JP2009032131A - ガス監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線ガス検知器の消費電力を抑制しつつ、送信タイミングの衝突を防止できるガス監視システムを提供する。
【解決手段】タイマ１２は、検知手段１１によるガス検知結果の送信タイミング等を制御するために使用される。検知結果送信手段１３は、タイマ１２に従って、当該無線ガス検知器１に固有の送信タイミングで上記ガス検知結果を監視装置２に向けて送信する。時刻情報受信手段１４は、タイマ１２を較正するための時刻情報を受信する。較正手段１５は、時刻情報に従ってタイマ１２を較正する。切替手段１６は、当該無線ガス検知器１の状態を動作状態および休止状態の間で切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス検知結果を監視装置に向けて無線により送信する無線ガス検知器を用いたガス監視システムに関する。

ガス濃度の監視範囲に無線ガス検知器を設置し、各無線ガス検知器からのガス検知結果を単一の監視装置で受信することで、広範囲のガス監視を行うシステムが知られている。無線ガス検知器は、ケーブル配線なしに広範囲のガスを検出して中央の監視装置に警報を発生させることが可能で、ケーブルそのもののコストと公二コストを削減できることが大きな利点である。
特開２００１−２０９８７５号公報 特開２００４−２４０８２３号公報

しかしながら、無線ガス検知器を用いたシステムでは、ケーブルを使用しないために電池や光電池など、電源配線を必要としない電源供給機能が必要になる。また、電池での光電池でも供給できる電力は制約があるため、電池交換周期を長くするなどして、保全コストを抑制するためには、無線ガス検知器の消費電力を最小限に抑える必要がある。

一方、空間を共有した無線通信方式では、複数の無線ガス検知器が同時に送信を行うと、それぞれの送信信号が干渉し合って正常な通信を行うことができない。このため、それぞれの無線ガス検知器の送信タイミングをスケジューリングして同時に送信が行われないように制御する必要がある。スケジューリングを行う方法として、無線ガス検知器から情報を収集する無線親局が定周期で無線ガス検知器を指定して、順次、情報を収集する方法もある。しかし、この場合には、無線ガス検知器の無線受信機能を休止させることはできず、無線ガス検知器は常に受信状態で待機する必要があり、電力消費を低減することが難しいという問題がある。

本発明の目的は、無線ガス検知器の消費電力を抑制しつつ、送信タイミングの衝突を防止できるガス監視システムを提供することにある。

本発明のガス監視システムは、ガス検知結果を監視装置に向けて無線により送信する無線ガス検知器を用いたガス監視システムにおいて、前記無線ガス検知器は、ガス濃度を検知する検知手段と、前記検知手段によるガス検知結果の送信タイミングを制御するためのタイマと、前記タイマに従って、当該無線ガス検知器に固有の送信タイミングで前記ガス検知結果を前記監視装置に向けて送信する検知結果送信手段と、前記タイマを較正するための時刻情報を受信する時刻情報受信手段と、前記時刻情報受信手段により受信された前記時刻情報に従って前記タイマを較正する較正手段と、前記タイマに従って、前記時刻情報受信手段の状態を動作状態および休止状態の間で切り替える切替手段と、を備えることを特徴とする。
このガス監視システムによれば、較正されたタイマに従って、当該無線ガス検知器に固有の送信タイミングでガス検知結果を監視装置に向けて送信するとともに、タイマに従って、時刻情報受信手段の状態を動作状態および休止状態の間で切り替えるので、無線ガス検知器の消費電力を抑制しつつ、送信タイミングの衝突を防止できる。

前記切替手段は、前記時刻情報受信手段が前記時刻情報を受信した場合には、前記時刻情報の受信後に前記時刻情報受信手段の状態を動作状態から休止状態に切り替えてもよい。

前記切替手段は、前記時刻情報受信手段が前記時刻情報を受信できなかった場合には、前記時刻情報受信手段の状態を動作状態に維持してもよい。

前記監視装置は、前記無線ガス検知器の前記検知結果送信手段から送信された前記検知結果を受信すると、当該無線ガス検知器に向けて前記時刻情報を送信する時刻情報送信手段を備えてもよい。

