JP6629474B1 - 信号切替装置 - Google Patents

Abstract

【課題】信号切り替え時に断線が発生したと誤検出してしまうことを防止することのできる信号切替装置を得る。【解決手段】信号切替装置は、外部からの切替信号に基づいて、２台のコントローラ（５１、５２）のそれぞれからの入力信号のうち、いずれか一方を選択し、選択した一方の入力信号をプロセスに出力する第１の信号切替デバイス（２）と、切替信号に基づいて、２台のコントローラのそれぞれからの入力信号のうち、第１の信号切替デバイスによって選択されなかった他方の入力信号に関して、開回路とならないように折返し回路を形成する第２の信号切替デバイス（３）とを備える。【選択図】図１

Description

この発明は、信号切替に伴う断線箇所を誤検出してしまうことを防止する信号切替装置に関するものである。

信号切替装置は、コントローラ更新工事の際に使用され、１つの信号を２方向へ同時出力する、あるいは２つの信号を任意の１方向へ出力することを、ハードウェア的に実現する。このような機能を備えた信号切替装置を用いることで、従来、信号切替のために必要であったシーケンサおよびこれに搭載する専用プログラムを不要とし、更新工事のコスト低減、および更新作業の高効率化を図ることができる（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−１１５８０５号公報

近年、このような機能は、コントローラ更新工事への適用のみならず、コントローラ入出力部の二重化構成時における信号切替装置としての適用も要求されている。特に、システムの信頼性を重視する近年のコントローラでは、入出力部を二重化構成とした上で、さらに入出力部からプロセスまでの信号伝達経路の断線検出機能が付加されたものが、商品化されている。

このようなコントローラに対して、従来の信号切替装置を適用した場合を考える。例えば、デジタル出力用信号切替装置において、２台のコントローラから出力されるデジタル信号のうち、１出力を選択してプロセスへ出力する場合を考える。

この場合、選択されていない側の１出力の信号ラインは、デジタル出力用信号切替装置内部で開回路となる。このため、断線検出機能付のコントローラでは、信号切り替え時に正常な状態として発生する、この開回路の状態を、断線が発生したものと判断し、断線異常を誤検出してしまう問題が発生する。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、信号切り替え時に断線が発生したと誤検出してしまうことを防止することのできる信号切替装置を得ることを目的とする。

本発明に係る信号切替装置は、外部からの切替信号に基づいて、２台のコントローラのそれぞれからの入力信号のうち、いずれか一方を選択し、選択した一方の入力信号をプロセスに出力する第１の信号切替デバイスと、切替信号に基づいて、２台のコントローラのそれぞれからの入力信号のうち、第１の信号切替デバイスによって選択されなかった他方の入力信号に関して、開回路とならないように折返し回路を形成する第２の信号切替デバイスとを備えるものである。

本発明によれば、信号切り替え時に、選択されていない側の回路が開回路となってしまうことを防止する構成を備えている。この結果、信号切り替え時に断線が発生したと誤検出してしまうことを防止することのできる信号切替装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。 本発明の先の実施の形態１〜３において、切替信号出力装置からの信号入力をＤＯ信号切替デバイス２の駆動用信号とする場合を示す外観構造図である。 本発明の実施の形態４において、手動操作が可能なコネクタ付スイッチからの信号入力をＤＯ信号切替デバイスの駆動用信号とする場合を示す外観構造図である。 従来の信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。 従来の信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。

以下、本発明の信号切替装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
本発明の構成を説明する前に、断線異常を誤検出してしまう問題が発生する、従来の信号切替装置の構成について、図６、図７を用いて説明する。図６および図７は、従来の信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。図６および図７では、デジタル出力用信号の１点あたりの回路図が示されている。

図６において、従来のデジタル出力信号用切替装置１００は、内部にＤＯ信号切替デバイス２を備えている。また、デジタル出力信号用切替装置１００の外部には、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１と、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２と、切替信号出力装置５３と、プロセス５４とが接続されている。

なお、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号は、デジタル出力信号用切替装置１００への一方の入力信号として、ＤＯ信号切替デバイス２のｂ接点に接続されている。一方、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号は、デジタル出力信号用切替装置１００への他方の入力信号として、ＤＯ信号切替デバイス２のａ接点に接続されている。

