JP2007047904A - 機器情報収集システム - Google Patents

Abstract

【課題】 センサネットワーク端末の配線を簡単にするとともに電力消費量を抑え、測定対象物の状態データを、簡易に計測し、収集することができる機器情報収集システムを提供する。
【解決手段】 センサネットワーク端末１３，１４に、センサ手段２３，２３ａと、センサ制御手段４３，４３ａと、センサ側無線通信手段２４，２４ａと、電力を供給する電池２５，２５ａとを設け、データ収集サーバ１６に、測定条件通信手段２７と、本体側無線通信手段２９と、測定条件データおよび状態データの一方が設定条件に合致する場合に、他方を関連データとして蓄積して記憶する関連データ記憶手段とを設け、センサネットワーク端末の配線を簡単にするとともに非計測時のセンサ手段の通電を停止して電力消費量を抑え、測定対象物の状態データを、簡易に計測し、収集する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサネットワーク端末で測定した測定対象物の状態データや測定条件データを収集するデータ収集サーバを備えた機器情報収集システムに関する。

製造工程における制御システムは、生産管理コンピュータに複数のプロセスコントローラを接続し、各プロセスコントローラで、プロセス機器の制御を行っている。このとき、機器の制御や実績収集の目的で、製造時のプロセスデータをプロセス機器に設置した各センサから収集することが行われている。

収集したデータの解析を簡単に行うため、例えば、プロセスデータと、プロセス処理条件を設定したレシピとを関連付けて記憶する方法がある（特許文献１参照）。特許文献１に記載されたプロセスデータ収集装置は、ネットワーク上の実行値信号をモニタするモニタ手段と、モニタしたプロセスデータを、予めプロセス処理条件を記載したレシピと関係付けする関係付け手段とを備えている。

特開２００４−３２７９３３号公報 （要約、第１図）

プロセス運転を行う際には、制御装置の制御量であるプロセスデータを連続的、恒常的に採取する以外にも、プロセス運転条件の最適化や、機器の改良設計、保全の目的で、特定のプロセス条件での設備やプロセスの状態を表す電流、温度、振動、圧力等の状態データを一時的に採取したい場合がある。

この場合には、一定期間のみ特定の場所に状態データを測定するためのセンサを設置し、測定後には撤去しなければならないが、センサの設置時においては、センサの信号ラインと電源ラインの配線を行う必要があり、配線が煩雑になるという問題がある。

また、収集したプロセスデータを解析する場合、特定のプロセス条件における状態データを収集したい場合や、逆に特定の状態データが発生する場合のプロセス条件を収集したい場合があるが、特許文献１のプロセスデータ収集方法では、全てのプロセス条件と全てのプロセスデータを保存しているので、データを長期間にわたって収集する必要がある場合には、データ量が膨大になるとともに、解析時にデータを選別しなければならないという問題がある。

そこで本発明が解決しようとする課題は、センサネットワーク端末の配線を簡単にし、設定条件に合致する状態データまたは測定条件データを選択して収集することができる機器情報収集システムを提供することにある。

前記課題を解決するため、本発明の機器情報収集システムは、測定対象物の状態データを測定するセンサネットワーク端末と、前記測定対象物の測定条件データを測定情報源から受信し、前記センサネットワーク端末で測定した状態データまたは測定条件データを蓄積するデータ収集サーバとを備えた機器情報収集システムであって、前記センサネットワーク端末は、前記測定対象物の状態データを測定するセンサ手段と、前記データ収集サーバとの間でセンサネットワークを用いて通信を行うセンサ側無線通信手段と、前記センサ手段および前記センサ側無線通信手段に電力を供給する電池とを備え、前記データ収集サーバは、前記測定情報源との間で通信を行う測定条件通信手段と、前記センサネットワーク端末との間で前記センサネットワークを用いて通信を行う本体側無線通信手段と、測定条件データおよび状態データの一方が設定条件に合致する場合に、他方を関連データとして蓄積して記憶する関連データ記憶手段とを備えている。

測定対象物には、例えば、機器、装置類の他、生産中の製品や橋梁等の構造物も含まれ、例えば、電流、振動、撓み、圧力等の値の他に映像信号や音響信号等を状態データとして測定する。

測定情報源には、例えば測定対象物に対する制御システムや測定対象物に対する近接センサ等が含まれ、測定条件データとしては、例えば、生産中の製品の種類や仕様等の製品情報、測定対象物に送信される制御信号や、測定対象物の移動速度や形状等の状態を表す信号を用いることができる。

センサネットワーク端末は、センサ手段、センサ側無線通信手段および電池を備え、他のセンサネットワーク端末およびデータ収集サーバとともにセンサネットワークを構成する。

センサ側無線通信手段は、センサネットワーク端末に内蔵されたマイクロプロセッサ、メモリおよび高周波回路を含む通信回路を用いて構成されている。センサネットワークは、無線のネットワークであるため、通信用の配線が不要になる。

センサネットワーク端末のセンサ手段は、測定対象物の状態データを測定する。センサは、例えば、電流、温度、振動、圧力または画像を測定できるものが用いられる。センサ手段には、これらの複数のセンサを内蔵させることができ、また、単機能のセンサ手段をセンサネットワーク端末本体に着脱可能に取り付けて使用することもできる。センサ手段は、連続的に動作させることができ、また、間歇的に動作させることもできる。

センサネットワーク端末のセンサ側無線通信手段は、センサ手段によって測定した状態データを、データ収集サーバにセンサネットワークを用いて送信することができる。

センサネットワーク端末の電池は、センサ手段、センサ制御手段およびセンサ側無線通信手段に電力を供給する。電池は、一次電池または二次電池を用いることができる。電池を用いることにより、センサネットワーク端末の電源配線が不要になる。

データ収集サーバは、測定条件通信手段と、本体側無線通信手段と、関連データ記憶手段とを備え、測定条件データまたは状態データの一方が予め定めた設定条件に合致する場合に、他方を蓄積して記憶する。

