专利名称：供给诊断用脉冲信号的控制系统及其控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及具备诊断用脉冲信号的控制系统及其控制装置。
背景技术：
近年来，作为国际标准，对于装置的制造者和提供者，功能安全规格被统一为国际电气标准化会议的规格IEC61508“电气、电子和可编程电子安全关联系的功能安全”,进而，对于系统的设计者、集成商(integrator)和用户，作为过程(process)用应用规格而发行7 IEC61508。在这些规格中，对系统的从设计、维护直至废弃的生命周期(life circle)中的安全进行评价，确定了风险减轻的要求等级(level)即安全度水准(SIL;Safety Integrity Level)作为定量的评价尺度。在这样的背景下，为了提高工厂(plant)等的安全停止系统整体的安全度水准，有时要求不仅进行传感器、控制装置(在国际电气标准化会议的规格IEC61508中也称为LS (Logic Solver))以及终端(在国际电气标准化会议的规格IEC61508中也称为FinalElements。后面称为“操作端部”)的各装置的内部的故障诊断，还要进行包括连接控制装置与各装置之间的信号线在内的故障诊断。一般来讲，由于传感器、操作端部不具有高质量的诊断功能，因此该控制装置与传感器、操作端部之间的信号线的故障诊断功能应该由控制装置具备。但是，作为基于控制装置的操作端部的诊断功能，已知在控制装置内接收来自操作端部的信号，检测操作端部是否在正常地发送输出信号的技术。例如有日本的专利第4131134号公报(以下称为专利文献I)。此外，作为控制装置与操作端部之间的诊断功能，已知将来自与操作端部连接的控制装置的信号线再次反馈至控制装置，检测来自控制装置的输出信号是否正确地发送至操作端部的技术。例如有日本的专利第3695234号公报(以下称为专利文献2)。在石油化学等的工厂的系统中，有从控制装置到操作端部的距离相隔数百米的情况。在这样的长距离的传送线路的情况下，在上述的专利文献I以及专利文献2中，存在诊断用脉冲信号的波形因传送线路的迟延成分而失真，不能正常地检测到返回控制装置来的诊断用脉冲信号的问题。此外，在上述的专利文献I中，虽然能够进行控制装置的输入电路的检查，但是存在不能够检测到控制装置与操作端部之间的信号线的短路和/或断线的问题。此外，在上述的专利文献2中，虽然能够检测到装置间的信号线的断线，但是在操作端部以及装置间的信号线的阻抗比电流检测用的电阻值小的情况下，存在不能够检测到信号线的短路的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述的课题而作出的，其目的在于提供一种供给诊断用脉冲信号的控制系统及其控制装置，在从控制装置向操作端部发送诊断用脉冲信号从而诊断该信号线以及操作端部的控制装置及其控制系统中，能够正确地检测出诊断用脉冲信号，不受长距离传送的信号线的阻抗的影响地检测到传送线路的短路以及断线。为了达成上述目的，本实施例的供给诊断用脉冲信号的控制系统具备以下的构成。即，从控制装置经由信号线向操作端部发送诊断用脉冲信号，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态的异常以及该操作端部的功能进行诊断，特征在于，上述控制系统具备上述控制装置和上述操作终端部，上述控制装置具备诊断用脉冲信号生成部，该诊断用脉冲信号生成部具备内部电路、可变放大电路和接收电路；上述内部电路以预先设定的控制周期生成对上述操作端部进行控制的上述控制数据，并且以预先设定的诊断周期生成对上述操作端部进行诊断的诊断用脉冲数据，基于从上述操作端部的输入端反馈的、上述诊断用脉冲信号的反馈信号的 波形，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态以及上述操作端部的功能进行诊断；上述可变放大电路具备生成基于上述控制数据的控制信号的非反相放大电路；生成基于上述诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号的DA变换器；以及向上述控制信号叠加上述诊断用脉冲信号，以预先设定的信号电平发送至上述操作端部的加法器，上述接收电路接收上述反馈信号并发送至上述内部电路，上述内部电路还具备修正脉冲数据生成部，该修正脉冲数据生成部生成对发送的上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正的修正脉冲数据，对诊断用脉冲数据进行修正，该控制系统对上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正，即使在上述信号线的长度长的情况下也能够不扩张上述诊断用脉冲信号的脉冲宽度地由上述操作端部接收上述诊断用脉冲信号。