JP4415384B2 - デジタル出力装置およびデジタル出力装置を用いた診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種機器と電源との接続、切断を制御するデジタル出力装置等に関し、とくに制御対象の装置の実装状態や自己の装置の状態を適切に診断できるデジタル出力装置および診断方法に関する。

図１０は、プラントに配置されたフィールド機器と電源との間の接続、切断を制御するデジタル出力装置の構成を示すブロック図である。

図１０に示すデジタル出力装置４０は、電磁弁、リレー、ランプ等のフィールド機器１の動作電源である外部電源２と、フィールド機器１との間の接続、切断をスイッチ４５により制御する装置である。デジタル出力装置４０には、フィールド機器１を接続する複数チャンネルの回路が用意されており、チャンネルごとに個別にフィールド機器１を制御する。図１０では、１チャンネル分のみ示しているが、スイッチ４５は、それぞれのチャンネルに対応してチャンネル数設けられており、個々のスイッチ４５のオン、オフを出力制御部５１からの出力信号により制御することで、対応するチャンネルのフィールド機器１が個別に制御される。

特開平１０−０２１１５６号公報

しかし、従来のデジタル出力装置では、フィールド機器側の配線の異常や、デジタル出力装置の故障の検出等の異常診断ができない。また、フィールド機器を制御するデジタル出力装置においては、プラントの稼動を停止させずに異常診断を行う必要があり、フィールド機器に影響を与えない方法で異常診断を実行する必要がある。

本発明の目的は、制御対象の装置の実装状態や自己の装置の状態を適切に診断できるデジタル出力装置および診断方法を提供することにある。

本発明のデジタル出力装置は、電源と機器との間の接続、切断をスイッチのオン、オフにより制御するデジタル出力装置において、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチがオンしているとき、および前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値、および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記スイッチのオン固着またはオフ固着の有無を診断する診断手段と、を備えることを特徴とする。
このデジタル出力装置によれば、スイッチがオンしているとき、およびスイッチがオフしているときの電流値検出手段により検出された電流値、および電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行するので、診断のための他の装置を使用することなく、制御対象の装置の実装状態や自己の装置の状態を適切に診断できる。また、機器を使用した状態で、あるいは機器を不使用の状態で診断を行うことも可能とできる。

前記スイッチと並行して設けられ、前記スイッチがオフしているときに所定の電流を流すためのスイッチ迂回回路を備え、前記電流値検出手段は、前記スイッチ迂回回路を流れる電流を検出可能としてもよい。

前記機器への出力配線と並行に設けられ、前記出力配線が遮断された場合に前記機器を迂回して所定の電流を流すための機器迂回回路を備え、前記電流値検出手段は、前記機器迂回回路を流れる電流を検出可能としてもよい。

前記電圧検出手段は、複数のレベルとの比較結果として電圧を検出してもよい。

前記診断手段は、前記機器への出力配線の断線または短絡の有無を診断してもよい。

本発明のデジタル出力装置は、電源と複数の機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記複数の機器に対し独立した出力配線を介して接続された同一構成の複数のチャンネルを有するデジタル出力装置において、前記複数のチャンネルは、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行する診断手段とにより構成されるとともに、一のチャンネルにおけるスイッチの状態を切り替えるスイッチ切替手段と、前記スイッチ切替手段により前記状態を切り替えたときの、他のチャンネルにおける前記出力配線への影響の有無を検出する影響検出手段と、を備えることを特徴とする。
このデジタル出力装置によれば、スイッチ切替手段により前記状態を切り替えたときの、他の機器の前記出力配線への影響の有無を検出するので、各スイッチに対応するチャンネル間の出力配線の短絡等の異常を効率的に検出できる。

