JP2007026741A - リレー接点の溶着検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リレーの溶着診断に係わる確実性を従来と略同等レベルに維持しつつ、電力を出力するその出力モジュールの小形化と低価格化を実現すること。
【解決手段】溶着検出回路Ｚは、第１の接点ａと第２の接点ｂの各状態が、リレー開閉制御手段（トランジスタＴＲＡ、トランジスタＴＲＢ）によって、何れもＯＦＦ状態（開状態）になる様に制御されている時に使用する。その時に、例えば、第１の接点ａが溶着していれば、この接点の導通によって点ｐ_1outには負の直流電位が与えられるので、正の直流電位を有する点ｐ_2in と点ｐ_1outとの間には大きな電位差が生じる。このため、発光ダイオードＤ２が発光して、抵抗Ｒ３に光トランジスタＴＲ２のコレクタ電流が流れるため、点ｐ_s から出力されてマイクロプロセッサＭＰＵ−Ａの入力ポートに入力される検出信号Ｓ（即ち、この点ｐ_s の直流電位）はこの時低くなる（Ｌｏｗ状態になる）。
【選択図】図１

Description

本発明は、負のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第１の接点と、正のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第２の接点とを有するリレーの各接点の溶着状態を検出する溶着検出装置に関する。

欧州のＥＮ規格などでは、安全リレーが満たすべき設計上の規格などが具体的に規定されている。安全リレーとは、どれか１つの接点が溶着してしまった場合に、その他の接点が開状態に維持されることを機械的な安全機構によって保証するリレーのことであり、現在では、例えば安全ＰＬＣを用いて構成される安全システムの、電力を出力する出力モジュールなどに広く用いられている。この様な安全リレーを用いて構成されるシステムとしては、例えば下記の特許文献１〜３に記載されているものなどが公知である。

図３に安全リレーを用いた、電力を出力する従来の出力モジュールを例示する。安全リレーｓＲは、接点ａと接点ｂとコイルＬとを有し、これらの接点ａ，ｂはコイルＬを流れる電流の有無によって同時に開閉制御される。しかし、例えば、接点ａが溶着してしまった場合には、安全リレーに具備された機械的な安全機構ｘに基づいて接点ｂは開状態に維持されるので、マイクロプロセッサＭＰＵ−ＡとマイクロプロセッサＭＰＵ−Ｂからそれぞれ同時にＯＮ指令を出すことによってコイルＬに十分な電流を流しても、フォトカプラＣ１が有する発光ダイオードＤ１には電流が流れず、その結果、安全リレーの診断結果を示す出力信号Ｓは異常を意味するＨｉｇｈ状態となる。

そして、この様な従来構成に従えば、リレーの開閉状態の検出に直接用いるべきフォトカプラが１つ（図３ではフォトカプラＣ１）だけで済むことや、コイルＬに電流を流すことによって得られるリレーの閉状態（ＯＮ状態）において、各接点の溶着状態診断が実施できることなどの利点を得ることができる。
特開２００５−０２５４７９ 特開２００５−０２５２６０ 特開２００５−００４５５７

しかしながら、安全リレーには上記の様な機械的な安全機構を具備する必要性があるため、周知の安全リレーを用いて出力モジュールなどを構成する場合には、一般のリレーを用いて出力モジュールなどを構成する場合よりも、装置の小形化や低価格化が困難となる。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、リレーの溶着診断に係わる確実性を従来と略同等レベルに維持しつつ、その電源回路の小形化と低価格化を実現することである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、第１のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第１の接点と、その第１のＤＣ入力電位よりも高い第２のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第２の接点とを有するリレーの各接点の溶着状態を検出する溶着検出装置において、その溶着状態の検出処理時に各接点の開閉状態を全て同時に開状態に制御するリレー開閉制御手段と、その検出処理時に上記の第１の接点の入力側の点ｐ_1in と第２の接点の出力側の点ｐ_2outとの間における電位差の有無を検出する第１の電位差検出手段と、その検出処理時に上記の第１の接点の出力側の点ｐ_1outと第２の接点の入力側の点ｐ_2in との間における電位差の有無を検出する第２の電位差検出手段とを備えることである。

