特許 6759852 Ｉ／Ｏモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6759852

(24)【登録日】2020年9月7日

(45)【発行日】2020年9月23日

(54)【発明の名称】Ｉ／Ｏモジュール

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20200910BHJP

   G05B 9/02 20060101ALI20200910BHJP

【ＦＩ】

   G05B19/05 L

   G05B9/02 B

【請求項の数】3

【全頁数】17

(21)【出願番号】特願2016-162105(P2016-162105)

(22)【出願日】2016年8月22日

(65)【公開番号】特開2018-32086(P2018-32086A)

(43)【公開日】2018年3月1日

【審査請求日】2019年2月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】501428545

【氏名又は名称】株式会社デンソーウェーブ

(74)【代理人】

【識別番号】100121821

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 強

(74)【代理人】

【識別番号】100125575

【弁理士】

【氏名又は名称】松田 洋

(72)【発明者】

【氏名】前川 貴昭

【審査官】 中田 善邦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−３１２５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−００８６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２８５９６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｂ１９／０４−１９／０５，

Ｇ０１Ｒ３１／００−３１／０２，

Ｈ０１Ｈ ９／００− ９／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電源からの供給電圧が動作可能電圧範囲の下限値以上とされることにより、第１の外部機器から出力される信号を取得し、取得した信号に対応する信号を第２の外部機器に出力する通信処理の実行を可能とし、前記電源からの供給電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とされることにより前記通信処理の実行を不可能とする通信制御部と、
前記通信制御部及び前記電源を接続する給電経路上に設けられ、閉状態とされることにより前記電源から前記通信制御部へと給電し、開状態とされることにより前記電源から前記通信制御部への給電を遮断する遮断用スイッチと、
前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側の電圧を診断用電圧として検出する電圧検出部と、
前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側に接続され、前記遮断用スイッチが閉状態とされることにより前記電源から供給される電力を蓄え、前記遮断用スイッチが開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を前記通信制御部に供給するコンデンサと、を備え、
前記電源の取り得る出力電圧範囲の下限値が、前記動作可能電圧範囲の下限値よりも高く設定されており、
前記通信制御部は、前記電圧検出部が検出した前記診断用電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とならないように、前記遮断用スイッチの閉操作から開操作への切り替えを複数回行う操作部を有し、
前記遮断用スイッチに異常が生じていない場合、前記操作部による前記遮断用スイッチの閉操作から開操作への複数回の切り替えにより、前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値と前記動作可能電圧範囲の下限値との間の電圧になり、その後、前記診断用電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満になる前に前記遮断用スイッチが前記操作部により閉操作に切り替えられ、
前記通信制御部は、
前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作している期間において、前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値未満になった場合、前記遮断用スイッチに異常が生じていない旨判定し、前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作している期間において、前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値未満にならない場合、前記遮断用スイッチを開状態にできない異常が生じている旨判定する診断処理を行い、
前記操作部が前記遮断用スイッチを閉操作している期間において前記通信処理を行うＩ／Ｏモジュール。

【請求項2】

前記第２の外部機器は、制御対象機器の動作指令を出力するプログラマブルロジックコントローラであり、
前記第１の外部機器は、前記制御対象機器を非常停止させる非常停止信号を出力する安全機器であり、
前記プログラマブルロジックコントローラは、前記非常停止信号が入力されたと判定した場合、前記制御対象機器の動作停止指令を出力する請求項１に記載のＩ／Ｏモジュール。

【請求項3】

前記第２の外部機器は、制御対象機器の動作指令を出力するプログラマブルロジックコントローラであり、
前記プログラマブルロジックコントローラは、該プログラマブルロジックコントローラ及び前記第１の外部機器の間の通信が前記通信制御部によって遮断されたと判定した場合、前記制御対象機器の動作停止指令を出力する請求項１又は２に記載のＩ／Ｏモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、Ｉ／Ｏモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば下記特許文献１に見られるように、複数の外部機器の間の通信を行うＩ／Ｏモジュールが知られている。以下、Ｉ／Ｏモジュールとして、図７に示すように、産業用ロボットに動作指令を出力する安全ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）と、非常停止スイッチとの間の通信を行うものを例にして説明する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０−３９７４０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

図７に示すように、Ｉ／Ｏモジュール１０は、安全ＰＬＣ１００と非常停止スイッチ１１０との間の通信を行う。安全ＰＬＣ１００は、コントローラ１２０を介してロボット１３０に動作指令を出力する。

【0005】

Ｉ／Ｏモジュール１０は、ＭＣＵ１１（マイクロコンピュータ）、通信回路１２、定電圧電源１３、遮断用スイッチ１４、及び切替スイッチ１５を備えている。ＭＣＵ１１は、非常停止スイッチ１１０の出力信号を取得し、取得した信号に対応する信号を通信回路１２に出力する。

【0006】

ＭＣＵ１１は、遮断用スイッチ１４を閉（オン）操作し、また、定電圧電源１３と通信回路１２とが接続されるように切替スイッチ１５を操作する。これにより、通信回路１２には定電圧電源１３から給電され、通信回路１２によって非常停止スイッチ１１０及び安全ＰＬＣ１００の間の通信が可能となる。

【0007】

一方、ＭＣＵ１１は、遮断用スイッチ１４を開（オフ）操作に切り替える。これにより、遮断用スイッチ１４が開状態に切り替えられ、定電圧電源１３から通信回路１２への給電が遮断される。その結果、通信回路１２は、非常停止スイッチ１１０及びＰＬＣ１００の間の通信を遮断する。通信が遮断されると、安全ＰＬＣ１００からコントローラ１２０にロボット１３０の動作停止指令が出力される。

