JPS60262202A - コントロ−ラのフエイルセ−フ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、コントローラの７工イルセー７機能に係り、
特にコントローラの信号処理としてマイクロコンピュー
タを用いたコントローラの７エイルセー７装置に関する
。

〔従来の技術〕

近年、信号処理内容が高度化できることから。

例えば冷暖房用の温度コントローラにマイクロコンピュ
ータを用いることが行わｎている。室内の温度を温度セ
ンサにより検出し、室温が所望の温度設定値になるべく
冷暖房機ＹＯＮ１０ＦＦ運転するような冷暖房用の温度
コントローラ忙あっても。

複雑なタイマ機能をもたせる要求や上位のコントローラ
とのデータのやりとりの必要から、信号処理部としてマ
イクロコンピュータが用いらｎる工うになってきている
。

しかしながら、マイクロコンピュータは、信号処理を行
うＣＰＵやメモリ機能を有するＲＯＭ。

ＲＡＭに異常が発生することがらり、こｎが原因で温度
コントローラが、暖房要求や冷房要求乞出し続けるとい
った異常が発生することがある。更に不都合なことには
、マイクロコンピュータ自身が信号処理ヲ実行している
ことから、この工うな異常状態の発生を外部に対して何
ら表示することができない。

こｎに対して従来に１機械式のサーモのリミットスイッ
チを設け、過度の暖房状態や冷房状態にあるときはマイ
クロコンピュータの指示に関係な、ＩＩ　＜冷暖房機０
運転を強制１的３停止させるといった構成乞とることで
、フェイルセーフ性をもたせていた。このような従来技
術の構成は、マイクロコンピュータ自身の異常を直接監
視するものでにないことから、異常状態の検出が遅ｎる
ことになり必ずしも十分なものとは言えなかった０〔発
明の概要〕 本発明にかかる事情に鑑みてなさｎたものであって、直
接コントローラのマイクロコンピュータ自身の異常を検
出するものであり、異常事態の発生時には直ちに駆動装
置の運転を停止させるとともに、この異常事態の発生を
ランプやブザー等の表示手段をもって外部に知らせるよ
うにしたコントローラの７エイルセーフ装置な提供する
ものである。しかも異常事態の発生の検出手段自らが７
エイルセー７性をもつものであることから、極めて信頼
性の高いコントローラとなるものである。

なお５本発明は温度コントローラに限らｎることになく
、被制御量乞制御するすべてのコントローラに適用でき
るものであるが、説明の便宜上。

温度コントローラｔ１１１って本発明の詳細な説明する
ものである。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明に係る温度コントローラの一実施例を示
し説明する。図において、１にマイクロコンピュータで
あって、ＣＰＵ２．ＲＯＭ３．ＲＡＭ４から構成さ几る
。５は設定器であって、こｎＫよって設定さｎる所望の
温度設足値ＴＳＰば■１０ボート乞介してマイクロコン
ピュータ１に読み込′！Ｆｆ′Ｌる。６は従来から周知
である７エイルセー７性乞有するリレードライブ回路で
ある。マイクロコンピュータ１の出力Ｖ　ｕ　ｔｒｙ　
工／ｇボートを介してこのリレードライブ回路６に接続
さ扛るが。

Ｖｕが所定の一定周期のパルス出力であるときのみリレ
ードライブ回路６のリレーに１が励磁さｎる。リレーに
１が励磁さｎると、リレーに−１の接点に１−１が閉成
さｎ駆動機７に電源が供給さｎ運転が開始さｎる。この
駆動機７に設定器５によって設定さｎる所望の温度を達
成すべく運転されるものである。出力Ｖｕに、更に光放
電回路８に接続さｎる。光放電回路８の出力ＶＩＮは比
較器９の非反転入力端子（ト）に接続さｎ１反転入力端
子←）に接続さｎる抵抗Ｒ３，Ｒ４に裏って決する基準
′電圧■Ｒと比較さｎる。この比較器９の出刃ＶＴはト
ランジスタＱ１のベースに接続され、ＶＴの出力がＨｌ
のときこのトランジスタＱＩＵＯＮする。このトランジ
スタＱ１のコレクタは、温度センサであるサーミスタ１
０と抵抗Ｒ２の中点に接続さｎる。この中点の電圧は、
制御対象の温度検出値ＴＰｖとして　Ｉ７．ポートを介
してマイクロコンピュータ１円に読み込１れるものであ
る０仄に、＠グルツクの動作について簡単に説明する。

