JP2015005139A

JP2015005139A - 産業プラントの信号送受信システム

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Publication number: JP2015005139A
Application number: JP2013130027A
Authority: JP
Inventors: 当房　昌幸; Masayuki Tobo; 昌幸当房; 利男櫻井; Toshio Sakurai; 忠男山下; Tadao Yamashita; 博道山田; Hiromichi Yamada
Original assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Current assignee: Toshiba Corp; Toshiba System Technology Corp
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-01-08
Also published as: CN104238490A; US20140379144A1

Abstract

【課題】産業プラント内における無線信号の送受信を好適に行うことができる信号送受信システムを提供することを目的とする。【解決手段】本発明は、産業プラントに設けられる配管の中を流れる流体の量を制御するための複数の手動弁と、前記プラントの状態を計測し、計測結果を表す信号を出力する計器センサと、前記計測された信号を無線送信する送信器と、前記送信された信号を無線受信する受信器と、前記受信された信号を収集する監視制御装置とを備え、前記受信器は前記手動弁に設けられる。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、産業プラントの信号送受信システムに関する。

産業プラントにおいては、多数の計器・センサが監視や制御に供するために設置される
。例えば、大規模な産業プラントは、計器・センサを数百台以上有する。これら計器・セ
ンサが生成した信号は、敷設されたケーブルを介して監視制御装置に入力される。監視制
御装置は、これら信号を産業プラントの監視や制御に使用する。

今日においては、経済性の観点から、ケーブルを削減・合理化した「無線化」により信
号を送受信する技術が提案されている。

送信装置は、計器・センサが生成した信号を受けて、その信号を無線信号に変換して送
信する。送信装置は、計器・センサ数に応じて数百台の員数が必要となることから、低廉
な単価コストと小容量電池での駆動が求められる。従って、送信装置から発信される無線
信号のパワーは、比較的弱い。

また、信号を受信する受信装置（アンテナ）は、送信装置に対して比較的近傍に設置さ
れる必要がある。この距離的制限は、電波について規定した法律との整合、またはプラン
ト外部への無線漏洩を防止するセキュリティ上のメリットの享受に貢献する。

従来、例えば特許文献１には、近距離無線ネットワークを活用した信号送受信技術が提
案されている。

特開２０１０−１２４０２７号公報

計器・センサは、産業プラントの設備・機器が最も輻輳する現場環境である、現場エリ
アに取り付けられる。現場エリアは、産業プラント内においてポンプ、ファン、タービン
、弁などの設備・機器や配管などが配置されるエリアである。極端に言えば、計器・セン
サ（および送信装置）は、プラントに配置される多数の設備・機器などの障害物に囲まれ
て設置される。

よって、近距離無線ネットワークの適用においては、これら障害物は送信装置と受信装
置との間に介在して信号到達を阻害し、信号送受信に障害が生じてしまう。また、近距離
無線ネットワークは、無線信号のパワーが微弱であり、障害物に反射された反射波の無線
受信が期待できない。これは、前述した課題をより深刻にする。

特許文献１の技術は、周囲の他の設備が電波の障害物となる場合には、無線センサノー
ド（送信装置）を無線中継器（受信装置）が見通せる場所に設定しなおす。しかし、特許
文献１の技術は、比較的少数の計器・センサへの対策としては有効であっても、数百台の
計器・センサを有する場合においては必ずしも現実的とは言えない。例えば、多数の送信
装置および受信装置を、互いに見通せる場所に設定しなおすのは容易ではない。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、産業プラント内における無線信号
の送受信を好適に行うことができる産業プラントにおける信号送受信システム、その設置
方法、およびプラントを提供することを目的とする。

本発明は、産業プラントに設けられる配管の中を流れる流体の量を制御するための複数
の手動弁と、前記プラントの状態を計測し、計測結果を表す信号を出力する計器センサと
、前記計測された信号を無線送信する送信器と、前記送信された信号を無線受信する受信
器と、前記受信された信号を収集する監視制御装置とを備え、前記受信器が前記手動弁に
設けられることにより、上記目的を達成する。