前記スイッチ切替手段は、前記機器への影響を与えない短時間のみ前記スイッチの状態を切り替えてもよい。

本発明のデジタル出力装置は、電源と機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記機器に対して制御側および待機側の２重化回路構成を有するデジタル出力装置において、前記制御側および待機側の回路は、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行する第１の診断手段と、前記スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御手段と、待機時に前記スイッチを強制的にオフ側に固定するスイッチ固定手段と、前記スイッチ固定手段によりスイッチを強制的にオフ側に固定しているときに前記スイッチ制御手段を機能させて、前記スイッチ制御手段における出力信号の状態に基づいて前記スイッチ制御手段を診断する第２の診断手段と、を備えることを特徴とする。
このデジタル出力装置によれば、スイッチ固定手段によりスイッチを強制的にオフ側に固定しているときにスイッチ制御手段を機能させて、スイッチ制御手段を診断するので、制御側の制御に影響を与えることなく、スイッチ制御手段を診断することができる。

本発明の診断方法は、電源と機器との間の接続、切断をスイッチのオン、オフにより制御するデジタル出力装置を用いた診断方法において、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出するステップと、前記機器に向けて出力される電圧を検出するステップと、前記スイッチがオンしているとき、および前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値、および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記スイッチのオン固着またはオフ固着の有無を診断するステップと、を備えることを特徴とする。
この診断方法によれば、スイッチがオンしているとき、およびスイッチがオフしているときに検出された電流値および電圧に基づいて診断を実行するので、診断のための他の装置を使用することなく、制御対象の装置の実装状態や自己の装置の状態を適切に診断できる。また、機器を使用した状態で、あるいは機器を不使用の状態で診断を行うことも可能とできる。

本発明の診断方法は、電源と複数の機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記複数の機器に対し独立した出力配線を介して接続された同一構成の複数のチャンネルを有するデジタル出力装置を用いた診断方法において、前記複数のチャンネルにおいては、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出するステップと、前記機器に向けて出力される電圧を検出するステップと、前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行するステップとを備えるとともに、一のチャンネルにおけるスイッチの状態を切り替えるステップと、前記スイッチの状態を切り替えるステップにより前記状態を切り替えたときの、他のチャンネルにおける前記出力配線への影響の有無を検出するステップと、を備えることを特徴とする。
この診断方法によれば、前記状態を切り替えたときの、他の機器の前記出力配線への影響の有無を検出するので、各スイッチに対応するチャンネル間の出力配線の短絡等の異常を効率的に検出できる。

本発明によれば、例えば、スイッチがオンしているとき、およびスイッチがオフしているときの電流値検出手段により検出された電流値、および電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行するので、診断のための他の装置を使用することなく、制御対象の装置の実装状態や自己の装置の状態を適切に診断できる。また、機器を使用した状態で、あるいは機器を不使用の状態で診断を行うことも可能とできる。

図１は本発明によるデジタル出力装置を機能的に示すブロック図である。

図１（ａ）において、電流値検出手段１０１は、スイッチに流れる電流の電流値を検出する。電圧検出手段１０２は、機器に向けて出力される電圧を検出する。診断手段１０３は、スイッチがオンしているとき、およびスイッチがオフしているときの電流値検出手段により検出された電流値、および電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行する。

図１（ｂ）において、スイッチ切替手段１０５は、一の機器に対応するスイッチの状態を切り替える。影響検出手段１０６は、スイッチ切替手段１０５により状態を切り替えたときの、他の機器の出力配線への影響の有無を検出する。

図１（ｃ）において、スイッチ１１１は、電源と機器との間の接続、切断を制御する。スイッチ制御手段１１２は、スイッチ１１１のオン／オフを制御する。スイッチ固定手段１１３は、待機時にスイッチ１１１を強制的にオフ側に固定する。診断手段１１４は、スイッチ固定手段１１３によりスイッチを強制的にオフ側に固定しているときにスイッチ制御手段１１２を機能させて、スイッチ制御手段１１２を診断する。

