JP6164277B2 - 無線機器、入出力ユニット、無線ユニット、及び無線機器の設定方法 - Google Patents
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Description
無線フィールド機器に限らず、無線で通信を行う無線機器は、一般的に各国の法令に適合していることの認証(無線規格認証)を受ける必要がある。この無線規格認証は、基本的に無線機器の機種毎に受ける必要があるため、例えば無線通信部は同じであっても入出力部(センサやアクチュエータを含む)の種類や形状が異なる無線フィールド機器は、それぞれ無線規格認証を受ける必要がある。
無線フィールド機器は、上述した通り、内蔵されている電池から供給される電力によって動作する。このような無線フィールド機器は、センサやアクチュエータを含む入出力部の寿命よりも内蔵された電池の寿命が短いものが殆どであるため、電池の残容量が少なくなった場合には電池を交換する必要がある。電池の交換時には、無線通信部への電力供給のみならず入出力部への電力供給も停止するため、電池交換中は入出力部が状態量の測定や操作を行うことができない状態(オフライン)になってしまうという問題がある。
防爆の必要がある場所(防爆エリア)に設置されている無線フィールド機器は、無線フィールド機器及び電池が共に防爆規格を満たしていない限り、プラント稼働中に電池の交換を行うことができない。このため、無線フィールド機器及び電池の少なくとも一方が防爆規格を満たしていない場合に電池を交換する方法としては、点検等のためにプラントが停止していて可燃性のガスが用いられていないときに防爆エリアにて一斉に電池交換を行う方法と、無線フィールド機器を取り外して非防爆エリアにて電池交換を行ってから元の場所に再びフィールド機器を設置する方法とが考えられる。
この発明によると、入出力ユニットの入出力部で測定されたプロセスにおける状態量は、第1,第2局所通信部を介して無線ユニットに出力されて、無線ユニットの無線通信部から無線ネットワークに送信される一方、無線ネットワーク介して送信されてきたプロセスにおける状態量の操作指示は、無線ユニットの無線通信部で受信された後に、第2,第1局所通信部を介して入出力ユニットに出力され、入出力ユニットの入出力部において、操作指示に基づいた操作が行われる。
また、本発明の無線機器は、前記第1,第2局所通信部が、非接触で前記局所的な通信を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニットが、少なくとも前記入出力部及び前記第1供給部を収容する第1筐体(C1)を備えており、前記無線ユニットが、少なくとも前記無線通信部及び前記第2供給部を収容する第2筐体(C2)を備えていることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第1,第2筐体には、前記第1筐体に収容された前記第1局所通信部と前記第2筐体に収容された前記第2局所通信部との間で授受される信号を通過させる第1,第2信号通過部(W1、W2)がそれぞれ形成されており、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第1筐体に形成された前記第1信号通過部と前記第2筐体に形成された前記第2信号通過部とが前記信号を授受可能なように結合されることを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第1,第2筐体の何れか一方には、前記第1筐体に収容された前記第1局所通信部からの信号を通過させる第1信号通過部(W1)、或いは前記第2筐体に収容された前記第2局所通信部からの信号を通過させる第2信号通過部(W2)が形成されており、前記第1,第2筐体の何れか他方には、前記第1筐体の外部であって前記第2筐体に形成された前記第2信号通過部の近傍に配置された前記第1局所通信部、或いは前記第2筐体の外部であって前記第1筐体に形成された前記第1信号通過部の近傍に配置された前記第2局所通信部がケーブル(CB)を介して接続されていることを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットが、前記入出力ユニットに設定される第1設定情報(Q1)と前記無線ユニットに設定される第2設定情報(Q2)との少なくとも一方を記憶する記憶部(14、24)を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記第1,第2局所通信部が、前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示に加えて、前記第1,第2設定情報の授受が可能であることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第1供給部が、前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給される電力の給電を行う第1電源(PS1)を備え、前記第2供給部が、前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給される電力の給電を行う第2電源(PS2)を備えることを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第1供給部が、前