JPS62295102A - 多重化コントロ−ラ用出力選別論理回路 - 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】 ３、発明の詳細な説明 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は制御システムとして高度な信頼性が要求される
多重化コントローラの出力選別論理回路に関する。

（従来の技術） 一般に、制御システムにおいては、より高い制御の信頼
性および安全性を実現するために、１つの被制御機器に
対し複数のコントローラからなる多重化コントローラシ
ステムがよく採用される。

この多重化コントローラシステムでは、各コントローラ
の出力を１つにまとめて被制御機器へ送る必要があり、
このため、制御側の各コントローラと被制御機器との間
には出力選別論理回路が設けられる。

この出力選別論理回路の具体例としては論理和（以下、
ＯＲという）回路、論理積（以下ＡＮＤという）回路、
コントローラ出力不一致時の旧出力保持（以下フェイル
・アズ・イズという）回路、多数決論理回路などがある
。

このうち、どの回路を採用するかは、被制Ｗ機器の特性
や他に及ぼす影響等を考慮したシステム全体の安全思想
による１例えば、各コントローラ間に不一致が生じたと
き積極的に制御したい場合は、出力選別論理回路として
ＯＲ回路を採用し、消極的に制御する場合はＡＮＤ回路
を採用するなどである。

（発明が解決しようとする間運点） これら各出力選別論理回路を各々専用基板で作るとすれ
ば、とり得る出力選別論理回路の数だけの基板を用意し
なければならず、製造工程や管理が煩雑となる。また、
多重化コントローラシステムの選別論理変更に伴う基板
交換時においては、基板挿入誤りが発生したり、基板自
体を傷つけたり故障発生の原因ともなり、かえって信頼
性を低下する。

一方、複数の出力選別論理回路を単一基板に製作し、各
回路を切り換える方法は、不活用回路を基板上に分散形
式させたものとなり、部品点数が多くコストも高いもの
となる。

更には、故障コントローラを取り出す際に制御出力も一
時的に停止させなければならず、制御系しこ影響を及ぼ
すなどの問題点がある。

そこで本発明は、各選別論理機能を同一基板上に構成し
、部品点数も少なく不活用回路が少ないコンパクトで安
価な出力選別論理回路を実現すると共に、保守時または
コントローラ故障時該当コントローラを取り外す上で制
御系に影Ｖを与えることな〈実施できるという稼ｆＪＪ
ｊ率の高い多重化コントローラの出力選別論理回路を提
供することを目的とする。

〔発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明は、２　ｏｕｔ　ｏｆ　３（以下、２／３という
）論理回路を用いて、三重化システムとしての多数決機
能に加え、二重化システムとしてのＯＲ，ＡＮＤおよび
フェイル・アズ・イズの多機能選別が行なえる回路を基
本に、外部設定論理信号を各コントローラからの入力信
号のいかんにかかわらず出力できるような切換回路を設
けて各コントローラからの信号に不一致が生じた時には
外部設定入力信号を出力させるフェイルセーフ機能を加
え、さらに各コントローラからの入力信号と２／３論理
回路との間に各コントローラからの入力信号と互いに他
のコントローラからの入力信号を切換え出力できる切換
回路を設けて、コントローラが正常なときはそれぞれの
コントローラからの入力信号を出力させておき、コント
ローラが故障しそのコントローラを制御システムから除
外する場合にはそれと対応する切換回路を切換え、その
故障コントローラはシステムから除外し、システム自身
は正常なコントローラによって継続制御できるようにし
たものである。

（作用） これにより、従来各々専用に設けられていた各出力選別
論理回路が安価で無駄のないコンパクトな単一回路とな
り、出力選別論理の選択も容易に行なえ、またコントロ
ーラが故障し保守をする場合、保守中正常なコントロー
ラだけで継続して制御でき、制御システムを停止するこ
とがなく、信頼性の高いまた稼動率の高い多重化コント
ローラの出力選択論理回路を得ることができる。

（実施例） 第１図は本発明による一実施例を示す構成図である。

Ｌ、２．３は三重化システムにおけるそれぞれ第１゜第
２．第３のコントローラ（以下それぞれコントローラ１
．コントローラ２．コントローラ３という）であり、各
コントローラからは＃Ｊ　ＯＩＩまたは′１″″のデジ
タル信号が出力される。４は各コントローラからの第１
゜第２．第３信号ａｓ、ａ２＋ａ３（以下、それぞれ信
号ａｌ。

信号ａ２．信号ａ３という）を入力し、多数決判断を行
ない多数側の入力に対応した信号を優先出力する２／３
論理回路である。２／３論理回路４の出力は保守用出力
切換回路５を通り被制御機器へ送られる。

