JP7459469B2 - 産業用制御装置の出力モジュール - Google Patents

Description

本発明は、電源電圧が与えられる電源端子と外部の負荷に接続される出力端子との間を開閉する出力回路を備えた産業用制御装置の出力モジュールに関する。

例えばプログラマブルロジックコントローラなどの産業用制御装置では、その産業用制御装置の動作全般を制御するＣＰＵモジュールから与えられる指令に基づいて所定の出力制御を行う出力モジュールが設けられている（例えば特許文献１参照）。なお、本明細書では、プログラマブルロジックコントローラのことをＰＬＣと省略することがある。

上記出力制御としては、外部に接続される負荷に対する動力の供給の制御を挙げることができる。このような出力制御を行う出力モジュールは、電源電圧が与えられる電源端子と外部の負荷に接続される出力端子との間を開閉する出力回路を備えている。そして、その出力回路としては、出力制御の多重化を図るため、電源端子と出力端子の間に直列接続され且つ互いに同様にオンオフされる２つのスイッチ（例えばＦＥＴなど）を備えた構成が採用されることが一般的である。

特開２０１９－２０８２２号公報

ＰＬＣの出力モジュールでは、機能安全の観点から、出力回路が負荷に対する動力を遮断するための能力、つまり出力回路をオフするための能力が適切に機能しているかどうかを定期的に検証するといった自己診断の機能が必要となる。そして、上記構成の出力モジュールでは、２つのスイッチが独立してオフできること、言い換えると、２つのスイッチのそれぞれに短絡故障が生じていないこと、を検証しなければならない。そこで、従来では、２つのスイッチのそれぞれを独立して順番にオフすることで上記した診断が行われていた。以下、このような診断の手法を従来技術と称する。

従来技術では、２つのスイッチを独立して順番にオフする必要があることから、診断に要する時間（診断期間）が比較的長い時間となる。そして、このような診断期間には、２つのスイッチのいずれかがオフされることから、負荷に対する動力の供給が遮断されることになる。このようなことから、従来技術では、診断のために負荷に対する動力の供給が遮断される期間が比較的長い時間となる。このような診断を負荷に対する動力の供給を実行する通常時に行うことを想定した場合、負荷としては、診断のために動力が所定時間だけ遮断されたとしても、その動作に影響を及ぼさないような仕様のもの、具体的には、動力の遮断に対する応答性の低い（反応速度が遅い）ものを使用する必要が生じる。

しかしながら、このような動力の遮断に対する応答性の低い負荷を用いると次のような別の問題が生じるおそれがある。すなわち、負荷（例えばソレノイドなど）により動作が制御される装置（例えばモータなど）を非常停止させる場合、出力モジュールから負荷に対する動力の供給が遮断されると、速やかに装置の動作が停止することが望ましい。しかし、動力の遮断に対する応答性の低い負荷では、出力モジュールからの動力の供給が遮断されても、装置の動作を停止させるまでに時間を要してしまい、非常停止の実施が遅れるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、出力回路の診断に要する時間を短く抑えることができる産業用制御装置の出力モジュールを提供することにある。

請求項１に記載の産業用制御装置の出力モジュールは、電源電圧が与えられる電源端子と外部の負荷に接続される出力端子との間を開閉する出力回路と、出力回路の動作を制御する制御部と、を備える。出力回路は、電源端子および出力端子の間に直列接続され且つ互いに同様にオンオフされる複数のスイッチと、電源端子および出力端子の間の電圧を分圧した分圧電圧を出力する分圧回路と、を備える。制御部は、複数のスイッチのオンオフを制御する開閉制御部と、分圧電圧に基づいてスイッチの短絡故障を診断する診断部と、を備える。

分圧回路は、電流が流れることでその端子間に電圧が生じる複数の電圧発生部が直列接続された構成である。複数の電圧発生部は、スイッチのそれぞれに並列接続されている。このような構成の分圧回路から出力される分圧電圧は、複数のスイッチのオンオフ状態に応じて変化する。具体的には、分圧電圧は、複数のスイッチのうち電源端子側に設けられたスイッチがオンするとともに他のスイッチがオフする期間には電源電圧に近い電圧となる。また、分圧電圧は、複数のスイッチのうち出力端子側に設けられたスイッチがオンするとともに他のスイッチがオフする期間には０Ｖに近い電圧となる。また、分圧電圧は、複数のスイッチの全てがオフする期間には電源電圧と０Ｖの間の電圧（中間電位）となる。

そのため、複数のスイッチの全てに短絡故障が生じていない正常時には、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御される期間において分圧回路から出力される分圧電圧は上述した中間電位となる。これに対し、複数のスイッチの少なくとも１つに短絡故障が生じているときには、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御される期間において分圧回路から出力される分圧電圧は、短絡故障が生じているスイッチがオンしているときと同様の状態となることから、上述した中間電位とは異なる電圧（電源電圧に近い電圧または０Ｖに近い電圧）となる。

このような点を踏まえ、診断部は、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御される期間における分圧電圧が、複数のスイッチの全てが正常にオフしているときの分圧電圧の値（中間電位）に基づいて設定された正常電圧の範囲内である場合にはスイッチに短絡故障が生じていないと診断する。また、診断部は、上記期間における分圧電圧が正常電圧の範囲外である場合にはスイッチに短絡故障が生じていると診断する。このような構成によれば、スイッチの短絡故障を診断する際、従来技術のように複数のスイッチを独立して順番にオフする必要はなく、複数のスイッチの全てを同じタイミングでオフすればよいことになる。したがって、上記構成によれば、出力回路の診断に要する時間を短く抑えることができる。

上記構成によれば、従来技術に比べて出力回路の診断に要する時間が短く抑えられるため、スイッチの短絡故障の診断を負荷に対する動力（電源電圧）の供給を実行する通常時に行うことを想定した場合、従来技術に比べ、動力の遮断に対する応答性の高い（反応速度が速い）負荷を使用することが可能となる。そのため、上記構成によれば、負荷により動作が制御される装置を非常停止させる際、出力モジュールから負荷に対する動力の供給が遮断されると速やかに装置の動作を停止させることができるため、安全性を良好なものとすることができる。

上記構成によれば、スイッチの短絡故障の診断を負荷に対する動力（電源電圧）の供給を停止する停止時に行うことを想定した場合にも、通常時と同様に診断を行うことができる。ただし、停止時、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御されていることから電源端子からスイッチを介して負荷に対して電流が供給されることはないものの、分圧回路の電圧発生部を介して負荷に対して電流が供給されることになる。電圧発生部を通じて流れる電流が、負荷が動作可能となるような大きさの電流になると、停止時にもかかわらず負荷が誤って動作するおそれがある。

