JP2017204849A - 中継装置、中継装置を用いた無線システム - Google Patents

Abstract

【課題】耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置において、耐圧防爆方式の電気機器が接続されている４−２０ｍＡループ信号線のマイナス側電位の接地システムへの接続を不要とする。
【解決手段】耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置であって、耐圧防爆方式の電気機器と接続する耐圧側端子と、本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器と接続する本安側端子と、耐圧側端子に接続された保護回路と、本安側端子に接続された電流制限回路と、保護回路と電流制限回路との間を絶縁するとともに双方向通信を行なう絶縁型双方向通信回路とを備え、絶縁型双方向通信回路は、本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電気機器との通信を中継する中継装置に関する。

２線式伝送器は、一般に、ループ信号線を介して電源電圧の供給を受け、測定値等に応じた４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号を出力する。近年、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信方式に代表されるような、アナログ直流信号にデジタル信号を重畳して伝送するハイブリッド通信方式が広く使用されるようになっている。デジタル信号は双方向通信が行なわれ、伝送器のステータス情報を取得したり、伝送器のパラメータ設定等を行なうことができる。

図７に示すように、このようなハイブリッド通信方式を採用した２線式伝送器４１０では、無線装置４２０と接続し、アナログ信号はループ信号線を介して送信し、デジタル信号は無線装置４２０を介して無線で送受信することも行なわれている。これにより、無線通信機能を備えない２線式伝送器４１０であっても、デジタル信号の無線通信を行なうことができるようになる。

本図の例では、無線装置４２０は通信動作用の電池を内蔵している。電池を内蔵した無線装置４２０では、内蔵電池による電力を２線式伝送器４１０に供給する機能を備えるものも実用化されている。

特開平９−６５４４１号公報

２線式伝送器を危険場所で運用する場合には、例えば、耐圧防爆方式の２線式伝送器が用いられており、ここでは、耐圧防爆方式の２線式伝送器に電池内蔵の無線装置を接続してデジタル無線通信を行なう場合を考える。

電池内蔵の無線装置は、電池交換の必要があるため、耐圧防爆方式を採用することができず、本質安全防爆方式を採用することになる。

耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電気機器とを直接接続することは防爆規格上認められないため、図８に示すように、耐圧防爆方式の２線式伝送器２２０と本質安全防爆方式の無線装置２６０との間に耐圧防爆方式の中継装置２００を介在させる。なお、耐圧防爆方式側の信号線は、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０で覆うとともに、耐圧パッキン金具２７２、爆発性雰囲気の流動防止材２１４を用いて耐圧防爆構造としている。

中継装置２００は、耐圧防爆方式の電気機器と接続するための耐圧側端子と、本質安全防爆方式の電気機器と接続するための本安側端子とを備え、耐圧容器内に収容された電圧／電流制限回路２１２によって、本安側端子に出力される電流、電圧を制限している。電圧／電流制限回路２１２は、抵抗、ツェナーダイオード等の動作電源不要の素子で構成することができ、耐圧側端子と本安側端子との間で電気的絶縁は行なわれていない。

防爆規格上、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電気機器とを接続する中継装置において耐圧側端子と本安側端子との間で電気的絶縁が行なわれていない場合には、接地システムとしてループ信号線のマイナス側を等電位ボンディングシステムもしくは、Ａ種接地に接続する必要がある。このため、煩雑な接地工程が要求されるとともに、多点接地による障害発生を確実に防ぐための施策が必要となっており、簡易に無線システムを構築できるようにすることが望まれている。