従来から周知であるリレードライブ回路６はコンデンサ
Ｃ２、Ｃ３，ダイオードＤＩ、Ｄ２゜トランジスタＱ３
．　リレーに１から構成さ扛る。

前述の■１０ポートからの所定の周期のパルス出力Ｖｕ
に工ってトランジスタＱ３が０Ｎ１０ＦＦ　Ｌ。

コンデンサＣ２にこの周期に対応して光電が繰返さｎる
とともに、この周期に対応して放電が繰返さｎ、リレー
に１が励磁さｎるものである。コンデンサＣ３Ｕトラン
ジスタＱ３がＯＦＦすることでコンデンサＣ２の光電が
実行さｎでいるときリレーに１’ａ？励磁し続けさせる
ために設けらｎるものである。すなわち、リレードライ
ブ回路６は、マイクロコンピュータ１の出力Ｖｕが所定
の一足周期のパルス出力であるときのみリレーに１を励
磁し続けるという、いわばパルス検出器の機能を果すも
のであり、しかもこの回路はトランジスタＱ３がオープ
ン故障、ショート故障のいずｎに対しても動作すること
がないというフェイルセーフ性を写している。

光放電回路８ば、抵抗Ｒ１，コンデンサＣＩ。

クエナータ゛イオードＶｚ□、ＶＺ２　から構成さｎる
。

コンデンサＣ１は、ＶｕがＨｌのときツェナーダイオー
ドＶｚ１のツェナー電圧１で光電さｎるべく光放電回路
８の出力■工ＮＶ上昇させるものであり。

Ｖ　ｕ　カＬ　ＯのときはツェナーダイオードＶＺｇの
ツェナー電圧１で放電さするべくＶＩＮを下降させるも
のである。すなわち光放電回路８に安定したツェナー電
圧をもって安定した光放電を繰返すよう、：：：□　構
成さｎる。

比較器９ｔｌ！、ＶＩＮとＶＲの大小を比較し。

■１Ｎ≧ｖＲのときＶＴをＨｌに転するＶＩＮ＜ＶＲの
とき■Ｔ乞ＬＯに転するとするよう動作する。ここで比
較器９の反転入力端子←）に入力さｎる基準電圧ｖＲは
、比較器９の出力ｖＴがＬＯのときはｖＴに接続さｎる
トランジスタＱ２がＯＦＦするため高い電圧値ＶＲ□に
セントさｆ’Ｌ、ＶＴがＢ１のときはトランジスタＱ２
がＯＮするため抵抗Ｒ５による低い電圧値ＶＲ２にセッ
トさｎる。すなわちＶＩＮが上昇し、ｖＲ＝ｖＲ。

エフ大きくなるとｖＴはＨｌに転するが、同時にＶｉｓ
低い値ＶＲ２にセットされるのでヒステリシスをもたせ
ることができ、比較器９の安定した動作が実現されるこ
とになる。

制御対象の温度を測定するサーミスタ１０の特性に１本
実施例にあってはその温度の上昇とともにその抵抗値の
減少するものを用いている。こｎから比較器９の出力ｖ
ＴがＬＯであることによシトランジスタＱ１がＯＦＦ　
しているときは、サーミスタ１０と抵抗Ｒ２にニジ決す
る電圧値’ｒｐｙｉ正しく制御対象の温度を表わしてい
るものであるが。