６は出力信号切換回路であり、内部の第１切換回路７（
以下、単に切換回路７という）、第２切換回路８（以下
、単に切換回路８という）、第３切換回路９（以下、単
に切換回路９という）はそれぞれ第１切換信号ｂ１（以
下、単に切換信号ｂｌという）、第２切換信号ｂｚ（以
下、単に切換信号ｂ２という）、第３切換信号ｂ３（以
下、単に切換信号ｂ３という）により切り換えられる。

切換回路７は、通常、コントローラ１から入力する信号
ａを２／３論理回路４へ送り、切換信号ｂ１が入力され
るとコン］・ローラ２から入力する信号ａ２を２７３論
理回路へ送るように切り換えられる。切換回路８は、通
常、コントローラ２がら入力するｆｉ号ａ２を２／３論
理回路４へ送り、切換信号ｂ２が入力されると、コント
ローラ１から入力する信号ａｌを２／３論理回路４へ送
るように切り換えられる。

切換回路９は１通常、コントローラ１，２から入力する
信号ａｔ、ａ２を２／３論理回路４へ送っているが、第
３切換信号ｂ３（以下、単に切換信号ｂ３という）が入
力されると、信号ａｌ１８２を遮断し、被制御機器に対
応して″０′″または１″′に予め設定された第４信号
ａ４（以下、外部設定信号ａ４という）を、２１３論理
回路４へ送るように切り換えられる。

ｌＯは各コントローラからの出力信号の不一致を検出す
るためのコントローラ出力信号下一致検出回路であり、
各コントローラの信号が不一致であるときコントローラ
出力率一致信号Ｃを出力する。

１１はコントローラと、出力信号切換回路６と、コント
ローラ呂力信号不一致検出回路１０よりなる出力選５３
１論理回路本体であり、第２図に示すようにケース内に
収納されている。１２はソケット基板であり、この基板
上に保守用安全側出力設定器１３が設けられている。保
守時、出力選別論理回路本体１１をソケット部１２から
引き抜くときは保守用出力切換回路５を保守用安全側出
力設定器１３側の端子に切り換え、被制御機器への制御
信号を安全側にしたのち行なう。

以上の構成で、各切換回路の切換状態、入出力信号を適
宜設定することにより、種々の出力選別論理機能を実現
することができる。以下、出力選別論理回路が実現可能
な各種機能を順に説明する。

先ず１本実施例を二重化システムに適用した例について
説明する。

出力選別論理回路本体１１の３つの入力端子１１Ａ。

１１Ｂ、ＩＩＣには図示の如く３つのコントローラ１，
２．３を接続する。また、出力信号切換回路６内の切換
回路？、８．９は図示無作動状態とする。更に、入力端
子１１０には外部設定信号ａ４を印加しておく。

これにより、出力選別論理回路本体１１は、コントロー
ラ１，２．３から入力する信号ａｌ＋ａ２．ａ３をその
まま２／３論理回路４の各入力とする多数決論理回路と
なる。同時に、コントローラ入力下一致検出回路１０を
設けたことにより、フェイルセーフ機能も実現される。

即ち、コントローラ１，２．３から入力する信号ａｔ。

ａ２，８３が一致しているとき、出力選別論理回路本体
１１はその一致信号を２／３論理回路４を介して出力す
る。この状態でどれか１つの入力信号が不一致になると
出力選別論理回路本体１１は２つの信号が一致している
正しい入力信号を２／３論理回路４を介して出力する。

このとき、コントローラ入力下一致検出回路ｌＯはコン
トローラ１，２．３の各出力信号を監視しており、不一
致の発生により１回目の不一致発生信号ｃ１を外部に出
力する。これによりコントローラ異常を警報出力すると
共に、不一致となったコントローラを除外する等の処置
をとることができる。コントローラ入力下一致検出回路
１０は更に残る正常な２つのコントローラ出力を監視し
て２つの信号に不一致が生じたとき、２回目の不一致発
生信号ｃ２を外部へ出力する。この信号Ｃ２の出力に応
じて切換信号ｂ３を入力端子１１Ｇより入力し、切換回
路９を切り換えることにより、安全側に設定された外部
設定信号ａ４が２７３論理回路４から出力されることに
なり、フェイルセーフが実現できる。

次に、本実施例による出力選別論理回路を二重化システ
ムに適用した例について説明する。

入力端子１１Ａ、ＩＩＢに２つのコントローラ１，２を
接続し、入力端子１１Ｃに論理「１」を表わす信号を入
力する。これにより、出力選別論理回路本体１１はコン
トローラ１からの信号ａ１またはコントローラ２からの
信号ａ２のどちらかがＩＩ　Ｉ　ＩＩとなれば２／３論
理回路４により′１″′が出力されるＯＲ回路となる。

