(57)【要約】【課題】診断のための回路構成が複雑化することを抑制しつつ、リレーの故障を診断することができる故障診断装置を提供する。【解決手段】リレー２の故障診断装置１は、共通端子（ＣＯＭ）、常開端子（ＮＯ）および常閉端子（ＮＣ）を有し、常開端子（ＮＯ）と共通端子（ＣＯＭ）とによって負荷９に供給する電源経路を断続するｃ接点型のリレー２と、リレー２の常閉端子（ＮＣ）に接続され、当該常閉端子（ＮＣ）からのシンク電流に応じてＨレベルまたはＬレベルのモニタ信号（ＳＭ）を出力するリードバック回路３と、リレー２の共通端子（ＣＯＭ）に対して診断用の診断信号（ＳＴ）を出力するとともに、出力した診断信号（ＳＴ）とリードバック回路３から出力されたモニタ信号（ＳＭ）とを対比することにより、リレー２の故障を診断する診断部４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
共通端子、駆動時に前記共通端子との間が接続される常開端子、および常閉端子を有し、前記常開端子と前記共通端子とによって負荷に供給する電源経路を断続するｃ接点型のリレーと、
前記リレーの常閉端子に接続され、当該常閉端子からのシンク電流に応じてＨレベルまたはＬレベルのモニタ信号を出力するリードバック回路と、
前記リレーの前記共通端子に対して診断用の診断信号を出力するとともに、出力した診断信号と前記リードバック回路から出力されたモニタ信号とを対比することにより、前記リレーの故障を診断する診断部と、
を備えたことを特徴とするリレーの故障診断装置。
【請求項２】
前記診断部は、前記共通端子と前記常閉端子との間が接続されている状態で、前記診断信号を出力して前記リレーの故障を診断することを特徴とする請求項１記載のリレーの故障診断装置。
【請求項３】
前記診断部は、前記リレーのオン／オフを切り替えて診断信号を出力することにより、前記リレーの故障の種類を特定することを特徴とする請求項１記載のリレーの故障診断装置。
【請求項４】
前記リレーは、複数設けられており、
前記診断部は、複数の前記リレーに対して共通の診断信号を出力することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載のリレーの故障診断装置。
【請求項５】
前記リードバック回路は、フォトカプラで構成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項記載のリレーの故障診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リレーの故障を診断する故障診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、産業用機器では、例えば電源と負荷との間の接続経路を切り替えるためにリレーが広く採用されている。このとき、接続経路の切り替えを確実且つ安全に行うために、リレーの故障を検出することが求められる。そのため、例えば特許文献１では、リレーの故障を検出する異常検出装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３１９４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、リレーの安全対策を行う場合には、強制ガイド接点機構を有し、常開端子(ＮＯ)と常閉端子（ＮＣ）とが同時に閉鎖する状態が起こらないようにする物理的な対策が施されているいわゆる安全リレーを用いることが考えられる。このような安全リレーを用いれば、例えば常開端子(ＮＯ)や常閉端子（ＮＣ）の状態を観察することによってリレーの異常を検出することも可能になる。
【０００５】
しかしながら、安全リレーは、物理的な機構を内蔵していることから、同一定格の汎用のｃ接点型のリレーに比べて外形が大きくなりがちであり、例えば多チャンネルの切り替えが必要になるプログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）と称する）のような産業用機器の場合には、多数の安全リレーが必要になることから基板の大型化を招くことになる。例えばＰＬＣの場合には安全性の確保のためにリレーを二重化することが求められるため、さらに基板が大型化してしまう可能性がある。そのため、単純に安全リレーを採用するという構成にすることは困難である。