为了达成上述目的，基于本实施例的供给诊断用脉冲信号的控制系统中的控制装置具备以下构成。即，供给诊断用脉冲信号的控制系统中的控制装置，上述控制系统从上述控制装置经由信号线向操作端部发送诊断用脉冲信号，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态的异常以及上述操作端部的功能进行诊断，其特征在于，上述控制装置具备诊断用脉冲信号生成部，该诊断用脉冲信号生成部具备内部电路、可变放大电路和接收电路；上述内部电路以预先设定的控制周期生成对上述操作端部进行控制的控制数据，并且以预先设定的诊断周期生成对上述操作端部进行诊断的诊断用脉冲数据，基于从上述操作端部的输入端反馈来的、上述诊断用脉冲信号的反馈信号的波形，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态以及上述操作端部的功能进行诊断；上述可变放大电路具备生成基于上述控制数据的控制信号的非反相放大电路；生成基于上述诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号的DA变换器；以及向上述控制信号叠加上述诊断用脉冲信号，以预先设定的信号电平发送至上述操作端部的加法器；上述接收电路接收上述反馈信号并发送至上述内部电路，上述内部电路还具备修正脉冲数据生成部，该修正脉冲数据生成部生成对发送的上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正的修正脉冲数据，对诊断用脉冲数据进行修正，该控制系统对上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正，即使在上述信号线的长度长的情况下也能够不扩张上述诊断用脉冲信号的脉冲宽度地由上述操作端部接收上述诊断用脉冲信号。
图I是实施例I的构成图。图2是实施例I的详细构成图。图3A、图3B是对实施例I的诊断用脉冲信号的动作进行说明的时间图以及放大波形图。图4A、图4B、图4C是实施例I的诊断用脉冲信号的问题点的说明图，具体地讲，图4A是诊断用脉冲信号生成部的输出端Po的脉冲波形图，图4B是诊断用脉冲信号生成部的输入端Pi的脉冲波形图，图4C是表示信号线的RC成分的图。图5A、图5B是对实施例I的动作原理进行说明的图，具体地讲，图5A是诊断用脉冲信号生成部的输出端Po的脉冲波形图，图5B是诊断用脉冲信号生成部的输入端Pi的脉 冲波形图。图6是实施例2的构成图。图7是实施例2的变形例。图8A、图8B1、图8B2、图8B3是实施例3的构成及动作说明图。图9A、图9B是实施例4的构成及动作说明图。图10A、图IOB是实施例5的构成及动作说明图。
具体实施例方式下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。实施例I参照图I 图5A、图5B对实施例I进行说明。首先，参照图I来说明构成。本实施例的控制系统包括控制操作端部2的控制装置I ;利用来自控制装置I的控制信号而被控制的操作端部2 ;以及向控制信号叠加诊断用脉冲信号并从控制装置I向操作端部2供给的信号线3。控制装置I具备诊断操作端部2的功能的诊断用脉冲信号生成部10，诊断用脉冲信号生成部10具备内部电路13，生成控制操作端部2的控制信号的控制数据、和诊断用脉冲数据；可变放大部12，向由内部电路13生成的控制数据叠加诊断用脉冲数据，生成适合于操作端部2的接收信号电平的输出信号；以及接收电路16，对该可变放大器12所发送的输出信号从操作端部2的输入端反馈后得到的反馈信号进行接收。操作端部2例如是阀门之类的装置，具备经由信号线3接收来自控制装置I的控制信号的输入电路21，以及控制操作端部2自身并响应由输入电路21接收到的信号的内部电路23。一般来讲，在诊断到信号线3及该输入电路21为止的功能的情况下，利用来自输入电路21的输入端的反馈信号来处理诊断用脉冲信号，在诊断内部电路23的功能的情况下，如虚线所示，在操作端部2中具备诊断响应数据发送电路24，在控制装置I中具备诊断响应数据的接收电路134，通过控制装置I来诊断从内部电路23发送来的诊断响应数据是否良好。