JP4238705B2

JP4238705B2 - セーフティコントローラ

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Publication number: JP4238705B2
Application number: JP2003394385A
Authority: JP
Inventors: 祐一阿部; 晃行中山; 雄士橋本; 実橋本; 孝浩井手
Original assignee: Omron Corp
Current assignee: Omron Corp
Priority date: 2003-11-25
Filing date: 2003-11-25
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2023-11-25
Also published as: JP2005157665A

Description

本発明は、セーフティコントローラに関し、更に詳しくは、工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の安全回路に好適なセーフティコントローラに関する。

従来、例えば、生産現場の労働安全を確保するために、複数の電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いて安全回路、すなわち、安全が確保されている状態の時のみ工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路が構築されている（例えば、特許文献１参照）。

かかるリレーユニットは、非常停止スイッチなどの安全スイッチやセーフティドアスイッチなどの安全エリアセンサからの入力信号に基づいて、安全回路の状態を監視し、不具合が発生した時には、機械設備の電源を確実に遮断するとともに、その不具合原因が取り除かれない限りは、機械設備の再起動を行なわない機能を備えている。
特開２００３−１４０７０２号公報

かかる電磁リレーを内蔵したリレーユニットを用いたシステムでは、リレーシーケンスによって安全回路が構築されるので、配線によってロジックが組み立てられることになり、制御すべき工作機械等が多くなると、配線数が増大して複雑になるとともに、その設計も容易ではない。

本発明は、このような点に着目してなされたものであって、配線数を削減するとともに、システムの構築が容易なセーフティコントローラを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、次のように構成している。

すなわち、本発明のセーフティコントローラは、入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、前記安全出力として半導体出力を与える安全出力部と、前記入力機器からの前記入力に基づいて、プログラムに従って前記安全出力を制御する制御部と、異常を検知する異常検知部とを備え、電磁リレーを内蔵して前記安全出力に応じたリレー出力を安全出力制御対象に出力する増設ユニットの複数が、該増設ユニットを介して当該セーフティコントローラに順次に接続可能であり、前記異常検知部は、前記増設ユニットの接続によって構成される当該セーフティコントローラから前記増設ユニットを介して当該セーフティコントローラに戻るフィードバックループのフィードバック入力に基づいて、異常を検知するものである。

ここで、入力機器とは、当該セーフティコントローラに対する入力を与える機器をいい、例えば、非常停止スイッチ、セーフティドアスイッチ、セーフティリミットスイッチ、セーフティライトカーテンなどをいう。

安全出力制御対象とは、当該セーフティコントローラの出力である安全出力によって制御される対象をいい、例えば、マグネットコンタクタ、モータコントローラ、可変モータ、ＰＬＣなどをいう。

機械設備とは、各種の工作機械、産業用ロボットなどをいう。

また、機械設備の運転を制御するとは、機械設備の起動・停止の制御や動作速度の制御などをいう。

増設ユニットとは、当該セーフティコントローラに接続されるものであって、電磁リレーを内蔵し、当該セーフティコントローラの安全出力に応じたリレー出力を安全出力制御対象に出力するものをいい、出力点数を増やす、すなわち、増設するためのユニットをいう。

また、異常とは、例えば、増設ユニットの電磁リレーの接点溶着などをいう。

本発明によると、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える安全出力部と、安全出力を、プログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

しかも、電磁リレーを内蔵した増設ユニットを、当該セーフティコントローラに接続することによって、出力点数を容易に増やすことができるとともに、増設ユニットを介して与えられるフィードバック入力に基づいて、異常を検知するので、例えば、増設ユニットの電磁リレーの接点溶着などの異常を検知して機械設備の稼動を禁止するといったことが可能となる。

本発明の一実施態様においては、前記順次に接続される複数の前記増設ユニットの内、最終段の増設ユニットには、終端抵抗が取り付けられて該終端抵抗を介して前記フィードバックループが構成される。

この実施態様によると、当該セーフティコントローラに対して増設ユニットが接続され、更に前記増設ユニットを介して別の増設ユニットが接続されるといったように複数の増設ユニットを順次に接続し、当該セーフティコントローラから最も離れた最終段の増設ユニットには、終端抵抗を取り付けることによって、フィードバックループを構成することができ、これによって、複数の増設ユニットを接続した場合に、各増設ユニットの接点溶着やフィードバックループの異常などを検知することができる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記電磁リレーは、互いに連動するａ接点およびｂ接点を有するとともに、前記両接点の内の一方の接点は、前記リレー出力を出力する出力用接点とされ、他方の接点は、前記フィードバックループ内に連結され、前記異常検知部は、前記電磁リレーの前記出力用接点の溶着および前記フィードバックループの異常の少なくともいずれか一方を検知するものである。