前記監視装置は、前記無線ガス検知器に向けて、当該無線ガス検知器に固有の前記送信タイミングを送信する固有タイミング送信手段を備え、当該無線ガス検知器の前記検知結果送信手段における送信動作は、当該固有の送信タイミングに従ってもよい。

本発明のガス監視システムによれば、較正されたタイマに従って、当該無線ガス検知器に固有の送信タイミングでガス検知結果を監視装置に向けて送信するとともに、タイマに従って、時刻情報受信手段の状態を動作状態および休止状態の間で切り替えるので、無線ガス検知器の消費電力を抑制しつつ、送信タイミングの衝突を防止できる。

以下、図１〜図５を参照して、本発明によるガス監視システムの一実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のガス監視システムの構成を示すブロック図である。

本実施形態のガス監視システムは、ガス濃度を検出する無線ガス検知器１と、無線ガス検知器１から送信された検知結果を受信して、警報の出力等の所定の処理を実行する監視装置２とを組み合わせて構成される。

図１に示すように、無線ガス検知器１は、監視装置２に向けてガス検知結果や当該無線ガス検知器１を特定する情報を無線送信する送信部１Ａと、監視装置２から送信されてきた無線通信信号を受信する受信部１Ｂと、ガス濃度を検知する検知手段１１と、検知手段１１によるガス検知結果の送信タイミング等を制御するためのタイマ１２と、時刻情報に従ってタイマ１２を較正する較正手段１５と、当該無線ガス検知器１の状態を動作状態および休止状態の間で切り替える切替手段１６と、を備える。

切替手段１６は、タイマ１２以外の構成要素である、送信部１Ａ、受信部１Ｂ、検知手段１１、および較正手段１５の状態を、動作状態および休止状態の間で切り替える。休止状態では、当該無線ガス検知器１の消費電力が大幅に抑制される。

また、送信部１Ａには、タイマ１２に従って、当該無線ガス検知器１に固有の送信タイミングで上記ガス検知結果を監視装置２に向けて送信する検知結果送信手段１３が、受信部１Ｂには、タイマ１２を較正するための上記時刻情報を受信する時刻情報受信手段１４が、それぞれ設けられている。

図１に示すように、監視装置２には、後述する同報通信および現在時刻を無線ガス検知器１に向けて送信する時刻情報送信手段２１と、各無線ガス検知器１に固有の送信タイミングを無線ガス検知器１に向けて送信する固有タイミング送信手段２２と、を備える。

図２は、無線ガス検知器１が監視範囲に設置される様子を示す図である。

図２に示すように、ガス濃度の監視範囲には、無線ガス検知器１が適宜、配置され、無線ガス検知器１におけるガス検知結果が無線通信により送信され、監視装置２により受信される。

図３は、無線ガス検知器１の動作手順を示すフローチャートである。

図３のステップＳ１では、同期フラグの値が「１」であるか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２へ進み、判断が否定されればステップＳ３へ進む。ここで、同期フラグは、タイマ１２（図１）が現在時刻と同期した状態か否かを示すフラグであり、同期状態にあれば、同期フラグの値は「１」であり、非同期状態にあれば、同期フラグの値は「０」である。同期フラグの初期値は「０」である。

ステップＳ３では、同報通信受信（ステップＳ１１〜ステップＳ１５）の処理を実行し、ステップＳ１へ戻る。同報通信受信の処理については後述する。

一方、ステップＳ２では、タイマ１２の計時が当該無線ガス検知器１に固有の送信タイミングに到達したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４へ進み、判断が否定されればステップＳ１へ戻る。送信タイミングについては後述する。