此外，虽然是使诊断用脉冲信号叠加在输出信号线3的控制信号的各比特上来输出，但输出信号的形态可以使并行输出、串行输出中的任一种，该电路基于到操作端部2为止的传送距离、绝缘方式能够采用多种形式。在本实施例中，是针对输出的I比特进行图示的内容。接下来对各部分的详细内容进行说明。首先，内部电路13具备控制数据生成部131，以预先设定的控制周期Tc生成对操作端部2进行控制的控制数据；诊断用脉冲数据生成部132，生成以诊断周期Td对操作端部2进行诊断的诊断用脉冲数据，该诊断周期Td不同于预先设定的控制周期，比控制周期长；以及修正脉冲数据生成部133，根据从操作端部2的输入端反馈的反馈信号的波形，对诊断用脉冲数据进行修正，生成用于修正诊断用脉冲信号的上升时间的修正脉冲数据。此外，内部电路13具备未图示的运算处理器，具备根据反馈的诊断用脉冲信号(反馈信号)对控制装置I与操作端部2的连接状态的异常、操作端部2的动作状态的是否良好进行诊断的诊断功能。另外，详细地讲，修正脉冲数据生成部133生成对发送的诊断用脉冲信号的上升 以及下降时间进行修正的修正脉冲数据，内部电路13使用该修正脉冲数据，修正诊断用脉冲数据，修正诊断用脉冲信号的上升时间，即使在信号线3是长距离的传送路的情况下也能够不使诊断用脉冲信号的脉冲宽度扩张地由操作端部2接收诊断用脉冲信号。此外，可变放大电路12如图2所示，具备生成基于控制数据的控制信号的非反相放大电路121 ;生成基于诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号的DA变换器122 ;向控制信号叠加诊断用脉冲信号，从外部的绝缘电源供给电源VD。，并输出适合于操作端部2的信号电平的加法器123。这里，DA变换器是指从数字(Digital)信号向模拟(Analog)信号变换的变换器。此外，接收电路16使用用于与控制装置I的内部进行绝缘的光耦合器161，初级侧的光电二极管的阳极与成为来自操作端部2的反馈信号的反馈路径的信号线32连接，光电二极管的阴极经由限流电阻162与外部的接地电位GND连接，对反馈信号的电位电平进行检测。此外，操作端部2的输入电路21具备用于与操作端部2的内部进行绝缘的光耦合器211和预先设定的限流电阻212，光耦合器211的阳极与一侧的信号线31连接，另一侧经由负荷电阻212与另一侧的信号线32连接。在本实施例中，示出了用光耦合器对控制装置I和操作端部2进行绝缘的情况的接口，也可以根据操作端部2的输入电路和信号船的传送距离采用多种的接口形态在信号线31和32之间与输入电路211并联地插入限流电阻212，或者，与信号线31和光耦合器211的阳极串联连接限流电阻212。接下来，参照图2以及图3A对上述构成的诊断用脉冲生成部10的动作进行说明。内部电路3如图3A所示，根据控制装置I的控制性能的要求，以预先设定的控制周期Tc，例如1msec，对控制数据进行更新，此外，诊断用脉冲数据以预先设定的比较慢的诊断周期Td，例如lsec，进行更新，基于控制数据的控制信号Si、基于诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号s2分别从非反相放大电路121、DA变换机122被输入加法器123。非反相放大电路121是生成与从控制数据生成部131输出的控制数据相对应的控制信号的电路，为了使输出具有自由度，也可以用DA变换器来构成。在加法器123中，合成这些信号，例如，求出控制信号Si和诊断用脉冲信号s2的逻辑积，作为适合于操作端部2的接收电位电平的信号电平，以供给至可变放大电路12的外部的电位Vdc和经由接收电路16被接地的接地电位GND为基准进行输出。由可变放大电路12生成的诊断用脉冲信号S3的I个脉冲最理想是成为图3B所示的波形。但是，虽然根据ISA (美国计测机器工业会)的规格，发行了化学过程的产业的安全计装系统的安全规格，但若基于此，安全停止系统(Safety Shutdown System)的输出信号在通常控制时是高(Hi)电平(危险侧动作信号在操作端部2是阀门的情况下是阀门打开的意思)，停止时是低(Lo)电平(安全侧动作信号在操作端2是阀门的情况下是阀门关闭的意思)。这是考虑到故障安全(fail safe)的想法。由于操作端部2的测试是在控制装置I被通常控制的状态下进行的，因此输出信号通常是高电平。
