JP5557577B2 - 安全コントローラ - Google Patents

Description

本発明は、安全コントローラに関する。

安全コントローラは安全センサと共に、いわゆる安全回路を構成するものであり、安全センサからの出力に基づいて安全状態を監視し、安全が確保されている状態の時のみ、制御対象となる設備（例えば、工作機械などの機械設備）に稼働を許可する制御信号を与える。この種の安全コントローラはたとえば、下記特許文献１に開示されている。

特開２００５−１５７６６７号公報

上記のような安全コントローラは保安上の観点からロックアウト機能を備えている。ロックアウト機能とは、たとえば、安全センサの誤接続などセンサ側の出力に異常が見られた場合に、制御対象となる設備に対する出力を遮断（以下、ロックアウト出力と呼ぶ）するものである。ところで、ロックアウト出力を解除するには、通常、安全コントローラ自身の電源を再投入しなければならない。そのため、電源の再投入が簡単に行えないなど設備によっては、ロックアウト出力を復旧して通常の出力状態に戻すのに時間が掛かることがある。

本発明は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、ロックアウト出力の解除を、手間なく迅速に行えるようにすることを目的とする。

本発明は、制御対象の機器の安全状態を監視するセンサの出力ラインが接続されるセンサ用入力部と、トリガー入力を受け付けるトリガー用入力部と、前記センサの異常の有無を判定する判定部と、前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付けることを条件に、前記異常が無い場合には、前記センサの出力にて前記制御対象の機器の安全状態が確認できている場合に限り前記制御対象となる機器に対して作動を許可する出力を行い、安全が確認出来ない場合には前記制御対象の機器に対して作動を禁止する出力を行う一方、前記異常が有る場合には、制御対象の機器に対する前記作動を許可する出力を遮断する出力部と、を備えた安全コントローラであって、前記判定部は、前記作動を許可する出力の遮断中に前記トリガー入力があった場合には、前記異常の有無を再判定すると共に、前記出力部は、前記再判定にて異常ありと判定される場合は、前記作動を許可する出力の遮断を継続し、前記再判定にて異常なしと判定される場合には、前記作動を許可する出力の遮断を自動解除して、前記制御対象の機器に対して前記センサの出力に応答した応答出力を行うところに特徴を有する。

前記判定部にて異常が検出されることを条件に、異常が検出されたことを表示する表示手段を備える。このようにすれば、オペレータに異常があったことを知らせることが可能となる。
制御対象の機器に対して前記作動を許可する出力を遮断しているか否かを記憶するメモリと、前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付けることを条件に、前記メモリに参照して、前記作動を許可する出力を遮断しているか否かを判定する出力判定部と、を有し、前記判定部は、前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付け、かつ出力判定部にて出力が遮断されていると判断された場合に、前記異常の有無を再判定する。

本発明によれば、トリガー入力があれば、機器の異常の有無が再判定され、異常なしと判定される場合には、出力部がロックアウト出力を自動解除する。そのため、ロックアウト出力を手間なく迅速に解除することができる。

本発明の一実施形態に係る安全コントローラのブロック図 （ａ）安全コントローラの第一入力端子の電圧レベルをまとめた図表（正常時） （ｂ）安全コントローラの第一入力端子の電圧レベルをまとめた図表（故障発生時） 安全コントローラにより実行される起動シーケンスの手順を示すフローチャート図

本発明の一実施形態を図１ないし図３によって説明する。
１．安全コントローラの電気的構成
安全コントローラ２０は、作業者の安全が確保されたときに限って安全出力を行うことで、工場作業者の安全を確保するものである。尚、この実施形態では、安全コントローラ２０を自動車の組み立てラインに使用したケースを例示するものである。

図１に示すように、安全コントローラ２０は制御部（本発明の「判定部」、「出力部」、「出力判定部」に相当）３０と、電源端子Ｖと、グランド端子Ｇと、Ｓ１〜Ｓ２の２つのセンサ用入力端子と、Ｘ１〜Ｘ２の２つのリセット用入力端子と、中継用電源端子Ｖａと、出力端子ＯＵＴ１と、表示部（本発明の「表示手段」に相当する）６０を備えている。