【０００６】
また、産業用機器の場合には、安全リレーに限らず、リレーを設ける場合にはリレーの故障を診断する回路が必要となるものの、その回路構成が複雑になると実装面積が増加して大型化を招くことになることから、可能な限りシンプルな回路構成でリレーの故障を検出できるようにすることも求められる。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、診断のための回路構成が複雑化することを抑制しつつ、リレーの故障を診断することができる故障診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１記載の発明では、リレーの故障診断装置は、共通端子、常開端子および常閉端子を有し、常開端子と共通端子とによって負荷に供給する電源経路を断続するｃ接点型のリレーと、リレーの常閉端子に接続され、当該常閉端子からのシンク電流に応じてＨレベルまたはＬレベルのモニタ信号を出力するリードバック回路と、リレーの共通端子に対して診断用の診断信号を出力するとともに、出力した診断信号とリードバック回路から出力されたモニタ信号とを対比することにより、リレーの故障を診断する診断部と、を備える。
【０００９】
診断信号をリレーに入力した場合、リレーのオン／オフの状態によって、常開端子と常閉端子とに現れる信号の波形を特定することができる。すなわち、リレーが故障しておらず正常な状態であれば、常開端子と常閉端子とに現れる信号の波形は診断信号に応じた波形となることから、常開端子と常閉端子とに現れる信号の波形を観測することにより、リレーが故障しているか否かを判定することができる。
【００１０】
そのため、出力した診断信号と観測されたモニタ信号とを対比することにより、つまりは、正常時に観察されると想定されるモニタ信号がリードバック回路から出力されているか否かを判定することにより、リレーの故障を検出することができる。
【００１１】
この場合、リードバック回路は、各端子で観測される波形に応じた信号を２値で出力すればよいことから、回路構成を簡素化したものを採用することができる。また、リレーとしては、汎用のｃ接点型のリレーを採用することができるため、安全リレーのような相対的に大型のものを採用する必要もない。
したがって、診断のための回路構成が複雑化することを抑制しつつ、リレーの故障を診断することができる。
【００１２】
請求項２記載の発明では、診断部は、共通端子と常閉端子との間が接続されている状態で、診断信号を出力してリレーの故障を診断する。
通常の使用においては、リレーが頻繁に故障することは一般的に考えにくく、リレーの診断を実施してもその多くは正常であるという結果が得られると想定される。換言すると、リレーを診断するために出力された診断信号は、多くの場合、正しく動作しているリレーによって形成される電源経路や信号経路に接続されている他の機器や回路に流れることが想定される。
この場合、他の機器や回路の構成や状況によっては、診断信号自体がノイズとなって影響を与えてしまうリスクが懸念される。そこで、共通端子と常閉端子との間が接続されている状態で診断信号を出力してリレーの故障を診断することにより、経路に接続されている他の機器が万が一にも診断信号によって誤動作することを防止することができる。
【００１３】
請求項３記載の発明では、診断部は、リレーのオン／オフを切り替えて診断信号を出力することにより、リレーの故障の種類を特定する。リレーに生じると想定される故障は、例えば常閉端子と常閉端子との間のショート、常閉端子側の溶着、および、常閉端子側の溶着が考えられる。そして、常閉端子と常閉端子との間がショートした場合と、常閉端子側が溶着した場合と、常閉端子側が溶着した場合とでは、リレーのオン／オフを切り替えた場合、接続経路が正しく切り替わらないこと、また、故障の種類によって接続経路がことなることから、出力されたモニタ信号の波形は、故障の種類によって異なることになる。