(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】
(24)【登録日】2024-01-15
(45)【発行日】2024-01-23
(54)【発明の名称】リレー出力制御装置
(51)【国際特許分類】
B61L 23/00 20060101AFI20240116BHJP
H01H 47/00 20060101ALI20240116BHJP
【FI】
B61L23/00 Z
H01H47/00 Z
(21)【出願番号】P 2020102634
(22)【出願日】2020-06-12
【審査請求日】2022-06-02
(73)【特許権者】
【識別番号】000001292
【氏名又は名称】株式会社京三製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100124682
【氏名又は名称】黒田 泰
(74)【代理人】
【識別番号】100104710
【氏名又は名称】竹腰 昇
(74)【代理人】
【識別番号】100090479
【氏名又は名称】井上 一
(72)【発明者】
【氏名】関 貫造
【審査官】上野 力
(56)【参考文献】
【文献】特開2007-062483(JP,A)
【文献】特開平07-152705(JP,A)
【文献】特開2009-018630(JP,A)
【文献】特開昭61-013400(JP,A)
【文献】特公平06-004415(JP,B2)
【文献】特開平02-171801(JP,A)
【文献】特開平04-154475(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B61L 23/00
H01H 47/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御部と、
直流信号である前記制御部からのリレー制御信号に
応じた動作又は復旧を、当該リレー制御信号の信号レベルの変化から第1の応答時間の経過後に行う出力リレーと、
前記出力リレーの接点を照査して前記制御部に接点照査信号を出力する照査入力回路と、
交番信号である前記制御部からの正常信号を整流して直流信号である駆動信号を生成する整流駆動回路と、
前記駆動信号によって制御される正常リレーと、
直流信号である前記制御部からの開閉制御信号によって開閉制御されるスイッチであって、前記正常リレーの接点を介して供給される出力電源の前記出力リレーの接点への供給を当該開閉制御によって行うスイッチと、
前記スイッチの開閉状態を検出して前記制御部に検出信号を出力するセンサと、
を備え、
前記出力リレーの接点に、当該接点から出力される前記出力電源に応じて動作又は復旧を行う時間が前記第1の応答時間より長い第2の応答時間である外部出力リレーが外部接続されており、
前記制御部は、
前記リレー制御信号について前記出力リレーを動作させる信号レベルとした後、前記接点照査信号および前記検出信号に基づ
く故障判定を
前記第1の応答時間より短い周期で行い、故障でないと判定した場合に
は前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力
し、故障と判定した場合には前記正常信号を出力せず、且つ、前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルとし、
前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルとした後、前記故障判定を前記第1の応答時間より短い周期で行い、故障でないと判定した場合には前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力し、故障と判定した場合には前記正常信号を出力せず、且つ、前記リレー制御信号について前記出力リレーを復旧させる信号レベルのままとする、
リレー出力制御装置。
【請求項2】
前記制御部は、
前記出力リレーを動作させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の動作時判定条件に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返
し行い、
前記出力リレーを復旧させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の復旧時判定条件に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行う、
請求項
1に記載のリレー出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、鉄道信号保安システムで用いられるリレー出力制御装置に関する。
【背景技術】
【0002】
