JPH10214534A - スイッチインタフェース、これを使用したフェールセーフシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】単純でかつ安全なモーメンタリスイッチインタ
フェースを提供し、ひいては装置の価格を低減し、可用
性を向上させることである。 【解決手段】スイッチと接続されたインタフェースがス
イッチが解放されている第１の状態と、スイッチが押下
されている第２の状態と、スイッチが解放されている第
３の状態とを検出した時に出力信号を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はスイッチインタフェ
ースに関し、特にモーメンタリスイッチインタフェース
およびこれを使用したフェールセーフシステムに関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】種々の装置に人間が情報を入力する手段
としてモーメンタリスイッチが広く用いられている。モ
ーメンタリスイッチとは人間が操作しているときのみ接
点の開閉状態が操作していないときと異なるスイッチ、
即ち機械的なロック機構を持たないスイッチでいわゆる
押しボタンスイッチのことである。

【０００３】装置の応用分野によっては装置の誤動作，
誤操作が重大な危険をまねくおそれがある。このような
応用分野では、モーメンタリスイッチの誤操作，モーメ
ンタリスイッチインタフェース回路の誤動作により、装
置が危険な動作をしないように十分な対策が必要であ
る。

【０００４】入力スイッチ類の誤動作防止のために従来
は文献（向殿 政男編：「フォールトトレラントコンピ
ューティング)，MARUZEN Advanced Technology＜電子・
情報・通信編＞，丸善，(１９８９))，ｐ.２１７，図８
−１３に示すようにパルス信号で安全な状態を表わして
いる。インタフェース回路でstuck-at-0またはstuck-at
-1が発生した場合には、パルス列が得られないため、装
置は危険な状態にあると判断して、危険を回避する安全
側の動作をする。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、イン
タフェース回路の故障の大半を占めるstuck-at-0または
stuck-at-1故障により装置が危険側動作をすることを防
止する大変優れた方法である。しかし、パルス発生器な
どの機構が必要となるために装置が複雑になり装置の価
格が高くなるとともに、これらの機構の装置全体の故障
率が高くなり可用性が低下するといった問題がある。

【０００６】本発明の目的は、単純でかつ安全なモーメ
ンタリスイッチインタフェースを提供し、ひいては装置
の価格を低減し、可用性を向上させることにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に、本願発明ではスイッチと接続されたインタフェース
がスイッチが解放されている第１の状態と、スイッチが
押下されている第２の状態と、スイッチが解放されてい
る第３の状態とを検出した時に出力信号を発生すること
を特徴としている。

【０００８】また上記目的を達成するために、本願発明
ではスイッチと接続するインタフェースがスイッチが解
放されている第１の状態と、スイッチが押下されている
第２の状態と、スイッチが解放されている第３の状態と
を検出した時に出力信号を発生し、この出力に基づいて
表示を可変することを特徴としている。

【０００９】また上記目的を達成するために本願発明で
は、スイッチが解放されている第１の状態と、スイッチ
が押下されている第２の状態と、スイッチが解放されて
いる第３の状態とを検出した時に出力信号を発生するス
イッチインタフェースと、インタフェースの出力と接続
し、安全側と定義された第１の処理と、危険側と定義さ
れた第２の処理とを実行する機能を有し、出力信号の発
生により第２の処理を実行する情報処理装置とを有する
ことを特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に従い説明する。

【００１１】図２は本発明が対象とするモーメンタリス
イッチ１の周辺の構成である。モーメンタリスイッチ１
は押下すると接点が閉じ、解放すると接点が開くnormal
lyopen型である。ここで、モーメンタリスイッチ１は解
放すると情報処理部への入力ライン１１にはLow レベル
が入力され、押下するとHighレベルが入力される。従っ
て情報処理装置２は入力ライン１１のレベルによって、
モーメンタリスイッチ１の状態を認知することができ
る。情報処理装置２はインタフェース回路１４とインタ
フェース機能１０と情報処理装置２の本来の目的である
本体処理機能１３を有し、出力ライン１５から出力を出
す。インタフェース回路１４はハードウェアにより、イ
ンタフェース機能１０と本体処理機能１３はソフトウェ
アにより実現するのが現実的である。インタフェース機
能１０は入力ライン１１からの入力に基づき、モーメン
タリスイッチ１が押下されているかどうかを示す信号を
出力ライン１２から出力する。本体処理機能１３はイン
タフェース機能１０の出力ライン１２からの出力に基づ
いて情報処理装置２の本来の目的である機能を実現す
る。

