(57)【要約】【課題】  ユーザが自由に作成する安全回路のシーケンスプログラムに依存せず、より安全性の高いプログラマブル・シーケンス制御装置を得る。【解決手段】  プログラマブル・シーケンス制御装置１の安全シーケンス制御部２には、使用者によってプログラムされた等価な制御論理を実行する２つのユーザ安全回路３ａ，３ｂが設けられている。さらに、オペレータの最低限の安全を確保するために、変更不能なプログラムで構成された組み込み安全回路４ａ，４ｂが設けられている。非常停止押しボタン８等が押されたとき等の非常時においては、組み込み安全回路４ａ，４ｂがこの非常信号に基づいて、リレー９、１０を作動させて電磁接触器１１を作動させて機械の動力を遮断しオペレータを保護する。ユーザ安全回路３ａ，３ｂが自由にプログラムされ、それが不適切であっても、組み込み安全回路により、最低限の安全が図られる。【選択図】          図１
2005227873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二つの互いに独立したプログラマブルなシーケンス制御を実行するユーザ安全回路及びこれと関連付けられた独立したそれぞれの入出力回路を有し、前記二つのユーザ安全回路はそれぞれ使用者によってプログラムされた互いに等価な制御論理を実行してそれぞれに接続された入出力回路を介して機械を制御する安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置であって、前記各入出力回路における互いに対応する一部の入出力信号が予め定められ、該各予め定められた入力信号と出力信号との間には、それぞれ前記ユーザ安全回路とは独立し、予め定められた安全機能の制御論理によるプログラムで構成された組み込み安全回路を備えることを特徴とする安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置。
【請求項２】
それぞれのユーザ安全回路は自身が制御している入出力と他方が制御している入出力信号とを一定周期で比較照合することにより、システム動作の誤りを検出するようにした安全機能を内蔵した請求項１に記載の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置。
【請求項３】
前記予め定められた入力信号にはそれぞれ少なくとも非常停止用の信号を含み、予め定められた出力信号にはそれぞれ動力を制御する信号を含み、前記予め定められた入力信号と出力信号の間にそれぞれ組み込まれた前記各組み込み安全回路は、前記非常停止信号により該動力を制御する信号を操作し、動力を遮断するよう構成されている請求項１又は請求項２に記載の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置。
【請求項４】
前記使用者によって作成された各ユーザ安全回路のプログラムと該各プログラムにそれぞれ対応する前記組み込み安全回路のプログラムの間にはそれぞれ独立したインタフェースが設けられ、少なくともユーザ安全回路のプログラムから前記組み込み安全回路のプログラムの制御論理の動作に影響を与えることができるよう構成されている請求項１乃至３の内いずれか１項に記載の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械や装置のシーケンス制御を行うプログラマブル・シーケンス制御装置に関する。特に機械や装置を非常停止させるための安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械や装置のシーケンス制御を行う制御装置としてプログラマブル・シーケンス制御装置が知られている。このプログラマブル・シーケンス制御装置は、例えば、工作機械の主電源や油圧ポンプ、クーラントポンプ等の周辺機器の電源等を制御するアクチュエータ等をシーケンス制御する。しかも、シーケンス制御を行う機械や装置に合わせ自由にシーケンス制御ができるように、このシーケンスをプログラム可能にされている。又、機械や装置の非常停止させるような場合の安全回路もプログラムにより組み込むことができるように構成されている。  