【0008】

ここで、Ｉ／Ｏモジュール１０に対する機能安全として、Ｉ／Ｏモジュール１０に自身の異常を定期的に診断させる自己診断機能を持たせ、異常が生じていると診断された場合、安全な状態に移行させることが要求されている。図７に示す構成では、定電圧電源１３から通信回路１２への給電が遮断された場合に通信回路１２が通信を遮断し、通信の遮断によって安全ＰＬＣ１００から動作停止指令が出力される。このため、安全な状態への移行とは、定電圧電源１３から通信回路１２への給電を停止することである。給電を停止するには、遮断用スイッチ１４を閉状態から開状態に切り替えることができなければならない。そこでＭＣＵ１１は、自己診断機能として、遮断用スイッチ１４を開状態にできない異常の有無を診断する機能を有している。

【0009】

Ｉ／Ｏモジュール１０は、定電圧電源１３から通信回路１２までの給電経路のうち、遮断用スイッチ１４と切替スイッチ１５との間の電圧を診断用電圧として検出するための抵抗体１６を備えている。遮断用スイッチ１４を開状態に切り替えることができる場合、遮断用スイッチ１４の開操作への切り替えにより診断用電圧が低下する。これに対し、遮断用スイッチ１４を開状態にできない異常が生じている場合、遮断用スイッチ１４を開操作に切り替えた場合であっても、診断用電圧は低下しない。このため、ＭＣＵ１１は、遮断用スイッチ１４を開操作に切り替えた場合において、診断用電圧が低下したときに遮断用スイッチ１４を開状態にできない異常が生じていない旨判定し、診断用電圧が低下しないときに上記異常が生じている旨判定する。

【0010】

ただし、この構成では、診断を実施するたびに遮断用スイッチ１４が開操作に切り替えられる。この場合、遮断用スイッチ１４に異常が生じていないならば、診断を実施するたびに、通信回路１２への給電が遮断され、非常停止スイッチ１１０及び安全ＰＬＣ１００の間の通信が実施できなくなる。また、通信の遮断によって安全ＰＬＣ１００から動作停止指令が出力されるため、診断を実施するたびにロボット１３０は動作停止してしまう。

【0011】

この問題に対処すべく、Ｉ／Ｏモジュール１０は、さらにサブ電源１７を備えている。図７には、サブ電源１７として、トランジスタ、ダイオード、コイル及びコンデンサを備えるものを示した。ＭＣＵ１１は、診断に先立ち、サブ電源１７から通信回路１２へと給電されるように切替スイッチ１５を切替制御する。この状態で、ＭＣＵ１１は、遮断用スイッチ１４を開操作に切り替えて診断を実施する。

【0012】

しかしながら、サブ電源１７を備える構成によれば、診断のたびに通信は遮断されないものの、Ｉ／Ｏモジュール１０の構成部品数が増加してしまう。

【0013】

また、サブ電源１７を備える構成によれば、機能安全の要求を満たすための診断対象に、切替スイッチ１５及びサブ電源１７を含める必要がある。この場合、診断対象が増加し、診断処理が複雑化する懸念がある。

【0014】

なお、安全ＰＬＣ１００と非常停止スイッチ１１０との間の通信を行うＩ／Ｏモジュールに限らず、複数の外部機器の間の通信を行うＩ／Ｏモジュールであれば、上述した問題は同様に生じ得る。

【0015】

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、構成部品数の増加及び診断処理の複雑化を防止できるＩ／Ｏモジュールを提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0016】

第１の発明は、電源からの供給電圧が動作可能電圧範囲の下限値以上とされることにより第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信を可能とし、前記電源からの供給電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とされることにより前記第１の外部機器及び前記第２の外部機器の間の通信を遮断する通信制御部と、前記通信制御部及び前記電源を接続する給電経路上に設けられ、閉状態とされることにより前記電源から前記通信制御部へと給電し、開状態とされることにより前記電源から前記通信制御部への給電を遮断する遮断用スイッチと、前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側の電圧を診断用電圧として検出する電圧検出部と、前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側に接続され、前記遮断用スイッチが閉状態とされることにより前記電源から供給される電力を蓄え、前記遮断用スイッチが開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を前記通信制御部に供給するコンデンサと、を備える。第１の発明では、前記電源の取り得る出力電圧範囲の下限値が、前記動作可能電圧範囲の下限値よりも高く設定されており、前記通信制御部は、前記遮断用スイッチを開操作に切り替えた後、前記遮断用スイッチが開状態になったと仮定した場合に、前記電圧検出部が検出した前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値と前記動作可能電圧範囲の下限値との間の電圧になる期間中に前記遮断用スイッチを閉操作に切り替えるように、前記遮断用スイッチを開閉操作する操作部と、前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作している期間において、前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値未満になった場合、前記遮断用スイッチに異常が生じていない旨判定し、前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作している期間において、前記診断用電圧が前記出力電圧範囲の下限値未満にならない場合、前記遮断用スイッチを開状態にできない異常が生じている旨判定する診断処理を行う診断部と、を有する。

【0017】

第１の発明では、通信制御部及び電源を接続する給電経路上に設けられた遮断用スイッチが閉状態とされることにより、電源から通信制御部へと給電される。これにより、電源から通信制御部への供給電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値以上とされる。その結果、通信制御部によって第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が可能とされる。一方、遮断用スイッチが開状態とされることにより、電源から通信制御部への給電が停止される。これにより、電源から通信制御部への供給電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値未満となる。その結果、通信制御部によって第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が遮断される。

【0018】

第１の発明は、給電経路のうち遮断用スイッチよりも通信制御部側の電圧を検出する電圧検出部と、給電経路のうち遮断用スイッチよりも通信制御部側に接続されたコンデンサとを備えている。コンデンサは、遮断用スイッチが閉状態とされることにより電源から供給される電力を蓄え、遮断用スイッチが開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を通信制御部に供給する。