ステップＳ４では、送信制御（ステップＳ２１〜ステップＳ２７）の処理を実行し、ステップＳ１へ戻る。送信制御の処理については後述する。

図３のステップＳ１１〜ステップＳ１５は、同報通信受信の処理手順を示している。

図３のステップＳ１１では、切替手段１６により、受信部１Ｂ、送信部１Ａ、検知手段１１、および較正手段１５を起動させて動作状態とし、受信部１Ｂにより同報通信が受信されるのを待って、ステップＳ１２へ進む。

同報通信は、監視装置２の時刻情報送信手段２１および固有タイミング送信手段２２から、すべての無線ガス検知器１に向けて定期的に送信される。同報通信には現在時刻を示す情報およびそれぞれの無線ガス検知器１に固有の送信タイミングを示す情報が含まれる。

現在時刻は、時刻情報受信手段１４により受信される。

送信タイミングは、各無線ガス検知器１からガス検知結果を送信すべき時刻を規定しており、送信時刻が互いに重ならないように、それぞれの無線ガス検知器１に割り当てられる時刻は互いにずらされている。これにより、ガス検知結果の送信時刻が衝突しないように、各無線ガス検知器１の送信時刻がスケジューリングされる。

ステップＳ１２では、較正手段１５は、同報通信の受信（ステップＳ１１）により得た現在時刻を用いてタイマ１２を較正する。

次に、ステップＳ１３では、同報通信の受信（ステップＳ１１）により得た当該無線ガス検知器１に固有の送信タイミングが、タイマ１２に与えられる。上記のように、固有の送信タイミングはステップＳ２の判断に用いられる。

次に、ステップＳ１４では、同期フラグの値を「１」に設定し、ステップＳ１５へ進む。

ステップＳ１５では、切替手段１６により、受信部１Ｂ、送信部１Ａ、検知手段１１、および較正手段１５の動作を停止させて休止状態とし、ステップＳ１へ戻る。

図３のステップＳ２１〜ステップＳ２７は、送信制御の処理手順を示している。

図３のステップＳ２１では、切替手段１６により、受信部１Ｂ、送信部１Ａ、検知手段１１、および較正手段１５を起動させて動作状態とし、検知手段１１によりガス濃度を検出する。

次に、ステップＳ２２では、検知結果送信手段１３を介して、検知手段１１によるガス検知結果を監視装置２に向けて送信する。送信されるガス検知結果には、当該無線ガス検知器１を特定する情報が含まれる。

次に、ステップＳ２３では、時刻情報受信手段１４により現在時刻が受信されたか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２４へ進み、判断が否定されればステップＳ２６へ進む。ここで、時刻情報受信手段１４により受信される現在時刻は、当該無線ガス検知器１から送信されたガス検知結果（ステップＳ２２）を監視装置２が受信した場合に、当該無線ガス検知器１に向けて返信されるものである。現在時刻の返信については、後述する。

ステップＳ２４では、較正手段１５は、受信された現在時刻（ステップＳ２３）を用いてタイマ１２を較正する。

次にステップＳ２５では、切替手段１６により、受信部１Ｂ、送信部１Ａ、検知手段１１、および較正手段１５の動作を停止させて休止状態とし、ステップＳ１へ戻る。

一方、ステップＳ２６では、タイマ１２の計時に基づいて、ガス検知結果を送信（ステップＳ２２）してから所定時間が経過したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ２７へ進み、判断が否定されればステップＳ２３へ戻る。

ステップＳ２７では、同期フラグの値を「０」に設定して、ステップＳ１へ戻る。

図４は、監視装置２の動作手順を示すフローチャートである。

ステップＳ３１〜ステップＳ３２は、同報通信送信の手順を示している。

図４のステップＳ３１では、同報通信を送信すべき所定の時刻に到達するのを待って、ステップＳ３２へ進む。ステップＳ３２では、すべての無線ガス検知器１に向けて同報通信を送信し、ステップＳ３１へ戻る。同報通信には、時刻情報送信手段２１を介して送信される現在時刻と、固有タイミング送信手段２２を介して送信される上記送信タイミングと、が含まれる。