ＶＴがＨｌに転することでトランジスタＱ１がＯＮする
とショート状態になるため極めて高い擬似温度に設定さ
ｎることになる。

マイクロコンピュータ１のＲＯＭ３にＵ、ＣＰ”Ｕ２を
制御するプログラムが書き込’Ｉｎておシ。

ＣＰＵ２はこのプログラムに従って第２図に示すフロー
チャート？実行する。矢に、この第２図に示すフローチ
ャート乞説明する。ＣＰＵ２にはソフトタイマである判
断サイクルタイマが設けられており、所定の時間間隔ｔ
ｄの時間に達したかを常にチェックしている。この判断
サイクルタイマの時間間隔がｔｄＫ達したときＣＰ［，
１２はＩ７．ボー１と実施例では省略し穴がルの変換器
を介してＴＢＰとＴＰＶのデータ値？読み込む。仄に、
このＴ’ｓｐと’ｒｐｖの大きさを比較し。

Ｔ’ｐｖ≧ＴＳＰのときはＶｕをＬＯにセットＴＰＴ＜
ＴＥＩＰのときＵＶｕをＨｌにセントするとともに２判
断サイクルタイマを初期値であるゼロにリセットする。

判断サイタルタイマが時間間隔ｔｄＫ違していないとき
は１本発明に係る処理以外の仕事なしているものである
。

仄に、こわらの谷ブロックの動作の相互関係ぞ示す第３
図のタイムチャートを用いて本発明の詳細な説明する。

第３図はＴＰＴが’ｒＢｐｚり小さいときの不発明の実
施例の動作を示すものである。すなわち制御対象の温度
が所望の温度設定値エフ低いことを意味するものであっ
て、いわば熱要求をすることによってヒータ等の駆動機
１を運転することでＴＰＴ’ＹＴ８Ｐに上げていこうと
する例？示している。前述したように１判断サイクルタ
イマの時間間隔がｔｄに達する毎に、ＣＰＴＪ２はＴｓ
ＰとＴＰｖの大きさ？比較する。ここではＴＦＶ＜ＴＳ
Ｆとしているので、ＣＰＵ２Ｕ第２図に示すフローチャ
ートに従ってＶｕ′４ｒ：Ｈｌにセクトすることになる
。ＶｕがＨｌにセットされｎば、　Ｖ工Ｎｒｃツェナー
ダイオードＶｚ□のツェナー電圧に向けて上昇すること
になるが、この値が基準電圧ｖＲ□に達するとＶＴＵＨ
ｌに転じ、こｎによりトランジスタＱ１はＯＮすること
になる。トランジスタＱ１がＯＮすると、前述した工う
にＴＰＴに擬似的に極めて高い温度にセットさｎること
になる。判断サイクルタイマのタイムアツプ毎に繰返さ
ｎる判断によりＣＰＵ２がこのＴＰｖの逆転な検出する
と、ＣＰＵ２に今度はＶｕをＬＯにセットすることにな
る。

こｎに工りＶＩＮに今度にツェナーダイオードＶＺ２の
ツェナー電圧に向けて下降することになり、この値がＶ
Ｒ□から変化した基準電圧ＶＲ２に達すると。

ＶＴｉＬｏに転じトランジスタＱ　１　ｔ！　ＯＦＦす
ることになる。このように、ＴＰＴ＜ＴＳＦ　のときは
第３図に示すようにマイクロコンピュータ１の出力Ｖｕ
ｔｆｆ所定の一足周期のパルス出力となるので。

