專利名稱：多路模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置及故障診斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于進(jìn)行可編程的電子裝置中所使用的多路模擬輸入輸出電路的故 障診斷的裝置以及其方法。
背景技術(shù)：
針對核電站或化學(xué)工廠等潛在危險性高的工藝設(shè)施，當(dāng)萬一有情況發(fā)生時，為了 降低對工作人員以及周圍環(huán)境的影響，在采取隔墻等防護(hù)設(shè)施這種被動的對策的同時，也 采取利用緊急停止裝置等的安全裝置的主動的對策。其中，安全裝置等的控制手段在以往是通過繼電器等的電磁、機(jī)械單元來實(shí)現(xiàn)的。 但是，近年來，隨著以可編程的電子裝置(PLC Programmable Logic Controller)為代表的 可編程控制設(shè)備技術(shù)的發(fā)展，作為安全控制系統(tǒng)的控制單元，使用這些控制設(shè)備的需求不 斷增長。
非專利文獻(xiàn)1中所示的IEC61508就是順應(yīng)該動向所發(fā)行的國際規(guī)格，規(guī)定了在安 全控制系統(tǒng)的一部分中使用電的/電子的/可編程的電子裝置的情況下的必要條件。艮口， 在IEC61508中，作為安全控制系統(tǒng)的能力的尺度，定義了 SIL(Safety IntegrityLevel), 規(guī)定了與1到4的級別對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)的要求事項(xiàng)。顯示出SIL越高，可以降低工藝設(shè)施所具 有的潛在危險性的程度越高。即，該SIL的級別意味著，當(dāng)檢測出工藝設(shè)施的異常時，可以 在多大程度上確切地實(shí)施所規(guī)定的安全控制。安全控制裝置，即使在通常的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下為非激活，當(dāng)工藝設(shè)施發(fā)生異常時，也需 要其立刻激活。因此，時常進(jìn)行自我診斷，不斷進(jìn)行自身的健全性檢查尤為重要。另外，在 需要高SIL的安全控制系統(tǒng)中，為了將由于未檢測出的故障而導(dǎo)致系統(tǒng)不運(yùn)轉(zhuǎn)的幾率降低 到最低，需要實(shí)施范圍廣·精度高的自我診斷。在IEC61508中，分別介紹了適用于構(gòu)成安全控制裝置的每種重要部件的自我診 斷技術(shù)方法。各自的技術(shù)方法的有效性以診斷率的形式顯示。在此，診斷率是指，在各構(gòu)成 要素的所有故障中，采用該診斷技術(shù)方法時可以檢測出的故障的比例。另外，作為PLC的構(gòu)成要素之一的模擬輸入輸出裝置的故障檢測手段，采用另外 設(shè)置故障診斷用電路的方法，即，通過將電路二重化等的方法檢測故障的方法。例如，有人 提出了以下的方案，即，為了診斷與A/D轉(zhuǎn)換器連接的多路復(fù)用器(multiplexer)的故障， 通過將多路復(fù)用器二重化，并比較它們的輸出，來診斷多路復(fù)用器的故障(例如，參照專利 文獻(xiàn)1)。另外，也有人提出了這樣的方案，即，在檢測出A/D轉(zhuǎn)換器的故障時，在A/D轉(zhuǎn)換 器的前面設(shè)置多路復(fù)用器，將該多路復(fù)用器的輸入與電源電壓和接地電壓連接，來進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換器的故障診斷(參照專利文獻(xiàn)2)。另外，還有人提出了如下的技術(shù)方案，S卩，對不需要外接電路的A/D轉(zhuǎn)換器的好壞 進(jìn)行判斷的方法，準(zhǔn)備從低電位到高電位的測試電壓，通過將該測試電壓作為A/D轉(zhuǎn)換信 號輸出，并根據(jù)該輸出值，來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器的好壞判斷(參照專利文獻(xiàn)3)。
另外，還有人提出了如下的技術(shù)方案，S卩，生成多個測試模式，對輸入的模擬信號 和測試模式信號進(jìn)行切換，提供給包括A/D轉(zhuǎn)換器的模擬處理部，根據(jù)由A/D轉(zhuǎn)換器輸出的 測試模式信號的數(shù)字信號，對模擬與數(shù)字的混合電路的障礙進(jìn)行檢測(參照專利文獻(xiàn)4)。專利文獻(xiàn)1 JP特開平1-101020號公報專利文獻(xiàn)2 JP特開平8-330959號公報
