JP5731141B2 - アナログ信号入力装置 - Google Patents

Description

本発明は、アナログ信号入力装置に関し、詳しくは、外部からのアナログ信号を、アナログ処理手段及びＡ／Ｄ変換手段を介して、演算処理手段がディジタル信号として取り込むようにした、アナログ信号入力装置に関する。

従来、この種のアナログ信号入力装置として、例えば、特許文献１に記載されるような装置があった。
このアナログ信号入力装置は、アナログ信号をＡ／Ｄ変換手段によってディジタル信号に変換して演算処理手段（マイコン）に取り込む装置であり、前記Ａ／Ｄ変換手段の入力をマルチプレクサによって基準電圧源に切り替え、基準電圧源の電圧をＡ／Ｄ変換手段で変換して得たディジタル信号と、予め記憶してある初期値とを比較し、Ａ／Ｄ変換手段の変換精度の劣化を検出するＡ／Ｄ変換監視手段を備えている。

特開平５−２４４０００号公報

ところで、アナログ信号を、フィルタ回路などのアナログ処理手段を介してＡ／Ｄ変換手段に入力させる場合、アナログ処理手段が故障していると、たとえＡ／Ｄ変換手段が故障していなくても、演算処理手段は、実際のアナログ信号に合致しないディジタル信号を取り込むことになってしまう。このため、アナログ処理手段が故障すると、演算処理手段は、実際のアナログ信号に対応しない制御演算結果に基づき、誤った制御出力を発生してしまう可能性があるという問題があった。

また、従来装置において、Ａ／Ｄ変換手段に入力させる基準電圧源は、直流であるため、アナログ処理手段として交流結合回路（直流除去回路）を備える場合、Ａ／Ｄ変換手段に対してＡ／Ｄ変換の基準とすべき交流信号を与えることができず、Ａ／Ｄ変換手段の変換精度の劣化検出が不能になってしまうという問題があった。
更に、従来装置においては、Ａ／Ｄ変換手段に入力させる基準電圧が、基準電圧源における１つの電圧値に限定されるため、基準電圧近傍の電圧域では所期の変換精度を維持できていれば、基準電圧から離れた電圧域で変換精度の劣化が発生していても、このような劣化を検知できないという問題があった。

本発明は上記問題点に着目してなされたものであり、アナログ処理手段及びＡ／Ｄ変換手段を含むアナログ信号入力装置の故障を、高精度かつ汎用性をもって診断できるようにすることを目的とする。

このため、請求項１に係る発明は、アナログ信号をアナログ処理回路及びＡ／Ｄ変換器を介して演算処理手段に取り込むアナログ信号入力装置において、外部からのアナログ信号と前記演算処理手段が出力するディジタル信号をＤ／Ａ変換器で変換した診断用アナログ信号とを入力し、前記演算処理手段の制御信号に応じて前記アナログ処理回路に出力する信号を選択する選択出力手段を備え、前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力に基づく故障診断と前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力に基づく故障診断とを行うようにした。

係る構成では、演算処理手段は、Ｄ／Ａ変換器に対してディジタル信号を出力してＤ／Ａ変換器から診断用アナログ信号を出力させ、この診断用アナログ信号をアナログ処理回路に入力させるから、Ｄ／Ａ変換器に出力したディジタル信号に見合うディジタル信号をＡ／Ｄ変換器が出力したか否かによって、アナログ処理回路、Ａ／Ｄ変換器及びＤ／Ａ変換器を含む回路の故障の有無を診断できる。更に、演算処理手段は、選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときのＡ／Ｄ変換器の出力に基づき故障診断を行うことで、選択出力手段，Ａ／Ｄ変換手段の故障の発生を診断できる。

また、請求項２に係る発明では、前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が第１所定範囲内であるときに、前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させて故障診断を行う。

また、請求項３に係る発明では、前記演算処理手段は、前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が第２所定範囲内であるときに、外部からのアナログ信号を前記選択出力手段から前記アナログ処理回路に入力させ、外部からのアナログ信号に応じた制御動作を行う。

また、請求項４に係る発明では、前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が零を含む所定範囲内であるときに正常判定を行う。

また、請求項５に係る発明では、前記演算処理手段は、零でない前記診断用アナログ信号を前記選択出力手段に入力させているときに前記選択出力手段の全チャンネルをオフにする。

係るアナログ信号入力装置によれば、選択出力手段及びアナログ処理回路を含む回路の故障を高精度に診断できる。

本願発明に係るアナログ信号入力装置の第１実施形態を示すブロック図 上記第１実施形態における故障診断処理を示すフローチャート 上記第１実施形態における故障診断処理の別の例を示すフローチャート 本願発明に係るアナログ信号入力装置の第２実施形態を示すブロック図 上記第２実施形態における故障診断処理を示すフローチャート

