(57)【要約】【課題】定期的にスイッチ素子の接点を監視して異常を検知することで安全性を保ち、正常に動作させて制御を継続できることにより稼働率を向上した信号保安装置を提供することである。【解決手段】装置内にスイッチ素子の設定値を記憶する不揮発メモリと書込み要求でのみ不揮発メモリの内容を書換える回路を設けることでスイッチ素子の設定値をそのまま使用せず、不揮発メモリ内に記憶されたスイッチ素子の設定値で動作プログラムを選択するマイクロコンピュータと入出力回路，スイッチ素子の設定値と不揮発メモリに格納された値を比較する回路を設けることにより、制御を継続しながら異常の検知とマイクロコンピュータおよび上位装置への通知を可能にすることである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＣＰＵ装置と入出力装置と通信装置の少なくともいずれかを備える信号保安装置であって、
プログラムまたは入出力チャネルまたは通信アドレスの識別の選択を行うスイッチ素子と、
前記スイッチ素子からの情報を保存する不揮発メモリと、を備え、
前記不揮発メモリに保存された情報を受け取り当該情報に基づき、前記プログラムを選択するプログラム選択手段と、
前記不揮発メモリに保存された情報を受け取り当該情報に基づき、前記入出力チャネルを選択する入出力選択手段と、
または、前記不揮発メモリに保存された情報を受け取り当該情報に基づき、前記通信アドレスの識別を行う通信アドレス識別手段と、の少なくともいずれか１つを備えることを特徴とする信号保安装置。
【請求項２】
請求項１に記載の信号保安装置において、
前記不揮発メモリへの書込み要求を入力する書込み要求入力装置と、
前記書込み要求入力装置から書込み要求が入力された場合に、前記不揮発メモリに前記スイッチ素子からの情報を書込む書込み回路と、
を備えたことを特徴とする信号保安装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の信号保安装置において、
前記スイッチ素子からの情報と前記不揮発メモリの情報とを比較して、情報の不一致を検出するデータ比較回路を備えることを特徴とする信号保安装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の信号保安装置において、
前記プログラム選択手段または前記入出力選択手段または前記通信アドレス識別手段を備える制御１系と、
前記制御１系と同様の装置を備える制御２系と、
前記制御１系の処理結果と前記制御２系の処理結果とを比較して、情報の不一致を検出する系比較回路と、を有することを特徴とする信号保安装置。
【請求項５】
請求項４に記載の信号保安装置において、
前記データ比較回路で情報の不一致を検出した場合でも、前記系比較回路で情報の不一致を検出しない場合は、前記制御１系と前記制御２系の両系での動作を継続することを特徴とする信号保安装置。
【請求項６】
請求項４または請求項５に記載の信号保安装置において、
前記データ比較回路の比較周期は、前記系比較回路での比較周期よりも短いことを特徴とする信号保安装置。
【請求項７】
信号機または踏切または転てつ装置と通信可能に接続される前記入出力装置を備える請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の信号保安装置を有することを特徴とする電子連動装置。
【請求項８】
ＡＴＣ送受信機と通信可能に接続された前記入出力装置を備える請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の信号保安装置を有することを特徴とするＡＴＣ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は信号保安装置および信号保安システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
信号保安装置は動作プログラムや外部との接続方法，使用する入出力チャネルの違い、又通信機能を有する場合はアドレス等の識別を同一機種で賄うために複数の機能を持たせることがある。装置内にはマイクロコンピュータが搭載されているがこれを動作させるプログラムや入出力チャネルの選択にスイッチ素子を用い、複数の機能を切替えて使えるようにしている。一度設定をして使い始めた後も外部機器の接続数の変更が必要になった場合はスイッチ素子の値を再設定して使うことがある。これらのスイッチ素子の設定値はマイクロコンピュータで読込めるようになっており、電源投入時やリセット等の初期化時に値を読込み、その値毎に割付けられたプログラム（例えば値が０ならばプログラムＡ、値が１ならばプログラムＢ）を起動する。また、入出力回路での入出力チャネルや通信チャネルの選択は、スイッチ素子の値がそのまま回路に入力される構成となっている。