データ収集サーバの測定条件通信手段は、測定情報源から測定条件データを受信することができ、また、本体側無線通信手段は、センサネットワーク端末から状態データを受信することができる。

データ収集サーバの判定手段は、例えば、データ収集サーバに設けられたプログラムによって構成され、測定条件データまたは状態データが予め定めた設定条件に合致するか否かを判断する。

設定条件は、測定条件データに対する条件と、状態データに対する条件をそれぞれ設定することができ、また、一方のみに設定することもできる。測定条件データに対して設定すると、設定条件データに合致したときだけ、状態データを測定することができ、また、状態データに対して設定すると、例えば、状態データが異常値を示したときだけ設定条件データを取得することができる。なお、測定条件データおよび状態データに対してそれぞれ設定した場合は、測定条件データと状態データの一方について設定条件に合致するか否かを判断し、合致する場合に他方を取得することができる。

設定条件としては、例えば、上限値、下限値、範囲を設定することができ、例えば、設定条件として上限値を設定した場合、測定条件データまたは状態データが、上限値以内であるときには、設定条件に合致すると判断することができる。また、複数の設定条件を設定することも可能である。

設定条件は、例えば、データ収集サーバに設けられたキーボード等の入力装置から入力することができ、また、データ収集サーバに接続した他のコンピュータから入力することも可能である。入力された設定条件は、データ収集サーバに記憶される。

設定条件を測定条件データに対して設定した場合は、設定条件に合致するか否かの判断を、センサネットワーク端末による測定前に行う。すなわち、条件通信手段から測定条件データを受信して、測定条件データが設定条件に合致するか否かの判断を行い、合致する場合は、センサネットワーク端末から状態データを取得する。

設定条件を状態データに対して設定した場合は、設定条件に合致するか否かの判断を、センサネットワーク端末による測定後に行う。すなわち、センサネットワーク端末から状態データを取得し、状態データが設定条件に合致するか否かの判断を行い、合致する場合には、条件通信手段から測定条件データを取得する。

状態データの取得または測定条件データの取得の少なくとも一方を省略できるので、工数が低減され、また、条件に合致しない不要なデータが破棄されるため、データ量が少なくなる。

データ収集サーバの関連データ記憶手段は、例えば、ハードディスク等の記憶装置により実現することができる。関連データ記憶手段に記憶した関連データは、解析に利用することができる。

データ収集サーバに、測定条件データが設定条件に合致するか否かを判断する測定条件判断機能を有する判定手段を設け、センサネットワーク端末に、判定手段の測定条件判断機能の判断情報に基づいてセンサ手段による測定の開始または停止を行うセンサ制御手段を設けると、測定情報源から測定条件データを受信し、この測定条件データが設定条件に合致する場合には、センサ手段による測定を開始し、合致しない場合には、センサ手段による測定を停止する。

センサネットワーク端末のセンサ制御手段は、データ収集サーバから設定条件に合致するという判断情報を受信するとセンサ手段による測定の開始を行う。測定の停止は、例えば、判断情報を受信したときに、センサ手段に測定開始の信号を送信するとともに、センサネットワーク端末に内蔵されたメモリから予め設定された測定時間を読み出し、測定時間経過後に、センサ手段に測定停止の信号を送信することにより行うことができる。なお、測定時間は、データ収集サーバから送信する判断情報に含ませることも可能である。

データ収集サーバに、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能と、状態データ判断機能の判断情報に基づいて測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能とを有する判定手段を設けると、センサネットワーク端末から状態データを受信し、この状態データが設定条件に合致する場合には、測定情報源から測定条件データを取得して保存し、合致しない場合には、測定条件データを取得しない。

センサネットワーク端末に、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能を有するセンサ制御手段を設け、データ収集サーバに、状態データ判断機能の判断情報に基づいて測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を有する判定手段を設けると、状態データが設定条件に合致する場合には、センサネットワーク端末からデータ収集サーバに状態データを送信し、合致しない場合には、送信しない。データ収集サーバは、センサネットワーク端末から状態データを受信したときだけ、測定条件データを取得する。

データ収集サーバに、測定条件データが設定条件に合致するか否かを判断する測定条件判断機能、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能および状態データ判断機能の判断情報に基づいて測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を有する判定手段と、測定条件判断機能および状態データ判断機能の有効と無効をそれぞれ切替え可能な切替え手段とを設け、センサネットワーク端末に、判定手段の測定条件判断機能の判断情報に基づいてセンサ手段による測定の開始または停止を行うセンサ制御手段を設け、判定手段に、状態データ判断機能の判断情報に基づいて測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を設けると、切替え手段によって測定条件判断機能と状態データ判断機能のいずれか一方を選択することにより、測定条件データが設定条件に合致する場合に状態データを取得するか、または状態データが設定条件に合致する場合に測定条件データを取得するかを選択することができる。

データ収集サーバに、関連データ記憶手段に蓄積された関連データを読み出して統計処理を行う統計処理手段と、統計処理されたデータを表示する情報表示手段とを設けると、測定対象物の状態の監視、診断や設計の妥当性検証等が容易になる。統計処理手段は、例えばデータ収集サーバに読み込んだプログラムによって実現することができる。また、情報表示手段は、例えばＣＲＴ等の表示装置によって実現することができる。

測定情報源を、測定対象物を運転制御する制御システムとすると、プロセス制御情報を測定情報として用いることができる。制御システムは、例えば生産管理計算機、運転制御用計算機およびコントローラからなり、加工される材料や原料等の原材料情報、製品の材質やサイズ等の製品情報を有し、圧延機等の測定対象物の動作制御を行う。

制御システムは、測定対象物に制御信号を送信する。データ収集サーバの測定条件通信手段は、例えば制御システムを監視し、プロセス制御情報をモニタリングすることにより、プロセス制御情報を測定条件データとして受信することができる。