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本願発明に係るアナログ信号入力装置の第１実施形態を示すブロック図であり、このアナログ信号入力装置は、例えば、アナログの制御条件信号を入力して動作するディジタル電子リレーに用いられる。但し、アナログ信号入力装置の適用を、ディジタル電子リレーに限定するものではない。
図１に示すアナログ信号入力装置１は、マルチプレクサ（選択出力手段）２、アナログ入力回路（アナログ処理手段）３、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）４、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）５、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを含むマイクロコンピュータ（演算処理手段）６を備えている。

尚、Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５及びマイクロコンピュータ（以下、マイコンと称する）６は、１チップマイコンであるマイクロ・コントローラ・ユニット（ＭＣＵ）７を構成する。
マルチプレクサ２は、外部からの制御条件信号であるアナログ信号Ａ１と、Ｄ／Ａ変換器５の出力であるアナログ信号Ａ２とを入力し、マイコン６からの選択制御信号Ｓに応じて、アナログ信号Ａ１とアナログ信号Ａ２とのいずれか一方を出力する。

アナログ入力回路３は、コンデンサや抵抗からなるフィルタ回路などのアナログ回路であり、マルチプレクサ２が出力するアナログ信号Ａを入力して処理し、アナログ信号Ａｆとして出力する。このアナログ入力回路３は、微分回路などの交流結合回路（直流除去回路）であってもよく、また、直流成分を通過させる回路であってもよい。
Ａ／Ｄ変換器４は、アナログ入力回路３が出力するアナログ信号Ａｆを入力し、このアナログ信号Ａｆをディジタル信号Ｄ１に変換する。

マイコン６は、Ａ／Ｄ変換器４が出力するディジタル信号Ｄ１を入力し、該ディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、外部機器を制御する制御出力、即ち、リレーの動作・落下を制御する信号を出力する。尚、本実施形態では、リレーを落下させることで、アナログ信号入力装置を含むシステムを、安全側に導くことになるものとする。
Ｄ／Ａ変換器５は、マイコン６が出力するディジタル信号Ｄ２を入力してアナログ信号Ａ２に変換し、このアナログ信号Ａ２をマルチプレクサ２に出力する。アナログ信号Ａ２は、アナログ信号入力回路１の故障診断用として出力され、マイコン６は、アナログ信号Ａ２をアナログ入力回路３に入力させたときに、Ａ／Ｄ変換器４が出力するディジタル信号Ｄ１に基づいて、アナログ信号入力装置１における故障の有無を自己診断する。

図２のフローチャートは、マイコン６による故障診断処理の詳細を示す。
図２のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ１０１では、故障診断の実行タイミングであるか否かを判断する。故障診断の実行タイミングは、例えば、アナログ信号入力装置１を含むシステムの起動時や、起動後の一定時間毎とすることができ、また、外部からの診断指示信号を受信した時点とすることもできる。

ステップＳ１０１で、故障診断の実行タイミングであると判断すると、ステップＳ１０２へ進み、Ｄ／Ａ変換器５に対して、診断用の基準信号としてのディジタル信号Ｄ２を出力する。ディジタル信号Ｄ２は、マイコン６が備えるメモリに予め故障診断用として記憶してある任意のデータである。
次のステップＳ１０３では、マルチプレクサ２に対して、Ｄ／Ａ変換器５が出力するアナログ信号Ａ２の出力を指示する選択制御信号Ｓを出力する。

これにより、ディジタル信号Ｄ２はＤ／Ａ変換器５でアナログ信号Ａ２に変換され、アナログ信号Ａ２は、マルチプレクサ２からアナログ入力回路３に出力され、更に、アナログ入力回路３を通過したアナログ信号Ａｆが、Ａ／Ｄ変換器４でディジタル信号Ｄ１に変換されることになる。
ステップＳ１０４では、アナログ信号Ａ２をアナログ入力回路３に入力させた状態で、Ａ／Ｄ変換器４が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込む。

そして、ステップＳ１０５では、ステップＳ１０４で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号であるか否かを判定する。
例えば、アナログ入力回路３が直流信号を通過させる回路である場合、ディジタル信号Ｄ２を一定電圧値として、アナログ信号Ａ２として直流を出力させる。この場合、アナログ入力回路３でのアナログ処理後の電圧値を予め基準電圧値Ｖｔｈとして求めておき、該基準電圧値Ｖｔｈを含む正常範囲（許容範囲）内の電圧値が、ディジタル信号Ｄ１として取り込まれたか否かを判定する。