この状態において、切替信号出力装置５３の切替信号がＯＦＦの場合には、ＤＯ信号切替デバイス２のｂ接点がＯＮ状態、ａ接点がＯＦＦ状態となっている。このような状態では、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号が選択され、プロセス５４に出力されることとなり、図６中の破線Ｌ１で示すループが形成される。

一方、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号ラインは、ａ接点がＯＦＦ状態であるため、プロセス５４への信号ラインは、開回路となる。この状態が図７に示されている。図７中の破線Ｌ２が、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号のループである。しかしながら、現在、ＤＯ信号切替デバイス２のａ接点がＯＦＦ状態であるため、図７中の×印部で、プロセス５４へのＤＯ信号ラインは開回路となっている。

このような開回路の状態が発生すると、断線検出機能を有したコントローラは、この開回路の状態を「断線発生」として誤検出してしまうこととなる。そこで、このような誤検出を防止することのできる構成を備えた本実施の形態１に係る信号切替装置について、図面を用いて以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態１に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。図１では、デジタル出力用信号の１点あたりの回路図が示されている。

図１において、本実施の形態１に係るデジタル出力信号用切替装置１は、内部に、ＤＯ信号切替デバイス２と、折返し用信号切替デバイス３と、抵抗器４とを備えている。ここで、ＤＯ信号切替デバイス２は、外部からの切替信号に基づいて切替動作を行う第１の信号切替デバイスに相当する。また、折返し用信号切替デバイス３は、外部からの切替信号に基づいて切替動作を行う第２の信号切替デバイスに相当する。

また、デジタル出力信号用切替装置１の外部には、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１と、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２と、切替信号出力装置５３と、プロセス５４とが接続されている。

従って、本実施の形態１に係るデジタル出力信号用切替装置１は、切替信号出力装置５３からの切替信号に基づいて、２台のコントローラ（Ａ）、（Ｂ）のそれぞれからの入力信号のうち、いずれか一方を選択し、選択した一方の入力信号をプロセス５４に出力する。

先の図６および図７に示した従来の信号切替装置と比較すると、図１に示した本実施の形態１に係る信号切替装置は、折返し用信号切替デバイス３および抵抗器４をさらに備えている点が異なっている。

なお、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号は、デジタル出力信号用切替装置１への一方の入力信号として、ＤＯ信号切替デバイス２のｂ接点と、折返し用信号切替デバイス３のａ接点とに接続されている。一方、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号は、デジタル出力信号用切替装置１への他方の入力信号として、ＤＯ信号切替デバイス２のａ接点と、折返し用信号切替デバイス３のｂ接点とに接続されている。

次に、図１に示した本実施の形態１に係る信号切替装置１の動作について説明する。切替信号出力装置５３の切替信号がＯＦＦの場合、ＤＯ信号切替デバイス２のｂ接点がＯＮ状態となっており、ａ接点がＯＦＦ状態となっている。このような状態では、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号が選択され、プロセス５４に出力されることとなる。

一方、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号ラインは、ａ接点がＯＦＦ状態であるため、プロセス５４へは出力されないこととなる。ここまでの動作は、先の図６および図７で示した従来技術と同様である。

しかしながら、本実施の形態１では、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号は、折返し用信号切替デバイス３のｂ接点に接続されている。このため、切替信号出力装置５３の切替信号がＯＦＦの場合、抵抗器４を介して、破線Ｌ３に示すループが形成される。

これにより、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からの出力ラインは、開回路ではなくなり、断線検出機能を有したコントローラを接続した場合にも、信号切替動作時に断線検出されることはなく、断線発生として誤検出してしまうことが無くなる。このとき、抵抗器４には、コントローラの断線検出機能に必要な最小電流を確保できる任意の値を設定すればよい。

なお、以上の説明では、切替信号出力装置５３の切替信号がＯＦＦであり、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号が選択された場合について説明した。しかしながら、切替信号出力装置５３の切替信号がＯＮであり、コントローラ（Ｂ）のＤＯカード５２からのＤＯ信号が選択された場合についても、同様であり、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１からのＤＯ信号は、開回路とはならない。従って、この場合にも、切替動作時に断線検出されることはないため、断線発生として誤検出してしまうことが無い。