本体側無線通信手段は、センサネットワークを用いてセンサネットワーク端末と送受信を行うため、プロセス制御情報の通信経路に外乱が加わることはない。

本発明によれば次の効果を奏する。
（１）センサネットワーク端末に、センサ手段と、センサ側無線通信手段と、電力を供給する電池とを設け、データ収集サーバに、測定情報源との間で通信を行う測定条件通信手段と、本体側無線通信手段と、測定条件データおよび状態データの一方が設定条件に合致する場合に、他方を記憶する関連データ記憶手段を設けると、センサネットワーク端末の信号ラインと電源ラインの配線を省略してセンサネットワーク端末の配線を簡単にすることができ、また、設定条件に合致する関連データのみを選択して収集するので、データ量を圧縮して長期間収集することができるとともに多量の測定データから有用なデータのみを選別するという面倒な作業が不要となりデータ解析の時間を短縮することができる。
（２）データ収集サーバに、測定条件判断機能を有する判定手段を設け、センサネットワーク端末に、センサ制御手段を設けると、測定条件データが設定条件に合致しない場合には、センサ手段による測定を停止するので、測定および通信の工程数を少なくするとともに非測定時のセンサネットワーク端末の電力消費量を低減し、長時間の測定を可能にすることができる。
（３）データ収集サーバに、状態データ判断機能と、測定条件データ要求機能とを有する判定手段を設けると、状態データが設定条件に合致しない場合には、測定条件データを取得しないので、通信の工程数を少なくして、測定情報源とデータ収集サーバ間のトラフィックの混雑を低減することができる。
（４）センサネットワーク端末に状態データ判断機能を有するセンサ制御手段を設け、データ収集サーバに測定条件データ要求機能を有する判定手段を設けると、状態データが設定条件に合致しない場合には状態データをセンサネットワーク端末からデータ収集サーバに送信しないので、センサネットワークのトラフィックの混雑を防止するとともに、センサネットワーク端末の送信に必要な電力消費量を低減することができる。
（５）データ収集サーバに、測定条件判断機能、状態データ判断機能および測定条件データ要求機能を有する判定手段と、測定条件判断機能および状態データ判断機能の有効と無効をそれぞれ切替え可能な切替え手段とを設け、センサネットワーク端末に、センサ制御手段を設け、判定手段に、測定条件データ要求機能を設けると、切替え手段によって測定条件判断機能と状態データ判断機能のいずれか一方を選択することにより、測定条件データが設定条件に合致する場合に状態データを取得するか、または状態データが設定条件に合致する場合に測定条件データを取得するかを選択することができ、通信のトラフィックの量や、センサネットワーク端末の消費電力等に応じて、データ収集方法を選択することができるので、適用可能範囲が広がる。
（６）データ収集サーバに、関連データ記憶手段に蓄積された関連データを読み出して統計処理を行う統計処理手段と、統計処理されたデータを表示する情報表示手段とを設けると、測定対象物の状態の監視、診断や設計の妥当性検証等が容易になり、システムの操作性が向上する。
（７）測定情報源を、測定対象物を運転制御する制御システムとすると、プロセス制御情報を測定条件データとして用いることができ、このとき、本体側無線通信手段が、センサネットワークを用いてセンサネットワーク端末と送受信を行うため、プロセス制御情報の通信経路に外乱が加わることがなく、制御システムに負荷を加えずに状態データを計測し、収集することができる。また、設定条件として指定した特定の運転条件下において、プロセス条件と測定対象物の状態とを関連付けた情報を、関連データとして容易に取得することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施の形態の機器情報収集システムの構成図である。図１に示すように、本発明の機器情報収集システム１０は、例えば製鉄所に設けられ、測定対象物の一例である圧延機１１，１２の状態をセンサネットワーク端末１３，１４で測定し、圧延機１１，１２の測定条件データを測定情報源の一例である制御システム１５から受信し、センサネットワーク端末１３，１４で測定した状態データまたは測定条件データをデータ収集サーバ１６に蓄積する装置であって、データ収集サーバ１６とセンサネットワーク端末１３，１４とを有している。

制御システム１５は、プロセス制御装置１７と、専用のプロトコルを用いた中速の基幹ＬＡＮ回線２０と、高速の制御用ＬＡＮ回線２１とを有している。プロセス制御装置１７は、製鉄所内全体の生産計画を管理する生産管理計算機１８と、個々の圧延機１１，１２の動作を管理するプロセスコントローラ１９とを有している。

生産管理計算機１８と、プロセスコントローラ１９とは、基幹ＬＡＮ回線２０に接続され、プロセスコントローラ１９と測定対象物１３，１４は、制御用ＬＡＮ回線２１に接続されている。プロセスコントローラは、圧延機１１，１２の動作状態を各種センサ（図示せず）のフィードバック信号で確認しながら、モータ等のアクチュエータ（図示せず）の動作を制御するため、制御用ＬＡＮ回線２１には、高速の回線を使用する必要がある。

データ収集サーバ１６は、生産管理計算機１８との間でデータを送受信することができるように基幹ＬＡＮ回線２０に接続されている。また、データ収集サーバ１６は、プロセスコントローラ１９と送受信することができるように制御用ＬＡＮ回線２１に接続されている。

圧延機１１，１２は、プロセスコントローラ１９からの指示により、モータ等のアクチュエータを動作させ、種々の材質からなる材料を圧延し、所定サイズの鋼材を製造する。

センサネットワーク端末１３は、圧延機１１の状態データの一例である駆動モータの電流値を測定するセンサ手段の一例である変成器（ＣＴ：Current Transformer ）２３と、高周波回路、電池２５、マイクロコントローラおよびメモリを備えている。なお、メモリは、マイクロコントローラに内蔵してもよい。

また、センサネットワーク端末１３は、高周波回路、マイクロコントローラおよびメモリに内蔵されたプログラムにより構成されて、データ収集サーバ１６との間で通信を行うセンサ側無線通信手段２４と、変成器２３による測定の開始または停止を行うセンサ制御手段４３とを有している。なお、電池２５は、センサ側無線通信手段２４およびセンサ制御手段４３に電力を供給することができる。

