JP2012027832A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】出荷時より耐圧防爆容器内に挿入され電池ＯＦＦの状態で危険雰囲気中まで搬送し、容器を開けることなく電池をＯＮに操作可能なフィールド機器を実現する。
【解決手段】電源として電池を内蔵し、耐圧防爆容器に収納されて危険雰囲気中で使用されるフィールド機器において、
前記耐圧防爆容器に形成された窓部を介して外部の赤外線通信機器と通信する赤外線通信手段及び自己のステータス情報を表示する表示手段を供える外部インターフェース部と、この外部インターフェース部と通信し、前記電池のＯＮ／ＯＦＦを制御する電源管理部と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電源として電池を内蔵し、耐圧防爆容器に収納されて危険雰囲気中で使用されるフィールド機器に関するものである。

プラント、工場等に分散配置されている、一般的な圧力／差圧伝送器、各種流量計、温度計、バルブ・ポジショナ等のフィールド機器は、２線式信号線等で上位に設置される制御コンピュータ・システムと接続し、４−２０ｍＡの電流信号を送受信することにより、電源を生成すると共に、収集したデータを上位装置に送信する。

近年になっては、無線手段をフィールド機器に組み込んで、検知、収集したデータを制御コンピュータ・システム側へ無線送信する無線型フィールド機器が開発されている。無線型フィールド機器の先行技術としては、特許文献１及び特許文献２に技術開示がある。

図４は、フィールド機器と上位装置間の無線による通信システムを説明する機能ブロック図である。プロセス流体の配管１には、オリフィスプレート２の上下流の圧力差からプロセス流量を測定する差圧式伝送器３、コントロールバルブの開閉を制御バルブ・ポジショナ４が接続され、共に無線信号６によってゲートウェイ７等の中継器と通信を行う。

ゲートウェイ７は、無線信号６とホスト９間の通信を例えば通信ネットワーク８を介して中継し、通信信号の変換や、無線機器のネットワークやシステムを管理するシステムマネージャの機能を有する。

ホスト９は、ゲートウェイ７を介してフィールド機器３、４との信号の送受信を行うことで、プロセス値の受信や、制御信号の送信あるいはフィールド機器３、４への設定やアラーム情報の監視を行うことができる。

プロセス流体の配管１には、無線通信は行わずプロセス流体の圧力、温度、流量等を測定する現場指示型のフィールド機器５も接続されている。現場指示型のフィールド機器は、常時測定及び表示するものや、長大なパイプライン用等で作業員が巡回したときのみ電源を入れるものがある。

プラント、工場等に分散配置されているこれらのフィールド機器は、通常配線が難しい場所への配置が考えられており、従来の４−２０ｍＡ計装のような２線式線路による電源供給を受けず、電池で動作するバッテリー駆動式が採用される。尚。長時間動作を可能にするため、電池にはリチウム系一次電池が使用される。

図５は、無線手段を備える、従来のフィールド機器の構成例を示す機能ブロック図である。フィールド機器１０は、センサ１１、ＣＰＵ１２、無線モジュール１３、アンテナ１４、電池１５、電源管理部１６よりなる。電池１５は、防爆容器の蓋（図示せず）を開けることで脱着が可能である。

プロセス量Ｐは、センサ１１によって検出、変換される。ＣＰＵ１２は中央処理装置であって、マイクロプロセッサ等の演算手段や、ＲＡＭ，ＥＥＰＲＯＭ等の記憶手段を有し、センサ１１によって検出されたプロセス量を変換、補正、ユーザ指定の例えば％値等のスケーリング値に換算する。

演算結果を無線モジュール１３に伝達し、アンテナ１４を介してホスト等の上位装置に送信する。また、アンテナ１４を介してユーザからの無線を通じた設定変更要求等を受信し、設定変更等を行う。

また、ＣＰＵ１２は、センサ１１、無線モジュール１３、電源管理部１６等の周辺デバイスの制御や診断を行い、診断結果に問題があれば、無線モジュール１３を介して、ユーザに故障情報等を伝える。

電源管理部１６は、電池１５から電圧を供給される。また、レギュレーションを行い、ＣＰＵ１２に必要な電圧の供給を行っている。また、ＣＰＵ１２でユーザ指定された間欠動作周期時間に従いＯＮ／ＯＦＦ制御で電源のスイッチングを行い、所定周期毎にセンサ１１、無線モジュール１３に間欠的な電源供給を行っている。

