JP2018004364A - 風速監視装置 - Google Patents

Abstract

【課題】落雷等による機器破損時のメンテナンス性を向上させる【解決手段】風速監視装置１０は、屋外に設置された風杯５０からの信号が入力される入力部２０と、入力部２０に入力された信号に基づいて風速値を算出する出力部３０とを備える。入力部２０と出力部３０とは、個別の筐体２０ａ，３０ａに収容されるとともに、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されている。【選択図】図２

Description

本発明は、風速を計測・監視する風速監視装置に関し、特に、落雷等による機器破損時のメンテナンス性を向上させるのに有用な技術である。

鉄道車両は側面からきわめて強い風を受けた場合、転覆・脱線してしまうおそれがある。そこで、このような事故を未然に防ぐために、線路沿線には風速計が設置され、その風速値が常時監視されている（例えば、特許文献１参照）。
この種の風速監視装置では、図３に示すように、風を受ける風杯（風杯型風速計）からの信号を、過電圧・過電流から後流機器を保護する保安器や、断線を検知する断線警報器を通して風速警報器で受信し、この風速警報器で風速値を算出・監視している。

特許第５８３０４０２号公報

しかしながら、上記従来の風速監視装置では、列車走行時に発生するアークや落雷等により、保安器で防ぎ切れない過電流が敷設ケーブルを通じて風速警報器まで流れた場合に、入力部用基板が破損して監視機能が失われてしまい、装置一式の交換が必要となっていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、従来に比べ、落雷等による機器破損時のメンテナンス性を向上させることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明に係る風速監視装置は、
屋外に設置された風杯からの信号が入力される入力部と、
前記入力部に入力された信号に基づいて風速値を算出する信号処理部と、
を備え、
前記入力部と前記信号処理部とが、個別の筐体に収容されるとともに、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されるように構成したものである。
これにより、落雷等による過電流が入力側から流れてきた場合であっても、破損箇所を入力部のみに留めて信号処理部を保護することができる。したがって、落雷等による機器破損時にも入力部のみの保守・復旧作業で足りるため、装置一式の交換が必要であった従来に比べて、メンテナンス性を向上させることができる。

望ましくは、前記入力部は、
前記風杯からの信号が入力され、過電流が流れるのを防止する保安器と、
前記保安器の出力側に設けられ、入出力間を電気的に絶縁しつつ信号を伝達する絶縁アンプと、
を備えるように構成する。
これにより、入力部と信号処理部との電気的干渉をより確実に抑制することができ、ひいては、落雷等による破損箇所をより確実に入力部のみに留めることができる。

さらに望ましくは、前記保安器は、
前記入力部の筐体から着脱可能なように設けられるとともに、
前記絶縁アンプと一体的に前記入力部の筐体から着脱可能なように当該絶縁アンプとユニット化されるように構成する。
これにより、落雷等による入力部の破損時であっても、保安器のみの比較的に軽い破損程度の場合には保安器単体を交換し、絶縁アンプにまで及ぶより重い破損程度の場合には保安器と絶縁アンプをユニット交換することにより、簡便に入力部を保守・復旧することができる。したがって、さらにメンテナンス性を向上させることができる。

さらに望ましくは、前記入力部は、複数の風杯に対応した複数のチャンネルを有するとともに、当該チャンネル毎に前記保安器及び前記絶縁アンプを備えるように構成する。
これにより、入力部と信号処理部との別体化に伴って装置サイズが大きくなり得るところ、複数の風杯からの信号を集合的に入力可能に構成することで装置のコンパクト化・省スペース化を図ることができる。また、チャンネル毎に保安器及び絶縁アンプが設けられるので、チャンネル毎に良好な耐雷性やメンテナンス性を確保することができる。

さらに望ましくは、前記複数の風杯は、互いの近傍に配置された複数の風杯からなる少なくとも一組の風杯ユニットを含み、
前記信号処理部は、前記一組の風杯ユニットを構成する複数の風杯からの信号に基づく複数の風速値を算出するとともに、当該複数の風速値のうちいずれか最大値のものを監視対象とするように構成する。
これにより、風速値入力の冗長化（多重化）を図ることができるため、落雷等により風杯ユニットのいずれかの風杯からの信号が計測不能となった場合でも、残る風杯からの信号により風速監視機能を維持させることができる。

さらに望ましくは、前記信号処理部は、前記一組の風杯ユニットを構成する複数の風杯に対応する前記入力部の複数のチャンネルのうち、信号を伝送するいずれか１つのチャンネルを選択的に切り替え可能に構成する。
これにより、例えばいずれかのチャンネルの信号ラインに断線が検知されるなどした場合に、チャンネルを切り替えて計測系を固定することができる。

