JPH05145389A - 多重連結センサの診断回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 多重連結センサにおいて入光が安定状態にあ
るか否かを判定すると共に、特定のセンサについて不使
用状態であるのか、故障もしくは断線しているかを診断
する。 【構成】 電源パルスに応じて複数のセンサに並列して
間歇的に電源を供給するとともに、上記電源パルスのオ
フタイミングにおいて複数のセンサから逐次、信号を出
力する多重連結センサであって、複数のセンサからはそ
れぞれ安定入光、不安定入光、遮光状態を異なる電圧で
選択的に出力する一方、検知信号の出力がない場合の特
定の電位を設定し、上記特定の電位が所定回数連続すれ
ば、断線あるいはセンサの不接続等の診断を行うもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は物体検出用のセンサを複
数並列に接続して１本の出力ラインで各センサの検知信
号を順次出力する際に、短絡や断線などを診断するため
の電気回路の構成に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から複数の光電スイッチや近接スイ
ッチなどを用いて物体の検知を行うことは公知であり、
工場などの生産ラインでは一定距離ごとに物体を検知し
て総合的に生産ラインの稼働状況を判断することが多
い。そしてその場合には配線は個々のセンサごとに行わ
なければならない。しかしセンサへの配線は電源ライン
が２本と出力ラインが１本の計３本を必要とし、個々の
センサごとに３本の配線が接続されることから、多数の
センサを使用する場合には配線が煩雑になる。

【０００３】そこで発明者は複数のセンサを並列に接続
して、共用の電源ラインおよび出力ラインの計３本、あ
るいは出力ラインと電源ラインを共用して計２本だけで
接続された全てのセンサを制御することができる多重連
結センサを開発した（特開平３−７１７１６号および特
開平３−１４３０１４号）。この回路ではコントロール
回路から各センサにパルス状に電力を供給すると共に、
電力供給のオフタイミング時にセンサ出力を取り出して
いる。そして、センサ出力は２レベルとし、センサ出力
がないときを判別するために一定レベルの電位を発生さ
せ、合計３つのレベルによってセンサの状況を判断して
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、先に開示し
た技術を利用すれば、多重連結したセンサのそれぞれか
らアドレス指定によって確実に検知出力を取り出すこと
ができる。ただ、上記従来例ではセンサ出力は２レベル
であって、遮光状態であるか入光状態であるかの判定は
できるものの、その入光が安定状態にあるか否かを判定
することはできない。また、多数のセンサを連結する場
合には、障害物などを避けるために一部のセンサは接続
せずに使用することもある。この場合にはセンサは検知
出力をしないので、出力タイミングにおいてツェナダイ
オードによる５Ｖの電位を発生することになる。しか
し、仮にそのセンサに接続されたラインの一部が断線し
ている場合でも同様に５Ｖの電位を発生することになる
ので、センサに故障があったのか、故意に接続していな
いのかを判定できないという課題がある。

【０００５】本発明では上述した課題を解決しようとす
るもので、多重連結センサにおいて入光が安定状態にあ
るか否かを判定すると共に、特定のセンサについて不使
用状態であるのか、故障もしくは断線しているか診断す
ることができる電気回路を開示することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】そこで本発明では上記目
的を達成するために、電源パルスに応じて複数のセンサ
に並列して間歇的に電源を供給すると共に、上記電源パ
ルスのオフタイミングにおいて上記複数のセンサから逐
次、信号を出力する多重連結センサであって、上記複数
のセンサからはそれぞれ安定入光、不安定入光、遮光状
態を異なる電圧で選択的に出力する一方、検知信号の出
力がない場合の特定の電位を設定し、上記特定の電位が
所定回数連続すれば、断線あるいはセンサの不接続等の
診断を行うという手段を用いることとした。

【０００７】

【作用】電源パルスは複数のセンサに並列に供給される
が、検知動作は逐次行われる。また安定入光、不安定入
光、および遮光を検知することによって、センサの正常
動作時の全状態を検知することになる。従って、これら
の出力がない状態は故障あるいはラインの断線であると
判断することができ、これによって容易に診断機能を達
成することになるのである。