本発明では、産業プラントに設置される自動弁に比較して、手動弁の設置台数は圧倒的
に多数であるため、これら多数の手動弁は産業プラント全体に広く分散設置されるので、
計器センサで計測された信号を無線受信する受信器を手動弁に設けることにより、産業プ
ラント内の広いエリアを過不足なくカバーできるため、計器センサの情報を確実に受信し
監視制御装置で監視することが可能となる。

図１は、第１実施形態を示す平面図。図２は、第１実施形態の部分詳細を示す図。図３は、計装ラックを示す図。図４は、第１の実施形態を説明するための比較例を示す図。図５は、第１実施形態の部分詳細を示す図。図６は、第２実施形態の部分詳細を示す図。図７は、第３実施形態の部分詳細を示す図。

本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態を
示す概念図である。

本発明による近距離無線ネットワークを使用した産業プラントの信号送受信システムの第
１の実施形態図１から図５を用いて説明する。

図１はプラント全体を上部からみおろすようにして見た平面図であり、配管１０１ａ、１
０１ｂ、１０１ｃが敷設され、プラントにおいて主機（タービン）以外の機器を構成する
補機１４０ａ〜１４０f同士を接続している。配管にはその中を流れる流体を制御するた
めの手動弁１０４ａ〜１０４ｆが設けられる。手動弁のそれぞれには、後述する受信器１
０３ａ〜１０３ｆが設けられる。

受信器１０３ａ〜１０３ｆは図２に示すように、送信器１０２からの無線信号を受信する
。送信器１０２は図３に示すように、計器センサ２０１と有線で接続されており、計器セ
ンサ２０１で検出する計器の情報を収集してこれを無線信号として無線送信する。送信器
１０２、計器センサ２０１は、計装ラック２０２に実装される。なお、送信器１０２が計
器センサ２０１に実装される場合もある。

受信器１０３ａ乃至１０３ｆは送信器１０２からの無線信号を受信した後、図１に示す如
く、これを伝送信号に変換して伝送ケーブル１１７ａ乃至１１７ｃを通じて、リモートＰ
Ｉ／Ｏ装置１２０に配信する。リモートＰＩ／Ｏ装置１２０は収集した伝送信号を、光ケ
ーブル１２１を経由して監視制御装置１３０に配信する。監視制御装置１３０は中央制御
装室１５０に設置される。

図１には送信器１０２以外にも▲で図示される多数の送信器が設置され、また同様に受信
器１０３ａ乃至１０３ｆ以外にも◎で図示される多数の受信器が手動弁１０４に設置され
、ある送信器▲が発信する無線信号はいずれかの受信器◎で受信される。そして図示され
たリモートＰＩ／Ｏ装置１２０以外にも複数台のリモートＰＩ／Ｏ装置（図示されない）
が設置されており、受信器◎からの伝送ケーブルは最寄のリモートＰＩ／Ｏ装置に接続さ
れ、同装置を経由して光通信ケーブルにより監視制御装置１３０に接続されている。これ
により受信器で収集した計器センサーからの情報は、監視制御装置に集められる。

本実施形態における手動弁に受信器を取り付ける構造を示すために、従来の手動弁の構造
を、図４によりはじめに説明する。

手動弁１０４は，弁棒１０５を備え、弁の開閉操作をするためのハンドル１０６が取付け
られている。ハンドル１０６は手動弁１０４の上部にある場合（図４ａ）と、側部にある
場合（図４ｂ）とがある。手動弁１０４の鉛直方向下部には、図示しない弁体が設けられ
る。弁体は弁棒１０５の先端部に取付けられ、ハンドルの回転に伴い上下動する弁棒に動
きにより、配管内の流体の流れを制御する。

このハンドル１０６に受信器を取付けるには、図５ａに示すように、ハンドルアダプタ１
０７ａは、ハンドル１０６を挟んで、弁体が設けられる側とは反対側に受信器１０３が取
付けられる。