專利文獻(xiàn)3 JP特開2007-285764號公報專利文獻(xiàn)4 JP特開2004-228928號公報非專利文獻(xiàn)1 JEC61508-1 7，“Functional safety ofelectrical/ electronic/programmable electronicsafety-related systems"partl-part7但是，在上述專利文獻(xiàn)1 4所示的技術(shù)中，雖然可以分別檢測出多路復(fù)用器的故 障或A/D轉(zhuǎn)換器的故障，但是不能同時檢測出這兩種部件的故障而且在此基礎(chǔ)上將其故障 的原因區(qū)分開。例如，在專利文獻(xiàn)2記載的技術(shù)中，在多路復(fù)用器的各信道之間輸入了相同電壓 值的情況下，特別是在輸入選擇信號本身發(fā)生了故障等情況下，會產(chǎn)生有連正在發(fā)生故障 的情況都不能檢測出的這一問題。即，專利文獻(xiàn)1 4所示的故障診斷方法，在要求高的故 障診斷檢測率的系統(tǒng)中，不能確保充分的功能安全。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠同時檢測出多路模擬輸入電路中所使用的多路復(fù) 用器的故障和A/D轉(zhuǎn)換器的故障，并能能夠進(jìn)一步將故障的原因也區(qū)分開的故障診斷裝置 以及故障診斷方法。為了解決上述課題而達(dá)到本發(fā)明的目的，本發(fā)明的故障診斷裝置具有發(fā)送多種 信號的信號源；第ι切換電路，其被提供來自該信號源的信號、并且其具有至少2個以上的 開關(guān)；模擬信號轉(zhuǎn)換部，其經(jīng)由該第1切換電路被提供來自信號源的輸出；和診斷電壓輸入 部，其被輸入測試電壓。S卩，本發(fā)明的故障診斷裝置為包括模擬信號轉(zhuǎn)換部和診斷電壓輸入部的裝置，模 擬信號轉(zhuǎn)換部具有多路復(fù)用器，其經(jīng)由上述第1切換電路被提供來自信號源的信號，并且 具有與第1切換電路所具有的多個開關(guān)數(shù)量相同的信道；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被提供來自 上述多路復(fù)用器的信號；和輸出處理電路，其被提供來自模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出。另外，診斷電壓輸入部具有測試電壓輸入電路；數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，其被提供來 自該測試電壓輸入電路的測試電壓；多路分配器，其被提供來自上述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的 模擬信號，并且其具有多個輸出信道；和第2切換電路，其與多路分配器連接，并具有至少 與多路分配器的輸出信道數(shù)量相同的開關(guān)。當(dāng)故障診斷時，經(jīng)由第2切換電路的各開關(guān)， 提供來自多路分配器的模擬的測試電壓，作為模擬信號轉(zhuǎn)換部的多路復(fù)用器的各信道的輸 入。另外，本發(fā)明的故障診斷方法為多路模擬輸入輸出電路的故障診斷方法，所述多 路模擬輸入輸出電路具有發(fā)送多種信號的信號源；第1切換電路，其被提供來自該信號源 的信號、并且具有至少2個以上的開關(guān)；模擬信號轉(zhuǎn)換部，其被提供第1切換電路的輸出； 和診斷電壓輸入部，其被輸入測試電壓。首先，針對具有構(gòu)成模擬信號轉(zhuǎn)換部的多個信道的多路復(fù)用器和將該多路復(fù)用器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器，從診斷電壓輸入部輸 入按照多路復(fù)用器的每個信道而不同的測試電壓值。然后，將按各信道輸出的數(shù)字電壓值 與被輸入的測試電壓值進(jìn)行比較，通過該比較結(jié)果判斷是多路復(fù)用器的故障還是A/D轉(zhuǎn)換 器的故障。S卩，根據(jù)本發(fā)明的故障診斷裝置以及故障診斷方法，可以通過輸入對應(yīng)每個輸入 信道的不同的測試電壓值，并觀察其運(yùn)行模式，來確定多路復(fù)用器以及A/D轉(zhuǎn)換器中的哪 一個發(fā)生了故障。根據(jù)本發(fā)明，可以擴(kuò)大多路模擬輸入輸出電路的故障診斷范圍，同時，具有在異常 發(fā)生后，故障部位的確定變得容易，使部件更換所需時間變短的作用效果，其結(jié)果是，平均 修復(fù)時間(MTTR:Mean Time To Repair)縮短，因此，可以實(shí)現(xiàn)可靠性高的系統(tǒng)。另外，由于 不需要構(gòu)成用于分別診斷多路復(fù)用器、A/D轉(zhuǎn)換器、開關(guān)等的電路，因此還具有部件數(shù)量少， 成本降低的優(yōu)點(diǎn)。并且，所謂MTTR是表示發(fā)生故障的系統(tǒng)的修復(fù)所需時間的平均值，是修理時間除 以故障次數(shù)后的值?？梢哉f該MTTR是作為系統(tǒng)的安全性的指標(biāo)而使用的，MTTR越小，修復(fù) 所需時間越短，系統(tǒng)的安全性越高。


