JP2021081296A

JP2021081296A - 検出装置

Info

Publication number: JP2021081296A
Application number: JP2019208527A
Authority: JP
Inventors: 優立海; Masaru Tachiumi
Original assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Current assignee: Nippon Seiki Co Ltd
Priority date: 2019-11-19
Filing date: 2019-11-19
Publication date: 2021-05-27

Abstract

【課題】簡易な回路構成でセンサの種別を判別可能な検出装置を提供する。【解決手段】検出装置１０は、センサ７０から信号電流及び／又は信号電圧を受信する制御部１６と、センサ７０に電力を供給可能な複数の電力制御回路１９ａ，１９ｂと、電力制御回路１９ａ，１９ｂに制御信号を入力する制御信号線１８ａ，１８ｂと、電力制御回路１９ａ，１９ｂに電力を供給する電力供給線１７ａ，１７ｂと、を備え、制御部１６は、電力制御回路１９ａ，１９ｂのいずれか１つを用いてセンサ７０に電力を供給する。【選択図】図３

Description

本発明は、検出装置に関する。

検出装置は、検出対象の物理量をセンサにて取得し、センサからのアナログ信号電流をデジタル値に変換することによって検出対象の測定値を取得するものである。このような検出装置の一般的な構成として、ＩＥＣ６０３８１−１で定められるＤＣ（直流）４−２０ｍＡのアナログ信号電流が用いられる。

検出装置は、複数のセンサが接続可能である場合に、センサ種別を判別し、その検出範囲を用いてアナログ信号電流をデジタル値に変換する必要がある。
例えば、特許文献１に開示されている情報処理装置は、センサ判定用電源から電圧をセンサ部の判定回路に印加し、印加されたセンサ判別用電源電圧に対するアナログ信号電流を受信してセンサの種類を特定する。

特開２０１４−８１６９１号公報

しかしながら、特許文献１の情報処理装置は、センサ判別用電源電圧とセンサ駆動電源電圧の２種類の電圧を用意する必要があり、回路構成が複雑になるという問題があった。

本発明の１つの目的は、上述した問題点を解決し、簡易な回路構成でセンサの種別を判別可能な検出装置を提供することにある。

本発明に従う検出装置は、
センサから信号電流及び／又は信号電圧を受信する制御部と、
前記センサに電力を供給可能な複数の電力制御回路と、
前記電力制御回路に制御信号を入力する制御信号線と、
前記電力制御回路に電力を供給する電力供給線と、を備え、
前記制御部は、前記電力制御回路のいずれか１つを用いて前記センサに電力を供給する。

本発明は、簡易な回路構成でセンサの種別を判別可能な検出装置を提供する。

本発明の検出装置が属する状態収集システムを模式的に示した図である。第１、２の態様に係る検出装置の断面図である。第１の態様に係る検出装置の回路図である。第２の態様に係る検出装置の回路図である。第１、２の態様に係る検出装置の制御フロー図である。

本発明の態様を図面に基づいて以下に説明する。

図１を参照する。図１には、石油化学系のプラントにおける状態収集システム１が示されている。石油化学系のプラントは、非常に広大である。このため、各機器の状態を検出装置１０により検出し、検出された情報をデータ蓄積装置５において管理している。

より詳細に説明する。検出装置１０は、プラント内の各機器に取り付けられることにより、危険場所ＤＡ内に複数配置されている。これらの検出装置１０において検出された検出値は、直接、あるいは中継器３を介してネットワーク構築装置４に送信され、データ蓄積装置５に送信される。プラントの管理者は、データ蓄積装置５に記憶された情報を図示しないノートパソコン（管理端末）を用いて確認することができる。
また、作業者は、携帯端末（通信機器）６を検出装置１０にかざして通信を行うことで、検出装置１０に情報を記憶させ、及び／又は検出装置１０から情報を読み出すことができる。携帯端末６と検出装置１０との通信には、ＩＳＯ／ＩＥＣ１４４４３で定義されるＲＦＩＤ（Radio Frequency Identifier）規格や、ＩＳＯ／ＩＥＣ１８０９２で定義されるＮＦＣ（Near Field Communication）規格等の近距離無線通信を採用することができる。なお、携帯端末６は、図示しないカード型記憶媒体から検出装置１０に記憶させる情報を読み出し可能である。