このように、ステップＳ３１〜ステップＳ３２を繰り返すことで、同報通信が定周期で送信される。

次に、図４のステップＳ４１〜ステップＳ４２は、現在時刻を送信する手順を示している。

図４のステップＳ４１では、ガス検知結果（ステップＳ２２）が受信されるのを待って、ステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、受信されたガス検知結果が示す無線ガス検知器１、すなわちガス検知結果の送信元の無線ガス検知器１に向けて、時刻情報送信手段２１を介して現在時刻を返信し、ステップＳ４１へ戻る。

このように、ステップＳ４１〜ステップＳ４２では、ガス検知結果を受けた無線ガス検知器１に対し、現在時刻を返信している。

図５（ａ）は、無線ガス検知器１の状態遷移を示す図である。図５（ａ）に示すように、無線ガス検知器１は非同期状態（同期フラグの値＝「０」）からスタートし、同報通信を受信（ステップＳ１１；Ｙｅｓ）することで同期状態（同期フラグの値＝「１」）に遷移する（ステップＳ１４）。

無線ガス検知器１が同期状態にあるとき、ガス検知結果の送信（ステップＳ２２）から所定時間以内（ステップＳ２６；Ｎｏ）に現在時刻を受信（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）した場合には、同期状態を維持する。しかし、ガス検知結果の送信（ステップＳ２２）から所定時間を経過しても現在時刻を受信しなかった場合（ステップＳ２６；Ｙｅｓ）には、非同期状態に戻る。この場合は、通信異常等により、ガス検知結果および現在時刻の交換に失敗した場合に相当する。

無線ガス検知器１が非同期状態にある場合、無線ガス検知器１は同報通信を受信するまで、動作状態を維持する。しかし、一端、同報通信を受信した後は、同期状態に遷移（ステップＳ１４）して、休止状態に移行する（ステップＳ１５）。同期状態にある場合、ガス検知結果を送信してから現在時刻を受信しタイマ１２を較正するまでの期間（ステップＳ２１〜ステップＳ２４）を除き、休止状態を維持する（ステップＳ２５）。

図５（ｂ）は、本実施形態のガス監視システムの動作タイミングを示すタイミングチャートである。図５（ｂ）において、各無線ガス検知器１が動作状態にある期間を太線で示している。このように、通信状態が正常であれば、動作状態にある期間が大幅に短縮され、消費電力も大幅に抑制される。

新たな無線ガス検知器１を増設した場合や、中断していた通信が復旧した場合には、その無線ガス検知器１は、最初の同報通信の受信により休止状態に移行するとともに、ガス検知結果および現在時刻の交換を開始する。このように、同報通信をトリガとして、ガス検知結果および現在時刻の送受信を開始することで、通信状況や無線ガス検知器１の設置状況の認識を更新する機能が付与される。正常な通信状態が継続した場合には、無線ガス検知器１が動作状態にあるのは、実質的に、ガス検知結果の送信から現在時刻の受信までの期間に限定されることになる。

以上のように、本実施形態のガス監視システムでは、タイマの較正により複数の無線ガス検知器の時刻と、ガス監視装置の時刻とを同期させるとともに、送信タイミングのスケジューリングにより無線ガス検知器間で異なるタイミングでガス検知結果を送信できるので、ガス検知結果の送信信号の干渉を防ぐことができ、信頼性の高いガス検知が可能となる。

また、無線ガス検知器１では、動作が不要の期間は、時刻情報受信手段１４を含め、タイマ１２以外の各部の動作を休止させているので、無線ガス検知器１の消費電力を低減できる。このため電池寿命の延長により電池交換などの保全のためのコストが軽減されるとともに、光電池などの出力容量の低減により装置コストを抑制できる。なお、休止状態は時刻情報受信手段が休止状態にある限り、任意の状態を選択できる。休止状態において消費電力を抑制できれば足りる。