また、図１は、回路構成を示す例に過ぎず、同等の効果を得られるのであれば、各接点、リレー、電源等は、これに代わる部材を使用することも可能である。

さらに、説明を簡略化するために、図１では１回路のみの記載としたが、用途にあわせ、回路数を増やすことで、システムにあった仕様とすることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、コントローラの断線検出機能に対応したデジタル出力信号用切替装置として、切替動作時に断線が発生したと誤検出してしまうことを防止する回路構成を備える場合について説明した。しかしながら、このような回路構成は、断線検出機能を持たないコントローラに対しては、不要の回路構成となる。

そこで、本実施の形態２では、ＤＯ信号切替デバイス２のみを備える第１部分と、折返し用信号切替デバイス３および抵抗器４を備える第２部分に分離できる回路構成を備えた信号切替装置について説明する。このような回路構成を備えた本実施の形態２に係る信号切替装置は、コントローラの断線検出機能の有無にあわせて、第１部分と第２部分とを組み合せるか、あるいは第２部分を取り外して第１部分のみとするか、のいずれかを選択できる構造を実現できる。

図２は、本発明の実施の形態２に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。図２では、デジタル出力用信号の１点あたりの回路図が示されている。図２において、デジタル出力信号用切替装置１は、第１部分に相当する信号切替部１１と、第２部分に相当する信号折返し部２１とに分離された構造を有している。

ここで、信号切替部１１には、内部にＤＯ信号切替デバイス２とともに、コネクタ１２が搭載されている。一方、信号折返し部２１には、折返し用信号切替デバイス３および抵抗器４とともに、コネクタ２２が搭載されている。

デジタル出力信号用切替装置１の外部に接続されている、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１、コントローラ（Ｂ）ＤＯカード５２、切替信号出力装置５３、およびプロセス５４のそれぞれの接続方法は、先の実施の形態１と同様である。

信号切替部１１と信号折返し部２１とは、コネクタ１２およびコネクタ２２により、相互の組み合せ、または個々の取り外しが可能な構造となっている。信号切替部１１と信号折返し部２１とを組み合わせた場合には、コントローラの断線検出機能に対応したデジタル出力信号用切替装置として使用できる。

一方、信号折返し部２１を取り外して信号切替部１１のみの構成とした場合には、断線検出機能の無いコントローラに対応したデジタル出力信号用切替装置として使用できる。このような分離可能な構造を備えることで、接続されるコントローラの仕様に応じて、不要な機能構成を物理的に削減することができる。この結果、コストダウンを図ることが可能となる。

なお、本実施の形態２に係る信号切替装置の回路動作は、先の実施の形態１と同様のため、説明は割愛する。また、コネクタ１２およびコネクタ２２は、信号の受け渡しができるものであれば、形状は問わない。

実施の形態３．
先の実施の形態２では、信号切替部１１と信号折返し部２１との信号の受け渡しを、コネクタ１２およびコネクタ２２を介して行う構成について説明した。このようなコネクタ構成を採用することで、断線検出機能の無いコントローラに対して実施の形態２に係る信号切替装置を使用する場合には、信号折返し部２１を物理的に取り外すことができ、部材数を削減しコストダウンを図ることができた。

これに対し、本実施の形態３では、コネクタ構成の代わりに、リレー接点等で信号の受け渡しの有無を制御する構成を採用する場合について説明する。図３は、本発明の実施の形態３に係る信号切替装置の一例である、デジタル出力信号用切替装置の内部ブロック図である。図３では、デジタル出力用信号の１点あたりの回路図が示されている。

図３に示した本実施の形態３に係るデジタル出力信号用切替装置１は、信号切替部１１および信号折返し部２１の両方の機能が搭載された断線誤検出防止機能付信号切替部３１を備えて構成されている。また、断線誤検出防止機能付信号切替部３１には、リレー３２を有する折返し設定用回路３３、および断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４がさらに搭載されている。

なお、リレー３２を有する折返し設定用回路３３、および断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４は、先の実施の形態２におけるコネクタ１２およびコネクタ２２に代わる構成である。すなわち、リレー３２を有する折返し設定用回路３３、および断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４は、信号切替部１１と信号折返し部２１との組み合わせまたは分離を行うための構成である。