在此，为了确认控制装置I在必要时是否能够输出低电平，周期性地输出诊断用脉冲信号。用于确认低电平输出的功能的诊断用脉冲信号如图3B所示成为低电平的脉冲信号。此外，为了避免接收电路16的误检测，诊断用脉冲信号的低电平成为接收电路16的低电平可检测最高电位' 以下。此外，同样为了避免接收电路16的误检测，诊断用脉冲信号的高电平还成为接收电路16的高电平可检测最低电位Vh以上。此外，为了避免操作端部2的误动作，诊断用脉冲信号的脉冲宽度Ttj设定为比操作端部2的最长不感时间宽度Tfe短。这样，控制装置I的可变放大电路12向控制信号叠加从内部电路13输出的诊断用脉冲信号，输出上述那样的脉冲波形的信号。然而，在实际的安全停止系统的应用中，存在从控制装置I到操作端部2为止的距离相隔数百米的情况。这样的情况下，如图4A所示，在从控制装置I输出了单个脉冲信号的情况下，有时脉冲信号的脉冲波形如图4C所示因长距离的信号线3的(RC)迟延成分而发生变化，反馈至控制装置I的接收电路16的脉冲波形成为图4B所示的失真后的波形。如图4A、图4B所示，有时诊断用脉冲信号的输出脉冲宽度Tq在控制装置I的接收电路16中因信号线3的迟延成分而失真，实效脉冲宽度Tk (控制装置I检测出低电平的脉冲时间宽度)低于控制装置I的最短检测时间宽度Tf。该情况下，控制装置I不能够在接收电路16中检测出输出至信号线31的脉冲。针对该问题，尽管有扩大输出脉冲宽度Ttj的时间宽度的方法，但若使脉冲宽度过分变长，则导致输出脉冲宽度Ttj超过操作端部2的最长不感时间宽度Tfe，存在诊断用脉冲信号招致操作端部2的误操作(例如，阀门关闭)的可能性。为了解决该问题，如图5A所示，本实施例I的控制装置I的诊断用脉冲生成部10具备输出提高了诊断用脉冲信号的脉冲波形的上升电压的脉冲的功能。(下面，将脉冲波形的上升、下降的2个种类的波形都称为“上升”。)。图5A示出了控制装置I的输出端Po的脉冲波形，图5B示出了控制装置I的输入端Pi的诊断用脉冲信号的脉冲波形。S卩，针对从控制装置I的可变放大电路12输出的脉冲波形，通过如图5A所示那样在一定时间的期间对脉冲的上升的电位差进行扩大，以往如虚线所示的响应波形如图5B所示上升时间提前。即，上升变陡。由此，实效脉冲宽度Tk低于控制装置I的最长检测时间宽度Tfe，能够在不扩大脉冲宽度的情况下检测由控制装置I接收到的脉冲信号。该理由是，通过扩大脉冲波形的电压变化时的电位差的修正，缩短了修正后的脉冲信号成为接收可能电位的时间。接下来，针对这样的诊断用脉冲信号的脉冲波形的生成原理进行说明。为了能够检测通过控制装置I的接收电路16接收到的脉冲信号，针对图5A所示的脉冲波形的扩大电位差Vo以及扩大时间宽度t，通过内部电路133生成满足下述式(I)以及(2)的修正脉冲数据，通过诊断用脉冲数据生成部132进行该修正，从可变放大电路12输出被修正后的诊断用脉冲信号。S卩，诊断用脉冲信号的扩大电位差V。(V)以及扩大时间宽度t (S)是以下述式所 定义的范围的值被提供的。Vf 刍(V0+VDC) (I - e ^ ' 7 CE) (I)T0 - Tf ^ t (2)这里，Vdc :脉冲电位差(V)，Vf (控制装置的)可检测最低电位差(V)，e :自然对数的底(2. 71828…)，C :信号线的电容成分(F)，R :信号线的电阻成分(Q )，Ttl :(控制装置的输出端Ptj的)输出脉冲宽度(S)，Tf (控制装置的输入端P1)最短检测时间宽度(S))。下面说明式(I)、(2)的导出理由。对于上述(I)式、(2)式，若将信号线3的等效电路作为图4C所示的一阶滞后(RC)电路，则RC电路的输入电位差Vin和电容成分C的输出电压Vout之间的关系一般来讲成为式(3)这样的关系。Vout ^ Vin (I — e_t 7 CE) (3)这里，Vout需要超过可检测最低电位差VF。(4)此外，Vin = Vo (扩大电位差)+ Vdc (脉冲电位差)(5)因此，根据式(3)、条件(4)、式(5)可求出式(I)。此外，为了防止基于诊断用脉冲信号的操作端部2的误操作(例如，阀门关闭)，控制装置I的输入端P1的实效脉冲宽度Tk需要变得比最长检测时间宽度Tfe短。此外，扩大时间宽度t的值通过式(2)被定义。另外，在图5A、图5B中，修正脉冲数据可以是扩大电位差X扩大时间(VQXt)，或者，(扩大电位差+脉冲电位差)X扩大时间((Vo+VDC；) Xt)的任一种。以上，根据本实施方式，即使在具有诊断用脉冲信号的脉冲波形发生失真的滞后电路特性的长距离的传送线路中，不用扩大诊断用脉冲信号的脉冲的时间宽度就能够修正脉冲波形的上升时间，因此能够根据反馈信号正确地诊断控制信号的异常的有无。