また、望ましくは、前記入力部と前記信号処理部とは、当該入力部の信号出力端と当該信号処理部の信号入力端との各々に設けられたフォトカプラにより、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されるようにする。

本発明によれば、従来に比べ、落雷等による機器破損時のメンテナンス性を向上させることができる。

実施形態における風速監視システムの概略構成を示すブロック図である。 実施形態における風速監視装置の制御構成を示すブロック図である。 従来の風速監視装置を説明するための図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本実施形態における風速監視装置１０を備える風速監視システム１００の概略構成を示すブロック図であり、図２は、風速監視装置１０の制御構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態における風速監視システム１００は、屋外に設置されて風を受ける４基の風杯（風杯型風速計）５０（５０ａ〜５０ｄ）と、４基の風杯５０からの信号に基づいて風速値を算出し、これを監視する風速監視装置１０とを備えて構成されている。

４基の風杯５０は、互いに異なる位置に設置された２組の風杯ユニット５０Ｕ（５０Ｕａ，５０Ｕｂ）から構成されている。各風杯ユニット５０Ｕは、風速値入力の冗長化（多重化）を図る目的で互いの近傍に設置された２基の風杯５０から構成されている。本実施形態においては、２基の風杯５０ａ，５０ｂから風杯ユニット５０Ｕａが構成され、残る２基の風杯５０ｃ，５０ｄから風杯ユニット５０Ｕｂが構成されている。

風速監視装置１０は、４基の風杯５０からの信号に基づいて風速値を算出し、算出した風速値やこれに基づく警報信号等を、自然災害に関する各種観測データを統合的に処理する防災情報システム６０や、風速計の状態を監視する状態監視装置７０に出力する。

具体的には、図２に示すように、風速監視装置１０は、４基の風杯５０からの信号が入力される入力部２０と、この信号に基づいて風速値算出等の各種処理を行う出力部３０とを備えている。これら入力部２０及び出力部３０は、個別の筐体２０ａ，３０ａに収容されるとともに、個別の電源を備えている。

このうち、入力部２０は、４基の風杯５０に対応しつつ互いに独立した４つのチャンネル（ＣＨ：ＣＨ１〜ＣＨ４）を有しており、風杯５０ａ〜５０ｄがＣＨ１〜ＣＨ４の各入力端子に個別に接続されている。各ＣＨでは、保安器２１、絶縁アンプ（アイソレーションアンプ）２２及び断線警報処理部２３が設けられており、対応する風杯５０からの信号がこれら各部をこの順番に通過した後に、出力端子２０ｂから出力部３０へ出力される。

保安器２１は、いわゆるサージ防護デバイス（Surge Protective Device：ＳＰＤ）であり、所定値以上の過電圧・過電流が生じた場合に、これを図示しないアース等に流し込み、後流に流れるのを防止する。また、保安器２１は、自身の異常を検知した場合に故障信号を出力部３０に出力する。
絶縁アンプ２２は、入出力間を電気的に絶縁しつつ、信号を伝達する。
断線警報処理部２３は、風杯５０から入力部２０までの回線状態を監視し、この区間に断線を検知した場合に断線情報信号を出力部３０に出力する。

また、入力部２０では、保安器２１と絶縁アンプ２２とが入力ユニット２４として一体的に構成されており、当該入力ユニット２４が筐体２０ａから着脱可能なように設けられている。さらに、この入力ユニット２４のうち保安器２１のみが筐体２０ａから着脱可能なように設けられている。
そのため、入力部２０が雷サージなどにより信号入力側からダメージを受けた場合には、その破損程度に応じて、保安器２１のみを交換、または保安器２１及び絶縁アンプ２２を入力ユニット２４ごとユニット交換することにより、簡便に入力部２０を保守・復旧することができる。

入力部２０からの出力信号は、当該入力部２０の４つの出力端子２０ｂと出力部３０の４つの入力端子３０ｂとに接続された４本の信号ケーブル１１を通じ、ＣＨ毎に出力部３０へ出力される。
ここで、入力部２０の各信号出力端と出力部３０の各信号入力端には、フォトカプラ２０ｃ，３０ｃが設けられている。そのため、入力部２０と出力部３０とは、電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されている。

出力部３０は、本発明に係る信号処理部であり、風速値算出部３１と、警報処理部３２と、デジタル入出力部３３と、表示部３４と、ＳＷインジケータ部３５とを備えている。これらは、風速値算出部３１のみが４基の風杯５０（つまり、４つのＣＨ）に対応して４つ設けられており、警報処理部３２、デジタル入出力部３３、表示部３４及びＳＷインジケータ部３５は、２組の風杯ユニット５０Ｕ（つまり、ＣＨ１，２とＣＨ３，４）に対応して２つずつ設けられている。