ここで、フィードバックループの異常とは、例えば、断線、短絡などをいう。

この実施態様によると、フィードバック入力に基づいて、出力用接点の溶着およびフィードバックループの断線、短絡などの異常の少なくともいずれか一方を検知することができる。

ここで、接続用出力とは、当該セーフティコントローラと他のセーフティコントローラとの接続に用いられる出力をいう。

ここで、論理接続用とは、当該セーフティコントローラに接続される他のセーフティコントローラを、例えば、論理積や論理和といった論理によって関連付けて接続するためのものをいう。

ここで、出力状態とは、機械設備の稼動が許容される安全側の出力状態または機械設備の稼動が禁止される危険側の出力状態をいう。

以上のように本発明によれば、半導体出力である安全出力を安全出力制御対象に与える安全出力部と、入力機器からの入力に基づいて、安全出力をプログラムに従って制御する制御部とを備えているので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、ユーザの要求に応じて、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

しかも、電磁リレーを内蔵した増設ユニットを、当該セーフティコントローラに接続することによって、出力点数を容易に増やすことができるとともに、増設ユニットの電磁リレーの接点溶着などの異常を検知して機械設備の稼動を禁止するといったことが可能となり、高い安全レベルを確保できる。

以下、図面によって本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明の一つの実施の形態に係るセーフティコントローラを用いたシステムの構成例を示す図である。

この実施の形態のセーフティコントローラは、安全が確保されている状態の時のみ図示しない工作機械や産業用ロボットなどの機械設備の動力に電源を供給する安全回路を構成するものである。

この実施の形態のセーフティコントローラには、非常停止スイッチ２などの入力機器が接続される単機能ユニット３と、この単機能ユニット３に接続されるとともに、セーフティドアスイッチ１などの入力機器が接続される高機能ユニット４とを備えており、この高機能ユニット４には、ケーブル６を介して複数の増設ユニット５が接続可能である。

単機能ユニット３は、非常停止スイッチ２などの入力機器から入力が与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。

ここで、論理接続用出力とは、この論理接続用出力を出力する単機能ユニット３と、論理接続用出力が与えられる高機能ユニット４とを論理接続するための出力をいう。

この実施の形態では、単機能ユニット３から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、論理接続用出力とは、その出力の状態が同じ、すなわち、安全出力が、機械設備の稼動を許容する安全側の出力状態であるときには、論理接続用出力も安全側の出力状態であり、また、安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側の出力状態であるときには、論理接続用出力も危険側の出力状態となる。

そこで、マグネットコンタクタなどの安全出力制御対象に対する本来の安全出力に対して、出力状態が同じである論理接続用出力を、内部安全出力という。

高機能ユニット４は、非常停止スイッチやセーフティドアスイッチ１などの入力機器からの入力および単機能ユニット３や前段の高機能ユニット４から出力される内部安全出力が内部安全入力として与えられるとともに、工作機械等を駆動するモータ等への電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタなどに対する安全出力および後段の高機能ユニット４に対する論理接続用出力としての内部安全出力を出力するものである。

高機能ユニット４から出力される論理接続用出力である内部安全出力も上述と同様に、前段の高機能ユニット４と後段の高機能ユニット４とを論理接続するための出力である。

また、高機能ユニット４から安全出力制御対象に対して出力される安全出力と、内部安全出力とは、その出力の状態は同じである。高機能ユニット４は、安全瞬時出力と安全オフディレー出力とを出力可能であるが、内部安全出力は、安全瞬時出力の出力状態と同じ出力状態となっている。

ここで、安全瞬時出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、瞬時に危険側に切り換わる安全出力をいい、安全オフディレー出力とは、安全出力が安全側の状態において、安全入力が安全側から危険側に切り換わったときに、設定された時間に亘って安全側の状態を継続した後、遅れて危険側に切り換わる安全出力をいう。

なお、図１においては、単機能ユニット３から高機能ユニット４に与えられる内部安全出力および前段の高機能ユニット４から後段の高機能ユニット４に与えられる内部安全出力を破線矢符でそれぞれ示しているが、この実施の形態では、高機能ユニット４には、単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４のいずれかからの内部安全出力が与えられる。

増設ユニット５は、ケーブル６を介して高機能ユニット４に接続され、高機能ユニット４に同期した安全出力を、工作機械等を駆動するための電力の供給・遮断を行なう安全出力制御対象としてのマグネットコンタクタ等に対して出力するものである。

単機能ユニット３は、後述のように制御部を構成するＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力および一つの内部安全出力を出力することができる。この実施の形態では、論理接続用の内部安全出力は、ＡＮＤ接続用の内部安全出力となっている。二つの安全入力には、安全規格上の二重化のために、１個の非常停止スイッチなどからの入力が与えられる。

また、単機能ユニット３は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、単機能ユニット３は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。

