JP2014079163A

JP2014079163A - 主幹制御装置

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Publication number: JP2014079163A
Application number: JP2013269432A
Authority: JP
Inventors: Takanori Yoshimatsu; 孝典吉松; Koji Fujimoto; 耕治藤本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2029-10-29
Also published as: JP5758480B2

Abstract

【課題】故障を検知して安全運行を継続できる主幹制御装置を提供する。
【解決手段】複数系統の制御部１２ａ、１２ｂを備えた主幹制御装置であって、複数系統の制御部の各々は、主ハンドルの回転角を検出するロータリエンコーダからの信号と、逆転ハンドルのセンサ８からの信号とを演算する演算部３３ａと、主ハンドルの回転角を検出するロータリエンコーダからの信号と、逆転ハンドルのセンサからの信号とに基づき故障診断を行う診断部３４ａと、演算部の演算結果と診断部の診断結果とが一致するかどうかを判定する励振判定部３５ａとを備え、励振判定部において一致しないことが判定された場合に、自系統の制御部の故障と判断して出力を遮断するとともに、他の系統の制御部による制御に切り換える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電気車の運転台に設置され、ハンドル操作により電気車の運転制御指令を出
力する主幹制御装置に関し、特に故障検知機能に関する。

主幹制御装置として、例えば特許文献１は、電気車用主幹制御器のカムスイッチ部を無
接点化し、小形、軽量化を図り、接点等に対する給油、荒損による手入れ等のメンテナン
ス作業を削減し、費用の低減を図った電気車用無接点主幹制御装置を開示している。

この電気車用無接点主幹制御装置は、逆転軸、主軸の両端部に相互に逆方向に回転する
一対のロータリエンコーダを連結して形成した切替スイッチ部、その出力の変換・制御器
、その電源装置およびキースイッチが主幹制御器内に収容されて一体に構成されている。

特開平５−２４４７０７号公報

ところで、主幹制御装置の故障は、安全運行上、極めて重要な事態を引き起こす可能性
があるので、故障の検知を厳密に行って安全性を向上させる技術が求められている。

本発明の課題は、故障を検知して安全運行を継続できる主幹制御装置を提供することに
ある。

上記課題を解決するために、本発明の主幹制御装置では、主ハンドルと、この主ハンド
ルが操作されたことに伴う回転角度を示す角度信号、この角度信号に基づいて生成された
第１のパリティ信号、及び前記角度信号と第１のパリティ信号を得るタイミングを示すス
トローブ信号を生成するエンコーダと、このエンコーダから出力された角度信号に基づい
て列車を制御するための指令を生成する第１の制御部および前記第１の制御部が異常のと
きに動作する第２の制御部と、を備え、前記第１の制御部および第２の制御部は、それぞ
れ、前記ストローブ信号を受信すると、前記エンコーダから得た角度信号に基づいて第２
のパリティ信号を生成し、この生成した第２のパリティ信号が前記第１のパリティ信号と
不一致である場合に異常と判定することを特徴とする。

本発明によれば、故障を検出した場合、多重系としたシステムの系を切り換えて、安全
運行を継続することができる。

本発明の実施例１に係る主幹制御装置の構造を示す図である。本発明の実施例１に係る主幹制御装置の制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例２に係る主幹制御装置の制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例３に係る主幹制御装置の制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例４に係る主幹制御装置の制御装置の構成を示すブロック図である。本発明の実施例５に係る主幹制御装置の制御装置の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態の主幹制御装置の制御装置を図面を参照しながら詳細に説明
する。

図１は、本発明の実施例１に係る主幹制御装置の構造を示す図である。主幹制御装置は
、主ハンドル１およびスターホイル２が取り付けられた主軸３に連結されて、相互に一方
向に回転する一対のロータリエンコーダ４を備えるとともに、前進または後進を指示する
逆転ハンドル５およびスターホイル６が取り付けられた逆転軸７に接続されたセンサ８を
備えている。

キー機構９は例えば、カム軸９ａとカム軸９ａに螺合するラック９ｂとを有し、図示し
ないキーがカム軸９ａに挿入されていない状態では、ラック９ｂの先端が逆転ハンドル５
に設けた溝部に挿入されて逆転ハンドル５がロックされている。

次に、図示しないキーがカム軸９ａに挿入されて一方向に回転されると、カム軸９ａに
螺合するラック９ｂが平行移動して、逆転ハンドル５の溝部からラック９ｂの先端が外れ
て逆転ハンドル５がアンロックされる。

