JP2013120582A - 無線フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】電池交換の作業を容易とする。使用環境の影響による電池寿命の短縮を防ぐ。
【解決手段】機器本体１０と電池ボックス２０とを物理的に分離し、機器本体１０を高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどの使用環境２０に設置し、電池ボックス２０を使用環境２００から離れた電池交換の作業に適した環境（通常の環境）３００に設置する。機器本体１０と電池ボックス２０とは接続線３０で接続する。これにより、電池ボックス２０に収納されている電池２１の交換を、使用環境２００ではなく、通常の環境３００で行うことができるようになる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電池を駆動電源とする無線フィールド機器に関するものである。

従来より、プラントなどには、各種のフィールド機器が設置されている。これらのフィールド機器は、様々な場所に設置され、その場所（使用環境）の温度、流量、圧力、位置などの物理量を検出する。このフィールド機器が検出する物理量は計測データとして収集され、プラント内の設備の制御、管理などに用いられる。

近年、このようなフィールド機器では、配線コストを削減するために、無線によって計測データをコントローラなどの親機に送信するようにしている。このような無線による通信機能を有するフィールド機器を無線フィールド機器と呼ぶ。この無線フィールド機器は、親機との間の配線が不要であるため、高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどの制限された使用環境に設置されることも多い。また、無線フィールド機器には、駆動電源として電池が内蔵される（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−１１５３０号公報

しかしながら、無線フィールド機器は、上述したように制限された使用環境に設置されることが多く、電池交換の作業に慎重さが求められると共に、より多くのコストと手間が生じるという問題があった。また、その使用環境が電池寿命へ悪影響を与えることがあり、予想を下回る動作寿命となってしまうことがあった。

例えば、無線フィールド機器が設置される代表的な使用環境の一例として、高所エリアが考えられる（図８参照）。このような高所エリアにおいて、無線フィールドに対しての定期的な電池交換は、慎重さを要する作業（要注意作業）となる。

また、無線フィールド機器が設置される代表的な使用環境の別の例として、高温エリアが考えられる（図９参照）。このような高温エリアでは、電池寿命への悪影響が大きく、予想を下回る動作寿命となってしまうことがある。すなわち、一般に電池は化学反応により電力を発生させるため、その寿命が使用環境の影響を受け易い。また、このような高温エリアにおいて、無線フィールドに対しての定期的な電池交換は、高所エリアと同様、慎重さを要する作業（要注意作業）となる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、電池交換の作業を容易とするとともに、使用環境の影響による電池寿命の短縮を防ぐことが可能な無線フィールド機器を提供することにある。

このような目的を達成するために本発明は、所定の物理量を検出する物理量検出部と、この物理量検出部が検出した物理量を計測データとして無線によって送信する無線通信部とを備え、電池を駆動電源とする無線フィールド機器において、物理量検出部および無線通信部が設けられた機器本体と、電池を収納した電池ボックスと、機器本体と電池ボックスとを接続する接続線とを備え、電池ボックスは、機器本体が置かれた使用環境から離れた電池交換の作業に適した環境に設置されていることを特徴とする。

この発明において、物理量検出部および無線通信部が設けられた機器本体と電池を収納した電池ボックスとは接続線で接続され、電池ボックスは機器本体が置かれた使用環境から離れた電池交換の作業に適した環境に設置される。これにより、電池交換を機器本体が置かれた使用環境で行わなくてもよくなり、電池交換の作業が容易となる。また、電池交換の作業に適した環境に電池ボックスが配置されることから、すなわち人間が作業を行っても支障のない環境に電池ボックスが設置されることから、そのような環境であれば電池寿命への悪影響は小さく、使用環境の影響による電池寿命の短縮を防ぐことが可能となる。

本発明において、機器本体を複数設けるものとし、これら複数の機器本体に対して電池ボックスを共有の電池ボックスとして設けるようにしてもよい。このようにすると、複数の機器本体に対して個別に電池を交換する必要がなくなり、複数の機器本体に対して１回の電池交換で済み、電池の交換回数を削減することが可能となる。また、複数の機器本体に対して電池を交換する時期を実質的に統一させて、電池交換を一度に行うことが可能となる。