实施例2参照图6对实施例2进行说明。在实施例2的各部分中，对于与实施例I的控制系统相同的部分附加相同的符号，并省略该说明。实施例2的控制系统与实施例I的不同点在于，在实施例I中不具备自动生成修正脉冲数据的功能，但在实施例2中，在修正脉冲数据生成部133中具备修正表133a，根据反馈信号检测脉冲波形的上升时间及其脉冲宽度，预先求出与该上升波形的特性对应的修正脉冲数据(扩大电位差X扩大时间)，即使到操作端部2为止的传送线路长(传送线路的特性是阻抗X距离)变换，也可以参照修正表133a而自动地生成修正脉冲数据。根据这样构成的实施例2，即使操作端部2的输入电路和/或传送线路的特性发生变化，也能够自动地生成经修正后的诊断用脉冲数据。此外，如图7所示，还可以构成为将输入电路16变形，变成能够将反馈信号的信号电平电平分解成多级的多级电平接收电路16a，具备使该多级电平接收电路16a的输出与修正脉冲数据预先建立了对应的修正表133a，判断反馈信号的电平状态并参照对应的修正表133a来进行自动修正。
实施例3参照图8A、图8B1、图8B2、图8B3，对实施例2进行说明。对于实施例3的各部分，与实施例I的控制系统相同的部分附加相同的符号，并省略该说明。实施例3的控制系统与实施例I的不同点在于，在实施例I中，诊断用脉冲信号不具备判断传送线路的状态是否良好的功能，但在实施例3中，可以通过诊断用脉冲信号来检测信号线3的短路。实施例3的控制装置I是在实施例I的构成之上，还具备了图8所示的负电源电路15，而且，取代接收电路16，设置还具备了与光耦合器的输入侧的光电二极管并联的反极性的二极管的接收电路16b,从而形成了反馈信号双方向流动的返回(return)电路。在图8A中，负电源电路15是根据电源Vdc和GND，生成接地电位GND为OV时的，成为负的电位的负电压一 Vra的电路，生成的负电压一 Vio被输入可变放大电路12。接收电路16b是即使信号线32和接地电位GND的电压变为负电压一 Vio也能够使电流通过的电路。实施例3的可变放大电路12根据从电源Vdc以及负电源电路15供给的负电压一Vra，生成图8B1所示的脉冲波形。这样构成的实施例3的控制装置I能够检测出信号线31和信号线32的短路故障。以下，对该短路检测的动作进行说明。在信号线3之间发生了短路故障的情况下，通过可变放大电路12所生成的诊断用脉冲信号通入(pass)输入电路21，脉冲信号按照可变放大电路12—信号线31 —信号线32 —接收电路16b的路线顺序流动。此时，成为负电压的输出波形若从可变放大器12的输出端s3施加图8B1的波形，则脉冲电流反向流动，接收电路16b的次级侧的输出s5分别成为图8B2、图8B3所示的半波整流输出。另一方面，若没有发生短路故障，在正常时的情况下，对于负电压脉冲，由于操作端部2的接收电路21受到反向的反向电压，通过光耦合器211的光电二极管的整流功能，信号线31、信号线32中不流动信号电流。此时，可变放大器12的输出端S3、接收电路次级侧的输出s5分别成为高阻抗，被固定在各自的端部的电位。
因此，对于负电压脉冲，在正常时，若通过接收电路16检测到原本不能够检测到的诊断用脉冲信号，即，控制装置I能够判断出由于信号线短路、或者某种故障，操作端2的接收电路21被通入的情况。以上，根据本实施例，控制装置能够与信号线的路线的阻抗无关地检测出连结控制装置和操作端部的信号线的短路故障，能够提高安全停止系统的故障检测功能。实施例4参照图9A、图9B，对实施例4进行说明。对于实施例4的各部分，与实施例I的控制系统相同的部分附加相同的符号，并省略该说明。实施例4的控制系统与实施例I的不同点在于，在实施例I中，诊断用脉冲信号不具备判断传送线路的状态的是否良好的功能，但在实施例4中，进而通过诊断用脉冲信号来检测信号线3的短路。 实施例4的控制装置I具备信号线切换开关14，该信号线切换开关14使实施例I的从可变放大电路12向操作端部2施加的诊断用脉冲信号与信号线31或信号线32连接，使接收电路16与信号线32或信号线3连接。切换也可以构成为，在此未图示的，从内部电路13的诊断用脉冲数据生成部132对信号线切换开关14输出切换指令s6。信号线切换开关14用于切换在可变放大电路12的输出端和接收电路16的输入端之间连接的该输出端和该输入端对信号线3的连接，切换对输入电路21的诊断用脉冲信号的施加方向。