特開 2024-89940 ダークテスト方法および異常診断装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024089940

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】ダークテスト方法および異常診断装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/05 20060101AFI20240627BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20240627BHJP

【ＦＩ】

G05B19/05 L

G01R31/00

G05B19/05 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022205495

(22)【出願日】2022-12-22

(71)【出願人】

【識別番号】000149066

【氏名又は名称】オークマ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】惠木 快昌

【テーマコード（参考）】

2G036

5H220

【Ｆターム（参考）】

2G036AA19

2G036BA37

2G036BB06

2G036BB09

2G036CA10

5H220AA06

5H220BB15

5H220CC09

5H220CX05

5H220JJ28

5H220JJ36

5H220LL01

(57)【要約】

【課題】最小の診断パルス幅でダークテストを実施する、ダークテスト方法を提供する。
【解決手段】出力機器５のＯＮ／ＯＦＦ切替のために電圧信号を出力する出力切替回路２の異常の有無を診断するダークテスト方法は、前記出力切替回路２に、診断パルス幅のＯＦＦパルス状の切替信号を出力することと、前記出力切替回路２から出力される電圧信号をデジタル変換した出力検出信号から、ＯＦＦパルス状の応答パルスが検出できるか否かを判断することと、を含むテスト処理を、前記応答パルスが検出できるまで、前記診断パルス幅を徐々に増やしながら繰り返し、前記診断パルス幅が、規定の上限値以上になった場合に、前記出力切替回路２が異常であると診断する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

出力機器のＯＮ／ＯＦＦ切替のために電圧信号を出力する出力切替回路の異常の有無を診断するダークテスト方法であって、
前記出力切替回路に、診断パルス幅のＯＦＦパルス状の切替信号を出力することと
前記出力切替回路から出力される電圧信号をデジタル変換した出力検出信号から、ＯＦＦパルス状の応答パルスが検出できるか否かを判断することと、
を含むテスト処理を、前記応答パルスが検出できるまで、前記診断パルス幅を徐々に増やしながら繰り返し、前記診断パルス幅が、規定の上限値以上になった場合に、前記出力切替回路が異常であると診断する、
ことを特徴とするダークテスト方法。

【請求項2】

請求項１に記載のダークテスト方法であって、
前記応答パルスが検出できたときの前記診断パルス幅を、パルス幅前回値として記憶しておき、次回の前記ダークテストの際に、前記パルス幅前回値を基準として、初回のテスト処理における前記診断パルス幅を決定する、ことを特徴とするダークテスト方法。

【請求項3】

出力機器のＯＮ／ＯＦＦ切替のために電圧信号を出力する出力切替回路の異常の有無を診断する異常診断装置であって、
前記電圧信号をデジタル変換した出力検出信号を取得する出力検出回路と、
前記出力切替回路に、ＯＮまたはＯＦＦを示す切替信号を出力する出力制御部と、
前記出力切替回路の異常の有無を診断するダークテストを実行する出力診断部と、
を備え、
前記ダークテストにおいて、前記出力診断部は、前記出力制御部に対して診断パルス幅のＯＦＦパルス状の出力切替信号の出力を指示するとともに、前記出力検出信号からＯＦＦパルス状の応答パルスの検出ができるか否かを判断するテスト処理を、前記応答パルスが検出できるまで、前記診断パルス幅を徐々に増やしながら繰り返し、前記診断パルス幅が、規定の上限値以上になった場合に、前記出力切替回路が異常であると診断する、
ことを特徴とする異常診断装置。

【請求項4】

請求項３に記載の異常診断装置であって、
前記出力診断装置は、前記応答パルスが検出できたときの前記診断パルス幅を、パルス幅前回値として記憶しておき、次回の前記ダークテストの際には、前記パルス幅前回値を基準として、初回のテスト処理における前記診断パルス幅を決定する、ことを特徴とする異常診断装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本明細書は、出力機器に対して電圧信号を出力する出力切替回路の異常を診断するダークテスト方法、および、異常診断装置を開示する。

【背景技術】

【0002】

工場の生産工程の自動化を図るＦＡ（Ｆａｃｔｏｒｙ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ）の分野で用いられるプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ：Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）は、非制御機器の制御を行う装置である。このようなＰＬＣの出力装置では、例えば、非常停止が要求された場合に出力を安全側（出力ＯＦＦ側）に制御して接続される出力機器を停止させることが可能か、を定期的に診断することが求められる。