以下、図２〜図９を参照して、本発明によるデジタル出力装置の実施例１および２について説明する。

図２は実施例１のデジタル出力装置の構成を示すブロック図である。

図２に示すデジタル出力装置１０は、電磁弁、リレー、ランプ等のフィールド機器１の動作電源である外部電源２と、フィールド機器１との間の接続、切断を制御する装置である。外部電源１はデジタル出力装置１０のグラウンド端子１１と電源電圧端子１２との間に、フィールド機器２はデジタル出力装置１０のグラウンド端子１３と出力端子１４との間に、それぞれ接続される。

図２に示すように、デジタル出力装置１０は、電源電圧端子１２と出力端子１４との間に設けられたスイッチ１５と、出力端子１４から出力される電流の電流値を検出する電流値検出回路１６と、電源電圧端子１２の電圧を監視する外部電源電圧監視回路１７と、出力端子１４の電圧と、比較電圧とを比較する電圧レベル比較器１８と、比較電圧を監視する比較電圧監視回路１９と、電圧レベル比較器１８に与える比較電圧を選択する切替スイッチ２０と、電流値検出回路１６、外部電源電圧監視回路１７、電圧レベル比較器１８、比較電圧監視回路１９からの信号を受けるとともに、スイッチ１５を制御する出力制御部２１と、を備える。出力制御部２１はプロセッサ、入出力ポート等により構成される。

デジタル出力装置１０には、フィールド機器１を接続する複数チャンネルの回路が用意されており、チャンネルごとに個別にフィールド機器１を制御する。図２では、１チャンネル分のみ示しているが、出力端子１４およびスイッチ１５は、それぞれのチャンネルに対応してチャンネル数設けられており、個々のスイッチ１５のオン、オフにより対応するチャンネルのフィールド機器１が個別に制御される。各スイッチ１５は出力制御部２１から出力される出力信号（オン／オフ）により制御される。

図２に示すように、デジタル出力装置１０では、スイッチ１５がオフしているときに微小電流（リーク電流）を流すための高抵抗Ｒｏｆｆが、スイッチ１５と並列に接続されている。また、グラウンド端子１３と出力端子１４との間に、すなわち負荷となるフィールド機器１と並列に、内部負荷抵抗Ｒが接続されている。内部負荷抵抗Ｒは断線検出のために設けられている。

また、後述する診断の健全性を保証するため、出力制御部２１は、外部電源電圧監視回路１７を用いて外部電源２の電圧レベルが規定範囲内であるか否かチェックする。また、出力制御部２１は、比較電圧監視回路１９を用いて電圧レベル比較器１８における基準電圧となる比較電圧が規定範囲内であるか否かチェックする。

図３は電流値検出回路１６から出力される電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）のレベル判定基準を示す図である。レベル判定は出力制御部２１において実行される。図３に示すように、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）は、低いレベルから高いレベルに向けて、「オフレベル」、「オンレベル」、「Highレベル」に区分される。それぞれ、出力オフ（スイッチ１５がオフ）時の正常範囲、出力オン（スイッチ１５がオン）時の正常範囲、異常範囲に対応する。

次に、デジタル出力装置１０の動作について説明する。

通常動作時には、出力制御部２１から出力される出力信号に従って、スイッチ１５がオン、オフする。スイッチ１５がオンすることで、対応するフィールド機器１が外部電源２に接続される。また、スイッチ１５がオフすることで、対応するフィールド機器１が外部電源２から切り離される。これにより、各チャンネルのフィールド機器１のオン、オフが制御される。

デジタル出力装置１０では、以下に示す状態の有無について診断を行うことができる。
（１）短絡：各チャンネルにおける出力端子１４とグラウンド間の短絡。
（２）断線：出力端子１４からフィールド機器１に到る出力配線、またはグラウンド端子１３からフィールド機器１に到る出力配線の断線。
（３）チャンネル間短絡：出力端子１４からフィールド機器１に到る出力配線におけるチャンネル間の短絡。
（４）オン故障：スイッチ１５がオンに固着した状態。
（５）オフ故障：スイッチ１５がオフに固着した状態。
（６）過電流：短絡およびチャンネル間短絡以外の原因で、出力電流値が正常範囲を超えて高い電流値を示す状態。
（７）内部故障：その他の異常な状態。