リレードライブ回路６を介してリレーに１を励磁するこ
とになり、駆動機７が運転されＴＰＴがＴｓＦに運する
１でこの運転が続けら九ることになる。

−万、’ｒｐｖ≧ＴＳＰ　のとき、すなわち制御対象の
温度が所望の温度設定値より高いときに、ＣＰＵ２にエ
フＶｕはＬＯＫセットさｎるものであることがらＶＩＮ
は上昇することなく、従ってｖＴにＬＯに保７ｔｎるこ
とになシ、トランジスタＱ１がＯＮすることはない。こ
ｎから、　’ｒＢｙｉ常に正しく制御対象の温度？示す
のでＶｕはＬＯ＆Ｃ保たれ続ける。これからリレードラ
イブ回路６は励磁さｎることになく、従って駆動機９の
運転が実行さｎることはないので’ｒｐｙｒｘ自然に下
がってくることになシ、７ｙｒ望の温度設定値が実現で
きることになる。

ここでマイクロコンピュータ１＆Ｃ異常が発生すｎばＣ
ＰＵ２は正常に第２図の７０−チャートを実行しなくな
るため、Ｖｕのモードに、Ｈｌの状態を保った１１か、
ＬＯの状態を保つ７ｊ’！’！か。

あるいは乱れた周期のパルス状態となる。こｎによりリ
レードライブ回路６は励磁されることはなく、従って駆
動機９の運転が実行さｎることにないので７エイルセー
７性が実現できるものである。

しかも本発明に、リレードライブ回路６を励磁するパル
ス出刃ｔマイクロコンピュータ自身がすべてソフトで作
り出すのではなく、外部に設けらｎる光放電回路と比較
器な利用するものであることから、ＣＰＵの暴走等で７
０−チャート自身にいかなる短絡的なるバスが生じても
所定の一定周期のパルス出力とはなることはないので、
極めて高いフェイルセーフ性を実現できることになるの
である。

第１図の実施例にあっては、光放電回路８と比較器９を
もってトランジスタＱ１の動きを第３図に示すようにＶ
ｕに遅延させて動作させるよう構成している。すなわち
、ＶｕがＨｌに転じてから所定の時間経過後にｉランジ
スタＱ　Ｉ　ＹＯＮさせるものである。本発明の必須の
要件であるこの遅延機能は、光放電回路８と比較器９で
構成さｎることに限らｎず、他の方法に工っても構成で
きるものである。第４図に、ハードロジック回路？もっ
てこの遅延機能？実現する一実施例を示す。

すなわち、Ｖｕの立上りを検出し所定の巾のパルス出刃
を送出するポジティブワンショット回路２０と、このパ
ルス出力の立下りでトリガパルス乞送出するネガティブ
トリガ回ｗ１２１と、Ｖｕの立下ジを検出し所定の巾の
パルス出力を送出するネガティブワンショット回路２２
と、このパルス出力の立下りでトリガパルスな送出する
ネガティブトリガ回路２３と、この２つのトリガ回路の
ＯＲ出刃ＹＯＲ回路２４を介してＪ／Ｂｅフリップ７０
ツブ回路２５に接続することで、第５図に示すようにｖ
ＴすなわちトランジスタＱ１の０Ｎ１０ＦＦ動作なＶｕ
の）１１／ＬＯ動作に遅延させるものである。

また本発明によれば、第６図に示すように、リレードラ
イブ回路６を主要部とする異常状態検出回路１１を設け
、この異常状態検出回路１１ケマイク四コンピユータ１
の出力Ｖｕと接続することで、温度コントローラの異常
なランプ等に１９外部に表示することができるので、極
めて便利なものとなるのである。

第１図の実施例の説明にあたって、駆動機７としてヒー
タ等の暖房ｍを想定したものであるが。

第２図の７０−チャートのＴＰｖとＴＳＦの大小比較を
逆にすれば冷房機を想定できるものである。すなわち、
Ｘ発明は暖房用の温度コントローラに限ら−ｎることは
なく、冷房用の温度コントローラにも同様に適用できる
ものである。更に、温度センサとして温度上昇とともに
抵抗値の下がる特性のサーミスタで説明を行ったが、こ
ｎに限らｎることはなく、温度上昇とともに抵抗値の上
がる特性のサーミスタであってもよく、あるいは熱電対
等°の別の種類のセンサによっても構成することができ
るものである。更に第１図の実施例の説明にあたっては
’ｒｐｙｖ強制的に変化させる構成を示したが、　Ｔ’
ｓｐを強制的に変化させる構成であっても伺ら本発明の
効果を減するものではない。