そのため、リレーのオフ／オンの状態を加味して診断信号と観察されたモニタ信号とを対比することにより、リレーに生じた故障の種類も特定することができる。また、リレーのオフ／オンの状態を切り替えて診断信号を入力することにより、故障していないかどうかの判定をも行うことができる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、リレーは、複数設けられており、診断部は、複数のリレーに対して共通の診断信号を出力する。これにより、複数のリレーを実装する場合であっても１つの診断信号を出力すればよいことから、診断のための回路構成が複雑化してしまうことを抑制できる。
【００１５】
請求項５記載の発明では、リードバック回路は、フォトカプラで構成されている。これにより、例えば単一部品でリードバック回路を構成することができ、診断のための回路構成が複雑化してしまうことを抑制できる。これは、多チャンネルの接点回路を実装し、また、安全のために各チャンネルに複数例えば２つのリレーを実装する必要があるようなＰＬＣにおいて、特に有意となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施形態による故障診断装置の構成を模式的に示す図
【図２】正常時のリレーの動作態様を模式的に示す図
【図３】故障時のリレーの動作態様を模式的に示す図
【図４】診断信号（ＳＴ）とモニタ信号（ＳＭ）との対比を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、実施形態について、図１から図４を参照しながら説明する。
図１に示すように、故障診断装置１は、リレー２、リードバック回路３、および、診断部４を有する制御部５等を備えている。本実施形態の故障診断装置１は、プログラマブルロジックコントローラ（以下、ＰＬＣ（Programmable Logic Controller）と称する）のＩＯモジュール基板６に実装されている。なお、２つのリレー２とそれぞれのリレーに設けられているリードバック回路３とを１チャンネルの接点回路７とした場合、ＩＯモジュール基板６には複数チャンネルの接点回路７が実装されている。
【００１８】
リレー２は、図２に詳細に示すように、常には共通端子（ＣＯＭ）との間が電気的に未接続状態となっている常開端子（ＮＯ）と、常には共通端子（ＣＯＭ）との間が電気的に接続状態となっている常閉端子（ＮＣ）とを有しており、常開端子（ＮＯ）と共通端子（ＣＯＭ）とによって負荷に供給される電源経路を断続している。つまり、リレー２は、安全リレーではなく、汎用のｃ接点型のものを採用している。
【００１９】
以下、共通端子（ＣＯＭ）と常閉端子（ＮＯ）とを電気的に接続された状態をオン、共通端子（ＣＯＭ）と常開端子（ＮＣ）とを電気的に接続された状態をオフと称し、リレー２をオンした場合には共通端子（ＣＯＭ）と常閉端子（ＮＯ）とが電気的に接続されるものとして説明する。
【００２０】
本実施形態では、図１に示すように、外部の電源装置８と外部の負荷９との間の電源経路には２つのリレー２が設けられている。これは、ＰＬＣの場合、電源経路の安全性を確保するために電源経路を冗長化することが求められているためである。そのため、故障診断装置１としては、必ずしも２つのリレー２を備えている必要はない。
【００２１】
２つのリレー２のうち、電源装置８側に配置されているリレー２は、常閉端子（ＮＯ）が電源装置８に接続され、共通端子（ＮＣ）が負荷９側に配置されているリレー２の共通端子（ＣＯＭ）に接続されている。これらのリレー２は、制御部５からの指令に基づいて同期して動作する。つまり、電源装置８側のリレー２がオンされた場合には負荷９側のリレー２もオンされ、電源装置８側のリレー２がオフされた場合には負荷９側のリレー２もオフされることになる。
【００２２】
このリレー２には、それぞれリードバック回路３が接続されている。リードバック回路３は、単一部品のフォトカプラで構成されており、入力端子つまりはダイオードのアノード側がリレー２の常閉端子（ＮＣ）に接続され、ダイオードのカソード側はグランド電位に接続されている。このリードバック回路３は、出力側のトランジスタのエミッタ側からモニタ信号（ＳＭ）を出力する。このモニタ信号（ＳＭ）は、詳細は後述するが、常閉端子（ＮＣ）からのシンク電流に応じたＨレベルまたはＬレベルの電圧信号として出力される。