ロータリエンコーダ４で発生された角度信号とセンサ８で発生された前後信号とキー機
構９で発生されたキー信号は、後述する制御装置１０に送られる。

上記の構成において、主ハンドル１をスターホイル２に規制された範囲内において操作
すると、主軸３に設けられた、相互に逆方向に回転する一対のロータリエンコーダ４は、
その回転角度に応じた角度信号を生成して制御装置１０に送る。

同様に、逆転ハンドル５をスターホイル６に規制された範囲内において操作すると、逆
転軸７に設けられたセンサ８は、その回転角度に応じた前後信号を生成して制御装置１０
に送る。制御装置１０は、これら角度信号および前後信号に基づき前後進指令、力行また
はブレーキ指令を生成して列車の各部に送る。

図２は、制御装置１０の構成を示すブロック図である。この制御装置１０は、電源部１
１、１系制御部１２ａおよび２系制御部１２ｂを備えている。

なお、２系制御部１２ｂの構成は、１系制御部１２ａの構成と同じであるので、以下で
は、１系制御部１２ａについてのみ説明する。図２においては、２系制御部１２ｂは、対
応する構成要素の符号の添え字を「ａ」から「ｂ」に変更して表している。

電源部１１は、外部から供給される電源をフィルタリングするノイズフィルタ２１ａと
、ノイズフィルタ２１ａを経由して入力された電源から５Ｖおよび２４Ｖの電源を生成し
て１系制御部１２ａに供給する１系電源２２ａと、外部から供給される電源をフィルタリ
ングするノイズフィルタ２１ｂと、ノイズフィルタ２１ｂを経由して入力された電源から
５Ｖおよび２４Ｖの電源を生成して２系制御部１２ｂに供給する２系電源２２ｂから構成
されている。

１系制御部１２ａは、ノッチ電源入力部３０ａ、デコーダ部３１ａ、操作部センサ入力
部３２ａ、演算部３３ａ、診断部３４ａ、励振判定部３５ａ、リレー３６ａ、ノッチメタ
ル線出力部３７ａおよびシリアル伝送入出力部３８ａを備えている。

ノッチ電源入力部３０ａは、ノッチ電源からの電圧を入力してリレー３６ａに出力する
。デコーダ部３１ａは、主ハンドル１に連結されたロータリエンコーダ４から送られてく
る角度信号を取り込んで、角度データとして演算部３３ａおよび診断部３４ａに送る。操
作部センサ入力部３２ａは、逆転ハンドル５に連結されたセンサ８から送られてくる前後
信号を取り込んで、前後データとして演算部３３ａおよび診断部３４ａに送る。

演算部３３ａは、デコーダ部３１ａから送られてくる角度データに、操作部センサ入力
部３２ａから送られてくる前後データを用いて所定の演算を施すことによりパルス数に変
換し、励振判定部３５ａ、ノッチメタル線出力部３７ａおよびシリアル伝送入出力部３８
ａに送る。

診断部３４ａは、デコーダ部３１ａから送られてくる角度データ、操作部センサ入力部
３２ａから送られてくる前後データ、演算部３３ａから送られてくるパルス数およびノッ
チメタル線出力部３７ａから出力される信号に基づき故障診断、例えば演算部３３ａから
出力されるパルス数が正しいかどうかなどの判定を行う。この診断部３４ａにおける故障
診断の結果は、励振判定部３５ａに送られる。

励振判定部３５ａは、演算部３３ａで行われた演算結果と診断部３４ａで行われた故障
診断の結果が一致するかどうかを判定し、一致する場合はリレー３６ａのソレノイドを励
磁し、一致しない場合はリレー３６ａのソレノイドを励磁しないように制御する開閉信号
を生成し、リレー３６ａのソレノイドに送る。

リレー３６ａは、励振判定部３５ａからの開閉信号に応じて開閉し、ロータリエンコー
ダ４からの信号をノッチメタル線出力部３７ａに送るかどうかを制御する。

すなわち、励振判定部３５ａからの開閉信号が、演算部３３ａで行われた演算結果と診
断部３４ａで行われた故障診断の結果が一致することを示している場合はリレー３６ａの
ソレノイドは励磁されてリレー３６ａの接点は閉成される。

一方、励振判定部３５ａからの開閉信号が、演算部３３ａで行われた演算結果と診断部
３４ａで行われた故障診断の結果が一致しないことを示している場合はリレー３６ａのソ
レノイドは励磁されず、リレー３６ａの接点は開放される。この場合、図示は省略してい
るが、１系制御部の故障と判断して出力を遮断するとともに、２系制御部による制御に切
り換えられる。