圖1是作為本發(fā)明的實(shí)施方式例的模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置的框圖。圖2是用于說明本發(fā)明的實(shí)施方式例中的、用于說明電路側(cè)開關(guān)是否固定為接通 /斷開的診斷以及電路的故障診斷的操作的流程圖。圖3是表示本發(fā)明的實(shí)施方式例中的、正常狀態(tài)下的各信道的輸出值與測試輸入 值的比較結(jié)果的圖。圖4是表示本發(fā)明的實(shí)施方式例中的、多路復(fù)用器的異常狀態(tài)下的各信道的輸出 值與測試輸入值的比較結(jié)果的圖。圖5是表示本發(fā)明的實(shí)施方式例中的、A/D轉(zhuǎn)換器的異常狀態(tài)下的各信道的輸出 值與測試輸入值的比較結(jié)果的圖。圖6是對本發(fā)明的實(shí)施方式例中的、A/D轉(zhuǎn)換器的異常狀態(tài)下的各信道的各位串 進(jìn)行比較后所表示的圖。符號的說明100…信號源(16個)、101…第1切換電路(16個開關(guān))、102…模擬信號轉(zhuǎn)換部、 103…診斷電壓輸入部、104…信號線、105…多路復(fù)用器、106…A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換器、 107…輸出處理電路、108···輸入選擇信號、109…測試電壓輸入電路、110…D/A(數(shù)字/模 擬)轉(zhuǎn)換器、111…多路分配器、112…第2切換電路(16個開關(guān))、113…輸出選擇信號、 114…電阻群、115…輸出比較電路、116…誤差信號(異常信號)
具體實(shí)施例方式以下，針對用于實(shí)施本發(fā)明的實(shí)施方式例(以下，也會稱為“本例”)，參照附圖進(jìn) 行說明。圖1是作為本發(fā)明的實(shí)施方式例的模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置的電路框圖。在本例中，為了便于說明，將信號源的數(shù)量和信道的數(shù)量設(shè)為16個。即，信號源105設(shè)置為生成16種電壓。該信號源電壓的幅度設(shè)為IV 5V。另外，測試電壓模擬輸入值設(shè)為 0. 5V 8V，測試電壓的數(shù)字值的下限和上限分別設(shè)為4000和16000。不過，這些數(shù)值僅僅 是為了表示其中的一例，在實(shí)際的實(shí)施方式例中，并不局限于這些數(shù)值。因此，本發(fā)明不受 這些數(shù)值的制約。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式例包括信號源100 ；被提供了來自信號源100的 信號并具有16個開關(guān)的第1切換電路101 ；連接了該第1切換電路101的模擬信號轉(zhuǎn)換部 102 ；與該模擬信號轉(zhuǎn)換部102連接并提供測試電壓的診斷電壓輸入部103。模擬信號轉(zhuǎn)換部102是選擇經(jīng)由第1切換電路101所提供的信號源電壓的其中之 一，并轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)值進(jìn)行輸出的電路。另外，如后面所述，診斷電壓輸入部103是將D/A轉(zhuǎn) 換后的多個階段的診斷用測試電壓提供給模擬信號轉(zhuǎn)換部102的電路。模擬信號轉(zhuǎn)換部102包括經(jīng)由第1切換電路101和信號線104而被輸入了來自 16個信道的信號源100的信號的多路復(fù)用器105 ；將來自多路復(fù)用器105的模擬輸出值轉(zhuǎn) 換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器106 ；對A/D轉(zhuǎn)換器106的輸出值進(jìn)行處理的輸出處理電路107。 并且，多路復(fù)用器105選擇哪個信道的信號是由從外部提供的輸入選擇信號108所決定的。另外，診斷電壓輸入部103包括將0. 