JP6339951B2 - データ収集システム、データ収集方法、サーバ及びゲートウェイ - Google Patents

データ収集システム、データ収集方法、サーバ及びゲートウェイ Download PDF

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Description

本発明は、ゲートウェイ装置が収集ルールに基づいてセンサからデータを収集する技術に関する。
プラントや産業設備などでは、多数のセンサを機械設備等に設置して、センサのデータを計算機で収集し、計算機が機械設備の診断を行う技術が用いられている。機械設備の点検項目は多岐にわたり、また、プラントや産業設備内での監視対象は台数が多く、またセンサが物理量を取得する頻度は数ミリ秒〜数秒であり、ネットワークを介してセンサのデータを収集する場合に、通信コストが高くなるという問題がある。
通信コストを低減するために、例えば、特許文献1は、診断対象の機械設備の運転データをセンサで収集し、収集した運転データを符号化してデータ容量の圧縮を行い、圧縮したデータを機械設備から遠隔地にある中央施設側に送信し、中央施設側の計算機において圧縮化データに基づいて機械設備を診断する機器メンテナンス診断システムである。
機械設備が設置された産業設備側では、センサが収集した運転データで、機械設備の劣化の兆候を予備診断する。産業設備側で精密診断が必要と判断された場合には、精密診断を行う点検項目に関連する圧縮化データを中央施設側に送信する。中央施設側の計算機では受信した精密診断を必要とする点検項目の圧縮化データについて、過去の故障時のデータと対比して精密診断を行うシステムが提案されている。
また、特許文献2では、機器から収集した時系列データに対して実施した異常予兆診断結果に基づき、収集データの圧縮のための許容誤差を設定する。これにより、診断結果が正常である場合はデータ圧縮を行い、機器の異常の予兆が検知された期間はデータ圧縮を制限することにより、データの格納量を低減する技術が提案されている。
特許第4103467号 特許第5435126号
上記特許文献1および特許文献2の技術では、異常の予兆診断結果に基づいて機器から収集する時系列のセンサデータを取捨選択したり、収集頻度を変更することはできない。すなわち、機械設備のセンサが取得したデータを、ネットワークを介して中央施設側の計算機が収集するシステムでは、多数のセンサからのデータを受信して、機械設備の監視を行う。中央施設側の計算機が多数のセンサからのデータを処理するのに加えて、各センサを制御するには、計算機の処理の負荷が増大し、また、ネットワークの帯域も逼迫する。このため、中央施設側の計算機で、機械設備から収集する時系列のセンサデータを取捨選択したり、センサデータの収集頻度を変更するのは難しい。
診断対象の機械設備の負荷の度合や、疲労度合および異常度合いを示す値が大きく変化したときにデータの収集方法を制御するには、前記各度合いに応じて機械設備のプログラムやセンサの収集パラメータを変更する必要がある。このため、機械設備やセンサの設定変更の手順が複雑になり、運用コストが増大するといった課題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたもので、中央施設側の計算機やネットワークの負荷の増大を抑制して、センサから収集するデータの粒度を変更可能なデータ収集システム、データ収集装置およびデータ収集方法を提供することを目的とする。
本発明は、プロセッサとメモリを備えたサーバと、プロセッサとメモリを備えたゲートウェイと、前記サーバとゲートウェイとを接続する第1のネットワークと、監視対象物に設置されてセンサデータを出力する複数のセンサと、前記センサと前記ゲートウェイとを接続する第2のネットワークと、を有するデータ収集システムであって、前記サーバは、前記ゲートウェイから前記センサが出力した前記センサデータを受信して、前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する異常予兆検出部と、前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更する収集ルールを選択する収集ルール変更部と、前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する収集ルール送信部と、を有し、前記ゲートウェイは、前記センサの状態を取得して管理するセンサ状態蓄積部と、前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する収集ルール選択部と、前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得するセンサ受信部と、前記センサデータを前記サーバへ送信するデータ送信部と、を有する。