ここで、折返し設定用回路３３は、リレー３２の動作により接続状態と非接続状態とが切替可能なリレー回路に相当する。また、断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４は、リレー３２をオン状態またはオフ状態に切替可能な選択スイッチ入力を生成するスイッチに相当する。従って、図３に示す回路構成は、選択スイッチ入力に応じて、ＤＯ信号切替デバイス２と折返し用信号切替デバイス３とを、接続状態または非接続状態のいずれか一方に選択可能な構造となっている。

デジタル出力信号用切替装置１の外部に接続されている、コントローラ（Ａ）のＤＯカード５１、コントローラ（Ｂ）ＤＯカード５２、切替信号出力装置５３、およびプロセス５４のそれぞれの接続方法は、先の実施の形態１、２のそれぞれと同様である。

次に、図３に示した本実施の形態３に係る信号切替装置１の動作について説明する。本実施の形態３に係る信号切替装置１を断線検出機能の無いコントローラに対するデジタル出力信号用切替装置として使用する場合には、断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４をＯＦＦとする。これにより、リレー３２がＯＦＦ状態になり、折返し設定用回路３３の接点は、すべてＯＦＦ状態となる。このため、信号切替部１１と信号折返し部２１とは、電気的に切り離された状態となり、断線誤検出防止機能は無効となる。

一方、本実施の形態３に係る信号切替装置１を、断線検出機能を有したコントローラに対してデジタル出力信号用切替装置として使用する場合には、断線誤検出防止機能有無選択スイッチ３４をＯＮとする。これにより、リレー３２がＯＮ状態になり、折返し設定用回路３３の接点は、すべてＯＮ状態となる。このため、信号切替部１１と信号折返し部２１とは、電気的に接続された状態となり、断線誤検出防止機能は有効となる。

このように、図３に示す構成を備えることで、信号切替部１１に対して信号折返し部２１を物理的に着脱可能な構造にしなくても、スイッチ操作のみで、信号切替部１１に対して信号折返し部２１を電気的に接続状態とする、あるいは非接続状態とすることができる。この結果、コントローラの断線検出機能の有無に関わらず、１種類の信号切替装置で対応可能となり、製造コストの削減、および製品管理上の経費の削減を図ることができる。

また、断線検出機能の無いコントローラから、断線検出機能付のコントローラへ更新する場合、あるいはその逆の場合に、本実施の形態３に係る信号切替装置１は、スイッチ操作のみで両方のコントローラに即座に対応することが可能となる。このため、更新作業の効率化を図ることができる。

なお、本実施の形態３では、折返し設定用回路３３としてリレー３２を使用する場合について説明した。しかしながら、リレー３２に代わりに、半導体リレー、あるいはその他の部品でも、同様のスイッチ機能を有し、信号のＯＮ／ＯＦＦ制御ができるものであれば、同様の機能を実現することができる。

また、説明を簡略化するために、図３では１回路のみの記載としたが、用途にあわせ、回路数を増やすことで、システムにあった仕様とすることができる。すなわち、複数回路のそれぞれに対応して、同様に折返し設定用回路３３を設置してもよく、さらには複数回路を一括で制御するように応用してもよい。

実施の形態４．
先の実施の形態１〜３では、ＤＯ信号切替デバイス２の駆動用信号として、切替信号出力装置５３からの信号を入力する場合について説明した。これに対して、本実施の形態４では、任意のタイミングで手動操作可能なスイッチ接点を用いて、ＤＯ信号切替デバイス２の駆動用信号を入力できる構成について説明する。

信号切替装置１は、コントローラ更新工事で使用する場合とコントローラ入出力部の二重化システム構成で使用する場合とでは、構造面および操作面においても異なる部分がある。

信号切替装置１をコントローラ更新工事で使用する場合には、作業員が任意のタイミングで信号を切り替える必要がある。このため、装置本体にスイッチを搭載し、手動での切り替え操作を可能とすることが要求される。

これに対し、信号切替装置をコントローラ入出力部の二重化システム構成で使用する場合には、装置本体に切替信号入力用コネクタを搭載し、コントローラあるいはその他の装置からの切替信号入力により、システム異常検出時に自動で信号切り替えを可能とする必要がある。