ただし、上記のリレーとしては、安全リレーを使う必要性はない。上記のリレーとして安全リレーよりも小形または安価な一般のリレーを用いた場合に、後述の本発明の作用・効果を得ることができる。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、第１の電位差検出手段及び第２の電位差検出手段を駆動する共通の給電回路に対して、第１の電位差検出手段の出力端と第２の電位差検出手段の出力端とを互いに並列に接続することによって、第１の接点かまたは第２の接点かの何れか少なくとも一方が溶着している溶着状態を表す検出信号を出力することである。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記の第１の電位差検出手段に、第１の抵抗と第１のフォトカプラとを備え、その第１のフォトカプラが有する発光ダイオードと第１の抵抗とを、上記の第１の接点の入力側の点ｐ_1in と第２の接点の出力側の点ｐ_2outとの間に直列に接続し、更に、上記の第２の電位差検出手段に、第２の抵抗と第２のフォトカプラとを備え、その第２のフォトカプラが有する発光ダイオードと第２の抵抗とを、上記の第１の接点の出力側の点ｐ_1outと第２の接点の入力側の点ｐ_2in との間に直列に接続することである。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、上記のリレー開閉制御手段によって各接点の開閉状態が全て同時に開状態に制御された時に各接点の溶着状態の検出処理が実行されるが、この時、第１の電位差検出手段によって所定の閾値以上の電位差が検出された場合には第２の接点が溶着しており、また、第２の電位差検出手段によって所定の閾値以上の電位差が検出された場合には第１の接点が溶着していると判定することができる。

したがって、本発明の第１の手段によれば、前述の機械的な安全機構を有する安全リレーよりも小形または安価な一般的なリレーを用いても、リレーの接点の溶着異常に関して、従来と同等レベルの安全性のチェック（溶着診断）を実施することができる。このため、本発明によれば、出力モジュールの小形化や低価格化を効果的に達成することができる。

また、本発明の第２の手段によれば、第１の接点かまたは第２の接点かの何れか少なくとも一方が溶着している溶着状態を表す検出信号を生成することができるので、検出信号の入出力に係わるＭＰＵ（マイクロプロセッサ）とのインターフェイスも１つだけ設ければよい。また、その１つの検出信号だけに基づいて、システムの緊急停止処理などの異常処理を展開することができる。
このため、本発明の第２の手段によれば、溶着検出回路とＭＰＵとの入出力インターフェイスを簡潔に構成することができると共に、システムの緊急停止処理などの異常処理を統括的かつ迅速に展開することが容易となる。

また、本発明の第３の手段によれば、フォトカプラを用いて上記の電位差検出手段が構成されるので、電位差の有無が観測されるべき被測定系とその電位差を測定する測定系との間において直流電源系統（直流電圧）が異なる場合であっても、上記の電位差検出手段の設計が容易となり、また、上記の電位差検出手段を小形かつ簡潔に構成することができる。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１に、一般のリレーを用いた本実施例１の出力モジュール１００の回路図を示す。この出力モジュール１００は、本発明の溶着検出装置を備えたものであり、本実施例１の溶着検出装置は、各マイクロプロセッサ（ＭＰＵ−Ａ，ＭＰＵ−Ｂ）に内蔵された、本発明のリレー開閉制御手段を具現するトランジスタＴＲＡ及びトランジスタＴＲＢ、並びに溶着検出回路Ｚから構成されている。また、この溶着検出回路Ｚには、本発明の第１の電位差検出手段と第２の電位差検出手段とが備えられている。

この第１の電位差検出手段は、リレーＲの第１の接点ａと第２の接点ｂの各溶着状態に対する検出処理の実行時において、第１の接点ａの入力側の点ｐ_1in と第２の接点ｂの出力側の点ｐ_2outとの間における電位差の有無を検出するものである。また、上記の第２の電位差検出手段は、同検出処理時において、第１の接点ａの出力側の点ｐ_1outと第２の接点ｂの入力側の点ｐ_2in との間における電位差の有無を検出するものである。