風速値算出部３１は、入力部２０から入力される信号（風速に関する信号）に基づいて、対応するＣＨの風速値を算出する。そして、風速値算出部３１は、算出した風速値の情報を、対応する風杯ユニット５０Ｕの警報処理部３２に出力する。

警報処理部３２は、ＣＨ１，２（ＣＨ３，４）の２つの風速値算出部３１からの風速値に基づいて、デジタル入出力部３３に警報信号を出力する。具体的に、警報処理部３２は、ＣＨ１，２（ＣＨ３，４）の２つの風速値のうち、いずれか大きい方が所定の閾値以上であった場合に警報情報を出力するほか、当該２つの風速値のうちの一方が０ｍで他方が所定値以上であった場合に一方に計測系異常の可能性有りとして別の警報情報を出力する。
また、警報処理部３２は、ＣＨ１，２（ＣＨ３，４）の２つの風速値算出部３１からの風速値のうちいずれか大きい方を監視対象の風速値とし、対応する風杯ユニット５０Ｕの風速値としてデジタル入出力部３３に出力するとともに、防災情報システム６０及び状態監視装置７０にシリアル信号で個別に外部出力する。

デジタル入出力部３３は、警報処理部３２から入力された風速値情報及び警報情報等を、表示部３４に出力するとともに、防災情報システム６０及び状態監視装置７０にパラレル信号で個別に外部出力する。
また、デジタル入出力部３３は、入力部２０の断線警報処理部２３からの断線情報信号や、保安器２１からの故障信号が入力された場合、この異常が検知されたＣＨからその冗長系をなすＣＨに計測系を切り替え可能となっているほか、後述するＳＷインジケータ部３５からのＣＨ切替信号が入力された場合にも、計測ＣＨを選択的に切り替え可能となっている。具体的には、例えばＣＨ１の断線警報処理部２３からの断線情報信号か保安器２１からの故障信号、またはＳＷインジケータ部３５からＣＨ２へのＣＨ切替信号が入力された場合、デジタル入出力部３３は、計測系をＣＨ２に切替・固定し、その情報を表示部３４に出力するとともに外部出力する。
その他にも、デジタル入出力部３３は、いずれかのＣＨの断線や短絡、基板故障等の異常が発生した場合に、これらの異常情報を４ＣＨで統合してトータルアラームとして外部出力可能となっている。

表示部３４は、図示しないディスプレイを備えており、デジタル入出力部３３からの表示信号に基づいて、風速値情報や各種警報情報等をディスプレイに表示させる。
ＳＷインジケータ部３５は、図示しないＣＨ切替ボタンや警報クリアボタン等を備えており、押下されたボタンに対応する信号（ＣＨ切替信号や警報クリア信号等）をデジタル入出力部３３に出力する。

以上のように、本実施形態の風速監視装置１０によれば、風杯５０からの信号が入力される入力部２０と風速値を算出する出力部３０とが、個別の筐体２０ａ，３０ａに収容されるとともに、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されている。
これにより、落雷等による過電流が入力側から流れてきた場合であっても、破損箇所を入力部２０のみに留めて出力部３０を保護することができる。したがって、落雷等による機器破損時にも入力部２０のみの保守・復旧作業で足りるため、装置一式の交換が必要であった従来に比べてメンテナンス性を向上させることができ、ひいては復旧時間の短縮や復旧コストの低減を図ることができる。

また、入力部２０が保安器２１と絶縁アンプ２２とを備えているので、入力部２０と出力部３０との電気的干渉をより確実に抑制することができ、ひいては、落雷等による破損箇所をより確実に入力部２０のみに留めることができる。

また、保安器２１は、入力部２０の筐体２０ａから着脱可能なように設けられるとともに、絶縁アンプ２２と一体的に入力部２０の筐体２０ａから着脱可能なように当該絶縁アンプ２２とユニット化されている。
これにより、落雷等による入力部２０の破損時であっても、保安器２１のみの比較的に軽い破損程度の場合には保安器２１単体を交換し、絶縁アンプ２２にまで及ぶより重い破損程度の場合には保安器２１と絶縁アンプ２２をユニット交換することにより、簡便に入力部２０を保守・復旧することができる。したがって、さらにメンテナンス性を向上させることができる。