図４および図５は診断内容の一覧を示す図である。以下、図４および図５を参照しつつ診断時の動作について説明する。以下の動作、判断は出力制御部２１の制御に従い実行される。

（出力信号オン時のレベル診断）
出力制御部２１から出力される出力信号がオンの場合、すなわちスイッチ１５をオンさせるように制御している場合、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」であり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オンレベル」（図３）であれば正常である。これは、図４における状態Ａ５〜Ａ９に相当する。

スイッチ１５がオンした状態で短絡（上記（１））が発生した場合、出力端子１４とグラウンド間が短絡しているため、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」となり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「Highレベル」となる（図３）。したがって、短絡の異常と判断できる。これは、図４における状態Ａ１に相当する。

スイッチ１５がオフ固着している場合、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」となり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オフレベル」となる（図３）。したがって、オフ故障（上記（５））と判断できる。これは、図４における状態Ａ２に相当する。

電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」であるが、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「Highレベル」となるとき、これは、過電流（上記（６））と判断でき、図４における状態Ａ３に相当する。

電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」であるが、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オフレベル」となるとき、フィールド機器１への電流が流れない状態、すなわち断線（上記（２））と判断できる。これは、図４における状態Ａ４に相当する。

（出力信号オフ時のレベル診断）
出力制御部２１から出力される出力信号がオフの場合、すなわちスイッチ１５をオフさせるように制御している場合、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」であり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オフレベル」（図３）であれば正常である。この場合、スイッチ１５と並列に接続された高抵抗Ｒｏｆｆを介してフィールド機器１に対して微小電流（リーク電流）が流れるため、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）はゼロではないが「Lowレベル」となる。これは、図５における状態Ｂ６〜Ｂ１１に相当する。

断線（上記（２））の場合、フィールド機器１が出力端子１４とグラウンド間の負荷として機能しなくなり、出力端子１４とグラウンド間のインピーダンスは内部負荷抵抗Ｒまで上昇する。その結果、高抵抗Ｒｏｆｆを介して流れる微小電流が内部負荷抵抗Ｒを流れることで、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」となる。このため、断線の異常と判断できる。電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）は「オフレベル」である。これは、図５における状態Ｂ３に相当する。

スイッチ１５がオン固着している場合、出力信号がオンの場合の正常時と同様、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」であり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オンレベル」となる。したがって、オン故障（上記（４））と判断できる。これは、図５における状態Ｂ２に相当する。

電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」であり、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「Highレベル」となるとき、これは、過電流（上記（６））と判断でき、図５における状態Ｂ１に相当する。

電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」であるが、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「Highレベル」となるとき、これは、過電流（上記（６））と判断でき、図５における状態Ｂ４に相当する。

電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」であるが、電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）が「オンレベル」となるとき、これは、何らかの異常で過剰に電流が流れていると判断できる。これは、図５における状態Ｂ５に相当する。

（出力オン時のパルス診断）
本実施例では、出力パルスによる診断を行うことで、上記レベル診断では検出できない異常を検出している。

該当するチャンネルのフィールド機器１がオン状態に制御されている場合、出力制御部２１から出力される出力信号はオン状態であり、スイッチ１５はオンされた状態にある。パルス診断では、出力信号を一瞬オフ状態とすることで、このスイッチ１５を一瞬オフし、出力端子１４に短時間のオフパルスを発生させる。スイッチ１５をオフする時間は、動作中のフィールド機器１に影響を与えない充分短い時間とし、その後、出力信号はオン状態に戻される。

