(57)【要約】【課題】  信頼性が高く効率の良い診断処理を行うことのできる制御装置における診断方法を提供すること。【解決手段】  異常診断の可能性を常に監視し、異常診断が可能なときのみ異常診断動作を行うもので、異常診断対象となる異常状態を分類し、異常診断可能な種類について異常診断を実施し、異常診断可能でない種類については診断処理を行わないように構成する。【選択図】    図  １
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号および出力信号の異常に基づいて制御機器の異常の有無を診断する診断機能を持つ制御装置において，
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を診断することができるかどうかを判断する診断可否判定部と、
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を判定する診断実行部とを備え、
前記診断可否判定部において制御機器の異常の有無を診断することができないと判定したときに、前記診断実行部において制御機器の異常の有無の診断動作を停止する機能を設けたことを特徴とする制御装置における診断方法。
【請求項２】
入力信号および出力信号の異常に基づいて制御機器の異常の有無を診断する診断機能を持つ制御装置において，
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を診断することができるかどうかを判断する診断可否判定部と、
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を判定する診断実行部とを備え、
前記診断可否判定部において制御機器の異常の有無を診断することができないと判定したときに、前記診断実行部において制御機器の異常の有無の診断を行う入力信号および出力信号を異常診断可能な条件信号に変更して診断可能な状態にする制御補正部を設けたことを特徴とする制御装置における診断方法。
【請求項３】
請求項２に記載の制御装置における診断方法であって，
前記診断実行部において制御機器の異常の有無の判定の診断の実行が終了した後に、前記制御補正部において異常診断可能な条件信号に変更した入力信号および出力信号を変更前の値に復元する制御復元算出部を設けたことを特徴とする制御装置における診断方法。
【請求項４】
請求項３に記載の制御装置における診断方法であって，
前記診断実行部において制御機器の異常の有無の判定の診断の実行が終了した後に、前記制御補正部において異常診断可能な条件信号に変更した入力信号および出力信号に対して診断終了後の制御目標を用いて次の制御状態の値を算出するようにしたことを特徴とする制御装置における診断方法。
【請求項５】
請求項３に記載の制御装置における診断方法であって，
前記診断実行部において制御機器の異常の有無の診断を行う入力信号および出力信号を前記制御補正部において異常診断可能な条件信号に変更するときの前記入力信号および出力信号を記憶する制御内容記憶部を設け、
前記診断実行部で制御機器の異常の有無の診断を行う入力信号および出力信号を前記制御補正部において異常診断可能な条件信号に変更し、前記診断実行部において制御機器の異常の有無の判定の診断の実行が終了した後に、前記制御復元算出部において異常診断可能な条件信号に変更した入力信号および出力信号に対して前記制御内容記憶部に記憶されている値を用いて次の制御状態の値を算出することを特徴とする制御装置における診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、診断機能をもつ制御装置に係り、特に高信頼性が要求される制御装置において、信頼性が高く効率の良い診断処理を行うことのできる制御装置における診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
制御装置でも高信頼性の要求される制御装置においては、動作開始前に必要な診断を行うとともに、動作中においても常に診断を行って、異常が発生した場合には、異常発生をいち早く検出することが望まれている。
【０００３】
一方、制御装置における制御機能の高度化に伴い、制御装置において処理すべき制御処理内容が増加しており、制御装置の動作中に制御装置の異常の有無の診断を行う場合、制御装置そのものに制御処理と異常診断の両方が実行可能となる処理性能が必要となり、診断方法の複雑化がこの処理性能の要求を加速している。
【０００４】