そこで、請求項２に記載の産業用制御装置の出力モジュールにおいて、分圧回路は、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御される期間に電圧発生部を通じて流れる電流が、予め規定されたオフ電流以下となるように構成されている。オフ電流は、負荷が動作可能となる電流の下限値未満の電流として規定すればよい。このような構成によれば、停止時、電圧発生部を通じて流れる電流の影響により負荷が誤って動作することはなく、負荷を非動作状態に確実に維持することができる。

請求項３に記載の産業用制御装置の出力モジュールにおいて、分圧回路は、さらに、一方の端子が出力端子に接続される電圧発生部に対して出力端子側をアノードとして並列接続されたダイオードを備える。このような構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、上記構成の出力モジュールでは、出力端子が電源電圧などが供給される個所に短絡する、いわゆる天絡が生じると、スイッチのオンオフ状態にかかわらず負荷に対して動力が供給されたままとなり、そのような状態を出力モジュール側では解消することができなくなる。

そのため、出力モジュールでは、このような天絡の発生については確実に検出して、その旨をＣＰＵモジュールなどに伝達する必要がある。上記構成では、分圧回路に上述したようなダイオードが設けられていることから、出力端子が天絡すると、開閉制御部により複数のスイッチの全てがオフするように制御されたとしても、ダイオードが並列接続された電圧発生部に対応する分圧電圧が電源電圧などと同様の電圧となる。したがって、診断部は、このような分圧電圧に基づいて、出力端子の天絡についても検出することができる。

請求項１に記載の産業用制御装置の出力モジュールは、さらに、分圧電圧の値を検出する電圧検出部を備える。この場合、診断部は、電圧検出部により検出された分圧電圧の検出値が正常電圧の範囲の上限値を超える場合、その分圧電圧の出力ノードに接続される２つのスイッチのうち電源端子側のスイッチが短絡故障していると診断し、分圧電圧の検出値が正常電圧の範囲の下限値未満である場合、出力端子側のスイッチが短絡故障していると診断する。このような構成によれば、複数のスイッチの短絡故障を検出するだけでなく、どのスイッチに短絡故障が生じているのかを精度良く特定することができる。

第１実施形態に係るＰＬＣの構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る診断のために用いられる閾値を説明するための図 第１実施形態に係る正常時における診断を説明するためのタイミングチャート 第１実施形態に係る上流側短絡故障発生時における診断を説明するためのタイミングチャート 第１実施形態に係る下流側短絡故障発生時における診断を説明するためのタイミングチャート 比較例に係る出力モジュールの構成を模式的に示す図 比較例に係る診断シーケンスを説明するためのタイミングチャート 比較例に係る下流側のスイッチが短絡故障した状態の出力モジュールの構成を模式的に示す図 比較例に係る下流側のスイッチが短絡故障する前後における診断電圧の変化を説明するためのタイミングチャート 第１実施形態に係る下流側のスイッチが短絡故障した状態の出力モジュールの構成を模式的に示す図 第１実施形態に係る下流側のスイッチが短絡故障する前後における診断電圧の変化を説明するためのタイミングチャート 第２実施形態に係るＰＬＣの構成を模式的に示す図 第３実施形態に係るＰＬＣの構成を模式的に示す図 第４実施形態に係るＰＬＣの構成を模式的に示す図 第５実施形態に係るＰＬＣの構成を模式的に示す図 第５実施形態に係る診断のために用いられる閾値を説明するための図

以下、複数の実施形態について図面を参照して説明する。なお、各実施形態において実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
（第１実施形態）
以下、第１実施形態について図１～図１１を参照して説明する。

図１に示すように、産業用制御装置であるＰＬＣ１は、その動作全般を制御するＣＰＵモジュール２、出力モジュール３、図示しない入力モジュールなどを備えている。ＰＬＣ１は、例えば産業用のロボットなどに設けられたモータＭの動作を制御する。ＣＰＵモジュール２および出力モジュール３を含めたＰＬＣ１を構成する各モジュールは、バス通信ラインを介して、それぞれの間で通信可能に構成されている。

出力モジュール３は、ＣＰＵモジュール２から与えられる指令に基づいて負荷であるソレノイド４に対する動力、より具体的には電源電圧Ｖａの供給を制御する。ソレノイド４は、後述する出力端子Ｐ２とグランド（０Ｖ）との間に接続されたコイル４ａと、コイル４ａに通電されることで閉じられる接点４ｂと、を備えている。接点４ｂは、モータＭに対する給電経路を開閉するように設けられている。

出力モジュール３は、例えば＋２４Ｖの電源電圧Ｖａが与えられる電源端子Ｐ１、外部のソレノイド４に接続される出力端子Ｐ２、出力回路５および制御部６を備えるデジタル出力モジュールである。出力回路５は、電源端子Ｐ１と出力端子Ｐ２との間を開閉するものであり、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬおよび分圧回路７を備えている。スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、電源端子Ｐ１および出力端子Ｐ２の間に直列接続されている。本実施形態では、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体スイッチング素子である。なお、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、例えば機械式のリレーなどであってもよい。

スイッチＳＷＨは、制御部６から与えられる２値の制御信号ＳＨに従ってオンオフされる。具体的には、スイッチＳＷＨは、制御信号ＳＨがハイレベルのときにオンされるとともにロウレベルのときにオフされる。スイッチＳＷＬは、制御部６から与えられる制御信号ＳＬに従ってオンオフされる。具体的には、スイッチＳＷＬは、制御信号ＳＬがハイレベルのときにオンされるとともにロウレベルのときにオフされる。この場合、制御信号ＳＨ、ＳＬは同様の信号となっており、これによりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、互いに同様にオンオフされる。

分圧回路７は、電源端子Ｐ１および出力端子Ｐ２の間の電圧を分圧したアナログ電圧である分圧電圧を出力する。分圧回路７は、電流制限回路８および抵抗９が直列接続された構成となっている。電流制限回路８は、一定の電流を出力する定電流源であり、電源端子Ｐ１とスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの相互接続ノードであるノードＮ１との間に接続されている。つまり、電流制限回路８は、スイッチＳＷＨに並列接続されている。

なお、ノードＮ１は、分圧回路７による分圧電圧の出力ノードでもある。以下の説明では、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのうち、ノードＮ１より電源端子Ｐ１側に設けられたスイッチＳＷＨのことを上流側のスイッチＳＷＨと称するとともに、ノードＮ１より出力端子Ｐ２側に設けられたスイッチＳＷＬのことを下流側のスイッチＳＷＬとも称する。