【０００８】

【実施例】まずこの発明回路を用いる基礎となっている
多重連結センサユニットおよびセンサ回路の概略を説明
する。センサは図１に示したように１ａ〜１ｐの１６個
を一群のセンサ群に構成し、これらに順に０から１５ま
での固有のアドレスが与えられたアドレススイッチＳ０
〜Ｓ１５を設けている。このアドレススイッチは４ビッ
トのディップスイッチおよびアドレスカウンタによって
構成されている。次に２はセンサ群１ａ〜１ｐを駆動す
るとともに検出信号を制御するための復調器、３はセン
サ群１ａ〜１ｐに電力を供給するためのドライブ回路
で、本発明回路の一部を構成している。４はドライブ回
路３で電源パルスを発生し、かつ１６個の検出信号を次
段のコンピュータ等に出力するためのコントロール回路
である。ＣＭＰ１・ＣＭＰ２・ＣＭＰ３はそれぞれコン
パレータで、センサ１ａ〜１ｐから順次出力される信号
レベルとそれぞれの基準電圧とを比較するものである。
ここでコンパレータを３つ用いるのは安定入光時、不安
定入光時および遮光時を判定するためである。５・６は
一対の電源ラインで、５が正側、６が負側であるが、こ
こでは正側の電源ライン５はセンサ１ａ〜１ｐの出力ラ
インを共用する構成としている。なお個々のセンサは、
電源から供給されるパルスによってリングオシレータで
構成された内部クロックを働かせ、駆動させている。

【０００９】次に、この回路におけるセンサ群の検知動
作について説明すると、まずコントロール回路４からの
パルスタイミングによって一定周期で電源パルスが供給
されるが、最初に各センサがもっている１６進のアドレ
スカウンタのリセット回路が働き、各センサが全てリセ
ットの状態となる。このようにして各センサ１ａ〜１ｐ
がリセットされると引き続いてセンサ１ａ〜１ｐを駆動
するためのカウントパルスが少なくともセンサの数だけ
供給され、これによってセンサを駆動させると共に内蔵
された１６進のアドレスカウンタのカウント値を同時に
進行させる。そして各センサのディップスイッチがもつ
固有のアドレスとアドレスカウンタの値が一致したセン
サだけが出力をオンし、出力ラインに対して検知出力を
行う。この出力タイミングは電源パルスのオフタイミン
グである。ここで、各センサは並列に接続されているの
で電源パルスがオンのときには全てのセンサが駆動する
が、設定したアドレスとアドレスカウンタのカウント値
が一致していないセンサからは出力が行われないので、
一本の出力ラインのみで相互干渉のない制御を行うこと
ができる。次に、安定入光、不安定入光、遮光の３つの
状態は異なった電圧で出力され、電源ライン５に接続さ
れたコンパレータＣＭＰ１・ＣＭＰ２・ＣＭＰ３に並列
に入力される。

【００１０】次に図２はセンサ群として光電スイッチを
用いた場合のタイミングチャートを示し、電源電圧を８
Ｖ、検知出力がない状態を５Ｖ、光電スイッチの遮光時
レベルを２．５Ｖ、不安定入光時レベルを１．５Ｖ、安
定入光時レベルを０．１Ｖとしたものである。先ず電源
ライン・出力ラインにスタートビットＡに相当する時間
だけ電源電圧を与えると、各光電スイッチが内部クロッ
クによってリセットカウンタを進行させ、アドレスカウ
ンタがリセットされる。続いてリセットカウンタが１周
する時間より短い幅のカウントパルスＢを間歇的に連続
して与えると、その間それぞれの内部クロックによって
各光電スイッチが駆動するが、出力されるのはパルス列
の順に対応したアドレスを有する光電スイッチのみとな
る。また、出力タイミングをパルス列のオフタイミング
Ｃに設定しているので、電源電圧との混同は確実に回避
することができる。これらによって１６個の光電スイッ
チの出力がそれぞれ１Ｖ、２Ｖ、３Ｖの基準電圧を持つ
コンパレータＣＭＰ１・ＣＭＰ２・ＣＭＰ３で比較さ
れ、これらの比較信号がシリアルで逐次コントロール回
路に入力されてゆき、コントロール回路から次段のコン
ピュータなどにパラレルで出力される。そしてここでセ
ンサ群の状況を総合的に判断して設置環境を判断するの
である。