【０００３】
しかし、これらのスイッチ素子の内部接点は、経年劣化，腐食性ガスや湿度の高い環境による腐食、或いは設定時の押し込み不足等により接触不良が発生することがある。そのため使用するスイッチは内部の接点に接触信頼性の高い特殊仕様のものを使用している。しかし部品の故障を無くすことは不可能でまれに故障が発生する。接点の接触不良により値が変化すると、マイクロコンピュータの動作プログラムや外部に接続された入出力や通信チャネルとの間に不整合が発生し、誤動作して停止することがある。
【０００４】
例えば、特許文献１には外部から切替可能なスイッチ等の設定回路を設けた軌道回路への送信器が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１６８５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
信号保安装置は二重系で構成し、故障や異常が発生するとその装置を停止させ、別の正常な装置が継続して動作することで装置全体の稼働率を上げている。また誤出力が許されない外部信号機器を制御する装置では、スイッチ素子を冗長化してすぐに異常検知可能な構成としている。しかし部品や回路を増やすことは装置全体の故障率を上げることになり稼働率が下がる。二重系動作から故障により単一系動作になってしまうと、次の故障が発生したときに装置全体が動作停止してしまうため、すぐに二重系動作に復旧させなければならない。復旧のためには故障した装置を正常なものに交換する必要があるが、線路等現場に近い装置では列車の運行に影響することもあり営業時間内は交換，復旧ができない。
【０００７】
本発明の課題は、定期的にスイッチ素子の接点を監視して異常を検知することで安全性を保ち、正常に動作させて制御を継続できることにより稼働率を向上した信号保安装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決する手段は、装置内にスイッチ素子の設定値を記憶する不揮発メモリと書込み要求でのみ不揮発メモリの内容を書換える回路を設けることでスイッチ素子の設定値をそのまま使用せず、不揮発メモリ内に記憶されたスイッチ素子の設定値で動作プログラムを選択するマイクロコンピュータと入出力回路，スイッチ素子の設定値と不揮発メモリに格納された値を比較する回路を設けることにより、制御を継続しながら異常の検知とマイクロコンピュータおよび上位装置への通知を可能にすることである。
【発明の効果】
【０００９】
動作プログラムや入出力チャネルの選択は不揮発メモリの値で行い、同時にスイッチ素子の値を一定周期で読込み、不揮発メモリに格納した値と比較することによって正常動作を継続しながらスイッチ素子の接点の異常を検知することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施例を示す鉄道信号保安装置の入出力装置。
【図２】信号保安装置の全体ブロック図。
【図３】従来の入出力装置の動作フローチャート。
【図４】従来の入出力装置の故障発生時のタイミングチャート。
【図５】本発明の入出力装置の動作フローチャート。
【図６】本発明の入出力装置の故障発生時のタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の信号保安装置について図面を用いて説明する。
【００１２】
図２は、鉄道信号保安装置の全体ブロック図である。信号保安装置７は制御１系と制御２系に分けられ、それぞれの制御系には、同様のＣＰＵ装置８と入出力装置９と通信装置１０を備えている。ＣＰＵ装置８は、入出力装置９や通信装置１０の制御および状態の監視等制御系全体の制御を行う。入出力装置９は、ＣＰＵ装置８からの指令に基づき外部機器との信号の入出力を行い、入出力装置９内での処理結果をＣＰＵ装置８へ報告する。通信装置１０は、上位装置に接続されるネットワークまたは他の保安装置と、ＣＰＵ装置８からの指令に基づき通信を行う。各装置（ＣＰＵ装置８，入出力装置９，通信装置１０）には、マイクロコンピュータや多数の入出力チャネルや通信チャネル以外にスイッチ素子が搭載されている。このスイッチ素子は、マイクロコンピュータの動作モードや入出力チャネルの選択または通信アドレスの設定を行う。また、制御１系と制御２系のそれぞれの各装置（ＣＰＵ装置８，入出力装置９，通信装置１０）の処理結果は、系比較回路１１で比較され、制御１系と制御２系で処理結果が不一致となる場合は、いずれかの系に故障が発生したものと判断される。
【００１３】