ノッチメタル線出力部３７ａは、リレー３６ａの接点が閉成されている場合に、ロータ
リエンコーダ４からの角度信号を診断部３４ａに送るとともに、外部に出力する。シリア
ル伝送入出力部３８ａは、演算部３３ａから送られてくる信号を外部に出力する。

また、操作部センサ入力部３２ａは、逆転ハンドル５に連結されたセンサ８から送られ
てくる前後信号とキー機構９からのキー信号とを監視し、監視結果を診断部３４ａを介し
て励振判定部３５ａに出力する。励振判定部３５ａは、診断部３４ａを介する操作部セン
サ入力部３２ａの監視結果に基づき、センサ８から前後信号が入力（即ち“入”のとき）
され、かつキー機構９からキー信号が入力されない（即ち“切”のとき）とき、励振を停
止させる。即ち、リレー３６ａのソレノイドは励磁されず、リレー３６ａの接点は開放さ
れる。この場合、図示は省略しているが、１系制御部の故障と判断して出力を遮断すると
ともに、２系制御部による制御に切り換えられる。

図３は、本発明の実施例２に係る主幹制御装置の制御装置１０の構成を示すブロック図
である。なお、図３では、１系制御部１２ａのみを示しているが、２系制御部１２ｂの構
成も同じである。

１系制御部１２ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１０に、ディップスイッ
チ（ＤＩＰＳＷ）３９ａおよび照合部４０ａが追加されて構成されている。

ディップスイッチ３９ａには、主ハンドル１の回転角の初期値が設定される。このディ
ップスイッチ３９ａに設定された初期値は、照合部４０ａに送られる。

照合部４０ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１０の演算部３３ａに設けら
れ、例えばＣＰＵによって構成されている。この照合部４０ａは、初期リセット時、つま
りキー機構のキーが「入」になった時点で、ロータリエンコーダ４からの角度信号によっ
て示される値とディップスイッチ３９ａに設定された初期値とを照合し、不一致の場合に
異常である旨の演算結果を出力する。

図４は、本発明の実施例３に係る主幹制御装置の制御装置１０の構成を示すブロック図
である。なお、図４では、１系制御部１２ａのみを示しているが、２系制御部１２ｂの構
成も同じである。

１系制御部１２ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１０に、照合部４１ａが
追加されて構成されている。照合部４１ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１
０の演算部３３ａに設けられ、例えばＣＰＵによって構成されている。

この照合部４１ａは、前回の処理においてロータリエンコーダ４からの角度信号によっ
て示される角度データを「前回のデータ」として記憶している。そして、今回のロータリ
エンコーダ４からの角度信号によって示される角度データと前回のデータによって示され
る角度データを比較し、前回の角度データから今回の角度データへの変化量が所定値以上
の場合に異常である旨の演算結果を出力する。

図５は、本発明の実施例４に係る主幹制御装置の制御装置１０の構成を示すブロック図
である。なお、図５では、１系制御部１２ａのみを示しているが、２系制御部１２ｂの構
成も同じである。

実施例４に係る主幹制御装置のロータリエンコーダ４ａは、実施例１に係る主幹制御装
置のロータリエンコーダ４に、パリティ信号およびストローブ信号を出力する機能が追加
されている。パリティ信号は、角度信号によって示される角度データに付加されたパリテ
ィビットを示す信号である。また、ストローブ信号は、角度データを取り込むタイミング
を規定する信号である。

１系制御部１２ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１０に、パリティ演算部
４２ａおよび比較部４３ａが追加されて構成されている。

パリティ演算部４２ａは、ロータリエンコーダ４ａからの角度信号によって示される角
度データを、ロータリエンコーダ４ａからのストローブ信号に同期して取り込んでパリテ
ィビットを計算し、比較部４３ａに送る。

比較部４３ａは、ロータリエンコーダ４ａからのストローブ信号に同期して取り込んだ
パリティ信号によって示されるパリティビットと、パリティ演算部４２ａから送られてく
るパリティビットとを比較し、不一致の場合に異常である旨の演算結果を出力する。

図６は、本発明の実施例５に係る主幹制御装置の制御装置１０の構成を示すブロック図
である。なお、図６では、１系制御部１２ａのみを示しているが、２系制御部１２ｂの構
成も同じである。

実施例５に係る主幹制御装置のロータリエンコーダ４ｂは、実施例１に係る主幹制御装
置のロータリエンコーダ４に、ストローブ信号を出力する機能が追加されている。ストロ
ーブ信号は、上述したように、角度データを取り込むタイミングを規定する信号である。