図１には３個の検出装置１０が示されているが、検出装置１０は、４個以上であってもよく、１又は２個であってもよい。

図２を参照する。図２は、検出装置１０の断面図を示す。

検出装置１０は、金属製のケース１１と、このケース１１に空けられた開口部４３に設けられた窓部材５０と、ケース１１に固定された制御基板１４と、この制御基板１４に接続されたサブ基板６０と、サブ基板６０に実装された電子回路６３と、サブ基板６０に接続され窓部材５０の下面に近接して配置された近距離無線通信を行うフレキシブルプリント基板６１と、制御基板１４に実装された制御部１６と、制御基板１４に接続され機器の状態を検知するセンサ７０と、ケーブル２１ａを介して制御基板１４をセンサ７０と接続するセンサコネクタ２１と、制御基板１４に電力を供給する電池等からなるバッテリーモジュール８０と、ケーブル２２ａを介して制御基板１４をバッテリーモジュール８０と接続するバッテリーコネクタ２２と、ケース１１の上面に設けられた通信アンテナ２３と、ケーブル２４ａを介して制御基板１４を通信アンテナ２３と接続するコネクタ２４と、センサ７０をコネクタ２５に接続するコネクタ７１と、ケーブル６２ａを介してフレキシブルプリント基板６１とサブ基板６０とを接続するコネクタ６２と、を主な構成要素とする。
また、検出装置１０は、複数のコネクタ２５を備え、それぞれのコネクタ２５にセンサ７０を接続できてもよい。

ケース１１は、下部に配置され上方が開口している第１分割体３０と、この第１分割体３０に重ね合わされた第２分割体４０と、からなる。これらの第１分割体３０及び第２分割体４０は、図示しないボルト及びナットによって締結されている。ケース１１は、必要に応じて表面に塗装等の表面処理が行われる。

制御基板１４は、ガラスエポキシにより構成される多層プリント基板が採用されている。制御基板１４は、ビス２６によって、第２分割体４０の裏面に固定される。制御基板１４は、制御部１６を備える。なお、制御基板１４に、制御部１６によって点灯、点滅、消灯が切り替えられる発光素子を設けてもよい。

制御部１６は、例えば回路で構成され、前記回路は、少なくとも１つのプロセッサ（例えば、中央処理装置（Central Processing Unit；CPU））、少なくとも１つの特定用途向け集積回路（Application Specific Integrated Circuit；ASIC）、及び／又は、少なくとも１つのフィールドプログラマブルゲートアレイ（Field-Programmable Gate Array；FPGA）などの少なくとも１つの半導体集積回路を含み、図１に示す検出装置１０の機能の少なくとも一部又は全部を実行可能である。制御部１６は、不揮発メモリにより構成される記憶部１６ａを備えている。なお、記憶部１６ａは、制御部１６と一体に設けられてもよく、制御基板１４上に別途設けられていてもよい。
記憶部１６ａは、検出装置１０の制御プログラムや、センサ７０の種別に応じたアナログ電圧とデジタル値の対応表を記憶する。
制御部１６は、センサ７０から入力されたアナログ電圧を前記対応表を用いてデジタル値に変換し、通信アンテナ２３からネットワーク構築装置４に送信する。

第１分割体３０は、底面視において略長方形を呈する底部３１と、この底部３１のそれぞれの縁から立ち上げられた下部側壁部３２と、からなる。

底部３１の一部は、下方に突出し、コネクタ２５が収納されたコネクタ収納部３３とされている。

下部側壁部３２は、接地されている（アースされている）。

第２分割体４０は、平面視において略長方形を呈する蓋部４１と、この蓋部４１のそれぞれの縁から下げられた上部側壁部４２と、からなる。

蓋部４１の中央には、略長方形状の開口部４３が空けられている。平面視における開口部４３の面積は、１６００ｍｍ２以下に設定されている。開口部４３に隣接して、通信アンテナ２３が取り付けられるアンテナ取付孔（図示しない）が空けられている。

