JP4967433B2

JP4967433B2 - スイッチ故障検出回路

Info

Publication number: JP4967433B2
Application number: JP2006115688A
Authority: JP
Inventors: 薫佐野; 久齋藤; 公英青山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-04-19
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2026-04-19
Also published as: JP2007285969A

Description

本発明は、スイッチの固着故障を検出する回路に関し、特に２重化された電流入力モジュールに用いて好適なスイッチ故障検出回路に関するものである。

図４に、２重化システムに用いられる電流入力モジュールの構成を示す。なお、この図では発明の主要部のみを示し、発明に直接関係のない部分は省略している。図４において、１０は電流入力モジュール、２０はフィールドに置かれている圧力センサ等の電流源である。電流入力モジュール１０は、抵抗１１と１２，スイッチ素子１３および制御部１４で構成される。制御部１４は比較回路１４ａおよびコントロール回路１４ｂで構成される。

抵抗１１、スイッチ素子１３、抵抗１２はこの順に直列に接続され、この直列回路は電流源２０に並列に接続される。スイッチ素子１３のオンオフはコントロール回路１４ｂで制御される。電流源２０と抵抗１１の接続点であるＳｕｂ、およびスイッチ素子１３と抵抗１２の接続点であるＭａｉｎの電圧は、比較回路１４ａに入力される。

電流入力モジュール１０は、制御側と待機側の２系統用いられる。コントロール回路１４ｂは、スイッチ素子１３をオン、オフすることにより、制御側と待機側の切り替えを行う。また、比較回路１４ａは、点Ｓｕｂと共通電位点Ｇ間、および点Ｍａｉｎと共通電位点Ｇ間の電圧を比較することにより、電流源２０の出力電流が流れる経路の途中で断線等が生じたときに、異常箇所を検出することができる。

二重化された入出力モジュールの異常を確実に検出する二重化プロセス入出力装置を示したものとして、例えば特許文献１に記載されたものがあった。

特開平１１−６５６０３号公報

しかし、このような電流入力モジュールは、スイッチ素子１３がオフになると電流ループが遮断されてしまい、電流入力モジュールとしての動作が阻害される。スイッチ素子１３のオン固着故障を検出するためにはスイッチ素子１３をオフに制御しなければならないので、制御側動作のときにスイッチ素子１３のオン固着故障検出を行うことが出来ないという課題があった。

従って本発明の目的は、電流ループを遮断することなく、スイッチ素子のオン固着故障を検出することができるスイッチ故障検出回路を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
一端が共通接続された第１および第２の抵抗と、
前記第１の抵抗の他端にその一端が接続された第１のスイッチと、
前記第２の抵抗の他端にその一端が接続され、他端が前記第１のスイッチの他端と共通接続された第２のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチの共通接続点と共通電位点間に接続された第３の抵抗と、
前記第１および第２のスイッチのオンオフを制御するコントロール回路と、
前記第１および第２の抵抗の共通接続点の電圧、および前記第１および第２のスイッチの共通接続点の電圧が入力され、これらの電圧を比較して前記第１および第２のスイッチの故障を検出する比較回路と、
を具備したものである。電流ループを遮断しないでスイッチの故障検出ができる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記コントロール回路は、故障診断時以外の使用時に前記第１および第２のスイッチの両方をオンにし、故障診断時に前記第１または第２のスイッチの片方を順番にオフにするようにしたものである。内部損失を小さくできる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記コントロール回路は、故障診断時以外の使用時に前記第１または第２のスイッチのいずれかを一方をオンにし、故障診断時に前記第１および第２のスイッチの両方をオンにするようにしたものである。外部から見たインピーダンスを一定にできる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２および３の発明によれば、抵抗とスイッチを直列接続した回路を並列に接続し、故障検出時に少なくとも１つのスイッチがオン状態を維持するようにスイッチを操作するようにした。

故障検出のために片方のスイッチをオフにしても、他方のスイッチはオンなので電流ループが遮断されることはない。そのため、制御動作を行っているときであっても交互にスイッチをオフにすることにより、スイッチのオン固着故障を検出することができるという効果がある。また、故障診断時以外は両方のスイッチをオンにすることにより内部回路のインピーダンスが下がり、内部損失を少なくすることができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るスイッチ故障検出回路の一実施例を示す構成図である。図１において、３０は電流入力モジュール、２０は圧力センサ等の電流源である。３１、３２は抵抗であり、その一端は共通接続され、電流源２０の出力端に接続される。３４はスイッチ素子であり、その一端が抵抗３２の他端に接続される。３５はスイッチ素子であり、その一端が抵抗３１の他端に接続される。３３は抵抗であり、その一端がスイッチ素子３４および３５の他端に、その他端が共通電位点に接続される。

３６は制御部であり、比較回路３６ａ、コントロール回路３６ｂで構成される。コントロール回路３６ｂの出力はスイッチ素子３４、３５のゲートに入力され、そのオンオフを制御する。電流源２０と抵抗３１、３２の共通接続点Ｓｕｂの電圧、およびスイッチ素子３４、３５と抵抗３３の共通接続点Ｍａｉｎの電圧は比較回路３６ａに入力される。

なお、この電流入力モジュールも図４と同じように２重化システムに用いられるものであり、制御側モジュールとして動作するときはスイッチ素子３４、３５をオンにし、待機側モジュールとして用いられるときはスイッチ３４、３５の両方をオフに制御する。また、本発明と直接関係のない部分は、記載を省略している。