抵抗９は、ノードＮ１と出力端子Ｐ２との間に接続されている。つまり、抵抗９は、スイッチＳＷＬに並列接続されている。このように、電流制限回路８および抵抗９は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのそれぞれに並列接続され且つ電流が流れることでその端子間に電圧が生じる複数の電圧発生部として機能する。分圧回路７のノードＮ１より出力される分圧電圧は、出力回路５の故障診断のためのリードバック信号として機能する診断電圧Ｖｂとなり、制御部６に与えられる。

制御部６は、出力回路５の動作を制御するものであり、マイクロコンピュータ１１、１２を備えている。なお、本明細書では、マイクロコンピュータのことをマイコンと省略することがある。この場合、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬのそれぞれに対応するように２つのマイコン１１、１２が設けられている。つまり、この場合、機能安全の観点から、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、２つのマイコン１１、１２により独立して制御されるようになっている。

マイコン１１は、開閉制御部１３、電圧検出部１４および診断部１５を備えている。開閉制御部１３および診断部１５は、マイコン１１のＣＰＵがＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムを実行してコンピュータプログラムに対応する処理を実行することにより実現されている、つまりソフトウェアにより実現されている。なお、開閉制御部１３および診断部１５は、ハードウェア、または、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現することもできる。

開閉制御部１３は、スイッチＳＷＨのオンオフを制御するものであり、前述した制御信号ＳＨを生成する。電圧検出部１４は、診断電圧Ｖｂの値を検出するものであり、例えばマイコン１１に内蔵されるＡ／Ｄ変換器などにより構成されている。なお、電圧検出部１４は、例えばマイコン１１の外部に設けられるＡ／Ｄ変換器を用いて構成することもできる。診断部１５は、診断電圧Ｖｂに基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。

マイコン１２は、開閉制御部１６、電圧検出部１７および診断部１８を備えている。開閉制御部１６および診断部１８は、マイコン１２のＣＰＵがＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムを実行してコンピュータプログラムに対応する処理を実行することにより実現されている、つまりソフトウェアにより実現されている。なお、開閉制御部１６および診断部１８は、ハードウェア、または、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現することもできる。

開閉制御部１６は、スイッチＳＷＬのオンオフを制御するものであり、前述した制御信号ＳＬを生成する。電圧検出部１７は、診断電圧Ｖｂの値を検出するものであり、例えばマイコン１２に内蔵されるＡ／Ｄ変換器などにより構成されている。なお、電圧検出部１７は、例えばマイコン１２の外部に設けられるＡ／Ｄ変換器を用いて構成することもできる。診断部１８は、診断電圧Ｖｂに基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。

マイコン１１が備える電圧検出部１４および診断部１５と、マイコン１２が備える電圧検出部１７および診断部１８とは、同様の機能を有するものであるが、この場合、冗長性を持たせるために、同様の機能を有する各構成が２組設けられている。以下の説明では、電圧検出部１４および診断部１５を例に、これらの動作などを説明するが、電圧検出部１７および診断部１８についても同様の動作などを行うようになっている。

本実施形態では、診断部１５は、開閉制御部１３、１６により２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの全てがオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂが正常電圧の範囲内である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断する。正常電圧は、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの全てが正常にオフしているときの診断電圧Ｖｂ（分圧電圧）の値に基づいて予め設定されている。また、診断部１５は、上記期間における診断電圧Ｖｂが正常電圧の範囲外である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＬに短絡故障が生じていると診断する。

この場合、スイッチＳＷＨの短絡故障には、スイッチＳＷＨ自体の故障だけでなく、そのオンオフを制御するための制御信号ＳＨの供給ラインがハイレベルに対応する電圧線などに短絡するような固着故障も含まれている。また、この場合、スイッチＳＷＬの短絡故障には、スイッチＳＷＬ自体の故障だけでなく、そのオンオフを制御するための制御信号ＳＬの供給ラインがハイレベルに対応する電圧線などに短絡するような固着故障も含まれている。

続いて、診断部１５によるスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断の具体的な手法について説明する。上記構成では、「電源端子Ｐ１→電流制限回路８→抵抗９→出力端子Ｐ２→ソレノイド４のコイル４ａ」という経路で電流が流れる。本明細書では、このような電流、つまり電流制限回路８および抵抗９を通じて流れる電流をリーク電流ＩＬと称することとする。リーク電流ＩＬは、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオンされる期間およびスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフされる期間のいずれにおいても流れる。

この場合、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの全てがオフされる期間におけるリーク電流ＩＬの電流値がオフ電流以下となるように、電流制限回路８の電流値、抵抗９の抵抗値などが設定されている。オフ電流は、ソレノイド４が動作可能となる（ソレノイド４の接点４ｂが閉じる）電流の下限値（例えば１ｍＡ）未満の電流として予め規定されている。このようなリーク電流ＩＬが流れるようになっている上記構成では、診断電圧Ｖｂは、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフ状態に応じて次のように変化する。

すなわち、上流側のスイッチＳＷＨがオンされるとともに下流側のスイッチＳＷＬがオフされる期間、診断電圧Ｖｂは、下記（１）式に示すような電圧、つまり電源電圧Ｖａに近い電圧となる。
Ｖｂ≒Ｖａ …（１）

また、上流側のスイッチＳＷＨがオフされるとともに下流側のスイッチＳＷＬがオンされる期間、診断電圧Ｖｂは、下記（２）式に示すような電圧、つまり０Ｖに近い電圧となる。ただし、ソレノイド４のコイル４ａの抵抗値は、抵抗９の抵抗値よりも十分に小さい値（例えば数ｍΩ）であることから０Ｖであるものとしている。
Ｖｂ≒０Ｖ …（２）

さらに、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフされる期間、診断電圧Ｖｂは、下記（３）式に示すような電圧、つまり電源電圧Ｖａと０Ｖの間の電圧（中間電位）となる。ただし、抵抗９の抵抗値をＲ１とする。
Ｖｂ＝ＩＬ×Ｒ１ …（３）

このようなことから、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方に短絡故障が生じていない正常時には、開閉制御部１３、１６により２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂは、上記（３）式に示すような中間電位となる。これに対し、スイッチＳＷＨに短絡故障が生じているときには、開閉制御部１３、１６によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂは、短絡故障が生じているスイッチＳＷＨがオンしているときと同様の状態となることから、上記（１）式に示すような電源電圧Ｖａに近い電圧となる。