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給される電力の給電を行う第1電源(PS1)を備え、前記第2供給部が、前記第1電源から給電される電力を受電して前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給することを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第2供給部が、前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給される電力の給電を行う第2電源(PS2)を備え、前記第1供給部が、前記第2電源から給電される電力を受電して前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給することを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第1,第2供給部が、外部電源(PS0)から給電される電力を、前記入出力部及び前記第1局所通信部と前記無線通信部及び前記第2局所通信部とにそれぞれ供給することを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記外部電源が、前記第1,第2供給部の双方に給電を行うことを特徴としている。
若しくは、本発明の無線機器は、前記外部電源が、前記第1,第2供給部の何れか一方に給電を行い、前記外部電源からの給電が行われない前記第1,第2供給部の何れか他方は、前記外部電源からの給電が行われる前記第1,第2供給部の何れか一方からの電力を受電することを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットが、前記第1,第2供給部間における電力の伝送を非接触で行う第1電力伝送部(17、27)及び前記外部電源からの受電を非接触で行う第2電力伝送部の少なくとも何れか一方を備えることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第1電力伝送部が、前記第1,第2局所通信部と一体化されていることを特徴としている。
若しくは、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット或いは前記無線ユニットが、前記第1供給部或いは前記第2供給部で受電された電力を蓄える蓄電部(29)を備えることを特徴としている。
本発明の入出力ユニットは、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット(10)であって、前記プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部(11a、11c)と、局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示の授受が可能な局所通信部(13)と、内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記入出力部及び前記局所通信部に供給する第1供給部(15)とを備えることを特徴としている。
本発明の無線ユニットは、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット(20)において、前記無線ネットワークを介した無線通信を行う無線通信部(21)と、局所的な通信を行って、前記無線通信部から送信すべき信号又は前記無線通信部で受信した信号の授受が可能な局所通信部(23)と、内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記無線通信部及び前記局所通信部に供給する第2供給部(25)とを備えることを特徴としている。
本発明の第1の態様による無線機器の設定方法は、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット(10)と、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット(20)とを備える無線機器(1)の設定方法であって、前記入出力ユニットに設定すべき情報であって前記無線ユニットに予め保存されている第1設定情報(Q1)を、前記無線ユニットと前記入出力ユニットとの間で局所的な通信を行って、前記無線ユニットから前記入出力ユニットに送信して設定するステップ(S16)を有することを特徴としている。
また、本発明の第2の態様による無線機器の設定方法は、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット(10)と、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット(20)とを備える無線機器(1)の設定方法であって、前記入出力ユニットに設定すべき第1設定情報(Q1)及び前記無線ユニットに設定すべき第2設定情報(Q2)を前記無線ユニットに登録する第1ステップ(S51、S52)と、前記無線ユニットに登録された前記第1,第2設定情報を前記入出力ユニットに登録する第2ステップ(S55、S58)と、前記無線ユニットの交換が行われた場合に、前記入出力ユニットに登録された前記第2設定情報を交換後の新たな無線ユニットに設定する第3ステップ(S62)とを有することを特徴としている。
