JP5182471B2 - 電源装置 - Google Patents

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Description

本発明は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置に関する。
プラントに設置されるフィールド機器として、無線装置により上位装置との間で通信を行うものが知られている。無線通信を用いることにより、データ転送のための配線が不要となるため、配線コストを大幅に削減できるなどの利点がある。
無線装置は電池を電源として利用することができ、これにより、無線装置に電力を供給するための配線も不要となる。
特開２００３−１３４０３０号公報
しかし、プラントのように定期修繕の周期が数年間に１度といったような環境下では、次の保守時期までの期間、無線装置の動作を電池だけで継続させることは困難であり、電池の残存容量を管理するための点検保守コストが増大する。また、大容量の電池は大型となるため、実装が困難な場合もある。一方、電力供給のために配線することになると配線コスト等が発生し、無線を使用するメリットが半減する。このため、電池の交換期間を長くするために、データ収集の周期を長期化し、あるいはデータ収集時以外はスリープモードとするなどの消費電力量を低下させる技術が用いられている。また、消費電力を減らすため、通信相手との距離を極力短くすることも行われている。
このように、電池を電源とする無線装置では、消費電力を抑制するための制約が生じ、例えば、短い周期でのデータ収集が困難となる。また、電池が故障した場合や、寿命による電池交換時にデータ収集ができなくなるという問題もある。とくに、無線装置の消費電力が大きい場合には、現状では実用的な無線装置を得ることは困難である。なお、無線装置と、フィールド機器であるセンサーとを一体化した無線センサーも開発されているが、同様の問題が生じる。また、この場合には、電池をセンサーの電源としても使用することになるため、消費電力がより増加し、問題が深刻化する可能性もある。
本発明の目的は、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約がなく、保守コストを低減できる電源装置を提供することにある。
本発明の電源装置は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置において、上位装置と前記フィールド機器との間での中継を行う通信親局を備え、前記通信親局は、空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置と、前記発電装置から電力供給を受けるとともに、前記通信親局と前記上位装置との間での通信を行うための無線装置と、を具備し、前記発電装置、前記無線装置および前記フィールド機器が、互いに共通のフィールドバスを介して接続され、前記フィールドバスを介して前記発電装置から前記フィールド機器へ電力が供給されるとともに、前記フィールドバスを介して前記無線装置と前記フィールド機器との間でデータ通信が行われ、前記発電装置および前記無線装置は、前記通信親局の内部で前記フィールドバスを介して互いに接続され、前記無線装置は前記フィールドバスを介して前記発電装置から電力の供給を受けることを特徴とする。
この電源装置によれば、空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置からの電力供給により、無線装置およびフィールド機器を動作させるため、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約が発生しない。