また、アナログ入力回路３が直流信号を通過させない交流結合回路である場合、ディジタル信号Ｄ２を電圧値が一定周期で変化する信号とし、アナログ信号Ａ２として交流を出力させる。この場合、アナログ入力回路３でのアナログ処理後の交流信号の周波数や振幅や平均電圧などを基準特性値として予め求めておき、該基準特性値を含む正常範囲（許容範囲）内の特性値の交流信号が、ディジタル信号Ｄ１として取り込まれたか否かを判定する。
上記のように、マイコン６が既知のディジタル信号Ｄ２を出力し、このディジタル信号Ｄ２をＤ／Ａ変換器５でアナログ信号Ａ２に変換し、このアナログ信号Ａ２を、マルチプレクサ２を介してアナログ入力回路３に出力することで、Ａ／Ｄ変換器４が出力するディジタル信号Ｄ１は、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に対応する予定された信号になる。

従って、ディジタル信号Ｄ１がディジタル信号Ｄ２に対応する信号でない場合（特性が許容レベルを超えてずれている場合）には、マルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５のうちの少なくとも１つ及び／又はこれらのデバイスを結ぶライン・コネクタに故障（劣化）が生じているものと推定できる。
特に、外部からのアナログ信号Ａ１を処理するマルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４を含む回路に故障が発生していると、アナログ信号Ａ１のレベル（電圧）をマイコン６が正確に判断することができず、誤った制御出力を発生させることになってしまう。

そこで、ディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号である場合は、ステップＳ１０６へ進んで、マルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５を含む回路が正常であると判定する。
そして、正常時であれば、更にステップＳ１０７へ進み、マルチプレクサ２に対して、外部からのアナログ信号Ａ１の出力を指示する選択制御信号Ｓを出力し、外部からのアナログ信号Ａ１を、アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４を介して取り込むようにする。

ステップＳ１０８では、Ａ／Ｄ変換器４が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込み、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８で取り込んだディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、リレーの動作・落下を決定し、該決定に対応する制御出力を発生させる。
即ち、ステップＳ１０９では、外部から取り込んだ制御条件信号としてのアナログ信号Ａ１に応じて制御出力（制御信号）を演算し、演算結果としての制御出力を外部に出力することで、外部機器（リレー）を制御する。

一方、ディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号でない場合は、ステップＳ１１０へ進んで、マルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５を含む回路に故障が発生していると判定する。
そして、故障発生時である場合には、更にステップＳ１１１へ進んで、制御出力を安全サイドに制御して保持させ（リレーを落下させる制御出力に保持させ）、外部からのアナログ信号Ａ１に応じた出力制御を停止させる、フェイル処理を実行する。
前記フェイル処理には、ランプや警報などの警告手段を動作させる警報動作信号の出力や、故障診断履歴の記憶などの処理を含めることができる。

上記構成によると、Ａ／Ｄ変換器４における変換精度の劣化が生じた場合の他、アナログ入力回路３に故障が発生した場合にも、故障の発生を検知でき、Ａ／Ｄ変換器４やアナログ入力回路３の劣化・故障によって、外部からのアナログ信号Ａ１の電圧レベルをマイコン６が正しく判定できない状態で、外部からのアナログ信号Ａ１に基づいて出力制御（リレー制御）を行ってしまうことを未然に防止できる。
更に、アナログ入力回路３及びＡ／Ｄ変換器４の健全性を検証するために設けるマルチプレクサ２やＤ／Ａ変換器５に劣化・故障が発生した場合にも故障判定を行って、制御出力を安全サイド（リレーを落下させる側）に制御するから、マルチプレクサ２やＤ／Ａ変換器５に劣化・故障によって、アナログ入力回路３及びＡ／Ｄ変換器４の健全性を確認できない状態のまま、外部からのアナログ信号Ａ１に基づいて出力制御（リレー動作）を行ってしまうことがない。

また、マイコン６が出力するディジタル信号Ｄ２の設定によって、基準アナログ信号としてアナログ入力回路３に入力させるアナログ信号Ａ２を直流・交流のいずれにも設定できるので、アナログ入力回路３が交流結合回路であっても、アナログ入力回路３を含む回路の故障診断を行える。
また、マイコン６が出力するディジタル信号Ｄ２は任意に設定でき、一定値に限定されないので、アナログ信号入力装置１を適用するシステムにおけるアナログ信号Ａ１の出力範囲などに基づいて、ディジタル信号Ｄ２を最適値に設定できる。更に、ディジタル信号Ｄ２を複数種に切り替え、各ディジタル信号Ｄ２の出力状態それぞれで故障の有無を診断させることができ、これによって、より精度の高い故障診断が可能となる。