この単機能ユニット３は、図２の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子７を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）および安全瞬時出力（ＥＩ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部８を備えている。

高機能ユニット４は、単機能ユニット３と同様に、制御部としてのＣＰＵを搭載しており、二つの安全入力および一つの内部安全入力を入力できるとともに、半導体出力（トランジスタ出力）である二つの安全瞬時出力、二つの安全オフディレー出力および論理接続用出力としての一つの内部安全出力、この実施の形態では、ＡＮＤ接続用の内部安全出力を出力することができる。

二つの安全入力には、単機能ユニット３と同様に、二重化のために、１個の非常停止スイッチや１個のセーフティドアスイッチなどからの入力が与えられる。

一つの内部安全入力は、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４からの内部安全出力が入力されるものであり、この内部安全入力によって、単機能ユニット３あるいは前段の高機能ユニット４に論理接続、この実施の形態では、ＡＮＤ接続されることになる。

すなわち、この実施の形態では、この内部安全入力と、当該高機能ユニット４の二つの安全入力とがＡＮＤで論理接続されるものであり、内部安全入力の入力状態が安全側の状態であって、かつ、二つの安全入力の入力状態が安全側の入力状態であるときに、安全側の出力状態の安全出力を出力するものである。

また、この高機能ユニット４は、安全瞬時出力に同期したモニタ出力および内部エラー時のエラー出力を出力することができる。さらに、高機能ユニット４は、フィードバック／リセット入力を入力することができる。

この高機能ユニット４は、図３の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子９を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全入力１，２（Ｔ１，Ｔ２）、内部安全入力（ＡＮＤ）、フィードバック入力（ＦＢ）、安全瞬時出力（ＥＩ）および安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤで表示する表示部１０を備えている。また、この高機能ユニット４は、増設ユニット５を接続するためのコネクタ１１を備えており、このコネクタ１１に、図１に示されるケーブル６のコネクタを装着して増設ユニット５を５台まで順次に接続することができる。なお、増設ユニット５を接続しない場合には、コネクタ１１には、後述の終端抵抗を有する終端コネクタが装着される。

このコネクタ１１およびケーブル６を介して、安全瞬時出力、安全オフディレー出力、増設ユニット５のフィードバック入出力およびグランドの各信号の授受が行なわれる。

また、この高機能ユニット４は、図４の背面図に示されるように、ＤＩＮレールに装着される部分に、開口が形成されており、この開口に臨むようにディップスイッチ１２およびロータリスイッチ１３を備えており、論理接続用の内部安全入力を、有効あるいは無効とする設定やオフディレー時間などの設定が行なわれる。

論理接続用の内部安全入力の無効が設定されている場合には、他のユニット３，４から与えられる内部安全入力は、無効とされ、論理接続は行なわれない。

増設ユニット５は、高機能ユニット４だけでは、出力点数が不足する場合に、必要に応じて増設されるものであり、複数、この実施の形態では二つの電磁リレーを内蔵している。各電磁リレーは、出力用の三つのａ接点および前記ａ接点に連動するｂ接点を備えている。この増設ユニット５は、高機能ユニット４からの安全瞬時出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力する瞬時タイプと、高機能ユニット４からの安全オフディレー出力に同期してリレー出力である三つの安全出力を出力するオフディレータイプとがある。

この増設ユニット５は、図５の正面図に示されるように、上下に複数の入出力用の端子１４を備えるとともに、電源（ＰＷＲ）、エラー状態（ＥＲＲ）、安全瞬時出力（ＥＩ）または安全オフディレー出力（ＥＤ）の各状態をＬＥＤでそれぞれ表示する表示部１５を備えている。また、この増設ユニット５は、高機能ユニット４または増設ユニット５を接続するためのコネクタ１６を備えており、このコネクタ１６に、図１に示されるケーブル６のコネクタを装着して高機能ユニット４または増設ユニット５が接続される。

なお、最終段の増設ユニット５のコネクタ１６には、後述の終端抵抗を有する終端コネクタが装着される。

図６は、高機能ユニット４のブロック図である。同図において、１７，１８は、制御部を構成する二つの第１，第２のＣＰＵであり、各ＣＰＵ１７，１８で同じ処理を実行して二重化している。各ＣＰＵ１７，１８は、ＣＰＵ間通信ポートを介してソフト処理の同期をとるなどのために通信を行う。

２０は上述のディップスイッチなどの設定スイッチ１９からの設定内容を格納する不揮発性メモリ、２１は上述の電源（ＰＷＲ）やエラー状態（ＥＲＲ）などの各状態を表示するＬＥＤ、２２は遅延ＩＣを用いたウォッチドッグタイマ、２３は各部に電源を供給する電源回路２４の状態を監視する監視回路である。