また、本発明において、機器本体を複数設けるものとし、これら複数の機器本体に対してそれぞれ電池ボックスを設けるようにし、それぞれの電池ボックスにその電池ボックスに収納された電池の異常を知らせる表示部を設けるようにしてもよい。このようにすると、例えば電池の電圧が低下したような場合、その電池が収納された電池ボックスがどれであるのかを、すなわち交換すべき電池がどれであるのかを交換作業者が容易に知ることが可能となる。

また、本発明において、無線通信部は、物理量検出部が検出した物理量を計測データとして無線によって送信するが、送信した計測データの受信確認応答やアドレスなどの設定情報等を受信する機能を備えていてもよい。すなわち、本発明において、無線通信部は、計測データを送信するだけの一方向通信に限られるものではなく、双方向通信もその通信機能として含むものである。

本発明によれば、機器本体と電池ボックスとを接続線で接続するようにし、機器本体が置かれた使用環境から離れた電池交換の作業に適した環境に電池ボックスを設置するようにしたので、電池交換を機器本体が置かれた使用環境で行わなくてもよくなり、電池交換の作業が容易となるとともに、使用環境の影響による電池寿命の短縮を防ぐことが可能となる。

本発明に係る無線フィールド機器の一実施の形態（実施の形態１）の概略を示す図である。 実施の形態１の無線フィールド機器の設置例１を示す図である。 実施の形態１の無線フィールド機器の設置例２を示す図である。 本発明に係る無線フィールド機器の他の実施の形態（実施の形態２）の概略を示す図である。 機器本体に対して電池ボックスを個別に設けた無線フィールド機器をプラント内に複数設けた例を示す図である。 本発明に係る無線フィールド機器の別の実施の形態（実施の形態３）の概略を示す図である。 電池の電圧低下を知らせる表示部を機器本体側に設けた例を示す図である。 電池を内蔵した従来の無線フィールド機器が設置される代表的な使用環境の一例（高所エリア）を示す図である。 電池を内蔵した従来の無線フィールド機器が設置される代表的な使用環境の別の例（高温エリア）を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係る無線フィールド機器の一実施の形態（実施の形態１）の概略を示す図である。

この実施の形態１の無線フィールド機器１００は、機器本体１０と、電池ボックス２０とを備え、機器本体１０は高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどの使用環境２００に置かれ、電池ボックス２０は機器本体１０が置かれた使用環境２００から離れた電池交換の作業に適した環境（以下、通常の環境という。）３００に設置されている。すなわち、機器本体１０と電池ボックス２０とを物理的に分離し、機器本体１０を使用環境２００に設置し、電池ボックス２０を通常の環境３００に設置している。

機器本体１０は、使用環境２００の温度、流量、圧力、位置などの物理量を検出する物理量検出部１１と、この物理量検出部１１が検出した物理量を計測データとして処理する通信処理部１２と、この通信処理部１２からの計測データをアンテナＡＮＴを介してコントローラなどの親機（図示せず）に送信する一方、親機からの計測データの受信確認応答やアドレスなどの設定情報等を受信する無線部１３と、物理量検出部１１，通信処理部１２および無線部１３に電力を供給する電力供給部１４とを備えている。なお、物理量検出部１１はセンサにより直接検出する場合以外に，他の検出器により検出された物理量を信号を介して検出する場合も含まれる。

なお、この実施の形態では、通信処理部１２と無線部１３とによって無線通信部１５を構成しているが、通信処理部１２と無線部１３とを一体化して無線通信部１５とするようにしてもよい。

電池ボックス２０には電池２１が交換可能に収納されている。そして、この電池ボックス２０と機器本体１０とが接続線３０で接続されている。すなわち、電池ボックス２０内の電池２１と機器本体１０内の電力供給部１４とが接続線３０で接続され、電池２１からの電力供給部１４への電源の供給が接続線３０を介して行われるようになっている。

機器本体１０において、電力供給部１４は電池２１からの電源の供給を受けて、物理量検出部１１，通信処理部１２および無線部１３に電力を供給する。この場合、機器本体１０では、無線通信時や物理量取得時などに電力が消費される。

この無線フィールド機器１００は、プラント内に配置されるが、このプラントの定期修繕（メンテナンス）の周期は数年間に１回とされている。このため、プラントの定期修繕のたびに、次の定期修繕の間、電池２１による機器本体１０への電源の供給を行うことが条件となり、この間動作保証できるように電池寿命を計算して、動作保証を行っている。