【００２３】
また、リレー２の共通端子（ＣＯＭ）には、診断信号（ＳＴ）が入力される。本実施形態では、診断信号（ＳＴ）は、制御部５から出力された信号を増幅する診断振動出力回路１０を介してリレー２に入力される。これは、ＩＯモジュール基板６には複数チャンネルの接点回路７が実装されているため、それら複数チャンネルの接点回路７に対して共通の診断信号（ＳＴ）を出力可能にするためである。ただし、１チャンネルあるいは数チャンネルごとに診断信号（ＳＴ）を出力する構成とすることもできるし、診断振動出力回路１０を設けない構成とすることもできる。
【００２４】
制御部５は、マイクロコンピュータで構成されており、リレー２を駆動する駆動信号を出力する。つまり、制御部５は、ＩＯモジュールを制御するために既設のものである。この制御部５は、本実施形態に関連して、リレー２の診断を行う診断部４を備えている。この診断部４は、詳細は後述するが、診断信号（ＳＴ）とリードバック回路３から出力されたモニタ信号（ＳＭ）とを対比することにより、リレー２の故障の検出とリレー２が故障していないかの判定、つまりは、リレー２の診断を行う。
電源装置８は、負荷９の種類に応じて直流電源や交流電源を供給する。負荷９は、例えばモータやランプ等、任意の機器を選択することができる。
【００２５】
次に、上記した構成の作用について説明する。
前述のように、産業用機器では、例えば電源と負荷９との間の接続経路の切り替えを確実且つ安全に行うために、リレー２の故障を検出することが求められる。また、ＰＬＣの場合には、小型化が求められていることに加えて、安全性の確保のためにリレー２を二重化することも要求されることから診断用の回路を簡素化することも求められる。そこで、本実施形態では、リレー２の小型化を図るために汎用のｃ接点型のものを採用するとともに、そのリレー２に診断信号（ＳＴ）を入力するとともに、リードバック回路３からモニタ信号（ＳＭ）を受信することにより、リレー２の診断を行っている。
【００２６】
具体的には、リレー２は、図２に示すように、正常時には、リレー２がオフの状態では常閉端子（ＮＣ）と共通端子（ＣＯＭ）とが電気的に接続される一方、リレー２がオンの状態では常開端子（ＮＯ）と共通端子（ＣＯＭ）とが電気的に接続される。
【００２７】
そして、このようなリレー２においては、常閉端子（ＮＣ）と常閉端子（ＮＯ）との間のショート、常閉端子（ＮＣ）側の溶着、および、常閉端子（ＮＯ）側の溶着の故障が生じることが予想される。
【００２８】
まず、常閉端子（ＮＣ）と常閉端子（ＮＯ）との間のショートは、リレー２の内部で金属片や金属粉が端子間に存在するような場合に発生すると考えられる。この場合、図３にＮＯ−ＮＣ間ショートとして示すように、リレー２をオフした状態であってもオンした状態であっても、常閉端子（ＮＣ）と常閉端子（ＮＯ）との間が導体片２０等によって電気的に接続されることになる。
【００２９】
また、常開端子（ＮＯ）側の溶着は、リレー２をオンした際に過電流が流れた場合等に発生すると考えられる。なお、可動端子の駆動部が故障して可動端子を移動できない状態も、ここでは常開端子（ＮＯ）側の溶着と判定している。この場合、図３にＮＯ側溶着として示すように、可動端子と常開端子（ＮＯ）との接触箇所が溶着部位２１となり、リレー２をオフした状態であってもオンした状態であっても、可動端子が常開端子（ＮＯ）から切り離せない状態になる。
【００３０】
また、常閉端子（ＮＣ）側の溶着は、可動端子が何らかの理由により常閉端子（ＮＣ）に固着したり、可動端子の駆動部が故障して可動端子を移動できなかったりする場合に発生すると考えられる。この場合、図３にＮＣ側溶着として示すように、可動端子と常閉端子（ＮＯ）との接触箇所が溶着部位２１となり、リレー２をオフした状態であってもオンした状態であっても、可動端子が常閉端子（ＮＣ）から切り離せない状態になる。
【００３１】