本実施例では、オフパルスを発生させたとき、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）および電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）を監視する。また、このとき、他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）を監視する。

図６は出力オン時のパルス診断を行った場合のパルス波形を示す図である。

図６（ａ）は、正常時のパルス波形を示している。図６（ａ）に示すように、正常時には出力制御部２１からの出力信号に従って、一瞬、スイッチ１５がオフする。このため、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）は一瞬、「オフレベル」をとり、その後、「オンレベル」となる。短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）には影響がなく、他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）は「Highレベル」を維持する。これは、図４の状態Ａ８および状態Ａ９に相当する。

図６（ｂ）は、チャンネル間短絡（上記（３））の場合のパルス波形を示している。図６（ｂ）に示すように、チャンネル間短絡の場合には、短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）に影響が及び、出力信号の変化に合わせて他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」となる。このため、自チャンネルと、対応する他チャンネルとの間でチャンネル間短絡が発生していると判断できる。これは、図４の状態Ａ６に相当する。

図６（ｃ）はオン故障（上記（４））またはチャンネル間短絡の場合のパルス波形を示している。図６（ｃ）に示すように、オン故障の場合には、スイッチ１５がオフできなくなっているため、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」とならず、「Highレベル」のままとなってしまう。これは、図４の状態Ａ５に相当する。

また、チャンネル間短絡の場合には、スイッチ１５がオフしても、短絡の相手方の電位の影響を受け、自チャンネルの出力端子１４の電位が充分に低下しない場合がある。このような場合には、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」とならず、「Highレベル」のままとなる。このため、図６（ｃ）の場合には、オン故障またはチャンネル間短絡であると判断できる（図４の状態Ａ５）。

短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）に影響が及び、出力信号の変化に合わせて他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Lowレベル」から「Highレベル」に変動する場合、チャンネル間短絡ではないが、何らかの異常があると判断できる。これは、図４の状態Ａ７に相当する。

（出力オフ時のパルス診断）
該当するチャンネルのフィールド機器１がオフ状態に制御されている場合、出力制御部２１から出力される出力信号はオフ状態であり、スイッチ１５はオフされた状態にある。パルス診断では、出力信号を一瞬オン状態とすることで、このスイッチ１５を一瞬オンし、出力端子１４に短時間のオンパルスを発生させる。スイッチ１５をオンする時間は、フィールド機器１に影響を与えない充分短い時間とし、その後、出力信号はオフ状態に戻される。

本実施例では、オンパルスを発生させたとき、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）および電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）を監視する。また、このとき、他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）を監視する。

図７は出力オフ時のパルス診断を行った場合のパルス波形を示す図である。

図７（ａ）は、正常時のパルス波形を示している。図７（ａ）に示すように、正常時には出力制御部２１からの出力信号に従って、一瞬、スイッチ１５がオンする。このため、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）は一瞬、「オンレベル」をとり、その後、「オフレベル」となる。短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）には影響がなく、チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）は「Lowレベル」を維持する。これは、図５の状態Ｂ１０および状態Ｂ１１に相当する。

図７（ｂ）は、チャンネル間短絡（上記（３））の場合のパルス波形を示している。図７（ｂ）に示すように、チャンネル間短絡の場合には、短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）に影響が及び、出力信号の変化に合わせて他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」となる。このため、自チャンネルと、対応する他チャンネルとの間でチャンネル間短絡が発生していると判断できる。これは、図５の状態Ｂ９に相当する。

図７（ｃ）はオフ故障（上記（５））またはチャンネル間短絡の場合のパルス波形を示している。図７（ｃ）に示すように、オフ故障の場合には、スイッチ１５がオンできなくなっているため、自チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」とならず、「Lowレベル」のままとなる。これは、図５の状態Ｂ７に相当する。

