JP2016115219A - データ収集システム - Google Patents

Abstract

【課題】センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムを提供する。【解決手段】センサー部を備えた複数個のセンサーモジュールと、データ収集装置とを備えたデータ収集システムであって、データ収集装置は、クロックを出力するクロック出力部と、センサーモジュールの個数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号を所定のセンサーモジュールに出力するイネーブル信号出力部と、クロック数をカウントするカウンタと、センサーモジュールが出力するデータを、バス線を介して入力し、カウント値と対応付けて記録するセンサー信号入力部とを備え、センサーモジュールは、クロックをトリガとして、イネーブル信号を次段のセンサーモジュールに送るシフトレジスタとして機能し、イネーブル信号が送られた場合にのみセンサー部の出力データをセンサー信号入力部に出力する。【選択図】図１

Description

本発明は、複数のセンサーからデータを収集するデータ収集システムに関し、特に、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムに関する。

設備や構造体等の対象物に多数のセンサーを配置し、それぞれのセンサーからデータを収集して、対象物の状態を監視したり検査することが行なわれている。例えば、腐食や浸食等によって生じる配管の局所的な減肉や欠陥を検出するために、配管に数百個の磁気センサーを配置し、それぞれの磁気センサーが出力するデータを収集するデータ収集システムが実用化されている。また、温度計や湿度計等のセンサーをプラント等内の各所に配置し、それぞれのセンサーが出力するデータを収集するデータ収集システムも実用化されている。

図６は、従来のデータ収集システム５００の構成例を示すブロック図である。本図に示すようにデータ収集システム５００は、複数台のセンサー５１０とデータ収集装置５２０と配線切替器５３０とを備えている。

データ収集装置５２０は、接続先のセンサー５１０に電源を供給し、センサー５１０が測定したデータを入力する。各センサー５１０とデータ収集装置５２０とは、配線切替器５３０を介して接続されており、データ収集装置５２０は、切替信号により配線切替器５３０を制御し、接続先のセンサー５１０を順次切り替えてデータ収集を行なう。

一般に、データ収集装置５２０は、センサー５１０の数は多いものの、データは順次取得すればよいことが多いため、配線切替器５３０を用いた接続形態としている。

特開２００８−１７５６３８号公報

従来のデータ収集装置５２０は、配線切替器５３０と各センサー５１０とを個別に接続することが必要である。そして、センサー５１０毎にデータ信号用の配線や電源供給用の配線等、複数本の配線が用いられるため、センサー５１０の数が多い場合には、配線の数が膨大となる。このため、センサー５１０の実装が煩雑となっていた。

そこで、本発明は、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明のデータ収集システムは、センサー部を備えた複数個のセンサーモジュールと、データ収集装置とを備えたデータ収集システムであって、前記データ収集装置は、クロックを各センサーモジュールに出力するクロック出力部と、前記センサーモジュールの個数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号を所定のセンサーモジュールに出力するイネーブル信号出力部と、前記クロック数をカウントするカウンタと、前記センサーモジュールが出力するデータを、バス線を介して入力し、カウント値と対応付けて記録するセンサー信号入力部とを備え、前記センサーモジュールは、前記クロックをトリガとして、前記イネーブル信号を次段のセンサーモジュールに送るシフトレジスタとして機能し、イネーブル信号が送られた場合にのみ前記センサー部の出力データを、前記バス線を介して前記センサー信号入力部に出力すること、を特徴とする。
ここで、前記センサーモジュールは、前記イネーブル信号でイネーブル／ディスエーブルが切り替えられるアンプを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、各センサーモジュールにバス接続された電源供給線で電源供給することができる。
このとき、前記センサーモジュールは、前記センサー部への給電を前記イネーブル信号で切り替えるスイッチを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、データ入力を要しないセンサーモジュールに対応するカウント値を記録し、そのカウント値をカウントする際に前記クロックの間隔を短くしてもよい。
また、前記カウンタは、前記イネーブル信号の出力の際にカウント値をリセットすることができる。