そして、このようなリレー２に診断信号（ＳＴ）を入力した場合、故障の種類によってリードバック回路３から出力されるモニタ信号（ＳＭ）の態様が異なることになる。具体的には、図４に示すように、パルス状の診断信号をリレー２に入力した場合、リレー２が故障していない正常時においてリレー２がオフされている状態では、共通端子（ＣＯＭ）と常閉端子（ＮＣ）とが電気的に接続されていることから、診断信号（ＳＴ）に同期したタイミングで、逆極性の波形のパルス状のモニタ信号（ＳＭ）が観測されることになる。なお、逆極性になるのはリードバック回路３の構成によるものであり、同極性になる回路構成とすれば、同極性のモニタ信号（ＳＭ）を得ることができる。
【００３２】
一方、正常時においてリレー２がオンされている状態では、共通端子（ＣＯＭ）と常開端子（ＮＯ）とが電気的に接続されることから、換言すると、常閉端子（ＮＣ）は開放状態となることから、診断信号（ＳＴ）を入力しても、モニタ信号（ＳＭ）にそのパルスが観測されることはない。つまり、正常時には、リレー２のオフ／オンの状態によってことなるモニタ信号（ＳＭ）が出力されるとともに、リレー２をオフした場合にはパルスが観測されることになる。
【００３３】
これに対して、常閉端子（ＮＣ）と常開端子（ＮＯ）との間がショートした場合には、常閉端子（ＮＣ）には常に電源装置８の電源電圧が印加されることになるため、リレー２のオフ／オンの状態にかかわらず、診断信号（ＳＴ）を入力してもモニタ出力（ＳＭ）にはパルスが観測されることはなく、また、常にＬレベルの信号が出力されることになる。
【００３４】
また、常開端子（ＮＯ）側が溶着した場合には、リレー２をオンしてもオフしても常閉端子（ＮＣ）側は開放状態であることから、リレー２のオフ／オンの状態にかかわらず、診断信号（ＳＴ）を入力してもモニタ出力（ＳＭ）にはパルスが観測されることはなく、また、常にＨレベルの信号が出力されることになる。
【００３５】
また、常閉端子（ＮＯ）側が溶着した場合には、リレー２をオンしてもオフしても常閉端子（ＮＣ）側と共通端子（ＣＯＭ）とが接続されていることから、また、電源電圧は印加されないことから、リレー２のオフ／オンの状態にかかわらず、診断信号（ＳＴ）に同期したタイミングで、逆極性のパルス状のモニタ信号（ＳＭ）が観測されることになる。
【００３６】
このように、故障診断装置１では、モニタ信号（ＳＭ）は、リレー２に何らかの故障が発生した場合には正常時とは異なる態様で観測され、また、故障の種類によってさらに異なる態様で観測される。
【００３７】
そのため、入力した診断信号（ＳＴ）と観測されたモニタ信号（ＳＭ）とを対比することにより、つまりは、正常時に観察されると想定されるモニタ信号（ＳＭ）がリードバック回路３から出力されているか否かを判定することにより、故障を検出することができる。また、リレー２のオフ／オンの状態を切り替えることにより、故障の種類も特定することができる。さらに、リレー２のオフ／オンの状態を切り替えて診断信号（ＳＴ）を入力すれば、故障していないかどうかの判定をも行うことができる。
【００３８】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。
リレー２の故障診断装置１は、常には共通端子（ＣＯＭ）との間が電気的に未接続状態となっている常開端子（ＮＯ）と、常には共通端子（ＣＯＭ）との間が電気的に接続状態となっている常閉端子（ＮＣ）とを有し、常開端子（ＮＯ）と共通端子（ＣＯＭ）とによって負荷９に供給する電源経路を断続するリレー２と、リレー２の常閉端子（ＮＣ）に接続され、当該常閉端子（ＮＣ）からのシンク電流に応じてＨレベルまたはＬレベルのモニタ信号（ＳＭ）を出力するリードバック回路３と、リレー２の共通端子（ＣＯＭ）に対して診断用の診断信号（ＳＴ）を出力するとともに、出力した診断信号（ＳＴ）とリードバック回路３から出力されたモニタ信号（ＳＭ）とを対比することにより、リレー２の故障を診断する診断部４と、を備える。
【００３９】
共通端子（ＣＯＭ）に診断信号（ＳＴ）を入力すれば、正常時に観測されるモニタ信号（ＳＭ）の波形を特定することができる。そのため、出力した診断信号（ＳＴ）と観測されたモニタ信号（ＳＭ）とを対比することにより、つまりは、正常時に観察されると想定されるモニタ信号（ＳＭ）がリードバック回路３から出力されているか否かを判定することにより、故障を検出することができる。