図3は、本発明の一実施形態における無線機器の取付時動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、図3中の管理制御システム30は、不図示の無線ネットワークを管理するとともに無線機器1の動作を制御するシステムであって、例えばISA100.11aで規定されるシステムマネージャ及び分散制御システムの制御装置等を備えるシステムである。ここで、センサユニット10の不揮発性メモリ14には、図1に示すセンサユニット設定情報Q1が記憶されていないが、無線ユニット20の不揮発性メモリ24には、図1に示すセンサユニット設定情報Q1及び無線ユニット設定情報Q2の双方が予め記憶されているものとする。また、センサユニット10は、初期状態においては、スリープになっているものとする。
図4は、本発明の一実施形態における無線機器の交換時動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、センサユニット10に取り付けられている無線ユニット20の交換は、例えば無線ユニット20に故障が生じた場合、無線ユニット20の電源部25に設けられている電池の残容量が低下した場合、或いは無線ユニット20の脱離等によってセンサユニット10と無線ユニット20との間の通信(ローカル通信部13,23間の通信)ができなくなった場合等に行われる。以下では、電池の残容量の低下によって無線ユニット20が交換される場合を例に挙げて説明する。
10 センサユニット
11a 内部センサ
11b 外部センサ
11c センサインターフェイス
13 ローカル通信部
14 不揮発性メモリ
15 電源部
16 電源接続部
17 非接触電力伝送ユニット
20 無線ユニット
21 無線通信部
23 ローカル通信部
24 不揮発性メモリ
25 電源部
26 電源接続部
27 非接触電力伝送ユニット
29 蓄電部
C1,C2 筐体
CB ケーブル
Q1 センサユニット設定情報
Q2 無線ユニット設定情報
W1,W2 窓部
Claims (20)
- 状態量の測定又は操作を行う入出力部と、該入出力部の測定結果の送信又は該入出力部に対する操作指示の受信を行う無線通信部とを備える無線機器において、
前記入出力部と、局所的な通信を行って前記入出力部から得られる測定結果を送信し又は前記入出力部に対する操作指示を受信して前記入出力部に出力する第1局所通信部と、前記入出力部及び前記第1局所通信部に電力を供給する第1供給部と、前記入出力部及び前記第1局所通信部の少なくとも一方をスリープ状態にする制御を行って省電力動作を行わせる制御部とを備える入出力ユニットと、
前記無線通信部と、前記第1局所通信部との間で局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果を受信して前記無線通信部に出力し又は前記無線通信部から得られる前記入出力部に対する操作指示を前記第1局所通信部に送信する第2局所通信部と、前記無線通信部及び前記第2局所通信部に電力を供給する第2供給部とを備える無線ユニットと
を備えており、
前記無線ユニットは、前記第2局所通信部を介して前記入出力ユニットのスリープ状態を解除させるための起床要求を前記入出力ユニットに送信し、前記第2局所通信部を介して前記入出力ユニットに設定すべき設定情報を前記入出力ユニットに送信し、
前記入出力ユニットは、前記第1局所通信部で受信される前記起床要求に基づいて前記制御部の制御により前記スリープ状態を解除し、前記第1局所通信部で受信される前記設定情報の設定を行う
ことを特徴とする無線機器。 - 前記第1,第2局所通信部は、非接触で前記局所的な通信を行うことを特徴とする請求項1記載の無線機器。
- 前記入出力ユニットは、少なくとも前記入出力部及び前記第1供給部を収容する第1筐体を備えており、
前記無線ユニットは、少なくとも前記無線通信部及び前記第2供給部を収容する第2筐体を備えている
ことを特徴とする請求項2記載の無線機器。 - 前記第1,第2筐体には、前記第1筐体に収容された前記第1局所通信部と前記第2筐体に収容された前記第2局所通信部との間で送受信される信号を通過させる第1,第2信号通過部がそれぞれ形成されており、
前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第1筐体に形成された前記第1信号通過部と前記第2筐体に形成された前記第2信号通過部とが前記信号を送受信可能なように結合される
ことを特徴とする請求項3記載の無線機器。 - 前記第1,第2筐体の何れか一方には、前記第1筐体に収容された前記第1局所通信部からの信号を通過させる第1信号通過部、或いは前記第2筐体に収容された前記第2局所通信部からの信号を通過させる第2信号通過部が形成されており、
前記第1,第2筐体の何れか他方には、前記第1筐体の外部であって前記第2筐体に形成された前記第2信号通過部の近傍に配置された前記第1局所通信部、或いは前記第2筐体の外部であって前記第1筐体に形成された前記第1信号通過部の近傍に配置された前記第2局所通信部がケーブルを介して接続されている
ことを特徴とする請求項3記載の無線機器。 - 前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記入出力ユニットに設定される第1設定情報と前記無線ユニットに設定される第2設定情報との少なくとも一方を記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項1から請求項5の何れか一項に記載の無線機器。