センサ用入力端子Ｓ１、Ｓ２は本発明のセンサ用入力部に相当するものであり、各センサ用入力端子Ｓ１、Ｓ２には、安全センサ（本発明の「センサ」に相当）４０の出力ラインＬ１、Ｌ２がそれぞれ接続されている。具体的に説明すると、安全センサ４０は、例えば、自動車組み立てラインにおいて安全領域と危険領域の境界に設置されて、境界を通過する物体を検出するものである。

係る安全センサ４０は多光軸式の光電センサであり、検出素子に投光素子（図略）とこの投光素子と検出光軸を構成する受光素子（図略）を備えている。安全センサ４０の主回路４１は、検出素子により構成される各検出光軸の入光／遮光を検出するものである。そして、主回路４１の出力段には出力用トランジスタＴＲ１と、出力用トランジスタＴＲ２とが設けられている。

両出力用トランジスタＴＲ１、ＴＲ２は、いずれもＮＰＮ型のトランジスタであり、エミッタコモンとなっている。そして、出力用トランジスタＴＲ１のコレクタが出力ラインＬ１を通じて安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ１に接続され、出力用トランジスタＴＲ２のコレクタが出力ラインＬ２を通じて安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ２に接続されている。このように、主回路４１の出力は２系統の出力構成となっており、これら２つの出力系統を使用して、各検出光軸の入光/遮光のデータを出力する。

また、主回路４１の電源端子Ｖｂは安全コントローラ２０の中継用電源端子Ｖａに接続されており、主回路４１は安全コントローラ２０から電源供給される構成となっている。また、安全センサ４０には、バックアップ電源４５が設けられている。バックアップ電源４５は、主回路４１をバックアップするものである。主回路４１はバックアップ中、出力用トランジスタＴＲ１と出力用トランジスタＴＲ２のいずれか一方についてのみ出力を行い、他側については出力を停止するように働く。尚、この実施形態では、バックアップ中、出力用トランジスタＴＲ１はＯＦＦ（出力停止）状態となり、出力用トランジスタＴＲ２がＯＮ（出力）状態になるものとする。

安全コントローラ２０の説明に戻ると、リセット用入力端子Ｘ１〜Ｘ２は本発明のトリガー用入力部に相当するものであり、手動リセット入力を受け付ける機能を担う。具体的に説明すると、これら端子Ｘ１、Ｘ２間には、手動リセット入力（トリガー入力）を行うための手動リセットスイッチＳＷが接続されている。手動リセットスイッチＳＷは、組み立てラインの設備（図略）を稼働させるスタートスイッチとして機能するものであり、オペレータ（ラインオペレータ）によって手動操作される。

手動リセットスイッチＳＷが操作されていない状態では、接点が開放状態になることから、両端子Ｘ１、Ｘ２は非導通状態となる。これに対して、手動リセットスイッチＳＷが、オペレータにより手動オン操作されると、接点が閉じることから端子Ｘ１、Ｘ２は導通状態となる。

制御部３０は、両端子Ｘ１、Ｘ２の導通チェックを定期的に行っており、両端子Ｘ１、Ｘ２が非導通状態から導通状態に切り換ることをもって、手動リセット入力を認識することが出来る。

制御部３０は、上記した手動リセット入力があることを条件（いわゆるトリガー）に、安全センサ４０の検出結果に応答した応答出力を出力端子ＯＵＴ１を通じて行う。ここでいう、応答出力とは、安全センサ４０にて安全状態が確認できている場合（すなわち、検出光軸を横切る物体が検出されていない場合）に限り、制御対象となる機器に対して作動を許可する安全出力を行うものである。そして、安全センサ４０により安全が確認出来ない場合（検出光軸を横切る物体が検出された場合）には、制御対象となる機器に対して作動を禁止する出力を行う。尚、制御対象となる機器とは、例えば自動車組み立てラインを構成するライン設備（コンベア、溶接ロボットなど）を挙げることが出来る。

