JP2012185589A - プラント計装制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御装置又は計装制御装置とセンサやアクチュエータ間に無線通信を適用する場合に、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減できるプラント計装制御システムを提供する。
【解決手段】計測ラック１内には、無線通信装置２とセンサ伝送器４１〜４４間を接続する接続ケーブル６１，６２を備え、計測ラック１の外部には無線通信装置２を取付け、無線通信装置２は多重伝送装置１１に接続されると無線通信装置８と無線により信号通信を行い、多重伝送装置１１は中央制御室に設置される多重伝送装置１３を介して制御装置１４との信号の授受を行う。計測ラック１は、センサからの信号を入力して無線通信装置により通信する計測ラックであり、計測ラック１０は、データ収集装置３及びセンサ伝送器４１〜４４とデータ収集装置３間を接続する接続ケーブル６１，６２が予め敷設されており、プラント現場でケーブル敷設作業を行わなくても良い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無線通信装置を適用するプラント計装制御システムに関する。

プラント計装制御システムでは、計装制御のためにケーブルが敷設されている。しかし、センサやアクチュエータ毎にこれらケーブルを敷設する必要があり、その敷設費用が膨大になるという問題があった。

この問題を解決するために、無線通信の適用が考えられる。例えば〔特許文献１〕には、コントローラ（制御装置），センサやアクチュエータに無線ＬＡＮ（無線通信装置）を備え、コントローラと、センサやアクチュエータ間を無線通信で信号授受することが開示されている。又、〔特許文献２〕には、コントローラ（制御装置），保守装置，センサやアクチュエータに無線ＬＡＮ（無線通信装置）を備え、コントローラ，保守装置，センサ，アクチュエータ間を無線通信で信号授受することが開示されている。

特開２００２−６９４１号公報 特開２００７−３２３１７３号公報

〔特許文献１〕及び〔特許文献２〕に記載の従来の技術では、コントローラ（制御装置）とセンサ間、コントローラとアクチュエータ間は、無線ＬＡＮ（無線通信装置）により信号授受が可能であり、この間のケーブル敷設が不要になっている。

しかし、〔特許文献１〕に記載の従来の技術では、センサの信号を集めて送信し、アクチュエータの信号を集めて送信する構成となっているため、センサの信号とアクチュエータの信号が混在している現場では、それらを選り分けて敷設作業しなければならないという問題がある。又、〔特許文献２〕に記載の従来の技術は、センサ或いはアクチュエータ個々に無線装置を敷設しなければならなく、高価であり実用性に乏しいものである。

又、〔特許文献１〕や〔特許文献２〕に記載の従来の技術をプラント現場に適用した場合、コンクリート壁で仕切られているため、センサやアクチュエータ間の無線通信装置からの電波がコントローラや保守装置用の無線通信装置に届かないため、センサと無線通信装置間、アクチュエータと無線通信装置間は、有線ケーブルで接続する必要がある。つまり、プラント現場にてセンサと無線通信装置、アクチュエータと無線通信装置間にそれぞれケーブルを敷設することになる。さらに、センサ，アクチュエータ，無線通信装置にケーブルを接続する必要があり、プラント現場でケーブルの切断、ケーブル末端処理としてケーブルの被覆を剥がし端子を取付けるなどの作業が発生する。

これらのケーブル敷設作業，ケーブル末端処理は、センサやアクチュエータの数に対応した作業となり、しかもプラント現場でのこれら作業は周囲に構造物があったり狭隘部で作業したりするなど、作業性が悪い。さらにコントローラ（制御装置）とセンサ間、コントローラとアクチュエータ間に無線通信を適用することで、その間のケーブルは短くなるが、ケーブル本数は少なくならない。

この結果、ケーブル末端処理作業量に変化はなく、ケーブル敷設作業量を大幅に削減することができないという問題がある。又、通信電波の干渉により通信エラーが生じないようにする点については配慮されていない。又、受信感度の高い適切な場所に無線通信装置や無線通信中継器をいかにして配置するかについても配慮されていないものであった。

本発明の目的は、制御装置或いは計装制御装置とセンサやアクチュエータ間の送受信混在での無線通信にも適用でき、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減できるプラント計装制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、通信電波の干渉により通信エラーが生じないようにできるプラント計装制御システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、受信感度の高い適切な場所に無線通信装置や無線通信中継器を配置できるプラント計装制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明のプラント計装制御システムは、無線通信装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設してデータを収集するデータ収集装置を具備した計測ラックの外部に無線通信装置を取付け、この無線通信装置と、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置に取付けられた無線通信装置によって信号を無線で通信するものである。