鉄道において用いられる装置には、輸送の安全を確保するためフェールセーフ性が要求される。鉄道信号保安システムで用いられる、出力リレーを駆動してその接点を出力するリレー出力制御装置についても勿論である。この要求を満たすため、例えば、特許文献1に開示されたリレー出力制御装置(リレー出力装置)では、出力リレーの接点を入力して出力の合理性をチェックするとともに、出力リレーを復旧側に制御した状態において出力リレーの接点に直列接続した出力電源印加制御用スイッチを短時間オン制御して当該スイッチ素子の健全性をチェックする。これらのチェックにおいて故障と判定した場合には、出力リレーを復旧側に制御するとともにスイッチ素子を遮断側に制御して出力機能を停止することで、装置の安全性を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述の特許文献1のリレー出力制御装置においては、出力リレー駆動回路及び出力電源印加制御用スイッチ素子に同時に導通故障が発生した場合、危険側の出力となり得ることが分かった。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、安全性を図ったリレー出力制御装置を提供すること、である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するための第1の発明は、
制御部(例えば、
図1の制御部10)と、
直流信号である前記制御部からのリレー制御信号によって制御される出力リレー(例えば、
図1の出力リレーOUTR)と、
前記出力リレーの接点を照査して前記制御部に接点照査信号を出力する照査入力回路(例えば、
図1の照査入力回路22)と、
交番信号である前記制御部からの正常信号を整流して直流信号である駆動信号を生成する整流駆動回路(例えば、
図1の整流駆動回路26)と、
前記駆動信号によって制御される正常リレー(例えば、
図1の正常リレーOKR)と、
直流信号である前記制御部からの開閉制御信号によって開閉制御されるスイッチであって、前記正常リレーの接点を介して供給される出力電源の前記出力リレーの接点への供給を当該開閉制御によって行うスイッチ(例えば、
図1のスイッチSW2)と、
前記スイッチの開閉状態を検出して前記制御部に検出信号を出力するセンサ(例えば、
図1のセンサ24)と、
を備え、
前記制御部は、
前記接点照査信号および前記検出信号に基づいて故障判定を行い、故障でないと判定した場合に、前記正常リレーを動作させる前記正常信号を出力する、
リレー出力制御装置である。
【0007】
第1の発明によれば、安全性を図ったリレー出力制御装置を実現することができる。つまり、制御部は、接点照査信号に基づいて出力リレーの駆動回路が故障であるかを判定するとともに、検出信号に基づいて出力リレーの接点に出力電源を供給するスイッチが故障であるかを判定する。これらの2つの判定がともに故障でないとの判定であるときに正常リレーを動作させる。これにより、例えば、出力リレーの駆動回路とスイッチとの同時の導通故障を判定することができ、安全性を図ったリレー出力制御装置とすることができる。
【0008】
また、交番信号である正常信号を整流して正常リレーを動作させる直流信号である駆動信号を生成する。このため、故障判定により故障でないと判定したときにのみ正常リレーを動作させ、故障と判定したときに交番信号である正常信号を停止して正常リレーが動作することを防止でき、リレー出力制御装置の更なる安全性を図ることができる。
【0009】
第2の発明は、第1の発明において、
前記出力リレーの接点に、前記出力リレーより動作時間および復旧時間が長い外部出力リレー(例えば、
図1の外部出力リレーOUTPR)が外部接続されており、
前記制御部は、
前記出力リレーを動作させる際に、前記出力リレーの動作時間より短い周期で前記故障判定を繰り返し行い(例えば、
図3のタイムチャート)、
前記出力リレーを復旧させる際に、前記出力リレーの復旧時間より短い周期で前記故障判定を繰り返し行う(例えば、
図4のタイムチャート)、
リレー出力制御装置である。
【0010】
第2の発明によれば、出力リレーの動作から外部出力リレーの動作まで、及び、出力リレーの復旧から外部出力リレーの復旧までに時間差が生じる。その時間差の間に故障判定を繰り返し行い、故障と判定した場合には正常リレーを動作させないことで外部出力リレーを動作させないようにすることができる。これにより、リレー出力制御装置の更なる安全性を図ることができる。
【0011】
第3の発明は、第2の発明において、
前記制御部は、
前記出力リレーを動作させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の動作時判定条件(例えば、
図6の真理値表)に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行い、
前記出力リレーを復旧させる際に、前記リレー制御信号および前記開閉制御信号の組み合わせに対する前記接点照査信号および前記検出信号の合理性を所定の復旧時判定条件(例えば、
図7の真理値表)に基づいて判定することを、当該組み合わせを変えて繰り返すことで、前記故障判定を繰り返し行う、
リレー出力制御装置である。
【0012】
第3の発明によれば、出力リレーを動作させる際には、スイッチが閉状態となって出力電源が出力リレーの接点に供給されているかを判定し、また、出力リレーを復旧させる際には、開状態となっているスイッチを短時間だけ閉状態として当該スイッチが導通故障となっていないかを判定する、といったことができる。なお、出力リレーを復旧状態とする際にスイッチを一時的に閉状態としても、出力リレーの動作時間より外部出力リレーの動作時間のほうが長いので、外部出力リレーは動作しない。