本発明によれば、サーバは所定のイベント(監視対象物に異常または異常の予兆)が発生するとゲートウェイに収集ルールを送信し、ゲートウェイは収集ルールを満足するようにセンサデータの粒度を制御する。これにより、センサデータの制御を、サーバが収集ルールの転送のみで実現してネットワークの通信量を低減し、かつ、サーバ側の処理負荷と運用コストの増大を抑制することができる。
本発明の第1の実施例を示し、データ収集システムの概要を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例を示し、データ収集システムの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例を示し、中央施設サーバの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例を示し、ゲートウェイの構成の一例を示すブロック図である。 本発明の第1の実施例を示し、データ収集システムで行われる収集ルールの指令とセンサからのデータを収集する処理の一例を示すシーケンス図である。 本発明の第1の実施例を示し、状況パターン蓄積部が管理する状況パターンテーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施例を示し、収集ルール蓄積部が管理する収集ルールテーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施例を示し、収集ルール変更条件蓄積部が管理する収集ルール変更条件テーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施例を示し、センサ状態蓄積部が管理するセンサ状態テーブルの一例を示す図である。 本発明の第1の実施例を示し、中央施設サーバの収集ルール変更部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第1の実施例を示し、ゲートウェイの収集ルール選択部で行われる処理の一例を示すフローチャートである。 本発明の第2の実施例を示し、ゲートウェイ及び配下のネットワークの構成の一例を示すブロック図である。
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、本発明の実施例を示し、データ収集システムの概要を示すブロック図である。本発明のデータ収集システムでは、監視対象となる機械や設備や構造物に、振動や温度などの物理量を測定するセンサ3−1〜3−nを複数配置する。センサ3−1〜3−nが測定したデータは、ゲートウェイ2−1〜2−nからネットワーク(WAN)70を介して中央施設サーバ1に送信される。なお、センサ3−1〜3−nの全体を示すときには「−」以下のない符号「3」で示し、個々のセンサを特定するときには、「−」以下の添え字を付加した符号を用いる。以下、他の構成要素の符号についても同様である。
図1では、センサ3−1に接続されたセンサノード(無線通信部)4−1が無線通ネットワークであるFAN(Field Area Network)80−1を介してゲートウェイ2−1に接続される。なお、センサ3とセンサノード4を接続するネットワークは、無線通信に限定されるものではなく、有線によって接続されても良い。なお、ゲートウェイ2は、異なるネットワーク間で通信を中継する中継装置であり、例えば、ルータなどで構成することができる。また、FAN80は無線通信に限定されるものではなく、有線を含んでいてもよい。なお、センサノード4に接続されるセンサ3の個数、およびゲートウェイ2に接続されるセンサノード4の個数は、その個数を限定するものではなく、様々な形態をとることができる。例えば、ゲートウェイ2には、複数のセンサノード4を接続する構成や、センサノード4には、複数のセンサ3を接続する構成でもよい。
また、ゲートウェイ2とセンサノード4は予め対応関係が設定され、ゲートウェイ2は配下のセンサノード4と通信を行う。
ひとつの監視対象にはひとつまたは複数のセンサ3が配置され、監視対象毎に少なくともひとつのゲートウェイ2が設置される。ゲートウェイ2は、センサ3から収集したデータ(以下、センサデータとする)をWAN70を介して中央施設サーバ1へ転送する。なお、ゲートウェイ2の配下には、複数の監視対象が存在しても良い。