１系制御部１２ａは、実施例１に係る主幹制御装置の制御装置１０に、データ変化検出
部４４ａ、ストローブ変化検出部４５ａおよび判定部４６ａが追加されて構成されている
。

データ変化検出部４４ａは、ロータリエンコーダ４ｂからの角度信号によって示される
角度データの変化の有無を検出し、その検出結果を判定部４６ａに送る。ストローブ変化
検出部４５ａは、ロータリエンコーダ４ｂからのストローブ信号の変化の有無を検出し、
その検出結果を判定部４６ａに送る。

判定部４６ａは、データ変化検出部４４ａからの判定結果が、ロータリエンコーダ４ｂ
から出力される角度データが変化しことを示しており、かつ、ロータリエンコーダ４ｂか
ら出力されるストローブ信号が変化したかどうかをチェックし、ストローブ信号の変化が
ない場合に、異常である旨の演算結果を出力する。

なお、本発明は、上述した実施例１〜実施例５に限らず、以下のように構成することが
できる。すなわち、図示しない情報制御装置からのポーリングで、演算部３３ａからの応
答が出力されない場合、故障である旨を検出するように構成できる。

また、演算部３３ａおよび診断部３４ａ間で行われる励振が停止した場合に、故障であ
る旨を検出するように構成できる。

また、ＣＰＵが有する故障検知機能で定周期に行われる割込みが無い場合に、故障であ
る旨を検出するように構成できる。

また、ＣＰＵが有する故障検知機能で、ウオッチドッグタイマが停止した場合に、故障
である旨を検出するように構成できる。

また、演算部３３ａからフィードバックされたノッチ信号と、診断部３４ａでのノッチ
演算結果が不一致の場合に、故障である旨を検出するように構成できる。

また、演算部３３ａからフィードバックされた通信データと、診断部３４ａで演算され
た通信データが不一致の場合に、故障である旨を検出するように構成できる。

また、逆転ハンドル５からの「前」および「後」信号がともに「オン」となった場合に
、故障である旨を検出するように構成できる。

さらに、主ハンドル１の位置が非常以外で逆転ハンドル５の「前」および「後」信号が
ともに「オフ」となった場合に、故障である旨を検出するように構成できる。

本発明は、故障の検知を厳密に行って安全性を向上させることが要求される主幹制御装
置に適用可能である。

１主ハンドル
２、６スターホイル
３主軸
４、４ａ、４ｂロータリエンコーダ
５逆転ハンドル
７逆転軸
１０制御装置
１１電源部
１２ａ１系制御部
１２ｂ２系制御部
２１ａ、２１ｂノイズフィルタ
２２ａ１系電源
２２ｂ２系電源
３０ａ、３０ｂノッチ電源入力部
３１ａ、３１ｂデコーダ部
３２ａ、３２ｂ操作部センサ入力部
３３ａ、３３ｂ演算部
３４ａ、３４ｂ診断部
３５ａ、３５ｂ励振判定部
３６ａ、３６ｂリレー
３７ａ、３７ｂノッチメタル線出力部
３８ａ、３８ｂシリアル伝送入出力部
３９ａディップスイッチ
４０ａ、４１ａ照合部
４２ａパリティ演算部
４３ａ比較部
４４ａデータ変化検出部
４５ａストローブ変化検出部
４６ａ判定部

Claims

主ハンドルと、
この主ハンドルが操作されたことに伴う回転角度を示す角度信号、この角度信号に基づ
いて生成された第１のパリティ信号、及び前記角度信号と第１のパリティ信号を得るタイ
ミングを示すストローブ信号を生成するエンコーダと、
このエンコーダから出力された角度信号に基づいて列車を制御するための指令を生成す
る第１の制御部および前記第１の制御部が異常のときに動作する第２の制御部と、を備え
、
前記第１の制御部および第２の制御部は、それぞれ、前記ストローブ信号を受信すると
、前記エンコーダから得た角度信号に基づいて第２のパリティ信号を生成し、この生成し
た第２のパリティ信号が前記第１のパリティ信号と不一致である場合に異常と判定する
ことを特徴とする主幹制御装置。
前記第１の演算部および第２の演算部は、前記ストローブ信号に同期して得た前記角度
信号に基づいて前記第２のパリティ信号を生成し、この第２のパリティ信号と前記ストロ
ーブ信号に同期して得た第１のパリティ信号とを比較することを特徴とする請求項１に記
載の主幹制御装置。