JP4845779B2 - 故障検知機能を持つ直流出力回路 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道保安装置において、安全に現場機器を制御する、故障検知機能を有する直流出力回路に関する。

転轍機や信号灯を制御する鉄道保安装置は、装置の故障が重大事故につながる可能性がある。従って、鉄道保安装置では装置が故障した場合においても、装置全体を安全側に制御するフェールセーフな構成が不可欠である。

鉄道保安装置の構成要素であり、転轍機や信号灯といった現場機器を駆動する直流出力回路においては、転轍機を誤転換させたり、信号灯を誤点灯させたりする誤出力が危険側故障であり、誤不出力が安全側故障である。

フェールセーフな直流出力回路を実現するために、負荷駆動電源と負荷の間に、二個のスイッチを直列に接続する構成が用いられることがある。この構成ではどちらかのスイッチがオン故障した場合でも直流出力回路が誤出力することがない。

ただし、スイッチのオン故障を速やかに検知することができないと、他方のスイッチがオン故障した場合誤出力してしまい、危険側故障となってしまう。このため各スイッチの出力側に電圧センサを接続し、スイッチの故障検知を行なう方式が一般に行なわれる。

しかし前述の構成では、負荷側のスイッチのオン故障が潜在化した状態で、スイッチの故障検出を行う動作の一環として電源側スイッチをオンしてしまうと誤出力してしまう。このため、故障検知動作の実行は、誤出力が発生しても問題にならないようにする必要があった。

前述の問題に対し、例えば、特許文献１のような方式が提案されている。特許文献１には、二個直列に接続されたスイッチング素子を介して負荷を通電駆動する負荷駆動装置において、各スイッチング素子の異常を検出してフェールセーフの向上を図った異常検出装置が開示されている。
特開２００１−２３６８７１号公報

本発明の目的は、背景技術で記述した、スイッチのオン故障検知を確実に行い、誤出力を防止した直流出力回路を提供するものである。

本発明の直流出力回路は、１系スイッチ及び２系スイッチを含む複数のスイッチを直列に接続し、各々のスイッチの出力側に電圧センサを接続してスイッチ故障を検出する機能を有する直流出力回路において、前記直流出力回路の負極側出力に共通系スイッチを接続して、前記１系スイッチ及び前記２系スイッチを含む複数のスイッチと前記共通系スイッチの初期状態は全てオフとし、前記共通系スイッチのオン／オフ操作の応答を第１の電圧センサにより検出して前記共通系スイッチの故障を検知し、前記共通系スイッチの故障検知動作実行後、次に、前記共通系スイッチはオフ状態とし、前記１系スイッチのオン／オフ操作の応答を第２の電圧センサにより検出して、前記１系スイッチの故障検知を行い、前記１系スイッチの故障検知動作実行後、前記１系スイッチはオン状態、前記共通系スイッチはオフ状態で、前記２系スイッチのオン／オフ操作の応答を第３の電圧センサにより検出して、前記２系スイッチの故障検知を行い、以下、同様に、順次、各々のスイッチの出力側に接続した電圧センサによりオン／オフ操作の応答を検出して各々のスイッチの故障検知を行って、一つのスイッチが故障した場合でも誤出力せず、かつ故障したスイッチを確実に検知できるようにしたことを特徴とする。

本発明によれば、直流出力回路の負極側出力にスイッチを接続し、特定の手順を実行することにより、上記課題の解決が可能となり、スイッチのオン故障検知を確実に行い、誤出力を防止した直流出力回路を構成することができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。

図１に本発明を使用した直流出力回路を示す。
負荷駆動電源１と、それにより駆動される負荷５を持ち、負荷駆動電源１から配線９を介しセンサ２と１系スイッチ６に接続する。１系スイッチ６より配線１０を介し、センサ３と２系スイッチ７に接続する。２系スイッチ７より配線１１を介し、センサ４と負荷５に接続する。負荷５から配線１３を介しセンサ２と共通系スイッチ８に接続する。共通系スイッチ８から配線１２を介し負荷駆動電源１、センサ３、センサ４に接続する。

また、１系スイッチ６、２系スイッチ７は、それぞれＣＰＵ部２０により、１系スイッチ制御信号１５、２系スイッチ制御信号１７により制御が行われる。各センサは、それぞれ、共通系スイッチ故障検知結果１４、１系スイッチ故障検知結果１６、２系スイッチ故障検知結果１８として、ＣＰＵ部２０へ規定の電圧印加が行われたことを伝える。

