JP5854952B2 - 信号送受信システム及び方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、信号送受信システム及び方法に関する。

産業プラントおよび発電プラント（単に「プラント」という）においては、多数の計器・センサが監視や制御に供するために設置される。例えば、大規模なプラントは、計器・センサを数百台以上有する。これら計器・センサが生成した信号は、布設されたケーブルを介して監視制御装置に入力される。監視制御装置は、これら信号をプラントの監視や制御に使用する。

今日においては、経済性の観点から、ケーブルを削減・合理化した「無線化」により信号を送受信する技術が提案されている。

送信装置は、計器・センサが生成した信号を受けて、その信号を無線信号に変換して送信する。送信装置は、計器・センサ数に応じて数百台の員数が必要となることから、低廉な単価コストと小容量電池での駆動とが求められる。従って、送信装置から発信される無線信号のパワーは、比較的弱い。

このため、信号を受信する受信装置（アンテナ）は、送信装置に対して比較的近傍に設置される必要がある。この距離的制限により、電波について規定した法律に制約されず、プラント外部への無線漏洩を防止するセキュリティの確保を可能とする。従来、例えば特許文献１には、近距離無線ネットワークを活用した信号送受信技術が提案されている。

特開２０１０−１２４０２７号公報

ところで、産業プラント内における現場エリアには、ポンプ、配管等、様々な設備・機器が輻輳して設置されている。特に、電源を供給して駆動する電気機器（電磁弁、電動機等）については、電力を供給するために、電源ケーブルがプラント内に布設される。

これら電気機器は、起動または停止の際に、急激な電圧変化が生じるため、電源ケーブル近傍では電磁誘導が発生する。そして電磁誘導が発生すると、電源ケーブル近傍では、誘導電圧や電磁波が発生してしまう。

近距離無線ネットワークにおける計器・センサなどの無線通信機器は、その特徴として低電力で駆動が可能であるが、一方で微小な電圧変化に影響を受けやすい。このため、電源ケーブルから発生する電磁誘導の影響を受けて、無線送信に係る機器が、誤作動を起こしてしまうという課題がある。

特許文献１の技術は、複数の送信装置と受信装置をプラント内に設置し、無線送受信システムを実現している。少数の計器センサで構成されるシステムであれば、電源ケーブルの配置を気にする必要はない。しかし、数百台を超える無線通信システムの場合は、電源ケーブルの配置を考慮して計器・センサ等を設置する必要がある。これはプラント設計上での課題となる。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、産業プラントにおいて、無線信号の送受信の信頼性を向上させる信号送受信技術を提供することを目的とする。

本実施形態の信号送受信システムは、信号を無線で送信する送信装置と、電源ケーブルを布設するケーブルトレイから空間を隔てて設置され、前記信号を受信する受信装置と、
前記受信装置からの前記信号を、前記ケーブルトレイに布設された伝送ケーブルを経由して受信する監視制御装置と、一方が任意の固定部材と接続され、他方は前記ケーブルトレイを支持する支持部材と、を備えて、前記受信装置は、前記支持部材及び取り付け部材を介して前記ケーブルトレイに取り付けられていることを特徴とするものである。

第一実施形態に係る信号送受信システムの概略を示す構成図。 第二実施形態に係る信号送受信システムの概略を示す構成図。 第三実施形態に係る信号送受信システムの概略を示す構成図。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る信号送受信システムの一例を構成図で示している。

本発明の実施形態に係る信号送受信システム２０（以下、単に「システム２０」という）は、信号ｓを無線で送信する送信装置１１と、電源ケーブル４を布設するケーブルトレイ７から空間を隔てて設置され、信号ｓを受信する受信装置１２と、受信装置１２からの信号ｄを、ケーブルトレイ７に布設された伝送ケーブル１５を経由して受信する監視制御装置１４と、から構成される。なお、図１では、送信装置１１を１つ、受信装置１２を３つで構成し配置されているが、各構成要素の数量、位置及び配置は図１に限定されない。