センサネットワーク端末１４は、圧延機１２の状態データの一例である軸受の振動を測定するセンサ手段の一例である振動センサ２３ａと、センサ側無線通信手段２４ａと、センサ制御手段４３ａと、振動センサ２３ａ、センサ側無線通信手段２４ａおよびセンサ制御手段４３ａに電力を供給する電池２５ａとを有している。

データ収集サーバ１６には、汎用ＬＡＮ回線３５を介して無線通信基地局２２が接続されている。無線通信基地局２２は、センサネットワーク端末１３，１４とともにセンサネットワーク２６を構成している。データ収集サーバ１６は、無線通信基地局２２を介してセンサネットワーク端末１３，１４と無線通信を行うことができる。すなわち、データ収集サーバ１６とセンサネットワーク端末１３，１４との通信は、センサネットワーク２６を用いて行われる。なお、無線通信基地局２２は、汎用ＬＡＮ回線３５を介さずに、データ収集サーバ１６に直接接続または内蔵することも可能である。

図２は、本発明の一実施の形態の機器情報収集システムのデータ収集サーバのハードウェア構成図である。データ収集サーバ１６のハードウェアは、バス３６と、バス３６に接続されたＣＰＵ３７、主メモリ３８、外部メモリ３９、基幹ＬＡＮコントローラ４０、制御用ＬＡＮコントローラ４１およびセンサ通信コントローラ４２によって構成されている。また、情報表示手段の一例であるモニタ３３と入力手段の一例であるキーボード３４は、バス３６に接続されている。

本実施の形態において、測定条件通信手段２７と、判定手段２８と、本体側無線通信手段２９と、測定条件データ記憶手段３０と、状態データ記憶手段３１と、関連データを記憶する関連データ記憶手段４４と、切替え手段４５と、統計処理手段３２とは、データ収集サーバ１６のハードウェアおよびプログラムとして構成されている。

測定条件通信手段２７は、判定手段２８の指示により、生産管理計算機１８から基幹ＬＡＮ回線２０を介して、現在圧延中の材料の材質およびサイズの情報を、測定条件データの一例であるプロセス制御情報として受信し、測定条件データ記憶手段３０に記憶することができる。また、測定条件通信手段２７は、圧延機１１，１２の入り側に設置されているトラッキング用の材料検出センサ（図示せず）の検出信号を、制御用ＬＡＮ回線を介して受信し、判定手段２８に送信することができる。受信および送信される検出信号には、各材料検出センサ固有のＩＤを含めることができる。なお、測定条件通信手段２７は、プロセスコントローラ１９が検出信号を受信し、圧延機１１，１２のアクチュエータにコントロール信号を送信するときに、このコントロール信号を受信することも可能である。また、測定条件通信手段２７と材料検出センサの出力端子とを直接接続しておき、材料検出センサの検出信号を直接受信することも可能である。

データ収集サーバ１６は、キーボード３４から入力された材料の材質およびサイズの設定条件を外部メモリ３９に記憶する。なお、設定条件は、電流を測定する場合と、振動を測定する場合とに分けて入力することができ、また、各圧延機１１，１２ごとに入力することもできる。

判定手段２８は、プロセス制御情報が設定条件に合致するか否かを判断する測定条件判断機能、状態データである電流値または軸受の振動が設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能および状態データ判断機能の判断情報に基づいて制御システム１５にプロセス制御情報を要求する測定条件データ要求機能を有している。測定条件判断機能および状態データ判断機能の有効と無効は、切替え手段４５によってそれぞれ独立して切替えられる。切替え手段４５は、キーボード３４から操作することができ、測定条件判断機能および状態データ判断機能の切替えは、センサネットワーク端末１３，１４ごとに行うことができる。

本体側無線通信手段２９は、判定手段２８の測定条件判断機能の指示により、センサネットワーク端末１３，１４に、センサネットワーク２６の汎用ＬＡＮ回線３５および無線通信基地局２２を介して、測定の許可と、設定した測定時間を、判断情報として送信することができる。また、本体側無線通信手段２９は、センサネットワーク端末１３，１４からセンサネットワーク２６の無線通信基地局２２および汎用ＬＡＮ回線３５を介して状態データを受信する。

状態データ記憶手段３１は、本体側無線通信手段２９が受信した状態データを記憶する。

関連データ記憶手段４４は、状態データ記憶手段３１に記憶された状態データまたは測定条件データ記憶手段３０に記憶された測定条件データであるプロセス制御情報を読み出し、蓄積して記憶する。

統計処理手段３２は、関連データ記憶手段４４に蓄積された関連データを読み出して統計処理を行う。統計処理されたデータは、モニタ３３に表示される。

センサネットワーク端末１３の変成器２３は、圧延機１１の駆動モータの駆動電源装置の出力ケーブルに取り付けられて駆動モータの駆動電流を測定し、その変動する電流を状態データとして、信号線で接続されたセンサ制御手段４３に送信する。

センサネットワーク端末１４の振動センサ２３ａは、圧延機１２の圧延機軸受に取り付けられて軸受の振動を測定し、その変動する振動を状態データとして、信号線で接続されたセンサ制御手段４３ａに送信する。

各センサ制御手段４３，４３ａは、各状態データを、センサネットワーク端末１３，１４に内蔵されたメモリにそれぞれ一時的に記憶する。このとき、必要に応じて状態データに適当な信号処理を行った後にメモリに記憶することもできる。信号処理としては、例えば、フィルタを用いたノイズの低減等を行うことができる。また、最大値を抽出したり、平均値を算出したりすることができる。これらの処理により、より有効な情報を、データ量を圧縮して記憶することができる。

センサネットワーク端末１３，１４のセンサ側無線通信手段２４，２４ａは、自動接続機能と、測定データ送信機能と、中継機能とをマイクロコントローラに内蔵されたプログラムとして備えている。