また、本実施形態のガス監視システムでは、無線ガス検知器１からのガス検知結果を受信すると、監視装置２からその直後に現在時刻を返信しているので、無線ガス検知器１のタイマ１２のドリフトを短周期で補正可能となり、計時精度の向上と、タイマ１２に要求される計時精度仕様の緩和が両立できる。

本実施形態のガス監視システムを導入すれば、無線通信によりケーブルコスト、配線コストを低減できるとともに、電池交換などの保全コストも低減できる。したがって、有線によるシステム構成よりもコスト的に有利にガス監視システムが構築でき、例えば、可燃性ガスや有毒ガスを扱うプロセス・オートメーションのプラントにおいてより多くのガス検知器の設置が可能となり、プラントの設備や作業者の安全度レベルを向上させることができる。

以上説明したように、本発明のガス監視システムによれば、較正されたタイマに従って、当該無線ガス検知器に固有の送信タイミングでガス検知結果を監視装置に向けて送信するとともに、タイマに従って、時刻情報受信手段の状態を動作状態および休止状態の間で切り替えるので、無線ガス検知器の消費電力を抑制しつつ、送信タイミングの衝突を防止できる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、ガス検知結果を監視装置に向けて無線により送信する無線ガス検知器を用いたガス監視システムに対し、広く適用することができる。

一実施形態のガス監視システムの構成を示すブロック図。 無線ガス検知器が監視範囲に設置される様子を示す図。 無線ガス検知器の動作手順を示すフローチャート。 監視装置の動作手順を示すフローチャート。 ガス監視システムの動作を示す図であり、（ａ）は無線ガス検知器の状態遷移を示す図、（ｂ）は動作タイミングを示すタイミングチャート。

符号の説明

１ 無線ガス検知器
２ 監視装置
１１ 検知手段
１２ タイマ
１３ 検知結果送信手段
１４ 時刻情報受信手段
１５ 較正手段
１６ 切替手段

Claims (5)

1. ガス検知結果を監視装置に向けて無線により送信する無線ガス検知器を用いたガス監視システムにおいて、
   前記無線ガス検知器は、
   ガス濃度を検知する検知手段と、
   前記検知手段によるガス検知結果の送信タイミングを制御するためのタイマと、
   前記タイマに従って、当該無線ガス検知器に固有の送信タイミングで前記ガス検知結果を前記監視装置に向けて送信する検知結果送信手段と、
   前記タイマを較正するための時刻情報を受信する時刻情報受信手段と、
   前記時刻情報受信手段により受信された前記時刻情報に従って前記タイマを較正する較正手段と、
   前記タイマに従って、前記時刻情報受信手段の状態を動作状態および休止状態の間で切り替える切替手段と、
   を備えることを特徴とするガス監視システム。
2. 前記切替手段は、前記時刻情報受信手段が前記時刻情報を受信した場合には、前記時刻情報の受信後に前記時刻情報受信手段の状態を動作状態から休止状態に切り替えることを特徴とする請求項１に記載のガス監視システム。
3. 前記切替手段は、前記時刻情報受信手段が前記時刻情報を受信できなかった場合には、前記時刻情報受信手段の状態を動作状態に維持することを特徴とする請求項１または２に記載のガス監視システム。
4. 前記監視装置は、
   前記無線ガス検知器の前記検知結果送信手段から送信された前記検知結果を受信すると、当該無線ガス検知器に向けて前記時刻情報を送信する時刻情報送信手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のガス監視システム。
5. 前記監視装置は、
   前記無線ガス検知器に向けて、当該無線ガス検知器に固有の前記送信タイミングを送信する固有タイミング送信手段を備え、
   当該無線ガス検知器の前記検知結果送信手段における送信動作は、当該固有の送信タイミングに従うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のガス監視システム。

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