また、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じているときには、開閉制御部１３、１６によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂは、短絡故障が生じているスイッチＳＷＬがオンしているときと同様の状態となることから、上記（２）式に示すような０Ｖに近い電圧となる。

したがって、診断部１５は、開閉制御部１３、１６によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂが、中間電位付近の電圧である場合、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断することができる。また、診断部１５は、上記期間における診断電圧Ｖｂが電源電圧Ｖａ付近の電圧である場合、上流側のスイッチＳＷＨに短絡故障が生じていると診断することができる。さらに、診断部１５は、上記期間における診断電圧Ｖｂが０Ｖ付近の電圧である場合、下流側のスイッチＳＷＬに短絡故障が生じていると診断することができる。

そこで、本実施形態では、診断部１５は、電圧検出部１４により検出された診断電圧Ｖｂの検出値が閾値Ｖ＋を超える場合、診断電圧Ｖｂの出力ノードであるノードＮ１に接続される２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬのうち電源端子Ｐ１側（上流側）のスイッチＳＷＨが短絡故障していると診断する。図２に示すように、閾値Ｖ＋は、中間電位（＝ＩＬ×Ｒ１）より高く且つ電源電圧Ｖａより低い所定の電圧値に設定されている。

また、診断部１５は、電圧検出部１４により検出された診断電圧Ｖｂの検出値が閾値Ｖ－未満である場合、ノードＮ１に接続される２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬのうち出力端子Ｐ２側（下流側）のスイッチＳＷＬが短絡故障していると診断する。図２に示すように、閾値Ｖ－は、中間電位より低く且つ０Ｖより高い所定の電圧値に設定されている。この場合、閾値Ｖ＋から閾値Ｖ－の範囲が正常電圧の範囲に相当する。そして、閾値Ｖ＋は、正常電圧の範囲の上限値であり、閾値Ｖ－は、正常電圧の範囲の下限値である。

次に、本実施形態の診断部１５によるスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断の診断シーケンスについて、図３～図５のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図３～図５では、制御信号ＳＨ、ＳＬについて、ハイレベルを「Ｈ」と表すとともにロウレベルを「Ｌ」と表している。この場合、ソレノイド４に対する動力（電源電圧Ｖａ）の供給を実行する通常時にスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断を行うことを想定している。

すなわち、図３～図５に示すように、時刻ｔ１以前および時刻ｔ２以降の期間は、ソレノイド４に対する動力の供給を実行する通常動作期間であり、制御信号ＳＨ、ＳＬがいずれもハイレベルとなっており、これによりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオンに制御されている。これに対し、時刻ｔ１～ｔ２の期間Ｔａは、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断を行う診断期間であり、制御信号ＳＨ、ＳＬがいずれもロウレベルとなっており、これによりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフに制御されている。

このように、本実施形態の診断シーケンスとしては、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方をオフに制御するという１つの手順（１ステップ）しか必要としない。また、この場合、診断期間は、電源電圧Ｖａの供給が遮断されてからソレノイド４の接点４ｂがオフされるまでに要する時間（ソレノイド４の反応時間）よりも十分に短い時間に設定されている。言い換えると、ソレノイド４としては、故障診断のために２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフ制御されたとしても、その接点４ｂがオフしないような応答性のものが用いられている。

［１］正常時における診断
スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのいずれにも短絡故障が生じていない正常時、診断部１５は、次のように診断を行う。図３に示すように、正常時、期間Ｔａの開始時点である時刻ｔ１において、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオフ制御が開始されることから、診断電圧Ｖｂは電源電圧Ｖａから低下し始める。

その後、診断電圧Ｖｂは、前述した中間電位（＝ＩＬ×Ｒ１）まで低下し、期間Ｔａのほとんどを通じて中間電位に維持される。診断部１５は、このような期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂの検出値に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断を行う。この場合、期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂは閾値Ｖ＋と閾値Ｖ－の間の電圧であることから、診断部１５は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断する。

［２］上流側短絡故障発生時における診断
上流側のスイッチＳＷＨに短絡故障が生じている上流側短絡故障時、診断部１５は、次のように診断を行う。図４に示すように、上流側短絡故障時、期間Ｔａの開始時点である時刻ｔ１において、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオフ制御が開始されるものの、スイッチＳＷＨが短絡故障しているため、診断電圧Ｖｂは電源電圧Ｖａに維持される。

つまり、この場合、診断電圧Ｖｂは、期間Ｔａ中も電源電圧Ｖａに維持されたままとなる。診断部１５は、このような期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂの検出値に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断を行う。この場合、期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂが閾値Ｖ＋より高い電源電圧Ｖａであることから、診断部１５は、スイッチＳＷＨに短絡故障が生じていると診断する。

［３］下流側短絡故障発生時における診断
下流側のスイッチＳＷＬに短絡故障が生じている下流側短絡故障時、診断部１５は、次のように診断を行う。図５に示すように、下流側短絡故障時、期間Ｔａの開始時点である時刻ｔ１において、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオフ制御が開始されることから、診断電圧Ｖｂは電源電圧Ｖａから低下し始める。

この場合、スイッチＳＷＬが短絡故障しているため、診断電圧Ｖｂは、０Ｖまで低下し、期間Ｔａのほとんどを通じて０Ｖに維持される。診断部１５は、このような期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂの検出値に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの故障診断を行う。この場合、期間Ｔａにおける診断電圧Ｖｂが閾値Ｖ－未満の０Ｖであることから、診断部１５は、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じていると診断する。

以上説明したように、本実施形態の構成によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する際、従来技術のように複数のスイッチを独立して順番にオフする必要はなく、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの全てを同じタイミングでオフすればよいことになる。したがって、本実施形態によれば、従来技術に比べ、出力回路５のスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの診断に要する時間を短く抑えることができる。

このような本実施形態により得られる効果について、従来技術に相当する構成である比較例と比較しつつ詳細に説明する。なお、比較例において、本実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図６に示すように、比較例の出力モジュール２１は、出力回路２２およびマイコン２３、２４を備えている。出力回路２２は、電源端子Ｐ１と出力端子Ｐ２の間に直列接続された２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬを備えている。

スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフは、それぞれマイコン２３、２４から出力される制御信号ＳＨ、ＳＬにより制御される。スイッチＳＷＨとスイッチＳＷＬの相互接続ノードであるノードＮ２１の電圧は、診断電圧Ｖｂ１としてマイコン２３に与えられている。スイッチＳＷＬの下流側端子の電圧は、診断電圧Ｖｂ２としてマイコン２４に与えられている。マイコン２３は、診断電圧Ｖｂ１に基づいてスイッチＳＷＨの短絡故障を診断する。また、マイコン２４は、診断電圧Ｖｂ２に基づいてスイッチＳＷＬの短絡故障を診断する。

このような構成の比較例では、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのそれぞれに短絡故障が生じているか否かを診断する際、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのそれぞれを独立して順番にオフ制御する必要がある。そのため、図７に示すように、比較例では、通常時における診断シーケンスとしては、時刻ｔ１～ｔ２の期間においてスイッチＳＷＨをオフに制御するという手順と、時刻ｔ２～ｔ３の期間においてスイッチＳＷＬをオフに制御するという手順との２つの手順（２ステップ）が必要となる。

そのため、比較例における診断期間である時刻ｔ１～ｔ３の期間Ｔｂは、本実施形態における診断期間である期間Ｔａの概ね２倍程度の期間といった比較的長い期間となる。このような診断期間Ｔｂには、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬのいずれかがオフされることから、出力端子Ｐ２の電圧が０Ｖとなる、つまりソレノイド４に対する動力（電源電圧Ｖａ）の供給が遮断される。

比較例では、このような比較的長い期間だけ電源電圧Ｖａの供給が停止されたとしても、接点４ｂのオン状態を維持できるような反応速度の遅いソレノイド４を用いなければならない。そうすると、非常停止に要する時間がむやみに長期化するなどの別の問題が生じる。これに対し、本実施形態では、通常時における診断シーケンスとしては１ステップしか必要ではないため、ソレノイド４に対する動力の供給が遮断される期間は、比較例における同期間の概ね１／２となる。

このように、本実施形態によれば、比較例に比べてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの診断に要する時間が短く抑えられる。そのため、本実施形態によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障の診断を通常時に行うことを想定した場合、比較例に比べ、動力の遮断に対する応答性の高い（反応速度が速い）ソレノイド４を使用することが可能となる。したがって、本実施形態によれば、ソレノイド４により動作が制御される装置であるモータＭを非常停止させる際、出力モジュール３からソレノイド４に対する動力の供給が遮断されると速やかにモータＭの動作を停止させることができるため、安全性を良好なものとすることができる。

また、一般に、ＰＬＣの出力モジュールは、複数の負荷に対して動力を供給する構成となっている。このような構成において、負荷に接続される各出力端子同士、つまり各チャンネル同士での短絡故障が生じる可能性があり、各チャンネルに対応する出力回路の診断が同時に行われると、このようなチャンネル間の短絡故障を検出することが困難となる。そこで、チャンネル毎に出力回路の診断のタイミングをずらす必要が生じる。

ただし、ＰＬＣの機能安全の規格要求では、診断に要する時間が規定されており、その規定された時間内に診断を終える必要がある。本実施形態によれば、上述したように診断に要する時間を比較例に比べて１／２程度に抑えることができることから、規定された時間内に、比較例の２倍程度の数のチャンネルに対応する出力回路の診断を行うことができる。

また、本実施形態によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障の診断をソレノイド４に対する動力（電源電圧Ｖａ）の供給を停止する停止時に行うことを想定した場合にも、通常時と同様に診断を行うことができるという点において比較例よりも優れている。以下、この理由について説明する。すなわち、比較例では、停止時には、図８に示すように、上流側のスイッチＳＷＨに短絡故障が生じておらず且つ下流側のスイッチＳＷＬが短絡故障している場合、その短絡故障を検出することができない。

なぜなら、図９に示すように、比較例では、停止時、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じていないとき（時刻ｔａ以前の期間）と、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じているとき（時刻ｔａ以降の期間）と、のいずれにおいても、診断電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２は０Ｖとなる。つまり、比較例では、停止時、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じているか否かに応じて診断電圧Ｖｂ１、Ｖｂ２が変化しないため、その短絡故障を検出することができない。

なお、比較例でも、停止時、上流側のスイッチＳＷＨだけをオンするように制御すれば、スイッチＳＷＬの短絡故障を検出することができるが、そうすると、スイッチＳＷＨをオンしている期間、ソレノイド４に対して電源電圧Ｖａが供給されることになり、停止時であるにもかかわらず、誤ってソレノイド４の接点４ｂがオンする可能性が生じるという別の問題が生じてしまう。

これに対し、本実施形態によれば、診断電圧Ｖｂは、停止時も、通常時と同様に、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフ状態に応じて変化する電圧となる。すなわち、本実施形態では、図１０に示すように、上流側のスイッチＳＷＨに短絡故障が生じておらず且つ下流側のスイッチＳＷＬが短絡故障している場合、停止時に、その短絡故障を検出することができる。

なぜなら、図１１に示すように、本実施形態では、停止時、診断電圧Ｖｂは、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じていないとき（時刻ｔａ以前の期間）には電源電圧Ｖａに近い電圧となり、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じているとき（時刻ｔａ以降の期間）には０Ｖに近い電圧となる。つまり、本実施形態では、停止時、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じているか否かに応じて診断電圧Ｖｂが変化するため、その短絡故障を検出することができる。

ただし、本実施形態では、停止時、開閉制御部１３、１６によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御されていることから電源端子Ｐ１からスイッチＳＷＨ、ＳＷＬを介してソレノイド４に対して電流が供給されることはないものの、分圧回路７の電流制限回路８および抵抗９を介してソレノイド４に対して電流（リーク電流ＩＬ）が供給されることになる。このようなリーク電流ＩＬが、ソレノイド４が動作可能となるような（接点４ｂがオンするような）大きさの電流になると、停止時にもかかわらずソレノイド４、ひいてはモータＭが誤って動作するおそれがある。

そこで、本実施形態の分圧回路７は、開閉制御部１３、１６によりのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御される期間に流れるリーク電流ＩＬが、ソレノイド４が動作可能となる電流の下限値未満の電流値として予め規定されたオフ電流以下となるように構成されている。このような構成によれば、停止時、分圧回路７を設けたことにより流れるリーク電流ＩＬの影響によりソレノイド４が誤って動作することはなく、ソレノイド４、ひいてはモータＭを非動作状態に確実に維持することができる。