【0019】

第１の発明はコンデンサを備えているため、診断のために遮断用スイッチが一時的に開状態に切り替えられたとしても、遮断用スイッチが開状態とされている期間においてコンデンサから通信制御部へと給電される。このため、通信制御部に供給される電圧がその動作可能電圧範囲の下限値をすぐには下回らない。これにより、診断のために遮断用スイッチを一時的に開操作する時間を確保できる。

【0020】

さらに第１の発明では、通信制御部の電力供給源となる電源の取り得る出力電圧範囲の下限値が、通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値よりも高く設定されている。この設定を前提として、操作部は、遮断用スイッチを開操作に切り替えた後、遮断用スイッチが開状態になったと仮定した場合に、電圧検出部が検出した診断用電圧が、電源の取り得る出力電圧範囲の下限値と通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値との間の電圧になる期間中に遮断用スイッチを閉操作に切り替えるように、遮断用スイッチを開閉操作する。これにより、遮断用スイッチに異常が生じていない場合、操作部によって遮断用スイッチが開操作されている期間において、診断用電圧が、電源の取り得る出力電圧範囲の下限値未満になる。一方、遮断用スイッチに上記異常が生じている場合、操作部によって遮断用スイッチを開操作したとしても、遮断用スイッチが開状態に切り替わらない。このため、遮断用スイッチが開操作されている期間において、診断用電圧が電源の取り得る出力電圧範囲の下限値未満にならない。

【0021】

さらに第１の発明では、診断用電圧が、電源の取り得る出力電圧範囲の下限値と通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値との間の電圧になる期間中に、遮断用スイッチが閉操作に切り替えられる。このため、遮断用スイッチが開操作されている期間において、診断用電圧が動作可能電圧範囲の下限値未満にならない。これにより、上述したサブ電源及び切替スイッチを備えることなく、診断のたびに、電源から通信制御部への給電が停止され、第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が遮断されるのを防止できる。したがって第１の発明によれば、構成部品数の増加及び診断処理の複雑化を防止できる。

【0022】

ここで第１の発明は、例えば第２の発明のように具体化することができる。詳しくは、第２の発明では、前記出力電圧範囲の下限値未満であって、かつ、前記動作可能電圧範囲の下限値以上の電圧が規定電圧として設定されており、前記遮断用スイッチが開操作に切り替えられてから、前記遮断用スイッチが開状態になったと仮定した場合に前記診断用電圧が低下して前記規定電圧になると想定されるタイミングまでの時間が規定時間として設定されており、前記操作部は、前記遮断用スイッチを前記規定時間に渡って開操作し続けた後、前記遮断用スイッチを閉操作に切り替える。

【0023】

第２の発明では、規定電圧及び規定時間が上記のように設定されている。そして、遮断用スイッチが規定時間に渡って開操作し続けられる。このため、遮断用スイッチに異常が生じていない場合、遮断用スイッチが開操作に切り替えられてから規定時間経過するまでに、診断用電圧が、電源の取り得る出力電圧範囲の下限値未満となる。

【0024】

一方、遮断用スイッチを開状態にできない異常が生じている場合、遮断用スイッチが開操作に切り替えられてから規定時間経過したとしても、診断用電圧が、電源の取り得る出力電圧範囲の下限値未満とならない。

【0025】

第３の発明では、前記操作部は、前記遮断用スイッチを開操作に切り替えた後、前記診断用電圧が、前記出力電圧範囲の下限値未満であって、かつ、前記動作可能電圧範囲の下限値以上に設定された規定電圧になった場合に、前記遮断用スイッチを閉操作に切り替える。

【0026】

第３の発明では、遮断用スイッチの開操作から閉操作への切り替えを、電圧検出部により検出された診断用電圧が上記規定電圧になった場合に実施する。このように、給電経路のうち遮断用スイッチよりも通信制御部側の電圧を直接検出して遮断用スイッチを閉操作に切り替える構成によれば、通信制御部への供給電圧が動作可能電圧範囲の下限値未満になることを的確に防止できる。

【0027】

第４の発明では、前記通信制御部は、前記第１の外部機器から出力される信号を取得し、取得した信号に対応する信号を前記第２の外部機器に出力する通信処理を行い、前記通信制御部は、前記操作部及び前記診断部を有しており、前記操作部は、前記診断用電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とならないように、前記遮断用スイッチの閉操作から開操作への切り替えを複数回行い、前記診断部は、前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作している期間において、前記診断処理を行い、前記通信制御部は、前記操作部が前記遮断用スイッチを閉操作している期間において、前記通信処理を行う。

【0028】

第４の発明では、通信制御部が、第１の外部機器から出力される信号を取得し、取得した信号に対応する信号を第２の外部機器に出力する通信処理を行う。ここで、操作部による遮断用スイッチの操作を伴った診断処理、及び通信処理の双方を同時に行うことに対して通信制御部の処理能力が不足し得る。この場合、通信制御部は、通信処理及び診断処理のうちいずれか一方の処理を行う期間において、他方の処理を行うことができない。このため、診断処理が行われる期間が長くなる場合、通信処理が実施できない期間が長くなってしまう。

【0029】

そこで第４の発明では、診断用電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値未満とならないように、遮断用スイッチの閉操作から開操作への切り替えが操作部により複数回行われる。そして、診断部は、遮断用スイッチが開操作されている期間において診断処理を行い、通信制御部は、遮断用スイッチが閉操作されている期間において通信処理を行う。このため、通信処理と診断処理とを交互に実施できる。これにより、診断処理を行うために通信処理が停止される時間を短縮することができる。