センサ側無線通信手段２４，２４ａの自動接続機能は、センサネットワーク端末１３，１４の電源をオンにした場合に、データ収集サーバ１６との間で、無線通信基地局２２を介して無線通信を行い、自律的にセンサネットワークに参加する。

センサ側無線通信手段２４，２４ａの中継機能は、公知の無線ＬＡＮのアクセスポイントが各端末の無線通信を中継するインフラストラクチャモードと同様の機能であるが、本実施の形態の無線機能は各センサネットワーク端末１３，１４が必ずしも無線通信基地局２２と直接に通信しない場合がある点で異なっている。センサネットワーク端末１４と無線通信基地局２２との間に障害物があり、直接通信を行うことができない場合、センサネットワーク端末１４から送信されたデータは、自動的にセンサネットワーク端末１３によって中継され、無線通信基地局２２に送信される。このように、センサネットワーク端末１４は、中継機能を利用して無線通信基地局２２との送受信を行い、また、電源投入時においては、中継機能と自動接続機能とを利用して、センサネットワークに参加することができる。

センサ側無線通信手段２４，２４ａの測定データ送信機能は、メモリから測定した状態データを読み出し、必要に応じて適当な信号処理、前処理を行った後にデータ収集サーバ１６に送信する。信号処理としては、例えば、最大値を抽出したり、平均値を算出したりすることができる。また、前処理としては、例えば、状態データに、測定開始および終了時刻を付加したり、センサネットワーク端末１３，１４のＩＤを付加したりすることができる。

また、センサ側無線通信手段２４，２４ａは、判定手段２８からの信号を受信すると、センサ制御手段４３，４３ａを起動する。センサ制御手段４３，４３ａは、判定手段２８から受信した信号の種類によって、変成器２３および振動センサ２３ａの制御方法を変更する。

センサネットワーク端末１３，１４の電池２５，２５ａは、例えば、乾電池等の一次電池や、小型の二次電池を用いることができる。電源として電池２５，２５ａを用いるため、センサネットワーク端末１３，１４の電源配線を行う必要がない。なお、センサネットワーク端末１３，１４には、外部電源から電力を供給するための補助電源端子を設けておくことができる。このように構成することによって、電源が近傍にあって容易に配線できる場合や測定が長期間にわたり電池だけでは不足の場合に補助的に電源配線を行うことが可能となる。

機器情報収集システム１０は、切替え手段４５を用いた判定手段２８の設定によって、動作状態を次のように変更する。

判定手段２８の測定条件判断機能が有効で状態データ判断機能が無効であるとき、判定手段２８は、測定条件通信手段２７から材料検出センサの検出信号を受信した後、測定条件データ記憶手段３０からプロセス制御情報を読み出し、また、データ収集サーバ１６が外部メモリ３９に記憶した設定条件を主メモリ３８に読み出して、プロセス制御情報と比較する。プロセス制御情報が設定条件に合致したとき、判定手段２８の測定条件判断機能は、検出信号に含まれる材料検出センサのＩＤに応じて、センサネットワーク端末１３またはセンサネットワーク端末１４による測定を許可する。

判定手段２８の測定条件判断機能が無効で状態データ判断機能が有効であるとき、判定手段２８は、センサネットワーク端末１３またはセンサネットワーク端末１４に連続的な測定を許可する。次いで、センサネットワーク端末１３またはセンサネットワーク端末１４から状態データを受信する毎に、データ収集サーバ１６が外部メモリ３９に記憶した設定条件を主メモリ３８に読み出して、状態データと比較する。状態データが設定条件に合致したとき、判定手段２８は、測定条件データ要求機能を起動して、生産管理計算機１８にプロセス制御情報を要求し、生産管理計算機１８から基幹ＬＡＮ回線２０を介して、現在圧延中の材料の材質およびサイズの情報を測定条件通信手段２７で受信し、測定条件データ記憶手段３０に記憶する。

また、センサネットワーク端末１３，１４のセンサ制御手段４３，４３ａは、判定手段２８の設定に応じて、変成器２３および振動センサ２３ａの動作状態を次のように変更する。すなわち、センサ制御手段４３，４３ａは、判定手段２８の測定条件判断機能のみが有効であるときは、変成器２３または振動センサ２３ａのオンオフ制御を行い、状態データ判断機能のみが有効であるときには、変成器２３または振動センサ２３ａによる測定を連続的に行うように設定される。

次に、機器情報収集システムの使用方法について説明する。
例えば、圧延機１１が材料を噛み込む瞬間の最大電流が設定条件を超える場合の材料の材質、サイズを求めたいときには、次の手順で使用する。

（サーバ準備１）
データ収集サーバ１６を、基幹ＬＡＮ回線２０、制御用ＬＡＮ回線２１および汎用ＬＡＮ回線３５に接続し、生産管理計算機１８およびプロセスコントローラと通信可能となるように設定して制御システム１５に接続する。また、無線通信基地局２２を、汎用ＬＡＮ回線３５を介してデータ収集サーバ１６に接続する。

（センサ設置１）
センサネットワーク端末１３の変成器２３を、圧延機１１の駆動モータの駆動電源装置の出力ケーブルに設置する。センサネットワーク端末１３の電源は内蔵している電池２５なので、電源ラインを設ける必要はなく、また、無線通信を行うので、信号ラインを設ける必要もなく、設置を短時間で行うことができる。

（接続準備１）
センサネットワーク端末１３の電源をオンにすると、センサネットワーク端末１３の自動接続機能が、無線通信基地局２２を介してデータ収集サーバ１６との間で通信を行い、センサネットワーク２６を構成する。センサネットワーク端末１３は、制御システム１５に参加しないので、各センサネットワーク端末１３の動作開始、停止および状態データの取得を行っても、制御システム１５に負荷は加わらない。

（設定１）
データ収集サーバ１６に、キーボード３４を用いて、最大電流値を設定条件として入力する。データ収集サーバ１６は、入力された設定条件を、データ収集の基準として記憶する。