5V 8V分成16個階段，產(chǎn)生16個測試電壓 值(數(shù)字值)的測試電壓輸入電路109 ；將該測試電壓輸入電路109的輸出轉(zhuǎn)換為模擬信號 的D/A轉(zhuǎn)換器110 ；對D/A轉(zhuǎn)換器110的輸出進(jìn)行分配的多路分配器(demultiplexer) 111 ； 提供利用多路分配器111分配的16個階段的測試電壓的第2切換電路112。在此，多路分 配器111的切換選擇是根據(jù)與輸入選擇信號108同步的輸出選擇信號113進(jìn)行的。來自診斷電壓輸入部103的測試電壓經(jīng)由電阻群114，被提供給模擬信號轉(zhuǎn)換部 102的信號線104。另外，由輸出比較電路115，對來自模擬信號轉(zhuǎn)換部102的輸出處理電 路107的輸出信號和來自診斷電壓輸入部103的測試電壓輸入電路109的測試電壓進(jìn)行比 較，通過該輸出比較電路115的比較結(jié)果，判斷構(gòu)成模擬信號轉(zhuǎn)換部102的各自的電路的正 常、異常。在檢測出某些異常的情況下，從輸出比較電路115將誤差信號116發(fā)送給未圖示 的警告裝置。接下來，對圖1所示的電路的操作進(jìn)行說明。來自具有16個信道的信號源100的 信號通過第1切換電路101，可以切換每個信道獨(dú)立連接的開關(guān)。而且，多路復(fù)用器105選 擇16個信道中的一個，發(fā)送到A/D轉(zhuǎn)換器106。在此，切換為哪一個信道是由從外部輸入 的輸入選擇信號108所決定的。而且，通過A/D轉(zhuǎn)換器106轉(zhuǎn)換為數(shù)字值的信號被發(fā)送到 輸出處理電路107，在此進(jìn)行常規(guī)的處理，并被輸出到輸出比較電路115。另外，來自信號源 100的電壓值被設(shè)定為在上述IV 5V的范圍內(nèi)進(jìn)行變化。另外，來自測試電壓輸入電路109的輸出被D/A轉(zhuǎn)換器110轉(zhuǎn)換為模擬值，并通過 多路分配器111被分配給16個信道的輸出中的任意一個。該多路分配器111中的各信道 的選擇切換是根據(jù)從外部提供的輸出選擇信號113進(jìn)行的。該輸出選擇信號113成為與已 經(jīng)說明的輸入選擇信號108取得了同步的信號。然后，多路分配器111的輸出信道與第2切換電路112所選擇的任意的開關(guān)連接， 測試電壓被從診斷電壓輸入部103提供給模擬信號轉(zhuǎn)換部102。另外，輸出比較電路115，如 上所述，對來自測試電壓輸入電路109的測試電壓、與該測試電壓經(jīng)由模擬信號轉(zhuǎn)換部102被從輸出處理電路107輸出的輸出電壓進(jìn)行比較。然后，根據(jù)該比較結(jié)果，進(jìn)行模擬信號轉(zhuǎn) 換部102的異常判斷。在如圖1所示構(gòu)成的多路模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置中，在通常情況下， 第1切換電路101為接通狀態(tài)，來自信號源100的信號經(jīng)由多路復(fù)用器105被提供給A/D 轉(zhuǎn)換器106。然后，通過A/D轉(zhuǎn)換器106將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。另一方面，在故障診斷操作時，將第1切換電路101設(shè)定為斷開，將第2切換電路 112設(shè)定為接通。然后，將來自診斷電壓輸入部103的測試電壓提供給多路復(fù)用器105。另 夕卜，在進(jìn)行故障診斷操作時，作為測試電壓，設(shè)定針對每一信道不同的電壓值，利用多路分 配器111，按順序地切換信道進(jìn)行輸入。接下來，根據(jù)圖2所示的流程圖，對成為在進(jìn)行模擬輸入診斷部102的多路 復(fù)用器 105和A/D轉(zhuǎn)換器106的故障檢測的情況下的前提的操作進(jìn)行說明，同時，對模擬信號轉(zhuǎn)換 部102的各電路的故障診斷進(jìn)行說明。首先，當(dāng)進(jìn)行模擬輸入診斷部102的故障檢測時，需要先檢查第1切換電路101的 健全性。即，需要先診斷第1切換電路101是固定為接通還是固定為斷開，圖2的流程圖表 示進(jìn)行該診斷的順序。如圖2所示，以下將第1切換電路101記載為“開關(guān)101”，將第2切換電路112記 載為“開關(guān)112”，并進(jìn)行說明。首先，對用于檢查開關(guān)101是固定為接通還是固定為斷開的流程進(jìn)行說明。先將 開關(guān)101設(shè)置為斷開狀態(tài)，將開關(guān)112設(shè)置為接通狀態(tài)。然后，從測試電壓輸入電路109輸 入OV (步驟S201)。然后，判斷模擬信號診斷部102的輸出處理電路107的輸出是否為“0V”(步驟 S202)。