特開号２００３−１３４０３０号公報 特開号２００３−１３４２６１号公報

無線型のフィールド機器は、工場出荷から現場設置の直前ないしは設置後通信を開始するまで電池を抜いた状態出荷していた。これは以下の理由による。
ａ）輸送や保存中の不要な電池の使用を防ぐため。
ｂ）飛行機等の輸送手段による輸送中に、有害となりうる無線電波を出すのを防ぐため。
ｃ）無線には各国毎に電波法の規制があり、輸送中に規制に抵触する電波を防ぐため。

一般的にフィールド機器には、電源ＯＮ／ＯＦＦのためのスイッチを持たないものが多い。これは、危険雰囲気中で使用されるため、耐圧防爆構造等が要求し、スイッチの実装が困難なことによる。

また、フィールド機器の防爆容器の内部にスイッチを置くことも考えられるが、スイッチのＯＮ／ＯＦＦのために防爆容器の蓋を開けるはユーザの負担になる。また耐圧防爆が要求される場所では、蓋を開けることは許されない。このため、電池の挿入によって電源がＯＮされるものがほとんどである。

このため、ユーザはフィールド機器が到着してから耐圧防爆容器の蓋を開けて電池を挿入し、また容器を閉めるという不便さがあった。大きなプラントでは、数百から数千のフィールド機器をインストールこともある。そういった場合、全フィールド機器に対してこれを行うことは人件費の増加や、例えば防爆容器の蓋のかじりによるトラブル、蓋の不完全な閉め方による耐圧領域での危険性を増大させることになる。

また、ユーザのワークベンチ等の安全領域において、電池を挿入して防爆容器の蓋を閉めたとしても、設置ないし設置後本格的に通信が開始されるまでに電池を浪費してしまうことになる。

本発明の目的は、出荷時より耐圧防爆容器内に挿入され電池ＯＦＦの状態で危険雰囲気中まで搬送し、容器を開けることなく電池をＯＮに操作可能なフィールド機器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）電源として電池を内蔵し、耐圧防爆容器に収納されて危険雰囲気中で使用されるフィールド機器において、
前記耐圧防爆容器に形成された窓部を介して外部の赤外線通信機器と通信する赤外線通信手段及び自己のステータス情報を表示する表示手段を供える外部インターフェース部と、この外部インターフェース部と通信し、前記電池のＯＮ／ＯＦＦを制御する電源管理部と、を備えることを特徴とするフィールド機器。

（２）前記電池は、出荷時より前記耐圧防爆容器内に挿入され電池ＯＦＦの状態で前記危険雰囲気中まで搬送されることを特徴とする（１）に記載のフィールド機器。

（３）前記ステータス情報は、第１乃至第５ステータスＳ１乃至Ｓ５を持ち、
ステータスＳ１は、電池ＯＦＦの現状から、電池の挿入によりデバイス動作に遷移し、 ステータスＳ２は、デバイス動作の現状から、赤外線通信部が電源ＯＦＦ要求を受信することでデバイス停止に遷移し、
ステータスＳ３は、デバイス停止の現状から、赤外線通信部が電源ＯＮ要求を受信することでデバイス動作に遷移し、
ステータスＳ４は、デバイス停止の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移し、
ステータスＳ５は、デバイス動作の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移することを特徴とする（１）または（２）に記載のフィールド機器。

（４）プロセスデータ及び自己のステータス情報の少なくともいずれかを無線により上位装置に送信し又は上位装置からの指令を受信する無線手段を備えることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のフィールド機器。

（５）プロセスデータ及び自己のステータス情報の少なくともいずれかを前記表示手段により現場表示ことを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載のフィールド機器。

（６）前記外部の赤外線通信機器は、前記ステータスを表示する表示器を備えることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載のフィールド機器。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）電池を挿入したまま電源をＯＦＦ状態にしてユーザに搬送し、ユーザはユーザの好ましいタイミングで耐圧防爆容器を開け閉めすることなく、電池をＯＮに操作することができる。

（２）電池を挿入したままの輸送が可能であり、電波発信のおそれがないので、輸送中における各国の電波法への抵触を回避することができる。

（３）電池は設置現場において使用開始時にＯＮとすることで、使用開始前の電池の消耗を回避することができる。

無線手段を備える、本発明を適用したフィールド機器の一実施例を示す機能ブロック図である。 本発明フィールド機器のステータス遷移を説明する模式図である。 ステータス遷移の内容を説明する表である。 フィールド機器と上位装置間の無線による通信システムを説明する機能ブロック図である。 無線手段を備える、従来のフィールド機器の構成例を示す機能ブロック図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、無線手段を備える、本発明を適用したフィールド機器の一実施例を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