また、チャンネル間短絡の場合には、スイッチ１５がオンしても、短絡の相手方の電位の影響を受け、自チャンネルの出力端子１４の電位が充分に上昇しない場合がある。このような場合には、電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」とならず、「Lowレベル」のままとなる。このため、図７（ｃ）の場合には、オフ故障またはチャンネル間短絡であると判断できる（図５の状態Ｂ７）。

短絡相手の他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）に影響が及び、出力信号の変化に合わせて他チャンネルの電圧読み返し値ＲＤＢＫ（Ｖ）が「Highレベル」から「Lowレベル」に変動する場合、チャンネル間短絡ではないが、何らかの異常があると判断できる。これは、図５の状態Ｂ８に相当する。

以上のように、本実施例では、短絡、断線、チャンネル間断線等の配線に関係する異常、およびデジタル出力装置内部のチャンネルの故障を、外部装置を用いることなく検出できる。また、異常の検出にあたり、動作中あるいは停止中のフィールド機器に影響を与えることもないので、プラントの稼動中に異常を検出できる。

なお、上記実施例では、複数の比較電圧を用意し、電圧レベル比較器１８により電圧読み返し値を得ているが、Ａ／Ｄコンバータを用いて出力単位１４の電圧をデジタル値として出力制御部２１に入力してもよい。この場合、出力制御部２１では、入力された電圧読み返し値に基づいて異常の検出を実行する。

図８は実施例２のデジタル出力装置の二重化の構成を示すブロック図である。本実施例では、デジタル出力装置を二重化した例を示している。

図８に示すように、外部電源２および各チャンネルのフィールド機器１への配線に対し、制御側のデジタル出力装置１０Ａのグラウンド端子１１Ａ，１３Ａ、出力端子１４Ａおよび電源電圧端子１２Ａと、待機側のデジタル出力装置１０Ｂのグラウンド端子１１Ｂ，１３Ｂ、出力端子１４Ｂおよび電源電圧端子１２Ｂ、とがそれぞれ並行接続されている。

通常時、制御側のデジタル出力装置１０Ａがフィールド機器１のオン、オフ制御を行っている。制御側のデジタル出力装置１０Ａにおいて故障等が検出された場合に、制御権が待機側のデジタル出力装置１０Ｂに切り替わり、その場合には、待機側のデジタル出力装置１０Ｂがフィールド機器１のオン、オフ制御を行う。制御権の所在は、デジタル出力装置１０Ａおよびデジタル出力装置１０Ｂ間でやり取りされる二重化制御信号によって、デジタル出力装置１０Ａおよびデジタル出力装置１０Ｂにおいて、それぞれ認識される。

図９は制御側のデジタル出力装置１０Ａの構成を示すブロック図である。実施例１と同様の構成については図示を一部省略し、同一構成要素には同一符号を付している。また、待機側のデジタル出力装置１０Ｂもデジタル出力装置１０Ａと同様に構成されている。

図９において、二重化制御回路３１はトランジスタ等のスイッチング素子を用いて構成され、二重化制御信号に基づいてオン／オフ制御される。二重化制御回路３１は、通常時、すなわち制御権がデジタル出力装置１０Ａにある場合にはオンしており、この場合には、出力回路３２を経由する出力制御部２１Ａからの出力信号（オン／オフ）に従って、スイッチ１５をオン／オフ制御する。制御権が待機側のデジタル出力装置１０Ｂに引き渡された場合には、二重化制御信号に従って二重化制御回路３１はオフしており、この場合には、出力信号（オン／オフ）と無関係にスイッチ１５をオフ側に固定する。

待機側のデジタル出力装置１０Ｂでは、二重化制御信号に対してデジタル出力装置１０Ａと逆転した動作を実行する。

図９において、出力回路読み返し部３３は、出力回路３２のオン／オフ状態を読み返す回路である。オン／オフ読み返し部３５は電圧レベル比較器１８と並行に設けられ、スイッチ１５のオン／オフ状態を読み返す回路である。オン／オフ読み返し部３５はフォトカプラ等を用いて構成される。