【0030】

第５の発明では、前記第２の外部機器は、制御対象機器の動作指令を出力するプログラマブルロジックコントローラであり、前記第１の外部機器は、前記制御対象機器を非常停止させる非常停止信号を出力する安全機器であり、前記プログラマブルロジックコントローラは、前記非常停止信号が入力されたと判定した場合、前記制御対象機器の動作停止指令を出力する。

【0031】

第５の発明では、通信制御部が、安全機器から出力される産業用ロボット等の制御対象機器の非常停止信号を取得する。この場合、通信制御部は、非常停止信号をプログラマブルロジックコントローラに出力する通信処理を行う。ここで、通信制御部の処理能力が不足する場合、通信制御部は、診断処理を行う期間において、非常停止信号を取得及び出力する通信処理を行うことができない。このため、診断処理が行われる期間が長くなる場合、通信処理が実施できない期間が長くなる。このことは、制御対象機器周辺で作業する作業者の安全を確保する観点から好ましくない。

【0032】

この点、第４の発明を前提とする第５の発明では、遮断用スイッチの閉操作から開操作への切り替えが操作部により複数回行われる。そして、診断部は、遮断用スイッチが開操作されている期間において診断処理を行い、通信制御部は、遮断用スイッチが閉操作されている期間において非常停止信号の取得及び出力を行う通信処理を行う。これにより、診断処理を行うために通信処理が停止される時間を短縮できる。したがって第５の発明によれば、遮断用スイッチを開状態にできない異常の有無を診断しつつ、作業者の安全を確保することができる。

【0033】

第６の発明は、電源からの供給電圧が動作可能電圧範囲の下限値以上とされることにより第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信を可能とし、前記電源からの供給電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とされることにより前記第１の外部機器及び前記第２の外部機器の間の通信を遮断する通信制御部と、前記通信制御部及び前記電源を接続する給電経路上に設けられ、閉状態とされることにより前記電源から前記通信制御部へと給電し、開状態とされることにより前記電源から前記通信制御部への給電を遮断する遮断用スイッチと、前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側の電圧を診断用電圧として検出する電圧検出部と、前記給電経路のうち前記遮断用スイッチよりも前記通信制御部側に接続され、前記遮断用スイッチが閉状態とされることにより前記電源から供給される電力を蓄え、前記遮断用スイッチが開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を前記通信制御部に供給するコンデンサと、を備えている。第６の発明では、前記通信制御部は、前記遮断用スイッチを開操作に切り替えた後、前記遮断用スイッチが開状態になったと仮定した場合に、前記電圧検出部が検出した前記診断用電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満となる前に前記遮断用スイッチを閉操作に切り替えるように、前記遮断用スイッチを開閉操作する操作部と、前記操作部が前記遮断用スイッチを開操作に切り替えてから所定時間における前記診断用電圧の低下量が所定量よりも大きい場合に前記遮断用スイッチに異常が生じていない旨判定し、前記低下量が前記所定量よりも大きくない場合に前記遮断用スイッチを開状態にできない異常が生じている旨判定する診断処理を行う診断部と、を有しており、前記所定時間は、前記遮断用スイッチが開操作に切り替えられて開状態になったと仮定した場合に、前記診断用電圧が前記動作可能電圧範囲の下限値未満とならない時間に設定されている。

【0034】

第６の発明では、通信制御部及び電源を接続する給電経路上に設けられた遮断用スイッチが閉状態とされることにより、電源から通信制御部へと給電される。これにより、電源から通信制御部への供給電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値以上とされる。その結果、通信制御部によって第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が可能とされる。一方、遮断用スイッチが開状態とされることにより、電源から通信制御部への給電が停止される。これにより、電源から通信制御部への供給電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値未満となる。その結果、通信制御部によって第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が遮断される。

【0035】

第６の発明は、給電経路のうち遮断用スイッチよりも通信制御部側の電圧を検出する電圧検出部と、給電経路のうち遮断用スイッチよりも通信制御部側に接続されたコンデンサとを備えている。コンデンサは、遮断用スイッチが閉状態とされることにより電源から供給される電力を蓄え、遮断用スイッチが開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を通信制御部に供給する。

【0036】

第６の発明によれば、コンデンサを備えているため、診断のために遮断用スイッチが一時的に開状態に切り替えられたとしても、遮断用スイッチが開状態とされている期間においてコンデンサから通信制御部へと給電される。このため、通信制御部に供給される電圧がその動作可能電圧範囲の下限値をすぐには下回らない。これにより、診断のために遮断用スイッチを一時的に開操作する時間を確保できる。

【0037】

ここで、遮断用スイッチに異常が生じていない場合、コンデンサの端子電圧は、遮断用スイッチが開状態に切り替えられた直後に急激に低下し、その低下速度は時間経過とともに徐々に低くなる。また、遮断用スイッチが開状態に切り替えられた直後における急激な電圧低下は、遮断用スイッチが閉状態とされている場合に自然に発生する可能性は小さい。この点に鑑み、第６の発明では、操作部が遮断用スイッチを開操作に切り替えてから所定時間における診断用電圧の低下量が所定量よりも大きい場合に遮断用スイッチに異常が生じていない旨判定し、上記低下量が上記所定量よりも大きくない場合に遮断用スイッチを開状態にできない異常が生じている旨判定する。

【0038】

さらに第６の発明では、上記所定時間が、遮断用スイッチが開操作に切り替えられて開状態になったと仮定した場合に、診断用電圧が動作可能電圧範囲の下限値未満とならない時間に設定されている。このため、操作部により遮断用スイッチが開操作されている期間において、診断用電圧が動作可能電圧範囲の下限値未満にならない。これにより、上述したサブ電源及び切替スイッチを備えることなく、診断のたびに、電源から通信制御部への給電が停止され、第１の外部機器及び第２の外部機器の間の通信が遮断されるのを防止できる。したがって第１の発明によれば、構成部品数の増加及び診断処理の複雑化を防止できる。

