JPH0588009B2

JPH0588009B2 -

Info

Publication number: JPH0588009B2
Application number: JP6008087A
Authority: JP
Inventors: Fusashi Tashiro; Hiroshi Sato; Sumio Oomura; Hiroyuki Akyama
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-03-17
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1993-12-20
Also published as: JPS63227117A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、それ自体が故障した場合に出力が必
ず一定の状態に固定する特性を利用し、その状態
をシステムの安全側制御信号として用いる、いわ
ゆるフエイルセイフ形論理演算素子に係り、特
に、この種素子のうち、真理値を交番信号の周波
数値で表わし、周波数次元で論理演算を行う周波
数論理素子の故障発生時の信号制御方法を改良し
た信号処理方式に関する。

〔従来の技術〕

フエイルセイフ形論理演算素子については、従
来から種々の方式が提案されている。これらは、
真理値の数、他の素子の故障を検知する能力の有
無等により分類される。まず、真理値の数では、
２値形と３値形の論理演算素子がある。２値形の
素子は、「１」または「０」のいずれか一方を出
力するもので、故障時にはその出力がどちらか一
方に固定する。２値形の代表的な素子としては、
電磁リレーが知られており、故障した場合、ほぼ
確実に接点がオフとなる物理特性がフエイルセイ
フ性として利用される。このような、物理的なフ
エイルセイフ性を半導体素子で得ることは、現在
ほとんど不可能である。

従つて、半導体を用いたフエイルセイフ形論理
素子は、その出力として「１」、「０」の真理値以
外に、故障時の出力値（一般に「φ」と呼ばれる
値）を有する３値形を採用している。

周波数論理方式は、前述の分類に従うと、３値
形の論理素子で、かつ、他素子の故障、すなわち
「φ」信号の識別能力を持つたフエイルセイフ方
式である。この種周波数論理素子に関する従来技
術として、例えば、特開昭59−28725号公報等に
記載された技術が知られており、以下、従来技術
による周波数論理について図面により説明する。

第４図は２入力の周波数論理素子のシンボルと
真理値を示す図、第５図は複数の周波数論理素子
を配列した論理回路の異常信号の伝わり方を説明
する図である。第４図、第５図において、１〜４
は周波数論理素子ある。

第４図において、周波数論理素子１のＡとＢは
信号入力であり、Ｃは信号出力である。入力Ａ，
Ｂ、出力Ｃにおける真理値「１」は周波数_H、
「０」は周波数_L、故障表示信号「φ」は周波数
_Eまたは直流の各周波数が割当てられている。

第４図のNo.１〜No.４の項は、周波数論理素子１
が、NOT〜ENORの各論理のいずれか１つを正
常に実行した場合の入力Ａ，Ｂと出力Ｃを示して
おり、No.５〜No.９は、入力Ａ，Ｂのうち少なくと
も１つに他の周波数論理素子から故障表示信号
「φ」（_E）または、他素子が動作を完全に停止し
たと見られる直流信号が加えられた場合の入力
Ａ，Ｂと出力Ｃを示している。

ここで、故障検知以降の出力方式を２つに分類
することができる。第１は、１つでも故障表示入
力があつた場合には、出力を全て_Eとする方式で
あり、第２は、第４図No.５，６におけるOR論理
の如く、正常な一方の入力_Hのみで正常出力力を
一意に決定できる場合に限り、正常値_Hを出力す
る方式である。一般に、第１の方式はＣ形フエイ
ルセイフ、第２の方式はφ形フエイルセイフと呼
ばれている。第４図に_E(L)等と記した部分は、括
弧内がφ形の出力を示している。

さて、このような周波数論理素子を配列して論
理回路を構成し、素子の１つが故障した場合の故
障信号の伝わり方の一例を第５図により説明す
る。

第５図は、夫々、NOR、OR、EORの論理を
実行する周波数論理素子２〜４による論理回路を
示しており、各周波数論理素子２〜４は、Ｃ形フ
エイルセイフのものとする。