ここで、図２に示した信号保安装置を電子連動装置に適用した場合には、図中の外部機器は、信号機や踏み切りや転てつ装置等となり、入出力装置９はこれらの装置と信号の入出力を行う。一方、図２に示した信号保安装置をＡＴＣ（Automatic Train Control）装置に適用した場合には、図中の外部機器は、送受信器等となり、入出力装置９は送受信器等と信号の入出力を行う。
【００１４】
次に図１は本発明の一実施例であり、鉄道信号保安装置内のマイクロコンピュータを搭載した入出力装置の一実施例である。図１においてスイッチ素子１は、複数の動作プログラムまたは入出力チャネルから特定の動作プログラムまたは入出力チャネルを設定および変更可能な接点であり、複数接点を有するものが一般に使用される。スイッチ素子１で設定された情報は、マイクロコンピュータ５が読取る。外部から不揮発メモリのスイッチ設定情報の書込み要求入力があった場合（外部からの不揮発メモリのスイッチ設定情報の書込み要求は不揮発メモリ書込回路２およびマイクロコンピュータ５に入力される）には、不揮発メモリ書込回路２はマイクロコンピュータ５からスイッチ素子１で設定された情報を読取り、当該情報を不揮発メモリ３へ書込む。ここで、この不揮発メモリは、電源を供給しなくても記憶を保持するメモリであり、装置の電源のＯＮ／ＯＦＦに関わらず記憶した情報を保持する。尚、不揮発メモリ３はマイクロコンピュータ５のプログラムを格納するメモリと同一素子でも構わない。また、不揮発メモリ３に設定値を書込む時期は装置の出荷試験時や、顧客納入後に接続される装置構成の変更に伴いスイッチ素子１の再設定が必要になった時に実施する。
【００１５】
データ比較回路４は、スイッチ素子１で設定された情報と、不揮発メモリ３に記録された情報とを受け取りそれぞれの情報を比較する回路である。データ比較回路４は、常時または一定周期で比較動作を行い、あるいはマイクロコンピュータ５から出力される比較開始信号をトリガとして比較動作を行い、比較不一致を検出した時は、故障が発生したものとしてマイクロコンピュータ５に報告する。この比較不一致の報告を受けたマイクロコンピュータ５は、上位装置等に故障検知信号を出力する。このように、スイッチ素子の値と、不揮発メモリに格納した値と、を比較することによってスイッチ素子の接点の異常を検知することが可能となる。
【００１６】
マイクロコンピュータ５は、動作開始時に不揮発メモリ３から動作モードに関する設定値を読込み、その値から動作するプログラムの開始アドレスを決定することにより動作プログラムを選択する。また、入出力チャネル選択回路６は、マイクロコンピュータ５が不揮発メモリ３から読込んだデータに含まれる入出力チャネルに関する設定値により設定された値に基づき入出力チャネルを選択する。このように、スイッチ素子１からの情報ではなく、不揮発メモリ３に保存した情報に基づいてマイクロコンピュータ５の動作プログラムの選択、および入出力チャネルの選択を行うことにより、スイッチ素子１の接点の接触不良により設定値が変化した場合にも、マイクロコンピュータの動作プログラムや外部に接続された入出力チャネルとの間に不整合が発生し誤動作することを防止することが可能となる。
【００１７】
マイクロコンピュータ５は、動作を開始した後、データ比較回路４に対して比較開始信号を出力することによりデータ比較回路４の動作開始または停止を指示することが可能である。
【００１８】
上述したように、動作プログラムや入出力チャネルの選択は不揮発メモリの値で行い、スイッチ素子の値と不揮発メモリに格納した値との比較を行うことによって正常でかつ安全な動作を継続しながらスイッチ素子の接点の異常を検知することが可能となる。従来のような構成では、二重系の方系の故障により単一系動作になってしまうと、次の故障が発生したときは装置全体が動作停止してしまうため、本発明と比較して不安定なシステムとなっていた。
【００１９】
次に図３から図６を用いて従来例と本実施例との動作を説明する。
【００２０】
まず、従来の動作を図３および図４を用いて説明する。図３は従来例の動作フローチャートを示す図であり、図４は従来例においてスイッチ素子の接点に故障が発生した際のタイミングチャートを示す図である。
【００２１】
図３に示すように、従来は信号保安装置７の制御開始（Ｓ１）後に二重系で制御を開始し（Ｓ２）、定期的に１系と２系の系比較により系の制御の状態をチェックして、正常ならば連続して二重系動作が継続する（Ｓ３）。ここでスイッチ素子１に図４に示すような故障（スイッチの値がα→βに変化）が発生した場合の動作を説明する。１系と２系の系比較は、制御周期で定期的に行われるため、一般的に数１００msの時間がかかる。そのため、チャネル１の入力および出力の異常（「出力あり」→「出力停止」，「入力あり」→「入力なし」に変化）がすぐには判定できず、数１００ms経過後の次の状態チェックを行った際に異常を検知する。異常が検知されるとすぐに異常が発生した系の全入出力（チャネル１およびチャネル２）を停止して上位装置に通信装置を経由して異常が発生した内容の通信データを送信する（Ｓ４）。その後は装置全体は単一系動作で動作を継続する（Ｓ５）。単一系動作でも入出力の状態をチェックして（Ｓ６）、再度、異常が検知されると二重系動作の場合と同様に異常が発生した系の出力を停止し、上位装置に通知する（Ｓ７）。この場合は単一系で動作を行っていたため装置全体としては完全に制御を停止してしまう（Ｓ８）。