受信器１０３は、ハンドルアダプタ１０７ａ、継ぎ手１０９、シャフト１０８により手動
弁に取付けられる。ハンドルアダプタ１０７aは，図５ｃのごとく、先端部が鍵爪状に成
っていてハンドル１０６を攫み込む形状となっており，ハンドル１０６への着脱が簡便に
行える。

また，ハンドル１０６を操作してもシャフト１０８および受信器１０３が回転してしまわ
ないように、継ぎ手１０９が設けられる。継ぎ手１０９の一端はシャフト１０８に固定さ
れる一方、他端はハンドルアダプタ１０７ａの回転に拘束されない形で、例えばハンドル
アダプタ１０９に設けられる穴に対して、継ぎ手１０９の他端が空回りする構造により、
ハンドルの回転を受けてもシャフト１０８が回転しないようになっている。そして、受信
器１０３は、プラントの設置されるスペースの上方から垂れる伝送ケーブル１１７により
接続されるものなので、受信器はより安定して設置される。

手動弁１０４のハンドル１０６が手動弁の上部にある構造だけでなく、図４ｂに示すよう
に手動弁の側面にある構造でも、図５ｂに示すように、ハンドルアダプタ１０７a，シャ
フト１０８，継ぎ手１０９を用いる。

手動弁１０４を配管１０１に設置した際のハンドル１０６の向き，例えば，ハンドル１０
６が，手動弁の上部に取付けられた構造の手動弁を寝かせたことによりハンドル１０６が
側面になるように配置した場合は，図５ｂを選択するなど状況に応じ何れをも選択出来る
。

本発明の第１の実施形態では，手動弁の開閉操作を行なうハンドル１０６に受信器を設置
するようにしたものである。さらに，手動弁の開閉操作を行なうハンドル１０６への受信
器の着脱操作を簡便にするようにしたものである。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態を示すもので、手動弁１０４には，開閉操作用のハンドル１０６
が取付けられているが、操作及び，誤操作を回避するため手動弁１０４の弁棒１０５から
ハンドル１０６を外す場合がある。

この場合は、ハンドル１０６が外された手動弁１０４の弁棒１０５のうち、弁体が設けら
れる側とは反対側に，弁棒アダプタ１０７ｂを取付け，シャフト１０８を介して受信器１
０３を取付ける。

弁棒アダプタ１０７ｂは，同様に弁棒１０５に固定される。しかし，ハンドル１０６と共
に回転しない機構の継ぎ手１０９を有している。

本実施形態では，手動弁の開閉操作を行なうハンドルを取外すタイプの手動弁に受信器を
設置するようにしたものである。

（第３の実施形態）
図７は，第３の実施形態を示すもので、手動弁１０４に，開閉操作用のハンドル１０６が
ある場合には，ハンドルアダプタ１０７ａを取付け，ハンドルを外した場合には，弁棒ア
ダプタ１０７ｂを取付ける。いずれかのアダプタの一端にシャフト１０８を取付け，他端
に受信器１０３を取付けるまでは上記した形態と同じであるが、違いは、このシャフト１
０６に放熱板１１０を取付けるようにしたものである。

本実施形態では，弁棒を経由した受信器への熱伝達を遮断する放熱板を受信器取付用のシ
ャフトに取付けるようにしたものである。

（実施形態全体のまとめ）
上記したように本発明で着目するのは、産業プラントに不特定多数台が設置される手動弁
である。一般的に産業プラントの配管には手動弁が設置され、必要に応じて配管中の流体
（水、蒸気、油、ガス等）を通過させたり遮断するために開閉される。

本発明はこの手動弁に受信器を設置するようにしたものである。これにより以下の効果が
得られる。

産業プラントに設置される自動弁（電動弁、油圧弁、空気作動弁、電磁弁）に比較して、
手動弁の設置台数は圧倒的に多数であるため、これら多数の手動弁は産業プラント全体に
広く分散設置されるので、広いエリアを過不足なくカバーすることが求められる受信器の
配置ロケーションとして好適である。

手動弁には弁開閉を行うためのハンドルや、該ハンドルを取り付けるための部位があり、
これらの部位を利用して受信器が手動弁に取付けられるので、比較的簡単な機構で取り付
けることが可能である。