今、周波数論理素子２が故障し、その出力が直
流電圧になつたとすると、周波数論理素子３は、
これを検知し、素子３の出力をそれまでの出力_L
から_Eに変更する。次段に接続される周波数論理
素子４は、同様にこの_E入力を検知してその出力
_Hから_Eに変更する。このようにして、周波数論
理素子を用いた論理回路は、その１箇所に故障が
生ずると後段の素子出力が次々と_Eに変更され
て、最終的なシステム出力を_Eとするので、外部
から故障の発生を容易に検知できる。

ここで、周波数論理素子３にφ形のフエイルセ
イフ特性を与えた場合について考えると、素子３
は、一方の入力に_Hがあるため、素子２からの入
力の如何にかかわらず、その出力を_Lとする。従
つて、素子４の出力も_Hで不変であるが、出力の
安全性には変りない。

このように、Ｃ形、φ形のいずれの周波数論理
素子を用いても、システムの出力をフエイルセイ
フ信号として用いることができる。

次に、前述した従来技術による周波数論理素子
の具体的な構成と動作を図により説明する。

第６図は従来技術による周波数論理素子の内部
ブロツク図、第７図は第６図におけるメモリのメ
モリマツプを示す図、第８図は第６図の素子の動
作タイムチヤートである。第６図において、７は
周波数加算部、１８，２０はサンプリング回路、
２２はEOR論理回路、２４はクロツク発生器、
３０は交番信号発生回路、３４は周波数比較回
路、４０はアドレス回路、４４はタイミング回
路、５４はメモリ、６０はデータ切換回路、６２
はラツチ回路、６４は論理出力回路、６６はエラ
ー検知回路、６８は故障検知出力回路である。ま
た、１０１，１０２は入力端子、６は出力端子、
１７は自己故障検知信号出力端子である。

第６図に示す周波数論理素子は、クロツク発生
器２４からのクロツク信号３８で駆動されるアド
レス回路４０のアドレス信号４２と、このアドレ
ス信号４２を受けるタイミング回路４４による複
数のタイミング信号群が、各機能部を周回的に時
分割に動作させるように構成されている。メモリ
５４は、第７図に示すように、時分割されたタイ
ムスロツトt₁〜t₆の夫々で読出される参照周波数
データ５６と出力周波数データ５８を記憶してお
り、アドレス回路４０からの信号により周回的に
これらを出力している。

入力端子１０１，１０２からの所定の周波数を
もつた論理入力信号は、周波数加算部７におい
て、サンプリング回路１８，２０及びEOR回路
２２により加算され、その加算結果が周波数比較
回路３０に与えられる。図示周波数論理素子は、
この入力信号の加算周波数１４を前述の参照周波
数データ５６と比較し、その比較結果により、出
力周波数データ５８の１つの周波数を論理出力値
を示す周波数信号として論理出力回路６４から出
力端子６に出力することによつて、周波数次元に
おける論理演算を行つている。

第６図に示す周波数論理回路がOR論理を実行
する場合の動作が第８図のタイミングチヤートに
示されている。この例では、論理「１」、「０」に
対応する周波数信号を夫々、_H＝300Hz、_L＝50
Hz、故障表示信号を、_E＝０Hzとしている。従つ
て、端子１０１，１０２の入力信号の組合せによ
り周波数加算部７は、次のような加算出力信号１
４を出力する。すなわち両入力信号が共に_Hのと
き600Hz、_Hと_Lのとき350Hz、共に_Lのとき100
Hzである。これに対し、タイムスロツトt₁〜t₄
で、交番信号発生回路３０は参照周波数620，
330，120，90Hzを順次発生させる。