制御装置における異常の有無の診断を行う場合、この異常の有無の診断に当たって克服すべきことの１つは、診断できない条件があることである。この異常の有無の診断に当たって診断できない条件としては、例えば、プラス端子とマイナス端子に駆動電圧を加えて回転させる直流モータを用い、テーブル等を所望の位置に制御する位置制御を行うときの直流モータの場合がある。この直流モータの場合、テーブル等が所望の位置に到達した状態では、駆動電圧をかける必要がないため、直流モータのプラス端子とマイナス端子を同電位とする場合がある。このような場合、直流モータのプラス端子とマイナス端子の間で短絡または回路オープンという異常が発生しても、テーブル等が所望の位置に到達している状態で直流モータのプラス端子とマイナス端子に駆動電圧をかける必要がなく、電流を流そうとしていない状態であるから、これを異常として検出することは困難である。
【０００５】
また、直流モータを全速で駆動する場合には、直流モータのプラス端子に電源電圧を固定的に加え、直流モータのマイナス端子を接地状態にするという制御状態が生じ得る。このような直流モータのプラス端子に電源電圧を固定的に加え、直流モータのマイナス端子を接地状態にするというような場合には、直流モータのプラス端子が電源ラインに短絡するという異常状態と、直流モータのマイナス端子が接地するという異常状態が、この条件下での正常な制御状態と同じ状態であるため、異常として検出することができない。
【０００６】
さらに、パルス出力の場合においては、Ｈｉｇｈ出力期間中は負荷が高電圧に短絡(以下、電源ライン短絡と称する)している場合と同じ状態で、Ｌｏｗ出力期間中は負荷がグランド側に短絡(以下、接地短絡と称する)している状態と同じ状態である。このパルス出力の場合では、通常はＨｉｇｈ出力とＬｏｗ出力が交互に発生するため、常に、電源ライン短絡と接地短絡のいずれか一方しか検出できないことになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このように制御装置によって制御される制御機器の制御条件によって、異常を検出できない場合がある。このような異常を検出できない場合においても従来の方法では、診断動作を常に行い、診断結果の判定時に診断できる状態かできない状態かを判定していた。このように従来の方法にあっては、診断動作を常に行い診断結果の判定時に診断できる状態かできない状態かの判定を行っているため、診断処理の一部が無駄になり、効率的に診断処理が出来ず制御装置の処理性能を圧迫する結果となっていた。
【０００８】
また、従来の方法にあっては、診断できない状態において異常が発生してもその検出が遅れ、安全処置をとる時期が遅れるという問題点があった。
【０００９】
本発明の目的は、信頼性が高く効率の良い診断処理を行うことのできる制御装置における診断方法を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、後述する発明を実施するための最良の形態の中で記述する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係る制御装置における診断方法の１つの特徴は、入力信号および出力信号の異常に基づいて制御機器の異常の有無を診断する診断機能を持つ制御装置において，
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を診断することができるかどうかを判断する診断可否判定部と、前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を判定する診断実行部とを備え、
前記診断可否判定部において制御機器の異常の有無を診断することができないと判定したときに、前記診断実行部において制御機器の異常の有無の診断動作を停止する機能を設けたことである。
【００１２】
さらに、本発明に係る制御装置における診断方法の他の特徴は、入力信号および出力信号の異常に基づいて制御機器の異常の有無を診断する診断機能を持つ制御装置において，
前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を診断することができるかどうかを判断する診断可否判定部と、前記入力信号および出力信号によって制御機器の異常の有無を判定する診断実行部とを備え、
前記診断可否判定部において制御機器の異常の有無を診断することができないと判定したときに、前記診断実行部において制御機器の異常の有無の診断を行う入力信号および出力信号を異常診断可能な条件信号に変更して診断可能な状態にする制御補正部を設けたことである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、信頼性が高く効率の良い診断処理を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明に係る制御装置における診断方法の１つは、異常診断の可能性を常に監視し、異常診断が可能なときのみ異常診断動作を行うもので、異常診断対象となる異常状態を分類し、異常診断可能な種類について異常診断を実施し、異常診断可能でない種類については診断処理を行わないようにすることによって実現する。
【００１５】