ゲートウェイ2はセンサデータの収集に加え、配下のセンサ3の状態を監視し、センサ3を制御する。図1の例では、ゲートウェイ2の配下にセンサノード4を介してセンサ3が接続される例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、センサ3の数が多い場合や、監視対象内の機器や設備が離れている場合には、複数のゲートウェイ2を階層的に接続するようにしても良い。また、ひとつのセンサノード4は、複数のゲートウェイ2に接続するようにしても良い。
中央施設サーバ1は、ゲートウェイ2から受信したセンサデータに基づいて、監視対象のモニタリングや、センサデータの可視化、センサデータの分析あるいは監視対象の故障の予測等の付加価値を加えた情報処理を行って、監視対象を保守するユーザなどの顧客に提供する。
また、中央施設サーバ1は、監視対象のセンサデータに、故障(異常)や故障(異常)の予兆を検出すると、当該センサデータを収集したゲートウェイ2に対して、収集するセンサデータの粒度を向上させる指令を送出する。ゲートウェイ2は、配下のセンサ3の状態に応じて、中央施設サーバ1の指令を満たすように、センサ3の設定を変更し、センサ3から収集するデータの粒度を向上させる。なお、センサ3の設定には、後述するようにセンサ3の数を含めることができる。また、センサデータの粒度とは、センサデータの収集頻度や、収集するセンサ数に応じて増減するデータ数を含むものである。
また、監視対象のセンサデータが、異常から正常に戻ると、収集するセンサデータの粒度を低下させる指令を送出する。ゲートウェイ2は、配下のセンサ3の状態に応じて、中央施設サーバ1の指令を満たすように、センサ3の設定を変更し、センサ3から収集するセンサデータの粒度を低下させる。これにより、FAN80およびWAN70の通信負荷を低減し、また、センサ3およびセンサノード4の電力消費を低減できる。
センサデータの粒度は、例えば、センサ3からの収集頻度や、使用するセンサ3の数を変更することで、調整することができる。例えば、ひとつの機械に複数のセンサ3を設置しておき、通常はひとつのセンサ3でセンサデータを測定する。そして、当該センサデータに故障または故障の予兆が検出されると、複数のセンサ3を稼働させてセンサデータの粒度を向上させることができる。または、センサ3からセンサデータを取得する頻度を倍にして、収集するセンサデータを倍増させることで、センサデータの粒度を向上させることができる。
本発明のデータ収集システムでは、監視対象の故障や異常等の状態の変化を中央施設サーバ1で検出し、中央施設サーバ1はゲートウェイ2に対して監視対象からのセンサデータの粒度の変更(収集ルール)を指令する。ゲートウェイ2は、配下のセンサ3のそれぞれの状態を取得または蓄積しておき、中央施設サーバ1の指令(収集ルール)に応じてセンサデータの収集頻度や、センサデータを収集するセンサ3の数の増減などを実施してセンサデータの粒度を変更する。
これにより、中央施設サーバ1がセンサ3を直接制御する必要はなくなり、ゲートウェイ2に対してセンサデータの粒度の変更の指令を送信すれば多数のセンサ3を制御することができる。したがって、ゲートウェイ2で多数のセンサ3をそれぞれ制御しながらも、中央施設サーバ1の処理負荷の増大とWAN70の通信負荷増大を抑制できる。
中央施設サーバ1の監視対象としては、プラントや産業設備、輸送機器、自動販売機などの機械の監視の他に、橋梁、道路、トンネルなどの建造物を監視対象とすることができる。また、中央施設サーバ1の監視対象は機械や建造物にとどまらず、映像や市街地の環境(タウン情報)なども監視対象とすることができる。
図2は、データ収集システムの構成の一例を示すブロック図である。図2の例では、中央施設サーバ1がWAN70を介してゲートウェイ2に接続され、監視対象の機械9−1、9−2に設置された無線センサ5−1〜5−4からセンサデータを収集する。
機械9−1は、モータ90と圧縮機91で構成される。モータ90には、無線センサ5−1が設置され、圧縮機91には2つの無線センサ5−2、5−3が設置される。機械9−2には、無線センサ5−4が設置される。ここで、機械9−2は、機械9−1の圧縮機91を単体の機械(id=m002)として監視するための論理的なものである。すなわち、圧縮機91には、無線センサ5−2〜5−4が設置される。そして、無線センサ5−2、5−3が機械id=m001の機械9−1に所属し、無線センサ5−4が機械id=m002の機械9−2に所属する。