【0039】

第７の発明では、前記第２の外部機器は、制御対象機器の動作指令を出力するプログラマブルロジックコントローラであり、前記プログラマブルロジックコントローラは、該プログラマブルロジックコントローラ及び前記第１の外部機器の間の通信が前記通信制御部によって遮断されたと判定した場合、前記制御対象機器の動作停止指令を出力する。

【0040】

第７の発明では、プログラマブルロジックコントローラが上記のように構成されている。このため、診断のたびに遮断用スイッチが開操作され、通信制御部への供給電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値未満になると、診断のたびに、プログラマブルロジックコントローラが意図しない動作を実施し、制御対象機器が停止してしまうこととなる。

【0041】

この点、第１，第６の発明を前提とする第７の発明では、遮断用スイッチを開操作に切り替えた後、診断用電圧が通信制御部の動作可能電圧範囲の下限値未満となる前に遮断用スイッチが閉操作に切り替えられる。このため、診断のたびに、プログラマブルロジックコントローラが意図しない動作をすることを抑制でき、制御対象機器の動作が停止してしまうことを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

【図1】第１実施形態に係るシステムの全体構成を示す図。

【図2】遮断用スイッチの異常診断手法を示す図。

【図3】遮断用スイッチの異常診断手法を示す図。

【図4】第２実施形態に係る遮断用スイッチの異常診断手法を示す図。

【図5】第３実施形態に係るシステムの全体構成を示す図。

【図6】第４実施形態に係るシステムの全体構成を示す図。

【図7】従来技術に係るシステムの全体構成を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0043】

（第１実施形態）
以下、本発明のＩ／Ｏモジュールを具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係るＩ／Ｏモジュールは、機械組立工場などの組立システムで用いられる産業用ロボットシステムを構成する。

【0044】

ロボットシステムは、図１に示すように、Ｉ／Ｏモジュール２０、安全ＰＬＣ１００、安全機器としての非常停止スイッチ１１０、コントローラ１２０及びロボット１３０を備えている。なお本実施形態において、非常停止スイッチ１１０が「第１の外部機器」に相当し、安全ＰＬＣ１００が「第２の外部機器」に相当する。

【0045】

安全ＰＬＣ１００は、コントローラ１２０とケーブルで接続され、コントローラ１２０は、ロボット１３０とケーブルで接続されている。安全ＰＬＣ１００は、コントローラ１２０に対してロボット１３０の動作指令を出力する。コントローラ１２０は、安全ＰＬＣ１００から入力された動作指令に基づいて、ロボット１３０の動作を制御する。なおロボット１３０としては、例えば、６軸の垂直多関節型ロボットや、水平多関節型ロボットを用いることができる。なお、安全ＰＬＣ１００には、図示しない上位のコントローラも接続されている。

【0046】

Ｉ／Ｏモジュール２０には、安全ＰＬＣ１００と非常停止スイッチ１１０とがＬＡＮ等の通信線によって接続されている。つまり本実施形態では、Ｉ／Ｏモジュール２０として、安全ＰＬＣ１００と非常停止スイッチ１１０との間の通信を行うリモートＩ／Ｏを用いている。

【0047】

作業者によって非常停止スイッチ１１０が押されている場合、非常停止スイッチ１１０からロボット１３０を非常停止させる非常停止信号が出力される。一方、作業者によって非常停止スイッチ１１０が押されていない場合、非常停止スイッチ１１０から非常停止信号が出力されない。

【0048】

Ｉ／Ｏモジュール２０は、ＭＣＵ２１、通信回路２２、定電圧電源２３、遮断用スイッチ２４及びコンデンサ２５を備えている。なお本実施形態において、通信回路２２が「通信制御部」に相当する。

【0049】

ＭＣＵ２１は、非常停止スイッチ１１０から出力された非常停止信号を取得し、取得した非常停止信号を通信回路２２に出力する通信処理を行う。通信回路２２は、ＭＣＵ２１から出力された非常停止信号を取得し、取得した非常停止信号を安全ＰＬＣ１００に出力する処理を行う。

【0050】

通信回路２２及び定電圧電源２３は、給電経路２６によって接続されている。給電経路２６には、遮断用スイッチ２４が設けられている。遮断用スイッチ２４は、ＭＣＵ２１によって操作される。なお、遮断用スイッチ２４としては、例えばＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いることができる。この場合、遮断用スイッチ２４のドレインが定電圧電源２３側に接続され、ソースが通信回路２２側に接続される。

【0051】

ＭＣＵ２１による遮断用スイッチ２４の閉操作により、遮断用スイッチ２４が閉状態にされると、定電圧電源２３から通信回路２２へと給電される。一方、ＭＣＵ２１による遮断用スイッチ２４の開操作により遮断用スイッチ２４が開状態にされると、定電圧電源２３から通信回路２２への給電が停止される。

【0052】

給電経路２６のうち遮断用スイッチ２４よりも通信回路２２側には、電圧監視経路２７を介してＭＣＵ２１が接続されている。電圧監視経路２７には、コンデンサ２５の第１端が接続され、コンデンサ２５の第２端はＩ／Ｏモジュール２０のグランドに接続されている。なお、本実施形態では、Ｉ／Ｏモジュール２０にコンデンサ２５が１つ備えられている。

【0053】

コンデンサ２５は、遮断用スイッチ２４が閉状態とされることにより定電圧電源２３から供給される電力を蓄え、遮断用スイッチ２４が開状態とされることにより自身に蓄えられた電力を通信回路２２に供給する。