従来は、用途に応じ、それぞれ異なる構造の信号切替装置１を用意しなければならず、製品ラインアップの増加に伴う部材の増加により、コストアップに繋がる問題があった。そこで、本実施の形態４では、このような問題の対処策について説明する。

図４は、本発明の先の実施の形態１〜３において、切替信号出力装置５３からの信号入力をＤＯ信号切替デバイス２の駆動用信号とする場合を示す外観構造図である。図４において、デジタル出力信号用切替装置１の前面部には、切替信号入力用コネクタ（レセプタクル側）４０が搭載されている。切替信号出力装置５３からの切替信号は、切替信号入力用コネクタ（プラグ側）４１を介して、切替信号入力用コネクタ（レセプタクル側）４０に接続される。

一方、図５は、本発明の実施の形態４において、手動操作が可能なコネクタ付スイッチ４２からの信号入力をＤＯ信号切替デバイス２の駆動用信号とする場合を示す外観構造図である。図５において、コネクタ付スイッチ４２は、切替信号入力用コネクタ（プラグ側）４１に、手動スイッチ４３を搭載した構成を有している。

図４および図５に示したように、外部からの切替信号を取り込むために、切替信号入力用コネクタ（レセプタクル側）４０を用いたコネクタ構造を採用することにより、デジタル出力信号用切替装置１の構造は変えずに、切替信号出力装置５３による自動切り替えと、コネクタ付スイッチ４２の操作による手動切り替えとが可能となる。このため、信号切替装置１としては、同一仕様のものが使用でき、用途別に異なる製品を用意する必要がなくなる。

なお、コネクタ付スイッチ４２は、トグルスイッチを示す図５の記載を用いて説明したが、異なる構造のスイッチでも、同様の効果を得ることができる。また、切替信号入力用コネクタ（プラグ側）４１と、手動スイッチ４３との一体型構造を示した図５は、一例に過ぎず、コネクタ付スイッチ４２は、このような一体型構造とは異なる構造としてもよい。

さらに、実施の形態４におけるコネクタ付スイッチ４２の接続は、デジタル出力信号用切替装置１に対して接続した場合を説明した。しかしながら、これに限らず、コネクタ付スイッチ４２は、外部から切替信号を入力する必要のあるデジタル入力、アナログ出力、アナログ入力、あるいはその他の信号切り替えを主な目的とする装置にも、適用できるものである。

１ デジタル出力信号用切替装置（信号切替装置）、２ ＤＯ信号切替デバイス（第１の信号切替デバイス）、３ 折返し用信号切替デバイス（第２の信号切替デバイス）、４ 抵抗器、１１ 信号切替部、１２ コネクタ、２１ 信号折返し部、２２ コネクタ、３１ 断線誤検出防止機能付信号切替部、３２ リレー、３３ 折返し設定用回路、３４ 断線誤検出防止機能有無選択スイッチ、４０ 切替信号入力用コネクタ（レセプタクル側）、４１ 切替信号入力用コネクタ（プラグ側）、４２ コネクタ付スイッチ、４３ 手動スイッチ。

Claims (4)

1. 外部からの切替信号に基づいて、２台のコントローラのそれぞれからの入力信号のうち、いずれか一方を選択し、選択した一方の入力信号をプロセスに出力する第１の信号切替デバイスと、
   前記切替信号に基づいて、前記２台のコントローラのそれぞれからの前記入力信号のうち、前記第１の信号切替デバイスによって選択されなかった他方の入力信号に関して、開回路とならないように折返し回路を形成する第２の信号切替デバイスと
   を備える信号切替装置。
2. 前記第２の信号切替デバイスは、前記第１の信号切替デバイスに対して、コネクタを介して接続されており、前記２台のコントローラの仕様に応じて着脱可能な構造を有する
   請求項１に記載の信号切替装置。
3. 前記第２の信号切替デバイスは、前記第１の信号切替デバイスに対して、選択スイッチ入力に応じて接続状態と非接続状態とが切替可能なリレー回路を介して接続されており、前記２台のコントローラの仕様に応じて前記第１の信号切替デバイスに対して前記接続状態または前記非接続状態のいずれか一方を選択可能な構造を有する
   請求項１に記載の信号切替装置。
4. 前記外部からの切替信号を取り込むためのコネクタ構造をさらに備える
   請求項１から３のいずれか１項に記載の信号切替装置。

Images