【図面の簡単な説明】
【0013】
【
図2】リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。
【
図3】リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。
【
図4】リレー出力制御装置の動作を説明するタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【0014】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態によって本発明が限定されるものではなく、本発明を適用可能な形態が以下の実施形態に限定されるものでもない。また、図面の記載において、同一要素には同一符号を付す。
【0015】
[装置の構成]
図1は、本実施形態のリレー出力制御装置1の構成図である。このリレー出力制御装置1は、鉄道信号保安システムに用いられ、外部入力される制御信号に応じて出力リレーOUTRを制御してその接点を外部出力する装置である。
図1に示すように、リレー出力制御装置1は、制御部10と、入出力部20とを備える。
【0016】
制御部10は、フェールセーフコンピュータにより構成され、入出力部20に対して、リレー制御信号OUTと、照査入力制御信号CHKと、開閉制御信号である出力電源印加制御信号OPWと、正常信号OKとを出力し、入出力部20から、接点照査信号OUTRAS,OUTRBSと、検出信号OPWSとが入力される。
【0017】
入出力部20は、出力リレーOUTRと、正常リレーOKRと、スイッチSW1,SW2と、照査入力回路22と、センサ24と、整流駆動回路26とを有する。
【0018】
スイッチSW1は、制御部10からの直流信号であるリレー制御信号OUTによって開閉制御される直流信号用駆動スイッチである。スイッチSW1には出力リレーOUTRが接続されており、スイッチSW1の開閉状態に応じて駆動電源が遮断・供給されることで、出力リレーOUTRが制御部10からのリレー制御信号OUTによって制御される。
【0019】
照査入力回路22は、制御部10からの照査入力制御信号CHKによって出力リレーOUTRの接点を照査して接点照査信号OUTRAS,OUTRBSを制御部10に出力する。つまり、照査入力制御信号CHKに同期して、出力リレーOUTRのA接点(動作接点)が構成していることを照査する接点照査信号OUTRASと、B接点(復旧接点)が構成していることを照査する接点照査信号OUTRBSとを出力する。
【0020】
スイッチSW2は、制御部10からの直流信号である出力電源印加制御信号OPWによって開閉制御される直流信号用駆動スイッチである。スイッチSW2には出力リレーOUTRのA接点(動作接点)が接続されている。出力電源印加制御信号OPWによるスイッチSW2の開閉制御により、正常リレーOKRのA接点を介して供給される出力電源が、出力リレーOUTRのA接点へ遮断・供給(印加)される。
【0021】
この出力リレーOUTRのA接点には、装置外部に設けられ、出力リレーOUTRのA接点を介して外部出力される出力電圧によって制御される外部出力リレーOUTPRが接続されている。また、外部出力リレーOUTPRの動作時間及び復旧時間は、出力リレーOUTRの動作時間及び復旧時間より長く、例えば、出力リレーOUTRの約3倍程度である。なお、通常、リレーの復旧時間は動作時間に比較して数分の一程度と短いが、リレーの復旧時に発生するコイルの逆起電力の吸収回路を当該コイルに並列接続して設けることで復旧時間が延長し、動作時間と同程度とすることができる。このため、以下では、出力リレーOUTR及び外部出力リレーOUTPRそれぞれの動作時間及び復旧時間を包括して適宜「応答時間」という。
【0022】
センサ24は、スイッチSW2の開閉状態を検出し、検出信号OPWSを制御部10に出力する。
【0023】
整流駆動回路26は、制御部10からの交番信号である正常信号OKを整流する交流信号用整流駆動回路であり、整流した信号を駆動信号として正常リレーOKRに供給する。
【0024】
[装置の動作]
制御部10は、入出力部20からの接点照査信号OUTRAS,OUTRBS及び検出信号OPWSに基づいて故障判定を行い、故障でないと判定した場合に、正常リレーOKRを動作させる交番信号である正常信号OKを出力する。つまり、リレー制御信号OUT及び接点照査信号OUTRAS,OUTRBSそれぞれが示す出力リレーOUTRの接点の状態が一致するかの合理性の判定と、出力電源印加制御信号OPW及び検出信号OPWSそれぞれが示すスイッチSW2の開閉状態が一致するかの合理性の判定とを故障判定として行う。2つの合理性の判定による故障判定により故障でない(正常)と判定したならば、正常信号OKを交番信号として正常リレーOKRを動作させる。故障と判定したならば、正常信号OKをLレベルの信号として正常リレーOKRを復旧させるとともに、リレー制御信号OUTをLレベルとして出力リレーOUTRを復旧させ、出力電源印加制御信号OPWをLレベルとしてスイッチSW2を開放させる。