そこで、本発明は、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置において、耐圧防爆方式の電気機器が接続されている４−２０ｍＡループ信号線のマイナス側電位の接地システムへの接続を不要とすることを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様である中継装置は、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置であって、前記耐圧防爆方式の電気機器と接続する耐圧側端子と、前記本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器と接続する本安側端子と、前記耐圧側端子に接続された保護回路と、前記本安側端子に接続された電流制限回路と、前記保護回路と前記電流制限回路との間を絶縁するとともに双方向通信を行なう絶縁型双方向通信回路とを備え、前記絶縁型双方向通信回路は、前記本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なうことを特徴とする。
ここで、前記絶縁型双方向通信回路は、アナログ電流信号に重畳されるデジタル信号を伝送することができる。
また、前記耐圧側端子と並列に別の耐圧側端子を備えてもよい。
あるいは、前記耐圧防爆方式の電気機器の電源供給元と接続する第２耐圧側端子をさらに備えてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様である無線システムは、耐圧防爆方式の電気機器と接続する中継装置と、本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置とを含む無線システムであって、前記電源内蔵無線装置は、電源供給機能を備え、前記中継装置は、前記耐圧防爆方式の電気機器と接続する耐圧側端子と、前記本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、前記耐圧側端子に接続された保護回路と、前記本安側端子に接続された電流制限回路と、前記保護回路と前記電流制限回路との間を絶縁するとともに双方向通信を行なう絶縁型双方向通信回路とを備え、前記絶縁型双方向通信回路は、前記本安側端子を介して前記電源内蔵無線装置から供給される電源を利用して動作を行なうことを特徴とする。

本発明によれば、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置において、耐圧防爆方式の電気機器が接続されている４−２０ｍＡループ信号線のマイナス側電位の接地システムへの接続が不要となる。

本実施形態に係る中継装置を用いた伝送器システムの構成を示す図である。 絶縁型通信回路の構成を示すブロック図である。 中継端子箱を用いた伝送器システムの構成を示す図である。 耐圧側端子を２組設けた中継装置を用いた伝送器システムの構成を示す図である。 直列接続型の中継装置を用いた伝送器システムの構成を示す図である。 直列接続型の絶縁型通信回路の構成を示すブロック図である。 無線装置に接続した２線式伝送器を説明する図である。 危険場所において２線式伝送器に無線装置を接続する例を説明する図である。

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、本実施形態に係る中継装置１００を用いた伝送器システムの構成を示す図である。

本図に示すように、伝送器システムは、危険場所に設置された耐圧防爆方式の２線式伝送器２２０、本質安全防爆方式の電池内蔵無線装置２６０、耐圧防爆方式の中継装置１００を備えている。

耐圧防爆方式の２線式伝送器２２０は、ループ信号線を介して電源電圧の供給を受け、測定値等に応じた４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号を出力する。また、アナログ直流信号にデジタル信号を重畳して伝送するハイブリッド通信機能を有している。デジタル信号は双方向通信が行なわれ、２線式伝送器２２０のステータス情報を取得したり、２線式伝送器２２０のパラメータ設定等を行なうことができる。

本質安全防爆方式の電池内蔵無線装置２６０は、無線受信した２線式伝送器２２０に対するコマンドに応じたデジタル信号を出力する。また、アナログ直流電流信号に重畳されたデジタル信号が示す２線式伝送器２２０のレスポンスを検出し、無線送信する。

電池内蔵無線装置２６０は、内蔵電池による電力を接続相手の２線式伝送器に供給する機能を備えている。この機能を使用する場合には、接続相手の２線式伝送器と通信を行なう際に、まず２線式伝送器に対して１８Ｖ前後の動作電圧を印加する。これにより、接続相手の２線式伝送器は、４ｍＡの定電流吸い込み動作を開始する。

そして、所定時間後に電池内蔵無線装置２６０は、２線式伝送器に対してデジタル信号によるコマンドを送信し、２線式伝送器からのレスポンスを受信する動作を行なう。受信したレスポンスは、無線送信する。

耐圧防爆方式の中継装置１００は、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電気機器とを接続するための装置である。本図の例では、耐圧防爆方式の２線式伝送器２２０と本質安全防爆方式の無線装置２６０との間に接続されている。

なお、耐圧防爆方式側の信号線は、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０で覆うとともに、耐圧パッキン金具２７２、爆発性雰囲気の流動防止材２１４を用いて耐圧防爆構造としている。

中継装置１００は、耐圧容器で囲われており、耐圧防爆方式の電気機器と接続するための耐圧側端子と、本質安全防爆方式の電気機器と接続するための本安側端子と、絶縁型通信回路１１０とを備えている。絶縁型通信回路１１０は、耐圧側端子と本安側端子との間で絶縁型の双方向通信を行なうとともに、本安側端子に電流が流れ出さないように制限する。