〔設置例１：高所エリアでの機器利用〕
図２に無線フィールド機器１００の設置例１を示す。この設置例１では、タワーＴＷの高所エリアＡＲ１を使用環境２００として機器本体１０を設置し、タワーＴＷの高所エリアＡＲ１から離れた低所エリアＡＲ２を通常の環境３００として電池ボックス２０を設置している。そして、機器本体１０と電池ボックス２０とを接続線３０で接続している。

この設置例１では、機器本体１０を高所エリアＡＲ１（使用環境２００）に設置し、電池ボックス２０を低所エリアＡＲ２（通常の環境３００）に設置しているので、電池ボックス２０に収納されている電池２１の交換を機器本体１０が置かれた高所エリアＡＲ１で行わなくてもよくなり、電池交換の作業が容易となる。すなわち、通常の環境である低所エリアＡＲ２で電池交換の作業を行うことができるので、電池交換の作業が一般的な作業内容となる。これにより、電池交換の作業が容易となり、余計な手間が生じず、コストが大幅に削減されるものとなる。

〔設置例２：高温エリアでの機器利用〕
図３に無線フィールド機器１００の設置例２を示す。この設置例２では、窯炉ＫＬの高温エリアＡＲ３を使用環境２００として機器本体１０を設置し、窯炉ＫＬの高温エリアＡＲ３から離れた常温エリアＡＲ４を通常の環境３００として電池ボックス２０を設置している。そして、機器本体１０と電池ボックス２０とを接続線３０で接続している。

この設置例２では、機器本体１０を高温エリアＡＲ３（使用環境２００）に設置し、電池ボックス２０を常温エリアＡＲ４（通常の環境３００）に設置しているので、電池ボックス２０に収納されている電池２１の交換を機器本体１０が置かれた高温エリアＡＲ３で行わなくてもよくなり、電池交換の作業が容易となる。すなわち、通常の環境である常温エリアＡＲ４で電池交換の作業を行うことができるので、その電池交換の作業が一般的な作業内容となる。これにより、電池交換の作業が容易となり、余計な手間が生じず、コストが大幅に削減されるものとなる。また、常温エリアＡＲ４は人間が作業を行っても支障のない環境であるから、そのような環境であれば電池寿命への悪影響が小さく、使用環境の影響による電池寿命の短縮を防ぐことができる。

〔実施の形態２〕
図４にこの発明に係る無線フィールド機器の他の実施の形態（実施の形態２）の概略を示す。この実施の形態２の無線フィールド機器１０１は、複数の機器本体１０と、この複数の機器本体１０に対して設けられた共有の電池ボックス４０とを備え、それぞれの機器本体１０と共有の電池ボックス４０とが接続線３０で接続されている。共有の電池ボックス４０には複数の機器本体１０に対して電源を供給するために充分な電池２１が収納されている。

この実施の形態２においても、機器本体１０のそれぞれは高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどの使用環境２００に置かれ、共有の電池ボックス４０は機器本体１０が置かれた使用環境２００から離れた電池交換の作業に適した環境（通常の環境）３００に設置されている。なお、機器本体１０は実施の形態１（図１）におけるそれと同じであるので、ここでの説明は省略する。

プラントにおけるメンテナンスは、生産計画との調整や人員手配などを理由に１回当たりのコストが大きい。したがって、操業停止のリスクを避ける一方で、不要なメンテナンスは極力実施しないことが望まれる。そのため、電池で駆動される機器は、計画的なメンテナンスに合わせて、寿命に達していない電池も交換することになる。そうでない場合は、個々の最適な交換時期を判断し、個別に電池を交換することになる。

ここで、図５に示すように、実施の形態１の無線フィールド機器１００をプラント内に複数設けた例について考えてみる。この例の場合、機器本体１０と電池ボックス２０とが１対１の関係となり、電池２１の交換は複数の機器本体１０に対して個別に行わなければならず、電池の交換回数が増大する。

これに対して、実施の形態２のように複数の機器本体１０に対して共有の電池ボックス４０を設けるようにすると、複数の機器本体１０に対して電池２１の交換は１回で済み、電池の交換回数を削減することができる。また、共有の電池ボックス４０に収容されている電池２１の最適な交換時期を判断して電池交換を行うようにすれば、複数の機器本体１０に対して電池を交換する時期を実質的に統一させて、電池交換を一度に行うことが可能となる。