無線センサ5は、無線センサ5−4で示すように、機械9−2の状態を測定するセンサ3と、センサ3が測定したセンサデータをFAN80を介してゲートウェイ2へ送信する無線通信部40と、を有する。無線センサ5−1〜5−3についても、同様に構成される。なお、無線通信部40は、図1に示したセンサノード4に相当する。また、無線センサ5の電力は、図示しない電池(または蓄電池)などから供給することができる。なお、無線センサ5に太陽電池パネルを有する構成として電力を供給する構成でもよく、電池による駆動に限定するものではない。
また、センサ3は、例えば、温度センサと、振動周波数及び変位を測定する加速度センサを含む。なお、センサ3が測定する物理量については、監視対象に応じて適宜選択すれば良い。
ゲートウェイ2は、中央施設サーバ1からセンサデータの粒度の変更指令として収集ルールを受信し、各無線センサ5から取得した無線センサ5の状態に応じて、収集ルールを満足するように、センサデータの測定に使用する無線センサ5の数や収集頻度を選択する。
そして、ゲートウェイ2は、選択した無線センサ5に対して収集頻度の指令を送信してセンサデータを収集する。なお、ゲートウェイ2には、配下の無線センサ5の情報や、収集ルールの変更条件(後述)等の書き換えや情報の確認を行うために、入出力装置を含むゲートウェイ保守端末63が接続される。
ゲートウェイ2の機能要素について以下に説明する。ゲートウェイ2は、FAN80を介して無線センサ5と通信を行う無線送受信部210と、無線センサ5からのセンサデータを受け付けるセンサ受信部220と、WAN70を介して受信したセンサデータを中央施設サーバ1へ送信するデータ送信部230と、WAN70を介して中央施設サーバ1から収集ルールを受け付ける収集ルール送受信部270と、収集ルールの変更条件を管理する収集ルール変更条件蓄積部240と、配下の無線センサ5の状態を管理するセンサ状態蓄積部250と、センサデータを一時的に保持するセンサデータ蓄積部260と、センサ状態蓄積部250の無線センサ5の状態から、中央施設サーバ1から受け付けた収集ルールを満足する無線センサ5やセンサデータの収集頻度を選択する収集ルール選択部280と、選択された無線センサ5からセンサデータの収集を実行する収集ルール適用部290と、を含む。これらの機能要素は、図4に示す通信制御プログラム200として実装される。
無線センサ5からのセンサデータの収集を、ゲートウェイ2がポーリングで行う場合には、センサ受信部220が収集ルール選択部280で決定されたセンサデータの収集頻度に基づいて無線センサ5に対して処理を実施する。また、ゲートウェイ2の収集ルール送受信部270は、後述するように適用中の収集ルールを中央施設サーバ1と送受信することができる。
なお、無線センサ5からのセンサデータの収集を、ゲートウェイ2がポーリングで行う場合を説明したが、ゲートウェイ2の収集ルール選択部280で決定した収集ルールを無線センサ5に対して送信し、無線センサ5は受信した収集ルールに基づいてセンサ3の制御を行う構成でもよい。例えば、ゲートウェイ2は、収集ルール選択部280で、新たな収集ルールに基づいて、使用するセンサ3と収集頻度が決定されると、選択したセンサ3の制御情報として無線センサ5へ送信する。無線センサ5は、受信した制御情報に基づいて、選択されたセンサ3から所定の収集頻度でセンサデータを取得してゲートウェイ2へ送信する。なお、無線センサ5はセンサデータに機械id及びセンサidを付与してゲートウェイ2へ送信する。
ゲートウェイ2は、収集ルール選択部280で、新たな収集ルールに基づいて、使用する無線センサ5と収集頻度が決定されると、選択した無線センサ5に収集頻度を送信する。
無線センサ5は、受信した収集頻度に基づいてセンサ3からセンサデータを取得してゲートウェイ2へ送信する。なお、無線センサ5はセンサデータに機械id及びセンサidを付与してゲートウェイ2へ送信する。
WAN70を介してゲートウェイ2からセンサデータを収集する中央施設サーバ1の機能要素について、以下に説明する。
中央施設サーバ1は、ゲートウェイ2から受信したセンサデータに基づいて、機械9を監視して故障または故障の予兆を検出する。故障または故障の予兆を検出すると、中央施設サーバ1は、該当する機械9のゲートウェイ2に対して新たな収集ルールを指令する。
中央施設サーバ1は、ゲートウェイ2から送信されたセンサデータを受信してセンサデータ170に蓄積するセンサ受信部110と、受信したセンサデータに基づいて機械9の故障または故障の予兆を検出し、機械9の状態を状況パターンとして算出する故障予兆検出部120と、機械9の状況パターンを状況パターンテーブルに格納する状況パターン蓄積部130と、を含む。