上記の第１の電位差検出手段は、フォトカプラＣ１と抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とから構成されており、フォトカプラＣ１の一次側の素子を構成する発光ダイオードＤ１のアノード端は第２の接点ｂの出力側の点ｐ_2outに接続されている。また、この発光ダイオードＤ１のカソード端は抵抗Ｒ１を介して第１の接点ａの入力側の点ｐ_1in に接続されている。即ち、発光ダイオードＤ１と抵抗Ｒ１とは、第１の接点ａの入力側の点ｐ_1in と第２の接点ｂの出力側の点ｐ_2outとの間に直列に接続されている。
そして、フォトカプラＣ１の二次側の素子を構成する光トランジスタＴＲ１は、発光ダイオードＤ１から発光される光を受光してＯＮ状態となる。この光トランジスタＴＲ１のエミッタ端はアースされており、コレクタ端は抵抗Ｒ３と点ｐ_s で接続されている。抵抗Ｒ３の他端は、直流電位Ａ＿Ｖ_ccに維持されている。この直流電位Ａ＿Ｖ_ccは、マイクロプロセッサＭＰＵ−Ａに対して給電する給電回路から並行に供給されるものである。

一方、上記の第２の電位差検出手段も、略同様に構成されている。即ち、上記の第２の電位差検出手段は、フォトカプラＣ２と抵抗Ｒ２と抵抗Ｒ３とから構成されており、フォトカプラＣ２の一次側の素子を構成する発光ダイオードＤ２のアノード端は第２の接点ｂの入力側の点ｐ_2in に接続されている。また、この発光ダイオードＤ２のカソード端は抵抗Ｒ２を介して第１の接点ａの出力側の点ｐ_1outに接続されている。即ち、発光ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２とは、第１の接点ａの出力側の点ｐ_1outと第２の接点ｂの入力側の点ｐ_2in との間に直列に接続されている。
そして、フォトカプラＣ２の二次側の素子を構成する光トランジスタＴＲ２は、発光ダイオードＤ２から発光される光を受光してＯＮ状態となる。この光トランジスタＴＲ２のエミッタ端はアースされており、コレクタ端は抵抗Ｒ３と点ｐ_s で接続されている。言い換えれば、この抵抗Ｒ３は、第１の電位差検出手段と第２の電位差検出手段とに共有されており、この共有接続によって、本実施例１の第１の電位差検出手段と第２の電位差検出手段は、上記の直流電位Ａ＿Ｖ_ccを与える給電回路に対して並列に接続されている。

また、本発明のリレー開閉制御手段を具現するトランジスタＴＲＡ及びトランジスタＴＲＢは、一般の構成を有するリレーＲのコイルＬに流れる電流を制御するものであり、このコイルＬに流れる電流が十分に大きい時、上記の第１の接点ａと第２の接点ｂは何れも閉状態（ＯＮ状態）に制御される。
例えば、コイルＬに流れる電流ｉは、トランジスタＴＲＢを流れるコレクタ電流であるので、光トランジスタＴＲ０からエミッタ電流が供給されている場合には、トランジスタＴＲＢのベース電圧の高低（ＯＮ／ＯＦＦ）によって、上記の各接点の状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を同時に同じ向きに制御することができる。

また、上記の光トランジスタＴＲ０はフォトカプラＣ０の２次側の素子を構成しており、その１次側の素子は発光ダイオードＤ０によって構成されているので、この発光ダイオードＤ０のカソード端にそのコレクタ端が接続されているトランジスタＴＲＡにおいて、そのベース電圧の高低を制御すること（ＯＮ／ＯＦＦ制御）によっても、上記の各接点ａ，ｂの状態（ＯＮ／ＯＦＦ）を同時に同じ状態に制御することができる。
即ち、トランジスタＴＲＡのベース電圧かトランジスタＴＲＢのベース電圧の少なくとも何れか一方を低くすること（ＯＦＦ状態にすること）によって、上記の各接点ａ，ｂの状態を同時に何れもＯＦＦ状態（開状態）にすることができる。
以上が本発明のリレー開閉制御手段の構成及びその作用である。