さらに本発明に係る制御装置における診断方法の他の１つは、異常診断可能でないとき、制御結果に現実的な悪影響を及ぼさない範囲で異常診断可能な状態に制御内容（入力信号および出力信号）を変更することによって実現する。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明に係る制御装置における診断方法の実施例について説明する。
【００１７】
図１には、本発明に係る制御装置における診断方法の制御装置の実施例が示されている。
【００１８】
図１において、１は制御装置、１０は制御装置１に内蔵されるマイコン、２０は制御装置１に内蔵される電源供給回路、３０は制御装置１に内蔵される入出力インタフェース回路である。
【００１９】
図１において、マイコン１０には、図示されていないが、制御実行部であるＣＰＵと、制御ソフトウェア１００を記憶してあるＲＯＭと、制御ソフトウェア１００を実行した時の値を記憶するＲＡＭが設けられている。
【００２０】
また、電源供給回路２０は、電源ラインから供給されてくる電圧を一定の電圧に変換してマイコン１０、入出力インタフェース回路３０に供給するものである。
【００２１】
そして、入出力インタフェース回路３０は、制御装置１に接続される入力源または出力先の回路と、マイコン１０の入出力ポートとの間に設けられ、制御装置１に接続される回路と、マイコン１０の電気的特性を整合させ、回路断線時におけるプルアップ回路等を構成するものである。この入出力インタフェース回路３０に内蔵されるモータ出力回路３１は、モータ５０を駆動するためのスイッチング回路であり、マイコン１０から出力されたＰＷＭ波形を電源電圧レベルに変換して、モータ５０のプラス端子５１とマイナス端子５２に印加するものである。
【００２２】
例えば、モータ５０のプラス端子５１にＰＷＭ波形が加えられ、モータ５０のマイナス端子５２がグランドに接地されると、モータ５０のプラス端子５１に加えられた電圧レベルがＨｉｇｈのときモータ５０は正方向回転の通電状態、モータ５０のプラス端子５１に加えられた電圧レベルがＬｏｗのときは非通電状態となる。この状態で、いま、マイコン１０から出力されるＰＷＭ波形を加えるモータ端子をモータ５０のマイナス端子５２に切り替えると、モータ５０は回転方向が逆転する。すなわち、ＰＷＭ波形のデューティサイクルＤＣに依存してモータ５０に通電される平均電流の大きさが変化し、このモータ５０に通電され平均電流は、モータ５０の回転トルクの大きさの変化を生じる。したがって、マイコン１０内の制御ソフトウェア１００がＰＷＭ波形のデューティサイクルＤＣを適切に制御することにより、モータ５０の駆動方向と回転トルクを制御することができる。
【００２３】
モータ５０を駆動する必要がないときには、モータ５０のプラス端子５１とマイナス端子５２が同電位に保持され、モータ５０は実質的に駆動されない。この状態においては、モータ５０自体と、このモータ５０によって駆動する機構は停止しており、典型的には、静止摩擦が支配的な状態である。このような静止状態では、モータ５０のプラス端子５１とマイナス端子５２に小さなデューティサイクルＤＣのＰＷＭ波形を印加しても、モータ５０が回転をはじめるのに至らない最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘを想定することが可能である。この最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘの大きさは、モータ５０とそれに接続される機構の摩擦特性、慣性モーメント、外部の要素から受ける振動の大きさなどから決まる値であるが、解析的な方法で求める場合と、実験による方法で求める場合とがあり、さらには両方の方法を組み合わせて求める場合もある。モータ５０の断線、グランドショートなどの異常は、モータ出力回路３１によって検出され、その診断結果がマイコン１０により読み込まれる。
【００２４】
図２には、モータ５０の異常診断を実行できない場合の本実施例による制御ソフトウェア１００の動作が示されている。
【００２５】
図２において、プログラム１は、制御ソフトウェア１００の一部を構成しており、一定時間間隔で、またはあるイベントに従って起動される診断プログラムである。このプログラム１が起動されると、ブロック２０１において、そのときのデューティサイクルの値ＤＣをあらかじめ定められている最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘと比較し、このデューティサイクルの値ＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘと等しいか大きければブロック２０２において、異常診断の動作を行う。また、このデューティサイクルの値ＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘより小さい場合には、ブロック２０２を実行しないで終了する。このようにすることにより、異常診断できないときに異常診断処理を実行して処理装置等の負荷を無駄に消費することを防止している。