また、２５，２６は二重化している安全入力の各１系統であり、例えば、１個のセーフティドアスイッチからの入力が与えられる。２７は、フィードバック入力あるいはリセット入力が与えられるリセット入力回路である。

２８は単機能ユニット３または前段の高機能ユニット４からの論理接続用入力である内部安全入力が与えられるＡＮＤ入力回路、２９，３０は外部のパソコンなどとの通信用のＲＳ２３２Ｃ回路および切替スイッチである。

３１は瞬時用の安全出力回路、３２はオフディレー用の安全出力回路、３３は二重化用の出力ライン制御回路、３４は後段の高機能ユニット４に対して内部安全出力を出力する内部安全出力回路、３５は安全瞬時出力を、プログラマブルコントローラ（ＰＬＣ）などにモニタ用として出力するモニタ出力回路、３６は内部エラー時にエラー出力を与えるエラー出力回路、３７は増設ユニット５を接続するためのコネクタである。

制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、安全入力回路２５，２６からの安全入力およびＡＮＤ入力回路２８からの内部安全入力に基づいて、プログラムに従って、安全出力回路３１，３２および内部安全出力回路３４を制御して半導体出力（トランジスタ出力）である安全出力および内部安全出力を制御する。内部安全出力回路３４は、半導体出力用のトランジスタを備えている。

また、制御部としての第１，第２のＣＰＵ１７，１８は、後述のように、増設ユニット５の出力接点の溶着などの異常を検知する異常検知部としての機能を有している。

図７は、図６の瞬時用の安全出力回路３１、オフディレー用の安全出力回路３２および出力ライン制御回路３３の構成を示すブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。この図７においては、第１のＣＰＵ１７からの信号および第１のＣＰＵ１７に対する信号を破線の矢符で示し、第２のＣＰＵ１８からの信号および第２のＣＰＵ１８に対する信号を一点鎖線の矢符でそれぞれ示している。

瞬時用の安全出力回路３１は、二つの瞬時出力制御部３８，３９を備えており、オフディレー用の安全出力回路３２は、二つのオフディレー出力制御部４０，４１を備えている。各出力制御部３８〜４１は、半導体出力用のトランジスタを備えている。

安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３には、第１，第２のＣＰＵ１７，１８からの駆動用信号Ｓ１，Ｓ２、ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号および電源回路２４を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号がそれぞれ与えられる。

駆動用信号Ｓ１，Ｓ２が共にオンすることによって、電源ラインＶＬに電圧が印加されて各出力制御部３８〜４１に電源が供給される。

ウォッチドッグタイマ２２からのＷＤＴ信号は、各出力制御部３８〜４１にも与えられており、このＷＤＴ信号は、ウォッチドッグタイマ２２にリセットがかからないときには、オフして全ての出力制御部３８〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。

電源を監視する監視回路２３からのＰＳＭ信号は、各出力制御部３８〜４１にも与えられており、電源異常が検知された場合には、このＰＳＭ信号がオフして全ての出力制御部３８〜４１の安全出力が、機械設備の稼動を禁止する危険側であるオフとなって安全を確保することができる。

出力ライン制御回路３３は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対してモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５をそれぞれ出力しており、このモニタ用信号Ｓ４，Ｓ５は、出力ライン制御回路３３に故障（異常）が発生したり、あるいは、上述のＷＤＴ信号またＰＳＭ信号がオフしたときに、オンする。

瞬時用の安全出力回路３１の各瞬時出力制御部３８，３９には、第１のＣＰＵ１７から瞬時出力の駆動用信号Ｓ６，Ｓ７がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ６，Ｓ７によって、安全瞬時出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理がそれぞれ制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ６，Ｓ７がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各瞬時出力端子４２，４３から安全側の状態であるオンの安全瞬時出力をそれぞれ出力する。

また、各瞬時出力制御部３８，３９は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ９，Ｓ１０をそれぞれ出力しており、各瞬時出力制御部３８，３９が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ９，Ｓ１０は、駆動用信号Ｓ６，Ｓ７の反転論理の信号となる。

オフディレー用の安全出力回路３２の各オフディレー出力制御部４０，４１には、第２のＣＰＵ１８からオフディレー出力の駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がそれぞれ与えられ、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３によって、安全オフディレー出力のオン（安全側）／オフ（危険側）の論理が制御される。すなわち、この駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３がオンし、かつ、上述の電源ラインＶＬがオンしているときに、各オフディレー出力端子４５，４６から安全側の状態であるオンの安全オフディレー出力をそれぞれ出力する。

また、各オフディレー出力制御部４０，４１は、第１，第２のＣＰＵ１７，１８に対して、モニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５をそれぞれ出力しており、各オフディレー出力制御部４０，４１が正常であれば、このモニタ用信号Ｓ１４，Ｓ１５は、駆動用信号Ｓ１２，Ｓ１３の反転論理の信号となる。