１系スイッチ６、２系スイッチ７、及び共通系スイッチ８の故障検知は、図２の流れ図を実行することにより可能となる。

１系スイッチ６、２系スイッチ７、共通系スイッチ８の初期状態は全てオフとし、共通系スイッチ８の故障検知は、共通系スイッチ８のオン／オフ操作の応答をセンサ２により、ＣＰＵ部２０へ伝える。これにより、共通系スイッチ８の故障検知は可能となる。

共通系スイッチ８の故障検知動作実行後、次に１系スイッチ６の故障検知動作を実行する。１系スイッチ６の故障検知を行う場合、共通系スイッチ８はオフ状態とし、１系スイッチ６のオン／オフ操作の応答がセンサ３によりＣＰＵ部２０へ伝えられる。

この時、共通系スイッチ８の故障検知を行っているため、共通系スイッチ８のオフ状態は保証され、仮に２系スイッチ８がオン故障しても誤出力による、負荷５を駆動することはない。これにより、１系スイッチ６の故障検知は可能となる。

１系スイッチ６の故障検知動作実行後、２系スイッチ７の故障検知動作を行う。２系スイッチ７の故障検知を行う場合、１系スイッチ７はオン状態、共通系スイッチ８はオフ状態で、２系スイッチ８のオン／オフ操作の応答がセンサ４によりＣＰＵ部２０へ伝えられる。

この時、１系スイッチ６の故障検知と同様に、１系スイッチ６、共通系スイッチ８の故障検知を行っているため、１系スイッチ８のオン状態、共通系スイッチ８のオフ状態は保証され、誤出力により負荷５を駆動することはない。これにより、２系スイッチ７の故障検知は可能となる。

更に、本発明では、直列に接続するスイッチが２段以上の構成（３系、４系、５系・・・）としても同様な方法によりスイッチの故障検知が行える。

鉄道信号機等の鉄道保安装置では、部品の故障等による誤った出力を確実に防止する必要がある。このため、リレー駆動出力信号の制御回路に加え、１系スイッチ、２系スイッチ、共通系スイッチの故障検知を行うための冗長回路を付加することで、安全性を確保する構成となるため、図１のような構成になる。

図３に、本発明の実施例２の複数点の直流出力回路を示す。
図３の構成は、図１で示す直流出力回路１点を複数点で構成した場合の回路である。複数点を持つ出力回路に対し、負荷駆動電源と負荷の負極側とに接続される配線は共通となるため、共通系スイッチは１個となる。また、負荷駆動電源も１系統で、複数点の負荷を駆動する構成である。

故障検知方法について、基本方式は図２の流れ図と同様であるが、共通系スイッチが各出力回路に対し、共通なスイッチであることから、共通系スイッチの故障検知後、一括して１／２系出力回路全点の故障検知を行わなければならない。

図４に、複数点直流出力回路の流れ図を示す（図２の流れ図を省略して示している）。共通系スイッチの故障検知後、共通系スイッチをオフしたまま、全出力回路の１／２系スイッチの故障検知を行うため、出力回路数分のループを加えている。

図５に本発明の実施例３の２重系の直流出力回路を示す。
実施例１、実施例２の構成においては、直流出力回路１点を用いて１つ負荷を駆動する構成となっている。実施例１、実施例２の構成は、出力停止状態において図２、図４の流れ図の手順を実行することでオン／オフ故障検知が可能である。

しかし、出力状態（負荷駆動状態）においては、オン故障検知をする場合、スイッチをオフする必要があることから、出力を停止させなければならないため、負荷の状態に影響を及ぼすことになってしまう。これを回避するための構成を図５に示す。

図５の実施例３の２重系の直流出力回路では、図１で示した構成に逆電流防止ダイオード４７を挿入し、２回路使用することで２重系構成（１系統／２系統）とし、１つの負荷を駆動する。

通常動作状態においては、両系統共に全く同じ動作をする。上記問題となっている出力状態において、故障検知動作中は１系統のみで故障検知動作を行い、他系統は出力状態とする。

故障検知動作完了後、出力状態であった系が故障検知動作を行い、故障検知動作を行っていた系は出力状態とする。これにより、負荷に影響なく故障検知を実施することができる。

本発明の実施例１の単数点の直流出力回路構成図である。 本発明の単数点の直流出力回路故障検知の流れ図である。 本発明の実施例２の複数点の直流出力回路構成図である。 本発明の複数点の直流出力回路故障検知の流れ図である。 本発明の実施例３の２重系の直流出力回路構成図である。