【実施例２】
【００２６】
図３には、マイコン１０に設けられた制御ソフトウェア１００の別の実施例が示されている。
【００２７】
モータ５０に関する異常の１つに断線異常があり、その断線異常診断は、図３に示される制御ソフトウェア１００に含まれるプログラム１、プログラム２、プログラム３を実行することにより行う。
【００２８】
図３において、プログラム１は、図２で説明したものと同じである。そして、図３に図示のプログラム２、プログラム３は、それぞれ一定の周期またはあるイベントにおいて呼び出されるものである。
【００２９】
図３において、ブロック２１１では、本来発生すべきデューティサイクルＤＣが診断可能な範囲の値かどうかを判定する。すなわち、デューティサイクルＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘ以上のときは、診断可能な範囲の値である。また、デューティサイクルＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘ未満のときは、断線異常診断を行うことはできない。このため、ブロック２１２において、デューティサイクルＤＣを最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘで置き換える。このとき、当初のデューティサイクルの値ＤＣをあとで再設定できるようにまえもってＤＣｓａｖｅに保存しておく。また、このデューティサイクル値の置き換えは一定時間内にとどめるため、ブロック２１３において、最大継続時間をＴｄｃとセットする。
【００３０】
図３において、プログラム１は、すでに述べたように異常診断を実行する機能を持つプログラムで、デューティサイクルＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘ以上のとき診断を実施する。ブロック２１２においてデューティサイクルＤＣの置き換えを行っていれば、
ＤＣ≧ ＤＣｍａｘ
の条件を満たすため、ブロック２０２において異常診断が実行される。
【００３１】
この方法によるモータ５０の断線検出について図４を用いて説明する。この図４に示す例において、モータ５０の断線は、モータ出力回路３１に内蔵される比較器３１２によって判定される。
【００３２】
まず、マイコン１０から出力されるＰＷＭ信号に基づいて、モータ出力回路３１に内蔵されるスイッチング回路３１１は、図示されていない電源から供給される電力をスイッチングしてモータ５０のプラス端子５１に供給する。このとき、モータ５０のマイナス端子５２は、モータ出力回路３１のスイッチング回路３１１および抵抗Ｒ３１３を経由して接地される。この抵抗Ｒ３１３のスイッチング回路３１１側の端子は、比較器３１２の入力端子Ａに接続されている。また、モータ出力回路３１に供給される電源電圧は、分圧回路３１４により分圧されて比較器３１２の入力端子Ｂに接続されている。
【００３３】
いま、比較器３１２の入力端子Ａに加えられた電圧をＶ１とし、入力端子Ｂに加えられた電圧をＶ２とする。比較器３１２の動作は、Ｖ１とＶ２を比較し、
Ｖ１ ≧ Ｖ２ 
であれば、比較器３１２の出力端子からＨｉｇｈを出力し、それ以外の場合は、比較器３１２の出力端子からＬｏｗを出力するものである。この比較器３１２の出力端子は、マイコン１０の入力ポートに接続されており、マイコン１０は、比較器３１２の出力端子から出力され、入力ポートに入力されるレベルがＨｉｇｈか、Ｌｏｗかを判別する。
【００３４】
いま、モータ５０が断線していれば、抵抗Ｒ３１３に電流が流れないため、比較器３１２の入力端子Ａに加えられた電圧Ｖ１はゼロである。また、モータ５０が断線しておらず、ＰＷＭ波形のデューティサイクルＤＣが最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘのときには、抵抗Ｒ３１３に、ある大きさの電流が生じて比較器３１２の入力端子Ａに加えられた電圧Ｖ１は、正（＋）のある電圧を示す。また、モータ５０が停止しているときにデューティ・サイクルＤＣのＰＷＭ波形をモータ５０に加えてもモータ５０は回転をはじめないような最大デューティサイクル値をＤＣｍａｘと設定しておき、最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘなるデューティサイクルＤＣのＰＷＭ波形を加えたときの比較器３１２の入力端子Ａに加えられた電圧Ｖ１を求め、入力端子Ｂに加えられた電圧をＶ２との関係が、
Ｖ２ < Ｖ１
となる比較器３１２の入力端子Ａに加えられた電圧Ｖ１を生ずるような分圧回路３１４を設置すれば、目的のモータ端子の断線検出を行うことができる。
【００３５】
このようにプログラム１のブロック２０２で行う異常診断内容は、比較器３１２の出力端子に接続されたマイコン１０の入力ポートの信号レベルがＨｉｇｈであれば断線無し、Ｌｏｗであれば断線あり、と判別することである。このデューティサイクル値ＤＣの補正を行うのがプログラム２である。