次いで、切替え手段４５を操作して、判定手段２８の測定条件判断機能を無効に設定し、状態データ判断機能を有効に設定する。判定手段２８は、制御用ＬＡＮ回線２１および無線通信基地局２２を介して、センサネットワーク端末１３に連続的な測定を許可する信号を送信する。

センサネットワーク端末１３のセンサ側無線通信手段２４は、判定手段２８からの信号を受け取り、センサ制御手段４３を起動する。センサ制御手段４３は、変成器２３が連続的な測定を行うように設定を行い、この設定をメモリに保存する。

なお、データ収集サーバ１６には、予め圧延機１１，１２および材料検出センサのＩＤが登録されている。複数の圧延機１１，１２が同時に稼働している場合、データ収集サーバ１６は、材料検出センサのＩＤから、対応する圧延機１１，１２のＩＤを呼び出し、このＩＤが含まれるプロセス制御情報を、生産管理計算機１８に要求することができる。
（測定１）

データ収集サーバ１６からセンサネットワーク端末１３，１４に測定開始の信号を送信すると、センサ制御手段４３が起動される。センサ制御手段４３は、メモリから変成器２３を駆動するための設定を読み取り、変成器２３の電源をオンにする。変成器２３は、圧延機１１の出力電流を連続的に測定し、測定値をセンサ制御手段４３に送信する。

圧延機１１は、変成器２３によって電流を測定している状態で、材料を噛み込み、圧延を行う。材料を噛み込む瞬間は、圧延ローラの負荷が急激に上昇するので、出力電流も急激に増加する。

センサ制御手段４３は、変成器２３で測定された出力電流を、連続的にサンプリングし、サンプリングした電流値のピーク値を数値化し、センサネットワーク端末１３のＩＤを状態データに付加してメモリに保存する。

センサ側無線通信手段２４は、所定時間おきにメモリから状態データを読み取り、測定データ送信機能を用いて、状態データをデータ収集サーバ１６に送信する。電流値のピーク値を数値化して送信するので、送信するデータの大きさは小さくなり、センサネットワーク２６が低速であっても短時間で送信することができ、また、電力消費量を小さくすることができる。

データ収集サーバ１６の本体側無線通信手段２９は、センサネットワーク端末１３から送信された状態データを、無線通信基地局２２および汎用ＬＡＮ回線３５を介して受信する。受信した状態データは、状態データ記憶手段３１に記憶される。なお、状態データ記憶手段３１への記憶は、センサネットワーク端末１５，１６のＩＤごとに分類されて行われる。

データ収集サーバ１６の判定手段２８の状態データ判断機能は、状態データ記憶手段３１に記憶された電流値のピーク値と、データ収集サーバ１６に記憶された設定条件とをそれぞれ読み出し、比較する。

電流値のピーク値が設定条件の範囲内にあるときには、判定手段２８は測定条件データ要求機能を作動させる。なお、範囲外であるときには、記憶していた電流値のピーク値と設定条件とを破棄する。測定条件データ要求機能は、測定条件通信手段２７および基幹ＬＡＮ回線２０を介して生産管理計算機１８にプロセス制御情報の要求信号を送信する。生産管理計算機１８は、要求信号に応じて現在製造中の材料の材質および長さと、製造に使用している圧延機１１，１２のＩＤとを含むデータをプロセス制御情報として、データ収集サーバ１６に送信する。プロセス制御情報は、測定条件データ記憶手段３０に記憶される。

関連データ記憶手段４４は、プロセス制御情報を測定条件データ記憶手段３０から読み出し、関連データとして記憶する。なお、関連データには、設定条件や電流値のピーク値を含めることも可能である。

（データ処理）
関連データ記憶手段４４に蓄積された関連データは、統計処理手段３２を用いて加工することができる。例えば、状態データを時系列に並べた表やグラフを、モニタ３３に表示することができる。

このようにして、圧延機１１が材料を噛み込む瞬間の最大電流が設定条件を超える場合の材料の材質、サイズを、蓄積して記憶することができる。

なお、（測定１）の工程においては、変成器２３は、圧延機１１の出力電流を連続的に測定しているが、材料検出センサが材料を検出してから一定時間だけ測定を行うようにすることも可能である。この場合、材料検出センサの検出信号は、センサネットワーク端末の電源のオンオフを制御する測定開始情報として処理される。

データ収集サーバ１６には、材料検出センサの検出信号を受信したときに、センサネットワーク端末１３の電源を一定時間だけオンに設定する端末センサ電源制御手段が設けられている。端末センサ電源制御手段は、例えば、切替え手段４５によって、有効、無効の設定をすることができる。

（設定１）の工程において、端末センサ電源制御手段を有効に設定すると、センサネットワーク端末１３の変成器２３は初期状態で電源オフとなる。（測定１）の工程において、材料検出センサが検出信号を受信すると、端末センサ電源制御手段は測定条件通信手段２７を介して検出信号を検知し、センサネットワーク端末１３に対して、本体側無線通信手段２９およびセンサネットワーク２６を介して測定開始の判断情報を送信する。

センサネットワーク端末１３は、測定開始の判断情報を受信してから一定時間だけ変成器２３の電源をオンにして圧延機１１の電流値を測定し、メモリに蓄積する。このように構成すると、センサネットワーク端末１３のメモリに無駄な情報を蓄積することがなくなり、また、センサネットワーク端末１３の電池２５の容量を節約することができる。

ここで、材料が特定の材質、サイズである場合の圧延機１２の振動を測定し、蓄積して記憶する場合には、以下の手順を追加する。
（サーバ準備２）
データ収集サーバ１６は、複数のセンサネットワーク端末１３，１４との間でそれぞれ送受信することができるため、別のサーバを新たに設置する必要はない。