さらに、中央施設サーバ1は、状況パターン蓄積部130が管理する状況パターンテーブルに蓄積された情報と、故障予兆検出部120からの状況パターンに基づいて、ゲートウェイ2の収集ルールを変更する収集ルール変更部150と、収集ルールを収集ルールテーブルに蓄積する収集ルール蓄積部140と、収集ルールをゲートウェイ2との間で送受信する収集ルール送受信部160とを含む。これらの機能要素は、図3に示す故障予兆検知プログラム100として実装される。
また、中央施設サーバ1には中央施設監視端末62が接続され、センサ受信部110で受信したセンサデータを保守員等が中央施設監視端末62によって監視する。また、中央施設サーバ1には、収集ルール蓄積部140に対して収集ルールの書込み、および収集ルールの変更を実施するための保守端末61が接続される。
なお、中央施設サーバ1、ゲートウェイ2、無線センサ5、機械9の数は、図2に限定されるものではない。
図3は、中央施設サーバ1の構成の一例を示すブロック図である。中央施設サーバ1は、演算処理を行うCPU11と、プログラムやデータを格納するメモリ12と、CPU11に接続されたI/Oインターフェース13と、I/Oインターフェース13に接続されてプログラムやデータを保持するストレージ装置14と、I/Oインターフェース13に接続されてWAN70との間で通信を行う通信装置15と、を含む。
I/Oインターフェース13は、例えば、PCIexpressで構成され、CPU11とI/Oデバイスと間の通信を行う。なお、図2に示したセンサデータ170は、ストレージ装置14に格納される。
メモリ12には、OS180がロードされてCPU11によって実行される。また、メモリ12には、故障予兆検知プログラム100がロードされてCPU11によって実行される。故障予兆検知プログラム100は、メモリ12に格納された状況パターンテーブル1300と、収集ルールテーブル1400を利用する。なお、図2に示した中央施設保守端末61と中央施設監視端末62は、図示しないLANを介して中央施設サーバ1に接続される。
故障予兆検知プログラム100は、図2に示したセンサ受信部110〜収集ルール送受信部160の各機能要素を含む。センサ受信部110〜収集ルール送受信部160の各機能要素は故障予兆検知プログラム100としてメモリ12にロードされる。
CPU11は、各機能部のプログラムに従って処理することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、CPU11は、収集ルール変更プログラムに従って処理することで収集ルール変更部150として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、CPU11は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。
センサ受信部110〜収集ルール送受信部160の各機能を実現するプログラム、テーブル等の情報は、ストレージ装置14や不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、SSD(Solid State Drive)等の記憶デバイス、または、ICカード、SDカード、DVD等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
図4は、ゲートウェイ2の構成の一例を示すブロック図である。ゲートウェイ2は、演算処理を行うCPU21と、プログラムやデータを格納するメモリ22と、CPU21に接続されたI/Oインターフェース23と、I/Oインターフェース23に接続されてWAN70との間で通信を行うWAN側通信装置24と、I/Oインターフェース23に接続されてFAN80との間で通信を行うFAN側通信装置25と、を含む。I/Oインターフェース23は、例えば、PCIexpressで構成され、CPU11とI/Oデバイスと間の通信を行う。
メモリ22には、OS290がロードされてCPU21によって実行される。また、メモリ22には、通信制御プログラム200がロードされてCPU21によって実行される。
通信制御プログラム200は、メモリ22に格納されたセンサ状態テーブル2500と、収集ルール変更条件テーブル2400を利用する。なお、図2に示したゲートウェイ保守端末63は、図示しないLANを介してゲートウェイ2に接続される。
通信制御プログラム200は、図2に示した無線送受信部210〜収集ルール適用部290の各機能要素を含む。無線送受信部210〜収集ルール適用部290の各機能要素は通信制御プログラム200としてメモリ22にロードされる。