図１において、図５で示した従来構成に追加される本発明特有の構成要素は、フィールド機器１０の内部に設けられる外部インターフェース部１００、外部より前記外部インターフェース部１００と赤外線により通信する赤外線通信機器２００と、フィールド機器１０の内部に設けられ、前記外部インターフェース部１００と通信して電池１５の接続を制御する電源管理部３００である。

外部インターフェース部１００は、容器に形成された窓部のガラスカバー（図示せず）を介して外部の赤外線通信機器２００と通信する赤外線通信手段１０１及びフィールド機器のステータス情報等を表示する表示手段１０２よりなる。赤外線通信機器２００にも同様な情報を取得して表示する表示器２０１を備えることができる。

このような構成において、電源管理部３００は、赤外線通信機器２００よりの電池ＯＦＦまたはＯＮ指令を赤外線通信手段１０１で受信する外部インターフェース部１００との通信により、電池１５の各デバイスへの電源供給を制御する。

ユーザは、赤外線通信機器２００使って、例えば、フィールド機器１０の電源ＯＦＦの設定信号を送信する。外部インターフェース部１００の赤外線通信手段１０１はこの設定信号を受信し、この設定信号を電源管理部３００に送信する。

電源管理部３００は、外部インターフェース部１００からの設定信号の受信や、外部割込み信号等によって、待機状態にあれば起動する。起動中であれば設定信号を受信する。電源管理部３００は、外部インターフェース部１００から受信した電源ＯＦＦの設定信号に従ってセンサ１１，ＣＰＵ１２，無線モジュール１３への電源供給を中止する。

外部インターフェース部１００に対しては、定期的例えば1秒周期毎に電源供給のＯＮ／ＯＦＦを行い、赤外線の検出ができるようにする。無線モジュール１３は、電源管理部３００からの電源供給の中止によって、電波の送受信を完全にストップする。

また、電池１５を抜くことで電源管理部３００への電源供給が遮断され、センサ１１，ＣＰＵ１２，無線モジュール１３への電源供給は中止される。また、電池１５を挿入することにより、電源管理部３００はＣＰＵからのＯＮ／ＯＦＦ信号によらず、センサ１１，ＣＰＵ１２，無線モジュール１３への電源供給を再開する構成とすることもできる。

また、外部インターフェース部１００の表示手段１０２は、電源管理部３００から、センサ１１，ＣＰＵ１２，無線モジュール１３への電源供給がされているか否かの情報を受け取ることができ、デバイス各部の動作状態を表示することができる。

例えば、無線モジュール１３への電源供給がされていない場合は、フィールド機器１０は無線信号の送受信をすることがないため、表示手段１０２に、”RF OFF”等の表示をすることができる。これにより、ユーザはフィールド機器１０が電波を出していないことを容易に確認することができる。

またセンサ１１、無線モジュール１３への電源供給がＯＦＦにされていれば、表示手段１０２に、”ALL OFF”等の表示をしてもよく、デバイスが省電力モードにあることが容易に確認できる

同様に、外部インターフェース部１００の赤外線通信手段１０１は、各部分の動作状態を外部の赤外線通信機器２００に伝達することができるので、表示器２０１により、表示部１０２と同一情報を確認することができる。

これにより、ユーザは外部の赤外線通信手段２００によっても、フィールド機器１０が電波を出していないことや、デバイスが省電力モードにあることを容易に確認することができる。

電源管理部３００は、省電力モード等の待機状態が可能であって、一定期間稼動した後に、待機状態に自身で遷移することができる。待機状態の解除は外部インターフェース部１００からの外部割込み信号等を受信することで行われる。

赤外線通信手段１０１は、容器のガラスカバーを通じで外部の赤外線通信手段２００からの信号を受信し、結果を電源管理部３００に送信する機能に追加して、外部の赤外線通信手段２００に対しても送信可能な機能を利用して、無線モジュール１３の代わりにＣＰＵ１２で処理されたプロセス値の演算結果や故障診断結果を赤外線通信機器２００に送信することができる。

図３は、本発明フィールド機器のステータス遷移を説明する模式図である。ステータスＳ１は、電池ＯＦＦの現状Ａから、電池の挿入によりデバイス動作状態Ｂに遷移する。ステータスＳ２は、デバイス動作の現状Ｂから、赤外線通信部が電源ＯＦＦ要求を受信することでデバイス停止状態Ｃに遷移する。