ところで、マルチプレクサ２の故障診断に適した診断方法として、マルチプレクサ２の全チャンネルをオフに制御し、マルチプレクサ２からのアナログ信号Ａの出力を停止させたときに、アナログ入力回路３及びＡ／Ｄ変換器４の入力が実際に零になっているか否かを判断する方法がある。
係る故障診断と、前述したディジタル信号Ｄ２（アナログ信号Ａ２）に基づく故障診断とを組み合わせた実施形態を、図３のフローチャートに従って説明する。

図３のフローチャートにおいて、まず、ステップＳ２０１では、前述のステップＳ１０１と同様に、故障診断の実行タイミングであるか否かを判断する。
ステップＳ２０１で、故障診断の実行タイミングであると判断すると、ステップＳ２０２へ進み、Ｄ／Ａ変換器５に対して、診断用の基準信号としてのディジタル信号Ｄ２を出力する。

次のステップＳ２０３では、外部からのアナログ信号Ａ１、及び、Ｄ／Ａ変換器５が出力するアナログ信号Ａ２の双方をマルチプレクサ２から出力させずに出力を零とすべく、マルチプレクサ２に対して、全チャンネルをオフとする選択制御信号Ｓを出力する。
そして、ステップＳ２０４では、マルチプレクサ２の出力を零とした状態、即ち、アナログ入力回路３及びＡ／Ｄ変換器４の入力を零とした状態で、Ａ／Ｄ変換器４が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込む。

ステップＳ２０５では、ステップＳ２０４で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、零又は零を中心としたＡ／Ｄ変換の許容誤差内であるか否かを判定する。
マルチプレクサ２の出力を停止させることで、アナログ入力回路３及びＡ／Ｄ変換器４の入力が零となるから、ディジタル信号Ｄ１が零又は零近傍の値となるのが正常状態であり、ディジタル信号Ｄ１が零又は零近傍の値でない場合には、マルチプレクサ２の出力が実際には停止してなく、マルチプレクサ２がアナログ信号Ａ１又はアナログ信号Ａ２を出力しているか、Ａ／Ｄ変換器４の出力の異常シフトが発生しているものと推定できる。
尚、アナログ信号Ａ１及びアナログ信号Ａ２は、零ではないものとする。

従って、ステップＳ２０５で、ディジタル信号Ｄ１が、零からＡ／Ｄ変換の誤差範囲を超えてずれた値であると判定した場合には、マルチプレクサ２及び／又はＡ／Ｄ変換器４の故障が発生しているものと判断できるので、ステップＳ２１３へ進んで、故障の発生を判定し、次のステップＳ２１４では、制御出力を安全サイドに制御して保持させ（リレーを落下させる制御出力に保持させ）、外部からのアナログ信号Ａ１に応じた出力制御を停止させる、フェイル処理を実行する。

一方、ステップＳ２０５で、ディジタル信号Ｄ１が、零若しくはＡ／Ｄ変換の誤差範囲内の値であると判定した場合には、マルチプレクサ２の選択出力機能及びＡ／Ｄ変換器４の変換精度は正常であると見なして、ステップＳ２０６へ進む。
ステップＳ２０６では、マルチプレクサ２に対して、Ｄ／Ａ変換器５が出力するアナログ信号Ａ２の出力を指示する選択制御信号Ｓを出力する。

次のステップＳ２０７では、アナログ信号Ａ２を、アナログ入力回路３に入力させたときのＡ／Ｄ変換器４の出力として、ディジタル信号Ｄ１を取り込む。
ステップＳ２０８では、前述のステップＳ１０５と同様に、ステップＳ２０７で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号であるか否かを判定する。

そして、ディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号である場合は、ステップＳ２０９へ進んで、マルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５を含む回路が正常であると判定する。
正常時であれば、更にステップＳ２１０へ進み、マルチプレクサ２に対して、外部からのアナログ信号Ａ１の出力を指令する選択制御信号Ｓを出力し、外部からのアナログ信号Ａ１を、アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４を介して取り込むようにする。

ステップＳ２１１では、Ａ／Ｄ変換器４が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込み、ステップＳ２１２では、ステップＳ２１１で取り込んだディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、外部に出力する制御出力を決定し、この制御出力を外部に出力して、外部からのアナログ信号Ａ１に応じた制御動作（リレーの動作・落下の制御）を行わせる。
一方、ディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器５に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号でない場合は、ステップＳ２１３へ進んで、マルチプレクサ２，アナログ入力回路３，Ａ／Ｄ変換器４，Ｄ／Ａ変換器５を含む回路に故障が発生していると判定する。