例えば、シーケンス制御装置と、安全回路のシーケンスを行う回路と、該シーケンス制御装置によって制御される被制御機器回路をも含めた制御装置において、該制御装置の故障、制御渋滞等を検出するための回路異常検出装置を内蔵した前記シーケンス制御装置に内蔵するようにしたものも公知である（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１８３５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図３は、従来の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置の一例の要部ブロック図である。  
このプログラマブル・シーケンス制御装置２１は、安全シーケンス制御部２２を備え、該安全シーケンス制御部２２は、ＣＰＵＡとＣＰＵＢの２つのプロセッサによりそれぞれ実行されるユーザ安全回路２３ａ，２３ｂを備えている。また、安全制御回路用の２系統の入出力ユニット６を備え、該入出力ユニット６には、ユーザ安全回路７ａ、７ｂ用にそれぞれ入出力回路７ａ，７ｂが独立して設けられている。非常停止等の外部の押しボタンスイッチやリミットスイッチ等の信号は２重化され、それぞれ入出力回路７ａ，７ｂに接続されている。図３では、非常停止押しボタン８の例を記しているが、他の非常停止用のスイッチ等と入出力回路７ａ，７ｂとはそれぞれ接続されている。また、入出力回路７ａ，７ｂには、それぞれリレー９，１０が接続され、該リレー９，１０の接点９ａ，１０ａの直列回路に動力制御用の電磁接触器１１が接続されている。すなわち、安全機能に関係する入力信号は２重化され、それぞれ入出力回路７ａ，７ｂに入力され、動力を制御する出力信号は、外部で論理ＡＮＤ演算が成されてアクチュエータやリレーコイル等を駆動するように構成されている。
【０００５】
プログラマブル・シーケンス制御装置２１は、通常のシーケンスプログラムの実行をＣＰＵＡで実行し、図示していない入出力回路を介して被制御対象の機械や装置を制御するものであるが、この点は、本発明と直接関係ないので、図３では省略している。さらに、ＣＰＵＡは安全機能の制御も実施するが、安全制御を２重に行うためにＣＰＵＢが付加されている。ＣＰＵＡによって一方のユーザ安全回路２３ａが構成され、ＣＰＵＢによって、他方のユーザ安全回路２３ｂが構成されている。
【０００６】
各ユーザ安全回路２３ａ，２３ｂには、このプログラマブル・シーケンス制御装置２１を使用するユーザによって作成された同一のシーケンスプログラム、例えばリレーラダー形式のシーケンスプログラムにより等価な論理演算がなされる。よって、２重化されたスイッチ等からの信号がそれぞれ入出力回路７ａ，７ｂに入力され、例えば、非常停止押しボタン８がオフにされ、その信号が入力されると、ユーザ安全回路２３ａ，２３ｂでそれぞれ該入力信号に基づいて論理演算が実行され、得られた出力を入出力回路７ａ，７ｂを介して外部に出力し、その信号を外部で論理ＡＮＤ演算されて最終的なアクチュエータやリレーコイル等を駆動する。例えば、先に例示した非常停止押しボタン８がオフにされたとき、外部のリレー９，１０が動作され、その接点９ａ，１０ａをオフにして電磁接触器１１を作動させて機械のモータ等に供給する動力等を遮断する。
【０００７】
以上のようにして、安全機能は、２重化され、一方の系列が異常で誤動作を起こしても確実に、所望する動作を実行できるようにしている。例えば、非常停止押しボタン８の一方の接点が作動しなくても他方の接点が作動すれば、この他方の接点の系列によって、電磁接触器１１は、確実に動作することになる。同様に、一方のユーザ安全回路が誤動作しても他方が正常動作すれば、又、一方の入出力回路が故障しても、他方が正常であれば、さらに、リレー９，１０の一方が故障でも他方が正常であれば、電磁接触器１１は、確実に動作し動力を遮断することになり、２系統で安全を確保しているものである。