送信装置１１は、計器・センサ８が生成した信号を無線信号ｓに変換し、この無線信号ｓを無線で送信する。送信装置１１と計器・センサ８とは、有線ケーブル９に接続されて一体に構成される。送信装置１１は、一つの計器・センサ８と接続される例が開示されているが、複数の計器・センサ８が一つの送信装置１１に接続される場合もある。この場合、無線信号ｓには、複数の計器・センサ８を識別する識別子が付与される。

計器・センサ８は、プラント内の監視・制御されるプロセス量を計測するものであり、圧力、流量、温度を計測するトランスミッタや熱電対が例示される。なお、送信装置１１は、計器・センサ８に内蔵してもよい。

受信装置１２は、送信装置１１より送信された無線信号ｓを受信し、この無線信号ｓを伝送信号ｄに変換する。受信装置１２は、伝送ケーブル１５を介してリモートプロセス入出力装置１３（リモートＰＩ／Ｏ、ＲＰＩＯ）と接続される。したがって、受信装置１２は、伝送信号ｄをリモートプロセス入出力装置１３へ有線で送信する。

リモートプロセス入出力装置１３は、光ケーブル１６を介して監視制御装置１４と接続される。したがって、リモートプロセス入出力装置１３は、受信装置１２より受信した伝送信号ｄを監視制御装置１４へ有線で送信する。

受信装置１２に対して監視制御装置１４が遠方にある場合には、伝送信号ｄは監視制御装置１４に直接到達し得ない。このため、リモートプロセス入出力装置１３は、複数の受信装置１２と監視制御装置１４とを中継する中継装置として機能する。

監視制御装置１４は、受信装置１２からリモートプロセス入出力装置１３を介して、伝送信号ｄが入力される。監視制御装置１４は、伝送信号ｄから、どの計器・センサ８からの信号であるかを認識する。そして、計器・センサ８で検出したプロセス量を用いて、プラント内の監視制御を行う。

ここで、本発明の実施形態において送信装置１１と受信装置１２の間の無線通信方式として採用される、近距離無線ネットワークについて説明する。近距離無線ネットワークとは、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの標準規格化された無線通信方式をいう。

近距離無線ネットワークは、例えば約１５ｍの通信距離（距離的制限）を有するネットワークである。この通信距離は、プラントの規模や大きさ、電波について定められた法律に応じて適宜設定される。

送信装置１１および受信装置１２は、複数台間で無線通信する、いわゆるＮ対Ｎ方式で通信可能なように構成するのが好ましい。これにより、送信装置１１の周囲に障害物があっても、いずれかの受信装置１２が無線信号ｓを受信することが可能となる。

ケーブルトレイ７は、図示しない電動機等の電気機器に電力を供給するための電源ケーブル４を、プラント内に布設するためのものである。そして、受信装置１２からの伝送信号ｄを伝送する伝送ケーブル１５は、このケーブルトレイ７に布設される。これにより、伝送ケーブル１５を布設するために、新たにケーブルトレイ７を布設する必要が無い。

なお、伝送ケーブル１５のためにケーブルトレイ７とは別のケーブルトレイを別途布設することも考えられる。しかし、設備・機器が輻輳するプラント内の現場エリアは、ケーブル等の配線については最小限まで抑制され合理化されている。このため、伝送ケーブル１５を布設するために新たなケーブルトレイ７を設置することは、プラント設計の観点から想定し難い。

次に、受信装置１２の設置方法について説明する。受信装置１２は、取り付け部材２３を介して、ケーブルトレイ７に取り付けられる。取り付け部材２３は、電源ケーブル４近傍で発生する電磁誘導の影響を受けない長さ（例えば３０ｃｍ程度）を有するものである。これにより、電源ケーブル４と受信装置１２との間に、物理的距離を確保することが可能となる。

よって、受信装置１２は、電源ケーブル４近傍で電磁誘導が発生した場合でも、この電磁誘導により生じる誘導電圧や電磁波による影響を受けることは無い。なお、取り付け部材２３の長さは、電源ケーブル４で扱われる電力により適宜変更される。