そして、故障発生時である場合には、更にステップＳ２１４へ進んで、制御出力を安全サイドに制御して保持させ（リレーを落下させる制御出力に保持させ）外部からのアナログ信号Ａ１に応じた出力制御を停止させる、フェイル処理を実行する。
上記構成では、マルチプレクサ２からの出力を停止させた状態で診断し、更に、ディジタル信号Ｄ２をＤ／Ａ変換して得たアナログ信号Ａ２を、マルチプレクサ２から出力させた状態で診断するので、より高い診断精度を得ることができる。

ところで、以上に説明したアナログ入力装置１は、ＭＣＵを１系統のみ備えるが、２個のＭＣＵが、入力・演算・出力などの処理を同期して行い、相互にデータを定周期で比較照合し、外部機器（リレー）を動作させるための制御出力を得る構成とした２重系アナログ入力装置１においても、既述した故障診断を適用することができる。

図４は、第２実施形態の２重系アナログ入力装置を示すブロック図である。
図４に示す２重系のアナログ入力装置５１は、マルチプレクサ（選択出力手段）５２、アナログ入力回路（アナログ処理手段）５３、第１ＭＣＵ（マイクロ・コントローラ・ユニット）６０、第２ＭＣＵ（マイクロ・コントローラ・ユニット）７０、フェイルセーフ照合回路９０を備えている。
第１ＭＣＵ６０は、Ａ／Ｄ変換器（第１Ａ／Ｄ変換手段）６１、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）６２、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを含むマイコン６３（第１演算処理手段）を備えた１チップマイコンであり、第２ＭＣＵ７０は、Ａ／Ｄ変換器（第２Ａ／Ｄ変換手段）７１、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭなどを含むマイコン７３（第２演算処理手段）を備えた１チップマイコンである。

マルチプレクサ５２は、外部からのアナログ信号Ａ１と、第１ＭＣＵ６０のＤ／Ａ変換器６２の出力であるアナログ信号Ａ２とを入力し、第１ＭＣＵ６０のマイコン６３が出力する選択制御信号Ｓに応じて、アナログ信号Ａ１とアナログ信号Ａ２とのいずれか一方を出力する。
尚、本実施形態では、診断のために用いるディジタル信号Ｄ２を、第１ＭＣＵ６０のＤ／Ａ変換器６２から出力させるので、第２ＭＣＵ７０にＤ／Ａ変換器７２を設けていないが、第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０とを同じデバイスで構成して、第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０との双方にＤ／Ａ変換器を備えることができる。

アナログ入力回路５３は、コンデンサや抵抗からなるフィルタ回路などのアナログ回路であり、マルチプレクサ５２が出力するアナログ信号Ａを入力して処理し、アナログ信号Ａｆとして出力する。アナログ入力回路５３が出力するアナログ信号Ａｆは、アナログ入力回路５３に対して並列に接続される第１ＭＣＵ６０のＡ／Ｄ変換器６１及び第２ＭＣＵ７０のＡ／Ｄ変換器７１にそれぞれ入力される。
アナログ入力回路５３は、微分回路などの交流結合回路（直流除去回路）であってもよく、また、直流成分を通過させるアナログ回路であってもよい。

Ａ／Ｄ変換器６１，７１は、アナログ入力回路５３が出力するアナログ信号Ａｆを入力し、このアナログ信号Ａｆをディジタル信号Ｄ１に変換する。
マイコン６３，７３は、Ａ／Ｄ変換器６１，７１が出力するディジタル信号Ｄ１を入力し、該ディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、外部機器（リレー）に出力する制御出力を決定する。
第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０との間を、Ｉ／Ｏポート８０で接続し、互いの処理結果（診断結果及び取り込んだディジタル信号Ｄ１を含む）を読み込むことができるようになっている。

Ｄ／Ａ変換器６２は、マイコン６３が出力するディジタル信号Ｄ２を入力してアナログ信号Ａ２に変換し、このアナログ信号Ａ２をマルチプレクサ２に出力する。
アナログ信号Ａ２は、故障診断用として出力され、アナログ信号Ａ２をアナログ入力回路３に入力させたときに、Ａ／Ｄ変換器６１，７１が出力するディジタル信号Ｄ１に基づいて、マイコン６３，７３が故障の有無をそれぞれに診断する。

第１ＭＣＵ６０は、Ａ／Ｄ変換器６１及びＤ／Ａ変換器６２における変換動作に用いる基準電圧源Ｖref1を備え、第２ＭＣＵ７０は、Ａ／Ｄ変換器７１における変換動作に用いる基準電圧源Ｖref2を備えている。
フェイルセーフ照合回路９０は、論理回路を有し、第１ＭＣＵ６０が出力する制御出力と、第２ＭＣＵ７０の制御出力とを入力して照合し、出力が正常である場合のみリレーを動作させるようにする。
尚、本実施形態では、第１ＭＣＵ６０がアナログ信号Ａ２をマルチプレクサ２に出力し、かつ、第１ＭＣＵ６０がマルチプレクサ２に選択制御信号Ｓを出力するが、第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０とのいずれか一方が診断用のアナログ信号Ａ２をマルチプレクサ２に出力し、他方がマルチプレクサ２に選択制御信号Ｓを出力する構成とすることができる。