また、計測ラックの無線通信装置と、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置の無線通信装置との通信を無線通信中継器を介して行うものである。

又、計測ラック，多重伝送装置の無線通信装置の周辺に電波吸収体が取付けられているものである。

又、多重伝送装置，無線通信中継器は、受信電波強度を表示するものである。無線通信中継器は構造物に取付けられ、構造物に無線通信中継器の周辺に電波吸収体が取付けられているものである。

本発明によれば、無線通信装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設した計測ラックを備え、計測ラックには無線通信装置が取付けられ、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置と計測ラック間を無線通信によって信号を通信することが可能となるため、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減する効果を奏する。

本発明の一実施例であるプラント計装制御システムの構成図である。 データ収集装置の構成図である。 通信の電波が盤で反射する状態を示す斜視図である。 電波吸収体が敷設された無線通信装置の斜視図である。 図１の変形例であるプラント計装制御システムの構成図である。 図１の変形例であるプラント計装制御システムの構成図である。 図１のさらに変形例であるプラント計装制御システムの構成図である。 無線通信装置の概略内部構成を示すブロック図である。 通信チャンネルの状態把握フローを示す図である。 通信チャンネルの選択フローを示す図である。 無線通信装置で表示される電波強度表示と干渉強度表示の表示例を示す図である。 複数のＭＡＣヘッダを有する通信フレームの構成図である。 一般の無線ＬＡＮの通信フレーム構成図である。

本発明のプラント計装制御システムの一実施例について図面を参照して説明する。図１は、本実施例のプラント計装制御システムの構成図である。

図１に示すように、計測ラック１には、無線通信装置２が取付けられ、無線通信装置２のアンテナ２ａは計測ラック１の外部に位置している。ここで、アンテナ２ａ含んで、無線通信装置２という。無線通信装置２の周囲には、電波吸収体７が敷設されている。

無線通信装置２は、計測ラック１内部に設けられたデータ収集装置３に接続されており、計測ラック１内部に設けられた、データ収集装置３とセンサからの接続ケーブルの端部を接続するセンサ伝送器４１，４２，４３，４４とは接続ケーブル６１，６２で接続されている。センサ伝送器４１，４２，４３，４４は、現場に設置された図示しないセンサと接続ケーブル５１〜５４で接続されている。ここで、図１ではセンサ伝送器４１，４２，４３，４４を対象に示したが、これらの代わりに制御対象機器のアクチュエータでもよく、センサとアクチュエータが混在する場合であっても良く、アクチュエータ伝送器を設けてもよい。

壁１５，１６で仕切られた現場の中央制御室側には、多重伝送盤１０が設置される。多重伝送盤１０には、無線通信装置８が取付けられ、無線通信装置８のアンテナ８ａは多重伝送盤１０の外部に位置している。ここで、アンテナ８ａ含んで、無線通信装置８という。無線通信装置８の周囲には、電波吸収体９が敷設されている。

無線通信装置８は、多重伝送盤１０内部に設けられた多重伝送装置１１が接続されており、多重伝送盤１０内部に設けられた多重伝送装置１１は、接続ケーブル１２により、壁１７で仕切られた中央制御室に設置される多重伝送装置１３を介して制御装置１４に接続されている。

ここで、図１では、制御装置１４を例としているが、制御装置１４の代わりに監視装置や計装装置でもよく、計装制御装置でも良い。

無線通信装置２は、多重伝送装置１１に接続されると無線通信装置８と無線により信号通信を行う。多重伝送装置１１は、中央制御室に設置される多重伝送装置１３を介して制御装置１４との信号の授受を行う。

このように、計測ラック１は、センサからの信号を入力して無線通信装置により通信する計測ラックである。計測ラック１には、データ収集装置３が設置され、センサ伝送器４１，４２，４３，４４とデータ収集装置３間を接続する接続ケーブル６１，６２が予め敷設されており、プラント現場でケーブル敷設をしなくて良いようになっている。例えば、工場で計測ラック１を製作する際に、接続ケーブル６１，６２を予め敷設する。

このように、センサ伝送器４１，４２，４３，４４とデータ収集装置３間を接続する接続ケーブル６１，６２が予め敷設されており、プラント現場でケーブル敷設作業を行わなくても良いようになっているので、センサからの接続ケーブルの端部をセンサ伝送器に接続することで、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減できるという大きな効果がある。

