なセーフティデバイスを提供することができる。

端子仕様設定操作の概念図である。 コンフィグレータの設定画面の一例を示す説明図である。 テスト端子に関する設定仕様を表にして示す図である。 入力端子に関する設定仕様を表にして示す図である。 出力端子に関する設定仕様を表にして示す図である。 設定情報に基づく端子仕様決定処理のフローチャートである。 テスト端子（テストＯＵＴ仕様）に対応する動作の説明図である。 テスト端子（ミューティングランプ仕様）に対応する動作の説明図である。 テスト端子（電源供給仕様）に対応する動作の説明図である。 テスト端子（標準出力仕様）に対応する動作の説明図である。 入力端子の各仕様に対応する動作の説明図である。 出力端子の各仕様に対応する動作の説明図である。 セーフティＩ／Ｏターミナルの基本構成図である。

符号の説明

１ａ セーフティＩ／Ｏターミナル
１ｂ セーフティネットワークコントローラ
２ ツールとして機能するパソコン
３ ネットワーク
１０１ マイクロコンピュータ
１０２ 送受信部
１０３ 入力部
１０４ 出力部
１０５ テスト部
１０６ ＥＥＰＲＯＭ
２０１ 設定画面
２０２ 端子名入力欄
２０３ 端子仕様入力欄
２０４ ＯＫボタン
２０５ キャンセルボタン
２０６ クリアボタン
２０７ 最終データホールドボタン
Ｔｉｎ 入力端子
Ｔｏｕｔ 出力端子
Ｔｔｅｓｔ テスト端子

Claims (6)

1. 安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信する、セーフティＩ／Ｏターミナルであって、
   前記入力機器からの入力信号が与えられる１もしくは２以上の入力端子と、
   テストＯＵＴ仕様と、不使用仕様、標準出力仕様、電源供給仕様、ミューティングランプ仕様の少なくとも１つの仕様と、において共通に用いられるテスト端子と、
   テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、
   記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関する仕様の設定内容がテストＯＵＴ仕様である場合は、異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力する処理を行い、その他の仕様である場合は、不使用仕様ならテスト端子からの出力を使用しない処理、標準出力仕様なら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号をテスト端子から出力する処理、電源供給仕様なら電源電圧をテスト端子から出力する処理、ミューティングランプ仕様ならミューティングランプへの信号をテスト端子から出力する処理、のいずれかを行うマイクロコンピュータと、
   を備えたことを特徴とするセーフティＩ／Ｏターミナル。
2. 安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信する、セーフティＩ／Ｏターミナルであって、
   前記入力機器からの入力信号が与えられる１もしくは２以上の入力端子と、
   テストＯＵＴ仕様、ミューティングランプ仕様、電源供給仕様、標準出力仕様、不使用仕様のうち２以上が含まれていて、いずれの仕様であっても共通に用いられるテスト端子と、
   テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、
   記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関する仕様の設定内容が、テストＯＵＴ仕様なら異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力する処理、ミューティングランプ仕様ならミューティングランプへの信号をテスト端子から出力する処理、電源供給仕様なら電源電圧をテスト端子から出力する処理、標準出力仕様なら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号をテスト端子から出力する処理、不使用仕様ならテスト端子からの出力を使用しない処理、のいずれかを切り替えて行うマイクロコンピュータと、
   を備えたことを特徴とするセーフティＩ／Ｏターミナル。
3. 安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信する、セーフティＩ／Ｏターミナルであって、
   当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号を出力する標準出力機能、外部に電源供給する電源供給機能、ミューティングランプへ信号を出力するミューティングランプ機能のうち少なくとも１つの機能に対応するものであり、
   異常の有無を判断するためのテスト信号を出力するテストＯＵＴ仕様と、前記少なくとも１つの機能に対応する他仕様とにおいて、共通に用いられるテスト端子と、
   テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、
   記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関する仕様の設定内容がテストＯＵＴ仕様である場合は異常の有無を判断するためのテスト信号をテスト端子から出力する処理と、前記他仕様である場合は、その仕様に応じたテスト端子に関する処理として、標準出力仕様なら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号を、電源供給仕様なら電源電圧を、ミューティングランプ仕様を含むならミューティングランプへの信号を、テスト端子から出力する処理を行うマイクロコンピュータと、
   を備えたことを特徴とするセーフティＩ／Ｏターミナル。
4. 安全規格設計された入力機器を接続して、その入力機器からオンオフ信号を入力するとともに、安全規格設計された安全コントローラに対してネットワークを介して接続され、安全コントローラ側の通信マスタ部に対して前記入力機器から入力した信号を送信する、セーフティＩ／Ｏターミナルであって、
   異常の有無を判断するためのテスト信号を出力するテストＯＵＴ機能、ミューティングランプへ信号を出力するミューティングランプ機能、外部に電源供給する電源供給機能、当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号を出力する標準出力機能のうち少なくとも２つの機能に対応するものであり、
   前記少なくとも２つの機能に対応させて、テストＯＵＴ仕様、ミューティングランプ仕様、電源供給仕様、標準出力仕様、のうち２以上の仕様において共通に用いられるテスト端子と、
   テスト端子に関する仕様の設定内容を記憶する記憶手段と、
   記憶手段の設定内容に従って行うテスト端子に関する処理として、対応仕様にテストＯＵＴ仕様を含むなら異常の有無を判断するためのテスト信号を、ミューティングランプ仕様を含むならミューティングランプへの信号を、電源供給仕様を含むなら電源電圧を、標準出力仕様を含むなら当該セーフティＩ／Ｏターミナルの動作状態に関する信号を、前記設定内容に応じてテスト端子から出力するマイクロコンピュータと、
   を備えたことを特徴とするセーフティＩ／Ｏターミナル。
5. 前記記憶手段が記憶する仕様内容に、前記いずれの仕様も使用しない不使用仕様を加え、
   前記マイクロコンピュータは、テスト端子に関する仕様の設定内容が前記不使用仕様である場合はテスト端子からの出力を使用しない処理を行うものである
   ことを特徴とする請求項３または４記載のセーフティＩ／Ｏターミナル。
6. 前記セーフティＩ／Ｏターミナルは、
   テスト端子の前記設定のための操作をする設定ツール装置と通信可能に接続され、
   設定ツール装置からの設定操作の信号を受信することにより、テスト端子に関する前記仕様が一義に決められ、前記記憶手段に設定内容が記憶され、
   その設定以降は、前記マイクロコンピュータが、記憶手段の設定内容に従って、テスト端子に関する処理を切り替えて行うことを特徴とする請求項１〜４に記載のセーフティＩ／Ｏターミナル。

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