システム２０は、電源ケーブル４の配置を考慮することなく、受信装置１２を設置することが可能となる。これにより、プラント設計上の負担を軽減することが可能となる。

（第二実施形態）
図２は、本発明の第二実施形態に係る信号送受信システムの一例を示す概略図である。第二実施形態における第一実施形態との相違点は、ケーブルトレイ７を支持するための支持部材２４をさらに備えている点にある。そして、受信装置１２は、支持部材２４及び取り付け部材２３を介して、ケーブルトレイ７に取り付けられている。なお、図２では、図１に示された電源ケーブル４等を省略して表している。

支持部材２４は、一方は図示しない任意の固定部材と接続され、他方はケーブルトレイ７と接続される。任意の固定部材とは、プラント２０内でケーブルトレイ７を固定し設置するのに適したものをいう。

受信装置１２は、取り付け部材２３を介して支持部材２４に接続されているため、電源ケーブル４から十分に離して設置することが可能である。これにより、電源ケーブル４と受信装置１２との間に、物理的距離を確保することが可能となる。このため、受信装置１２は、電源ケーブル４近傍で発生する電磁誘導の影響を受けること無く、無線信号ｓを受信可能となる。

（第三実施形態）
図３は、本発明の第三実施形態に係る信号送受信システムの一例を示す概略図である。第三実施形態における第二実施形態との相違点は、支持部材２４に連結する連結部材２５をさらに備えている点にある。そして受信装置１２は、支持部材２４、連結部材２５及び取り付け部材２３を介して、ケーブルトレイ７に取り付けられている。

連結部材２５は、複数の支持部材２４を連結して、支持部材２４の補強や手すりなどの用途を有する。これにより、電源ケーブル４と受信装置１２との間に、物理的距離を確保することが可能となる。受信装置１２は、電源ケーブル４近傍で発生する電磁誘導の影響を受けること無く、無線信号ｓを受信可能となる。

以上述べた少なくともひとつの実施形態の信号送受信システムによれば、受信装置１２を電源ケーブル４から空間を隔てて設置することにより、電源ケーブル４から発生する電磁誘導の影響を回避することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。なお、本実施形態の信号送受信システムは、火力・原子力などの発電プラント、および鉄鋼・化学・食品・医薬品などの産業プラントなどの各種プラントおよびこれらプラントに設置される信号送受信システムに適用し得る。

４ 電源ケーブル
７ ケーブルトレイ
８ 計器・センサ
９ 有線ケーブル
１１ 送信装置
１２ 受信装置
１３ リモートプロセス入出力装置（ＲＰＩＯ）
１４ 監視制御装置
１５ 伝送ケーブル
１６ 光ケーブル
２０ 信号送受信システム
２３ 取り付け部材
２４ 支持部材
２５ 連結部材
ｄ 伝送信号
ｓ 無線信号

Claims (3)

1. 信号を無線で送信する送信装置と、
   電源ケーブルを布設するケーブルトレイから空間を隔てて設置され、前記信号を受信する受信装置と、
   前記受信装置からの前記信号を、前記ケーブルトレイに布設された伝送ケーブルを経由して受信する監視制御装置と、
   一方が任意の固定部材と接続され、他方は前記ケーブルトレイを支持する支持部材と、を備えて、
   前記受信装置は、前記支持部材及び取り付け部材を介して前記ケーブルトレイに取り付けられていることを特徴とする信号送受信システム。
2. 請求項１に記載の信号送受信システムにおいて、
   前記支持部材に連結する連結部材をさらに備え、
   前記受信装置は、前記支持部材、前記連結部材及び前記取り付け部材を介して前記ケーブルトレイに取り付けられていることを特徴とする信号送受信システム。
3. 送信装置から信号を無線で送信するステップと、
   一方が任意の固定部材と接続され、他方は電源ケーブルを布設するケーブルトレイを支持する支持部材及び取り付け部材を介すことで前記ケーブルトレイから空間を隔てて設置された受信装置において前記信号を受信するステップと、
   前記受信装置が受信した前記信号を、前記ケーブルトレイに布設された伝送ケーブルを経由して受信することにより監視制御装置において監視制御するステップと、
   を含むことを特徴とする信号送受信方法。

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