详细地讲，使可变放大电路12的输出S3与第一路线(从信号线切换开关al — b到信号线31，从信号线32到信号线切换开关c - a2，如实线所示)连接，或者，与第二路线(从信号线切换开关al - c到信号线32，从信号线31到信号线切换开关d_a2，如虚线所示)连接，从而切换可变放大器12的输出对操作端部2施加的方向。这样的构成的实施例4的控制装置I能够检测到信号线31和信号线32的短路故障。以下，对该检测动作进行说明。若信号线切换开关14被连接于第一路线，在信号线31与信号线32发生短路故障的情况下，即使施加基于控制装置I的诊断用脉冲信号，也不能够检测出短路故障。这是因为，在发生了短路故障的情况下的第一路线相对于正常时是通入接收电路21的程度的变化，诊断用脉冲信号上不会产生显著的变化。另一方面，在信号线切换开关14被连接于第二路线的情况下，控制装置I能够检测出短路故障。短路故障时，诊断用脉冲信号通入输入电路21，以可变放大电路12—信号线32 —信号线31 —接收电路16的路线流通。在此，在没有发生短路故障的情况下，在信号线切换开关14为第二路线时，操作端部2的输入电路21受到反向电压，通过光电二极管的整流功能，信号线31、信号线32不流动信号电流。因此，在信号线切换开关14按第二路线被连接的情况下，若通过接收电路16检测到原本正常时不能够检测到的诊断用脉冲信号，即，通过控制装置I能够判断出由于信号线短路、或者某种故障而操作端部2的输入电路21被旁通。以上，根据本实施方式，控制装置能够与信号路线的阻抗无关地检测出连结控制装置和操作端部的信号线的短路故障，能够提高安全停止系统的故障检测功能。实施例5参照图10A、图10B，对实施例5进行说明。对于实施例5的各部，与实施例I的控制系统相同的部分赋予相同的符号，并省略该说明。实施例5的控制系统与实施例I的不同点在于，在实施例I中，诊断用脉冲信号不具备判断传送线路的状态是否良好的功能，但在实施例5中，还能够通过诊断用脉冲信号，检测出信号线3的短路以及断线。实施例5的控制装置I在实施例I的构成之上，还具备在控制装置I内部直接接收从可变放大电路12向信号线31的输出的输出反馈电路172 ;以及在可变放大电路12与信号线31之间串联插入的阻抗调整电路(可变整合电阻)171。 输出反馈电路172具备以下功能对于经由了阻抗调整电路171的可变放大电路12的输出信号而言，具备了高的输入阻抗，检测输入信号的电位电平，向内部电路13通知检测结果。阻抗调整电路171是电阻值可变的串联电阻，阻抗调整电路171具备调整将信号线31、输入电路21和信号线32当做I根线缆的情况下的特性阻抗，以及阻抗调整电路171自身的阻抗的功能。这样构成的实施例5的控制装置I能够检测出信号线31和信号线32的短路故障、以及信号线31的断线故障。下面对其检测动作进行说明。在信号线3中传递的电信号具备波的性质，存在在传送线路端或线缆连接部位发生反射的可能性。但是，即使是不同种类的线缆连接，在其特性阻抗相等时不发生反射(这种情况被称为“阻抗匹配”)。但是，若不同种类线缆的特性阻抗不同时，则在连接点信号的一部分透过，其余的部分反射。然而，在阻抗调整已完成的阻抗调整电路171的出口信号线的一端和信号线31的连接点，由于两线的特性阻抗已经被调整为一致，所以不发生反射。在此，在信号线31和信号线32发生短路故障时，若将信号线31、输入电路21和信号线32当做一根线缆的情况下的特性阻抗发生变化，则在短路前已调整过的阻抗调整电路171的出口信号线的一端和信号线31的连接点，两线的特性阻抗变得不同，在此发生了信号的反射。通过该反射波与诊断用脉冲信号的输出脉冲波叠加，连接点处的诊断用脉冲信号的脉冲波形失真。由输出反馈电路172检测到与正常时不同的诊断用脉冲信号的波形。此外，在信号线31或信号线32发生断线故障时，在断线部分发生信号波形的全反射，与短路故障时相同，通过全反射波与输出脉冲波的叠加，连接点处的诊断用脉冲信号的脉冲波形发生较大的失真。该失真的脉冲波形被输入输出反馈电路172，与正常时不同的诊断用脉冲信号的波形被输出反馈电路172检测出。由此，控制装置I能够检测出在信号线31前方的信号线路中发生了包含断线故障在内的某种异常。以上，根据本实施方式，控制装置能够检测出连结控制装置和操作端部的信号线的短路故障或断线故障，能够提高安全停止系统的故障检测功能。另外，虽然对本发明的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式只是作为例子而提出的，其意图不在于限定本发明的范围。