【0003】

通常の稼働状態でＯＮとＯＦＦを繰り返す出力機器（例えばソレノイドバルブ等）では、出力ＯＦＦを指令するタイミングで異常診断を行うことができる。一方、ＳＴＯ（Ｓａｆｅ Ｔｏｒｑｕｅ ＯＦＦ）機能付きサーボドライブユニットに対するＳＴＯ解除入力など、稼働状態で常に出力ＯＮとなる出力機器の場合、長時間の連続稼働状態では出力ＯＦＦを指令するタイミングがなく異常診断ができない。

【0004】

そのため、一般的に、ダークテスト、または、パルステストと呼ばれる、出力機器が応答しない短時間のＯＦＦパルスを出力することで異常診断を行う手法が用いられる。

【0005】

図５は、ダークテスト機能を備えた異常診断装置の構成を示すブロック図である。以下、図５を用いてダークテスト方法について説明する。

【0006】

出力制御部１は、図示しないロジック部が出力する出力指令、及び、出力診断部４ｂが出力する診断要求に基づき、出力切替信号を出力切替回路２に出力する。また、出力制御部１は、現在出力している出力切替信号の内容を示す出力状態を、出力診断部４ｂに出力する。出力切替信号は、出力指令がＯＦＦの場合、ＯＦＦ状態を維持し、出力指令がＯＮの場合、診断要求に応じて変化する。具体的には、出力切替信号は、出力指令がＯＮかつ診断要求がＯＦＦの場合、ＯＮ状態を維持し、出力指令がＯＮかつ診断要求がＯＮの場合、一時的にＯＦＦとなるＯＦＦパルス状に変化する。また、出力状態は、出力切替信号がＯＮ状態を維持する「出力ＯＮ」と、出力切替信号がＯＦＦ状態を維持する「出力ＯＦＦ」と、出力切替信号がＯＦＦパルス状に変化する「診断パルス出力」と、の３種類の状態を含む。

【0007】

出力切替回路２は、出力機器用電源６と出力機器５との間に介在する回路であり、スイッチを含む回路である。出力切替回路２は、出力制御部１が出力する出力切替信号に基づき、スイッチを切替え、出力機器５に電圧信号である出力信号を出力する。出力信号は、定常状態では、出力切替信号がＯＮの場合に出力機器用電源６の出力電圧となり、出力切替信号がＯＦＦの場合に０Ｖとなる。なお、スイッチは、例えば、半導体による電気的なスイッチである。

【0008】

出力検出回路３は、出力切替回路２が出力する出力信号をデジタル信号に変換し、出力検出信号として出力診断部４ｂに出力する。

【0009】

出力診断部４ｂは、出力検出回路３が出力する出力検出信号と、出力制御部１が出力する出力状態と、に基づき、出力切替回路２の診断を行う。すなわち、出力状態と出力検出信号とが不一致となった場合に、診断部４１ｂは、出力切替回路２の異常を示す異常検出信号を出力する。異常検出信号が出力された場合、図示しないロジック部にて、各種エラー処理が実行される。また、出力診断部４ｂは、出力制御部１に対し診断要求と診断パルス幅とを出力する。例えば、診断パルス要求部４２ｂは、「出力ＯＮ」状態が一定時間継続した場合などに診断要求ＯＮを、出力制御部１に出力する。また、診断パルス要求部４２ｂは、パルス幅格納部４４に予め設定された値などを診断パルス幅として、出力制御部１に出力する。

【0010】

出力機器５は、例えば、ソレノイドバルブやＳＴＯ機能付きサーボドライブユニットなどである。

【0011】

出力機器用電源６は、例えば、ソレノイドバルブの駆動用電源や、ＳＴＯ機能付きサーボドライブユニットのＳＴＯ解除端子用の入力電源などである。

【0012】

以下、出力制御部１が出力切替信号として診断パルスを出力する場合の動作について説明する。

【0013】

出力制御部１は、診断要求がＯＮの場合に、出力切替信号として、図３の出力切替信号に示す診断パルス（ＯＦＦパルス）を出力する。診断パルスのＯＦＦパルス幅は、出力診断部４ｂが出力する診断パルス幅となる。図３の診断パルスに対して、出力切替回路２が出力する出力信号は、回路の応答遅延により、例えば、図３の出力信号に示す波形となる。更に、出力検出回路３により出力信号はデジタル変換され、出力検出信号は、図３の出力検出信号に示すような、ＯＦＦパルス状のデジタル信号（以下「応答パルス」と呼ぶ）となる。出力診断部４ｂの診断部４１ｂは、出力状態が「診断パルス出力」の場合に、出力検出信号が応答パルスを含むか否かを確認する。そして、出力診断部４ｂは、出力検出信号が応答パルスを含む場合、出力信号をＯＦＦ可能であること、すなわち、出力切替回路２が正常であると診断する。逆に、出力検出信号が応答パルスを含まない場合、出力診断部４ｂは、出力切替回路２の異常を示す異常検出信号を出力する。