図５のフローチャートは、第１ＭＣＵ６０及び第２ＭＣＵ７０による故障診断の詳細を示す。
図５のフローチャートにおいて、ステップＳ３０１〜ステップＳ３１５は、第１ＭＣＵ６０（マイコン６３）が実施する処理を示し、ステップＳ４０１〜ステップＳ４０７及びステップＳ４１１〜ステップＳ４１４は、第２ＭＣＵ７０（マイコン７３）が実施する処理を示す。

ステップＳ３０１では、ステップＳ１０１と同様にして、故障診断の実行タイミングであるか否かを判断する。
ステップＳ３０１で、故障診断の実行タイミングであると判断すると、ステップＳ３０２へ進み、Ｄ／Ａ変換器５に対して、診断用の基準信号としてのディジタル信号Ｄ２を出力する。ディジタル信号Ｄ２は、マイコン６３が備えるメモリに予め故障診断用として記憶してある任意のデータである。

次のステップＳ３０３では、マルチプレクサ５２に対して、Ｄ／Ａ変換器６２が出力するアナログ信号Ａ２の出力を指示する選択制御信号Ｓを出力する。
これにより、ディジタル信号Ｄ２はＤ／Ａ変換器６２でアナログ信号Ａ２に変換され、アナログ信号Ａ２は、マルチプレクサ５２からアナログ入力回路５３に出力され、更に、アナログ入力回路５３を通過したアナログ信号Ａｆが、第１ＭＣＵ６０側のＡ／Ｄ変換器６１及び第２ＭＣＵ７０側のＡ／Ｄ変換器７１でそれぞれにディジタル信号Ｄ１に変換されることになる。

ステップＳ３０４では、Ａ／Ｄ変換器６１が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込む。
そして、ステップＳ３０５では、前述のステップＳ１０５と同様に、ステップＳ３０４で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号であるか否かを判定する。
ここで、ステップＳ３０４で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号であれば、ステップＳ３０６へ進み、マルチプレクサ５２，アナログ入力回路５３，Ａ／Ｄ変換器６１，Ｄ／Ａ変換器６２を含む回路が正常であると判定する。

一方、ステップＳ３０４で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、Ｄ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号でない場合、ステップＳ３０７へ進み、マルチプレクサ５２，アナログ入力回路５３，Ａ／Ｄ変換器６１，Ｄ／Ａ変換器６２を含む回路のいずれかに故障が発生しているものと判定する。
上記の故障診断は、第２ＭＣＵ７０（マイコン７３）側でも同時に並行して実施され、ステップＳ４０１では、Ａ／Ｄ変換器７１が出力したディジタル信号Ｄ１を取り込み、次のステップＳ４０２では、前述のステップＳ１０５と同様に、ステップＳ４０１で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、第１ＭＣＵ６０側でＤ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内（正常範囲内）の信号であるか否かを判定する。

ここで、ステップＳ４０１で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、第１ＭＣＵ６０側でＤ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号であれば、ステップＳ４０３へ進み、マルチプレクサ５２，アナログ入力回路５３，Ａ／Ｄ変換器７１，Ｄ／Ａ変換器６２を含む回路が正常であると判定する。
一方、ステップＳ４０１で取り込んだディジタル信号Ｄ１が、第１ＭＣＵ６０側でＤ／Ａ変換器６２に出力したディジタル信号Ｄ２に見合う許容誤差範囲内の信号でない場合、ステップＳ４０４へ進み、マルチプレクサ５２，アナログ入力回路５３，Ａ／Ｄ変換器７１，Ｄ／Ａ変換器６２を含む回路のいずれかに故障が発生しているものと判定する。

そして、ステップＳ３０８及びステップＳ４０５では、第１ＭＣＵ６０側での診断結果と、第２ＭＣＵ７０（マイコン７３）側での診断結果とを相互に読み込む。
第２ＭＣＵ７０（マイコン７３）側での診断結果を取り込んだ第１ＭＣＵ６０側では、ステップＳ３０９（照合手段）において、自身が正常であると診断し、かつ、第２ＭＣＵ７０でも正常であると診断しているか、換言すれば、正常であるという診断結果で一致しているか否かを判断する。