安全出力二重化用の出力ライン制御回路３３は、瞬時出力制御部３８，３９またはオフディレー出力制御部４０，４１に故障（異常）が発生した場合には、電源ラインＶＬをオフして瞬時出力端子４２，４３およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフにして安全を確保する。

逆に、この出力ライン制御回路３３に、故障（異常）が発生した場合には、瞬時出力制御部３８，３９およびオフディレー出力制御部４０，４１によって瞬時出力端子４２，４３およびオフディレー出力端子４５，４６の安全出力を、すべてオフして安全を確保する。

図８は、単機能ユニット３のブロック図であり、図６に対応する部分には、同一の参照符号を付す。

単機能ユニット３は、上述のＡＮＤ入力回路２８、オフディレー用の安全出力回路３２、設定スイッチ１９および増設ユニット用のコネクタ３７が備えられておらず、その他は、基本的に上述の高機能ユニット４と同様である。

このように第１，第２のＣＰＵ１７，１８を有する制御部によって、プログラムに従って半導体出力である安全出力を制御するので、電磁リレーを内蔵した従来のリレーユニットのように、リレーシーケンスによって安全回路を構築する必要がなく、配線数を削減することができるとともに、メーカ側において、システムの一部を変更したいような場合にも、ソフトウェアの変更によって容易に対応できることになる。

次に各ユニットの動作をいくつかの使用例に基づいて説明する。

図９は、高機能ユニット４単独の場合の接続状態を示す図であり、図１０は、そのタイムチャートである。

この例では、高機能ユニット４の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３は、アンプ５２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ４８，４９に接続される。この例では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。

セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１０（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１０（ｃ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフされることによって、図１０（ｄ）に示されるように、端子Ｓ１３の安全瞬時出力がオンするとともに、図１０（ｅ）に示されるように端子Ｓ４３，Ｓ５３の安全オフディレー出力がオンしてマグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオンしてモータ５１が駆動されて機械設備が稼動することになる。

この状態で、例えば、ドアが開かれると、二つの安全入力１，２がオフする。なお、安全入力１，２は、同時にオンオフするのであるが、図１０（ｂ）には、安全入力２が遅れてオフした場合の例を示している。

安全入力１，２のいずれかがオフすることによって、図１０（ｄ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてアンプ５２によってスローダウンされ、安全オフディレー出力が、一定時間Ｔ後にオフすることによって、マグネットコンタクタ４８，４９の主接点がオフしてモータ５１への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。

図１１は、高機能ユニット４に瞬時タイプの増設ユニット５が接続されて出力点数を増加させた状態を示す図であり、図１２は、そのタイムチャートである。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この例では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている、すなわち、瞬時出力となっている。

二つの電磁リレーを内蔵した増設ユニット５の瞬時出力端子６１，６２は、マグネットコンタクタ５８，５９に接続される。

セーフティドアスイッチが装備されているドアが閉じられて、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように、高機能ユニット４の二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１２（ｃ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフされることによって、図１２（ｄ）に示されるように、高機能ユニット４の安全瞬時出力がオンするとともに、図１２（ｅ）に示されるように、増設ユニット５の安全瞬時出力がオンし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオンしてモータ６３〜６５が駆動されて機械設備が稼動することになる。

この状態で、例えば、ドアが開かれると、図１２（ａ），（ｂ）に示されるように二つの安全入力１，２がオフし、図１２（ｃ）に示されるように高機能ユニット４の安全瞬時出力がオフするとともに、図１２（ｄ）に示されるように増設ユニット５の安全瞬時出力がオフし、これによって、各マグネットコンタクタ５４〜５９がオフしてモータ６３〜６５への電源が遮断されて機械設備の稼動が停止されることになる。

このように増設ユニット５を、高機能ユニット４にケーブル６を介して接続することにより、安全出力の出力点数を容易に増やすことができる。

図１３は、２台の高機能ユニット４−１，４−２とオフディレータイプの増設ユニット５との接続状態を示す図であり、図１４は、そのタイムチャートである。なお、第２の高機能ユニット４−２の二つの安全入力を、便宜上、安全入力３，４と称する。

この例では、第１の高機能ユニット４−１の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力１と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力２には、例えば、１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ４７には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン５０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ５４，５５に接続され、オフディレー出力端子Ｓ３３，Ｓ４３は、マグネットコンタクタ５６，５７に接続される。この第１の高機能ユニット４−１では、オフディレータイムとしてＴ＝０が設定されている。内部安全出力端子ＬＯは、第２の高機能ユニット４−２の内部安全入力端子ＬＡに接続される。すなわち、第１の高機能ユニット４−１の内部安全出力が、後段の第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられている。