図２は、絶縁型通信回路１１０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、絶縁型通信回路１１０は、保護回路１１１、絶縁型双方向通信回路１１２、電流制限回路１１３、電源回路１１４を備えている。

絶縁型双方向通信回路１１２は、耐圧側接続口と本安側接続口と電源入力口とを有している。耐圧側接続口は保護回路１１１を介して耐圧側端子と接続し、本安側接続口は電流制限回路１１３を介して本安側接続端子と接続している。また、電源入力口は電源回路１１４と接続している。

保護回路１１１は、耐圧側端子に、規格で定められる２５０ＶＡＣ、１５００Ａの電圧源が接続されたとしても、絶縁型双方向通信回路１１２がダメージを受けないようにする回路であり、ヒューズ、ツェナーダイオード等を用いて構成することができる。

絶縁型双方向通信回路１１２は、電気的に絶縁しながら信号を伝達する回路である。絶縁型双方向通信回路１１２は、例えば、フォトカプラやアイソレータＩＣ、トランス、コンデンサ等の絶縁素子、増幅器、フィルタ等から構成され、絶縁伝送動作を行なうために電力を必要とする。

本実施形態では、この電力を本安側端子に接続された電池内蔵の無線装置２６０が供給する。すなわち、本来、無線装置２６０が接続相手の２線式伝送器に供給するための電力を絶縁型双方向通信回路１１２の動作電力に利用する。

このため、絶縁型通信回路１１０は、２５０ＶＡＣに対する規定の離隔距離を備えたトランス、発信回路等から構成される電源回路１１４を備えている。電源回路１１４は、電池内蔵の無線装置２６０から電流制限回路１１３を介して電力の供給を受け、所定の電圧変換等を行なって絶縁型双方向通信回路１１２に供給する。なお、上述したように、絶縁型双方向通信回路１１２にトランスやコンデンサ等の絶縁素子を用いた場合、電源回路１１４は規定の離隔距離を有さない非絶縁型の電源回路であってもよい。

電流制限回路１１３は、本安側端子に電流が流れ出さないように制限する回路であり、ダイオード等を用いて構成することができる。

中継装置１００は、本安側端子に電池内蔵無線装置２６０により電圧が印加された後、デジタル信号によるコマンドが入力されると、印加された電圧で動作する絶縁型双方向通信回路１１２により耐圧側端子に信号を伝送する。このコマンドに対する２線式伝送器２２０のレスポンスが耐圧側端子で検出されると、絶縁型双方向通信回路１１２が本安側端子に伝送する。これにより、本質安全防爆方式の無線装置２６０と耐圧防爆方式の２線式伝送器との間でデジタル信号による双方向通信が成立する。

このように、本実施形態の中継装置は、絶縁型の通信回路を用いているため、耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する際に、耐圧防爆方式の電気機器が接続されている４−２０ｍＡループ信号線のマイナス側電位の接地システムへの接続を不要とすることができる。

上述の例では、２線式伝送器２２０が配線口を２個備えているが、配線口が１個の場合には、図３に示すように、２線式伝送器２２１の配線口を二股にする耐圧防爆用中継端子箱２８０を用いて配線を行なえばよい。

あるいは、図４に示すように、２線式伝送器２２１と接続する耐圧側端子と並列に別の耐圧側端子を設けた耐圧防爆方式の中継装置１２０を用いるようにしてもよい。この場合、耐圧防爆用中継端子箱２８０は不要となる。

ところで、図１〜４に示した例では、ループ信号線に接続される２線式伝送器（２２０、２２１）に対して、中継装置１００を並列に接続していた。すなわち、ループ信号線を流れる電流が、２線式伝送器（２２０、２２１）と中継装置１００とで分流される接続形態である。

これに対し、図５に示すように、ループ信号線に接続される２線式伝送器２２１に中継装置１４０を直列に接続するようにしてもよい。この場合、中継装置１４０に耐圧側端子を２組設けるようにし、直列接続型の絶縁型通信回路１５０を備えるようにする。

