JP2017216831A

JP2017216831A - 中継装置、中継装置を用いた無線システム

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Publication number: JP2017216831A
Application number: JP2016109885A
Authority: JP
Inventors: 哲朗稲垣; Tetsuro Inagaki; 斎藤　等; Hitoshi Saito; 等斎藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2016-06-01
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2036-06-01
Also published as: JP6666591B2

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気機器とを接続する中継装置において、内部電気回路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通信端子と、電源供給装置と接続する耐圧側電源端子と、本質安全防爆方式の電気機器と接続する本安側端子と、耐圧側通信端子と本安側端子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、および耐圧側電源端子を介して電源供給装置から供給された電源に基づいて、絶縁型双方向通信回路に動作電源を供給する電源回路を備えた絶縁型通信回路と、を備える。【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５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。

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６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気機器とを接続する中継装置において、内部電気回路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通信端子と、電源供給装置と接続する耐圧側電源端子と、前記本質安全防爆方式の電気機器と接続する本安側端子と、前記耐圧側通信端子と本安側端子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、および前記耐圧側電源端子を介して前記電源供給装置から供給された電源に基づいて、前記絶縁型双方向通信回路に動作電源を供給する電源回路を備えた絶縁型通信回路と、を備えたことを特徴とする。
ここで、前記絶縁型通信回路は、前記耐圧側通信端子と前記絶縁型双方向通信回路との間、および前記耐圧側電源端子と前記電源回路との間に保護回路を備えていてもよい。
また、前記絶縁型通信回路は、前記絶縁型双方向通信回路と前記本安側端子との間に電圧電流制限回路を備えていてもよい。
また、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、前記耐圧側通信端子と並列に別の耐圧側通信端子を備えてもよい。
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無線装置とを含む無線システムであって、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通信端子と、電源供給装置と接続する耐圧側電源端子と、前記無線装置と接続する本安側端子と、前記耐圧側通信端子と本安側端子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、および前記耐圧側電源端子を介して前記電源供給装置から供給された電源に基づいて、前記絶縁型双方向通信回路に動作電源を供給する電源回路を備えた絶縁型通信回路と、を備えたことを特徴とする。

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気機器とを接続する中継装置において、内部電気回路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。耐圧側通信端子を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。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、信号線２７８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。

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。

中継装置１００は、耐圧防爆の爆発試験に耐える耐圧容器で囲われており、信号線２７８を介して耐圧防爆方式の電気機器と接続するための耐圧側通信端子と、電源線２９０を介して中継装置用電源２８０と接続するための耐圧側電源端子と、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。中継装置用電源２８０は、非危険場所に設置されており、中継装置１００の動作電源を供給する装置である。

絶縁型通信回路１１０は、耐圧側通信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、本安側端子への電圧と電流を規定値に制限する。

なお、耐圧防爆方式側の信号線２７８および電源線２９０は、それぞれ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。

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、電圧電流制限回路１１３、保護回路１１４、電源回路１１５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を介して耐圧側通信端子と接続し、本安側接続口は電圧電流制限回路１１３を介して本安側端子と接続している。また、電源入力口は電源回路１１５と接続している。

保護回路１１１、１１４は、耐圧側通信端子あるいは耐圧側電源端子に、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、この電力を耐圧側電源端子に電源線２９０を介して接続された中継装置用電源２８０が供給する。

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１１５を備えている。電源回路１１５は、中継装置用電源２８０から電力の供給を受け、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１１５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。

電圧電流制限回路１１３は、本安側端子への電圧と電流を規定値に制限する回路であり、ツェナーダイオード、抵抗等を用いて構成することができる。

中継装置１００は、耐圧側電源端子から電源が供給された後、本安側端子にデジタル信号によるコマンドが入力されると、供給された電源で動作する絶縁型双方向通信回路１１２により耐圧側通信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通信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１００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気機器とを接続する際に、内部電気回路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２８２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と接続する耐圧側通信端子（Ａ）と並列に別の耐圧側通信端子（Ｂ）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２８２は不要となる。

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…電圧電流制限回路、１１４…保護回路、１１５…電源回路、１２０…中継装置、２１４…流動防止材、２２０…２線式伝送器、２２１…２線式伝送器、２６０…電池内蔵無線装置、２７８…信号線、２８０…中継装置用電源、２８２…耐圧防爆用中継端子箱、２９０…電源線

Claims

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通信端子と、
電源供給装置と接続する耐圧側電源端子と、
前記本質安全防爆方式の電気機器と接続する本安側端子と、
前記耐圧側通信端子と本安側端子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、および前記耐圧側電源端子を介して前記電源供給装置から供給された電源に基づいて、前記絶縁型双方向通信回路に動作電源を供給する電源回路を備えた絶縁型通信回路と、
を備えたことを特徴とする中継装置。
前記絶縁型通信回路は、
前記耐圧側通信端子と前記絶縁型双方向通信回路との間、および前記耐圧側電源端子と前記電源回路との間に保護回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の中継装置。
前記絶縁型通信回路は、
前記絶縁型双方向通信回路と前記本安側端子との間に電圧電流制限回路を備えてい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。
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１〜３のいずれか１項に記載の中継装置。
前記耐圧側通信端子と並列に別の耐圧側通信端子を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の中継装置。
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無線装置とを含む無線システムであって、
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通信端子と、
電源供給装置と接続する耐圧側電源端子と、
前記無線装置と接続する本安側端子と、
前記耐圧側通信端子と本安側端子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、および前記耐圧側電源端子を介して前記電源供給装置から供給された電源に基づいて、前記絶縁型双方向通信回路に動作電源を供給する電源回路を備えた絶縁型通信回路と、
を備えたことを特徴とする無線システム。