第２の高機能ユニット４−２の端子Ｔ１１，Ｔ１２の安全入力３と、端子Ｔ２１，Ｔ２２の安全入力４には、例えば、第１の高機能ユニット４−１のセーフティドアスイッチとは別の１個のセーフティドアスイッチの二つの接点が接続され、フィードバックループ６９には、マグネットコンタクタのｂ接点が直列に接続されるとともに、リセットボタン７０が直列に接続される。

また、瞬時出力端子Ｓ１３，Ｓ２３は、マグネットコンタクタ７１，７２に接続され、オフディレー出力端子Ｓ４３，Ｓ５３は、マグネットコンタクタ７３，７４に接続される。この第２の高機能ユニット４−２では、オフディレータイムとして一定時間Ｔが設定されている。

複数の電磁リレーを内蔵した増設ユニット５のオフディレー出力端子７５，７６は、マグネットコンタクタ７７，７８に接続される。

第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、二つの安全入力１，２がオンし、さらに、図１４（ｃ）に示されるようにリセット入力がオフ、オン、オフされることによって、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオンし、これによって、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の各マグネットコンタクタ５４〜５７の主接点がオンしてモータ６３，６４が駆動されることになる。また、この第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力と同じ内部安全出力が第２の高機能ユニット４−２のＡＮＤ入力として与えられる。

第２の高機能ユニット４−２は、図１４（ｆ）に示される内部安全入力がオンしている状態で、かつ、第２の高機能ユニット４−２の安全出力が安全側になったときに、安全出力をオンする。この図１４では、内部安全入力がオンしたときには、第２の高機能ユニット４−２に接続されているセーフティドアスイッチのドアが閉じられて、図１４（ｇ），（ｈ）に示されるように、二つの安全入力３，４がオンしているので、図１４（ｉ）に示されるように、リセット入力がオフ、オン、オフすることによって、ＡＮＤ条件が成立し、図１４（ｊ），（ｋ）に示されるように、第２の高機能ユニット４−２の安全瞬時出力および安全オフディレー出力がオンするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオンし、これによって、第２の高機能ユニット４−２および増設ユニット５の各マグネットコンタクタ７１〜７４，７７，７８がオンしてモータ７９，１００，１０１が駆動されることになる。

この状態で、例えば、第１の高機能ユニット４−１に接続されているセーフティドアスイッチのドアが開かれると、図１４（ａ），（ｂ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の二つの安全入力１，２がオフし、図１４（ｄ）に示されるように、第１の高機能ユニット４−１の安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ５４〜５７がオフしてモータ６３，６４への電源が遮断されるとともに、図１４（ｅ）に示されるように第２の高機能ユニット４−２に対する内部安全出力もオフする。

第２の高機能ユニット４−２は、第１の高機能ユニット４−１からの内部安全入力が、図１４（ｆ）に示されるようにオフすることによって、図１４（ｊ）に示されるように、安全瞬時出力がオフしてマグネットコンタクタ７１，７２がオフしてモータ７９の電源を遮断し、さらに、図１４（ｋ）に示されるように、一定時間Ｔの遅延の後、安全オフディレー出力がオフするとともに、図１４（ｌ）に示されるように、増設ユニット５の安全オフディレー出力がオフし、これによって、各コンタクタ７３，７４，７７，７８がオフしてモータ１００，１０１への電源が遮断されることになる。

このようにして、内部安全出力を用いた論理接続によって、第２の高機能ユニット４−２の安全出力を、第１の高機能ユニット４−１の安全出力に容易に関連付けることができる。

この実施の形態では、上述のように、増設ユニット５を、ケーブル６を介して高機能ユニット４に接続することにより、出力点数を増加させることができるものであるが、高機能ユニット４に増設ユニット５を接続して出力点数を増やした場合に、増設ユニット５のリレー接点の溶着といった異常を検知できるように次のようにしている。

図１５は、高機能ユニット４に複数、この例では、５台の増設ユニット５_１〜５_５を、ケーブル６を介して接続した場合の要部の概略構成図であり、同図において、高機能ユニット４の二つのＣＰＵ１７，１８を一つのＣＰＵによって代表的に示している。また、この図１５には示されていないが、各増設ユニット５_１〜５_５には、二つの電磁リレーを制御するための安全出力に応じた制御信号が、高機能ユニット４からケーブル６を介して与えられ、これによって、上述のように、各増設ユニット５_１〜５_５の電磁リレーのリレー接点の開閉が制御されて安全出力の出力状態に応じたリレー出力を、図示しないコンタクタ等に出力するものである。

この実施の形態では、高機能ユニット４に、ケーブル６を介して複数の増設ユニット５_１〜５_５を順次に接続する場合には、最終段の増設ユニット５_５のコネクタには、終端抵抗８０を有する終端コネクタ８５が装着され、これによって、高機能ユニット４から複数の増設ユニット５_１〜５_５を介して該高機能ユニット４に戻るフィードバックループが構成される。