【0025】
図2~
図4は、リレー出力制御装置1の動作を説明するタイムチャートである。
図2は、本装置の電源立ち上げ時の全ての入出力データがクリアされて出力リレーOUTRが復旧状態である場合、
図3は、出力リレーOUTRを
図2の復旧状態から動作させる場合、
図4は、出力リレーOUTRを
図3の動作状態から復旧させる場合、のタイムチャートである。
図2~
図4のそれぞれにおいて、上から順に、リレー制御信号OUT、出力リレーOUTRの状態、出力リレーOUTRのA接点OUTRAの状態、このA接点OUTRAの接点照査信号OUTRAS、出力リレーOUTRのB接点OUTRBの状態、このB接点OUTRBの接点照査信号OUTRBS、照査入力制御信号CHK、出力電源印加制御信号OPW、検出信号OPWS、正常信号OK、正常リレーOKRの状態、外部出力リレーOUTPRの状態、制御部10から入出力部20への信号の出力タイミング、入出力部20から制御部10への信号の入力タイミング、制御周期、を示している。また、各図とも、リレー出力制御装置1が故障でない(正常である)場合である。制御周期は、出力リレーOUTRの応答時間(動作時間及び復旧時間)tに相当する期間である。出力タイミング及び入力タイミングは、制御部10の出力又は入力を行う動作タイミングであり、交互に到来するタイミングである。
【0026】
制御部10は、出力リレーOUTRの応答時間tである制御周期より短い周期で、
図5~
図7に一例を示す真理値表に従って、入出力部20から入力される接点照査信号OUTRAS,OUTRBS、検出信号OPWSに基づく故障判定を繰り返し行う。つまり、各制御周期の各出力タイミングにおいて出力した、リレー制御信号OUT、照査入力制御信号CHK、及び、出力電源印加制御信号OPWの組み合わせに対応する接点照査信号OUTRAS,OUTRBS、及び、検出信号OPWSが、続く入力タイミングで入出力部20から入力されたかによって、故障判定を行う。
【0027】
また、
図5~
図7に一例を示す真理値表に従って、出力タイミング毎に、リレー制御信号OUT、照査入力制御信号CHK、及び、出力電源印加制御信号OPWの組み合わせを変えて繰り返すことで、故障判定を繰り返し行う。
図5~
図7に一例を示す真理値表では、各制御周期の各入力タイミングの直後となる故障判定の判定タイミングそれぞれに、判定結果が正常(故障でない)となる入出力データの真理値を定めている。真理値は、出力タイミングにおいて出力する各信号の論理値(信号のHレベルに対応する「1」、Lレベルに対応する「0」)である出力データと、続く入力タイミングにおいて入力される各信号の論理値(「1」、「0」)である入力データとの組み合わせである。
【0028】
具体的には、
図2に示すように、電源立ち上げ直後は、リレー制御信号OUTは「0(Lレベル)」であり、出力リレーOUTRは復旧状態である。従って、出力リレーOUTRのA接点(動作接点)OUTRAは構成されず(「0(Lレベル)」)、B接点(復旧接点)OUTRBが構成される(「1(Hレベル)」)。また、出力電源印加制御信号OPWは「0(Lレベル)」であり、スイッチSW2が開状態とされて出力リレーOUTRのA接点に出力電源が印加されない。
【0029】
この場合、制御部10は、
図5に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。すなわち、各制御周期において、最初の出力タイミング1で、出力リレーOUTRの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号CHKを「1(Hレベル)」とし、3回目の出力タイミング3で、スイッチSW2の合理性を判定するために、出力電源印加制御信号OPWを「1(Hレベル)」とする。リレー制御信号OUTは、出力リレーOUTRを復旧状態にするので、常に「0(Lレベル)」である。
【0030】
このように、制御周期において出力するリレー制御信号OUT、照査入力制御信号CHK、及び、出力電源印加制御信号OPWの値の組み合わせが異なる連続する4回の故障判定を行い、全てにおいて正常と判定したならば、次の出力タイミングで正常信号OKとして交番信号を出力し、以降は継続して交番信号を出力する。この正常信号OKである交番信号の出力から、正常リレーOKRの応答時間に相当する時間t後の第2周期において、正常リレーOKRが動作状態に移行する。また、各制御周期の各タイミングにおける故障判定において、故障(正常でない)と判定したならば、その次の出力タイミングで、正常信号OKとして交番信号の出力を停止する(「0(Lレベル)」を出力する)。
【0031】
また、
図3に示すように、出力リレーOUTRを
図2の復旧状態から動作させる場合には、先ず、第1周期の最初の出力タイミング1において、リレー制御信号OUTを「0(Lレベル)」から「1(Hレベル)」に変化させる。次いで、出力タイミング3において、出力電源印加制御信号OPWを「0」から「1」に変化させて出力リレーOUTRのA接点に出力電源を供給(印加)する。これにより、出力リレーOUTRの応答時間に相当する時間t後の第2周期において、出力リレーOUTRが動作し、出力リレーOUTRのA接点(動作接点)が構成され、B接点(復旧接点)が構成されなくなる。その後、外部出力リレーOUTPRの応答時間に相当する時間3t後の第5周期において、外部出力リレーOUTPRが動作する。なお、正常信号OKとして交番信号の出力を継続しており、正常リレーOKRは動作状態となっている。