そして、一方の耐圧側端子に耐圧防爆方式の２線式伝送器２２１を接続し、他方の耐圧側端子に２線式伝送器２２１の電源供給元（アナログ信号の通信先）を接続する。

図６は、直列接続型の絶縁型通信回路１５０の構成を示すブロック図である。本図に示すように、絶縁型通信回路１５０は、保護回路１５１、絶縁型双方向通信回路１５２、電流制限回路１５３、電源回路１５４を備えている。

本図の例では、ループ信号線が接続される耐圧側端子のマイナス側端子間に各種回路を挿入し、プラス側端子間は短絡している。この場合、ループ信号線のマイナス側だけを中継装置１４０に引き込むようにしてもよい。また、プラス側端子間に各種回路を挿入し、マイナス側端子間を短絡する構成としてもよい。

保護回路１５１は、耐圧側端子に、規格で定められる２５０ＶＡＣ、１５００Ａの電圧源が接続されたとしても、絶縁型双方向通信回路１５２がダメージを受けないようにする回路であり、ヒューズ、ツェナーダイオード等を用いて構成することができる。

絶縁型双方向通信回路１５２は、電気的に絶縁しながら信号を伝達する回路である。絶縁型双方向通信回路１５２は、例えば、フォトカプラやアイソレータＩＣ、トランス、コンデンサ等の絶縁素子、増幅器、フィルタ等から構成される。トランスで構成した場合には電源回路１５４を省ける場合もある。

電源回路１５４は、電池内蔵の無線装置２６０から電流制限回路１５３を介して電力の供給を受け、所定の電圧変換等を行なって絶縁型双方向通信回路１５２に供給する。

絶縁型通信回路１５０では、保護回路１５１と絶縁型双方向通信回路１５２の耐圧側回路とがループ信号線に直列に挿入されることになる。

中継装置１００を並列に接続した場合には、４−２０ｍＡの電流ループの電源電圧マージンが少ない場合でも使用可能であるという長所を有する。一方、中継装置１４０を直列に接続した場合には、通信信号の電流成分を分流させずに使用できるため、通信信号マージンの減少を伴わないという長所を有する。

１００…中継装置、１１０…絶縁型通信回路、１１１…保護回路、１１２…絶縁型双方向通信回路、１１３…電流制限回路、１１４…電源回路、１２０…中継装置、１４０…中継装置、１５０…絶縁型通信回路、１５１…保護回路、１５２…絶縁型双方向通信回路、１５３…電流制限回路、１５４…電源回路、２２０…２線式伝送器、２２１…２線式伝送器、２６０…電池内蔵無線装置

Claims (5)

1. 耐圧防爆方式の電気機器と本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器とを接続する中継装置であって、
   前記耐圧防爆方式の電気機器と接続する耐圧側端子と、
   前記本質安全防爆方式の電源内蔵電気機器と接続する本安側端子と、
   前記耐圧側端子に接続された保護回路と、
   前記本安側端子に接続された電流制限回路と、
   前記保護回路と前記電流制限回路との間を絶縁するとともに双方向通信を行なう絶縁型双方向通信回路とを備え、
   前記絶縁型双方向通信回路は、前記本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なうことを特徴とする中継装置。
2. 前記絶縁型双方向通信回路は、アナログ電流信号に重畳されるデジタル信号を伝送することを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
3. 前記耐圧側端子と並列に別の耐圧側端子を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の中継装置。
4. 前記耐圧防爆方式の電気機器の電源供給元と接続する第２耐圧側端子をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の中継装置。
5. 耐圧防爆方式の電気機器と接続する中継装置と、本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置とを含む無線システムであって、
   前記電源内蔵無線装置は、電源供給機能を備え、
   前記中継装置は、
   前記耐圧防爆方式の電気機器と接続する耐圧側端子と、
   前記本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、
   前記耐圧側端子に接続された保護回路と、
   前記本安側端子に接続された電流制限回路と、
   前記保護回路と前記電流制限回路との間を絶縁するとともに双方向通信を行なう絶縁型双方向通信回路とを備え、
   前記絶縁型双方向通信回路は、前記本安側端子を介して前記電源内蔵無線装置から供給される電源を利用して動作を行なうことを特徴とする無線システム。