このフィードバックループ内には、上述の図１１や図１３に示される増設ユニット４の二つの電磁リレーの出力用接点であるａ接点に連動するｂ接点８１がそれぞれ直列に連結され、高機能ユニット４から例えば、２４Ｖの電圧が供給され、増設ユニット５_１〜５_５を介して該高機能ユニット４に設けられた検知回路８２にフィードバック（ＦＢ）入力が与えられ、この検知回路８２の出力が、異常検知部としてのＣＰＵ１７，１８に入力されて増設ユニット５_１〜５_５の出力用接点の溶着などの異常の検知が行なわれる。

この検知回路８２は、図１６に示されるように、二つの第１，第２のコンパレータ８３，８４を備え、第１のコンパレータ８３の反転入力および第２のコンパレータ８４の非反転入力には、フィードバック入力が共通に与えられ、第１のコンパレータ８３の非反転入力および第２のコンパレータ８４の反転入力には、第１の基準電圧ＶＨおよび該第１の基準電圧ＶＨよりも低い第２の基準電圧ＶＬがそれぞれ与えられる。

第１，第２の基準電圧ＶＨ，ＶＬは、異常が生じていない正常な状態において、次のように設定されている。

すなわち、安全出力がオフ（危険側）の状態であるとき、すなわち、増設ユニット５_１〜５_５の出力用のａ接点はオフしており、このａ接点に連動するｂ接点８１はオンして上述のフィードバックループが形成されているときには、フィードバック入力をＦＢとすると、
ＶＨ＞ＦＢ＞ＶＬ
となり、また、安全出力がオン（安全側）の状態であるとき、すなわち、増設ユニット５_１〜５_５のリレー出力用のａ接点はオンしており、このａ接点に連動するｂ接点８１はオフして上述のフィードバックループが形成されていないときには、ＶＨ＞ＶＬ＞ＦＢ
となる。

一般にコンパレータの出力は、非反転入力が反転入力よりも大きいときは、ハイ（Ｈｉｇｈ）レベルであり、逆に非反転入力が反転入力よりも小さいときには、ロー（Ｌｏｗ）レベルである。

したがって、正常な状態においては、安全出力の出力状態に応じて、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力は、下記の表１に示されるようになる。

これに対して、異常が発生した場合、例えば、フィードバック入力がアースされて０Ｖになったような場合、フィードバック入力が出力と短絡して２４Ｖになったような場合、フィードバックループの途中で短絡してフィードバック入力が２４Ｖよりも低くなったような場合、および、出力用接点であるａ接点が溶着した場合においては、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力は、下記表２に示されるようになる。

すなわち、フィードバック入力がアースされて０Ｖになったような場合には、電磁リレーの接点の開閉に拘わらず、第１のコンパレータ８３の出力は、ハイレベルに固定される一方、第２のコンパレータ８４の出力は、ローレベルに固定される。また、フィードバック入力が出力と短絡して２４Ｖになったような場合には、電磁リレーの接点の開閉に拘わらず、第１のコンパレータ８３の出力は、ローレベルに固定される一方、第２のコンパレータ８４の出力は、ハイレベルに固定される。また、フィードバックループの途中で短絡してフィードバック入力が２４Ｖよりも低くなったような場合には、電磁リレーの接点の開閉に拘わらず、第１のコンパレータ８３の出力は、ローレベルに固定される一方、第２のコンパレータ８４の出力は、ハイレベルに固定される。

さらに、出力用接点であるａ接点が溶着した場合においては、ａ接点に連動するｂ接点がオフしたままとなり、安全出力がオフしてもｂ接点はオフのままとなり、第２のコンパレータ８４の出力はローレベルのままとなる。

そこで、ＣＰＵ１７，１８は、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力に基づいて、次のようにして異常を検知するものである。

すなわち、上述の表１，表２から明らかなように、安全出力がオフしている状態においては、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力が共にハイレベルであるときには、正常であり、正常でないときには、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力が共にハイレベルとはならない。

したがって、安全出力を、オフの状態からオンの状態に切換える際に、第１，第２のコンパレータ８３，８４の出力が共にハイレベルの正常な状態であるか否かを判断し、正常であるときには、安全出力をオンの状態の切換え、正常でないときには、安全出力を切換えることなく、異常の発生を表示するといった適宜の処理を行なうものである。