図２は、センサとアクチュエータが混在する場合の計測ラック１の構成図である。データ収集装置３は、無線通信装置２と接続される送受信切替部２０１、送受信切替部２０１に接続されるＣＰＵ２０２、ＣＰＵ２０２に並列に接続されるＡ／Ｄ変換器２０３とＤ／Ａ変換器２０４、Ａ／Ｄ変換器２０３に接続されるマルチプレクサ２０５、Ｄ／Ａ変換器２０４に接続されるマルチプレクサ２０６、マルチプレクサ２０５，２０６に接続されるプリント基板２０９、プリント基板２０９と予め接続ケーブル２１０，２１１で接続された端子台２１２，２１３で構成される。端子台２１２にはセンサ用の端子部が複数設けられ、端子台２１３にはアクチュエータ用の端子部が複数設けられている。

端子台２１２のセンサ用の端子部及び端子台２１３のアクチュエータ用の端子部は、それぞれ識別番号が付されており、後述するように、図１３に示すデータ部の連続された複数のセンサ受信信号，連続された複数のアクチュエータ送信信号のそれぞれと対応している。

端子台２１２のセンサ用の端子部及び端子台２１３のアクチュエータ用の端子部のそれぞれは、制御装置１４のプログラムを作成する設計時に決めることができ、決められた端子部に該当するセンサ伝送器あるいはアクチュエータ伝送器を接続することにより、通信が行えるようになる。

このように、センサとアクチュエータが混在する場合にも送受信が行えるので、現場の状況に対応してセンサとアクチュエータと接続が可能になる。

計測ラック１には無線通信装置２が、多重伝送盤１０には無線通信装置８が取付けられるが、図４に示すような通信の電波がこれらの盤で反射して無線通信装置２，８のアンテナ２ａ，８ａに伝播することを防止し、盤で反射しないようにして、直接アンテナに届く電波（直達波という）を受信できるようにするために、図３に示すように、無線通信装置の周辺に電波吸収体７，９を取付けている。

この電波吸収体７，９は、軟磁性金属の粉末とゴムなどの高分子素材を結合材料としてシート状に形成したものである。アンテナと盤（金属体）とが１０cm程度と近い場合には、アンテナが例えば５cm程度のダイポールアンテナであれば、電波吸収体７，９はアンテナの背面を覆う程度の大きさである１０cm角程度で効果が十分に発揮できる。例えば図３に示す無線通信装置２が横置きに設置される場合には、アンテナと盤である金属体の間隔が縦置き（図３の状態）と比べ短くなり、金属体からの電波反射の影響がより強くなるので、この場合には電波吸収体７，９の効果がより一層高まる。

反射波は直達波より遅れるため、反射波が直達波の受信を妨害する干渉、すなわち通信電波自体の干渉が発生して、通信エラーを生じさせるが、電波吸収体７，９によって、通信エラーを防止することが可能になる。

通信エラー発生すると、再送が発生して通信遅れが生じるが、電波吸収体７，９を設けることで通信エラーの発生を防止できる。このため、低遅延が要求されるプラント計装制御システムには好適である。なお、計測ラック１及び多重伝送盤１０は、金属で製作される場合が多く、この場合には電波反射が強いため、電波吸収体７，９を設けることの効果が一層高まる。

図５，図６は、図１に示したプラント計装制御システムの変形例であり、現場、例えばタービン建屋の地下１階にもプラント計装制御システムが敷設されている。

図５に示すように、例えばタービン建屋では、制御装置を各系統別に設けて系統分離するのが、通常である。そのため、例えば、復水系の制御装置１４，ＥＲＣ系の制御装置９２，給水系の制御装置９４等が設置される。しかし、現場では、センサやアクチュエータの設置は系統分離されているわけではなく、復水系，ＥＲＣ系，給水系等のセンサやアクチュエータが混在している場合が多い。

図５に示す例は、このような場合にも適用できるように、計測ラック１，９５，９６には、複数の系統のセンサやアクチュエータを接続し、無線通信装置１４，９２，９４は系統分離して、計測ラック１，９５，９６に接続される複数の系統のセンサやアクチュエータの計測データや制御情報を系統別に無線通信できるようにしている。

図６に示すように、計測ラック９５には、複数の無線通信装置７２，７３が取付けられ、無線通信装置７２，７３のアンテナ７２ａ，７３ａは計測ラック９５の外部に位置している。無線通信装置７２，７３の周囲には、電波吸収体７１が敷設されている。計測ラック９６には、同様に、２つの無線通信装置７５，７６が取付けられ、無線通信装置７５，７６のアンテナ７５ａ，７６ａは計測ラック９６の外部に位置している。無線通信装置７５，７６の周囲には、電波吸収体７４が敷設されている。