（センサ設置２）
センサネットワーク端末１４の振動センサ２３ａを、圧延機１１の軸受に設ける。

（接続準備２）
センサネットワーク端末１４の電源をオンにすると、自動接続機能が、データ収集サーバ１６およびセンサネットワーク端末１３との間で通信を行い、センサネットワーク２６を構成する。センサネットワーク端末１４とデータ収集サーバ１６との間で直接通信ができないとき、センサネットワーク端末１３，１４の中継機能が自動的に働き、センサネットワーク端末１４とデータ収集サーバ１６との通信は、センサネットワーク端末１３で中継することにより行われる。

（設定２）
キーボード３４から、データ収集サーバ１６に、材料の材質および長さと測定時間とを、設定条件として入力する。設定条件は、データ収集サーバ１６に記憶される。また、切替え手段４５を操作して、センサネットワーク端末１４に対する測定条件判断機能を有効にし、状態データ判断機能を無効に設定する。なお、センサネットワーク端末１３に対しては、測定条件判断機能は無効に設定され、状態データ判断機能は有効に設定された状態となっている。

（測定２）
圧延機１２の入り側に設けられた材料検出センサが材料を検出すると、材料検出センサは制御用ＬＡＮ回線２１を介してプロセスコントローラ１９に検出信号を送信する。プロセスコントローラ１９は、制御用ＬＡＮ回線２１を介して圧延機１２のアクチュエータにコントロール信号を送信する。データ収集サーバ１６の測定条件通信手段２７は、制御用ＬＡＮ回線２１を流れる信号をモニタしており、この信号の中から検出信号を抽出し、さらに検出信号に含まれる各材料検出センサ固有のＩＤから、どの材料検出センサが送信した検出信号かを判断する。

なお、データ収集サーバ１６の測定条件通信手段２７によって、プロセスコントローラ１９から送信されるコントロール信号を抽出し、どの圧延機１１，１２に送信したコントロール信号かを判断するように構成してもよい。

データ収集サーバ１６の測定条件通信手段２７が検出信号を受信すると、判定手段２８は、基幹ＬＡＮ回線２０を介して生産管理計算機１８にプロセス制御情報の要求信号を送信する。生産管理計算機１８は、要求信号に応じて検出された材料の材質および長さを含むデータをプロセス制御情報として、データ収集サーバ１６に送信する。プロセス制御情報は、測定条件データ記憶手段３０に記憶される。

判定手段２８の測定条件判断機能は、測定条件データ記憶手段３０からプロセス制御情報を読み出し、データ収集サーバ１６から、検出信号のＩＤに対応する圧延機１１または圧延機１２の設定条件を読み出し、プロセス制御情報と比較する。設定条件とプロセス制御情報の材質および長さのデータが一致した場合は、本体側無線通信手段２９に測定許可の判断情報を送り、一致しない場合は、検出信号およびプロセス制御情報を破棄する。なお、判断情報には、予め入力しておいた測定時間も含まれている。

本体側無線通信手段２９は、判定手段２８から測定許可の判断情報を受信すると、制御用ＬＡＮ回線２１、無線通信基地局２２およびセンサネットワーク端末１３を介して、圧延機１２の振動を測定するセンサネットワーク端末１４に判断情報を送信する。

センサネットワーク端末１４のセンサ側無線通信手段２４ａはセンサ制御手段４３ａを起動し、センサ制御手段４３ａはデータ収集サーバ１６から受信した判断情報をメモリに保存するとともに振動センサ２３ａの電源をオンにする。振動センサ２３ａは、圧延機１２の軸受の振動を測定し、測定値をセンサ制御手段４３ａに送信する。材料が圧延機に到達する前に材料検出センサで材料を検出し、測定を開始することによって、メモリには、材料が圧延機に噛み込む瞬間と、その前後の時間の測定値が記録される。

センサ制御手段４３ａは、振動センサ２３ａで測定された振動を、判断情報に含まれる測定時間が経過するまでサンプリングし、メモリに蓄積する。また、設定された測定時間が経過すると、振動センサ２３ａの電源をオフにする。

センサ制御手段４３ａは、測定時間が経過した後、サンプリングした電流値のピーク値を数値化し、センサネットワーク端末１４のＩＤを状態データに付加し、センサ側無線通信手段２４ａのメモリに保存する。

センサ側無線通信手段２４ａは、メモリから状態データを読み取り、測定データ送信機能を用いて、状態データをデータ収集サーバ１６に送信する。

データ収集サーバ１６の本体側無線通信手段２９は、センサネットワーク端末１４から送信された状態データを、無線通信基地局２２および汎用ＬＡＮ回線３５を介して受信する。受信した状態データは、状態データ記憶手段３１に蓄積される。関連データ記憶手段４４は、状態データ記憶手段３１から状態データを読み出し、関連データとして、蓄積して記憶する。関連データ記憶手段４４への蓄積は、センサネットワーク端末１５，１６のＩＤごとに分類されているので、各設定条件ごとの状態データを、再分類する必要がなく、また、予め定めた設定条件を満足する状態データのみを収集するので、外部メモリ３９の使用容量も小さくなる。

（データ処理）
外部メモリ３９に蓄積された振動の関連データは、別に蓄積されている電流の状態データとともに統計処理手段３２を用いて加工することができる。状態データには、センサネットワーク端末１３，１４ごとのＩＤが含まれているので、各センサネットワーク端末１３，１４ごとに状態データを分類し、統計処理を行うことができる。

振動センサ２３ａは、測定時だけ電源がオンになり、非測定時にはオフになるので、電源が常時オンである場合に比べて、電力消費量を小さくすることができる。

このようにして、所定の設定条件に対する圧延機１１の電流値と、圧延機１２の振動値に対するプロセス制御情報とをそれぞれ蓄積することができる。また、これらの情報を解析することにより、特定の材料における圧延加工量が、設備の設計仕様に対して妥当であるかどうか、あるいは逆にそのような作業をするためにはどのような設備仕様が必要であるかを判定することができる。