図１７は、この異常検知の処理動作を示すフローチャートである。

先ず、安全出力を、オフの状態からオンの状態に切換えるか否か判断し（ステップｎ１）、切換えないときには終了し、切換えるときには、第１のコンパレータ８３の出力がハイレベルであるか否かを判断し（ステップｎ２）、ハイレベルでないときには、異常が生じたとしてエラー表示などを行なって終了する（ステップｎ５）
また、ステップｎ２において、第１のコンパレータ８３の出力がハイレベルであるときには、第２のコンパレータ８４の出力がハイレベルであるか否かを判断し（ステップｎ３）、ハイレベルでないときには、異常が生じたとしてエラー表示などを行なって終了し（ステップｎ５）、ハイレベルであるときには、正常であるとして安全出力を、オフ状態からオン状態の切換えて終了する（ステップｎ４）。

なお、ステップｎ２において、第１のコンパレータ８３の出力がハイレベルでないときの異常は、上述の表２に示されるように、フィードバックループの短絡等に対応し、ステップｎ３において、第２のコンパレータ８４の出力がハイレベルでないときの異常は、接点の溶着等に対応することになる。

このように増設ユニット５の電磁リレーのリレー接点の溶着や増設ユニット５を介して構成されるフィードバックループの短絡や断線等の異常を検知できるので、異常が生じたときには、安全出力をオン側、すなわち、機械設備の稼動を許容する安全側に切換えるのを回避することが可能となり、安全を確保することができる。

（その他の実施の形態）
上述の実施の形態では、ＡＮＤによって論理接続したけれども、ＡＮＤに限らず、ＯＲやＸＯＲなどによって論理接続してもよく、また、複数の論理接続を可能としてもよい。

上述の実施の形態では、最終段に接続される増設ユニット５には、終端コネクタを装着したけれども、本発明の他の実施の形態として、終端抵抗を内蔵した最終段専用の増設ユニットを準備し、最終段には、この増設ユニットを接続するようにしてもよい。あるいは、各増設ユニットに終端抵抗を内蔵させておき、最終段として使用するときに、操作によって終端抵抗をフィードバックループに連結するようにしてもよい。

上述の実施の形態では、高機能ユニット４と増設ユニット５あるいは増設ユニット５同士は、ケーブルを介して接続したけれども、本発明の他の実施の形態として、各ユニットのコネクタ同士を直接接続できる構成としてもよい。

なお、単機能ユニット３および高機能ユニット４の安全出力や内部安全出力（内部安全入力）の数は、上述の実施の形態に限らないのは勿論である。

本発明は、安全システムの構築に有用である。

本発明の一つの実施の形態に係るシステムの構成例を示す図である。図１の単機能ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットの背面図である。図１の増設ユニットの正面図である。図１の高機能ユニットのブロック図である。図６の一部の詳細を示すブロック図である。図１の単機能ユニットのブロック図である。第１の使用例の接続状態を示す図である。図９のタイムチャートである。第２の使用例の接続状態を示す図である。図１１のタイムチャートである。第３の使用例の接続状態を示す図である。図１３のタイムチャートである。増設ユニットのフィードバックループの構成を示す図である。図１５の検知回路のブロック図である。動作説明に供するフローチャートである。

符号の説明

１セーフティドアスイッチ
２非常停止スイッチ
３単機能ユニット
４高機能ユニット
５増設ユニット
６ケーブル
１７，１８第１，第２のＣＰＵ
３１瞬時用の安全出力回路
３２オフディレー用の安全出力回路
３４内部安全出力回路
８０終端抵抗
８２検知回路

Claims

入力機器からの入力に基づいて、安全出力制御対象に安全出力を与えて機械設備の運転を制御するセーフティコントローラであって、
前記安全出力として半導体出力を与える安全出力部と、
前記入力機器からの前記入力に基づいて、プログラムに従って前記安全出力を制御する制御部と、
異常を検知する異常検知部とを備え、
電磁リレーを内蔵して前記安全出力に応じたリレー出力を安全出力制御対象に出力する増設ユニットの複数が、該増設ユニットを介して当該セーフティコントローラに順次に接続可能であり、
前記異常検知部は、前記増設ユニットの接続によって構成される当該セーフティコントローラから前記増設ユニットを介して当該セーフティコントローラに戻るフィードバックループのフィードバック入力に基づいて、異常を検知することを特徴とするセーフティコントローラ。
前記順次に接続される複数の前記増設ユニットの内、最終段の増設ユニットには、終端抵抗が取り付けられて該終端抵抗を介して前記フィードバックループが構成される請求項１記載のセーフティコントローラ。
前記電磁リレーは、互いに連動するａ接点およびｂ接点を有するとともに、前記両接点の内の一方の接点は、前記リレー出力を出力する出力用接点とされ、他方の接点は、前記フィードバックループ内に連結され、
前記異常検知部は、前記電磁リレーの前記出力用接点の溶着および前記フィードバックループの異常の少なくともいずれか一方を検知する請求項１または２記載のセーフティコントローラ。