【００３６】
図３に図示のプログラム３は、デューティサイクルＤＣの置き換えを継続する時間を監視する機能を持つ。ブロック２２１において、時間カウンタＴｄｃがゼロになっているかどうか判定し、ゼロになっていなければ時間カウンタＴｄｃから１を減算する。また、時間カウンタＴｄｃがゼロになった時にはブロック２２３において、デューティサイクル値ＤＣを以前に記憶したデューティサイクル値ＤＣｓａｖｅとする。この例では、
ＤＣ < ＤＣｍａｘ
である状態が連続した場合、前記時間カウンタＴｄｃ＝０になるたびにブロック２１２でデューティサイクル値ＤＣを最大デューティサイクル値ＤＣｍａｘで置き換える処理が実行されるため、算出されたデューティサイクル値ＤＣなる値が使用されることがない。これを避けるには、前記のデューティサイクル値ＤＣの置き換え処理を行う時刻をある時間だけ遅らせる処理を挿入すればよい。
【実施例３】
【００３７】
図５には、マイコン１０に設けられた制御ソフトウェア１００のさらに別の実施例が示されている。
【００３８】
図５において、プログラム４は、デューティサイクルＤＣを算出するプログラムから呼び出され、ブロック２３１でデューティサイクルＤＣｓａｖｅの値をデューティサイクルＤＣで置き換えるものである。
【００３９】
すなわち、図３に図示のプログラム２のブロック２１２でそのときのデューティサイクルＤＣの値がデューティサイクル値ＤＣｓａｖｅに保存された後、デューティサイクルＤＣが再度算出された場合、図５に図示のプログラム４が呼び出され、デューティサイクルＤＣｓａｖｅの値が新たに算出されたデューティサイクルＤＣで置き換えられる。このため、時間カウンタＴｄｃ＝０となったときにブロック２２３において、デューティサイクル値ＤＣはもっとも最近に算出されたデューティサイクル値に置き換えられる。これは、デューティサイクルＤＣの値が異常診断を実行する周期よりも短い周期でおこなわれるとき、異常診断終了後、いち早く目的の制御状態に移行させるのに効果的である。
【００４０】
本実施例によれば、異常診断を実行することができない場合、異常診断のための処理を行わないことにより、不要な診断処理の負荷を削減することができ、曳いては、制御装置の処理負荷、および通信回路上の通信負荷の一方または両方の削減をすることができる。
【００４１】
また、本実施例によれば、異常診断を実行することができない場合、異常診断を実行できる状態に制御内容（入力信号および出力信号）を変更し、その状態で異常診断を実施する。このとき、異常診断を実行できる状態とは、本来なすべき制御状態に対して実質的に悪影響を及ぼさない範囲で求め、また異常診断が終了すれば、変更した制御内容を解除し、本来の制御状態に復帰させる。これにより、異常診断を考慮しない場合のあるべき制御内容からの逸脱を最小に限定することが可能となる。そのためには、変更の程度を小さくするか、あるいは、変更する期間を短くするなど、制御対象に応じた方法をとる。制御内容（入力信号および出力信号）を変更して異常診断を実施した後は、制御内容（入力信号および出力信号）の変更をキャンセルして、とるべき制御状態に復帰する。このとるべき制御状態は、制御内容（入力信号および出力信号）に応じて、異常診断のために実施した制御内容（入力信号および出力信号）の変更の直前の状態、あるいは、異常診断終了時点での制御目標状態などを勘案して算出する。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上に述べた発明を実施するための最良の形態は、モータ５０をＰＷＭデューティサイクルＤＣで位置制御する場合を例にとっているが、適用例はとくにこれに限定するわけではなく、診断機能を持つ制御装置全般に対して適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明に係る制御装置における診断方法の制御装置の実施例を示す図。
【図２】図１に図示の実施例の制御ソフトウェアのモータの異常診断を実行できない場合の動作を示す図。
【図３】図１に図示のマイコンに設けられた制御ソフトウェアの別の実施例を示す図。
【図４】図１に図示の制御装置における診断方法によるモータの断線検出を説明するための図。
【図５】図１に図示のマイコンに設けられた制御ソフトウェアのさらに別の実施例を示す図。
【符号の説明】
【００４４】
１……………………制御装置
１０…………………マイコン
２０…………………電源供給回路
３０…………………入出力インタフェース回路
３１…………………モータ出力回路
１００………………制御ソフトウェア
【図１】
2005301478.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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