这些新的实施方式也可以以其他的多种形态被实施，在不脱离发明的要旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形也包含在发明的范围、要旨中，包含在与权利要求书所记载的发明同等的范围中。符号说明I控制装置2操作端部10诊断用脉冲信号生成部 12可变放大电路13内部电路14信号线切换开关15负电源电路16接收电路16a多级电平接收电路16b接收电路21输入电路23内部电路24诊断响应数据发送电路31，32 信号线131控制数据生成部132诊断用脉冲数据生成部133修正脉冲数据生成部134诊断响应数据接收电路171整合可变电阻172输出反馈电路161,211 光稱合器162，212 限流电阻
权利要求
1.一种供给诊断用脉冲信号的控制系统，从控制装置经由信号线向操作端部发送诊断用脉冲信号，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态的异常以及该操作端部的功能进行诊断， 上述控制系统具备上述控制装置和上述操作终端部， 进而，上述控制装置具备诊断用脉冲信号生成部， 该诊断用脉冲信号生成部具备(I)内部电路、(2)可变放大电路和(3)接收电路， 上述内部电路以预先设定的控制周期生成对上述操作端部进行控制的控制数据，并且以预先设定的诊断周期生成对上述操作端部进行诊断的诊断用脉冲数据，基于从上述操作端部的输入端反馈的、诊断用脉冲信号的反馈信号的波形，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态以及上述操作端部的功能进行诊断， 上述可变放大电路具备 Ca)生成基于上述控制数据的控制信号的非反相放大电路； (b)生成基于上述诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号的DA变换器； 以及 (c)向控制信号叠加上述诊断用脉冲信号，以预先设定的信号电平发送至上述操作端部的加法器， 上述接收电路接收上述反馈信号并发送至上述内部电路， 上述内部电路还具备修正脉冲数据生成部,该修正脉冲数据生成部生成对发送的上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正的修正脉冲数据，对诊断用脉冲数据进行修正， 该控制系统对上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正，即使在上述信号线的长度长的情况下也能够不扩张上述诊断用脉冲信号的脉冲宽度地由上述操作端部接收上述诊断用脉冲信号。
2.根据权利要求I所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统，其中， 上述内部电路接收上述反馈信号，计测所发送出的上述诊断用脉冲信号的上升时间以及脉冲宽度，具备使该计测值与上述修正脉冲数据的脉冲宽度及该脉冲峰值预先建立了对应的修正表， 根据上述反馈信号的计测值，参照上述修正表来自动修正上述诊断用脉冲数据。
3.根据权利要求I所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统，其中， 上述接收电路是能够检测出多级的电位电平的接收电路， 上述内部电路接收上述电位电平，具备使上述电位电平与上述修正脉冲数据的脉冲宽度及该脉冲峰值预先建立了对应的修正表， 根据上述反馈信号的计测值，参照上述修正表来自动修正上述诊断用脉冲数据。
4.根据权利要求I所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统，其中， 上述操作端部的输入电路以及上述控制装置的上述接收电路分别是光耦合器绝缘电路， 上述输入电路的初级侧是光耦合器的二极管及其限流电阻串联连接而成，其一端经由上述信号线与上述可变放大电路的输出连接，另一端经由上述信号线与上述接收电路的输入端连接， 上述接收电路，将与上述光耦合器的第I二极管的阳极连接的端部作为来自上述输入电路的上述反馈信号的一端，该第I 二极管的阴极将与上述光耦合器绝缘电路的接地电位连接的端部作为另一端，进而，由上述第I二极管与同上述第I二极管反极性连接的第2 二极管构成， 上述诊断用脉冲信号生成部还具备负电源电路，该负电源电路使上述可变放大器的上述诊断用脉冲信号的低电位侧成为负电位， 上述内部电路在上述反馈信号的脉冲波形中没有检测到负电位的情况下，判断为上述信号线之间“有短路”。