上部側壁部４２は、下部側壁部３２と連続している。

窓部材５０は、第２分割体４０の開口部４３を塞ぐように設けられる。窓部材５０の素材は、電気絶縁性を有し近距離無線通信に用いる電波または磁気を透過する樹脂からなる。

サブ基板６０は、多層プリント基板が採用されている。サブ基板６０は、電子回路６３
を備えている。サブ基板６０は、制御基板１４にスペーサ２７、及びＢｔｏＢ（Board to Board）コネクタ２８，２９を介して接続される。

サブ基板６０は、ケーブル６２ａとコネクタ６２を介して、アンテナを備えたフレキシブルプリント基板６１と接続されている。フレキシブルプリント基板６１は、可撓性に富むため、配置の自由度が高い。アンテナをより窓部材５０に近づけることができ、高い通信性を確保することができる。

センサ７０は、プラント機器に設置され、その圧力、振動、温度などの物理量を検出する。センサ７０は、例えば、ＭＥＭＳ型の圧力センサや振動センサ、熱電対型の温度センサなどにより構成され、ＤＣ４−２０ｍＡのアナログ信号電流を出力する。
センサ７０の種別は、検出する物理量及び検出範囲によって分類され、例えば、検出範囲が１ＭＰａ以下の低圧用圧力センサ、１ＭＰａ−１００ＭＰａの高圧用圧力センサ、１０Ｈｚ−１ＫＨｚ以下の低周波用振動センサ、１ＫＨｚ−１０ＫＨｚの高周波用振動センサ等がある。
センサ７０は、センサ７０に電力を供給する電力供給線７０ａと、センサ７０が設置された機器の物理量をアナログ信号電流として出力する信号電流線７０ｏと、基準電位とするためのグランド線７０ｇと、を有する３線式センサである。

ケーブル７２は、センサ７０とコネクタ７１の間に接続され、制御部１６からの電力をセンサ７０に供給し、センサ７０からのアナログ信号電流を制御部１６に出力する。

バッテリーモジュール８０は、例えばリチウム電池であり、ケーブル２２ａ及び制御基板１４を介して制御部１６に電力を供給する。

図３を参照する。図３は、第１の態様における検出装置１０の回路図を示す。なお、図３においては、本発明と関連しない回路構成について、適宜省略して図示している。

制御部１６は、バッテリーモジュール８０から電力供給を受け、センサ接続回路ＳＣに接続される。
センサ接続回路ＳＣは、信号電流線１５と、電力供給線１７と、制御信号線１８ａ，１８ｂと、電力制御回路１９ａ，１９ｂを有し、ケーブル２１ａを介してコネクタ２５に接続される。

信号電流線１５は、センサ７０から出力されたアナログ信号電流を制御部１６に入力するための配線である。信号電流線１５は、センサ７０に電力供給されている場合に入力が最低信号（４ｍＡ）以上となり、センサ７０に電力供給されていない場合又はセンサ７０が接続されていない場合に入力がゼロとなる。

電力供給線１７は、センサ７０に電力供給するための配線であり、センサ接続回路ＳＣで電力供給線１７ａ，１７ｂに分岐し、後述する電力制御回路１９ａ，１９ｂに接続される。

制御信号線１８ａ，１８ｂは、制御部１６の制御信号を後述する電力制御回路１９ａ，１９ｂに入力するための配線である。

電力制御回路１９ａ，１９ｂは、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）やトランジスタ等からなるスイッチング回路やスイッチＩＣが用いられ、制御信号線１８ａ，１８ｂからの制御信号により電力供給が入切可能に構成される。