無線通信装置７２，７３は、計測ラック９５内部に設けられたデータ収集装置６５が接続されており、計測ラック９５内部に設けられた、データ収集装置６５とセンサ伝送器４５，４６，４７，４８とは接続ケーブル６３，６４で接続されている。センサ伝送器４５，４６，４７，４８は、現場に設置された図示しないセンサとケーブル５５〜５８で接続されている。無線通信装置７５，７６は、同様に、計測ラック９６内部に設けられたデータ収集装置６８が接続されており、計測ラック９６内部に設けられた、データ収集装置６８とセンサ伝送器８１，８２，８３，８４とは接続ケーブル６６，６７で接続されている。センサ伝送器８１，８２，８３，８４は、現場に設置された図示しないセンサとケーブル７７〜８０で接続されている。

ここで、図４ではセンサ伝送器を対象に示したが、これらの代わりに制御対象機器のアクチュエータでもよく、センサとアクチュエータが混在する場合であっても良い。

壁１５，１６で仕切られた現場の中央制御室側には、複数の多重伝送盤５０，６０が設置される。多重伝送盤５０には、無線通信装置５３，５４が取付けられ、無線通信装置５３，５４のアンテナ５３ａ，５４ａは多重伝送盤５０の外部に位置している。無線通信装置５３，５４の周囲には、電波吸収体５２が敷設されている。多重伝送盤６０には、同様に、無線通信装置６３，６４が取付けられ、無線通信装置６３，６４のアンテナ６３ａ，６４ａは多重伝送盤６０の外部に位置している。無線通信装置６３，６４の周囲には、電波吸収体６２が敷設されている。

無線通信装置５３，５４は、多重伝送盤５０内部に設けられた多重伝送装置５１が接続されており、多重伝送盤５０内部に設けられた多重伝送装置５１は、接続ケーブル５５により、壁１７で仕切られた中央制御室に設置される多重伝送装置９１を介して制御装置９２に接続されている。無線通信装置６３，６４は、多重伝送盤６０内部に設けられた多重伝送装置６１が接続されており、多重伝送盤６０内部に設けられた多重伝送装置６１は、接続ケーブル６５により、壁１７で仕切られた中央制御室に設置される多重伝送装置９３を介して制御装置９４に接続されている。

このように、複数の無線通信装置を有する計測ラックと、複数の無線通信装置を有する多重伝送盤で構成しているので、異なった計測ラックと多重伝送盤間を利用して送受信をともに行えるようになる。

このため、上述したように、プログラム作成時に決められた端子部に該当するセンサ伝送器あるいはアクチュエータ伝送器を接続し、後述する宛先情報を指定することにより、計測ラック９５に接続された系統分離がされていないセンサ信号やアクチュエータ信号を、多重伝送盤５０と多重伝送盤６０に分離して送受信することができ、計測ラック９６に接続された系統分離がされていないセンサ信号やアクチュエータ信号を、多重伝送盤５０と多重伝送盤６０に分離して送受信することができるので、ＥＲＣ系の制御装置９２と給水系の制御装置９４に系統分離して送受信することができる。

図７は、図１に示したプラント計装制御システムの変形例であり、無線中継器が設置されている。

図７に示すように、計測ラック９５には、複数の無線通信装置７２，７３が取付けられ、無線通信装置７２，７３のアンテナ７２ａ，７３ａは計測ラック９５の外部に位置している。無線通信装置７２，７３の周囲には、電波吸収体７１が敷設されている。計測ラック９６には、同様に、２つの無線通信装置７５，７６が取付けられ、無線通信装置７５，７６のアンテナ７５ａ，７６ａは計測ラック９６の外部に位置している。無線通信装置７５，７６の周囲には、電波吸収体７４が敷設されている。

無線通信装置７２，７３は、計測ラック９５内部に設けられたデータ収集装置６５が接続されており、計測ラック９５内部に設けられた、データ収集装置６５とセンサ伝送器４５，４６，４７，４８とは接続ケーブル６３，６４で接続されている。センサ伝送器４５，４６，４７，４８は、現場に設置された図示しないセンサとケーブル５５〜５８で接続されている。無線通信装置７５，７６は、同様に、計測ラック９６内部に設けられたデータ収集装置６８が接続されており、計測ラック９６内部に設けられた、データ収集装置６８とセンサ伝送器８１，８２，８３，８４とは接続ケーブル６６，６７で接続されている。センサ伝送器８１，８２，８３，８４は、現場に設置された図示しないセンサとケーブル７７〜８０で接続されている。