【0014】

ここで、診断パルスのパルス幅が短すぎる場合、出力信号が、例えば、図４の出力信号に示すように、完全にＯＦＦしない波形となる。このとき、出力信号が出力検出回路３の閾値電圧を下回らない場合、出力検出信号は、図４の出力検出信号に示す様に応答パルスを含まないため、出力診断部４ｂは、出力切替回路２の異常を誤検出する。一方、診断パルスのパルス幅が長すぎる場合、出力機器５が、出力信号のＯＦＦに反応してしまう。

【0015】

すなわち、ダークテストでは診断パルスのパルス幅が重要であり、出力切替回路２の応答特性のばらつきや、接続される出力機器５の種類などに応じて、診断パルスのパルス幅を適切に設定する必要がある。診断パルスのパルス幅の設定方法として、例えば、特許文献１には、診断パルスを複数のパルス幅で出力し、それぞれのパルス幅に対応する出力検出信号のパルス幅を比較して、誤検出されないパルス幅をオートチューニングで決定する技術が公開されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0016】

【特許文献1】国際公開第２０１９／０６９４３３号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0017】

ダークテストの診断パルス幅は、出力機器への影響を低減するため短い方が望ましい。しかし、診断パルス幅が短いと、接続される出力機器や、出力切替回路２を構成する半導体部品の個体差などにより、異常を誤検出しやすくなる。そのため、異常を誤検出しないために、予め十分なマージンを取った診断パルス幅を設定する必要がある。更に、マージンの大きさは、出力切替回路２を構成する半導体部品の特性ばらつきや温度による特性変動などを考慮する必要があり、設計や評価から適切なマージンを決定する作業が必要であった。

【0018】

本発明が解決しようとする課題は、最小の診断パルス幅でダークテストを実施する、ダークテスト方法および診断装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0019】

出力機器のＯＮ／ＯＦＦ切替のために電圧信号を出力する出力切替回路の異常の有無を診断するダークテスト方法は、前記出力切替回路に、診断パルス幅のＯＦＦパルス状の切替信号を出力することと、前記出力切替回路から出力される電圧信号をデジタル変換した出力検出信号から、ＯＦＦパルス状の応答パルスが検出できるか否かを判断することと、を含むテスト処理を、前記応答パルスが検出できるまで、前記診断パルス幅を徐々に増やしながら繰り返し、前記診断パルス幅が、規定の上限値以上になった場合に、前記出力切替回路が異常であると診断する。

【0020】

また、出力機器のＯＮ／ＯＦＦ切替のために電圧信号を出力する出力切替回路の異常の有無を診断する異常診断装置は、前記電圧信号をデジタル変換した出力検出信号を取得する出力検出回路と、前記出力切替回路に、ＯＮまたはＯＦＦを示す切替信号を出力する出力制御部と、前記出力切替回路の異常の有無を診断するダークテストを実行する出力診断部と、を備え、前記ダークテストにおいて、前記出力診断部は、前記出力制御部に対して診断パルス幅のＯＦＦパルス状の出力切替信号の出力を指示するとともに、前記出力検出信号からＯＦＦパルス状の応答パルスの検出ができるか否かを判断するテスト処理を、前記応答パルスが検出できるまで、前記診断パルス幅を徐々に増やしながら繰り返し、前記診断パルス幅が、規定の上限値以上になった場合に、前記出力切替回路が異常であると診断する。

【発明の効果】

【0021】

診断パルス幅を増やしながらテスト処理を繰り返し行うことにより、回路の特性ばらつきや温度による特性変動に応じて、最小の診断パルス幅でダークテストを行うことができる。また、回路の特性ばらつきや温度による特性変動に応じて、ダークテストの診断パルス幅を自動調整できるため、生産中止や、代替部品との二重購買などで、回路部品を変更した場合においても、ダークテストに関するパラメータ変更が不要となる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】ダークテスト方法の流れを示すフローチャートである。

