JPS63227117A - 信号処理方式 - 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】 〔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、いわゆるフェイルセイフ形
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
良した故障信号処理方式に関する。

〔従来の技術〕

フェ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、はぼ確実に
接点がオフとなる物理特性がフェイルセイフ性として利
用される。このような、物理的なフェイルセイフ性を半
導体素子で得ることは、現在はとんど不可能である。

従って、半導体を用いたフェイルセイフ形論理素子は、
その出力としてｒｌＪ、ｒＯＪの真理値周波数論理方式
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った
フェ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５７−１３７３１
２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人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は周波数論理素子である。

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「イ、「０」
は周波数ｆ４、故障表示信号「φ」は周波Ｅｋ　ｆ　Ｅ
または直流の各周波数が割当てられている。

第４図のＮ０９１〜Ｎ０９４の項は、周波数論理素子１
が、Ｎ　ＯＴ　＝　Ｅ　Ｎ　ＯＲ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〜Ｎ０．９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」
　（ｆＥ）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った場合
には、出力を全てｆＥとする方式であり、第２は、第４
図のＮｏ、５．６におけるＯＲ論理の如く、正常な一方
の入力「、のみで正常出力を一意に決定できる場合に限
り、正常値ｒ、ｌを出力する方式である。一般に、第１
の方式はＣ形フェイルセイフ、第２の方式はφ形フェイ
ルセイフと呼ばれている。第４図にｆ、。１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形フェイルセイフのもの
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
なったとすると、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ｆ。

からｆ、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ｆＥ大入力検知してその出力を「イか
ら「、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ｆＥに変更されて、最終的なシステム
出力をｆＥ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形のフェイルセイフ特性
を与えた場合について考えると、素子３は、一方の入力
にｆｎ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ｆＬとする。

従って、素子４の出力もｆイで不変であるが、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ェ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ック
図、第７図は第６図におけるメモリのメモリマ・ンプを
示す図、第８図は第６図の素子の動作タイムチャートで
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
ロック発生器、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はラッチ
回路、６４は論理出力回路、６６はエラー検知回路、６
８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、クロック発生器２４か
らのクロック信号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
たタイムスロット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った論
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って、周波数次元における論理演算
を行っている。

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図のタイミングチャートに示されている。

この例では、論理ｒｌＪ、ｒＯＪに対応する周波数信号
を夫々、ｆＨ＝３００Ｈｚ、ｆＬ＝５０Ｈ２、故障表示
信号を、ｆ、＝ＯＨ２としている。従って、端子１０１
，１０２の人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１４を出力する。すなわち両人
力信号が共にｆＨのとき６００）１２、ｆイとｆＬのと
き３５０Ｈｚ、共にｆＬのとき１００Ｈ２である。これ
に対し、タイムスロットｔ、〜ｔ４で、交番信号発生回
路３０は、参照周波数６２０　、３３０゜１２０．９０
Ｈ２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ｆＨであるとすると、第８図（Ａ）に示すように
、タイムスロット１．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がタイムスロット
１．とｔ２の間で立下り、タイムスロットｔ２における
出力データ「Ｈがラッチ回路６２にラッチされ、出力タ
イムスロツ）Ｌｓ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ｆＬを発生する場合、第８図
（Ｃ）は故障表示人力ｆ、が与えられ、出力としてｆ、
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、タイムスロットｔ６において、自己故障検知
信号出力端子１７に、ｆ、Ｉ、ｆＬ。

ｆＥ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ｆＥ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ｆ、が入力された場合、ｆ、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ｆＨまたはｒＬをもっ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ックにチェックし、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。従って、前記
従来技術は、この信号の交番停止をもっても通常の論理
回路を動作させることができないため、先に述べたｆＥ
倍信号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
おける故障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ット群に周波
数変換用タイムスロッ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ッ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ｆＥ又
はＯＨ２信号を検出し、これを正常な論理信号ｆ、ｌ、
ｆＬ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。

従って、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ット群を付加することによるハー
ドウェ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ェア量の増加
は最小限度にとどめることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による故障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ック図、第２図はメモリマツプを示
す図、第３図は動作タイムチャートである。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図に示すブロック図は、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
イムスロットｔ７〜ｔ。

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
れたものとなっている。

本発明による周波数論理素子は、第３図に示すタイムチ
ャートに従って動作し、全動作がタイムスロットｔ、〜
ｔ、を１演算周期として実行される。タイムスロットｔ
１〜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）１？〜ｔ、は、本発明により周波数変
換動作を行うタイムスロットである。

変換用入力端子１０３からの入力信号は、タイムスロッ
トｊ？＋　　ｔｌ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ｆｌｌ＋　　ｆｌ□となっている。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
タイミングとなって現われるので、この変化により、ラ
ッチ回路６２には、出力周波数データ「８またはｆＬが
ラッチされ、出力タイムスロット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１０
５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ｆ１
１及びｆ１２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ｆｌ＋を論理信号ｆＨの周波数よ
りやや高く、参照周波数ｒ、□を論理信号ｆＬの周波数
よりやや低く設定すると、変換入力端子１０３からの入
力信号がｆ１４またはｆＬ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ｆＨ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ｆＥのような低い周波数になると、変換出力端子１
０６からの出力信号は、ｆＬ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。

従って、この周波数変換機能を利用することにより、シ
ステ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ェックを受けており、素子内
部の故障によって変換出力端子１０６の出力信号が誤っ
て、正常を示す論理信号ｆ）Ｉに固定されることがなく
、フェ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ェアの増加を
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ｆｌ＋を故障検知出
力回路６８から端子１７に出力される自己故障検知出力
信号の周波数よりやや高く、参照周波数ｆ、□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１０
３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゜１０６は、故障検知信号の交番の有
無を論理信号ｆ、ｌ、ｆＬ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
るフェイルセイフ性を保っ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、「イとｆＬの周波数値が近い場合、厳密な周波数フ
ィルタが必要となり、コスト高となる点とスペースの点
で不利であった。そこで、本発明においては、参照周波
数ＩＩＩをｆＨの周波数よりやや高く、ｆ１２とｆＨと
ｆ、の中間の周波数に設定するとともに、タイムスロッ
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ｆ、、ｆＬ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、極めて簡単なフィルタ、すなわち、コ
イルやコンデンサのみによるフィ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人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
用いた論理回路において、素子に故障が発生した場合、
その発生事象をもって、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
ドウェ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
フィルタを簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明が通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ック図、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
作タイムチャート、第４図は従来技術による２人力周波
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
素子の内部ブロック図、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
タイムチャートである。 １〜４・−・−周波数論理素子、７−−−−−一周波数
加算部、１８．２０−・・−・−サンプリング回路、２
２−−一−−〜・ＥＯＲ論理回路、２４−−−−−クロ
ック発生器、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−・・−ランチ
回路、６４−−−一−・−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。 第１図 第８図

Claims (1)

1. 【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、前記時分割処理に直列に周波数
   変換を行う処理を付加したことを特徴とする故障信号処
   理方式。 ２、前記周波数変換を行う処理が、故障表示信号を任意
   周波数の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項記載の故障信号処理方式。 ３、前記周波数変換を行う処理が、故障表示信号を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項記載の故障信号処理方式。 ４、前記周波数変換を行う処理が、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周波数の
   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項記載の故障信号処理方式。 ５、前記周波数変換を行う処理が、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
   載の故障信号処理方式。 ６、前記周波数変換を行う処理が、任意の周波数信号を
   他の任意の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項記載の故障信号処理方式。 ７、前記周波数変換を行う処理が、任意の周波数信号を
   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項記載の故障信号処理方式。