ここで、図７ではセンサ伝送器を対象に示したが、これらの代わりに制御対象機器のアクチュエータでもよく、センサとアクチュエータが混在する場合であっても良い。

設置される複数の多重伝送盤５０には、無線通信装置５３，５４が取付けられ、無線通信装置５３，５４のアンテナ５３ａ，５４ａは多重伝送盤５０の外部に位置している。無線通信装置５３，５４の周囲には、電波吸収体５２が敷設されている。多重伝送盤６０には、同様に、無線通信装置６３，６４が取付けられ、無線通信装置６３，６４のアンテナ６３ａ，６４ａは多重伝送盤６０の外部に位置している。無線通信装置６３，６４の周囲には、電波吸収体６２が敷設されている。

無線通信装置５３，５４は、多重伝送盤５０内部に設けられた多重伝送装置５１が接続されている。無線通信装置６３，６４は、多重伝送盤６０内部に設けられた多重伝送装置６１が接続されている。

本実施例では、この他に、現場の構造物に設置される複数の無線中継器用の多重伝送盤１０３，１０６が設置されている。多重伝送盤１０３には無線通信装置１０２が取付けられ、無線通信装置１０２のアンテナ１０２ａは多重伝送盤１０３の外部に位置している。
無線通信装置１０３の周囲には、電波吸収体１０１が敷設されている。多重伝送盤１０６には、同様に、無線通信装置１０５が取付けられ、無線通信装置１０５のアンテナ１０５ａは多重伝送盤１０６の外部に位置している。無線通信装置１０５の周囲には、電波吸収体１０４が敷設されている。

無線通信装置１０２は、多重伝送盤１０３内部に設けられた図示しないデータ収集装置が接続されている。無線通信装置１０３は、多重伝送盤１０６内部に設けられた図示しないデータ収集装置が接続されている。なお、中央制御室に設置される制御装置への伝送は、上述したようにして行われる。

このように構成しているので、計測ラック９４，９５で収集したデータ又は指令を無線中継局を介して送受信でき、無線中継器の親局で取得した通信チャンネルの状態把握結果を計測ラック、又は多重伝送盤へ転送し、全無線局の通信チャンネルの状態把握結果を基にシステム全体の通信チャンネル配置を決定することができる。又、計測ラック、又は多重伝送盤から各無線局へ通信チャンネル設定を配信し、通信チャンネル設定を配信された無線局は、配信された通信チャンネルに設定する。

又、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置と計測ラック間を無線通信中継器を介して無線通信装置によって信号を通信することにより、プラント内の金属構造物によって生じる通信電波遅延時間を抑制することができ、通信エラーを抑制することが可能になる。

図８は、本実施例の無線通信装置２，８の概略内部構成を示すブロック図である。

無線通信装置は、経路制御部２０，送信フレーム生成部２１，ＭＡＣヘッダ生成部２２，変調部２３，無線送信処理部２４，送信制御部２５，アンテナ２ａ又は８ａ，無線受信処理部２７，キャリアセンス部２６，復調部２８，受信フレーム受信処理部２９，受信データ抽出部３０，チャンネル制御部３１を備えている。

経路制御部２０は、外部装置（図示していない）からの送信データを受信すると予め設定されている宛先アドレスをＭＡＣヘッダ生成部２２に出力し、入力した送信データを送信フレーム生成部２１に出力する。

ＭＡＣヘッダ生成部２２は、宛先アドレスを基にＭＡＣヘッダを生成し、送信フレーム生成部２１に出力する。送信フレーム生成部２１は、経路制御部２０からの送信データとＭＡＣヘッダ生成部２２からのＭＡＣヘッダ情報を受信し、予め設定してあるＭＡＣヘッダエリアに、受信したＭＡＣヘッダ情報と宛先アドレスを割り付け、データ部に送信データを割り付けて送信フレーム（通信フレームに対応）を生成する。ＭＡＣヘッダには例えば宛先情報，フレーム種別（ビーコン，応答など）が設定される。宛先情報は、ＭＡＣアドレス（物理アドレス）である。

変調部２３は、送信フレーム生成部２１から出力される通信フレーム情報を受信し、これを変調処理し、無線送信処理部２４に出力する。送信制御部２５はキャリアセンス部２６から入力されたキャリアセンス結果に基づき送信処理を開始するか否かを判定し、キャリアセンス結果として「空き状態」であれば送信を開始するようにし、キャリアセンス結果として「ビジー状態」であれば、「空き状態」となるまで送信を待つか違う無線チャンネルに切替えるようにする。ここで、キャリアセンスとは、無線通信装置から電波を発射（通信を開始）する場合は、そのチャンネルが空いているか調べ、チャンネルが空いていれば初めて電波を発射することになる。無線送信処理部２４は変調された通信情報を入力し、ＤＡ変換，周波数変換，フィルタリング、および電力増幅を含む送信処理を実施し、アンテナ２ａから無線信号として送信する。