【0032】
この場合、各制御周期の各判定タイミングにおいて、
図6に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。この
図6に一例を示す真理値表は、出力リレーOUTRを動作させる際に、リレー制御信号OUT及び出力電源印加制御信号OPWの組み合わせに対する接点照査信号OUTRAS,OUTRBS及び検出信号OPWSの合理性を判定するための動作時判定条件の一例である。すなわち、各制御周期の最初の出力タイミング1において、出力リレーOUTRの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号CHKを「1」とする。出力リレーOUTRを動作状態に制御するので、リレー制御信号OUT及び出力電源印加制御信号OPWは、「1」に変化させた後は常に「1」である。このように、各制御周期の各タイミングにおいて、出力するリレー制御信号OUT、照査入力制御信号CHK、及び、出力電源印加制御信号OPWの値の組み合わせが異なる連続する故障判定を繰り返し行い、正常と判定したならば、正常信号OKとして交番信号の出力を継続し、正常でない(故障)と判定したならば、交番信号の出力を停止する。
【0033】
また、
図4に示すように、出力リレーOUTRを
図3に示す動作状態から復旧させる場合には、先ず、最初の出力タイミング1において、リレー制御信号OUTを「1」から「0」に変化させる。次いで、出力タイミング3において、出力電源印加制御信号OPWを、「1」から「0」に変化させて、出力リレーOUTRのA接点への出力電源の供給(印加)を遮断する。これにより、出力リレーOUTRの応答時間に相当する時間t後の第2周期において、出力リレーOUTRが復旧し、出力リレーOUTRのB接点(復旧接点)が構成され、A接点(動作接点)が構成されなくなる。そして、外部出力リレーOUTPRの応答時間に相当する時間3t後の第
4周期において、外部出力リレーOUTPRが復旧する。なお、正常信号OKとして交番信号の出力を継続しており、正常リレーOKRは動作状態となっている。
【0034】
この場合、各制御周期の各判定タイミングにおいて、
図7に一例を示す真理値表に従った故障判定を行う。この
図7に一例を示す真理値表は、出力リレーOUTRを復旧させる際に、リレー制御信号OUT及び出力電源印加制御信号OPWの組み合わせに対する接点照査信号OUTRAS,OUTRBS及び検出信号OPWSの合理性を判定するための復旧時判定条件の一例である。すなわち、各制御周期の最初の出力タイミング1において、出力リレーOUTRの接点の合理性を判定するために、照査入力制御信号CHKを「1」とする。また、出力リレーOUTRが復旧状態となった後の第3周期以降の各制御周期の3回目の出力タイミング3で、スイッチSW2の合理性を判定するために、出力電源印加制御信号OPWを「1」とする。リレー制御信号OUTは、出力リレーOUTRを復旧状態に制御するので、常に「0」である。このように、各制御周期の各タイミングにおいて、出力するリレー制御信号OUT、照査入力制御信号CHK、及び、出力電源印加制御信号OPWの値の組み合わせが異なる連続する故障判定を繰り返し行い、正常と判定したならば、正常信号OKとして交番信号の出力を継続し、正常でない(故障)と判定したならば、交番信号の出力を停止する。
【0035】
[作用効果]
このように、本実施形態によれば、安全性を図ったリレー出力制御装置1を実現することができる。つまり、制御部10は、接点照査信号OUTRAS,OUTRBSに基づいて出力リレーOUTRの駆動回路であるスイッチSW1が故障であるかを判定するとともに、検出信号OPWSに基づいて出力リレーOUTRの接点に出力電源を供給するスイッチSW2が故障であるかを判定する。この2つの判定がともに故障でないとの判定であるときに正常リレーOKRを動作させることができる。これにより、例えば、スイッチSW1,SW2の同時の導通故障といった故障を判定することができる。
【0036】
また、交番信号である正常信号OKを整流して正常リレーOKRを動作させる直流信号である駆動信号を生成する。このため、故障判定により故障でないと判定したときにのみ正常リレーOKRを動作させ、故障と判定したときに交番信号を停止して正常リレーOKRが動作することを防止するので、リレー出力制御装置1の更なる安全性を図ることができる。
【0037】
なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。
【符号の説明】
【0038】
1…リレー出力制御装置
10…制御部
20…入出力部
22…照査入力回路
24…センサ
26…整流駆動回路
OUTR…出力リレー
OKR…正常リレー
SW1,SW2…スイッチ
OUTPR…外部出力リレー