【0054】

ＭＣＵ２１は、電圧監視経路２７を介して、コンデンサ２５の端子電圧を診断用電圧Ｖｄとして検出する。なお本実施形態において、ＭＣＵ２１が「電圧検出部」を含む。

【0055】

ＭＣＵ２１は、所定の診断実行条件が成立したと判定した場合、遮断用スイッチ２４の診断処理を行う。診断処理は、遮断用スイッチ２４の閉固着異常の有無を診断する処理である。なお、診断実行条件は、例えば、診断処理が前回実施されてから一定時間経過しているとの条件とすればよい。

【0056】

図２を用いて、本実施形態に係る診断処理について説明する。図２は、遮断用スイッチ２４に異常が生じていない場合について示している。図２（ａ）は、ＭＣＵ２１により検出された診断用電圧Ｖｄの推移を示し、図２（ｂ）は、遮断用スイッチ２４の操作状態の推移を示す。

【0057】

図２には、第１〜第５電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ５（Ｖｔｈ１＜Ｖｔｈ２＜Ｖｔｈ３＜Ｖｔｈ４＜Ｖｔｈ５）が示されている。本実施形態では、通信回路２２の動作可能電圧範囲が、第１電圧Ｖｔｈ１以上であってかつ第５電圧Ｖｔｈ５以下の電圧範囲で規定されている。定電圧電源２３から通信回路２２に供給される電圧が動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１以上の場合、通信回路２２により、安全ＰＬＣ１００及び非常停止スイッチ１１０の間の通信が可能とされる。一方、遮断用スイッチ２４が開状態とされ、定電圧電源２３から通信回路２２に供給される電圧が動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１未満になると、通信回路２２により、安全ＰＬＣ１００及び非常停止スイッチ１１０の間の通信が遮断される。

【0058】

本実施形態では、定電圧電源２３の取り得る出力電圧範囲が、第３電圧Ｖｔｈ３以上であってかつ第４電圧Ｖｔｈ４以下の電圧範囲で規定されている。つまり、定電圧電源２３の取り得る電圧範囲の下限値Ｖｔｈ３は、通信回路２２の動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１よりも高く設定されている。ここで、定電圧電源２３の出力電圧が一定の幅（Ｖｔｈ３〜Ｖｔｈ４）を有するのは、定電圧電源２３の個体差により、定電圧電源２３の出力電圧が、その設計値に対して公差を含むためである。

【0059】

また本実施形態では、検出電圧範囲が、第１電圧Ｖｔｈ１以上であってかつ第２電圧Ｖｔｈ２未満の電圧範囲として設定されている。

【0060】

図２に示すように、ＭＣＵ２１は、遮断用スイッチ２４を開操作に切り替えるタイミングｔ１から、第１タイミング及び第２タイミングのうち早い方のタイミングまでの期間に渡って遮断用スイッチ２４を開操作し続ける。第１タイミングは、定電圧電源２３の電力でコンデンサ２５の充電が完了している状態において、遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられるタイミングｔ１から規定時間Ｔｔｈ経過するタイミングｔ３である。規定時間Ｔｔｈは、遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられるタイミングｔ１から、遮断用スイッチ２４が開状態になったと仮定した場合に診断用電圧Ｖｄが低下して規定電圧Ｖαになると想定されるタイミングまでの時間（例えば、数十μｓｅｃ〜数百μｓｅｃ）に設定されている。具体的には、規定時間Ｔｔｈは、遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられてから、診断用電圧Ｖｄが規定電圧Ｖαになると想定されるタイミングまでの時間の取り得る最大値に設定されている。規定電圧Ｖαは、定電圧電源２３の取り得る出力電圧範囲の下限値Ｖｔｈ３未満であって、かつ、通信回路２２の動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１よりも高い電圧として設定されている。

【0061】

第２タイミングは、遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられた後、診断用電圧Ｖｄが規定電圧Ｖαになるタイミングｔ２である。

【0062】

図２に示す例では、時刻ｔ１において遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられた後、規定時間Ｔｔｈが経過する前の時刻ｔ２において、診断用電圧Ｖｄが規定電圧Ｖαになる。このため、ＭＣＵ２１は、遮断用スイッチ２４の開操作期間において診断用電圧Ｖｄが検出電圧範囲Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ２に含まれると判定し、遮断用スイッチ２４に閉固着異常が生じていない旨判定する。そして時刻ｔ２において、遮断用スイッチ２４が閉操作に切り替えられる。

【0063】

ここで、診断処理のために遮断用スイッチ２４を一時的に開操作できるのは、コンデンサ２５を設けたためである。つまり、診断処理のために遮断用スイッチ２４が一時的に開状態に切り替えられたとしても、遮断用スイッチ２４が開状態とされている期間においてコンデンサ２５から通信回路２２へと給電される。このため、通信回路２２に供給される電圧が動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１をすぐには下回らない。これにより、遮断用スイッチ２４を一時的に開操作する時間を確保できる。

【0064】

図３を用いて、遮断用スイッチ２４に閉固着異常が生じた場合について説明する。なお、図３（ａ），（ｂ）は先の図２（ａ），（ｂ）に対応している。

【0065】

図３に示すように、時刻ｔ１から規定時間Ｔｔｈ経過する時刻ｔ２までの期間に渡って遮断用スイッチ２４が開操作される。ただし、遮断用スイッチ２４が開状態に切り替えられないため、診断用電圧Ｖｄは低下しない。このため、ＭＣＵ２１は、遮断用スイッチ２４の開操作期間において診断用電圧Ｖｄが検出電圧範囲Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈ３にないと判定し、遮断用スイッチ２４に閉固着異常が生じている旨判定する。