〔実施の形態３〕
図６にこの発明に係る無線フィールド機器の別の実施の形態（実施の形態３）の概略を示す。この実施の形態３の無線フィールド機器１０２は、複数の機器本体１０と、この複数の機器本体１０に対してそれぞれ設けられた電池ボックス２０とを備え、それぞれの機器本体１０と電池ボックス２０とが接続線３０で接続されている。それぞれの電池ボックス２０には電池２１が収納されている。また、それぞれの電池ボックス２０には、収納された電池２１の異常を知らせる表示部２２が設けられている。この実施の形態において、表示部２２は電池２１の異常として、電池２１の所定値以下の電圧低下を知らせるものとされている。

この実施の形態３においても、機器本体１０のそれぞれは高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどの使用環境２００に置かれ、電池ボックス２０は機器本体１０が置かれた使用環境２００から離れた電池交換の作業に適した環境（通常の環境）３００に設置されている。また、機器本体１０は実施の形態１（図１）におけるそれと同じであるので、ここでの説明も省略する。

機器本体１０と電池ボックス２０とを物理的に分離し、例えば図７に示すように、電池２１の電圧低下を知らせる表示部２２を機器本体１０側に設けると、電池交換の必要な電池２１からの電源の供給を受けている機器本体１０はミスなく特定できても、交換すべき電池２１をメンテナンス作業者が見誤る虞が生じる。

これに対して、本実施の形態の無線フィールド機器１０２によれば、電池ボックス２０側に電池２１の電圧低下を知らせる表示部２２が設けられているので、その電池２１が収納された電池ボックス２０がどれであるのかを、すなわち交換すべき電池２１がどれであるのかを確実にすることができ、交換すべき電池２１をメンテナンス作業者が見誤る虞がなくなる。

なお、上述した実施の形態１〜３では、電池２１として１次電池を用いることを想定しているが、必ずしも１次電池でなくてもよく、２次電池（充電式の電池）を用いるものとしてもよい。また、実施の形態３において、電池２１の異常は、所定値以下の電圧低下に限られるものでもない。

また、実施の形態１では、無線フィールド機器１００の設置例として高所エリアに機器本体１０を設置した例（設置例１）と、高温エリアに機器本体１０を設置した例（設置例２）を示したが、防爆エリアや高圧エリアなどに機器本体１０を設置するような例も考えられる。このような例でも、同様にして、電池ボックス２０を通常の環境３００に配置するようにすることは言うまでもない。また、使用環境２００は高所エリア、防爆エリア、高温エリア、高圧エリアなどに限られるものでもない。

〔実施の形態の拡張〕
以上、実施の形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明の技術思想の範囲内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

１０…機器本体、１１…物理量検出部、１２…通信処理部、１３…無線部、１４…電力供給部、１５…無線通信部、２０…電池ボックス、ＡＮＴ…アンテナ、２１…電池、２２…表示部、３０…接続線、４０…共有の電池ボックス、１００，１０１，１０２…無線フィールド機器、２００…使用環境、３００…通常の環境、ＡＲ１…高所エリア、ＡＲ２…低所エリア、ＡＲ３…高温エリア、ＡＲ４…常温エリア。

Claims (3)

1. 所定の物理量を検出する物理量検出部と、この物理量検出部が検出した物理量を計測データとして無線によって送信する無線通信部とを備え、電池を駆動電源とする無線フィールド機器において、
   前記物理量検出部および前記無線通信部が設けられた機器本体と、
   前記電池を収納した電池ボックスと、
   前記機器本体と前記電池ボックスとを接続する接続線とを備え、
   前記電池ボックスは、前記機器本体が置かれた使用環境から離れた電池交換の作業に適した環境に設置されている
   ことを特徴とする無線フィールド機器。
2. 請求項１に記載された無線フィールド機器において、
   前記機器本体は、複数設けられ、
   前記電池ボックスは、前記複数の機器本体に対して共有の電池ボックスとして設けられている
   ことを特徴とする無線フィールド機器。
3. 請求項１に記載された無線フィールド機器において、
   前記機器本体は、複数設けられ、
   前記電池ボックスは、前記機器本体に対してそれぞれ設けられ、それぞれの電池ボックスにその電池ボックスに収納された電池の異常を知らせる表示部が設けられている
   ことを特徴とする無線フィールド機器。