そして、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との少なくとも一方が、故障の発生を判定している場合には、ステップＳ３１０へ進み、制御出力として、リレーを落下させる安全サイドの出力（フェイル出力）を発生させる。
一方、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との双方が正常であると判定している場合には、正常であるとする診断結果が正しいものと判断し、ステップＳ３１１へ進み、マルチプレクサ５２に対して、外部からのアナログ信号Ａ１の出力を指示する選択制御信号Ｓを出力する。

第１ＭＣＵ６０（マイコン６３）側での診断結果を取り込んだ第２ＭＣＵ７０側でも、診断結果が正常で一致しているか否かを判断する。
即ち、ステップＳ４０６（照合手段）において、自身が正常であると診断し、かつ、第１ＭＣＵ６０でも正常であると診断しているか、換言すれば、正常であるという診断結果で一致しているか否かを判断する。

そして、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との少なくとも一方が、故障の発生を判定している場合には、ステップＳ４０７へ進み、制御出力として、リレーを落下させる安全サイドの出力を発生させる。
第１ＭＣＵ６０側での診断結果の照合によって、双方が正常診断していると判断して、ステップＳ３１１で外部からのアナログ信号Ａ１の取り込みを指示すると、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との双方で、外部からのアナログ信号Ａ１をアナログ入力回路５３で処理した後のアナログ信号ＡｆをＡ／Ｄ変換して得たディジタル信号Ｄ１を取り込み、かつ、他方が取り込んだディジタル信号Ｄ１を読み込む処理を並行して行う（ステップＳ３１２、ステップＳＳ４１１）。

ステップＳ３１３では、自系で取り込んだディジタル信号Ｄ１と、第２ＭＣＵ７０側でＡ／Ｄ変換器７１の出力を取り込んだ結果とを比較する。
ステップＳ３１３で比較する２つのディジタル信号Ｄ１は、同じアナログ信号Ａｆを異なるＡ／Ｄ変換器６１，７１で変換した値であり、２つのディジタル信号Ｄ１間には、Ａ／Ｄ変換器６１，７１間における許容変換誤差による差が生じるが、前記変換誤差を超える差が生じている場合には、少なくとも一方のＡ／Ｄ変換器６１，７１に故障が発生している可能性がある。
尚、Ａ／Ｄ変換器６１，７１の故障には、付属する基準電圧源Ｖref1，Ｖref2の故障（電圧レベルの変化）が含まれる。

そこで、２つのディジタル信号Ｄ１間に、Ａ／Ｄ変換器６１，７１間における許容変換誤差（閾値）を超える差が発生している場合には、ステップＳ３１４へ進んで、制御出力として、リレーを落下させる安全サイドの出力（フェイル出力）を発生させる。
一方、２つのディジタル信号Ｄ１間の差が充分に小さく、Ａ／Ｄ変換器６１，７１間における許容変換誤差内であると判断した場合には、ステップＳ３１５へ進み、Ａ／Ｄ変換器６１が出力したディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、外部に出力する制御出力を決定して出力する。

上記のディジタル信号Ｄ１の照合は、第２ＭＣＵ７０側でも行われ、ステップＳ４１２では、自系で取り込んだディジタル信号Ｄ１と、第１ＭＣＵ６０側でＡ／Ｄ変換器６１の出力を取り込んだ結果とを比較する。
そして、２つのディジタル信号Ｄ１間に、Ａ／Ｄ変換器６１，７１間における許容変換誤差（閾値）を超える差が発生している場合には、ステップＳ４１３へ進んで、制御出力として、リレーを落下させる安全サイドの出力（フェイル出力）を発生させる。

一方、２つのディジタル信号Ｄ１間の差が充分に小さく、Ａ／Ｄ変換器６１，７１間における許容変換誤差内であると判断した場合には、ステップＳ４１４へ進み、Ａ／Ｄ変換器７１が出力したディジタル信号Ｄ１を演算処理することで、外部に出力する制御出力を決定して出力する。
第１ＭＣＵ６０が出力する制御出力と、第２ＭＣＵ７０が出力する制御出力は、フェイルセーフ照合回路９０に入力され、フェイルセーフ照合回路９０は、少なくとも一方の制御出力が、リレーを落下させ、システムを安全サイドに導くフェイル出力である場合、最終的に出力する制御出力をフェイル出力とし、双方の制御出力がリレーを動作させる信号で一致している場合にのみ、最終的に出力する制御出力としてリレーを動作させる出力を発生する。

従って、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との少なくとも一方で故障の発生が診断された場合、更に、第１ＭＣＵ６０側と第２ＭＣＵ７０側との少なくとも一方で、双方が取り込んだディジタル信号Ｄ１の差が異常に大きいと診断された場合には、最終的に出力する制御出力がフェイル出力とされ、リレーを落下させてシステムを安全サイドに導くことになる。
上記２重系のアナログ信号入力装置であれば、第１ＭＣＵ６０側で正常であると診断しても、第２ＭＣＵ７０側で故障の発生を診断すれば、制御出力を安全サイドに制御して保持させることができ、より一層のフェイルセーフを図ることができる。