無線受信処理部２７には、アンテナ２ａを介して受信した無線信号が入力され、周波数変換，フィルタリング，検波，ＡＤ変換およびシンボルタイミング同期検出を含む受信処理を実施する。無線受信処理部２７には、送信時以外は常に無線信号が入力されており、無線信号の受信信号強度を表すＲＳＳＩ信号がキャリアセンス部２６に出力される。キャリアセンス部２６は、受信信号強度のＲＳＳＩ信号を基に周波数チャンネルの使用状態を判定し、判定結果を送信制御部２５に出力する。キャリアセンス部２６では、受信信号強度ＲＳＳＩ信号が予め定めた閾値以下であった場合、周波数チャンネルは「空き状態」と判定し、閾値を越える場合、周波数チャンネルは「ビジー状態」と判定する。

無線受信処理部２７においてシンボルタイミング同期を検出した場合、受信処理したベースバンド信号が復調部２８に出力される。復調部２８は、ベースバンド信号を復調処理し、受信フレームとして受信フレーム受信処理部２９に出力する。受信フレーム受信処理部２９では、受信したデータフレームの宛先アドレスが該当無線通信装置のアドレスと一致した場合、受信フレーム（通信フレームに対応）を受信データ抽出部３０に出力し、一致しない場合、受信フレームを破棄する。

受信データ抽出部３０は、受信フレームのヘッダ等を除去して受信データを抽出し、無線通信装置２に接続している他の装置（図示していない）に受信データを出力する。チャンネル制御部３１は、通信チャンネルの状態把握や通信チャンネルの選択に用いる。

次に、本実施例の通信チャンネルの状態把握について説明する。図９は、本実施例の通信チャンネルの状態把握フローを示す図である。

ステップ１００で、通信チャンネルの状態把握を開始し、ステップ１０１で、通信チャンネルを最小周波数の通信チャンネルに設定する。ステップ１０２で、通信チャンネル選択用タイマー値を０に設定し、タイマーをスタートさせる。

通信チャンネル選択用タイマー値がビーコン周期に設定された時間（デフォルト：１００ｍｓ）の２倍以上になるまでキャリアセンスし、ステップ１０３で、受信信号の有無を判定し、受信信号がある場合は、ステップ１０７で、ＲＳＳＩを取得する。ＲＳＳＩを取得したとき、ステップ１０８で、設定したチャンネルの最大のＲＳＳＩと取得したＲＳＳＩを比較し、取得したＲＳＳＩの方が大きい場合は、ステップ１０９で、設定したチャンネルの最大のＲＳＳＩを取得したＲＳＳＩに更新する。

ステップ１０４で、通信チャンネル選択用タイマー値がビーコン周期に設定された時間（デフォルト：１００ｍｓ）の２倍以上になったかどうかを判定し、通信チャンネル選択用タイマー値がビーコン周期に設定された時間（デフォルト：１００ｍｓ）の２倍以上になったときは、ステップ１０５で、全ての通信チャンネルをキャリアセンス完了か確認する。全ての通信チャンネルをキャリアセンス未完の場合は、ステップ１１で、現設定の次に大きい周波数の通信チャンネルに設定し、全ての通信チャンネルをキャリアセンス完了するまで（２）から（５）を繰り返す。全ての通信チャンネルをキャリアセンス完了すれば、ステップ１０６で、通信チャンネルの状態把握を完了する。

本実施例の通信チャンネルの選択について説明する。図１０は、本実施例の通信チャンネルの選択フローを示す図である。

ステップ１２０で、通信チャンネルの選択を開始し、ステップ１２１で、全通信チャンネルで受信信号なしかどうかを判定する。全通信チャンネルで受信信号なしの場合は、ステップ１２７で、通信チャンネルを最小周波数の通信チャンネルに設定する。

通信チャンネルで受信信号ありの場合は、ステップ１２２で、２.４ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号なしかどうかを判定する。２.４ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号なしの場合は、ステップ１２８で、通信チャンネルを２.４ＧＨｚ帯で最小周波数の通信チャンネルに設定する。

２.４ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号がありの場合は、ステップ１２３で、５ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号なしかどうかを判定する。５ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号なしの場合は、ステップ１２９で、通信チャンネルを５ＧＨｚ帯で最小周波数の通信チャンネルに設定する。

５ＧＨｚ帯の通信チャンネルで受信信号ありの場合は、ステップ１２４で、受信信号なしの通信チャンネルの有無を判定する。受信信号なしの通信チャンネルありの場合は、ステップ１３０で、最大のＲＳＳＩを受信した通信チャンネルから最も離れた受信信号なしの通信チャンネルに決定する。又、最大のＲＳＳＩを受信した通信チャンネルから最も離れた受信信号なしの通信チャンネルが複数ある場合は、その中で最小周波数の通信チャンネルに設定する。