【００１２】また図に示すようにインタフェース機能１
０の出力ライン１２と表示装置１６とを接続し、出力ラ
イン１２からの出力によって点灯させれば、操作者にイ
ンタフェース機能１０がモーメンタリスイッチ１の押下
を認識したかどうかを操作者に知らせることができる。

【００１３】図１はインタフェース機能１０の原理的な
構成を示したものである。「開放」，「押下」とは、モ
ーメンタリスイッチ１の状態を示したものであり、イン
タフェース機能１０では入力ライン１１からの入力が図
のように (1) モーメンタリスイッチが解放状態 (2) モーメンタリスイッチが押下状態 (3) モーメンタリスイッチが解放状態 と状態が順次遷移したときのみモーメンタリスイッチが
押下されたと認識して出力ライン１２から出力を出す。

【００１４】このような機能を実現するためのインタフ
ェース機能１０の状態遷移を図３に示す。まず電源投入
後などの初期化直後には、Ｓ０：ＳＴＡＲＴ状態にな
り、この時の入力ライン１１の値によってＳ１：押下待
ち状態またはＳ４：解放待ち状態となる。Ｓ１：押下待
ち状態はインタフェース機能１０の動作の原点となる状
態である。初期化直後にモーメンタリスイッチ１が押下
されている場合にはＳ４：解放待ち状態となって、モー
メンタリスイッチ１が解放されてからＳ１：押下待ち状
態となる。インタフェース機能１０がＳ１：押下待ち状
態にあるとき、モーメンタリスイッチ１が押下されると
Ｓ２：解放待ち状態に遷移する。続いてＳ２：解放待ち
状態にある時にモーメンタリスイッチ１が解放されると
Ｓ３：押下認識状態となり、出力ライン１２をＯＮ（押
下認識）とするとともに、Ｓ１：押下待ち状態に戻る。
以上のようなインタフェース機能１０の状態遷移によ
り、状態(1）→状態(2）→状態(3）とモーメンタリスイ
ッチ１の状態が遷移したときにのみ、インタフェース機
能１０はモーメンタリスイッチ１が押下されたと認識す
る。

【００１５】これによれば、モーメンタリスイッチ１の
インタフェース回路１４でstuck-at-1故障が発生した
り、モーメンタリスイッチ１の接点が溶着した場合に
は、図４に示すように状態(2）のままとなり、状態(1）
→状態(2）→状態(3）と状態が遷移しないため、故障に
よりモーメンタリスイッチ１が押下されたと認識されな
い。

【００１６】図５はインタフェース機能１０にトグル機
能を加えた構成を示したものである。つまり、状態(1）
→状態(2）→状態(3）と状態が遷移するたびに出力ライ
ン１２をＯＮ，ＯＦＦと繰り返す。これにより、モーメ
ンタリスイッチ１を押下するたびにＯＮ，ＯＦＦを繰り
返すトグル機能を実現することができる。

【００１７】図６はインタフェース機能１０にチャタリ
ング対策を施した構成を示したものである。図２，図３
に示した実施例ではモーメンタリスイッチ１のチャタリ
ングによりモーメンタリスイッチ１の接点がＯＮ／ＯＦ
Ｆを繰り返すために状態(1）→状態(2）→状態(3）と状
態が遷移したと認識してしまう。そこで、ここでは状態
(1）〜状態(3）がそれぞれ一定時間Ｔ１以上継続しか
つ、状態(1）→状態(2)→状態(3）と状態が遷移した時
のみインタフェース機能１０はモーメンタリスイッチ１
が押下されたと認識する。

【００１８】以上のような機能を実現するためのインタ
フェース機能１０の状態遷移を図７に示す。まず電源投
入後などの初期化直後には、Ｓ０：ＳＴＡＲＴ状態にな
り、続いてＳ４：解放継続待ち状態となる。モーメンタ
リスイッチ１が一定時間Ｔ１以上継続して解放されてか
らＳ１：押下継続待ち状態となる。インタフェース機能
１０がＳ１：押下継続待ち状態にあるとき、モーメンタ
リスイッチ１が一定時間Ｔ１以上継続して押下されると
Ｓ２：解放継続待ち状態に遷移する。続いてＳ２：解放
継続待ち状態にある時にモーメンタリスイッチ１が一定
時間Ｔ１以上継続して解放されるとＳ３：押下認識状態
となり、出力ライン１２の出力をＯＮ（押下認識）とす
るとともに、Ｓ１：押下継続待ち状態に戻る。以上のよ
うなインタフェース機能１０の状態遷移により、状態
(1）→状態(2）→状態(3）とモーメンタリスイッチ１の
状態が遷移したときにのみ、インタフェース機能１０は
モーメンタリスイッチ１が押下されたと認識する。