本実施例１の溶着検出回路Ｚは、上記の各接点ａ，ｂの状態が、上記のリレー開閉制御手段（トランジスタＴＲＡ、トランジスタＴＲＢ）によって、何れもＯＦＦ状態（開状態）になる様に制御されている時に使用するものである。
その時に、例えば、第１の接点ａが溶着していれば、この接点の導通によって点ｐ_1outには負の直流電位が与えられるので、正の直流電位を有する点ｐ_2in と点ｐ_1outとの間には大きな電位差が生じる。このため、発光ダイオードＤ２が発光して、抵抗Ｒ３に光トランジスタＴＲ２のコレクタ電流が流れるため、点ｐ_s から出力されてマイクロプロセッサＭＰＵ−Ａの入力ポートに入力される検出信号Ｓ（即ち、この点ｐ_s の直流電位）はこの時低くなる（Ｌｏｗ状態になる）。

また、上記の各接点ａ，ｂの状態が何れもＯＦＦ状態（開状態）になる様に制御されている時に、例えば、第２の接点ｂが溶着していれば、この接点の導通によって点ｐ_2outには正の直流電位が与えられるので、負の直流電位を有する点ｐ_1in と点ｐ_2outとの間には大きな電位差が生じる。このため、発光ダイオードＤ１が発光して、抵抗Ｒ３に光トランジスタＴＲ１のコレクタ電流が流れるため、点ｐ_s から出力される検出信号Ｓはこの時にもＬｏｗ状態になる。

即ち、本実施例１の溶着検出回路Ｚ（即ち、本実施例１の第１及び第２の電位差検出手段）を用いれば、これらの作用によって、接点ａ、ｂの両方が共に溶着していない場合にのみ、上記の検出信号ＳはＨｉｇｈ状態を示し、その他の場合、即ち、リレーＲの接点の溶着状態に関する異常が検出された場合には、上記の検出信号ＳはＬｏｗ状態を示すことになる。したがって、上記の検出信号Ｓの値を判定することによって、所望の溶着検出を実施することができる。
この様な制御方式に従えば、高価で大きな安全リレーをもちいなくても、リレーの溶着診断に係わる確実性を従来と略同等レベルに維持しつつ、上記の出力モジュール１００の小形化と低価格化を実現することができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

（変形例１）
図２に、一般のリレーを用いた変形例１の出力モジュール１０１の回路図を示す。この出力モジュール１０１は、実施例１の出力モジュール１００を変形したものであり、この出力モジュール１０１に用いられる本変形例１のリレー開閉制御手段は、トランジスタＴＲＡとトランジスタＴＲＢから構成されている。そして、少なくとも何れか一方のトランジスタをＯＦＦ状態にすることによって、リレーＲの各接点ａ、ｂが何れも同時にＯＦＦ状態（開状態）になる様にそれらをＯＮ／ＯＦＦ制御しつつ、所定の溶着検出回路を用いる点は上記の実施例１と全く同じであり、かつ、図３の従来例とは全く異なっている。

また、この出力モジュール１０１における最も大きな特徴点は、溶着検出回路Ｚ′の構成にあり、この変形例１の溶着検出回路Ｚ′の回路構成において、第１及び第２の各電位差検出手段を構成する各フォトカプラＣ１，Ｃ２の各光トランジスタＴＲ１，ＴＲ２の各コレクタ端に接続する回路を２つに対称的に分離した点が最も特徴的となっている。

即ち、第１の電位差検出手段の一部を構成する光トランジスタＴＲ１のコレクタ端は、点ｐ_s1で抵抗Ｒ３と接続されており、かつ、マイクロプロセッサＭＰＵ−Ａに対して給電する給電回路から、この抵抗Ｒ３を介して給電を受ける。これによって、抵抗Ｒ３の一端は直流電位Ａ＿Ｖ_ccに維持され、光トランジスタＴＲ１のコレクタ電位（即ち、検出信号Ｓ１）は、上記の点ｐ_s1から出力されてマイクロプロセッサＭＰＵ−Ａの入力ポートに入力される。

また、同様に、第２の電位差検出手段の一部を構成する光トランジスタＴＲ２のコレクタ端は、点ｐ_s2で抵抗Ｒ３′と接続されており、かつ、マイクロプロセッサＭＰＵ−Ｂに対して給電する給電回路から、この抵抗Ｒ３′を介して給電を受ける。これによって、抵抗Ｒ３′の一端は直流電位Ｂ＿Ｖ_ccに維持され、光トランジスタＴＲ２のコレクタ電位（即ち、検出信号Ｓ２）は、上記の点ｐ_s2から出力されてマイクロプロセッサＭＰＵ−Ｂの入力ポートに入力される。