【０００８】
なお、ユーザ安全回路２３ａ，２３ｂの入出力信号はＣＰＵＡ，ＣＰＵＢによって、周期的に信号照合２４がなされて、一定時間以上の不一致が発生すると異常と判断してアラーム等を出すように構成され、この点においても、安全を確保している。  
以上のように、従来の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置２１は、安全を確保するために２系統化され、且つ、安全回路の入出力信号を照合することによっても異常を検出することによって、安全を確保するように構成されている。
【０００９】
しかし、プログラマブル・シーケンス制御装置は、シーケンスをプログラムにより制御するものであり、ユーザ安全制御回路２３ａ，２３ｂのシーケンスも、該プログラマブル・シーケンス制御装置を適用する機械等のメーカ、すなわちユーザが自由に作成するものである。この安全回路の回路構成の自由度が高いこと及び、安全回路の仕様や動作が機械の種類によって異なること等に起因して、不適切なシーケンスプログラムにより正しく機能しない安全回路が作成される可能性がある。  
そこで、本発明の目的は、ユーザが作成する安全回路のシーケンスプログラムに依存せず、より安全性の高いプログラマブル・シーケンス制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、２つの互いに独立したプログラマブルなシーケンス制御を実行するユーザ安全回路及びこれと関連付けられた独立したそれぞれの入出力回路を有し、前記２つのユーザ安全回路はそれぞれ使用者によってプログラムされた互いに等価な制御論理を実行してそれぞれに接続された入出力回路を介して機械を制御する安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置であって、前記各入出力回路における互いに対応する一部の入出力信号が予め定められ、該各予め定められた入力信号と出力信号との間には、それぞれ前記ユーザ安全回路とは独立し、予め定められた安全機能の制御論理のプログラムで構成された組み込み安全回路を設けることによって、自由に作成されるユーザ安全回路が不適切でも、予め組み込まれ変更できない組み込み安全回路によってオペレータの最低限の安全が確保される。
【００１１】
また、それぞれのユーザ安全回路は自身が制御している入出力と他方が制御している入出力信号とを一定周期で比較照合することにより、システム動作の誤りを検出するようにした。また、前記予め定められた入力信号にはそれぞれ少なくとも非常停止用の信号を含み、予め定められた出力信号にはそれぞれ動力を制御する信号を含み、前記予め定められた入力信号と出力信号の間にそれぞれ組み込まれた前記各組み込み安全回路は、前記非常停止信号により該動力を制御する信号を操作し、動力を遮断するよう構成されている。  
さらに、使用者によって作成された各ユーザ安全回路のプログラムと該各プログラムにそれぞれ対応する前記組み込み安全回路のプログラムの間にはそれぞれ独立したインタフェースが設けられ、少なくともユーザ安全回路のプログラムから前記組み込み安全回路のプログラムの制御論理の動作に影響を与えることができるよう構成している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、プログラマブル・シーケンス制御装置における安全機能おいて、機械からオペレータを安全に保護するために、最低限必要な部分については、ユーザが変更できないシーケンスプログラムで構成された安全回路としたから、ユーザが自由に安全回路を作成し、それが不適切なものであっても、機械を操作するオペレータの最低限の安全は保持される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置１の要部ブロック図である。この実施形態も、図３に示した従来例と同じように、安全機能の実行する部分を示している。なお、図１に示す従来例の構成と変わらない要素は、同一符号を付している。  