【００１９】以上のような構成により、チャタリングに
より誤ってモーメンタリスイッチ１が押下されたと認識
することを防ぐことができる。またさらに誤って瞬間的
にモーメンタリスイッチ１に触れてしまう誤操作により
モーメンタリスイッチ１が押下されたと認識することを
防ぐこともできる。

【００２０】図８〜図１１はインタフェース機能１０の
判定にタイムアウト機能を付加した実施例である。

【００２１】図８では状態(1）→状態(2）→状態(3）の
状態遷移が一定時間Ｔ２以内に完了しないとモーメンタ
リスイッチ１が押下されたと認識しない実施例である。

【００２２】以上のような機能を実現するためのインタ
フェース機能１０の状態遷移を図９に示す。この状態遷
移は基本的には図６に示すものと同一であるが、Ｓ２：
解放継続待ち状態にある時に一定時間Ｔ２以内にモーメ
ンタリスイッチ１が一定時間Ｔ１以上継続して解放され
ないとタイムアウトとなってＳ４：解放継続待ち状態に
戻る。

【００２３】また図１０では状態(1）→状態(2），状態
(2）→状態(3）の状態遷移がそれぞれ一定時間Ｔ２，Ｔ
３以内に完了しないとモーメンタリスイッチ１が押下さ
れたと認識しない場合の構成である。

【００２４】以上のような機能を実現するためのインタ
フェース機能１０の状態遷移を図１１に示す。この状態
遷移は基本的には図６に示すものと同一であるが、Ｓ
２：解放継続待ち状態にある時に一定時間Ｔ３以内にモ
ーメンタリスイッチ１が一定時間Ｔ１以上継続して解放
されないとタイムアウトとなってＳ４：解放継続待ち状
態に戻る。さらにＳ１：押下継続待ち状態にある時に一
定時間Ｔ２以内にモーメンタリスイッチ１が一定時間Ｔ
１以上継続して押下されないとタイムアウトとなってＳ
１′：押下継続待ち状態に戻り、さらにＴ１以上継続し
て押下されるのを待つ状態つまり、Ｓ１：押下継続待ち
状態となる。つまりＳ１：押下継続待ち状態での押下継
続時間計測はタイムアウトによってクリアされる。また
タイムアウト時には警報を発することにより、モーメン
タリスイッチ１周辺の故障を検出することができる。

【００２５】以上述べた図８〜図１１に示す構成によれ
ば、一定時間継続した後に元に戻るstuck-at-1故障によ
りモーメンタリスイッチ１が押下されたと認識すること
を防ぐだけでなく、故障を検出することができる。ま
た、モーメンタリスイッチ１の接触不良によりチャタリ
ングが止まらない故障を検出することができる。

【００２６】以上、図２に示すようなモーメンタリスイ
ッチ１の周辺の構成を対象に説明を行ったが、図１２〜
図１５のような構成であっても同様の目的を達成できる
ことは言うまでもない。

【００２７】図１２ではモーメンタリスイッチ１は図２
と同様に押下すると接点が閉じ、解放すると接点が開く
normally open 型である。情報処理部への入力ライン１
１が電源Ｖｃｃへ抵抗Ｒを介してプルアップし、かつモ
ーメンタリスイッチ１を介してＧＮＤに接続している。
本実施例ではモーメンタリスイッチ１を解放すると情報
処理部の入力ライン１１の入力ははHighレベルとなり押
下するとLow となる。図１３ではモーメンタリスイッチ
１は図２とは逆に押下すると接点が開き、解放すると接
点が閉じるnormally close型である。回路構成は図２と
同様に情報処理部への入力ライン１１の入力がモーメン
タリスイッチ１を介して電源Ｖｃｃに接続している。本
実施例ではモーメンタリスイッチ１を解放すると情報処
理部の入力ライン１１はHighレベルとなり押下するとLo
w レベルとなる。