在該判斷步驟S202中，如果從測試電壓輸入電路109輸入的電壓OV被判斷為是由 輸出處理電路107輸出(步驟S202的“是”)，則開關(guān)101正常開放，即，判斷為處于斷開狀 態(tài)。換句話說，開關(guān)101被判斷為沒有固定為接通，并進(jìn)入下一個步驟S204。另一方面，在判斷步驟S202中判定為輸出處理電路107的輸出變?yōu)镺V以外的值 的情況下(步驟S202的“否”)，存在本來不應(yīng)該被輸出的來自信號源100的輸出經(jīng)由開關(guān) 101被從輸出處理電路107輸出的可能性。S卩，開關(guān)101不處在斷開狀態(tài)，而處于接通狀態(tài) 的可能性很高。在這種情況下，判斷開關(guān)101固定為接通(步驟S203)。當(dāng)在判斷步驟S202判斷為開關(guān)101沒有固定為接通的情況下，則接下來必須判定 開關(guān)101是否固定為斷開。因此，將開關(guān)101切換為接通狀態(tài)，將開關(guān)112切換為斷開狀態(tài)。 從信號源100提供IV 5V的電壓，來自測試電壓輸入電路109的測試電壓被設(shè)為OV (步 驟 S204)。然后，再次判定從模擬信號轉(zhuǎn)換部102的輸出處理電路107輸出的電壓是否不為 “0V”(步驟S205)。在該判斷步驟S205中，當(dāng)判定來自輸出處理電路107的輸出不是OV (步 驟S205的“是”)的情況下，可以斷定，來自信號源100的輸入經(jīng)由開關(guān)101被輸出。S卩，可 以判斷為開關(guān)101正常工作，且沒有固定為斷開。另一方面，在判斷步驟S205中，當(dāng)判定從輸出處理電路107輸出了 OV的情況下 (步驟S205的“否”)，開關(guān)101沒有與信號源100連接的可能性很大。即，開關(guān)101不是接 通狀態(tài)，而固定為斷開狀態(tài)。即，判斷為固定為斷開(步驟S206)。
在判斷步驟S205，當(dāng)判定從輸出處理電路107輸出的不是OV而是某一信號的情況下，接下來，判斷構(gòu)成模擬信號轉(zhuǎn)換部102的電路是否正常地工作。即，針對開關(guān)101既不 是固定為接通，也不是固定為斷開的狀態(tài)下，進(jìn)行電路的異常檢測。因此，這次將開關(guān)101切換為斷開狀態(tài)，將開關(guān)112切換為接通狀態(tài)。然后，將來 自信號源100的信號保持其原有的狀態(tài)，由測試電壓輸入電路109產(chǎn)生16個階段的測試電 壓Vtest (步驟S207)。然后，在該狀態(tài)下，判定是否輸出了與被輸入的測試電壓相同值的電 壓Vtest作為輸出處理電路107的輸出(步驟S208)。在該判斷步驟S208，當(dāng)判定從輸出處理電路107輸出了與測試電壓Vtest相同的 電壓值的情況下(步驟S208的“是”)，即，若用圖1的電路來說，則在測試電壓16個階段 的所有階段中，在沒有從輸出比較電路115輸出誤差信號116的情況下，判定為模擬信號轉(zhuǎn) 換部102的所有電路都正常地工作(步驟S210)。但是，在判斷步驟S208中，當(dāng)判定從輸出處理電路107輸出了測試電壓Vtest以 外的電壓值的情況下(步驟S208的“否”)，判斷為構(gòu)成模擬信號轉(zhuǎn)換部102的電路、即A/ D轉(zhuǎn)換器106或多路復(fù)用器105發(fā)生了某種異常(步驟S209)。但是，僅靠單一信道的診斷，不能判斷出是多路復(fù)用器105的故障，還是A/D轉(zhuǎn)換 器106的故障，因此，經(jīng)由16個信道提供測試電壓Vtest，診斷所有16個信道的輸出，進(jìn)行 故障部位的確定。接下來，根據(jù)圖3 圖6，對本例的故障診斷裝置以及故障診斷方法中的沒有故障 的正常狀態(tài)和存在某種故障的異常狀態(tài)進(jìn)行比較說明。圖3表示構(gòu)成本例的所有電路正常工作的情況的例子。圖3的橫軸表示被提供測 試電壓的各信道的編號。各自的信道被提供0.5V 8V的測試電壓。另一方面，圖3的縱 軸的左側(cè)表示由A/D轉(zhuǎn)換器106進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換的、并由輸出處理電路107輸出的數(shù)字值；右 側(cè)表示由A/D轉(zhuǎn)換器106進(jìn)行轉(zhuǎn)換之前的模擬值。由圖3所示可知，向各信道0 15施加的電壓和來自A/D轉(zhuǎn)換器106的數(shù)字輸出 值成比例關(guān)系。實(shí)線P320表示將從測試電壓輸入電路109輸入的16個數(shù)字值連起來的線。