次に、デジタル出力装置１０Ａの動作について説明する。

デジタル出力装置１０Ａに制御権が与えられている場合、二重化制御回路３１はオンしており、出力制御部２１Ａからの出力信号（オン／オフ）に従って、スイッチ１５がオン／オフ制御される。

この場合、実施例１と同様、電圧レベル比較器１８により電圧読み返し値が出力され、出力制御部２１Ａにおいてスイッチ１５の状態（オン／オフ）について診断が行われる。また、本実施例では、オン／オフ読み返し部３５でも出力端子１４の電圧を検出し、出力制御部２１Ａにおいてスイッチ１５の状態（オン／オフ）について二重に診断が行われる。このように２系統による読み返しにより、スイッチ１５の状態（オン／オフ）について確実な診断が可能となる。

制御権が与えられた場合、デジタル出力装置１０Ｂにおいても、同様の動作が実行される。

制御権がデジタル出力装置１０Ｂに引き渡された場合、デジタル出力装置１０Ａでは二重化制御信号に従って二重化制御回路３１はオフしており、出力信号（オン／オフ）と無関係にスイッチ１５がオフ側に固定されている。

本実施例では、スイッチ１５がオフ側に固定されている間、出力信号（オン／オフ）を出力制御部２１Ａから出力させ、そのときの出力回路読み返し部３３の出力を出力制御部２１Ａにおいて検出している。このとき、二重化制御回路３１の制御によりスイッチ１５がオフ側に固定されているため、このような検出時の動作は、フィールド機器１に対する待機側デジタル出力装置１０Ｂからの制御に影響を与えない。出力制御部２１Ａからの出力信号（オン／オフ）は任意のパターンを用いることができるため、出力制御部２１Ａ→出力回路３２→出力回路読み返し部３３→出力制御部２１Ａまでの各チャンネルの活性化診断が可能となる。とくに、回路内部のオン固着、オフ固着による故障を効率的に検出できる。これにより、スイッチ１５を除く広い範囲での診断を実行でき、従来の問題であった待機側（制御権がない側）のデジタル出力装置の故障検出率を向上させることが可能となる。

なお、制御権がデジタル出力装置１０Ｂに与えられている間、デジタル出力装置１０Ａではスイッチ１５からの読み返しはできない。しかし、制御権がデジタル出力装置１０Ａに移行した場合には、上記のように２系統による読み返しにより、スイッチ１５の状態（オン／オフ）について診断を行うので、例え、スイッチ１５から出力制御部２１Ａまでの間の１系統に故障が発生した場合であっても、即時に故障を検出できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器を制御する場合に限定されず、各種装置の制御を実行するデジタル制御装置に対し、広く適用することができる。

本発明による情報処理装置を機能的に示すブロック図であり（ａ）は一の発明を示すブロック図、（ｂ）は他の一の発明を示すブロック図、（ｃ）は他の一の発明を示すブロック図。 図２は実施例１のデジタル出力装置の構成を示すブロック図。 電流読み返し値ＲＤＢＫ（Ｉ）のレベル判定基準を示す図。 診断内容の一覧を示す図。 診断内容の一覧を示す図。 出力オン時のパルス診断を行った場合のパルス波形を示す図。 出力オフ時のパルス診断を行った場合のパルス波形を示す図。 実施例２のデジタル出力装置の二重化の構成を示すブロック図。 制御側のデジタル出力装置の構成を示すブロック図。 従来のデジタル出力装置の構成を示すブロック図。

符号の説明

１０１ 電流値検出手段
１０２ 電圧検出手段
１０３ 診断手段
１０５ スイッチ切替手段
１０６ 影響検出手段
１１１ スイッチ
１１２ スイッチ制御手段
１１３ スイッチ固定手段
１１４ 判断手段

Claims (10)