このプログラマブル・シーケンス制御装置１が備える安全シーケンス制御部２には、ＣＰＵＡとＣＰＵＢの２つのプロセッサによりそれぞれ実行されるユーザ安全回路３ａ，３ｂを備えている。そして、このユーザ安全回路３ａ，３ｂ中に、組み込み安全回路４ａ，４ｂが予め組み込まれている。また、安全制御回路用の２系統の入出力ユニット６を備え、該入出力ユニット６には、ユーザ安全回路３ａ、３ｂの入出力回路７ａ，７ｂが独立して設けられている。２重化された非常停止押しボタン８からの信号が、それぞれ入出力回路７ａ，７ｂに接続されている。また、入出力回路７ａ，７ｂには、リレー９，１０が接続され、該リレー９，１０の接点９ａ，１０ａの直列回路に動力制御用の電磁接触器１１が接続されている。
【００１４】
なお、この図１に示した実施形態においても、非常停止押しボタン８の例を記しているが、図１に示す従来例と同様に、他の非常停止等の外部の押しボタンスイッチやリミットスイッチ等の信号も２重化され、入出力回路７ａ，７ｂにそれぞれ入力されている。また、入出力回路７ａ，７ｂから出力される対応する信号は外部で論理ＡＮＤ演算されて最終的なアクチュエータやリレーコイル等を駆動するものである。
【００１５】
そして、この実施形態のプログラマブル・シーケンス制御装置１と、図３に示した従来の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置２１と相違する点は、ユーザ安全回路３ａ，３ｂ中に組み込み安全回路４ａ，４ｂが設けられている点であり、他は図３に示した従来例と同一である。
図１に示す従来例と同様に、通常のシーケンスプログラムの実行はＣＰＵＡが実行し、図示していない入出力回路を介して被制御対象の機械や装置を制御する。さらに、ＣＰＵＡによって、一方のユーザ安全回路３ａが構成され、付加されたＣＰＵＢによって、他方のユーザ安全回路３ｂが構成されている。そして、各ユーザ安全回路３ａ，３ｂには、組み込み回路４ａ，４ｂが設けられている。
【００１６】
各ユーザ安全回路３ａ，３ｂは、このプログラマブル・シーケンス制御装置２１を使用するユーザによって作成されたリレーラダー形式等の同一のシーケンスプログラムが格納され等価な論理演算がなされるように構成されている。一方、組み込み回路４ａ，４ｂはリレーラダー形式等の同一のシーケンスプログラムであるが、ユーザが作成するものではなく、このプログラマブル・シーケンス制御装置１のメーカ等が、予め作成し格納されたシーケンスプログラムである。
【００１７】
この組み込み回路４ａ，４ｂは、安全回路の内、被制御対象の機械や装置からオペレータを安全に守るために最低限必要な部分を、このプログラマブル・シーケンス制御装置１を製造するメーカ等が、予め作成し組み込んでおくことによって、ユーザが自由に作成するユーザ安全回路３ａ，３ｂに依存しない安全機構を得るようにしたものである。この組み込み安全回路４ａ，４ｂもユーザ安全回路３ａ，３ｂと同様に、例えばリレーラダー形式で作成されたシーケンスプログラムで構成されている。この組み込み回路４ａ，４ｂに入出力される信号は、入出力回路７ａ，７ｂの一部の予め定められた信号であり、該各予め定められた入力信号と出力信号との間で、組み込み安全回路４ａ，４ｂのプログラムにより制御論理演算が実行されるものである。なお、ユーザ安全回路３ａと組み込み安全回路４ａとの間、及びユーザ安全回路３ｂと組み込み安全回路４ｂとの間にはインタフェースが設けられている。
【００１８】
例えば、非常停止押しボタンの入力部分、及び運転準備回路や動力供給回路などの機械自身や周辺装置への動力供給を制御する回路の出力部分等は、オペレータの安全を確保する上で重要な事項である。このような部分をこの組み込み安全回路４ａ，４ｂによって監視及び制御して、例えば、非常停止押しボタン８が押されたときには、ユーザ安全回路３ａ，３ｂのシーケンスプログラムには依存せず、この予め組み込んだ安全回路４ａ，４ｂによって、動力を制御する信号を出力し、動力を遮断するようにする。これにより、ユーザがどのようなシーケンスプログラムを作成したとしても、非常停止押しボタン８が押されれば、動力が遮断され、機械は非常停止し、オペレータ等の安全が図られるものである。