【００２８】図１４ではモーメンタリスイッチ１は図２
とは逆に押下すると接点が開き、解放すると接点が閉じ
るnormally close型である。回路構成も図２とは異な
り、情報処理部への入力ライン１１の入力が電源Ｖｃｃ
へ抵抗Ｒを介してプルアップし、かつモーメンタリスイ
ッチ１を介してＧＮＤに接続している。本実施例ではモ
ーメンタリスイッチ１を解放すると情報処理部の入力ラ
イン１１の入力はLow レベルとなり押下するとHihgレベ
ルとなる。

【００２９】図１５ではモーメンタリスイッチ１の押下
すると開き、解放すると閉じるnormally close接点の一
端をＲＳ−フリップフロップ３のＳ入力に、押下すると
閉じ、解放すると開くnormally open 接点の一端をＲＳ
−フリップフロップ３のＲ入力に接続し、normally clo
se接点，normally open 接点の他端を電源Ｖｃｃに接続
したものである。本実施例によれば、モーメンタリスイ
ッチ１を解放するとＲＳ−フリップフロップ３がリセッ
トされ情報処理部の入力ライン１１の入力はLow レベル
となり押下するとＲＳ−フリップフロップ３がセットさ
れてHighレベルとなる。

【００３０】これらのうち図１４は以上述べた各実施例
をそのまま適用できるが、図１２，図１３のような構成
の場合には図１６に示すように極性を逆にすれば良い。
また図１５のような構成の場合にはＲＳ−フリップフロ
ップ３でチャタリングは吸収されるのでチャタリング対
策は不要である。

【００３１】図１７に本発明によるスイッチの使用方法
の実施例を示す。本発明によるインタフェース機能１０
に押下を認識させるためには図１７左に示す解放状態が
一定時間Ｔ１以上続いた後に図１７中央に示すようにモ
ーメンタリスイッチ１を一定時間Ｔ１以上押下したの
ち、図１７右に示すように再びモーメンタリスイッチ１
を解放すればよい。なお表示装置１６（図ではモーメン
タリスイッチ１内に表示装置１６がある。）がある場合
には、インタフェース機能１０が押下を認識すると表示
装置１６が点灯して操作者に知らせる。状態が継続する
時間がＴ１に満たない場合や、状態が遷移しおえる時間
がタイムアウト時間Ｔ２，Ｔ３を超える場合にはインタ
フェース機能１０が押下を認識しないので、表示装置１
６は点灯しない。その場合には再度図１７に示す操作を
繰り返せば良い。

【００３２】図１８は本体処理機能１３の実施例であ
る。本体処理機能１３の出力ライン１５に危険側出力を
出す必要があると判断された場合には、モーメンタリス
イッチが押下されていると判断（処理１００）された場
合に危険側出力を出力し（処理１０１）、そうでない場
合には安全側出力を出す（処理１０２）。ここで言う危
険側出力とは、正常な処理に基づき出力されると安全で
あるが、誤った処理に基づき出力されると危険な自体を
まねく出力である。また安全側出力とは誤って出力され
ても安全である出力である。例えば鉄道制御の分野では
列車を停止させるブレーキ出力が安全側出力，列車を加
速させる出力が危険側出力である。

【００３３】また、本体処理機能に安全側と定義し、列
車を停止させるためにブレーキを動作させる制御を行う
処理と、危険側と定義して列車を加速させるための制御
を行う処理とを実行させる機能をもたせて、上述したモ
ーメンタリスイッチ１のインタフェース機能１０の出力
が入力されるように接続し、モーメンタリスイッチ１が
押下されたと認識して、モーメンタリスイッチ１のイン
フフェース機能が出力信号を出力した時に危険側と定義
した加速させるための処理を行い、モーメンタリスイッ
チ１のインタフェース機能が出力信号を発生させない時
に安全側と定義したブレーキ処理を行うようにしてもよ
い。

【００３４】このように、本発明のモーメンタリスイッ
チ１のインタフェース回路１４，インタフェース機能１
０をフェールセーフを行う装置へ簡単に応用することが
できる。