【００１１】図３は上述の多重連結センサユニットに用
いる各センサの回路であり、各センサを光電スイッチと
して用いる場合の内部構成を示したブロック図である。
ここでは供給電源と検知出力との関係を中心に説明す
る。７は電源ラインと出力ラインを共用した外部端子、
８は投光用のＬＥＤ、９は動作表示用のＬＥＤ、１０は
安定出力表示用のＬＥＤ、１１は受光用のフォトダイオ
ードで、増幅回路１２に接続されている。１３はロータ
リー式のディップスイッチで、４ビットで構成されてお
り、これによって１６のアドレスを設定することができ
る。１４は発振器で、電源電圧が与えられるとパルス発
振し、内部クロックとして機能する。１５は電源電圧の
タイミング波形を内部回路に入力するためのクロック検
出回路、１６はＬＥＤ９を点灯させるための入光表示出
力回路、１７はＬＥＤ８および１０を点灯させるための
ドライブ・安定表示兼用回路である。この回路におい
て、先ず外部端子７から電源電圧が供給されると、外部
クロック検出回路１５を介してアンドゲートAND1のゲー
トをオンする。このとき、発振器１４は電源電圧によっ
て発振しているので、AND1からは内部クロックとなる発
振パルスが出力され、リセット用の８進カウンタである
サブカウンタ１８をカウントする。ここで、最初の電源
電圧がクロック８個分以上の長さのスタートビットであ
れば、サブカウンタ１８がカウントアップ信号を出力
し、１６進のアドレスカウンタであるメインカウンタ１
９のカウント値を１にプリセットし、待機状態とすると
ともに、インバータINV1によってサブカウンタ１８への
カウントを中止する。一方、電源電圧が供給されている
間にサブカウンタ１８のカウントが２になれば、アドレ
ス一致検出回路の出力とでアンドゲートAND2を成立さ
せ、ドライブ・安定表示出力兼用回路１７を介してＬＥ
Ｄ８を点灯させ、これをフォトダイオード１１で受け、
増幅回路１２を介して安定用コンパレータＣＭＰ４およ
び入光用コンパレータＣＭＰ５の基準電圧と比較した後
に、それぞれラッチ回路によって検出状態が保持され
る。従って、投光用ＬＥＤ８が点灯するのはアドレスス
イッチの設定値と電源パルスのカウント数が一致したと
きだけであり、複数のセンサ群の検知動作の１周期につ
き１回の動作になるので、他のセンサの投光用ＬＥＤに
よる相互干渉は回避できる。ところで、アドレス一致検
出回路２０からハイが出力されない限り、アンドゲート
AND3がオンしないので、AND4およびAND5は成立せず、従
って検知出力自体も他のアドレスのときには行われるこ
とはない。

【００１２】次に、上述のスタートビットに続いてクロ
ック数が８個未満の長さの等間隔の電源パルス、即ちカ
ウントパルスが入力されると、サブカウンタ１８からは
リセット信号は出力されず、メインカウンタ１９を１つ
づつカウントアップする。ここで、ディップスイッチ１
３によって予め設定されたアドレスと、メインカウンタ
１９のカウント値が一致すればアドレス一致検出回路２
０がハイを出力し、インバータINV2によって外部クロッ
クのオフタイミングでアンドゲートAND3を成立させ、検
知信号を出力するのである。このとき、３レベル出力回
路２１によって遮光時を２．５Ｖあるいは不安定入光時
を１．５Ｖ、安定入光時を０．１Ｖとする３つの状態の
電位を下述する電気回路によって出力ラインに発生させ
るとともに、光電スイッチからの出力がない場合には５
Ｖの電位を発生するようにしている。この回路では電源
がオンのときには光電スイッチの受光回路側では絶えず
待機状態にあるが、設定されたアドレスとメインカウン
タ１９のカウント値が一致しない場合には検知出力は行
われず、一致して始めて出力が行われるというアドレス
スイッチを構成している。従って、１６個の光電スイッ
チの出力タイミングを相互干渉なしに正確に設定するこ
とが可能になる。なお、この回路では電源の供給は間歇
的にしか行われない。ところが、電源がオフタイミング
のときには何らかの手段で内部回路の駆動用の電源を確
保する必要があるので、電源パルスを整流回路２２によ
って整流し、定電圧回路２３によって直流電源を作り、
オフタイミング時でも電源を供給できる構成としてい
る。２４は感度調整ボリウムである。

【００１３】図４にドライブ回路３を含んだ本発明回路
を示す。本回路中２５は正の電源端子で、実施例では８
Ｖが供給される。トランジスタｑ１では電源供給のパル
スタイミングをとっており、トランジスタｑ２によって
トランジスタｑ１のパルスを反転したタイミングで電源
供給を行う。トランジスタｑ２のコレクタ・エミッタ間
には定電流回路２６が接続されている。またトランジス
タｑ２のエミッタと負電源間には降伏電圧が５Ｖに設定
されたツェナダイオードが接続されている。２７・２８
は接続端子で、電源側をドライブ回路からの伝送ライン
とし、反対側を各センサの内部回路としている。トラン
ジスタｑ３、ｑ４、ｑ５はそれぞれ０．１Ｖ、１．５
Ｖ、２．５Ｖの異なった電圧レベルの信号出力手段とし
て機能するもので、伝送ラインに並列に接続され、それ
ぞれのベースにセンサの遮光信号、不安定入光信号、安
定入光信号が入力される。また、トランジスタｑ３のコ
レクタ側には順方向にダイオードＤが設置されている。
２９・３０・３１はそれぞれ過電流制限用の定電流回路
で、定電流回路２６の電流値よりも大きくしてＩＣで構
成されるセンサユニットあるいはトランジスタの破壊を
防止している。なお、上述したように安定入光信号、不
安定入光信号、および遮光信号はそれぞれ選択的にトラ
ンジスタｑ３、ｑ４、ｑ５のベースに入力されるもの
で、これらは何れも電源供給のオフタイミングで発生す
る。この回路構成においては、トランジスタｑ１によっ
てパルスタイミングがとられると、トランジスタｑ２で
これを反転してセンサ内部に電源供給が行われる。続い
て電源供給のオフタイミングで安定入光信号または不安
定入光信号があればダイオードＤの有無によって伝送ラ
イン間に２種類の異なる電圧が生じるが、これを出力端
子３２・３３からとりだせば、センサの検出状況を識別
することができる。また、遮光信号があればツェナダイ
オードＺ１の降伏電圧である２．５Ｖが出力端子３２・
３３に発生する。さらに何れの信号も出力されない場合
には、ツェナダイオードＺ２の降伏電圧が出力端子間に
発生するので、これを検出すればセンサからの出力がな
い状態も識別することができる。