【図2】ダークテスト機能を備えた診断装置の構成を示すブロック図である。

【図3】ダークテスト時の出力切替信号と出力検出信号との関係の一例を示した図である。

【図4】ダークテスト時の出力切替信号と出力検出信号との関係の一例を示した図である。

【図5】従来例におけるダークテスト機能を備えた診断装置を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施例について説明する。図２は、診断装置の構成を示すブロック図である。これまでに図５を用いて説明した従来例と共通の要素は同じ番号を付番し説明を省略する。

【0024】

出力診断部４ａは、出力検出回路３が出力する出力検出信号と、出力制御部１が出力する出力状態と、に基づき、出力切替回路２の診断を行う。すなわち、出力状態と出力検出信号とが不一致となった場合に、診断部４１ａは、出力切替回路２の異常を示す異常検出信号を出力する。異常検出信号が出力された場合、図示しないロジック部にて、各種エラー処理が実行される。また、出力診断部４ａは、出力制御部１に対し、診断要求と診断パルス幅とを出力する。例えば、診断パルス要求部４２ａは、出力状態として「出力ＯＮ状態」が一定時間継続した場合、および、診断部４１ａからテスト処理の再実行が要求された場合に、診断要求ＯＮを出力制御部１に出力する。また、診断パルス要求部４２ａは、パルス幅変更部４３に設定した値を診断パルス幅として、出力制御部１に出力する。

【0025】

診断パルス要求部４２ａは、診断要求ＯＮを出力する要因に応じて診断パルス幅を更新し、パルス幅変更部４３に設定する。診断部４１ａは、出力状態が「ＯＮ出力」または「ＯＦＦ出力」の場合において、出力状態と出力検出信号が不一致となった場合に異常検出信号を出力する。また、診断部４１ａは、出力状態が「診断パルス出力」の場合において、出力検出信号から応答パルス（ＯＦＦパルス）が得られず、かつ、診断パルス幅が上限値未満の場合に、診断パルス要求部４２ａにテスト処理の再実行を要求し、応答パルスが得られず、かつ、診断パルス幅が上限値以上の場合に、異常検出信号を出力する。

【0026】

図１は、本発明のダークテストの実施例を示すフローチャートである。図２のブロック図の出力制御部１および出力診断部４ａは、図１のフローチャートに示す各ステップを実行する。

【0027】

出力診断部４ａの診断パルス要求部４２ａは、例えば、出力制御部１が出力する出力状態の出力ＯＮ状態が一定時間継続した場合などに、ダークテストの処理を開始し、ステップＳ０１に進む。以下、ステップＳ０６までの各ステップを、出力診断部４ａが実行する。

【0028】

ステップＳ０１では、診断パルス要求部４２ａは、テスト未実施フラグを確認し、初回のダークテストか否かの判定を行う。テスト未実施フラグは、図示しない電源投入時の初期化処理でＯＮされるフラグである。テスト未実施フラグがＯＮの場合にはステップＳ０２に進み、テスト未実施フラグがＯＦＦの場合にはステップＳ０３に進む。

【0029】

ステップＳ０２は、初回のダークテスト実行時に、診断パルス幅の初期値を決定するステップである。ステップＳ０２において、診断パルス要求部４２ａは、パルス幅変更部４３の診断パルス幅として、予め設定された最小パルス幅を設定し、ステップＳ０４に進む。

【0030】

ステップＳ０３は、２回目以降のダークテスト実行時に、診断パルス幅の初期値を決定するステップである。ステップＳ０３において、診断パルス要求部４２ａは、パルス幅変更部４３の診断パルス幅に、前回のダークテスト実行時にステップＳ０９にて保存されるパルス幅前回値から、予め設定されたパルス幅増分を減算した値、を設定し、ステップＳ０４に進む。

【0031】

ステップＳ０４、ステップＳ０５は、Ｓ０３でパルス幅変更部４３に設定された診断パルス幅が最小パルス幅未満となる場合に、パルス幅変更部４３が診断パルス幅を最小パルス幅にリミットする処理であり、リミット処理後にステップＳ０６に進む。なお、最小パルス幅は予め設定された値である。