いま、例えば、入力端子１０１，１０２からの
入力信号が共に_Hであるとすると、第８図Ａに示
すように、タイムスロツトt₁とt₂の間で参照周波
数と加算出力信号１４の周波数の大小関係が反転
する。この結果、周波数比較回路３４の出力信号
３６がタイムスロツトt₁とt₂の間で立下り、タイ
ムスロツトt₂における出力データ_Hがラツチ回路
６２にラツチされ、出力タイムスロツトt₅におい
て、交番信号発生回路３０から出力され、論理出
力回路６４を介して出力端子６に出力される。

第８図Ｂは出力として_Lを発生する場合、第８
図Ｃは故障表示入力_Eが与えられ、出力として_E
を発生している場合の様子を示しているがその動
作は、第８図Ａの場合と同様である。

また、詳細な説明は省略するが、第６図に示す
周波数論理素子は、タイムスロツトt₆において、
自己故障検知信号出力端子１７に、_H，_L，_Eと
は異なる特定の周波数信号を出力しているが、自
己素子に故障等が発生した場合には、この周波数
信号の発生を停止し、他の装置に自己の障害を知
らせることが可能である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、前述した従来技術における周波数論理
素子における故障表示信号_Eの取扱い方法では、
異常表示信号の発生に基づいて、他の正常な論理
回路を制御することが不可能である。すなわち、
正常な論理回路は、入力信号として_Eが入力され
た場合、_Eを出力するか、もしくは無視するかの
いずれかである。このため、前述した従来技術に
よる周波数論理素子による論理回路は、正常な論
理値_Hまたは_Lをもつて異常入力が加えられたこ
とを外部に表示できず、例えば、システムの一部
の故障時に対応した制御用論理を構成することが
できないという問題点がある。

また、従来技術による周波数論理素子は、素子
自体が自己の内部動作状態を常時サイクリツクに
チエツクし、正常な場合にのみ論理出力端子とは
別に設けた故障検知出力端子から交番信号を出力
しているが、この周波数は、前述したように論理
周波数と一致しない。従つて、前記従来技術は、
この信号の交番停止をもつても通常の論理回路を
動作させることができないため、先に述べた_E信
号に対するのと同様な問題点を有する。

本発明の目的は、前述した従来技術の問題点を
解決し、故障対応制御論理の設計を可能とする周
波数論理素子における信号処理方式を提供するこ
とにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、周波数論理素子
の時分割周波数比較機能および時分割周波数発生
機能を利用し、周波数論理素子の時分割動作のタ
イムスロツト群に周波数変換用タイムスロツト群
を付加することにより達成される。

〔作用〕

周波数変換用タイムスロツト群を有する周波数
論理素子は、他の周波数論理素子で発生した故障
表示信号_E又は０Hz信号を検出し、これを正常な
論理信号_H，_Lあるいは他の周波数をもつ交番信
号に変換して出力することが可能となる。従つ
て、これらの信号を受ける故障対応制御論理は、
正常な論理信号を受けて故障に対処するための論
理を実行することが可能である。また、周波数論
理素子内に周波数変換用のタイムスロツト群を付
加することによるハードウエア量の増加はわずか
であり、この様な素子をシステム中に多数配置す
ることによるハードウエア量の増加は最小限度に
とどめることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による信号処理方式の一実施例を
図面により詳細に説明する。

第１図は本発明が適用された周波数論理素子の
本発明に関連する部分のブロツク図、第２図はメ
モリマツプを示す図、第３図は動作タイムチヤー
トである。第１図において、１０４はセレクタ回
路、１０５は周波数変換出力回路、１０３は変換
用入力端子、１０６は変換出力端子であり、他の
符号は第６図に示す従来技術による場合と同一で
ある。

第１図に示すブロツク図は、第６図に示す従来
技術による周波数論理素子に、本発明により付加
された部分とその周辺の構成のみを示しており、
本発明が適用された周波数論理素子は、周波数加
算部７からの加算信号と本発明により設けられた
変換用入力端子１０３からの異常表示信号とを選
択して周波数比較回路３４に加えるセレクタ回路
１０４及び交番信号発生回路３０からの多重化周
波数信号から周波数変換後の周波数信号を出力す
る周波数変換出力回路１０５が設けられている点
で、第６図に示す従来技術の周波数論理素子と相
異する。また、メモリ５４の内容は、第２図に示
すように新たに付加したタイムスロツトt₇〜t₉の
ための参照周波数データと出力周波数データが増
設されたものとなつている。