全通信チャンネルで受信信号ありの場合は、ステップ１２５で、最もＲＳＳＩが低い通信チャンネルに決定する。最もＲＳＳＩが低い通信チャンネルが複数ある場合は、その中で最小周波数の通信チャンネルに設定する。

図１１は、本実施例の無線通信装置で表示される電波強度表示と干渉強度表示の表示例を示す図である。図１１においてレベルインディケータ１８０は、電波強度表示部１８１と、干渉強度表示部１８２と、図示しない動作モード表示部を備える。これらの表示部は、例えば発光ダイオードで構成される。

図１１において、電波強度表示部１８１は、対向無線機からの電波強度を発光ダイオードの点灯数などで表示するもので、電波強度が大きいほど点灯数が多くなるように構成されている。また、発光ダイオードを順次色分けしてもよい。

なお、ここでの対向無線機とは、例えば、中継局内の無線機（子局）においては、基地局内の無線機（親局）を指す。

干渉強度表示部１８２は、同一中継局内の他無線機からの電波強度を発光ダイオードの点灯数などで表示するもので、電波強度が大きいほど点灯数が多くなる。また、発光ダイオードを順次色分けしてもよい。

なお、ここでの同一中継局内の他無線機とは、例えば、中継局内の無線機においては、中継局内の無線機を指す。

動作モード表示部は、無線機の動作モードを表示させるものである。例えば、通常動作モードであれば、緑の発光ダイオードを点灯し、干渉波レベル測定モードでは橙の発光ダイオードを点灯する。

なお、レベルインディケータ１８０での表示内容はアクセス制御部４０の制御部により制御される。アクセス制御部４０は、その制御部において、記憶部４１に記憶されている動作モード情報を判定し、通常動作モードであれば、記憶部４１に記憶されている電波強度情報を基に電波強度表示部１８１を制御し、点灯し表示させる。また、アクセス制御部４０は、記憶部４１に記憶されている動作モード情報を判定し、干渉測定モードであれば、記憶部４１に記憶されている電波強度情報を基に電波強度表示部１８１を点灯し表示させ、記憶部４１に記憶されている干渉強度情報を基に干渉強度表示部１８２を点灯し表示させる。

この結果、受信感度の高い適切な場所に無線通信装置及び無線通信中継器を設置できるようになる。

次に、複数のＭＡＣヘッダを有する通信フレームの構成について図１２を用いて説明する。図１２に示す通信フレームは物理ヘッダ，ＭＡＣヘッダデータ１，データ部，ＦＣＳからなっており、データ部の中にＣＲＣ１，ＭＡＣヘッダ２，ＭＡＣヘッダＮ，データが構成されている。データ部の中にＣＲＣ１，ＭＡＣヘッダ２，ＭＡＣヘッダＮを構成しているのは、一般の無線ＬＡＮ方式と共存できるようにするためである。つまり、一般の無線ＬＡＮ装置のＭＡＣヘッダとＭＡＣヘッダデータ１は同一構成とし、一般の無線ＬＡＮ装置が本無線通信装置の通信フレームを受信した時に、ＭＡＣヘッダデータ１が一般の無線ＬＡＮ装置と同一のデータ構成になっているために、自局宛アドレスか否かを容易に判定可能にしている。ＭＡＣヘッダデータ１のデータ構成が異なっていると、一般の無線ＬＡＮ装置が特定ビットデータにより特殊な動作を起こす可能性が考えられるため、このようなことが発生しないようにしている。

図１２においてＭＡＣヘッダ１はＭＡＣヘッダデータ１とＣＲＣ１からなり、ＭＡＣヘッダ２はＭＡＣヘッダデータ２とＣＲＣ２からなり、ＭＡＣヘッダＮはＭＡＣヘッダデータＮとＣＲＣＮからなる。各々のＣＲＣは受信時にＭＡＣヘッダデータの誤りを検出するために設けている。また、ＦＣＳはＭＡＣヘッダデータ１からデータまでの全データに対して誤りをチェックするように設定しても良いし、各ＭＡＣヘッダにはＣＲＣが付加されているので、データに対して誤りをチェックするように設定しても良い。このように、本無線通信装置の通信フレーム構成においては、複数のＭＡＣヘッダを備えており、通信エラーが発生してもいずれかのＭＡＣヘッダが正常となる様にしている。さらに各ＭＡＣヘッダに対してそれぞれ誤り検出機能を付加しており、ＭＡＣヘッダに発生する誤りを容易に検出できるようにしている。