1. 電源と機器との間の接続、切断をスイッチのオン、オフにより制御するデジタル出力装置において、
   前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、
   前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記スイッチがオンしているとき、および前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値、および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記スイッチのオン固着またはオフ固着の有無を診断する診断手段と、
   を備えることを特徴とするデジタル出力装置。
2. 前記スイッチと並行して設けられ、前記スイッチがオフしているときに所定の電流を流すためのスイッチ迂回回路を備え、
   前記電流値検出手段は、前記スイッチ迂回回路を流れる電流を検出可能としたことを特徴とする請求項１に記載のデジタル出力装置。
3. 前記機器への出力配線と並行に設けられ、前記出力配線が遮断された場合に前記機器を迂回して所定の電流を流すための機器迂回回路を備え、
   前記電流値検出手段は、前記機器迂回回路を流れる電流を検出可能としたことを特徴とする請求項１または２に記載のデジタル出力装置。
4. 前記電圧検出手段は、複数のレベルとの比較結果として電圧を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタル出力装置。
5. 前記診断手段は、前記機器への出力配線の断線または短絡の有無を診断することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデジタル出力装置。
6. 電源と複数の機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記複数の機器に対し独立した出力配線を介して接続された同一構成の複数のチャンネルを有するデジタル出力装置において、
   前記複数のチャンネルは、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行する診断手段とにより構成されるとともに、
   一のチャンネルにおけるスイッチの状態を切り替えるスイッチ切替手段と、
   前記スイッチ切替手段により前記状態を切り替えたときの、他のチャンネルにおける前記出力配線への影響の有無を検出する影響検出手段と、
   を備えることを特徴とするデジタル出力装置。
7. 前記スイッチ切替手段は、前記機器への影響を与えない短時間のみ前記スイッチの状態を切り替えることを特徴とする請求項６に記載のデジタル出力装置。
8. 電源と機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記機器に対して制御側および待機側の２重化回路構成を有するデジタル出力装置において、
   前記制御側および待機側の回路は、
   前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出する電流値検出手段と、
   前記機器に向けて出力される電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行する第１の診断手段と、
   前記スイッチのオン／オフを制御するスイッチ制御手段と、
   待機時に前記スイッチを強制的にオフ側に固定するスイッチ固定手段と、
   前記スイッチ固定手段によりスイッチを強制的にオフ側に固定しているときに前記スイッチ制御手段を機能させて、前記スイッチ制御手段における出力信号の状態に基づいて前記スイッチ制御手段を診断する第２の診断手段と、
   を備えることを特徴とするデジタル出力装置。
9. 電源と機器との間の接続、切断をスイッチのオン、オフにより制御するデジタル出力装置を用いた診断方法において、
   前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出するステップと、
   前記機器に向けて出力される電圧を検出するステップと、
   前記スイッチがオンしているとき、および前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値、および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて前記スイッチのオン固着またはオフ固着の有無を診断するステップと、
   を備えることを特徴とする診断方法。
10. 電源と複数の機器との間の接続、切断を、独立して制御する複数のスイッチを備え、前記複数の機器に対し独立した出力配線を介して接続された同一構成の複数のチャンネルを有するデジタル出力装置を用いた診断方法において、
    前記複数のチャンネルにおいては、前記スイッチに流れる電流の電流値を複数のレベルとの比較結果として検出するステップと、前記機器に向けて出力される電圧を検出するステップと、前記スイッチがオンしているときおよび前記スイッチがオフしているときの前記電流値検出手段により検出された電流値および前記電圧検出手段により検出された電圧に基づいて診断を実行するステップとを備えるとともに、
    一のチャンネルにおけるスイッチの状態を切り替えるステップと、
    前記スイッチの状態を切り替えるステップにより前記状態を切り替えたときの、他のチャンネルにおける前記出力配線への影響の有無を検出するステップと、
    を備えることを特徴とする診断方法。

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