【００１９】
なお、従来例と同様に、ユーザ安全回路３ａ，３ｂの入出力信号はＣＰＵＡ，ＣＰＵＢによって、周期的に信号照合５がなされて、一定時間以上の不一致が発生すると異常と判断してアラーム等を出すように構成され、この点においても、安全を確保している。
図２は、本実施形態における組み込み安全回路の一例を示すリレーラダー図である。この図２では、ＣＰＵＡ側での組み込み安全回路４ａの例を示しているが、ＣＰＵＢ側の組み込み安全回路４ｂも、この図２に示す回路と同等である。
【００２０】
図２において、３ａはユーザ安全回路で、４ａが組み込み安全回路である。  
ユーザ安全回路３ａは、ユーザが自由に作成するシーケンスプログラムであるが、運転準備条件、非常停止条件、動力供給条件、動力遮断条件等は必ず作成されるものであり、この部分のラダー図のみを示している。又、このプログラムはユーザが自由に作成するものであるからその詳細は説明しない。但し、組み込み安全回路に影響を与える、運転準備条件が成立すると作動するコイルＵ１、非常停止条件が成立すると作動が解かれるコイルＵ２、動力供給条件が成立すると作動するコイルＵ３、動力遮断条件が成立すると作動が解かれるコイルＵ４についてのみ記載している。
【００２１】
一方、組み込み安全回路４ａにおいては、非常時に動力を遮断しオペレータの安全を図る上で最低限必要な、運転準備と動力供給のシーケンスプログラムが組み込まれている。図２の組み込み安全回路４ａにおいて、符号ｄ１〜ｄ５を付した接点は入出力回路７ａから読み込まれる信号の接点であり、符号ｕ１〜ｕ４を付した接点はユーザ安全回路３ａの各コイルＵ１〜Ｕ４の接点を表している。又、Ｃ１は組み込み安全回路４ａにおいて、運転準備条件が成立したとき作動するコイルであり、その接点をｃ1a，ｃ1bで表す。又、Ｃ２は、動力供給条件が成立したとき作動し入出力回路７ａを介して出力し、機械へ動力を供給するコイルであり、その接点をｃ2aとして表している。
【００２２】
ユーザ安全回路３ａの運転準備条件のコイルＵ１の接点ｕ１と、入出力回路７ａから読み取る信号で、機械へ動力を供給する電磁接触器１１の接点が溶着していないかを検出する溶着検出用接点であり、電磁接触器１１の接点が開いているときオンとなる接点ｄ１との直列回路と、コイルＣ１の接点と電磁接触器１１の溶着検出用接点ｄ１の論理否定との直列回路が並列に接続され、この並列回路に入出力回路７ａから読み取る信号で非常停止押しボタン８が押されたとき開く接点ｄ５と、ユーザ安全回路３ａにおける非常停止条件のコイルＵ２の接点ｕ２とが直列に接続され運転準備のコイルＣ１が駆動されるように構成されている。
【００２３】
また、ユーザ安全回路３ａの動力供給条件のコイルＵ３の接点ｕ３と、入出力回路７ａから読み取る信号で、機械へ動力を供給する電磁接触器１１の接点が溶着していないかを検出する溶着検出用接点であり、電磁接触器１１の接点が開いているときオンとなる接点ｄ３との直列回路と、コイルＣ２の接点と電磁接触器１１の溶着検出用接点ｄ３の論理否定との直列回路が並列に接続され、この並列回路にコイルＣ１の接点ｃ1b、ユーザ安全回路３ａの動力遮断条件のコイルＵ４の接点ｕ４とが直列に接続され動力供給のコイルＣ２が駆動されるように構成されている。
【００２４】
運転準備条件が成立し、コイルＵ１が作動してその接点ｕ１がオンとなり、電磁接触器の接点が溶着しておらずオフの状態を検出し接点ｄ１がオンで、非常停止押しボタン８が押されず、その信号による接点ｄ５がオンで、さらに、非常停止条件が成立せずコイルＵ２が作動してその接点ｕ２がオンであると、運転準備のコイルＣ１が作動し、その接点ｃ1a，ｃ1bをオンとする。
【００２５】