また、本制御部３０は以下説明するように、装置の異常（具体的には、安全コントローラ２０に対する安全センサ４０の接続状態について異常）の有無を判定する判定機能を備えており、異常が発見された場合には、ロックアウト出力を行う構成となっている。

２．安全コントローラ２０による判定動作とロックアウト出力
既に説明したように、安全センサ４０は、出力用トランジスタＴＲ１と出力用トランジスタＴＲ２の２つの出力系統を備えており、正しくは、出力用トランジスタＴＲ１のコレクタが出力ラインＬ１を通じて安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ１に接続され、出力用トランジスタＴＲ２のコレクタが出力ラインＬ２を通じて安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ２に接続される。しかし、これが次のように逆接続されること、すなわち出力用トランジスタＴＲ１のコレクタが安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ２に接続され、出力用トランジスタＴＲ２のコレクタが安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ１に接続されることがある。

本安全コントローラ２０は、制御部３０にて次の判定処理を行うことで、安全センサ４０の接続状態について上記した逆接続（誤接続）の有無を判定することができる。

判定処理は、中継用電源端子Ｖａの出力を一時的に停止させ、そのときのセンサ用入力端子Ｓ１の電圧レベルと、センサ用入力端子Ｓ２の電圧レベルをそれぞれチェックするものである。

安全センサ４０の主回路４１は安全コントローラ２０からの電源供給が停止すると、バックアップ電源４５にてバックアップされる。このバックアップを受ける間、主回路４１は出力用トランジスタＴＲ１をＯＦＦさせ、出力用トランジスタＴＲ２のみＯＮにする。

従って、安全センサ４０の出力ラインＬ１、Ｌ２が安全コントローラ２０の各センサ用入力端子Ｓ１、Ｓ２に正しく接続されていれば、センサ用入力端子Ｓ１はＨレベル（ハイレベル）になり、センサ用入力端子Ｓ２はＬレベル（ロウレベル）になる（図２の（ａ）参照）。

一方、安全センサ４０の出力ラインＬ１、Ｌ２が、安全コントローラ２０のセンサ用入力端子Ｓ１、Ｓ２に逆接続されていれば、センサ用入力端子Ｓ１はＬレベル（ロウレベル）になり、センサ用入力端子Ｓ２はＨレベル（ハイレベル）になる（図２の（ｂ）参照）。

このように、センサ用入力端子Ｓ１、Ｓ２の電圧レベルのパターンから、安全センサ４０の接続状態の正否（接続異常の有無）を判定できる（判定処理）。そして、判定で異常が検出された場合には、表示部６０に異常が検出されたことが表示されるようになっている。尚、この判定処理は例えば、安全コントローラ２０の電源スイッチを入れた直後、又は安全コントローラ２０に対して安全センサ４０が接続された直後に行われる。

そして、制御部３０は、安全センサ４０に接続異常があると判定した場合には、ロックアウト出力を行う。ロックアウト出力とは、出力端子ＯＵＴ１を通じた出力を遮断するものである。尚、出力が遮断された状態では、制御対象となるラインの設備は作動許可を得ることが出来ないから、自動車組み立てラインは停止状態となる。

また、このものでは、出力がロックアウト出力である場合には、安全コントローラ２０に設けられたメモリ３５に対して、その情報がフラグなどにて記憶される構成となっている。

そして、本安全コントローラ２０は、次に説明する起動シーケンスに安全センサ４０の接続状態を再判定する処理を組み込んでおり、再判定で接続異常なしと判定されれば、ロックアウト出力を自動解除するようになっている。

３．安全コントローラ２０により実行される起動シーケンス
ここでは、安全コントローラ２０に対して安全センサ４０が誤接続されており、安全コントローラ２０の出力がロックアウト出力にある状態で、起動シーケンスが実行された場合を例にとって説明する。