また、入力端子１１Ｃに論理「０」を表わす信号を入力
することにより、出力選別論理回路本体１１はコントロ
ーラ１から入力する信号ａ１およびコントローラ２から
入力する信号ａ２の両方がＩＩ　１１１とならなければ
２／３論理回路４からの出力が“１″となることができ
ないＡＮＤ回路となる。

次に、２７３論理回路４の出力信号を入力端子１１Ｃに
入力することにより、コントローラ１．２が正常ならば
、正常なコントローラ信号を出力し、どちらかのコント
ローラが異常になり、信号ａｌ、ａ２が不一致になった
とき、不一致が生ずる以前の出力信号が保持されるフェ
イル・アズ・イズ機能が実現される。

更に、各コントローラ１，２のどちらかが故障し不一致
が生じた場合は、前述三重化システムで説明したのと同
様にしてコントローラ入力下一致検出回路１０で不一致
を検出しコンドローラネ一致信号ｃ２を出力し、切換信
号ｂ３を入力端子１１Ｇより入力すると共に、被制御機
器に対し安全側に設定されている外部設定信号ａ４を入
力端子１１０に入力することにより、二重化システムの
フェイルセーフ機能を実現することができる。

以上のようにして、三重化システムとしての多数決論理
、フェイルセーフ、二重化システムとしてのＯＲ，ＡＮ
Ｄ、フェイル・アズ・イズ、フェイルセーフなど多数の
出力選別論理機能が実現できる。

次に、コントローラ故障発生時の保守について説明する
。

前述したように、コントローラ入力下一致検出回路ｌＯ
は各コントローラの出力を監視して不一致が生じたとき
は、不一致発生信号Ｃを出力する。

この不一致発生信号Ｃを受けて図示せぬコントローラ異
常診断回路で診断し、この結果、コントローラ１の故障
と判明した場合は、入力端子１１Ｂより切換信号ｂ１を
出力信号切換回路６に入力し、切換回路７を切り換える
。これにより、切換回路７からは信号ａ１に代ってコン
トローラ２からの信号ａ２が出力される。この結果、２
／３論理回路の出力信号は正常なコントローラ２からの
信号ａ２となり、故障コントローラ１を入力端子１１Ａ
から外して修理することができる。また、その間被制御
機器は正常なコントローラ２によって継続制御できる。

同様にして、コントローラ２が故障した場合は、入力端
子１１Ｆに切換信号ｂ２を入力し、切換回路８を切り換
えることにより、今度は正常コントローラ１による制御
が、故障コントローラ２の修理中に継続できる。

次に、出力選別論理回路本体１１の保守について説明す
る。

出力選別論理回路本体１１をソケット１２から取り外す
場合、保守用出力切換回路５を保守用安全側出力設定器
１３側に切り換え、被制御機器への制御信号を安全側に
設定したのち行なう。これにより被制御機器は安全な制
御信号を得また出力選別論理回路本体１１は被制御機器
に悪影響を与えることなく取り外すことができる。上記
保守時の取り扱い手順を図によって説明する。

第２図は、その出力選別論理回路の外観図を示したもの
で、第１図と同一部分については同一番号を付しである
。この図において、５は保守用出力切換回路であり、矢
印の方向にスライドすることにより被制御機器への出力
信号を２／３論理回路４の出力あるいは保守用安全側出
力設定器１３の出力に切り換える。１１は出力選別論理
回路本体であり。

１２はソケット部である。１４は保守時安全側出力選択
ピンであり、ソケット部１２へ差し込むことによって、
外部電源からのＩＩ　Ｏ＃ｌまたは′１″′のデジタル
出力信号を保守用安全側出力設定器１３の出力として得
ることができる。１５は外部電源と保守用安全側出力設
定器１３間や本体１１と各コントローラ、被制御機器お
よび各入力信号間等を接続するための接続ケーブルを固
定する電線固定用ネジである。

さて、本体１１をソケット部１２から取り外す手順は、
まず保守時安全側出力選択ピン１４の抜差しにより、保
守用設定出力として′″０″′またはｒｅ　１　ｕのう
ち被制御機器に対し安全側を選択する。次に、保守用出
力切換回路５をスライドさせ２／３論理回路４の高力端
子と保守用安全側出力設定器１３の出力端子とを切り換
える。これにより、安全側に設定された出力が被制御機
器に送られることになる。こうして、制御系から除去さ
れた本体１１をソケット部１２より取り外す。逆に本体
１１をソケット部に取り付ける時は、本体１１を取り付
は制御出力を安定させた後、保守用出力切換回路５をス
ライドさせ、被制御系への出力を保守用安全側出力設定
器１３がら本体１１に切り換える。これにより、もとの
制御系に戻すことができる。