ステータスＳ３は、デバイス停止の現状Ｃから、赤外線通信部が電源ＯＮ要求を受信することでデバイス動作の状態Ｂに遷移する。ステータスＳ４は、デバイス停止の現状Ｃから、電池が外されたときの電池ＯＦＦの状態Ａに遷移する。ステータスＳ５は、デバイス動作の現状Ｂから、電池が外されたときの電池ＯＦＦの状態Ａに遷移する。

図４は、図３のステータス遷移の内容を説明する表である。ステータスＳ１は、電池ＯＦＦの現状から、電池の挿入によりデバイス動作に遷移する。このとき、電源管理部３００は、周辺デバイスに電源供給を開始する。

ステータスＳ２は、デバイス動作の現状から、赤外線通信部が電源ＯＦＦ要求を受信することでデバイス停止に遷移する。このとき、赤外線通信部１０１は電源管理部３００へ電源ＯＦＦを送信し、電源管理部３００は、赤外線通信部を除く周辺デバイスへの電源供給を停止する。

ステータスＳ３は、デバイス停止の現状から、赤外線通信部が電源ＯＮ要求を受信することでデバイス動作に遷移する。このとき、赤外線通信部１０１は電源管理部３００へ電源ＯＮを送信し、電源管理部３００は、赤外線通信部を除く周辺デバイスへの電源供給を再開する。

ステータスＳ４は、デバイス停止の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移する。このとき、電源管理部３００は周辺デバイスへの電源供給を停止する。ステータスＳ５は、デバイス動作の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移する。このとき、電源管理部３００はステータスＳ４と同様に周辺デバイスへの電源供給を停止する。

図１の実施形態では、電源管理部３００を独立機能として表記したが、電源管理部の管理機能をＣＰＵ１２に持たせる構成としてもよい。

更に、外部インターフェース部１００の表示手段１０２は、例えばＬＣＤで構成されるが、このＬＣＤ上に赤外線通信手段１０１を搭載する構成も可能である。

また、ＣＰＵ１２によるデバイス各部の診断結果やプロセス値の演算結果を電源管理部３００を介して外部インターフェース部１００の表示手段１０２に送信することで、デバイス各部の情報を表示させることができる。

１０ フィールド機器
１１ センサ
１２ ＣＰＵ
１３ 無線モジュール
１４ アンテナ
１５ 電池
１００ 外部インターフェース部
１０１ 赤外線通信手段
１０２ 表示手段
２００ 赤外線通信機器
２０１ 表示器
３００ 電源管理部

Claims (6)

1. 電源として電池を内蔵し、耐圧防爆容器に収納されて危険雰囲気中で使用されるフィールド機器において、
   前記耐圧防爆容器に形成された窓部を介して外部の赤外線通信機器と通信する赤外線通信手段及び自己のステータス情報を表示する表示手段を供える外部インターフェース部と、この外部インターフェース部と通信し、前記電池のＯＮ／ＯＦＦを制御する電源管理部と、を備えることを特徴とするフィールド機器。
2. 前記電池は、出荷時より前記耐圧防爆容器内に挿入され電池ＯＦＦの状態で前記危険雰囲気中まで搬送されることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記ステータス情報は、第１乃至第５ステータスＳ１乃至Ｓ５を持ち、
   ステータスＳ１は、電池ＯＦＦの現状から、電池の挿入によりデバイス動作に遷移し、 ステータスＳ２は、デバイス動作の現状から、赤外線通信部が電源ＯＦＦ要求を受信することでデバイス停止に遷移し、
   ステータスＳ３は、デバイス停止の現状から、赤外線通信部が電源ＯＮ要求を受信することでデバイス動作に遷移し、
   ステータスＳ４は、デバイス停止の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移し、
   ステータスＳ５は、デバイス動作の現状から、電池が外されたときに電池ＯＦＦに遷移することを特徴とする請求項１または２に記載のフィールド機器。
4. プロセスデータ及び自己のステータス情報の少なくともいずれかを無線により上位装置に送信し又は上位装置からの指令を受信する無線手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフィールド機器。
5. プロセスデータ及び自己のステータス情報の少なくともいずれかを前記表示手段により現場表示ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のフィールド機器。
6. 前記外部の赤外線通信機器は、前記ステータスを表示する表示器を備えることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフィールド機器。

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