図１３は一般の無線ＬＡＮの通信フレーム構成を示しており、ＭＡＣヘッダにはＣＲＣが付加されていないことが分かる。またＦＣＳはＭＡＣヘッダとデータに対して誤りをチェックするように設定されている。一般の無線ＬＡＮの通信フレーム構成と比較すると、本無線通信装置の通信フレーム構成は高信頼であり、通信エラーに対する耐性が高いといえる。

本実施例によれば、無線通信装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設した計測ラックを備え、計測ラックには無線通信装置が取付けられ、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置と計測ラック間を無線通信によって信号を通信することが可能となるため、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減する効果を奏する。

又、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置と計測ラック間を無線通信中継器を介して無線通信装置によって信号を通信することにより、プラント内の金属構造物によって生じる通信電波遅延時間を抑制することができ、通信エラーを抑制することが可能になる。

又、多重伝送装置は、複数の計測ラックに設置される無線通信装置と通信することが可能であり、同一フロア内で異なった場所に設置される計測ラックの伝送器からの信号を１台の多重伝送装置に収集できるようになり、プラント現場でのケーブル敷設作業量を大幅に削減する効果を奏する。

又、計測ラックは、無線通信装置の周辺に電波吸収体が取付けられていることにより、計測ラックで反射して無線通信装置に到達する電波を抑制でき、通信エラーを抑制することが可能になる。

又、無線通信中継器は構造物に取付けられ、構造物は無線通信中継器の周辺に電波吸収体が取付けられていることにより、構造物で反射して無線通信装置に到達する電波を抑制でき通信エラーを抑制することが可能になる。

１ 計測ラック
２，８ 無線通信装置
３ データ収集装置
７，９ 電波吸収体
１０ 多重伝送盤
１１，１３ 多重伝送装置
１２ 接続ケーブル
１４ 制御装置
４１，４２，４３，４４ センサ伝送器
２０ 経路制御部
２１ 送信フレーム生成部
２２ ＭＡＣヘッダ生成部
２３ 変調部
２４ 無線送信処理部
２５ 送信制御部

Claims (10)

1. センサ又はアクチュエータからの接続ケーブルの端部であるセンサ伝送器と、データ収集装置と、前記センサ伝送器とデータ収集装置を接続する接続ケーブルとを内蔵した計測ラックであって、該計測ラックの外部に取付けられ、前記データ収集装置と接続された無線通信装置と、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置の外部に取付けられた無線通信装置間を無線通信するプラント計装制御システム。
2. 無線通信装置に接続されるデータ収集装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設した計測ラックを備え、該計測ラックの外部に取付けられた無線通信装置と、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置に取付けられた無線通信装置によって信号を無線で通信するプラント計装制御システム。
3. 無線通信装置に接続されるデータ収集装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設した計測ラックを備え、該計測ラックの外部に取付けられた無線通信装置と、制御装置との信号通信を行う多重伝送装置に取付けられた無線通信装置によって信号を無線で通信するものであって、前記データ収集装置が、センサ用の端子部が複数と、アクチュエータ用の端子部が複数設けられる端子台を具備し、前記端子部が前記制御装置のプログラムに対応してセンサもしくはアクチュエータの伝送器を接続したプラント計装制御システム。
4. 無線通信装置に接続されるデータ収集装置とセンサ間を接続する接続ケーブルを予め敷設した計測ラックを備え、該計測ラックの外部に取付けられた複数の無線通信装置と、系統分離された複数の制御装置との信号通信を行う多重伝送装置に取付けられた複数の無線通信装置によって信号を系統分離して無線で通信するプラント計装制御システム。
5. 前記計測ラックに取付けられた無線通信装置と、前記多重伝送装置に取付けられた無線通信装置との無線通信を無線通信中継器を介して行う請求項１から４のいずれかに記載のプラント計装制御システム。
6. 前記計測ラックに取付けられた無線通信装置の周辺に電波吸収体を設けた請求項１から４のいずれかに記載のプラント計装制御システム。
7. 前記多重伝送装置は対向無線機からの電波強度を表示する請求項１から６のいずれかに記載のプラント計装制御システム。
8. 前記無線通信中継器は対向無線機からの電波強度を表示する請求項１から７のいずれかに記載のプラント計装制御システム。
9. 前記無線通信中継器は構造物に取付けられ、該構造物には前記無線通信中継器の周辺に電波吸収体が取付けられている請求項８に記載のプラント計装制御システム。
10. センサからの信号を入力して無線通信装置により通信する計測ラックであり、該無線通信装置に接続されたデータ収集装置とセンサ間で該センサの出力信号を送受するための接続ケーブルを予め敷設した計測ラック。