一方、ユーザ安全回路３ａの動力供給条件のコイルＵ３が作動しその接点ｕ３がオンで、電磁接触器１１の接点がオフの状態を検出しオンとなる接点ｄ３、運転準備のコイルＣ１の作動でオンとなった接点ｃ1b、動力遮断条件が成立せず、作動中のコイルＵ４の接点ｕ４がオンにより、動力供給用のコイルＣ２が作動し、その接点ｃ2aをオンとすると共に入出力回路７ａを介して出力信号を出して、リレー９を作動させその接点９ａをオンにする。又、ＣＰＵＢ側での組み込み安全回路４ｂからも同様なシーケンス制御により出力される信号によりリレー１０が作動してその接点１０ａがオンとなり、機械へ動力を供給するための電磁接触器１１が作動し、その接点をオンとして機械に動力を供給する。
【００２６】
電磁接触器１１の接点がオンとなることから、この電磁接触器１１の接点の状態を検出するリレーからの信号により、接点ｄ１，ｄ３はオフとなるが、その論理否定の接点ｄ１，ｄ３はオンとなる。その結果、コイルＣ１は、その接点ｃ1aがオンで論理否定の接点ｄ１がオンとなることにより自己保持される。また、コイルＣ２は、その接点ｃ2aがオンで論理否定の接点ｄ３がオンとなることにより自己保持される。
【００２７】
このような状態で、機械には動力が供給されている。そこで、何らかの理由でオペレータが非常停止押しボタン８を押すと、入出力回路７Ａ，７Ｂに非常停止信号が入力され、組み込み安全回路４ａは、入出力回路７Ａからこの信号を読み取り、その接点ｄ５をオフとする（同様に、組み込み安全回路４ｂの非常停止押しボタン８の信号に対応する接点がオフとなる）。そのため、コイルＣ１の作動が停止し、その接点ｃ1a，ｃ1bがオフとなる。接点ｃ1bがオフとなるから、コイルＣ２の作動は停止し、入出力回路７ａを介してリレー９を非励磁とするから、その接点９ａが開き電磁接触器１１はオフとなり、機械への動力供給を停止し、非常停止することになる。また、接点ｃ1aのオフでコイルＣ１はその自己保持がとかれる。  
また、電磁接触器１１の接点が溶着しているときなどは、接点ｄ１，ｄ３をオフとしているものであるから、他の条件が成立しても、コイルＣ１，Ｃ２が動作することはない。
【００２８】
以上のように、ユーザがユーザ安全回路３ａ，３ｂで自由にシーケンスプログラムを作成し、そのシーケンスプログラムが不適切なものであっても、非常停止押しボタン８が押されたときや電磁接触器１１が溶着しているとき等のオペレータの安全にとって最低限必要な事項についてはユーザ安全回路３ａ，３ｂに依存せず、予め組み込まれている組み込み安全回路４ａ，４ｂによって、自動的にこれを入出力回路７ａ，７ｂからの信号に基づいて直接判断して機械への動力供給を遮断して非常停止させるようにして、安全を図っているものである。
【００２９】
なお、上述した実施形態では、ユーザ安全回路３ａ，３ｂのコイルの接点を組み込み安全回路４ａ，４ｂに取り込み利用したが、組み込み安全回路４ａ，４ｂのコイルの接点をユーザ安全回路３ａ，３ｂに取り込み利用するようにしてもよい。例えば、ユーザは、動力供給のコイルＣ２の接点をユーザ安全回路３ａ，３ｂに取り込み、これを利用して、ユーザ安全回路を作成するようにしてもよいものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置の要部ブロック図である。
【図２】本実施形態における組み込み安全回路の一例を示すリレーラダー図である。
【図３】従来の安全機能を内蔵したプログラマブル・シーケンス制御装置の一例の要部ブロック図である。
【符号の説明】
【００３１】
１  プログラマブル・シーケンス制御装置
２  安全シーケンス制御部
３ａ，３ｂ  ユーザ安全回路
４ａ，４ｂ  組み込み安全回路
５  信号照合
６  ２系統入出力ユニット
７ａ，７ｂ  入出力回路
８  非常停止押しボタン
９，１０  リレー
１１  電磁接触器
【図１】
2005227873.tif 000003
【図２】
2005227873.tif 000004
【図３】
2005227873.tif 000005