起動シーケンスがスタートすると、まず、手動リセット入力を待つ待機状態になる（Ｓ１０）。この待機状態では、制御部３０によりリセット用入力端子Ｘ１、Ｘ２の導通チェックが定期的に実行されることとなる。

そして、オペレータにより手動リセットスイッチＳＷが手動操作されると、リセット用入力端子Ｘ１、Ｘ２が非導通状態から導通状態に切り換る。これにより、手動リセット入力が制御部３０にて認識され、処理は次のＳ２０に移行する。

Ｓ２０では、制御部３０にて、安全コントローラ２０の出力状態を判定する処理が実行される。具体的には、メモリ３５にアクセスして記憶されたフラグを読み出し、出力状態がロックアウト出力かどうか判定される。ここでは、安全コントローラ２０の出力はロックアウト出力であるから、Ｓ２０では制御部３０によりＹＥＳの判定がされ、次にＳ３０の処理が行われる。

Ｓ３０では、制御部３０にて安全センサ４０の接続状態が再判定される。すなわち、上記したように中継用電源端子Ｖａの出力を一時的に停止させ、そのときのセンサ用入力端子Ｓ１の電圧レベルと、センサ用入力端子Ｓ２の電圧レベルがチェックされる。

そして、入力端子Ｓ１、Ｓ２の電圧レベルから、安全センサ４０の接続状態の正否が判定される。正常であれば、ＹＥＳ判定され、異常と判定される場合にはＮＯ判定される。

ここでは、安全センサ４０は安全コントローラ２０に対して誤接続されており、入力端子Ｓ１、Ｓ２の電圧レベルは図２の（ｂ）のパターンになるから、Ｓ３０ではＮＯ判定され、処理はＳ３５に移る。Ｓ３５では、ロックアウト出力が継続され、これにて一連の起動シーケンスは終了する。このように、安全センサ４０が誤接続されている場合には、ロックアウト出力が継続され、ラインは停止状態になる。

さて、ロックアウト出力を解消するには、オペレータは安全センサ４０の誤接続を正しい接続に直す必要がある。そして、安全コントローラ２０に対する安全センサ４０の結線を修正する修正作業が完了したら、後は、起動シーケンスを実行するべく、手動リセットスイッチＳＷを操作してやれば、以下、説明するようにロックアウト出力が自動的に解消される。

この場合、Ｓ１０にて手動リセット入力が認識されると、次にＳ２０の判定処理が実行されることとなる。この段階では、安全コントローラ２０の出力状態は依然としてロックアウト出力の状態にあるので、Ｓ２０ではＹＥＳ判定され、処理はＳ３０に移る。

Ｓ３０では、制御部３０により安全センサ４０の接続状態が再判定される。具体的には、中継用電源端子Ｖａの出力を一時的に停止させ、入力端子Ｓ１の電圧レベルと、入力端子Ｓ２の電圧レベルがチェックされる。ここでは、安全センサ４０は正しい接続に修正されているので、各入力端子Ｓ１、Ｓ２の電圧レベルは図２の（ａ）のパターンになる。そのため、Ｓ３０ではＹＥＳ判定され、処理はＳ４０に移る。

Ｓ４０では、制御部３０によりロックアウト出力を自動解除して安全コントローラ２０の出力を応答出力に切り替える処理が行われ、また、これと並行してメモリ３５の記憶内容もロックアウト出力から応答出力に書き換えられる（具体的には、フラグが書き換えられる）。これにて、一連の起動シーケンスは終了する。

そして、応答出力に切り変わった安全コントローラ２０は、安全センサ４０にて安全状態が確認できている場合（すなわち、光軸を横切る物体が検出されていない場合）には、制御対象となる機器に対して作動を許可する安全出力を行う。そして、安全センサ４０により安全が確認出来ない場合（光軸を横切る物体が検出された場合）には、制御対象となる機器に対して作動を禁止する出力を行う。