更に１本発明の゛実施例の説明にあたっては、被制御量
を温度として説明な行ったが本発明はこれに限らｎるこ
とはなく、すべてのコントローラに適用できるものであ
り１例えば被制御量な湿度とするような湿度コントロー
ラに対しても有効なものである。

〔発明の効果〕

被制御量を駆動装置？もって制御するコントローラには
１本質的に７エイルセーフ性をもたせる１、：、　“要
があ８・−ｒ４９０：２７？″＝−″構６要素とするコ
ントローラにあっても、こｎは例外ではない。−万、マ
イクロコンピュータは確率的に故障又は暴走？発生する
要素をもっているものであるコトカら、マイクロコンピ
ュータを単にコントローラの信号処理装置として用いる
ことはできない。

従来１例えば被制御量を温度とする温度コントローラに
あっては１機械式のサー七等の別設置の安全手段を設け
ることでこの問題に対処するものであるが、この方法は
異常運転が続けらｎることで異常温度になることな検出
するものであることから、故障発生を直ちに検出するこ
とはできない。

こｎに対して本発明は、マイクロコンピュータと外部に
設けられる遅延回路を組合わせることで一定周期のパル
ス発生手段を構成し、こｎを本質的に７エイルセー７性
を有する一定周期のパルス検出手段と接続することをも
ってコントローラの全体の７エイルセー７性を実現する
ものであることから、マイクロコンピュータの異常発生
に遅ｎることなく、［ちに安全側に作動するものである
。