本発明によれば、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムが提供される。

本実施形態に係るデータ収集システムの構成を示すブロック図である。 センサーモジュールとデータ収集装置の具体的な構成例を示すブロック図である。 本実施形態に係るデータ収集システムにおけるデータ収集手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係るデータ収集システムの構成の別例を示すブロック図である。 センサーモジュールをユニット化した例を示す図である。 従来のデータ収集システムの構成例を示すブロック図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るデータ収集システム１０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、データ収集システム１０は、複数台のセンサーモジュール１００とデータ収集装置２００とを備えている。

各センサーモジュール１００とデータ収集装置２００とは、データ信号線、電源供給線によりバス型のトポロジーで接続されている。このため、センサーモジュール１００毎に独立して配線を行なう必要がないため、センサーモジュール１００数が多くなっても、配線の煩雑さを軽減することができる。

また、データ収集装置２００とセンサーモジュール１００とは切替制御線によって接続されている。切替制御線はクロック信号線と、イネーブル信号線を含んでいる。クロック信号線はバス型のトポロジーにより接続され、イネーブル信号線はループ形状あるいはカスケードで接続される（図２参照）。このため、センサーモジュール１００は、イネーブル信号線に関しては、多段に接続されることになる。

各センサーモジュール１００は、センサー部１１０と信号切替部１２０とを備えている。センサー部１１０は、データ収集装置から電源の供給を受け、温度、電圧、磁気等の物理量を測定し、所定レンジのアナログデータとして出力する。各センサーモジュール１００のセンサー部１１０は、データ出力のインタフェースが同一であれば足り、測定対象が同一である必要はない。

信号切替部１２０は、データ収集装置２００から電源供給線を介して電源の供給を受け、センサー部１１０が出力するデータを、データ信号線を介してデータ収集装置２００に出力する。各センサーモジュール１００の信号切替部１２０は、データ収集装置２００からの切替制御信号によって順次動作を行なう。これにより、データ収集装置２００は、各センサーモジュール１００からのデータを順次取得することができる。

図２は、センサーモジュール１００とデータ収集装置２００の具体的な構成例を示すブロック図である。本図に示すように、センサーモジュール１００の信号切替部１２０は、ディスエーブル機能付アンプ１２１とＤ型フリップフロップ１２２とを備えている。また、データ収集装置２００は、クロック出力部２０１、イネーブル信号出力部２０２、カウンタ２０３、イネーブル信号入力部２０４、センサー信号入力部２０５、センサー管理テーブル２０６、電源供給部２１０を備えている。

信号切替部１２０において、Ｄ型フリップフロップ１２２のＱ出力は、ディスエーブル機能付アンプ１２１のディスエーブル端子に反転入力するとともに、イネーブル信号線により次段の信号切替部１２０のＤ入力となる。ただし、初段のセンサーモジュール１００のＤ入力は、イネーブル信号出力部２０２の出力信号がイネーブル信号線により入力され、最後段のセンサーモジュール１００のＱ出力は、イネーブル信号線によりイネーブル信号入力部２０４に入力される。

各Ｄ型フリップフロップ１２２のクロック端子ＣＬＫには、クロック出力部２０１からのクロックがクロック信号線により入力される。このため、多段に接続されたセンサーモジュール１００のＤ型フリップフロップ１２２は、イネーブル信号出力部２０２から出力されたイネーブル信号が、クロック出力部２０１のクロック毎に次段にシフトするシフトレジスタを形成することになる。なお、各センサーモジュール１００でシフトレジスタが形成されれば、Ｄ型フリップフロップ１２２以外の回路を用いて構成してもよい。

ディスエーブル機能付アンプ１２１は、ディスエーブル状態で出力がハイインピーダンスとなり、イネーブル状態でセンサー部１１０の出力するアナログデータを増幅してデータ信号線に出力する。すなわち、前段からイネーブル信号が送られたときのみセンサー部１１０の出力データをデータ収集装置２００に送ることになる。このときのセンサーモジュール１００をイネーブル状態と称する。