【0066】

ＭＣＵ２１は、閉固着異常が生じている旨判定した場合、通信回路２２に対してその通信を遮断するように指示する。これにより、通信回路２２は、安全ＰＬＣ１００と非常停止スイッチ１１０との間の通信を遮断する。安全ＰＬＣ１００は、通信回路２２により通信が遮断されたと判定した場合、ロボット１３０の動作停止指令をコントローラ１２０に対して出力する。

【0067】

以上説明した本実施形態によれば、遮断用スイッチ２４を開操作に切り替えた後、診断用電圧Ｖｄが通信回路２２の動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１未満となる前に遮断用スイッチ２４が閉操作に切り替えられる。このため、診断処理のたびに、定電圧電源２３から通信回路２２への給電が停止され、安全ＰＬＣ１００及び非常停止スイッチ１１０の間の通信が遮断されるのを防止できる。

【0068】

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図４に示すように、診断処理手法を変更する。

【0069】

ＭＣＵ２１は、非常停止スイッチ１１０から出力される非常停止信号を取得し、取得した非常停止信号を通信回路２２に出力する通信処理を行う。また、ＭＣＵ２１は、診断処理も行う。ここで、診断処理及び通信処理の双方を同時に行うことに対してＭＣＵ２１の処理能力が不足し得る。この場合、ＭＣＵ２１は、通信処理及び診断処理のうちいずれか一方の処理を行う期間において、他方の処理を行うことができない。このため、診断処理が行われる期間が長くなる場合、通信処理が実施できない期間が長くなってしまう。このことは、ロボット１３０周辺で作業する作業者の安全を確保する観点から好ましくない。

【0070】

そこで本実施形態では、ＭＣＵ２１は、診断用電圧Ｖｄが動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１未満とならないように、遮断用スイッチ２４の閉操作から開操作への切り替えを複数回行う。図４には、遮断用スイッチ２４の閉操作から開操作への切替タイミングを時刻ｔ１，ｔ３，ｔ５で示し、遮断用スイッチ２４の開操作から閉操作への切替タイミングを時刻ｔ２，ｔ４，ｔ６で示した。

【0071】

ＭＣＵ２１は、遮断用スイッチ２４が開操作されている期間ｔ１〜ｔ２，ｔ３〜ｔ４，ｔ５〜ｔ６において診断処理を行い、遮断用スイッチ２４が閉操作されている期間ｔ２〜ｔ３，ｔ４〜ｔ５において通信処理を行う。このため、診断処理を行うために通信処理が停止される時間を短縮できる。したがって、遮断用スイッチ２４の開固着異常の有無を診断しつつ、ロボット１３０周辺の作業者の安全を確保することができる。

【0072】

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図５に示すように、Ｉ／Ｏモジュール３０の構成を変更する。なお図５において、先の図１と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付しているものもある。

【0073】

図示されるように、Ｉ／Ｏモジュール３０は、ＭＣＵ３１、通信回路３２、定電圧電源３３、遮断用スイッチ３４及びコンデンサ３５を備えている。本実施形態において、ＭＣＵ３１，通信回路３２，定電圧電源３３，遮断用スイッチ３４，コンデンサ３５の構成は、上記第１実施形態のＭＣＵ２１，通信回路２２，定電圧電源２３，遮断用スイッチ２４，コンデンサ２５の構成と同様の構成である。なお本実施形態において、ＭＣＵ３１が「通信制御部」に相当する。

【0074】

通信回路３２及び定電圧電源３３は、第１給電経路３６によって常時接続されている。このため、通信回路３２には、定電圧電源３３から常時給電される。

【0075】

ＭＣＵ３１及び定電圧電源３３は、第２給電経路３７によって接続されている。第２給電経路３７には、遮断用スイッチ３４が設けられている。遮断用スイッチ３４は、ＭＣＵ３１によって操作される。

【0076】

ＭＣＵ３１によって遮断用スイッチ３４が閉操作され、遮断用スイッチ３４が閉状態とされる。これにより、定電圧電源３３からＭＣＵ３１へと給電され、ＭＣＵ３１は、安全ＰＬＣ１００及び非常停止スイッチ１１０の間の通信を可能とする。一方、ＭＣＵ３１によって遮断用スイッチ３４が開操作され、遮断用スイッチ３４が開状態とされる。これにより、定電圧電源３３からＭＣＵ３１への給電が停止され、ＭＣＵ３１は、安全ＰＬＣ１００及び非常停止スイッチ１１０の間の通信を遮断する。

【0077】

第２給電経路３７のうち遮断用スイッチ３４よりもＭＣＵ３１側には、電圧監視経路３８を介してＭＣＵ３１が接続されている。電圧監視経路３８には、コンデンサ３５の第１端が接続され、コンデンサ３５の第２端はＩ／Ｏモジュール３０のグランドに接続されている。ＭＣＵ３１は、電圧監視経路３８を介してコンデンサ３５の端子電圧を診断用電圧Ｖｄとして検出する。

【0078】

ここで本実施形態では、上記第１実施形態の図２に示した動作可能電圧範囲を、ＭＣＵ３１の動作可能電圧範囲とする。診断処理のために遮断用スイッチ３４が開操作されると、定電圧電源３３からＭＣＵ３１への給電が停止される。その結果、ＭＣＵ３１への供給電圧が動作可能電圧範囲の下限値未満となり、ＭＣＵ３１は通信処理及び診断処理を実施できなくなり得る。

【0079】

そこで本実施形態では、コンデンサ３５を備えている。このため、診断処理のために遮断用スイッチ３４が一時的に開状態に切り替えられたとしても、遮断用スイッチ３４が開状態とされている期間において、ＭＣＵ３１にコンデンサ３５から給電される。このため、ＭＣＵ３１は通信処理及び診断処理を行うことができる。