符号の説明

１ 負荷駆動電源
２ センサ（共通系スイッチ故障検知回路）
３ センサ（１系スイッチ故障検知回路）
４ センサ（２系スイッチ故障検知回路）
５ 負荷
６ １系スイッチ
７ ２系スイッチ
８ 共通系スイッチ
９〜１３ 配線
１４ 共通系スイッチ故障検知結果
１５ １系スイッチ制御信号
１６ １系スイッチ故障検知結果
１７ ２系スイッチ制御信号
１８ ２系スイッチ故障検知結果
１９ 共通系スイッチ制御信号
２０ ＣＰＵ部
２１ 共通系スイッチオン
２２、２５ 共通系スイッチ故障検知結果取込
２３、２６、２９、３２、３６、３９ 負荷駆動電源電圧有無判定
２４ 共通系スイッチオフ
２７、３３ １系スイッチオン
２８、３１ １系スイッチ故障検知結果取込
３０、４０ １系スイッチオフ
３４ ２系スイッチオン
３５、３８ ２系スイッチ故障検知結果取込
３７ ２系スイッチオフ
４１ 初期値設定
４２ 共通系スイッチオン／オフ故障検知（２１〜２６の流れ図）
４３ Ｘ点目１系スイッチオン／オフ故障検知（２７〜３２の流れ図）
４４ 設定値のインクリメント
４５ Ｘ点目２系スイッチオン／オフ故障検知（３３〜４０の流れ図）
４６ ループ回数の判定
４７ 逆電流防止ダイオード

Claims (4)

1. １系スイッチ及び２系スイッチを含む複数のスイッチを直列に接続し、各々のスイッチの出力側に電圧センサを接続してスイッチ故障を検出する機能を有する直流出力回路において、
   前記直流出力回路の負極側出力に共通系スイッチを接続して、前記１系スイッチ及び前記２系スイッチを含む複数のスイッチと前記共通系スイッチの初期状態は全てオフとし、
   前記共通系スイッチのオン／オフ操作の応答を第１の電圧センサにより検出して前記共通系スイッチの故障を検知し、
   前記共通系スイッチの故障検知動作実行後、次に、前記共通系スイッチはオフ状態とし、前記１系スイッチのオン／オフ操作の応答を第２の電圧センサにより検出して、前記１系スイッチの故障検知を行い、
   前記１系スイッチの故障検知動作実行後、前記１系スイッチはオン状態、前記共通系スイッチはオフ状態で、前記２系スイッチのオン／オフ操作の応答を第３の電圧センサにより検出して、前記２系スイッチの故障検知を行い、以下、同様に、順次、各々のスイッチの出力側に接続した電圧センサによりオン／オフ操作の応答を検出して各々のスイッチの故障検知を行って、
   一つのスイッチが故障した場合でも誤出力せず、かつ故障したスイッチを確実に検知できるようにしたことを特徴とする直流出力回路。
2. 請求項１に記載の直流出力回路において、
   前記複数のスイッチは、２個のスイッチであることを特徴とする直流出力回路。
3. 請求項１に記載の直流出力回路において、
   前記１系スイッチ及び前記２系スイッチを含む複数のスイッチを直列に接続して負荷に接続し、各々のスイッチの出力側に電圧センサを接続してスイッチ故障を検出する系列が複数点備えられており、
   前記直流出力回路の負極側出力に前記複数点の系列に共通な一つの共通系スイッチを接続して、前記共通な一つの共通系スイッチと前記複数の系列内の前記１系スイッチ及び前記２系スイッチを含む複数のスイッチについて、同様に、各々のスイッチの故障検知を行って、
   前記複数点の系列内に直列に接続されたスイッチが故障した場合でも誤出力せず、かつ故障したスイッチを確実に検知できるようにしたことを特徴とする直流出力回路。
4. 請求項１に記載の直流出力回路において、
   複数のスイッチを直列に接続し、各々のスイッチの出力側に電圧センサを接続してスイッチ故障を検出する機能を有し、且つ、前記直流出力回路の負極側出力に共通系スイッチを接続した複数の系統が一つの負荷に接続され、
   前記複数の系統の各スイッチが故障した場合に、一つの系統のみで故障検知動作を行い、他系統は出力状態とすることを特徴とする直流出力回路。

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