なお、本発明を応用して、次のようなシステムを設けることも可能である。例えば、橋梁を通過する測定対象物である車両の画像を撮像する測定情報源であるカメラと、撓みを検出できるセンサ手段を備えたセンサネットワーク端末を橋梁に設け、データ収集サーバで、カメラの画像から車両の種類を特定し、その重量を推定する。このようにして、荷重と撓みの関係を測定することが可能になる。また、橋梁の撓みが設定値を超えた場合に、通過した車両のナンバープレートを撮影して、過積載車両を特定することができる。

また、他の応用例として、状態データ判断機能を、データ収集サーバの判定手段の替わりに、センサネットワーク端末のセンサ制御手段に設けることも可能である。

測定対象物が、圧延機である場合、まず、データ収集サーバからセンサ手段に、所定の電流値のデータを送信し、センサ手段は、データ判定手段に受信した電流値のデータを設定条件として記憶する。センサ手段は、毎回の噛み込み時の電流を測定し、測定した状態データが設定条件を超えたときだけ状態データをデータ収集サーバに送信する。そして、データ収集サーバは、状態データを受信したときの測定条件データを、制御システムから収集し、関連データ記憶手段に記憶する。このようにして、圧延条件のデータを収集し、電流値が設定値を超える原因を解析することができる。

また、測定対象物が、化学プラントであり、センサ手段が特定の危険なガス濃度を測定するものである場合、例えば、１分毎にガス濃度を測定し、測定したガス濃度が設定値を超えた場合の操業条件のデータを収集し、記録することにより、危険発生の原因となる操業条件を特定することができる。

本発明は、プロセス制御装置に接続された測定対象物の状態データを、センサネットワーク端末で測定し収集するデータ収集サーバを備えた機器情報収集システムに利用でき、また、電源確保が困難な屋外において、状態データを一定期間、自動的に収集する場合にも利用することができる。

本発明の一実施の形態の機器情報収集システムの構成図 同機器情報収集システムのデータ収集サーバのハードウェア構成図

符号の説明

１０ 機器情報収集システム
１１，１２ 圧延機（測定対象物）
１３，１４ センサネットワーク端末
１５ 制御システム（測定情報源）
１６ データ収集サーバ
１７ プロセス制御装置
１８ 生産管理計算機
１９ プロセスコントローラ
２０ 基幹ＬＡＮ回線
２１ 制御用ＬＡＮ回線
２２ 無線通信基地局
２３ 変成器（センサ手段）
２３ａ 振動センサ（センサ手段）
２４，２４ａ センサ側無線通信手段
２５，２５ａ 電池
２６ センサネットワーク
２７ 測定条件通信手段
２８ 判定手段
２９ 本体側無線通信手段
３０ 測定条件データ記憶手段
３１ 状態データ記憶手段
３２ 統計処理手段
３３ モニタ（情報表示手段）
３４ キーボード（入力手段）
３５ 汎用ＬＡＮ回線
３６ バス
３７ ＣＰＵ
３８ 主メモリ
３９ 外部メモリ
４０ 基幹ＬＡＮコントローラ
４１ 制御用ＬＡＮコントローラ
４２ センサ通信コントローラ
４３，４３ａ センサ制御手段
４４ 関連データ記憶手段
４５ 切替え手段

Claims (7)

1. 測定対象物の状態データを測定するセンサネットワーク端末と、前記測定対象物の測定条件データを測定情報源から受信し、前記センサネットワーク端末で測定した状態データまたは測定条件データを蓄積するデータ収集サーバとを備えた機器情報収集システムであって、
   前記センサネットワーク端末は、前記測定対象物の状態データを測定するセンサ手段と、
   前記データ収集サーバとの間でセンサネットワークを用いて通信を行うセンサ側無線通信手段と、
   前記センサ手段および前記センサ側無線通信手段に電力を供給する電池とを備え、
   前記データ収集サーバは、前記測定情報源との間で通信を行う測定条件通信手段と、
   前記センサネットワーク端末との間で前記センサネットワークを用いて通信を行う本体側無線通信手段と、
   測定条件データおよび状態データの一方が設定条件に合致する場合に、他方を関連データとして蓄積して記憶する関連データ記憶手段とを備えていることを特徴とする機器情報収集システム。
2. 前記データ収集サーバは、測定条件データが設定条件に合致するか否かを判断する測定条件判断機能を有する判定手段を備え、
   前記センサネットワーク端末は、前記判定手段の前記測定条件判断機能の判断情報に基づいて前記センサ手段による測定の開始または停止を行うセンサ制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の機器情報収集システム。
3. 前記データ収集サーバは、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能と、前記状態データ判断機能の判断情報に基づいて前記測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能とを有する判定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の機器情報収集システム。
4. 前記センサネットワーク端末は、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能を有するセンサ制御手段を備え、
   前記データ収集サーバは、前記状態データ判断機能の判断情報に基づいて前記測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を有する判定手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の機器情報収集システム。
5. 前記データ収集サーバは、測定条件データが設定条件に合致するか否かを判断する測定条件判断機能、状態データが設定条件に合致するか否かを判断する状態データ判断機能および前記状態データ判断機能の判断情報に基づいて前記測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を有する判定手段と、
   前記測定条件判断機能および前記状態データ判断機能の有効と無効をそれぞれ切替え可能な切替え手段とを備え、
   前記センサネットワーク端末は、前記判定手段の前記測定条件判断機能の判断情報に基づいて前記センサ手段による測定の開始または停止を行うセンサ制御手段を備え、
   前記判定手段は、前記状態データ判断機能の判断情報に基づいて前記測定情報源に測定条件データを要求する測定条件データ要求機能を備えていることを特徴とする請求項１に記載の機器情報収集システム。
6. 前記データ収集サーバは、前記関連データ記憶手段に蓄積された関連データを読み出して統計処理を行う統計処理手段と、統計処理されたデータを表示する情報表示手段とを備えていることを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載の機器情報収集システム。
7. 前記測定情報源は、前記測定対象物を運転制御する制御システムであることを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載の機器情報収集システム。
   

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