本発明による周波数論理素子は、第３図に示す
タイムチヤートに従つて動作し、全動作がタイム
スロツトt₁〜t₉を１演算周期として実行される。
タイムスロツトt₁〜t₆は、従来技術による場合と
全く同様に、周波数次元における論理演算機能と
自己故障検知機能を実行し、タイムスロツトt₇〜
t₉は、本発明により周波数変換動作を行うタイム
スロツトである。

変換用入力端子１０３からの入力信号は、タイ
ムスロツトt₇〜t₈においてセレクタ回路１０４よ
り周波数比較回路３４に与えられる。このとき、
交番信号発生回路３０の出力信号は、メモリ５４
から読出された参照用の周波数₁₁，₁₂となつて
いる。周波数比較回路３０によるこれらの比較結
果は、すでに従来技術の場合に説明したと同様
に、比較結果信号３６の立下りタイミングとなつ
て現われるので、この変化により、ラツチ回路６
２には、出力周波数データ_Hまたは_Lがラツチさ
れ、出力タイムスロツト９において周波数信号に
変換される。この出力信号が周波数変換出力回路
１０５を介して変換出力端子１０６に出力される
ことになる。

本発明は、この周波数変換動作における参照周
波数₁₁及び₁₂を適当に選択することにより、前
述した従来技術における問題点の全てを解決する
ことが可能となる。

すなわち、参照周波数₁₁を論理信号_Hの周波
数よりやや高く、参照周波数₁₂を論理信号_Lの
周波数よりやや低く設定すると、変換入力端子１
０３からの入力信号が_Hまたは_Lの正常信号の場
合、変換出力端子１０６からの出力信号は、常に
_Hの交番信号を出力しており、入力の信号の交番
が停止するか、故障表示信号_Eのような低い周波
数になると、変換出力端子１０６からの出力信号
は、_Lの交番信号を出力して異常入力が発生した
ことを正常論理信号で外部に表示する。従つて、
この周波数変換機能を利用することにより、シス
ムの要所において論理信号を監視し、異常の発生
に備えることが可能となる。また、この機能自体
は、自己故障検知機能により常時チエツクを受け
ており、素子内部の故障によつて変換出力端子１
０６の出力信号が誤つて、正常を示す論理信号_H
に固定されることがなく、フエイルセイフ性も保
持される。さらに、前述のように、周波数変換機
能を素子の一部に組込むことにより、システム中
に別途監視装置を設ける必要がなくなり、周波数
論理素子自体は、LSI（大規模集積回路）化が可
能であるから、システムとしてもハードウエアの
増加をほとんど必要とせずに構成することができ
る。

周波数変換動作における参照周波数₁₁を故障
検知出力回路６８から端子１７に出力される自己
検知出力信号の周波数よりやや高く、参照周波数
₁₂を自己故障検知出力信号の周波数よりやや低
く設定し、端子１０３に他の周波数論理素子の端
子１７の出力信号を入力すると、端子１０３，１
０６は、故障検知信号の交番の有無を論理信号
_H，_Lの組合せに変換するために利用することが
できる。

また、周波数論理素子の周波数変換機能は、前
述したような故障に対応する機能を行い得るほ
か、交番信号によるフエイルセイフ性を保つたま
ま交番信号をレベル信号に変換する場合にも有効
に利用することができる。