ただし、ディスエーブル機能付アンプ１２１に代えて、通常のアンプと出力スイッチを用いて、出力スイッチのオンオフをＤ型フリップフロップ１２２のＱ出力により切り替えるようにしてもよい。

データ収集装置２００において、クロック出力部２０１は、あらかじめ定められた周期でクロックを出力する。通常よりも高速のクロックを出力したり、クロックを停止することも可能である。

イネーブル信号出力部２０２は、センサーモジュール１００の段数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号（Ｈ）を出力する。このため、複数のセンサーモジュール１００が同時にイネーブル状態となることはない。

カウンタ２０３は、クロック数をカウントする。カウンタ２０３は、イネーブル信号出力部２０２がイネーブル信号（Ｈ）を出力する際にリセットする。これにより、カウンタ２０３のカウント値と、イネーブル状態となっているセンサーモジュール１００とを対応付けることができる。

イネーブル信号入力部２０４は、最後段のセンサーモジュール１００が出力するイネーブル信号を入力する。これにより、すべてのセンサーモジュール１００にイネーブル信号がシフトしたことを確認することができる。また、イネーブル信号入力部２０４がイネーブル信号を入力したときのカウンタ２０３のカウント値を参照することでセンサーモジュール１００の数を確認することができる。ただし、イネーブル信号入力部２０４は省くようにしてもよい。

センサー信号入力部２０５は、センサーモジュール１００から出力されたデータを入力し、デジタル変換する。どのセンサーモジュール１００からのデータであるかは、カウンタ２０３のカウント値を参照することで特定することができる。なお、センサーモジュール１００側でデジタル変換を行なうようにしてもよい。

センサー管理テーブル２０６は、センサー信号入力部２０５が入力したデータを、カウント値と対応付けて記録する。センサー部１１０の属性等を記録してもよい。さらには、不良のセンサーモジュール１００や測定不要のセンサーモジュール１００等がある場合には、そのセンサーモジュール１００に対応したカウント値を記録してもよい。この場合、カウンタ２０３がそのカウント値をカウントする際に、クロックを高速で送ることにより、データ収集に費やす時間を短縮することができる。

上記構成のデータ収集システム１０においては、図３に示すような手順でデータ収集を行なうことができる。すなわち、データ収集のタイミングになると、各センサーモジュール１００のＤ型フリップフロップ１２２の初期化を行なう（Ｓ１０１）。なお、データ収集のタイミングは、連続的、所定間隔毎、ユーザの指示に基づく等とすることができる。

Ｄ型フリップフロップ１２２の初期化は、イネーブル信号出力部２０２の出力をＬに保ったまま、センサーモジュール１００の個数以上のクロックを出力すればよい。この際、処理時間を短縮するために、クロックは通常よりも高速に送ることが好ましい。あるいは、別途リセット信号線を設けて、一斉にＤ型フリップフロップ１２２を初期化してもよい。

そして、イネーブル信号出力部２０２の出力をＨにして、イネーブル信号を出力する（Ｓ１０２）。これにより、カウンタ２０３がリセットされる。イネーブル信号出力部２０２の出力がＨの状態で、クロックを出力すると（Ｓ１０３）、カウンタ２０３のカウント値が進むとともに、初段のセンサーモジュール１００がイネーブル状態となり、センサー部１１０のデータを出力する。そこで、センサー信号入力部２０５に入力されたデータを、カウント値と対応付けてセンサー管理テーブル２０６に記録する（Ｓ１０４）。

以降は、イネーブル信号出力部２０２の出力をＬにして（Ｓ１０５）、クロックを出力する（Ｓ１０６）。これにより、カウンタ２０３のカウント値が進むとともに、センサーモジュール１００が順番にイネーブル状態となるため、センサー信号入力部２０５に入力されたデータを、カウント値と対応付けてセンサー管理テーブル２０６に記録する（Ｓ１０７）。なお、クロックの周期はデータ収集システム１０に適した周期を任意に定めることができる。