【００１４】また、本実施例のユニットではアドレスス
イッチを用いて個々のセンサの状態を検知しており、ツ
ェナダイオードＺ２で５Ｖの電位を発生させることによ
って確実に故障や断線の診断を行うことができる。即
ち、センサの正常動作である遮光、不安定入光、および
安定入光の全ての状態を検知しているので、そのセンサ
の出力タイミングでこれらのうち何れの出力も行われな
いということは、内部回路の故障か断線であると判断す
ることができるからである。また、何らかの理由によっ
てセンサを故意に接続していない場合でも、５Ｖの電位
が生じるが、センサの使用状態を予めコントロール回路
４に入力しておくことによって、何回か連続して５Ｖが
出力されたときは、各センサの使用状態と照合し、使用
中であるにもかかわらず５Ｖ出力があるときに始めてセ
ンサが故障もしくは断線であると判定し、警報するとい
う自己診断機能を容易に達成することができる。

【００１５】また、コントロール回路４では電源の供給
タイミングとオフタイミングを当然識別することができ
るので、回路の短絡の有無に関しても診断することがで
きる。即ち、電源供給タイミングにおいて８Ｖの電圧を
与えているときには、正常であればコンパレータＣＭＰ
３は動作しないが、回路の一部で短絡が発生すれば電源
供給中でもＣＭＰ３が動作する。従って、コントロール
回路４においてこれを検出し、所定回数連続すれば異常
モードの出力を行うことによって、機器の信頼性を高め
ることも可能である。

【００１６】図５から図９に各状態における等価回路を
示す。ここで図５は電源供給時、図６は電源のオフタイ
ミングにおいてセンサ出力がない場合、図７は電源のオ
フタイミングにおいて不安定入光信号が入力された場
合、図８は同様に安定入光信号が入力された場合、図９
は同様に遮光信号が入力された場合である。ここで図７
において不安定入光信号の入力時にはドライブ回路側の
定電流よりセンサ側の定電流が大きいので、発生電圧は
ダイオードの２ＶＦの値になる。これによって入光時と
発生電圧を異にして２出力を１本の伝送ラインで行うこ
とができる。なお、上記回路で示した電圧値などは一例
であって、実際のドライブ回路およびトランジスタなど
の選択によって適宜変更される。

【００１７】

【発明の効果】本発明は上述したような構成としたの
で、各センサの正常動作における全状態を確実に検知す
ることができると共に、そのセンサの出力タイミングに
おいて検知出力がない状態も出力するようにしたので、
故障や断線を確実に把握することができ、多重連結セン
サとして非常に信頼性が高いものとすることが可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

【図１】多重連結センサユニットを示す概略ブロック
図、

【図２】電源パルスと出力レベルを示すグラフ、

【図３】センサ回路を示すブロック図、

【図４】本発明の入出力回路の一実施例を示す電気回路
図、

【図５】本発明回路における等価回路、

【図６】本発明回路における等価回路、

【図７】本発明回路における等価回路、

【図８】本発明回路における等価回路、

【図９】本発明回路における等価回路である。

【符号の説明】

ｑ１〜ｑ５ トランジスタ Ｚ１・Ｚ２ ツェナダイオード ２１ レベル出力回路 ２２ 整流回路 ２３ 定電圧回路 ２４ 感度調整ボリウム ２５ 電源端子 ２６ 定電流回路 ２７・２８ 接続端子 ２９・３０・３１ 定電流回路 ３２・３３ 出力端子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電源パルスに応じて複数のセンサに並列し
   て間歇的に電源を供給するとともに、上記電源パルスの
   オフタイミングにおいて上記複数のセンサから逐次、信
   号を出力する多重連結センサであって、上記複数のセン
   サからはそれぞれ安定入光、不安定入光、遮光状態を異
   なる電圧で選択的に出力する一方、検知信号の出力がな
   い場合の特定の電位を設定し、上記特定の電位が所定回
   数連続すれば、断線あるいはセンサの不接続等の診断を
   行うことを特徴とする多重連結センサの診断回路。