ケーブル７２は、電力供給線７２ａと、信号電流線７２ｏと、グランド線７２ｇを有し、コネクタ７１によって検出装置１０のコネクタ２５と接続する。

電力供給線７２ａは、電力制御回路１９ａとケーブル２１ａを介して接続され、センサ７０の電力供給線７０ａに電力供給する。

信号電流線７２ｏは、センサ７０の信号電流線７０ｏから出力されるアナログ信号電流を制御部１６に出力する。

グランド線７２ｇは、センサ７０のグランド線７０ｇと接続され、ケーブル２１ａを介して制御基板１４のグランドに接続される。制御基板１４のグランドは、例えば、ビス２６によってケース１１と導通され、ケース１１が接地されているためグランド線７２ｇ及びグランド線７０ｇも同電位となる。

なお、検出装置１０の第１の態様において、電力制御回路１９ｂは、センサ７０の電力供給線７０ａと接続されず、電力供給を行えない。

図４を参照する。図４は、第２の態様における検出装置１０の回路図を示す。
検出装置１０の第２の態様において、電力供給線７２ｂは、電力制御回路１９ｂとケーブル２１ａを介して接続され、センサ７０の電力供給線７０ａに電力供給する。
なお、検出装置１０の第２の態様において、電力制御回路１９ａは、センサ７０の電力供給線７０ａと接続されず、電力供給を行えない。
上述の点で第２の態様における検出装置１０は、第１の態様における検出装置１０と異なり、他の点で第１の態様における検出装置１０と同じである。

図５を参照する。図５は、第１、２の態様における検出装置１０の制御フローを示す。

ステップＳ１において、制御部１６は、制御信号線１８ａから制御信号を送り、電力制御回路１９ａ（第一の電力制御回路）から電力供給させる。

ステップＳ２において、制御部１６は、信号電流線１５からアナログ信号電流が入力されるか判定する。制御部１６は、制御部１６にアナログ信号電流が入力される場合（Ｙｅｓの場合）はステップＳ６に移行し、制御部１６にアナログ信号電流が入力されない場合（Ｎｏの場合）はステップＳ３に移行する。

ステップＳ３において、制御部１６は、制御信号線１８ａから制御信号を送り、電力制御回路１９ａからの電力供給を停止させる。

ステップＳ４において、制御部１６は、制御信号線１８ｂから制御信号を送り、電力制御回路１９ｂ（第二の電力制御回路）から電力供給させる。

ステップＳ５において、制御部１６は、信号電流線１５からアナログ信号電流が入力されるか判定する。制御部１６は、制御部１６にアナログ信号電流が入力される場合（Ｙｅｓの場合）はステップＳ７に移行し、制御部１６にアナログ信号電流が入力されない場合（Ｎｏの場合）はステップＳ８に移行する。

ステップＳ６において、制御部１６は、センサ７０が接続されていると判断する。これにより、検出装置１０は、センサ７０への電力供給に用いた電力制御回路１９ａに基づいて、第一のセンサ１７０（センサ７０の一種別）が接続されていると判別することができる。

ステップＳ７において、制御部１６は、センサ７０が接続されていると判断する。これにより、検出装置１０は、センサ７０への電力供給に用いた電力制御回路１９ｂに基づいて、第二のセンサ２７０（センサ７０の別の一種別）が接続されていると判別することができる。

ステップＳ８において、制御部１６は、制御信号線１８ｂから制御信号を送り、電力制御回路１９ｂからの電力供給を停止させる。

ステップＳ９において、制御部１６は、センサが接続されていないと判断する。

検出装置１０は、制御部１６が電力制御回路１９ａ，１９ｂに対し順次電力を供給することで、簡易な回路構成でセンサ７０の種別を判別することができる。

上述の態様は、以下の効果を奏する。

検出装置１０は、
センサ７０から信号電流及び／又は信号電圧を受信する制御部１６と、
センサ７０に電力を供給可能な複数の電力制御回路１９ａ，１９ｂと、
電力制御回路１９ａ，１９ｂに制御信号を入力する制御信号線１８ａ，１８ｂと、
電力制御回路１９ａ，１９ｂに電力を供給する電力供給線１７ａ，１７ｂと、を備え、
制御部１６は、電力制御回路１９ａ，１９ｂのいずれか１つを用いてセンサ７０に電力を供給する、
検出装置。