例えばこの様な構成に従えば、第１の接点ａの溶着状態と第２の接点ｂの溶着状態とを個別に診断することができると同時に、上記の実施例１と略同様の作用・効果を受託することができる。

（変形例２）
なお、上記の実施例１や実施例２の溶着診断は、リレーの溶着状態を検出するためのものであるので、システムの制御プログラムの初期化処理などを実行するシステムの立ち上げ時等に１回または所定回数だけ実行すれば良い。
また、更には、電源の瞬断が許容されるタイミングで、これらの溶着診断を定期的に実行する様にしてもよい。

また、更には、出力モジュールのＤＣ出力の所に、ローパスフィルタを介在させる様にして、上記の様な電源の瞬断を防止または緩和する様にしてもよい。この様なローパスフィルタを電源回路の出力部に介在させると、システムの緊急停止処理の応答性を劣化させる恐れが生じ得るが、そのようなローパスフィルタのＤＣ出力に対する介在（：ローパスフィルタ経由で給電すること）が許容されるタイミング、即ち、緊急停止処理の応答性の若干の劣化が一時的に許される短く限定された時間帯を定期的に設けるなどして、そのタイミングで、ローパスフィルタ経由の給電を実施すると共に上記と同様の溶着診断を定期的に実行する様にしてもよい。

一般のリレーを用いた実施例１の出力モジュール１００の回路図 一般のリレーを用いた変形例１の出力モジュール１０１の回路図 安全リレーを用いた従来の出力モジュールの回路図

符号の説明

１００，１０１ ： 出力モジュール
ＴＲＡ，ＴＲＢ ： リレー開閉制御手段
Ｚ，Ｚ′ ： 溶着検出回路
Ｓ，Ｓ１，Ｓ２ ： 検出信号
Ｒ ： リレー
ａ ： 第１の接点
ｂ ： 第２の接点
ｐ_1in ： 第１の接点の入力側の点
ｐ_1out ： 第１の接点の出力側の点
ｐ_2in ： 第２の接点の入力側の点
ｐ_2out ： 第２の接点の出力側の点

Claims (3)

1. 第１のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第１の接点と、前記第１のＤＣ入力電位よりも高い第２のＤＣ入力電位の出力側への伝達を許容／遮断する第２の接点とを有するリレーの各接点の溶着状態を検出する溶着検出装置であって、
   前記溶着状態の検出処理時に、前記各接点の開閉状態を全て同時に開状態に制御するリレー開閉制御手段と、
   前記検出処理時に、前記第１の接点の入力側の点ｐ_1in と、前記第２の接点の出力側の点ｐ_2outとの間における電位差の有無を検出する第１の電位差検出手段と、
   前記検出処理時に、前記第１の接点の出力側の点ｐ_1outと、前記第２の接点の入力側の点ｐ_2in との間における電位差の有無を検出する第２の電位差検出手段と
   を有する
   ことを特徴とするリレー接点の溶着検出装置。
2. 前記第１の電位差検出手段及び前記第２の電位差検出手段を駆動する共通の給電回路に対して、前記第１の電位差検出手段の出力端と前記第２の電位差検出手段の出力端とを互いに並列に接続することによって、
   前記第１の接点かまたは前記第２の接点かの何れか少なくとも一方が溶着している溶着状態を表す検出信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のリレー接点の溶着検出装置。
3. 前記第１の電位差検出手段は、
   第１の抵抗と第１のフォトカプラとを有し、
   前記第１のフォトカプラが有する発光ダイオードと前記第１の抵抗とは、
   前記第１の接点の入力側の点ｐ_1in と、前記第２の接点の出力側の点ｐ_2outとの間に直列に接続されており、
   前記第２の電位差検出手段は、
   第２の抵抗と第２のフォトカプラとを有し、
   前記第２のフォトカプラが有する発光ダイオードと前記第２の抵抗とは、
   前記第１の接点の出力側の点ｐ_1outと、前記第２の接点の入力側の点ｐ_2in との間に直列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のリレー接点の溶着検出装置。

Images