上記手順によって、出力選別論理回路本体１１の保守を
被制御機器を安全に保ちながら行なうことができる。

以上のように、本実施例によれば単一基板で多機能な出
力選別論理回路を得ることができ、また制御を停止する
ことなく故障コントローラを保守することができ、また
出力選別論理回路自身を保守する上でも被制御機器に悪
影響を与えることのない安全で信頼性が高く、稼動率の
高い出力選別論理回路を得ることができる。

尚、上記実施例では各切換回路をリレー接点を用いて実
現した例について説明したが、半導体素子等によっても
本発明を実施することができることは言う迄もない。

また、上記実施例では外部設定信号に切り換えるための
第３の切換回路が２／３論理回路の入力側にあり、他の
コントローラからの信号と切り換えているが、２／３論
理回路の出力側に第３の切換回路を設けて、２／３論理
回路の出力信号と外部設定信号とを切り換えてもコント
ローラ出力下一致時の外部設定信号出力というフェイル
セーフ機能を実施することができる。

また、上記実施例における出力選別回路のフェイルセー
フはコントローラ入力信号不一致時には外部設定信号ａ
４を出力するものとして説明したが、入力信号不一致時
故障コントローラがどれか瞬時に判断されるならば、切
換信号ｂｌまたはｂ２を出力信号切換回路６に入力する
ことにより、切換回路７または８を切り換えて、正常コ
ントローラのみによる制御システムとこともできる。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、１つの回路により多機能
な出力選別論理回路を得ることができ。

また保守時に保守対象のコントローラを制御系に影響を
与えず除去できるため、制御システムの信頼性および稼
動率を向上させる上で極めて効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施側による多重化システムにおけ
る出力選別論理回路の回路構成図、第２図は第１図の８
力選択論理回路の構造を示す外観図である。 １・・・第１のコントローラ、２・・・第２のコントロ
ーラ、３・・・第３のコントローラ、４・・・２／３論
理回路、５・・・保守用出力切換回路、６・・・出力信
号切換回路、７・・・第１の切換回路、８・・・第２の
切換回路、９・・・第３の切換回路、１０・・・コント
ローラ出力信号不一致検出回路、１１・・・出力選別論
理回路本体。 １２・・・ソケット部、１３・・・保守用安全側出力設
定器、１４・・・保守時安全側出力選択ビン、１５・・
・電源固定用ネジ。 第１図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１、第２、第３、第４信号をそれぞれ入力する
   第１、第２、第３、第４入力端子と、これら第１、第２
   、第３、第４入力端子に接続されて常時は前記第１信号
   を選択し、第１切換信号の入力により前記第２信号を選
   択する第１切換回路と、前記第１、第２入力端子に接続
   されて常時は前記第２信号を選択し、第２切換信号の入
   力により前記第１信号を選択して出力する第２切換回路
   と、前記第１、第２切換回路の出力側と前記第４入力端
   子に接続されて常時は前記第１、第２切換回路の各出力
   信号を選択し、第３切換信号の入力により前記第４信号
   をそれぞれ選択して２つの信号を出力する第３切換回路
   と、この第３切換回路から出力される前記２つの信号と
   前記第３信号の３つの信号を入力して２つ以上一致する
   信号を出力する２ｏｕｔ　ｏｆ３論理回路とを備え、前
   記第１、第２入力端子には前記第１、第２信号として多
   重化された第１、第２のコントローラの出力信号を入力
   し、前記第３入力端子には前記第３信号として第３のコ
   ントローラの出力信号、所定の論理信号および前記２ｏ
   ｕｔ　ｏｆ３論理回路の出力信号のいずれかを入力し、
   前記第４入力端子には第４信号として外部設定論理信号
   を入力することを特徴とする多重化コントローラ用出力
   選別論理回路。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載において、少なくとも
   前記第１、第２信号を監視して多重化コントローラの出
   力不一致を検出するコントローラ出力不一致検出回路を
   設けたことを特徴とする多重化コントローラ用出力選別
   論理回路。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載において、前記第１入
   力端子に接続されるコントローラが異常となったときは
   前記第１切換信号を入力して前記第１切換回路を切換え
   、前記第２入力端子に接続されるコントローラが異常と
   なったときは前記第２切換信号を入力して前記第２切換
   回路を切換えることを特徴とする多重化コントローラ用
   出力選別論理回路。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載において、前記第１、
   第２入力端子に接続される多重化コントローラの出力が
   不一致となったとき前記第３切換信号を入力して前記第
   ３切換回路を切り換えることを特徴とする多重化コント
   ローラ用出力選別論理回路。
5. （５）特許請求の範囲第１項記載において、前記２ｏｕ
   ｔ　ｏｆ３論理回路の出力と保守用安全側出力とを切り
   換える切換回路を設けたことを特徴とする多重化コント
   ローラ用出力選別論理回路。