また、本実施形態では、診断部１５は、診断電圧Ｖｂの値を検出する電圧検出部１４により検出された診断電圧Ｖｂの検出値が正常電圧の範囲の上限値に相当する閾値Ｖ＋を超える場合、上流側のスイッチＳＷＨが短絡故障していると診断し、診断電圧Ｖｂの検出値が正常電圧の範囲の下限値に相当する閾値Ｖ－未満である場合、下流側のスイッチＳＷＬが短絡故障していると診断する。このような構成によれば、２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を検出するだけでなく、それらスイッチのうちいずれに短絡故障が生じているのかを精度良く特定することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について図１２を参照して説明する。
図１２に示すように、本実施形態のＰＬＣ３１の出力モジュール３２が備える出力回路３３は、第１実施形態の出力回路５に対し、分圧回路７に代えて分圧回路３４を備えている点などが異なる。分圧回路３４は、分圧回路７が備える構成に加え、ダイオード３５を備えている。ダイオード３４は、一方の端子が出力端子Ｐ２に接続される電圧発生部に相当する抵抗９に対して出力端子Ｐ２側をアノードとして並列接続されている。

以上説明した本実施形態の構成によれば、次のような効果が得られる。すなわち、ＰＬＣ３１の出力モジュール３２では、出力端子Ｐ２が電源電圧Ｖａ（例えば＋２４Ｖ）などが供給される個所に短絡する、いわゆる天絡が生じると、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフ状態にかかわらずソレノイド４に対して動力が供給されたままとなり、そのような状態を出力モジュール３２側では解消することができなくなる。

そのため、出力モジュール３２では、このような天絡の発生については確実に検出して、その旨をＣＰＵモジュール２などに伝達する必要がある。本実施形態の構成では、分圧回路３４に上述したようなダイオード３５が設けられていることから、出力端子Ｐ２が天絡すると、開閉制御部１３、１６によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方がオフするように制御されたとしても、ダイオード３５が並列接続された抵抗９に対応する分圧電圧である診断電圧Ｖｂが電源電圧Ｖａなどと同様の電圧となる。したがって、診断部１５は、このような診断電圧Ｖｂに基づいて、出力端子Ｐ２の天絡についても検出することができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について図１３を参照して説明する。
図１３に示すように、本実施形態のＰＬＣ４１の出力モジュール４２が備える制御部４３は、第１実施形態の制御部６に対し、比較器４４、４５が追加されている点、マイコン１１、１２に代えてマイコン４６、４７を備えている点などが異なる。

比較器４４、４５は、例えばウインドウコンパレータにより構成されている。比較器４４、４５には、いずれも診断電圧Ｖｂが入力されている。比較器４４、４５は、診断電圧Ｖｂが前述した正常電圧の範囲内であるか否かに応じてレベルが反転する信号を出力する。比較器４４と比較器４５は、同様の機能を有するものであるが、この場合、冗長性を持たせるために、同様の機能を有する構成が２組設けられている。

マイコン４６は、マイコン１１に対し、電圧検出部１４が省かれている点、診断部１５に代えて診断部４８を備えている点などが異なる。この場合、診断部４８は、比較器４４の出力信号に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。マイコン４７は、マイコン１２に対し、電圧検出部１７が省かれている点、診断部１８に代えて診断部４９を備えている点などが異なる。この場合、診断部４９は、比較器４５の出力信号に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。

以上説明した本実施形態の構成によれば、診断部４８、４９は、診断電圧Ｖｂが正常電圧の範囲内であるか否かに応じてレベルが反転する比較器４４、４５の出力信号に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。そのため、上記構成によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのうち少なくともいずれか一方が短絡故障しているか、または、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬの双方に短絡故障が生じていないか、を判断することはできるものの、第１実施形態のように故障個所の特定はすることはできない。しかし、上記構成によれば、マイコン４６、４７は、診断電圧Ｖｂの値を検出する電圧検出部を備える必要がないことから、Ａ／Ｄ変換器内蔵のものを用いる必要がなくなるため、設計の自由度が高まるとともに製造コストの低減を図ることが可能となる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について図１４を参照して説明する。
図１４に示すように、本実施形態のＰＬＣ５１の出力モジュール５２が備える制御部５３は、第１実施形態の制御部６に対し、マイコンの数が２つから１つに減少している点などが異なる。この場合、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、いずれも制御部５３から与えられる２値の制御信号ＳＨＬに従ってオンオフされる。具体的には、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬは、制御信号ＳＨＬがハイレベルのときにオンされるとともにロウレベルのときにオフされる。

制御部５３が備えるマイコン５４は、開閉制御部５５、電圧検出部５６および診断部５７を備えている。開閉制御部５５は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフを制御するものであり、前述した制御信号ＳＨＬを生成する。電圧検出部５６は、電圧検出部１４などと同様、診断電圧Ｖｂの値を検出する。診断部５７は、診断部１５などと同様、診断電圧Ｖｂに基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。

以上説明した本実施形態の構成によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフを制御するマイコンの数が２つから１つに減少した分だけ冗長性が低下するものの、第１実施形態などと同様の故障診断を行うことが可能となるため、第１実施形態などと同様の効果が得られる。また、上記構成によれば、スイッチＳＷＨ、ＳＷＬのオンオフを制御するマイコンの数および制御信号の数が減少した分だけ、出力モジュール５２の構成を簡素化することができる。

（第５実施形態）
以下、第５実施形態について図１５および図１６を参照して説明する。
図１５に示すように、本実施形態のＰＬＣ６１の出力モジュール６２は、第１実施形態の出力モジュール３に対し、出力回路５に代えて出力回路６３を備えている点、制御部６に代えて制御部６４を備えている点などが異なる。

出力回路６３は、出力回路５に対し、スイッチＳＷＭが追加されている点、分圧回路７に代えて分圧回路６５を備えている点などが異なる。この場合、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬは、電源端子Ｐ１および出力端子Ｐ２の間に、この順で直列接続されている。スイッチＳＷＭは、制御部６４から与えられる制御信号ＳＭに従ってオンオフされる。具体的には、スイッチＳＷＭは、制御信号ＳＭがハイレベルのときにオンされるとともにロウレベルのときにオフされる。この場合、制御信号ＳＭは、制御信号ＳＨ、ＳＬと同様の信号となっており、これによりスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬは、互いに同様にオンオフされる。

分圧回路６５は、分圧回路７と同様、電源端子Ｐ１および出力端子Ｐ２の間の電圧を分圧したアナログ電圧である分圧電圧を出力する。分圧回路６５は、３つの抵抗６６、６７、６８が直列接続された構成となっている。抵抗６６は、電源端子Ｐ１とスイッチＳＷＨ、ＳＷＭの相互接続ノードであるノードＮ６１との間に接続されている。つまり、抵抗６６は、スイッチＳＷＨに並列接続されている。なお、ノードＮ６１は、分圧回路６５による分圧電圧の出力ノードでもある。