また、入力部２０は、４基の風杯５０に対応した４つのＣＨを有するとともに、当該ＣＨ毎に保安器２１及び絶縁アンプ２２を備えている。
これにより、入力部２０と出力部３０との別体化に伴って装置サイズが大きくなり得るところ、複数の風杯５０からの信号を集合的に入力可能に構成することで装置のコンパクト化・省スペース化を図ることができる。また、ＣＨ毎に保安器２１及び絶縁アンプ２２が設けられているので、ＣＨ毎に良好な耐雷性やメンテナンス性を確保することができる。

また、出力部３０は、風杯ユニット５０Ｕを構成する互いの近傍に配置された２基の風杯５０に対応する２つの風速値を算出するとともに、当該２つの風速値のうちいずれか大きい方を監視対象の風速値とする。
これにより、風速値入力の冗長化（多重化）を図ることができるため、落雷等により風杯ユニット５０Ｕのいずれかの風杯５０からの信号が計測不能となった場合でも、残る風杯５０からの信号により風速監視機能を維持させることができる。

また、出力部３０は、風杯ユニット５０Ｕを構成する２基の風杯５０に対応する入力部２０の２つのＣＨのうち、信号を伝送するいずれか１つのＣＨを選択的に切り替え可能に構成されている。
これにより、例えばいずれかのＣＨの信号ラインに断線が検知されるなどした場合に、ＣＨを切り替えて計測系を固定することができる。

なお、本発明を適用可能な実施形態は、上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、上記実施形態では、入力部２０の各信号出力端と出力部３０の各信号入力端とにフォトカプラ２０ｃ，３０ｃが設けられていることとしたが、入力部２０と出力部３０とは、電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されていればよく、個別にフォトカプラを備えていなくともよい。

また、風速監視装置１０に信号入力・処理可能な風杯５０の数量や、風杯ユニット５０Ｕを構成する風杯５０の数量は、特に限定されない。例えば、風速監視装置１０に３組の風杯ユニット５０Ｕ（つまり、６基の風杯５０）からの信号が入力されることとしてもよいし、風杯ユニット５０Ｕが３基の風杯５０から構成されることとしてもよい。但し、この場合に、入力部２０及び出力部３０の各部を適宜対応させて変更する必要があるのは勿論である。

１０ 風速監視装置
１１ 信号ケーブル
２０ 入力部
２０ａ 筐体
２０ｃ フォトカプラ
２１ 保安器
２２ 絶縁アンプ
２３ 断線警報処理部
２４ 入力ユニット
３０ 出力部（信号処理部）
３０ｃ フォトカプラ
３１ 風速値算出部
３２ 警報処理部
３３ デジタル入出力部
５０ 風杯
５０Ｕ 風杯ユニット

Claims (7)

1. 屋外に設置された風杯からの信号が入力される入力部と、
   前記入力部に入力された信号に基づいて風速値を算出する信号処理部と、
   を備え、
   前記入力部と前記信号処理部とが、個別の筐体に収容されるとともに、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されていることを特徴とする風速監視装置。
2. 前記入力部は、
   前記風杯からの信号が入力され、過電流が流れるのを防止する保安器と、
   前記保安器の出力側に設けられ、入出力間を電気的に絶縁しつつ信号を伝達する絶縁アンプと、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の風速監視装置。
3. 前記保安器は、
   前記入力部の筐体から着脱可能なように設けられるとともに、
   前記絶縁アンプと一体的に前記入力部の筐体から着脱可能なように当該絶縁アンプとユニット化されていることを特徴とする請求項２に記載の風速監視装置。
4. 前記入力部は、複数の風杯に対応した複数のチャンネルを有するとともに、当該チャンネル毎に前記保安器及び前記絶縁アンプを備えることを特徴とする請求項２または３に記載の風速監視装置。
5. 前記複数の風杯は、互いの近傍に配置された複数の風杯からなる少なくとも一組の風杯ユニットを含み、
   前記信号処理部は、前記一組の風杯ユニットを構成する複数の風杯からの信号に基づく複数の風速値を算出するとともに、当該複数の風速値のうちいずれか最大値のものを監視対象とすることを特徴とする請求項４に記載の風速監視装置。
6. 前記信号処理部は、前記一組の風杯ユニットを構成する複数の風杯に対応する前記入力部の複数のチャンネルのうち、信号を伝送するいずれか１つのチャンネルを選択的に切り替え可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の風速監視装置。
7. 前記入力部と前記信号処理部とは、当該入力部の信号出力端と当該信号処理部の信号入力端との各々に設けられたフォトカプラにより、互いに電気的に絶縁された状態で信号を入出力可能に接続されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の風速監視装置。

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