CPU21は、各機能部のプログラムに従って処理することによって、所定の機能を提供する機能部として稼働する。例えば、CPU21は、収集ルール選択プログラムに従って処理することで収集ルール選択部280として機能する。他のプログラムについても同様である。さらに、CPU21は、各プログラムが実行する複数の処理のそれぞれの機能を提供する機能部としても稼働する。計算機及び計算機システムは、これらの機能部を含む装置及びシステムである。
無線送受信部210〜収集ルール適用部290の各機能を実現するプログラム、テーブル等の情報は、ストレージ装置や不揮発性半導体メモリ、ハードディスクドライブ、SSD(Solid State Drive)等の記憶デバイス、または、ICカード、SDカード、DVD等の計算機読み取り可能な非一時的データ記憶媒体に格納することができる。
図6は、状況パターン蓄積部130が管理する状況パターンテーブル1300の一例を示す図である。状況パターンテーブル1300は、中央施設サーバ1がゲートウェイ2から受信したセンサデータに基づいて故障予兆検出部120が状況パターン1311を算出し、状況パターン蓄積部130が状況パターン1311やセンサ受信部110で受信したセンサデータに基づき現況温度1308、現況振動周波数1309、現況変位1310を更新する。
状況パターンテーブル1300は、機械id1301と、種別1302と、型番1303と、ロット番号1304と、製造月1305と、設置月1306と、拠点識別子1307と、現況温度1308と、現況振動周波数1309と、現況変位1310と、状況パターン1311と、をひとつのレコードに含む。
機械id1301には、データ収集システムで監視の対象となる機械9の識別子が設定される。なお、機械id1301は、データ収集システム内でユニークであればよい。種別1302には、データ収集システムで監視の対象となる機械9の種類を示す名称(または識別子)が設定される。
機械の種類は、例えばモータ、圧縮機などである。図6の例では、機械id1301がm001で示すものに、モータと圧縮機が設定されていることを示す。これは、機械設備に付属する機械にモータと圧縮機が存在することを示す。このように、機械9毎に機械id1301を割り振っても良く、また、機械設備に付属する機械毎に機械idを割り振っても良く、データ収集システムで監視する対象を任意に設定することができる。
型番1303には、データ収集システムで監視の対象となる機械9の型式番号が設定される。ロット番号1304には、データ収集システムで監視の対象となる機械9が製造されたときのロット番号が設定される。ロット番号1304には、生産した工場などの情報が含まれる。
製造月1305には、データ収集システムで監視の対象となる機械9の製造年と製造月を設定する。設置月1306には、データ収集システムで監視の対象となる機械9の設置年と設置月が設定される。
拠点識別子1307には、データ収集システムで監視の対象となる機械9が設置されている場所を示す名称または識別子が設定される。なお、拠点識別子1307では、機械9が設置されている場所が区別できればよく、緯度や経度および住所などを用いても良い。
このように、機械id1301、種別1302、型番1303、ロット番号1304、製造月1305、設置月1306、拠点識別子1307を状況パターンテーブル1300に保存し、データ収集システムにおいて監視の対象となる機械9の情報を管理する。
現況温度1308には、無線センサ5が測定した機械9の最新の温度データが格納される。機械9の温度データとは、機械設備のカバー表面の温度や、機械9の内部の温度など、様々な温度データを含むことができる。
現況振動周波数1309には、無線センサ5が測定した機械9の最新の振動周波数が格納される。現況振動周波数1309とは、機械9の縦方向や横方向の振動周波数である。現況変位1310には、機械9の振動の振幅の値が格納される。
なお、ひとつの機械9について複数の無線センサ5のセンサデータを収集している場合には、現況温度1308〜現況振動周波数1309には、複数のセンサデータの平均値や代表値など、予め設定した値を格納したり、複数の無線センサ5あるいは複数のセンサ3を示す識別子とともにセンサデータを複数格納すれば良い。
現況温度1308、現況振動周波数1309、現況変位1310は、図5で説明するシーケンス図に基づいて中央施設サーバ1が受信する。なお、現況温度、現況振動周波数、現況変位を取得するために無線センサ5は、現況温度については温度センサ、現況振動周波数と現況変位については振動(加速度)センサを用いる。