- 前記第1,第2局所通信部は、前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示に加えて、前記第1,第2設定情報の送受信が可能であることを特徴とする請求項6記載の無線機器。
- 前記第1供給部は、前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給される電力の給電を行う第1電源を備え、
前記第2供給部は、前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給される電力の給電を行う第2電源を備える
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の無線機器。 - 前記第1供給部は、前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給される電力の給電を行う第1電源を備え、
前記第2供給部は、前記第1電源から給電される電力を受電して前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の無線機器。 - 前記第2供給部は、前記無線通信部及び前記第2局所通信部に供給される電力の給電を行う第2電源を備え、
前記第1供給部は、前記第2電源から給電される電力を受電して前記入出力部及び前記第1局所通信部に供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の無線機器。 - 前記第1,第2供給部は、外部電源から給電される電力を、前記入出力部及び前記第1局所通信部と前記無線通信部及び前記第2局所通信部とにそれぞれ供給することを特徴とする請求項1から請求項7の何れか一項に記載の無線機器。
- 前記外部電源は、前記第1,第2供給部の双方に給電を行うことを特徴とする請求項11記載の無線機器。
- 前記外部電源は、前記第1,第2供給部の何れか一方に給電を行い、
前記外部電源からの給電が行われない前記第1,第2供給部の何れか他方は、前記外部電源からの給電が行われる前記第1,第2供給部の何れか一方からの電力を受電する
ことを特徴とする請求項11記載の無線機器。 - 前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第1,第2供給部間における電力の伝送を非接触で行う第1電力伝送部を備えることを特徴とする請求項9から請求項13の何れか一項に記載の無線機器。
- 前記第1電力伝送部は、前記第1,第2局所通信部と一体化されていることを特徴とする請求項14記載の無線機器。
- 前記入出力ユニット或いは前記無線ユニットは、前記第1供給部或いは前記第2供給部で受電された電力を蓄える蓄電部を備えることを特徴とする請求項14又は請求項15記載の無線機器。
- 前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記外部電源からの受電を非接触で行う第2電力伝送部を備えることを特徴とする請求項11から請求項13の何れか一項に記載の無線機器。
- 状態量の測定又は操作を行う入出力ユニットであって、
前記状態量の測定又は操作を行う入出力部と、
局所的な通信を行って、前記入出力部から得られる測定結果を送信し又は前記入出力部に対する操作指示を受信して前記入出力部に出力する局所通信部と、
内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記入出力部及び前記局所通信部に供給する第1供給部と、
前記入出力部及び前記局所通信部の少なくとも一方をスリープ状態にする制御を行って省電力動作を行わせる制御部と
を備えており、
前記局所通信部で受信される起床要求に基づいて前記制御部の制御により前記スリープ状態を解除し、前記局所通信部で受信される設定情報の設定を行う
ことを特徴とする入出力ユニット。 - 無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニットにおいて、
前記無線ネットワークを介した無線通信を行う無線通信部と、
局所的な通信を行って、前記無線通信部から送信すべき信号を受信して前記無線通信部に出力し又は前記無線通信部で受信された信号を送信する局所通信部と、
内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記無線通信部及び前記局所通信部に供給する第2供給部と
を備えており、
前記局所通信部を介して請求項18記載の入出力ユニットのスリープ状態を解除させるための起床要求を送信し、前記局所通信部を介して前記入出力ユニットに設定すべき設定情報を送信する
ことを特徴とする無線ユニット。 - 請求項18記載の入出力ユニットと、請求項19記載の無線ユニットとを備える無線機器の設定方法であって、
前記入出力ユニットに設定すべき情報であって前記無線ユニットに予め保存されている第1設定情報を、前記無線ユニットの前記局所通信部と前記入出力ユニットの前記局所通信部との間で局所的な通信を行って、前記無線ユニットから前記入出力ユニットに送信して設定するステップを有することを特徴とする無線機器の設定方法。
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