【００３５】本発明によれば、単純なモーメンタリスイ
ッチインタフェースにより、モーメンタリスイッチまた
はインタフェース回路の故障により危険側出力が決して
出されることのないフェールセーフシステムを実現でき
る。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、単純でかつ安全なモー
メンタリスイッチインタフェースが実現でき、ひいては
装置の価格を低減し、可用性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の基本的な実施例。

【図２】本発明が対象とするモーメンタリスイッチ周辺
の構成。

【図３】図１の実施例を実現するためのモーメンタリス
イッチインタフェース機能１０の状態遷移。

【図４】モーメンタリスイッチstuck-at-1故障時の動
作。

【図５】トグル動作機能を付加した実施例。

【図６】チャタリング対策を施した実施例。

【図７】図６の実施例を実現するためのモーメンタリス
イッチインタフェース機能１０の状態遷移。

【図８】タイムアウト監視機能を付加した実施例。

【図９】図８の実施例を実現するためのモーメンタリス
イッチインタフェース機能１０の状態遷移。

【図１０】タイムアウト監視機能を付加した実施例。

【図１１】図１０の実施例を実現するためのモーメンタ
リスイッチインタフェース機能１０の状態遷移。

【図１２】本発明が対象とするモーメンタリスイッチ周
辺の構成。

【図１３】本発明が対象とするモーメンタリスイッチ周
辺の構成。

【図１４】本発明が対象とするモーメンタリスイッチ周
辺の構成。

【図１５】本発明が対象とするモーメンタリスイッチ周
辺の構成。

【図１６】図１２，図１３の構成のための本発明の基本
的な実施例。

【図１７】本発明によるスイッチの使用方法。

【図１８】フェールセーフシステムの実施例。

【符号の説明】

１…モーメンタリスイッチ、２…情報処理装置、３…Ｒ
Ｓ−フリップフロップ、１０…インタフェース機能、１
１…入力ライン、１２…出力ライン、Ｓ０〜Ｓ４…イン
タフェース機能１０の内部状態。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮崎 直人 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチが解放されている第１の状態と、
   上記スイッチが押下されている第２の状態と、 上記スイッチが解放されている第３の状態とを検出した
   時に出力信号を発生することを特徴とするスイッチイン
   タフェース。
2. 【請求項２】請求項１記載のスイッチインタフェースに
   おいて、 上記第１，第２，第３の状態を検出する毎に出力信号を
   反転させることを特徴とするスイッチインタフェース。
3. 【請求項３】請求項１記載のスイッチインタフェースに
   おいて、 上記第１，第２，第３の状態がそれぞれ一定時間以上検
   出された時に上記出力信号を発生することを特徴とする
   スイッチインタフェース。
4. 【請求項４】請求項１記載のスイッチインタフェースに
   おいて、 上記第１の状態の検出から一定の時間以内に上記第３の
   状態を検出したときに上記出力信号を発生することを特
   徴とするスイッチインタフェース。
5. 【請求項５】請求項１記載のスイッチインタフェースに
   おいて、 上記第１の状態の検出から一定の時間以内に上記第２の
   状態を検出し、かつ上記第２の状態の検出から一定の時
   間以内に上記第３の状態を検出したときに上記出力信号
   を発生することを特徴とするスイッチインタフェース。
6. 【請求項６】請求項４又は請求項５記載のスイッチイン
   タフェースにおいて、 上記第２の状態を検出した後、一定の時間以内に上記第
   ３の状態を検出しなかったときに、誤り検出信号を発生
   することを特徴とするスイッチインタフェース。
7. 【請求項７】スイッチが解放されている第１の状態と、
   上記スイッチが押下されている第２の状態と、上記スイ
   ッチが解放されている第３の状態とを検出した時に出力
   信号を発生するスイッチインタフェースと、 上記スイッチインタフェースの出力と接続し、上記スイ
   ッチインタフェースの出力に基づいて表示を可変する表
   示装置とを備えたことを特徴とするインタフェース装
   置。
8. 【請求項８】スイッチが解放されている第１の状態と、
   上記スイッチが押下されている第２の状態と、 上記スイッチが解放されている第３の状態とを検出した
   時に出力信号を発生するスイッチインタフェースと、 上記インタフェースの出力と接続し、安全側と定義され
   た第１の処理と、危険側と定義された第２の処理とを実
   行する機能を有し、上記出力信号の発生により第２の処
   理を実行する情報処理とを有することを特徴とするフェ
   ールセーフシステム。