状況パターン1311には、中央施設サーバ1の故障予兆検出部120において計算された機械9の状態を示す内容が格納される。故障予兆検出部120は、例えば、現況温度の閾値を30℃、現況振動周波数の閾値を70Hz、現況変位の閾値を2.5μmとする、機械9の状態を把握するための閾値を含む情報を有する。
そして、故障予兆検出部120は、現況温度と現況振動周波数と現況変位のうちいずれの値も閾値を超えていない状態を現況パターンlevel=0と判定する。また、故障予兆検出部120は、現況温度と現況振動周波数と現況変位のうちいずれかひとつの値が閾値を超えていた状態を現況パターンlevel=1と判定する。また、故障予兆検出部120は、現況温度と現況振動周波数と現況変位のうちいずれかふたつの値が閾値を超えていた状態を現況パターンlevel=2と判定する。
故障予兆検出部120は、上記閾値による判定結果を状況パターン蓄積部130に出力し、状況パターン蓄積部130が状況パターンテーブル1300に状況パターン1311を格納する。
図6の例では、機械idがm001の圧縮機においては、前記閾値のいずれも超えていないので、状況パターンはlevel=0と判定され、状況パターン1311に判定内容が保存される。また、機械idがm001のモータにおいては、現況温度が閾値の30℃を超えているため、状況パターンはlevel=1と判定され、状況パターン1311に判定内容が保存される。機械idがm004のモータにおいては、現況温度が閾値の30℃を超え、現況振動周波数が閾値を超え、かつ、現況変位も閾値を超えているため、状況パターンはlevel=2と判定され、状況パターン1311に当該判定内容が保存される。
閾値は、ひとつではなく複数の閾値を用いて故障または故障の予兆を判定することができる。例えば、現況変位1310の閾値を、第1の閾値が「0.4μm」、第2の閾値が「1μm」、第3の閾値が「2.5μm」とする。
そして、故障予兆検出部120は、現況変位1310が第1の閾値未満であれば正常と判定して、状況パターンはlevel=0と判定する。故障予兆検出部120は、現況変位1310が第2の閾値以上、かつ、第3の閾値未満であれば故障の予兆と判定して、状況パターンはlevel=1と判定する。さらに、故障予兆検出部120は、現況変位1310が第3の閾値を超えていれば故障と判定して、状況パターンはlevel=2と判定する。
このように、故障予兆検出部120は、ゲートウェイ2から無線センサ5のセンサデータを受信すると、機械9の現況温度、現況振動周波数、現況変位に基づいて、機械9の状況を判定することができる。この判定により、例えば、機械9が正常に稼働しているか、あるいは冷却不足や高負荷の運転に伴う温度上昇があることや、機械9の据え付けボルトの緩みに伴う振動周波数と変位の上昇を判定することができる。
また、ひとつ機械id1301に複数の無線センサ5が設置される場合、故障予兆検出部120は、図9のセンサid2502毎に複数の状況パターンを算出し、ひとつの機械9の状況パターンのうち最も悪い値を状況パターンテーブル1300の状況パターン1311に設定する。あるいは、状況パターンを数値で表す場合には、ひとつの機械9の複数の状況パターンの平均値を状況パターン1311に設定してもよい。
なお、本実施例では、現況温度1308と、現況振動周波数1309と、現況変位1310について、それぞれ閾値を用いて状況パターン1311を算出する例を示したが、これに限定されるものではなく。現況振動周波数1309を高速フーリエ変換などによって周波数解析した結果に応じて、状況パターンの判定を行うようにしてもよい。
図7は、中央施設サーバ1の収集ルール蓄積部140が管理する収集ルールテーブル1400の一例を示す図である。収集ルールテーブル1400は、中央施設保守端末61等によって予め設定され、収集ルール蓄積部140によってメモリ12に格納される。
収集ルールテーブル1400は、機械id1401と、状況パターン1402と、収集ゲートウェイ1403と、収集ルール1404と、をひとつのレコードに含む。
収集ルールテーブル1400は、機械id1401と状況パターン1402level=0〜2の組み合わせに基づいて、センサデータを収集するゲートウェイ2に設定する収集ルールを予め設定したテーブルである。このテーブル1400は、保守端末61等によって予め設定され、収集ルール蓄積部140によってメモリ12に格納される。
機械id1401は、前述の図6の状況パターンテーブル1300の機械id1301と同様であり、状況パターン1402も、前述の図6の状況パターンテーブル1300の状況パターン1311と同様である。