【００４０】
この場合、リードバック回路３は、各端子で観測される波形に応じた信号を２値で出力すればよいことから、回路構成を簡素化したものを採用することができる。また、リレー２としては、汎用のｃ接点型のものを採用することができるため、安全リレーのような相対的に大型のものを採用する必要もない。そのため、省スペース化のために安全リレーを採用しないという主旨に反することもない。
したがって、診断のための回路構成が複雑化することを抑制しつつ、リレー２の故障を診断することができる。
【００４１】
この場合、診断信号（ＳＴ）を出力し、モニタ信号（ＳＭ）を観察することにより故障を診断しているため、ＩＯモジュールに既設の制御部５にソフトウェアで診断部４を実現することができ、故障診断装置１に専用のマイクロコンピュータを設ける必要がないため、小型化を図ることができる。
【００４２】
また、診断部４は、リレー２のオン／オフを切り替えて診断信号（ＳＴ）を出力することにより、リレー２の故障の種類を特定する。上記したように、常閉端子（ＮＣ）と常閉端子（ＮＯ）との間のショート、常閉端子（ＮＣ）側の溶着、および、常閉端子（ＮＯ）側の溶着の故障が生じた場合には、故障の種類によって観察されるモニタ信号（ＳＭ）の波形が異なっている。そのため、リレー２のオフ／オンの状態を加味することにより、故障の種類も特定することができる。また、リレー２のオフ／オンの状態を切り替えて診断信号（ＳＴ）を入力すれば、故障していないかどうかの判定をも行うことができる。
【００４３】
また、リレー２は、複数設けられており、診断部４は、複数のリレー２に対して共通の診断信号（ＳＴ）を出力する。これにより、複数のリレー２を実装する場合であっても、診断のための回路構成が複雑化してしまうことを抑制できる。
【００４４】
また、リードバック回路３は、フォトカプラで構成されている。これにより、例えば単一部品でリードバック回路３を構成することができ、診断のための回路構成が複雑化してしまうことを抑制できる。これは、多チャンネルの接点回路７を実装し、また、安全のために各チャンネルに複数例えば２つのリレー２を実装する必要があるようなＰＬＣにおいて、特に有意となる。
【００４５】
実施形態では、リレー２の駆動時つまりは共通接点（ＣＯＭ）と常開接点（ＮＯ）とが接続されている状態と、非駆動時つまりは共通接点（ＣＯＭ）と常閉接点（ＮＣ）とが接続されている状態とにおいてリレー２の診断が可能であることを説明しているが、リレーの診断は、共通端子（ＣＯＭ）と常閉端子（ＮＣ）との間が接続されている状態、つまりは、負荷９への電源供給を行っていない状態で診断信号（ＳＴ）を出力してリレー２の故障を診断する構成とすることもできる。
【００４６】
通常の使用においては、リレー２が頻繁に故障することは一般的に考えにくく、リレ２ーの診断を実施してもその多くは正常であるという結果が得られると想定される。換言すると、リレーを診断するために出力された診断信号（ＳＴ）は、多くの場合、正しく動作しているリレーによって形成される電源経路や信号経路に接続されている他の機器や回路に流れることが想定される。そして、他の機器や回路の構成や状況によっては、診断信号（ＳＴ）自体がノイズとなって影響を与えてしまうリスクが懸念される。
そこで、共通端子と常閉端子との間が接続されている状態で診断信号を出力してリレーの故障を診断することにより、電源装置８や負荷９側に診断信号（ＳＴ）が回り込んだり、リレー２の駆動時つまりは通常の制御を行っている状態で周辺回路に診断信号（ＳＴ）が影響を与えたりすることを抑制でき、故障診断装置１が設けられている例えばＰＬＣのような機器が誤作動してしまうおそれを防止することができる。
【符号の説明】
【００４７】
図面中、１は故障診断装置、２はリレー、３はリードバック回路、４は診断部、８は電源装置、９は負荷を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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