以上説明したように、本安全コントローラ２０では、手動リセット入力があれば、安全センサ４０の接続状態について異常の有無が再判定され、そこで異常なしと判定される場合には、制御部３０がロックアウト出力を自動解除する。そのため、ロックアウト出力を手間なく迅速に解除することができる。

また、参考までに説明しておくと、当初から安全センサ４０が正しく接続されているケースであれば、Ｓ２０の判定処理を行ったときに、ＮＯ判定される。この場合、処理はＳ２５に移行して、応答出力が行われる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

＜他の実施形態＞
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。

（１）上記実施形態では、安全センサ４０の一例に多光軸光電センサを例示したが、安全確保の目的に使用されるセンサ、例えば、漏液センサ、圧力センサなどにも適用することが可能であり、安全センサは本実施形態の例に限定されるものではない。また、コントローラの出力対象も工場のライン設備の他への適用が可能である。

（２）上記実施形態では、装置の異常の一例として、安全センサの出力ラインの誤接続を例示し、その有無を判定する構成を示した。装置の異常は、このような出力ラインの誤接続の他にも、安全コントローラ自体の異常（内部異常）を対象としてもよく、この場合であれば制御部にて回路の状態を自己診断することにより、内部異常の有無を判定すればよい。また、装置の異常をして複数（例えば、出力ラインの誤接続と、安全コントローラの内部異常の診断の双方）を判定してもよく、この場合、異常のカテゴリに応じて異なるエラー表示を行うと、ユーザが異常の種別を容易に特定できる。

２０…安全コントローラ
３０…制御部（本発明の「判定部」、「出力部」に相当する）
４０…安全センサ（本発明の「センサ」に相当する）
６０…表示部（本発明の「表示手段」に相当する）
ＴＲ１…出力用トランジスタ
ＴＲ２…出力用トランジスタ
Ｓ１…センサ用入力端子（本発明の「センサ用入力部」に相当する）
Ｓ２…センサ用入力端子（本発明の「センサ用入力部」に相当する）
ＳＷ…手動リセットスイッチ
Ｘ１…リセット用入力端子（本発明の「トリガー用入力部」に相当する）
Ｘ２…リセット用入力端子（本発明の「トリガー用入力部」に相当する）

Claims (3)

1. 制御対象の機器の安全状態を監視するセンサの出力ラインが接続されるセンサ用入力部と、
   トリガー入力を受け付けるトリガー用入力部と、
   前記センサの異常の有無を判定する判定部と、
   前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付けることを条件に、前記異常が無い場合には、前記センサの出力にて前記制御対象の機器の安全状態が確認できている場合に限り前記制御対象となる機器に対して作動を許可する出力を行い、安全が確認出来ない場合には前記制御対象の機器に対して作動を禁止する出力を行う一方、前記異常が有る場合には、制御対象の機器に対する作動を許可する出力を遮断する出力部と、を備えた安全コントローラであって、
   前記判定部は、前記作動を許可する出力の遮断中に前記トリガー入力があった場合には、前記異常の有無を再判定すると共に、
   前記出力部は、前記再判定にて異常ありと判定される場合は、前記作動を許可する出力の遮断を継続し、前記再判定にて異常なしと判定される場合には、前記作動を許可する出力の遮断を自動解除して、前記制御対象の機器に対して前記センサの出力に応答した応答出力を行うことを特徴とする安全コントローラ。
2. 前記判定部にて異常が検出されることを条件に、異常が検出されたことを表示する表示手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の安全コントローラ。
3. 制御対象の機器に対して前記作動を許可する出力を遮断しているか否かを記憶するメモリと、
   前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付けることを条件に、前記メモリに参照して、前記作動を許可する出力を遮断しているか否かを判定する出力判定部と、を有し、
   前記判定部は、前記トリガー用入力部が前記トリガー入力を受け付け、かつ出力判定部にて出力が遮断されていると判断された場合に、前記異常の有無を再判定する請求項１又は請求項２に記載の安全コントローラ。

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