點(diǎn)p300 p315表示從各信道0 15經(jīng)由多路復(fù)用器105和A/D轉(zhuǎn)換器106向 輸出處理電路107輸入的值。由圖3可知，點(diǎn)p300 p315都落在實(shí)線p320上，由此進(jìn)行判斷，可以確認(rèn)多路復(fù) 用器105以及A/D轉(zhuǎn)換器106正常地工作。接下來，根據(jù)圖4對多路復(fù)用器出現(xiàn)故障的情況進(jìn)行說明。關(guān)于橫軸和縱軸，因?yàn)?與圖3相同，因此省略其說明。另外，圖4的實(shí)線p420是與圖3的實(shí)線p320相同的線，是 用線將從測試電壓輸入電路109輸入的16個數(shù)字值連接起來的線。在圖4中，點(diǎn)p400 p415也表示從各信道經(jīng)由多路復(fù)用器105和A/D轉(zhuǎn)換器106 向輸出處理電路107輸入的值。如圖4所示，從點(diǎn)p400到p405，以及從點(diǎn)p411到p415是在實(shí)線p420上，但是點(diǎn) p406 p410不在實(shí)線p420上。即，點(diǎn)p406 p410與點(diǎn)p405都為相同的數(shù)字值8000。由 于根據(jù)每個信道改變輸入測試電壓，因此，其輸出電壓也原本應(yīng)該根據(jù)不同的信道而成為 不同，但是，由圖4可以看出多個信道出現(xiàn)了同一數(shù)值。這表明通過多路復(fù)用器105進(jìn)行的輸入信號的選擇沒有正常地進(jìn)行。即，可以認(rèn)為固定在與點(diǎn)P405的值對應(yīng)的信道編號5，因此判斷為多路復(fù)用器5發(fā)生了故障。接下來，根據(jù)圖5，對A/D轉(zhuǎn)換器106發(fā)生了故障的情況進(jìn)行說明。關(guān)于橫軸和縱軸，由于與圖3、圖4相同，因此省略其說明。另外，圖5的實(shí)線p520也與圖3、圖4所示的 實(shí)線p320、p420相同。圖5所示的點(diǎn)p500 p515也與圖3、圖4相同，表示從各信道經(jīng)由 多路復(fù)用器105和A/D轉(zhuǎn)換器106向輸出處理電路107輸入的值。如圖5所示，不是所有的點(diǎn)都在實(shí)線p520上，一部分從實(shí)線ρ 520移動到其下方。 即，可以斷定，在實(shí)線P520上的只有點(diǎn)p501、p502、p506、p507、p511、p512這6個點(diǎn)，除此 之外的點(diǎn)不在實(shí)線P 520上。該現(xiàn)象與圖4所示的多路復(fù)用器105發(fā)生了故障的情況不同。因此，圖6表示將圖5所得到的數(shù)字值以位串進(jìn)行排列。在各信道0 15中，以 每次暫時增加0. 5V的方式施加0. 5V 8V的電壓。與施加到各信道的上述模擬電壓對應(yīng)， 用“4000” “ 16000”表示由A/D轉(zhuǎn)換器106進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換后的數(shù)字值。圖6表示與該值 對應(yīng)的14比特的位串。圖6中上面的圖為正常狀態(tài)、例如圖3所示的狀態(tài)的位串，下面的 圖表示異常狀態(tài)、即存在圖5所示的異常輸出的狀態(tài)?，F(xiàn)在，若關(guān)注圖6的位串中的從上開始第3比特(從下開始為第12比特)(在圖 中用框601圍起來的部分)則可以看出，在表示正常狀態(tài)的上面的圖中，與16個信道的每 一個“0、1丨14、15”相對應(yīng)，成為“1、(>"1、1”。與此相對，在表示異常狀態(tài)的下面的圖中， 則成為“0、0…0、0”。即，可以確認(rèn)，在正常狀態(tài)下，上位第3比特根據(jù)各信道的不同，取“0” 或“1”這樣不同的值。相比之下，在異常狀態(tài)下，上位第3比特對于所有的信道都成為“0”。這表明本來應(yīng)該可以取“0”和“1”兩者的比特固定為“0”。換言之，可以說A/D轉(zhuǎn) 換器106在將模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值時，不能進(jìn)行正確地轉(zhuǎn)換，即，表明A/D轉(zhuǎn)換器106發(fā)生 了故障。上位第3比特本來應(yīng)該為“1”，但是變成“0”，若通過圖6來解釋，則這只能說由于 表示減少了相同的數(shù)量，因此向下方移動了一定的量。另外，雖然在此使用圖6所示的位串的第幾位的比特來進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換器106的異 常檢測，但是，由于存在從下開始的3 4比特即使在正常的狀態(tài)下也都成為0的情況，因 此，通常優(yōu)選針對16個階段的測試電壓中的每一個，分別對上位比特、例如上位1 10比 特左右的比特進(jìn)行比較。