前記通信親局は、前記発電装置からの電源供給を受けるとともに、前記無線装置を介する通信に基づいて、前記空気配管を介して供給された圧縮空気を用いてバルブの開度制御を行うバルブポジショナと、前記無線装置と前記バルブポジショナとの間でデータ通信を行うバスと、を具備してもよい。
前記フィールドバスによる通信方式として、ＩＥＣ６１７８４−１で規定される方式を用いてもよい。
本発明の電源装置によれば、空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置からの電力供給により、無線装置およびフィールド機器を動作させるため、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約が発生しない。
本発明の電源装置によれば、空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置からの電力供給により、無線装置およびバルブポジショナを動作させるため、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約が発生しない。また、同一の空気配管を無線装置およびバルブポジショナで共通に使用できる。
以下、図１〜図２を参照して、本発明による電源装置の実施形態について説明する。
図１は、一実施形態の電源装置の構成を示すブロック図である。
図１に示すように、本実施形態の電源装置は、複数のフィールド機器の通信親局として機能するフィールドバス親局１０として構成されている。フィールドバス親局１０は、発電を行う発電装置１と、発電装置１から電力供給を受けて動作する無線装置２と、を備える。
発電装置１および無線装置２には、プラントに配置されたフィールド機器５Ａ，５Ｂが接続されたフィールドバス６が、それぞれ接続されている。フィールドバス６は、ＩＥＣ６１７８４−１で規定される通信方式に適合するバスであり、フィールド機器５Ａ，５Ｂは、この通信方式に従うフィールドバス機器である。
図１に示すように、発電装置１には、プラントに設置されたバルブを駆動するための圧縮空気を供給する空気配管３が接続されている。発電装置１は、この圧縮空気の圧力と大気圧との差を利用して発電する。発電装置１は、無線装置２およびフィールド機器５Ａ，５Ｂの電力源として用いられる。フィールドバス６は、電力を発電装置１から無線装置２およびフィールド機器５Ａ，５Ｂに供給する経路として機能する。
無線装置２には無線通信用アンテナ２１が設けられ、無線装置２は、プラントの中央監視装置など、上位装置９との間で双方向の無線通信を実行する。また、無線装置２には、無線通信のためのデータと、ＩＥＣ６１７８４−１で規定される通信方式に従うデータとを双方向に変換する機能が設けられている。フィールドバス６は、フィールド機器５Ａ，５Ｂと無線装置２とを結ぶ通信バスとしても機能する。これにより、フィールド機器５Ａ，５Ｂは、フィールドバス親局１０を介して上位装置９との間で、双方向通信を行うことができる。
このように、本実施形態の電源装置では、既存のフィールドバス機器と、上位装置との間の無線による通信接続が可能となる。プロセスオートメーションの分野では、通常、複数のフィールドバス機器が比較的近接した場所に設置され、フィールドバス親局１０およびフィールド機器５Ａ，５Ｂを互いに接近して配置できる。このため、これらの機器間をフィールドバス６で接続することは容易であり、距離の離れたフィールドバス親局１０と上位装置との間を無線通信により接続することで、配線を減らすことによる利点を享受できる。
また、無線装置２およびフィールド機器５Ａ，５Ｂへの電力は、発電装置１により供給されるので、大容量の電池をフィールド機器や無線装置に実装する必要がなく、電池交換などの保守作業も不要となる。さらに、電池を電源とすることが現実的でない消費電力が大きなフィールド機器についても無線化することができる。また、消費電力の制約がなくなるため、データを短周期で収集することができる。
さらに、本実施形態の電源装置では、フィールドバス親局１０に無線装置２を設けているため、フィールド機器ごとに無線通信機能を設ける必要がない。このため、フィールド機器のコストや大きさを抑制できる。また、フィールド機器ごとに無線通信機能を設ける場合のように、多数の規格の無線装置が混在することが防止できるので、保守コストおよび開発コストを抑制できる。なお、図１では、１つのフィールドバス親局１０に２つのフィールド機器を接続しているが、より多数のフィールド機器を接続することもできる。また、１つのフィールドバス親局に１つのフィールド機器を接続してもよい。
図２は、フィールドバス親局の内部にバルブポジショナを設けた構成例を示すブロック図である。なお、図２において、図１と同一要素には同一符号を付し、その説明を省略する。
この例では、フィールドバス親局１０Ａは、空気配管３が接続された発電装置１、および無線装置２に加えて、フィールドバス機器であるバルブポジショナ７を備える。バルブポジショナ７は、フィールドバス６により発電装置１および無線装置２に接続されており、フィールドバス６を介して発電装置１から電力の供給を受ける。また、バルブポジショナ７は、フィールドバス６を介して無線装置２との間で、データのやり取りが可能とされている。バルブポジショナ７は、フィールド機器５Ａ，５Ｂと同様、フィールドバス親局１０Ａを介して上位装置９との間で双方向通信を行うことができる。
図２に示すように、バルブポジショナ７には、発電装置１と同様、空気配管３が接続されており、バルブポジショナ７は空気配管３から空気圧の供給を受ける。また、バルブポジショナ７は無線装置２およびフィールドバス６を介して受け取った上位装置９からのバルブ開口要求値データに基づき、電気・空気圧変換を実行し、バルブの開口値の現在値を利用してバルブ開口値を制御する。なお、バルブ開口要求値データは、フィールドバス６を介することなく、バス８を介して直接無線装置２から得てもよい。無線装置２とバルブポジショナ７とをバス８を介して直接接続する場合には、バルブポジショナ７のフィールドバス通信機能を省略することができる。
このように、図２の構成例によれば、バルブポジショナ７をフィールドバス親局１０Ａに設けているので、共通の空気配管３を発電装置１およびバルブポジショナ７に接続できるという利点がある。とくに、通常の空電変換ポジショナでは、もともと空気配管からの空気圧の供給を受けるものであるから、発電装置１のために新たに空気配管を空気圧供給源から敷設する必要はない。また、バルブポジショナ７は、フィールドバス親局１０Ａの内部でフィールドバス６を介し発電装置１および無線装置２に接続されるため、配線コストも問題とならず、無線通信の利点が得られる。
以上のように、本発明の電源装置によれば、プラントの設備である空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置からの電力供給により、無線装置およびフィールド機器を動作させるため、電源の配線コストが不要でフィールド機器の使用環境に制約が発生しない。
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置に対し、広く適用することができる。
一実施形態の電源装置の構成を示すブロック図。 フィールドバス親局の内部にバルブポジショナを設けた構成例を示すブロック図。
符号の説明
１ 発電装置
２ 無線装置
３ 空気配管
５Ａ，５Ｂ フィールド機器
７ バルブポジショナ
９ 上位装置

Claims (3)

  1. フィールド機器に向けて電力を供給する電源装置において、
    上位装置と前記フィールド機器との間での中継を行う通信親局を備え、
    前記通信親局は、
    空気配管内の気体の正圧または負圧によって発電を行う発電装置と、
    前記発電装置から電力供給を受けるとともに、前記通信親局と前記上位装置との間での通信を行うための無線装置と、
    を具備し、
    前記発電装置、前記無線装置および前記フィールド機器が、互いに共通のフィールドバスを介して接続され、前記フィールドバスを介して前記発電装置から前記フィールド機器へ電力が供給されるとともに、前記フィールドバスを介して前記無線装置と前記フィールド機器との間でデータ通信が行われ、
    前記発電装置および前記無線装置は、前記通信親局の内部で前記フィールドバスを介して互いに接続され、前記無線装置は前記フィールドバスを介して前記発電装置から電力の供給を受けることを特徴とする電源装置。
  2. 前記通信親局は、
    前記発電装置からの電源供給を受けるとともに、前記無線装置を介する通信に基づいて、前記空気配管を介して供給された圧縮空気を用いてバルブの開度制御を行うバルブポジショナと、
    前記無線装置と前記バルブポジショナとの間でデータ通信を行うバスと、
    を具備することを特徴とする請求項１に記載の電源装置。
  3. 前記フィールドバスによる通信方式として、ＩＥＣ６１７８４−１で規定される方式を用いることを特徴とする請求項１または２に記載の電源装置。
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