一般に手動弁を通過する流体は高温である場合が多く、弁の本体部（弁体ボディ）も高温
となる。これに対して上記の如く、受信器をハンドルや、該ハンドルを取り付けるための
弁棒などの部位に設置することは、弁体ボディ部から発せられる輻射熱から遠い箇所に受
信器が取り付けられることになり、熱に弱い受信器の設置箇所として好適である。

ハンドルは人間が操作する必要があるので、弁体ボディ部からの伝熱を受けない設計がな
される。従ってこの点からも、受信器をハンドルに設置しても熱の問題は生じないという
利点がある。

自動弁（特に電動弁や電磁弁）は、電気を駆動源にする関係で電磁誘導の問題が生じるの
に対し、手動弁には電磁誘導の問題は生じず、受信器に影響を与えることがない。

自動弁は中間開度で運用される頻度が高い（あるいは中間開度で保持される時間帯が長い
）ので、弁体前後の圧力損失に起因して流体が振動し、それに伴い弁体自身の振動も大き
く、これは受信器を取り付ける場合に大きな問題となる。これに対し手動弁はプラント保
守・メンテナンスのとき以外は全閉、または全開の状態で流体からの影響が殆ど無く、振
動に弱い受信器の設置箇所として好適である。

手動弁はそのサイズや流体側条件にマッチする汎用品が適用される。

これは同じ型番の手動弁が多数設置される、又は同じ型番でなくてもシリーズ物として部
品やパーツを共用した標準設計化がなされると言うことを意味する。

このことは、例えば受信器の取り付け器具等は同一設計（または少数パターンの設計）で
対応可能となる側面がある。

１００・・・産業プラント、１０１・・・配管、１０２・・・送信器、１０３・・・受信
器、１０４・・・手動弁、１０５・・・弁棒、１０６・・・ハンドル、１０７ａ・・・ハ
ンドルアダプタ、１０７ｂ・・・弁棒アダプタ、１０８・・・シャフト、１０９・・・継
ぎ手、１１０・・・放熱板、１１７・・・伝送ケーブル、１２０・・・リモートＰＩ／Ｏ
装置、１２１・・・光ケーブル、１３０・・・監視制御装置、１４０・・・補機、１５０
・・・中央制御室、２０１・・・計器センサ、ａ・・・無線信号

Claims

産業プラントに設けられる配管の中を流れる流体の量を制御するための複数の手動弁と、
前記プラントの状態を計測し、計測結果を表す信号を出力する計器センサと、
前記計測された信号を無線送信する送信器と、
前記送信された信号を無線受信する受信器と、
前記受信された信号を収集する監視制御装置とを備え、
前記受信器は前記手動弁に設けられることを特徴とする産業プラントの信号送受信システ
ム。
前記手動弁装置は弁体と、ハンドルと、このハンドルの回転操作を前記弁体の動作に変換
する弁棒とを備え、
前記受信器は前記ハンドルに設けられることを特徴とする請求項１記載の産業プラントの
信号送受信システム。
前記受信器は、前記ハンドルを挟んで前記弁体の配置位置と反対側の位置に設けられるこ
とを特徴とする請求項２記載の産業プラントの信号送受信システム。
前記受信器は前記ハンドルに対して着脱可能に設けられることを特徴とする請求項２記載
の産業プラントの信号送受信システム。
前記手動弁は弁体と、ハンドルと、このハンドルの回転操作を弁体の動作に変換する弁棒
とを備え、
前記受信器は前記弁棒に設けられることを特徴とする請求項１記載の産業プラントの信号
送受信システム。
前記受信器は、前記弁棒における前記弁体の設けられる側とは反対側に設けられることを
特徴とする請求項５記載の産業プラントの信号送受信システム。
前記受信器を前記手動弁に取り付けるための所定の機構と、
前記所定の機構と前記受信器との間には前記手動弁装置の熱の伝達を遮断する熱遮断装置
を設けたことを特徴とする請求項１記載の産業プラントの信号送受信システム。