如圖3 圖6所說明的那樣，根據(jù)本例，通過將來自診斷電壓輸入部103的16個 階段的測試電壓提供給模擬轉(zhuǎn)換器102，并對其輸出電壓和輸入電壓進(jìn)行比較，來同時檢測 構(gòu)成多路模擬輸入輸出電路的多路復(fù)用器105和A/D轉(zhuǎn)換器106的異常。這樣，當(dāng)異常時， 從輸出比較電路115生成誤差信號116，并向工廠等的監(jiān)視人員或操作人員發(fā)出某種警告。以上，雖然根據(jù)圖1 圖6對本發(fā)明的實(shí)施方式例進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明不局限 于上述實(shí)施方式例，只要不超出技術(shù)方案所記載的本發(fā)明的主要內(nèi)容的范圍，可以包括各 種變形例以及應(yīng)用例，這是毋庸置疑的。
權(quán)利要求
一種多路模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置，具有發(fā)送多種信號的信號源；第1切換電路，其被提供來自上述信號源的信號、并且具有至少2個以上的開關(guān)；模擬信號轉(zhuǎn)換部，其經(jīng)由上述第1切換電路被提供來自上述信號源的輸出；和診斷電壓輸入部，其被輸入測試電壓，上述模擬信號轉(zhuǎn)換部具有多路復(fù)用器，其經(jīng)由上述第1切換電路被提供來自上述信號源的信號，并且具有與上述第1切換電路所具有的多個開關(guān)數(shù)量相同的信道；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其被提供來自上述多路復(fù)用器的信號；和輸出處理電路，其被提供來自上述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的輸出，上述診斷電壓輸入部具有測試電壓輸入電路；數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，其被提供來自上述測試電壓輸入電路的測試電壓；多路分配器，其被提供來自上述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的模擬信號，并且具有多個輸出信道；和第2切換電路，其與上述多路分配器連接，并具有至少與上述多路分配器的輸出信道數(shù)量相同的開關(guān)，當(dāng)故障診斷時，經(jīng)由上述第2切換電路的各開關(guān)，提供來自上述多路分配器的模擬的測試電壓，作為上述模擬信號轉(zhuǎn)換部的上述多路復(fù)用器的上述各信道的輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所記載的多路模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置，其特征為，向上述多路復(fù)用器提供用于選擇該多路復(fù)用器的輸入的輸入選擇信號，并向上述多路 分配器提供用于選擇該多路分配器的輸出的、與上述輸入選擇信號同步的輸出選擇信號。
3.一種多路模擬輸入輸出電路的故障診斷方法， 上述多路模擬輸入輸出電路具有發(fā)送多種信號的信號源；第1切換電路，其被提供來自上述信號源的信號、并且具有至少2個以上的開關(guān)； 模擬信號轉(zhuǎn)換部，其被提供上述第1切換電路的輸出；和 診斷電壓輸入部，其被輸入測試電壓，針對具有構(gòu)成上述模擬信號轉(zhuǎn)換部的多個信道的多路復(fù)用器和將該多路復(fù)用器的輸 出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器，從上述診斷電壓輸入部輸入按照上述多路復(fù)用器的每個 信道而不同的測試電壓值，通過將按上述各信道輸出的數(shù)字電壓值與上述被輸入的上述測試電壓值進(jìn)行比較，判 斷是上述多路復(fù)用器的故障還是上述A/D轉(zhuǎn)換器的故障。