5.根据权利要求I所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统，其中， 上述操作端部的输入电路以及上述控制装置的上述接收电路分别是光耦合器绝缘电路，上述输入电路的初级侧由光耦合器的二极管及其限流电阻串联连接而成，其一端经由上述信号线与上述可变放大电路的输出连接，另一端经由上述信号线与上述接收电路的输入端连接， 上述接收电路构成为，将与初级侧的光耦合器的二极管的阳极连接的端部作为来自上述输入电路的上述反馈信号的一端，该二极管的阴极将与上述光耦合器绝缘电路的接地电位连接的端部作为另一端， 上述诊断用脉冲信号生成部具备信号线切换开关，该信号线切换开关被连接在上述可变放大器的输出端和上述接收电路的输入端之间、切换该输出端和该输入端向上述信号线的连接，从而切换对上述输入电路的上述诊断用脉冲信号的施加方向， 上述内部电路切换上述信号线切换开关，在任一种情况下上述反馈信号中都检测到相同的脉冲波形的情况下，判断为上述信号线间“有短路”。
6.根据权利要求I所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统，其中， 上述诊断用脉冲信号生成部具备在上述可变放大电路的输出端和上述信号线的一端之间串联连接的可变整合电阻， 还具备将该可变整合电阻的上述信号线的一端作为输入端而被连接的上述诊断脉冲信号的输出反馈电路， 上述内部电路观测从上述输出反馈电路输出的脉冲波形，在有反射振动波的情况下判断为“有断线”，或者，在有并非反射振动波的失真的情况下判断为“有短路”。
7.一种供给诊断用脉冲信号的控制系统中的控制装置，上述控制系统从上述控制装置经由信号线向操作端部发送诊断用脉冲信号，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态的异常以及上述操作端部的功能进行诊断， 上述控制装置具备诊断用脉冲信号生成部， 该诊断用脉冲信号生成部具备(I)内部电路、(2)可变放大电路和(3)接收电路， 上述内部电路以预先设定的控制周期生成对上述操作端部进行控制的控制数据，并且以预先设定的诊断周期生成对上述操作端部进行诊断的诊断用脉冲数据，基于从上述操作端部的输入端反馈来的、诊断用脉冲信号的反馈信号的波形，对从上述控制装置到上述操作端部为止的连接状态以及上述操作端部的功能进行诊断， 上述可变放大电路具备 Ca)生成基于上述控制数据的控制信号的非反相放大电路； (b)生成基于上述诊断用脉冲数据的诊断用脉冲信号的DA变换器；以及 (C)向上述控制信号叠加上述诊断用脉冲信号，以预先设定的信号电平发送至上述操作端部的加法器， 上述接收电路接收上述反馈信号并发送至上述内部电路， 上述内部电路还具备修正脉冲数据生成部,该修正脉冲数据生成部生成对发送的上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正的修正脉冲数据，对诊断用脉冲数据进行修正， 该控制系统对上述诊断用脉冲信号的上升时间进行修正，即使在上述信号线的长度长的情况下也能够不扩张上述诊断用脉冲信号的脉冲宽度地由上述操作端部接收上述诊断用脉冲信号。
8.根据权利要求7所述的供给诊断用脉冲信号的控制系统中的控制装置，其中， 上述内部电路接收上述反馈信号，计测所发送出的上述诊断用脉冲信号的上升时间以及脉冲宽度，具备使该计测值与上述修正脉冲数据的脉冲宽度及该脉冲峰值预先建立了对应的修正表， 根据上述反馈信号的计测值，参照上述修正表来自动修正上述诊断用脉冲数据。
全文摘要
一种供给诊断用脉冲信号的控制系统及其控制装置，控制装置(1)具备诊断用脉冲信号生成部(10)，诊断用脉冲信号生成部(10)具备生成控制数据，并且生成诊断操作端部的诊断用脉冲数据，根据诊断用脉冲信号的反馈信号的波形对上述信号线及上述操作端部的功能进行诊断的内部电路(13)；向控制信号叠加诊断用脉冲信号，并以预先设定了的信号电平发送至上述操作端部的可变放大电路(12)；和接收反馈信号并发送至上述内部电路的接收电路(16)，内部电路具备生成对诊断用脉冲信号的上升时间进行修正的诊断用脉冲数据的修正脉冲数据生成部，即使在信号线的长度长的情况下也能够不扩张诊断用脉冲信号的脉冲宽度地接收诊断用脉冲信号。
文档编号G05B23/02GK102799169SQ20121016267
公开日2012年11月28日 申请日期2012年5月23日 优先权日2011年5月23日
发明者中谷博司, 鲛田芳富, 井上笃, 大西直哉, 登古诚 申请人:株式会社东芝