クロックを出力して（Ｓ１０６）、入力データを記録する処理（Ｓ１０７）を、イネーブル信号入力部２０４がイネーブル信号を入力するまで繰り返す（Ｓ１０８）。なお、カウンタ２０３のカウント値がセンサーモジュール１００の数に達するまで繰り返すようにしてもよい。

この手順により、すべてのセンサーモジュール１００から順次データを収集することができる。上述のように、本図に示したデータ収集処理の終了後すぐに次のデータ収集処理を連続的に行なってもよいし、所定あるいは不特定の間隔を開けて次のデータ収集処理を行なうようにしてもよい。

一般に、ディスエーブル機能付アンプ１２１は、ディスエーブル状態で省電力モードになるため、本実施形態のデータ収集システム１０は、バス型接続でセンサーモジュール１００に電源を供給しているにもかかわらず、消費電力の増加を防ぐことができる。

一層の省電力を図るために、図４に示すように、センサー部１１０の電源供給ラインにスイッチ１１１を設け、ディスエーブル機能付アンプ１２１と同様に、イネーブル信号でオンオフを切り替えるようにしてもよい。この場合、イネーブル状態のときのみセンサー部１１０が動作を行なうことになる。センサー信号入力部２０５は、センサー部１１０の状態が安定した段階で出力データを記録するようにする。

また、図５に示すように複数個のセンサーモジュール１００をユニット化して、センサーモジュールユニット３００を構成することで、大量のセンサー部１１０の取り扱いを容易にすることができる。この場合、センサーモジュールユニット３００内の個々のセンサーモジュール１００間の配線を行なわなくて済むため、基本的な構成は同じまま、配線の煩雑さをさらに軽減することができる。

１０…データ収集システム、１００…センサーモジュール、１１０…センサー部、１１１…スイッチ、１２０…信号切替部、１２１…ディスエーブル機能付アンプ、１２２…Ｄ型フリップフロップ、２００…データ収集装置、２０１…クロック出力部、２０２…イネーブル信号出力部、２０３…カウンタ、２０４…イネーブル信号入力部、２０５…センサー信号入力部、２０６…センサー管理テーブル、２１０…電源供給部、３００…センサーモジュールユニット

Claims (6)

1. センサー部を備えた複数個のセンサーモジュールと、データ収集装置とを備えたデータ収集システムであって、
   前記データ収集装置は、
   クロックを各センサーモジュールに出力するクロック出力部と、
   前記センサーモジュールの個数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号を所定のセンサーモジュールに出力するイネーブル信号出力部と、
   前記クロック数をカウントするカウンタと、
   前記センサーモジュールが出力するデータを、バス線を介して入力し、カウント値と対応付けて記録するセンサー信号入力部とを備え、
   前記センサーモジュールは、
   前記クロックをトリガとして、前記イネーブル信号を次段のセンサーモジュールに送るシフトレジスタとして機能し、
   イネーブル信号が送られた場合にのみ前記センサー部の出力データを、前記バス線を介して前記センサー信号入力部に出力すること、
   を特徴とするデータ収集システム。
2. 前記センサーモジュールは、前記イネーブル信号でイネーブル／ディスエーブルが切り替えられるアンプを備えていることを特徴とする請求項１に記載のデータ収集システム。
3. 前記データ収集装置は、各センサーモジュールにバス接続された電源供給線で電源供給することを特徴とする請求項１または２に記載のデータ収集システム。
4. 前記センサーモジュールは、前記センサー部への給電を前記イネーブル信号で切り替えるスイッチを備えていることを特徴とする請求項３に記載のデータ収集システム。
5. 前記データ収集装置は、
   データ入力を要しないセンサーモジュールに対応するカウント値を記録し、そのカウント値をカウントする際に前記クロックの間隔を短くすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のデータ収集システム。
6. 前記カウンタは、前記イネーブル信号の出力の際にカウント値をリセットすることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のデータ収集システム。