4.一種多路模擬輸入輸出電路的故障診斷方法， 上述多路模擬輸入輸出電路具有發(fā)送多種信號的信號源；第1切換電路，其被提供來自上述信號源的信號、并且具有至少2個以上的開關(guān)； 模擬信號轉(zhuǎn)換部，其具有多路復(fù)用器，該多路復(fù)用器經(jīng)由上述第1切換電路被提供來 自上述信號源的輸出并且具有多個輸入信道；模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器，該模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器將來自上述多路復(fù)用器的信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；以及輸出處理電路，該輸出處理電路被提供來自上述模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器的信號；和診斷電壓輸入部，其具有測試電壓產(chǎn)生電路，該測試電壓產(chǎn)生電路用于產(chǎn)生多個測試 電壓；數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器，該數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器被輸入該測試電壓；多路分配器，該多路分 配器被輸入該上述數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器的輸出并且具有多個輸出信道；以及第2切換電路，該 第2切換電路被提供該多路分配器的輸出，上述多路模擬輸入輸出電路的故障診斷方法包括第1步驟，其中，在將上述第1切換電路的各開關(guān)設(shè)為斷開的狀態(tài)下，將上述第2切換 電路設(shè)定為接通，在將上述測試電壓固定為OV的狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)定，以便由上述信號源生成 多個電壓；第2步驟，其中，在上述第1步驟的設(shè)定狀態(tài)下，判斷輸出處理電路的輸出電壓是否成 為0V;第3步驟，其中，當(dāng)在上述第2步驟中，上述輸出處理電路的輸出電壓不是OV時，判定 構(gòu)成上述第1切換電路的開關(guān)固定為接通；第4步驟，其中，當(dāng)在上述第2步驟中，上述輸出處理電路的輸出電壓被判定為OV時， 在將上述第1切換電路的各開關(guān)設(shè)定為接通的狀態(tài)下，將上述第2切換電路的開關(guān)設(shè)定為 斷開，在將上述測試電壓固定為OV的狀態(tài)下進(jìn)行設(shè)定以便由上述信號源生成多個電壓；第5步驟，其中，在上述第4步驟的設(shè)定狀態(tài)下，判斷上述輸出處理電路的輸出電壓是 否成為OV ；第6步驟，其中，當(dāng)在上述第5步驟中，上述輸出處理電路的輸出電壓為OV時，判定構(gòu) 成上述第1切換電路的開關(guān)固定為斷開；第7步驟，其中，當(dāng)在上述第5步驟中，上述輸出處理電路的輸出電壓被判定不為OV 時，在將上述第1切換電路的各開關(guān)設(shè)定為斷開的狀態(tài)下，將上述第2切換電路的開關(guān)設(shè)定 為接通，將上述測試電壓切換為多個階段，并進(jìn)行設(shè)定，以便由上述信號源生成多個電壓；第8步驟，其中，在上述第7步驟的設(shè)定狀態(tài)下，判斷上述輸出處理電路的輸出電壓是 否變成與被切換成上述多個階段而輸入的測試電壓相等；第9步驟，其中，當(dāng)在上述第8步驟中，上述輸出處理電路的輸出電壓與上述被輸入的 測試電壓不一致的情況下，上述模擬輸入輸出電路作出上述多路復(fù)用器或模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換 器沒有正常工作的判定；和第10步驟，其中，當(dāng)在上述第8步驟中，作出上述輸出處理電路的輸出電壓和上述被輸 入的測試電壓相等的判定時，判定上述模擬輸入輸出電路正常工作。
全文摘要
本發(fā)明提供一種多路模擬輸入輸出電路的故障診斷裝置及故障診斷方法，可以同時檢測出多路模擬輸入輸出電路中所使用的多路復(fù)用器的故障和A/D轉(zhuǎn)換器的故障，并可以將故障的原因區(qū)分開。針對具有構(gòu)成模擬信號轉(zhuǎn)換部的多個信道的多路復(fù)用器和將該多路復(fù)用器的輸出轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換器，將按照多路復(fù)用器的每個信道而不同的測試電壓值從診斷電壓輸入部輸入。然后，將每個信道輸出的數(shù)字電壓值與輸入的測試電壓值進(jìn)行比較，根據(jù)該比較結(jié)果，判斷是多路復(fù)用器的故障還是A/D轉(zhuǎn)換器的故障。
文檔編號G05B23/02GK101825900SQ20101011743
公開日2010年9月8日 申請日期2010年2月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月6日
發(fā)明者久保田學(xué), 古田康幸, 吉田克己, 大谷辰幸, 寺江尚, 川和藤也, 清藤康弘, 田中秀千代, 石川雅一, 笠原武則, 西岡淳, 長山修一 申請人:株式會社日立制作所