次に、図２および図３を用いてこの実施例の動作を説明する。なお、電流源２０は２０ｍＡの電流を出力しており、また抵抗３１、３２の抵抗値を５００／３（１６７．７）Ω、抵抗３３の抵抗値を２５０／３（８３．３）Ωとする。

このときのＭａｉｎ、Ｓｕｂの電圧値を図２に示す。パターンの（１）はスイッチ素子３４、３５のいずれもオンのときの電圧である。抵抗３１と３２は並列接続されるので合成抵抗は５００／６＝２５０／３Ωになり、抵抗３３の抵抗値と同じになる。Ｍａｉｎの電圧は０．０２×２５０／３＝１．６７Ｖ、Ｓｕｂの電圧はその倍の３．３３Ｖになる。

（２）、（３）はスイッチ素子３４、３５のいずれか一方がオン、他方がオフのときの電圧である。抵抗３１、３２のどちらかは切り離されるので、合成抵抗は５００／３Ωになる。抵抗３３の抵抗値は変わらないので、Ｍａｉｎの電圧は（１）と同じく１．６７Ｖ
である。Ｓｕｂの電圧は（５００／３＋２５０／３）×０．０２＝５Ｖになる。

（４）はスイッチ素子３４、３５の両方ともオフになっている場合であり、Ｍａｉｎ、Ｓｕｂの電圧共に０Ｖになる。

図３は、図２を模式的に示した図であり、記号（１）〜（４）は図２表のパターンの記号に対応している。（Ａ）はＭａｉｎの電圧、（Ｂ）はＳｕｂの電圧である。電圧値は図２と同じなので、説明を省略する。

比較回路３６ａはＭａｉｎとＳｕｂの電圧をモニタしている。制御側モジュールとして用いるときはスイッチ素子３４、３５の両方をオンにして稼働状態とする。このときのＭａｉｎ、Ｓｕｂの電圧は、図２（１）に示すように、それぞれ１．６７Ｖ、３．３３Ｖになる。

スイッチ素子３４の故障検出を行うときは、コントロール回路３６ｂはスイッチ素子３４をオフに制御する。スイッチ素子３５はオン状態のままなので、電流入力モジュール３０は稼働状態を維持する。

スイッチ素子３４が制御通りにオフになると、図２（３）の状態に移行し、Ｓｕｂの電圧は５Ｖになる。比較回路３６ａはこの電圧を検出し、スイッチ素子３４が正常であることを確認する。スイッチ素子３４にオン固着故障が発生しオフ状態にならないと、Ｓｕｂの電圧は３．３３Ｖの状態を維持する。比較回路３６ａはスイッチ素子３４にオン固着故障が発生したと判断し、外部に異常信号を出力する。

なお、スイッチ素子３５の故障検出の場合も同様の操作で行うことができるので、詳細説明を省略する。この実施例では、故障検出時以外の使用時で両方のスイッチをオンするようにしたので、電流入力モジュール３０の内部インピーダンスが下がって内部損失を少なくすることができる。

フィールドバスの１種であるＨＡＲＴ通信等では、接続される機器の受信抵抗を規定値にする必要がある。この場合は、故障診断時以外の使用時はスイッチ素子３４または３５のどちらかをオン、他方をオフにして、スイッチ素子の故障検出を行うときのみスイッチ素子３４、３５の両方をオンに制御するようにすればよい。このとき、Ｓｕｂの電圧値が（２）または（３）から（１）に移行すれば、スイッチ素子は正常であると判断できる。

また、抵抗３１、３２、３３が故障した場合、それぞれの故障の状態（オープン故障、ショート故障等）に応じて比較回路３６ａでモニタしているＭａｉｎとＳｕｂの電圧が変わるので、抵抗３１、３２、３３の故障も検出することができる。

なお、図１実施例ではスイッチ素子３４、３５を半導体素子としたが、リレーなどのメカニカル接点を有するスイッチであってもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。スイッチ素子の状態と電圧値との関係を示した表である。スイッチ素子の状態と電圧値との関係を示した図である。従来の電流入力モジュールの構成図である。

符号の説明

２０電流源
３０電流入力モジュール
３１、３２、３３抵抗
３４、３５スイッチ素子
３６制御部
３６ａ比較回路
３６ｂコントロール回路
Ｍａｉｎ、Ｓｕｂ電圧測定点

Claims

一端が共通接続された第１および第２の抵抗と、
前記第１の抵抗の他端にその一端が接続された第１のスイッチと、
前記第２の抵抗の他端にその一端が接続され、他端が前記第１のスイッチの他端と共通接続された第２のスイッチと、
前記第１および第２のスイッチの共通接続点と共通電位点間に接続された第３の抵抗と、
前記第１および第２のスイッチのオンオフを制御するコントロール回路と、
前記第１および第２の抵抗の共通接続点の電圧、および前記第１および第２のスイッチの共通接続点の電圧が入力され、これらの電圧を比較して前記第１および第２のスイッチの故障を検出する比較回路と、
を具備したことを特徴とするスイッチ故障検出回路。
前記コントロール回路は、故障診断時以外の使用時に前記第１および第２のスイッチの両方をオンにし、故障診断時に前記第１または第２のスイッチの片方を順番にオフにするようにしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチ故障検出回路。
前記コントロール回路は、故障診断時以外の使用時に前記第１または第２のスイッチのいずれか一方をオンにし、故障診断時に前記第１および第２のスイッチの両方をオンにするようにしたことを特徴とする請求項１記載のスイッチ故障検出回路。