抵抗６７は、ノードＮ６１とスイッチＳＷＭ、ＳＷＬの相互接続ノードであるノードＮ６２との間に接続されている。つまり、抵抗６７は、スイッチＳＷＭに並列接続されている。なお、ノードＮ６２は、分圧回路６５による分圧電圧の出力ノードでもある。抵抗６８は、ノードＮ６２と出力端子Ｐ２との間に接続されている。つまり、抵抗６８は、スイッチＳＷＬに並列接続されている。

このように、抵抗６６～６８は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬのそれぞれに並列接続され且つ電流が流れることでその端子間に電圧が生じる複数の電圧発生部として機能する。なお、抵抗６６～６８のうち少なくとも１つを電流制限回路８と同様の電流制限回路に置き換えることも可能である。分圧回路６５のノードＮ６１、Ｎ６２より出力される分圧電圧は、出力回路６３の故障診断のためのリードバック信号として機能する診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂとなり、制御部６４に与えられる。

分圧回路６５は、ダイオード６９、７０を備えている。ダイオード６９は、抵抗６７に対してノードＮ６２側をアノードとして並列接続されている。ダイオード７０は、一方の端子が出力端子Ｐ２に接続される電圧発生部に相当する抵抗６８に対して出力端子Ｐ２側をアノードとして並列接続されている。

制御部６４は、１つまたは複数のマイコンにより構成されている。制御部６４は、開閉制御部７１、電圧検出部７２および診断部７３を備えている。開閉制御部７１および診断部７３は、マイコンのＣＰＵがＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムを実行してコンピュータプログラムに対応する処理を実行することにより実現されている、つまりソフトウェアにより実現されている。なお、開閉制御部７１および診断部７３は、ハードウェア、または、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現することもできる。

開閉制御部７１は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬのオンオフを制御するものであり、前述した制御信号ＳＨ、ＳＭ、ＳＬを生成する。電圧検出部７２は、診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂの値を検出するものであり、例えばマイコンに内蔵されるＡ／Ｄ変換器などにより構成されている。診断部７３は、診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂに基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの短絡故障を診断する。

本実施形態では、診断部７３は、開閉制御部７１により３つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てがオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂａが正常電圧の範囲内である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断する。この場合の正常電圧は、３つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てが正常にオフしているときの診断電圧Ｖｂａの値に基づいて予め設定されている。また、診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂａが正常電圧の範囲外である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬに短絡故障が生じていると診断する。

また、診断部７３は、開閉制御部７１により３つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てがオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂｂが正常電圧の範囲内である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断する。この場合の正常電圧は、３つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てが正常にオフしているときの診断電圧Ｖｂｂの値に基づいて予め設定されている。また、診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂｂが正常電圧の範囲外である場合にはスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬに短絡故障が生じていると診断する。

本実施形態においても、第１実施形態などで説明したものと同様のリーク電流ＩＬが流れる。そのため、診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂは、診断電圧Ｖｂと同様、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬのオンオフ状態に応じて変化する。すなわち、スイッチＳＷＨがオンされるとともにスイッチＳＷＭ、ＳＷＬがオフされる期間、診断電圧Ｖｂａは、電源電圧Ｖａに近い電圧となる。また、スイッチＳＷＬがオンされるとともにスイッチＳＷＨ、ＳＷＭがオフされる期間、診断電圧Ｖｂａは、０Ｖに近い電圧となる。さらに、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てがオフされる期間、診断電圧Ｖｂａは、電源電圧Ｖａと０Ｖの間の電圧（中間電位）となる。

スイッチＳＷＨがオンされるとともにスイッチＳＷＭ、ＳＷＬがオフされる期間、診断電圧Ｖｂｂは、電源電圧Ｖａに近い電圧となる。また、スイッチＳＷＬがオンされるとともにスイッチＳＷＨ、ＳＷＭがオフされる期間、診断電圧Ｖｂｂは、０Ｖに近い電圧となる。さらに、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てがオフされる期間、診断電圧Ｖｂｂは、電源電圧Ｖａと０Ｖの間の電圧（中間電位）となる。なお、診断電圧Ｖｂｂの中間電位は、診断電圧Ｖｂａの中間電位よりも低い電圧となっている。

このようなことから、診断部７３は、開閉制御部７１によりスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの全てがオフするように制御される期間における診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂが、中間電位付近の電圧である場合、３つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬに短絡故障が生じていないと診断することができる。診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂａが電源電圧Ｖａ付近の電圧である場合、スイッチＳＷＨに短絡故障が生じていると診断することができる。

診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂａが０Ｖ付近の電圧である場合、スイッチＳＷＭまたはＳＷＬに短絡故障が生じていると診断することができる。診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂｂが電源電圧Ｖａ付近の電圧である場合、スイッチＳＷＨまたはＳＷＭに短絡故障が生じていると診断することができる。診断部７３は、上記期間における診断電圧Ｖｂｂが０Ｖ付近の電圧である場合、スイッチＳＷＬに短絡故障が生じていると診断することができる。

そこで、本実施形態では、診断部７３は、電圧検出部７２により検出された診断電圧Ｖｂａの検出値が閾値Ｖ＋ａを超える場合、診断電圧Ｖｂａの出力ノードであるノードＮ６１に接続される２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭのうち電源端子Ｐ１側（上流側）のスイッチＳＷＨが短絡故障していると診断する。図１６に示すように、閾値Ｖ＋ａは、中間電位より高く且つ電源電圧Ｖａより低い所定の電圧値に設定されている。

診断部７３は、電圧検出部７２により検出された診断電圧Ｖｂａの検出値が閾値Ｖ－ａ未満である場合、ノードＮ６１に接続される２つのスイッチＳＷＨ、ＳＷＭのうち出力端子Ｐ２側（下流側）のスイッチＳＷＭまたはスイッチＳＷＬが短絡故障していると診断する。図１６に示すように、閾値Ｖ－ａは、中間電位より低く且つ０Ｖより高い所定の電圧値に設定されている。この場合、閾値Ｖ＋ａから閾値Ｖ－ａの範囲が正常電圧の範囲に相当する。そして、閾値Ｖ＋ａは、正常電圧の範囲の上限値であり、閾値Ｖ－ａは、正常電圧の範囲の下限値である。