更にこの異常発生を７エイルセーフ的に外部に表示でき
ることも可能であるので、極めて有効なる効果を奏する
コントローラを実現できる□

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である温度コントローラの回
路構成図、第２図は本発明の一実施例である上記温度コ
ントローラのＲＯＭＫ書き込１ｎたＣＰＵを制御するた
めのプログラム図、第３図に本発明の一実施例である上
記温度コントローラの動作を説明するためのタイムチャ
ート図、第４図に本発明における上記温度コントローラ
の遅延機能の一実施例を示すハードロジック回路図、第
５図は上記遅延機能乞説明するためのタイムチャート図
、第６図は不発明による上記温度コントローラに付加で
きる異常状態検出回路の一実施例を示す回路図である。 １・・・マイクロコンピュータ、２・・・ＣＰｔ１，３
・・・ＲＯＭ、４・・・ＲＡＭ、５・・・設足器、６・
・・リレードライブ回路、７・・・駆動機、８・・・光
放電回路、２０゜２２・・・ワンシヲット回Ｍ、２１．
２３−１＝リガ一回路、２５・・・ＪＫスフリフ７０ッ
グ回路。 特許出願人　山武ハネウェル株式会社 第２図 第３図 第６図 （１１） 手続補正書（自発） Ｂ８＠５％８・”ａ　Ｅ＋ 特許庁長官殿 １、事件の表示　特願昭５９−１１７４６７号２、発明
の名称 コントローラ ３、補正をする者 名　称　（６６６）　山武ハネウェル株式会社５、補正
の対象 （１）明細書の発明の名称の欄 （２）明ａＸの特許請求の範囲の欄 （３）明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）明細書中第１頁に記載の発明の名称「コントロー
ラの７エイルセー７装置」ヲ、「コントローラ」と補正
する。 （２）別紙のとおり特許請求の範囲を補正する。 （３；明細暑中第２頁第１２行目〜同第１３行目に記載
の「コントローラの７エイルセー７装置」を、「コント
ローラ」と補正する。 ｆ４１明細豊中第４頁第９行目〜同第１０行目に記載の
「コントローラの７エイルセール装置」を、「コントロ
ーラ」と補正する。 （５）明細暑中第６頁第２行目に記載の「Ｈｌ」を、ｒ
ＢＩＪと補正する。 τ６）明細暑中第７頁第１０行目お工び１９行目に記載
の「Ｈｌ」な、ｒＨＩＪと補正する。 （７）明細暑中第８頁第５行目、８行目、１９行目にそ
ｎぞｎ記載の「Ｈｌ」を、ｒＨＩＪと補正する０ （８）明細暑中第９頁第１５行目に記載の「Ｈｌ」を、
ｒＨＩＪと補正する。 （９）明細暑中第６頁第２行目、１３行目、１６行目に
そｎぞｎ記載の「Ｈｌ」を、ｒＨＩＪと補正する。 ＋１（Ｉ明細暑中第１２頁第１行目および１１行目に記
載の「駆動機９」を、「駆動機７」と補正する。 Ｉ明細書中第１２頁第７行目に記載の「Ｈｌ」を、ｒＨ
ＩＪと補正する。 （Ｌ邊明細暑中第１３頁第５行目に記載のｒ）１１Ｊを
、ｒＢＩＪと補正する。 （２）明細暑中第６頁第２行目に記載の「Ｈ１／ＬＯＪ
　を、ｒＨＩ／ＬＯＪと補正する。 （以上） 補正後の特許請求の範囲 （１）被制御量を検出するセンサによル検出さｎる検出
値と、上記被制御量の所望の値を設定する設電器により
設定される設定値とから、この設定値を達成するために
駆動装置を０Ｎ１０ＦＦ制御する制御出力手段を有する
コントローラにおいて、上記制御出力手段に接続さｎこ
の制御出力手段の出力モードに対応して所定の時間遅延
させてその出力を変化する遅延回路と、上記遅延回路の
出力で上記検出値又は上記設定値を強制的に極値にと変
換させる変換回路を具備するとと％に、上記コントロー
ラに所定の時間間隔で上記検出値と上記設定値を比較す
ることでよ記制御出力手段の出力上−ドな所定の値にセ
ットする判断手段を具備してなることを特徴とするコン
トローラ。 （２）上記制御出力手段を、フェイルセーフ機能を有す
るパルス検出回路に接続したことを特徴とする特許ＭＷ
の範囲第（１）項記載のコントロー−０（３１上記パル
ス検出回路が励磁さｎている間、上記駆動装置を駆動す
ることを特徴とする特許請求の範囲第（２１項記載のコ
ントローラ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）被制御量を検出するセンサにより検出さ扛る検出
   値と、上記被制御量の所望の値を設定する設足器によル
   設定さｎる設定値とから、この設定値を達成するために
   駆動装置’ｆ　０Ｎ１０ＦＦ制御する制御出力手段を有
   するコントローラの７エイルセーフ装置において、上記
   制御出力手段に接続されこの制御出力手段の出力モード
   に対応して所定の時間遅延させてその出力を変化する遅
   延回路と、上記遅延回路の出力で上記検出値又は上記設
   定値を強制的に極値にと変換させる変換回路を具備する
   とともに、上記コントローラは所定の時間間隔で上記検
   出値と上記設定値を比較することで上記制御出力手段の
   出力モードを所定の値にセントする判断手段を具備して
   なることを特徴とするコントローラの７エイルセー７装
   置。
2. （２）上記制御出力手段？、７エイルセー７機能な■す
   るパルス検出回路に接続したことを特徴とする特許請求
   の範囲第（１）項記載のコントローラの７エイルセー７
   装置。 （３１上記パルス検出回路が励磁されている間、上記駆
   動装置を駆動することを特徴とする特許請求の範囲第（
   ２）項記載のコントローラの７エイルセー７装置。