【0032】

ステップＳ０６では、診断パルス要求部４２ａが出力制御部１に診断要求ＯＮとパルス幅変更部４３に設定された診断パルス幅を出力し、ステップＳ０７に進む。

【0033】

ステップＳ０７は、出力制御部１が実行する処理である。出力制御部１は、診断要求に従い、診断パルス幅の診断パルスを出力し、ステップＳ０８に進む。なお、ステップＳ０８以降の各ステップは、出力診断部４ａが実行する。

【0034】

ステップＳ０８では、診断部４１ａが、ステップＳ０７で出力される診断パルスに対する応答パルスの有無を判定し、診断パルス要求部４２ａに通知する。出力検査信号が応答パルスを含む場合ステップＳ０９に進み、応答パルスを含まない場合ステップＳ１１に進む。

【0035】

ステップＳ０９は、ダークテストが正常に完了した場合に実行される処理である。診断パルス要求部４２ａは、診断パルスに対応する応答パルスがあった時、ダークテストが正常に完了したと見做す。そして、診断パルス要求部４２ａは、タークテストが正常に完了した場合における診断パルス幅をパルス幅前回値として保存し、テスト未実施フラグをＯＦＦする。その後、ステップＳ１０に進む。

【0036】

ステップＳ１０で、診断パルス要求部４２ａが、診断要求をＯＦＦし、ダークテストを完了する。

【0037】

ステップＳ１１、ステップＳ１２は、ステップＳ０８にて応答パルスが無い場合に診断パルス幅を増加させる処理である。ステップＳ１１にて、診断パルス要求部４２ａが、パルス幅変更部４３が出力する診断パルス幅にパルス幅増分を加算してパルス幅変更部４３に再設定する。ステップＳ１２にて、診断部４１ａが、再設定された診断パルス幅と最大パルス幅との比較を行う。診断パルス幅が最大パルス幅以下の場合は、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１３において、診断パルス要求部４２ａが、診断要求をＯＦＦした後、再設定された診断パルス幅にて再度ステップＳ０６以降の処理を行う。診断パルス幅が最大パルス幅を超えた場合は、ステップＳ１４に進む。なお、最大パルス幅は、予め設定された値である。

【0038】

ステップＳ１４は、診断パルスの診断パルス幅が、最大パルス幅を超えた場合に実行される処理である。ステップＳ１４において、診断部４１ａが、異常検出信号を出力し、図示しないロジック部が異常検出信号より出力切替回路２の異常を検出し、各種エラー処理を行う。

【0039】

このように、出力制御部１および出力診断部４の処理を構成することにより、出力切替回路２の特性ばらつきや、温度による特性変動があっても、常に最小のパルス幅でダークテストを実行することができる。なお、最大パルス幅は、例えば、出力切替回路２に接続が想定される出力機器の中で最も応答が遅い出力機器に合わせて設定すればよい。当然、応答が早い出力機器を接続した場合、診断パルス幅が最大パルス幅の場合に、出力機器が診断パルスに応答するが、出力切替回路２が正常な場合は、診断パルス幅は出力機器が応答しないパルス幅までしか増加しないため影響はない。例えば、出力切替回路２に異常がありＯＦＦを出力できない場合は、診断パルスを出力できず出力機器は応答しない。この場合、図１のステップＳ１４にて異常検出され適切なエラー処理が実施される。

【0040】

なお、本発明の実施形態は、図２の出力機器５、出力機器用電源６の実装形態に依存しない。すなわち、図２の診断装置と、出力機器５および出力機器用電源６と、が同一の機器内にあってもよいし、互いに異なる機器に分かれていてもよい。例えば、本明細書で開示する技術は、パワー素子を駆動するゲート信号伝達用フォトカプラの１次側電源を遮断することでＳＴＯ機能を実現するサーボドライブユニットにおけるＳＴＯ機能のダークテスト方法に利用されてもよい。例えば、図２の出力機器５がゲート信号を伝達するフォトカプラであり、出力機器用電源６がフォトカプラの１次側用電源であり、出力切替回路２がフォトカプラの１次側電源遮断回路であり、これらが全て同一機器内に配置されてもよい。

【符号の説明】

【0041】

１ 出力制御部、２ 出力切替回路、３ 出力検出回路、４ａ，４ｂ 出力診断部、５ 出力機器、６ 出力機器用電源、４１ａ，４１ｂ 診断部、４２ａ，４２ｂ 診断パルス要求部、４３ パルス幅変更部、４４ パルス幅格納部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】