【００２２】
次に本発明の実施例における動作を図５および図６を用いて説明する。図５は本実施例の動作フローチャートを示す図であり、図６は本実施例においてスイッチ素子の接点に故障が発生した際のタイミングチャートを示す図である。
【００２３】
従来例と同様に信号保安装置７の制御開始（Ｓ１１）後に、二重系で制御を開始する（Ｓ１２）。次に上述したデータ比較回路４によりスイッチ素子１の接点のチェックを行い（Ｓ１３）、系比較回路１１で１系と２系の系比較を行い系の制御状態をチェックして（Ｓ１５）、いずれのチェックにおいても動作が正常ならば連続して二重系動作が継続する。Ｓ１３のスイッチ素子の接点チェックは、制御周期に関わらず短い周期で行うことが可能である。そのため、スイッチ素子１に図６に示すような故障（スイッチの値がα→βに変化）が発生した場合には、従来の構成よりも短い時間（数ms）で通信装置１０を経由して異常が発生した内容の通信データを上位装置に送信する（Ｓ１４）。異常は検知されても二重系として動作を継続することが可能なので、１系と２系の系比較により系の入出力の状態をチェックして正常ならば連続して二重系動作が継続する（Ｓ１５）。１系と２系の系比較により系の入出力の状態をチェックして異常が検出された場合は、異常が発生した系の全出力を停止して上位装置に通知する（Ｓ１６）。その後は装置全体は単一系動作で動作を継続する（Ｓ１７）。単一系動作でもスイッチ素子１の接点のチェックと（Ｓ１８）、系比較回路１１で１系と２系の系比較を行い系の制御状態をチェックする（Ｓ２０）。二重系の時と同様にスイッチ素子の接点に故障があれば、異常が発生した内容の通信データを上位装置に通知して動作継続する（Ｓ１９）。さらに１系と２系の系比較により系の入出力の状態をチェックして異常が検出された場合は両系の全出力を停止して上位装置に異常が発生した内容の通信データを通知する（Ｓ２１）と同時に完全に制御を停止する（Ｓ２２）。
【００２４】
上述のように、本実施例によると、従来例と比較してスイッチ素子の故障検知を早期に行うことが可能となるため、スイッチ素子に故障が潜在する時間を短縮でき、装置の安全性をより高めることが可能となる。
【００２５】
上述した実施例では、信号保安装置の特に入出力装置９に本発明を適用した実施形態を詳細に説明したが、他の実施例として、本発明は当然に信号保安装置の中のＣＰＵ装置８および通信装置１０に適用することも可能であり、上述した実施例と同様の効果を奏する。
【００２６】
まず、スイッチ素子１を有するＣＰＵ装置８に本発明を適用した場合について説明する。この場合には、スイッチ素子１で設定された値を動作プログラムの選択に使用していた従来の構成に替えて、不揮発メモリ３に格納した値を動作プログラムの選択に使用する構成となるため、スイッチ素子１の接点の接触不良により設定値が変化した場合にも、動作プログラムの間に不整合が発生し誤動作することを防止することが可能となる。
【００２７】
さらには、入出力装置９における実施例と同様に、スイッチ素子１の値と不揮発メモリ３に格納した値との比較を行う構成とすることによって、正常でかつ安全な動作を継続しながらスイッチ素子の接点の異常を検知することが可能となる。
【００２８】
次に、スイッチ素子１を有する通信装置１０に本発明を適用した場合について説明する。この場合の実施形態は、上述の入出力装置９における実施例における入出力選択回路を通信アドレスの識別を行う通信アドレス識別回路へ置き換えた構成となる。そのため、上述の入出力装置９における実施例と同様の効果を奏する。
【００２９】
以上のように本発明により信号保安装置が完全停止に陥りにくくなる。
【符号の説明】
【００３０】
１  スイッチ素子
２  不揮発メモリ書込回路
３  不揮発メモリ
４  データ比較回路
５  マイクロコンピュータ
６  入出力チャネル選択回路
７  信号保安装置
８  ＣＰＵ装置
９  入出力装置
１０  通信装置
１１  系比較回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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