検出装置１０は、制御部１６がセンサ７０への電力供給に用いた電力制御回路１９ａ，１９ｂに基づいき、簡易な回路構成でセンサ７０の種別を判別することができる。

検出装置１０において、
センサ７０は、電力制御回路１９ａ，１９ｂのいずれか１つから電力供給可能に構成され、
制御部１６は、複数の前記電力制御回路１９ａ，１９ｂに対し順次電力を供給するよう前記制御信号を制御し、センサ７０に電力供給した電力制御回路１９ａ，１９ｂに基づいてセンサ７０の種別を判別する。

検出装置１０において、
制御部１６は、前記信号電流及び／又は前記信号電圧を受信した場合に、センサ７０に電力供給したと判断する。

検出装置１０は、制御部１６が信号電流及び／又は信号電圧を基に判断することで、センサ７０が接続されているか否かを確実に判別することができる。

検出装置１０において、
センサ７０は、制御部１６にセンサ７０の前記種別を送信しない。

検出装置１０は、種別を送信しないセンサ７０について、簡易な回路構成でその種別を判別することができる。

なお、上述の検出装置１０は、石油化学系のプラントに用いられる場合を例に説明したが、この他の危険場所であっても用いることができる。危険場所としては、例えば、ＬＰガス充填所、トンネル掘削工事現場、火力発電所、塗装工場等が挙げられる。

なお、検出装置１０は、センサ７０としてＤＣ１−５Ｖのアナログ信号電圧を出力するセンサを適用することができる。
また、検出装置１０は、センサ７０として圧力センサ、振動センサ、温度センサを例に上げたが、流量センサ、レベルセンサ、ひずみセンサ等の種々のセンサを適用することができる。

なお、上述の検出装置１０は、２つの電力制御回路を備えているが、３つ以上備えてもよい。検出装置１０は、電力制御回路を増やすことにより、より多くのセンサ７０の種別を判別することができる。

なお、本発明は、以上の態様及び図面によって限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜、変更（構成要素の削除も含む）を加えることが可能である。

本発明は、石油化学系プラントに用いられる検出装置として好適である。

１状態収集システム
１０検出装置
１４制御基板
１５信号電流線
１６制御回路
１６ａ記憶部
１７，１７ａ，１７ｂ電力供給線
１８ａ，１８ｂ制御信号線
１９ａ，１９ｂ電力制御回路
７０，１７０，２７０センサ
７０ａ電力供給線
７０ｏ信号電流線
７０ｇグランド線
７２ケーブル
７２ａ，７２ｂ電力供給線
７２ｏ信号電流線
７２ｇグランド線
８０バッテリーモジュール
ＤＡ危険場所
ＳＣセンサ接続回路

Claims

センサから信号電流及び／又は信号電圧を受信する制御部と、
前記センサに電力を供給可能な複数の電力制御回路と、
前記電力制御回路に制御信号を入力する制御信号線と、
前記電力制御回路に電力を供給する電力供給線と、を備え、
前記制御部は、前記電力制御回路のいずれか１つを用いて前記センサに電力を供給する、
検出装置。
前記センサは、前記電力制御回路のいずれか１つから電力供給可能に構成され、
前記制御部は、複数の前記電力制御回路に対し順次電力を供給するよう前記制御信号を制御し、前記センサに電力供給した前記電力制御回路に基づいて前記センサの種別を判別する、
請求項１に記載の検出装置。
前記制御部は、前記信号電流及び／又は前記信号電圧を受信した場合に、前記センサに電力供給したと判断する、
請求項１から２のいずれか１つに記載の検出装置。
前記センサは、前記制御部に前記センサの前記種別を送信しない、
請求項１から３のいずれか１つに記載の検出装置。