また、第１ＭＣＵ６０側が取り込んだディジタル信号Ｄ１と、第２ＭＣＵ７０側が取り込んだディジタル信号Ｄ１とを比較することで、Ａ／Ｄ変換器６１，７１に付属する基準電圧源Ｖref1，Ｖref2の電圧変化による変換精度の劣化を判断でき、変換精度が低下した状態で得られたディジタル信号Ｄ１に基づき、外部に出力する制御信号が決定されてしまうことを回避できる。
更に、第１ＭＣＵ６０側で演算した制御出力と第２ＭＣＵ７０側で演算した制御出力とを比較し、両者が一致する場合に制御出力を外部に出力し、一致しない場合には、安全サイドの信号を出力させるので、制御出力の演算結果が相反する場合に、安全サイドではない制御出力を外部に出力してしまうことがなく、フェイルセーフを図ることができる。

尚、第１ＭＣＵ６０側での診断結果と第２ＭＣＵ７０側での診断結果との照合も、フェイルセーフ照合回路９０（照合手段）で行わせることができ、また、双方の制御出力が一致するか否かの照合を含めて、全て照合を第１ＭＣＵ６０及び第２ＭＣＵ７０におけるソフトウェア処理で行わせることができる。また、照合処理を、第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０とのいずれか一方のみで行わせることができる。
また、診断用のアナログ信号Ａ２をアナログ入力回路５３に入力させている状態で、第１ＭＣＵ６０が取り込んだディジタル信号Ｄ１と、第２ＭＣＵ７０が取り込んだディジタル信号Ｄ１とを、第１ＭＣＵ６０と第２ＭＣＵ７０との少なくとも一方で比較し、Ａ／Ｄ変換器６１，７１（基準電圧源Ｖref1，Ｖref2）に故障が発生しているか否かを診断できる。

更に、２重系のアナログ信号入力装置において、１重系の実施形態に示したように、マルチプレクサ５２からの出力を停止させた状態でのディジタル信号Ｄ１に基づき、マルチプレクサ５２の故障の有無を診断することができる。この他、１重系の実施形態に示した実施態様は、適宜２重系のアナログ信号入力装置に適用することができることは明らかである。

１ アナログ信号入力装置
２ マルチプレクサ（選択出力手段）
３ アナログ入力回路（アナログ処理手段）
４ Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ変換手段）
５ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）
６ マイコン（演算処理手段）
５１ アナログ信号入力装置
５２ マルチプレクサ（選択出力手段）
５３ アナログ入力回路（アナログ処理手段）
６０ 第１ＭＣＵ
６１ Ａ／Ｄ変換器（第１Ａ／Ｄ変換手段）
６２ Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ変換手段）
６３ マイコン（第１演算処理手段）
７０ 第２ＭＣＵ
７１ Ａ／Ｄ変換器（第２Ａ／Ｄ変換手段）
７３ マイコン（第２演算処理手段）

Claims (5)

1. アナログ信号をアナログ処理回路及びＡ／Ｄ変換器を介して演算処理手段に取り込むアナログ信号入力装置において、外部からのアナログ信号と前記演算処理手段が出力するディジタル信号をＤ／Ａ変換器で変換した診断用アナログ信号とを入力し、前記演算処理手段の制御信号に応じて前記アナログ処理回路に出力する信号を選択する選択出力手段を備え、前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力に基づく故障診断と前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力に基づく故障診断とを行う、アナログ信号入力装置。
2. 前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が第１所定範囲内であるときに、前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させて故障診断を行う、請求項１記載のアナログ信号入力装置。
3. 前記演算処理手段は、前記診断用アナログ信号を前記アナログ処理回路に入力させたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が第２所定範囲内であるときに、外部からのアナログ信号を前記選択出力手段から前記アナログ処理回路に入力させ、外部からのアナログ信号に応じた制御動作を行う、請求項２記載のアナログ信号入力装置。
4. 前記演算処理手段は、前記選択出力手段の全チャンネルをオフにしたときの前記Ａ／Ｄ変換器の出力が零を含む所定範囲内であるときに正常判定を行う、請求項１から３のいずれか１つに記載のアナログ信号入力装置。
5. 前記演算処理手段は、零でない前記診断用アナログ信号を前記選択出力手段に入力させているときに前記選択出力手段の全チャンネルをオフにする、請求項１から４のいずれか１つに記載のアナログ信号入力装置。

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