また、診断部７３は、電圧検出部７２により検出された診断電圧Ｖｂｂの検出値が閾値Ｖ＋ｂを超える場合、診断電圧Ｖｂｂの出力ノードであるノードＮ６２に接続される２つのスイッチＳＷＭ、ＳＷＬのうち電源端子Ｐ１側（上流側）のスイッチＳＷＭまたはスイッチＳＷＨが短絡故障していると診断する。図１６に示すように、閾値Ｖ＋ｂは、中間電位より高く且つ電源電圧Ｖａより低い所定の電圧値に設定されている。

診断部７３は、電圧検出部７２により検出された診断電圧Ｖｂｂの検出値が閾値Ｖ－ｂ未満である場合、ノードＮ６２に接続される２つのスイッチＳＷＭ、ＳＷＬのうち出力端子Ｐ２側（下流側）のスイッチＳＷＬが短絡故障していると診断する。図１６に示すように、閾値Ｖ－ｂは、中間電位より低く且つ０Ｖより高い所定の電圧値に設定されている。この場合、閾値Ｖ＋ｂから閾値Ｖ－ｂの範囲が正常電圧の範囲に相当する。そして、閾値Ｖ＋ｂは、正常電圧の範囲の上限値であり、閾値Ｖ－ｂは、正常電圧の範囲の下限値である。

以上説明した本実施形態の構成によれば、第１実施形態の構成に対し、電源端子Ｐ１と出力端子Ｐ２との間を開閉するスイッチの数が２つから３つに増えているものの、このようなスイッチの増加に合わせる形で分圧回路６５も電圧発生部として機能する３つの抵抗６６～６８が直列接続された構成となっている。したがって、本実施形態によっても、第１実施形態と同様の診断手法を採用することが可能となり、その結果、第１実施形態と同様の効果が得られる。

本実施形態の診断部７３は、分圧回路６５から出力されるスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬのオンオフ状態に応じて変化する２つの診断電圧Ｖｂａ、Ｖｂｂの検出値に基づいてスイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬの故障診断を行う。そのため、診断部７３は、スイッチＳＷＨ、ＳＷＭ、ＳＷＬのうち少なくとも１つが短絡故障しているか否かを検出することができるだけでなく、どのスイッチが短絡故障しているのかを特定することもできる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で任意に変形、組み合わせ、あるいは拡張することができる。
上記各実施形態で示した数値などは例示であり、それに限定されるものではない。

分圧回路７において、電流制限回路８と抵抗９の配置は入れ替えることができる。つまり、電源端子Ｐ１側（上流側）に抵抗９を設け、出力端子Ｐ２側（下流側）に電流制限回路８を設けてもよい。

また、電流制限回路８を、抵抗に置き換えることも可能である。ただし、この場合、電源電圧Ｖａが変動すると、その変動に応じて、リーク電流ＩＬの大きさ、ひいては診断電圧Ｖｂの電圧値も変動してしまい、閾値Ｖ＋、Ｖ－との比較で行われる故障診断の精度が低下するおそれがある。これに対し、第１実施形態などのように電流制限回路８が設けられている場合、電源電圧Ｖａが変動したとしても、リーク電流ＩＬの大きさは電流制限回路８（の定電流源）により定まる一定の電流値となり、それにより診断電圧Ｖｂの電圧値も変動することはなく、その結果、故障診断の精度を良好に維持することができる。

本発明は、ＰＬＣ１の出力モジュール３などに限らず、電源電圧が与えられる電源端子と外部の負荷に接続される出力端子との間を開閉する出力回路を備えた産業用制御装置の出力モジュール全般に適用することができる。

１、３１、４１、５１、６１…ＰＬＣ、３、３２、４２、５２、６２…出力モジュール、４…ソレノイド、５、３３、６３…出力回路、６、４３、５３、６４…制御部、７、３４、６５…分圧回路、８…電流制限回路、９、６６～６８…抵抗、１３、１６、５５、７１…開閉制御部、１４、１７、５６、７２…電圧検出部、１５、１８、４８、４９、５７、７３…診断部、３５、６９、７０…ダイオード、Ｎ１、Ｎ６１、Ｎ６２…ノード、Ｐ１…電源端子、Ｐ２…出力端子、ＳＷＨ、ＳＷＬ、ＳＷＭ…スイッチ。

Claims (3)

1. 電源電圧が与えられる電源端子と外部の負荷に接続される出力端子との間を開閉する出力回路と、前記出力回路の動作を制御する制御部と、を備える産業用制御装置の出力モジュールであって、
   前記出力回路は、前記電源端子および前記出力端子の間に直列接続され且つ互いに同様にオンオフされる複数のスイッチと、前記電源端子および前記出力端子の間の電圧を分圧した分圧電圧を出力する分圧回路と、を備え、
   前記制御部は、前記複数のスイッチのオンオフを制御する開閉制御部と、前記分圧電圧に基づいて前記スイッチの短絡故障を診断する診断部と、を備え、
   前記分圧回路は、電流が流れることでその端子間に電圧が生じる複数の電圧発生部が直列接続された構成であり、
   前記複数の電圧発生部は、前記スイッチのそれぞれに並列接続されており、
   前記診断部は、前記開閉制御部により複数の前記スイッチの全てがオフするように制御される期間における前記分圧電圧が複数の前記スイッチの全てが正常にオフしているときの前記分圧電圧の値に基づいて設定された正常電圧の範囲内である場合には前記スイッチに前記短絡故障が生じていないと診断し、前記分圧電圧が前記正常電圧の範囲外である場合には前記スイッチに前記短絡故障が生じていると診断し、
   さらに、前記分圧電圧の値を検出する電圧検出部を備え、
   前記診断部は、前記電圧検出部により検出された前記分圧電圧の検出値が前記正常電圧の範囲の上限値を超える場合、その分圧電圧の出力ノードに接続される２つの前記スイッチのうち前記電源端子側の前記スイッチが前記短絡故障していると診断し、前記分圧電圧の検出値が前記正常電圧の範囲の下限値未満である場合、前記出力端子側の前記スイッチが前記短絡故障していると診断する産業用制御装置の出力モジュール。
2. 前記分圧回路は、前記開閉制御部により複数の前記スイッチの全てがオフするように制御される期間に前記電圧発生部を通じて流れる電流が、予め規定されたオフ電流以下となるように構成されている請求項１に記載の産業用制御装置の出力モジュール。
3. 前記分圧回路は、さらに、一方の端子が前記出力端子に接続される前記電圧発生部に対して前記出力端子側をアノードとして並列接続されたダイオードを備える請求項１または２に記載の産業用制御装置の出力モジュール。

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