すなわち、このような変換は、交番信号を増幅
し整流した後、電磁リレーをドライブして行うの
が一般的であるが、_Hと_Lの周波数値が近い場
合、厳密な周波数フイルタが必要となり、コスト
高となる点とスペースの点で不利であつた。そこ
で、本発明においては、参照周波数₁₁を_Hの周
波数よりやや高く、₁₂を_Hと_Lの中間の周波数
に設定するとともに、タイムスロツトt₇とt₈で発
生する出力周波数をその周波数差の大きい_H，_L
とは異なる出力周波数に設定する。これにより、
この出力を用いて電磁リレーのオン、オフ制御を
行う場合、極めて簡単なフイルタ、すなわち、コ
イルやコンデンサのみによるフイルタを用いてリ
レーをドライブすることが可能となり、論理信号
を容易にレベル信号に変換することができる。

前述したように、本発明を適用した周波数論理
素子は、その変換入力端子に入力される故障表示
信号、正常な論理信号等の交番信号を受けて、正
常な真理値信号を出力することができ、また必要
により任意の周波数を持つ交番信号を出力するこ
とができる。また、変換入力端子には、上記以外
の周波数を有する他装置からの交番信号が入力さ
れてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、周波数論
理素子を用いて論理回路において、素子に故障が
発生した場合、その発生事象をもつて、故障対応
回路を通常の論理周波数で起動することが可能と
なる。しかもそのためのハードウエア量の増加は
ほとんどない。さらに、素子出力で電磁リレーを
ドライブする際の論理値を識別するためのフイル
タを簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が適用された周波数論理素子の
本発明に関連する部分のブロツク図、第２図は素
子内で用いられるメモリのメモリマツプを示す
図、第３図は本発明の動作タイムチヤート、第４
図は従来技術による２入力周波数論理素子のシン
ボルと真理値を示す図、第５図は複数の周波数論
理素子を配列した論理回路の異常信号の伝わり方
を説明する図、第６図は従来技術による周波数論
理素子の内部ブロツク図、第７図は第６図におけ
るメモリのメモリマツプを示す図、第８図は第６
図の素子の動作タイムチヤートである。１〜４……周波数論理素子、７……周波数加算
部、１８，２０……サンプリング回路、２２……
EOR論理回路、２４……クロツク発生器、３０
……交番信号発生回路、３４……周波数比較回
路、４０……アドレス回路、４４……タイミング
回路、５４……メモリ、６０……データ切換回
路、６２……ラツチ回路、６４……論理出力回
路、６６……エラー検知回路、６８……故障検知
出力回路、１０４……セレクタ回路、１０５……
周波数変換出力回路。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも２つの真理値の夫々に特定の周波
数を割り当て、その周波数信号を用いて論理演算
を行い、その結果を周波数信号で出力する素子で
あり、かつ、その論理演算処理を共通の回路を用
いて時分割処理により実行する論理素子におい
て、前記時分割処理に、自素子内の故障の有無を
示す信号を任意の周波数信号に変換する処理を付
加したことを特徴とする信号処理方式。２前記故障の有無を示す信号を任意の周波数信
号に変換する処理が、故障の有無を示す信号の２
つの真理値のいずれか一方の真理値に対応する周
波数信号に変換する処理であることを特徴とする
特許請求の範囲第１項記載の信号処理方式。３少なくとも２つの真理値の夫々に特定の周波
数を割り当て、その周波数信号を用いて論理演算
を行い、その結果を周波数信号で出力する素子で
あり、かつ、その論理演算処理を共通の回路を用
いて時分割処理により実行する論理素子におい
て、前記時分割処理に、前記２つの真理値とは別
に、周波数信号で与えられる２つの真理値のいず
れか一方の真理値に対応する周波数信号を任意の
周波数信号に変換する処理を付加したことを特徴
とする信号処理方式。４前記２つの真理値とは別に、周波数信号で与
えられる２つの真理値のいずれか一方の真理値に
対応する周波数信号を任意の周波数信号に変換す
る処理が、前記別に与えられる２つの真理値のい
ずれか一方の真理値に対応する周波数信号に変換
する処理であることを特徴とする特許請求の範囲
第３項記載の信号処理方式。