【0080】

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第３実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図６に示すように、Ｉ／Ｏモジュール４０の構成を変更する。なお図６において、先の図５と同一の構成については、便宜上、同一の符号を付しているものもある。

【0081】

図示されるように、Ｉ／Ｏモジュール４０は、ＭＣＵ４１、通信回路４２、遮断用スイッチ４３及びコンデンサ４４を備えている。本実施形態において、ＭＣＵ４１，通信回路４２，遮断用スイッチ４３，コンデンサ４４の構成は、上記第３実施形態のＭＣＵ３１，通信回路３２，遮断用スイッチ３４，コンデンサ３５の構成と同様の構成である。なお本実施形態において、ＭＣＵ４１及び通信回路４２が「通信制御部」に相当する。

【0082】

Ｉ／Ｏモジュール４０の電源端子Ｐには、Ｉ／Ｏモジュール４０の外部の定電圧電源５０が接続されている。電源端子Ｐには、第１給電経路４５を介してＭＣＵ４１が接続されている。第１給電経路４５には、遮断用スイッチ４３が設けられている。遮断用スイッチ４３は、ＭＣＵ４１によって操作される。

【0083】

第１給電経路４５のうち遮断用スイッチ４３よりもＭＣＵ４１側には、第２給電経路４６を介して通信回路４２が接続されている。

【0084】

ＭＣＵ４１によって遮断用スイッチ４３が閉操作され、遮断用スイッチ４３が閉状態とされる。これにより、定電圧電源５０からＭＣＵ４１及び通信回路４２へと給電される。一方、ＭＣＵ４１によって遮断用スイッチ４３が開操作され、遮断用スイッチ４３が開状態とされる。これにより、定電圧電源５０からＭＣＵ４１及び通信回路４２への給電が停止される。

【0085】

第１給電経路４５のうち遮断用スイッチ４３よりもＭＣＵ４１側には、電圧監視経路４７を介してＭＣＵ４１が接続されている。電圧監視経路４７には、コンデンサ４４の第１端が接続され、コンデンサ４４の第２端はＩ／Ｏモジュール４０のグランドに接続されている。ＭＣＵ４１は、電圧監視経路４７を介してコンデンサ４４の端子電圧を診断用電圧Ｖｄとして検出する。

【0086】

ここで本実施形態では、上記第１実施形態の図２に示した動作可能電圧範囲の下限値が、ＭＣＵ４１の動作可能電圧範囲の下限値及び通信回路４２の動作可能電圧範囲の下限値のうち大きい方に設定されている。また、上記第１実施形態の図２に示した動作可能電圧範囲の上限値が、ＭＣＵ４１の動作可能電圧範囲の上限値及び通信回路４２の動作可能電圧範囲の上限値のうち小さい方に設定されている。

【0087】

以上説明した本実施形態によっても、上記第３実施形態と同様の効果を得ることができる。

【0088】

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態を以下のように変更して、実施することもできる。

【0089】

・上記第１実施形態において、定電圧電源２３の取り得る出力電圧範囲の上限値が、通信回路２２の動作可能電圧範囲の上限値以上の電圧に設定されていてもよい。

【0090】

・診断に用いる検出電圧範囲の設定手法としては、上記第１実施形態の図２に示したものに限らない。例えば、検出電圧範囲の下限値が、通信回路２２の動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１よりも高い値に設定されていてもよい。

【0091】

・上記第１実施形態の図１に示す構成において、遮断用スイッチ２４の診断手法を以下に説明する手法に変更してもよい。

【0092】

ＭＣＵ２１は、遮断用スイッチ２４を開操作に切り替えてから所定時間における診断用電圧Ｖｄの低下量が所定量よりも大きい場合に遮断用スイッチ２４に異常が生じていない旨判定する。一方、ＭＣＵ２１は、上記低下量が上記所定量よりも大きくない場合に遮断用スイッチ２４の開固着異常が生じている旨判定する。ここで上記所定時間は、遮断用スイッチ２４が開操作に切り替えられて開状態になったと仮定した場合に、診断用電圧Ｖｄが通信回路２２の動作可能電圧範囲の下限値Ｖｔｈ１未満とならない時間に設定されている。なお、この場合、遮断用スイッチ２４が開操作された後に、診断用電圧Ｖｄが、必ずしも定電圧電源２３の出力電圧範囲の下限値未満にならなくてもよい。また、上記所定量は、例えば、遮断用スイッチ２４が閉状態とされている場合に想定される定電圧電源２３の出力電圧の低下量の最大値に設定されればよい。

【0093】

・Ｉ／Ｏモジュールに接続される外部機器としては、非常停止スイッチ及び安全ＰＬＣに限らず、他の機器であってもよい。また、Ｉ／Ｏモジュールに接続される安全機器としては、非常停止スイッチに限らず、例えば、イネーブルスイッチやライトカーテンであってもよい。

【0094】

・安全ＰＬＣの制御対象機器としては、ロボットに限らず、例えばベルトコンベアであってもよい。

【0095】

・上記各実施形態では、Ｉ／Ｏモジュールに接続される非常停止スイッチ等の第１の外部機器の数を１つとしたがこれに限らず、２つ以上にしてもよい。また、Ｉ／Ｏモジュールに接続される安全ＰＬＣ等の第２の外部機器の数も、１つに限らず、２つ以上にしてもよい。

【符号の説明】

【0096】

２０…Ｉ／Ｏモジュール、２１…ＭＣＵ、２２…通信回路、２３…定電圧電源、２４…遮断用スイッチ、２５…コンデンサ、１００…安全ＰＬＣ、１１０…非常停止スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】