収集ゲートウェイ1403は、機械id1401で特定される機械9の監視を、いずれのゲートウェイ2が担っているかに基づいて、収集ゲートウェイの名称または識別子が設定される。例えば、機械id1401がm001で設定された機械は、収集ゲートウェイ1403がgw1に設定され、機械id1401がm002に設定された機械9は、収集ゲートウェイ1403がgw1に設定されて、監視するように設定される。
収集ルール1404は、機械id1401と状況パターン1402の組み合わせに基づいて、適用する収集ルールの名称または識別子が設定される。例えば、機械id1401がm001で、状況パターンがlevel=0の場合はpt1−0で示す収集ルールが設定される。この例では、機械9が正常な状態での収集ルール1404がpt1−0として設定される。
なお、収集ルールテーブル1400に設定される収集ルールの名称または識別子は、図8で後述する収集ルール変更条件テーブル2400の収集ルール2402の名称または識別子に対応する。
図8は、ゲートウェイ2の収集ルール変更条件蓄積部240が管理する収集ルール変更条件テーブル2400の一例を示す図である。
収集ルール変更条件テーブル2400は、機械id2401と、収集ルール2402と、適用状況2403と、収集センサ数2404と、収集頻度2405と、をひとつのレコードに含む。収集ルール変更条件テーブル2400は、ゲートウェイ2が無線センサ5からセンサデータを収集する条件を機械と収集ルールの組み合わせに基づいて予め設定したテーブルである。
機械id2401には、前述の図6、図7と同様に、機械9の識別番号が設定される。収集ルール2402には、前述の図7と同様に、当該機械9に適用可能な収集ルールが設定される。
適用状況2403には、当該機械id2401に適用されている収集ルール2402を設定する。適用状況2403が「適用中」のレコードの収集ルール2402が、現在機械id2401の機械9に設定されていることを示す。なお、適用されていない収集ルール2402については、適用状況2403に「未適用中」が設定される。
収集センサ数2404には、機械id2401の機械9を監視する無線センサ5の数が設定される。無線センサ5の数は、例えば、初期値は1であり、収集ルール=Pt1−1が指令される度に「+1」となり、収集ルール選択部280は、機械id2401に設置された複数の無線センサ5からひとつを選択して監視用に追加する。
図示の例では、収集ルール2402=pt1−0であれば、無線センサ5の数(2404)と収集頻度(2405)は変更されない。一方、収集ルール2402=pt1−1であれば、無線センサ5の数をひとつ追加し、収集する頻度を2倍(周期を半分)に変更する。また、収集ルール2402=pt1−2であれば、無線センサ5の数を5つ追加し、収集する頻度を10倍に変更する。
なお、図示の例では、収集センサ数2404を増大する例を示したが、故障箇所の修理後などでは状況パターンが正常に戻る。このように、状況パターンが故障(level=2)または故障の予兆(level=1)から正常(level=0)に戻る場合もあるので、収集センサ数2404を減少させる収集ルール2402を設定しておくことが望ましい。
収集頻度2405は、ゲートウェイ2が無線センサ5からセンサデータを取得する頻度(または周期)を設定する。例えば、ゲートウェイ2が無線センサ5からセンサデータを取得する周期の初期値を10秒とする。
図示の例では、収集ルール2402=pt1−0であれば、収集頻度は変更されない。一方、収集ルール2402=pt1−1であれば、収集頻度は2倍となり、すなわち、5秒周期でゲートウェイ2がセンサデータを取得する。さらに、収集ルール2402=pt1−2であれば、収集頻度は10倍となり、初期値からの変更であれば、1秒周期でゲートウェイ2がセンサデータを取得する。
収集ルール変更条件テーブル2400は、機械9に設置された無線センサ5の数に応じて収集センサ数2404を設定する必要があるので、機械9の近くのゲートウェイ保守端末63から収集ルール変更条件テーブル2400を設定することが望ましい。あるいは、中央施設サーバ1が、収集ルール変更条件テーブル2400をゲートウェイ2へ送信し、ゲートウェイ保守端末63で調整するようにしてもよい。
なお、図示の例では、収集頻度2405を増大する例を示したが、故障箇所の修理後などでは状況パターンが故障(level=2)から正常(level=0)に戻るので、状況パターンが故障または故障の予兆から正常に戻る場合には、収集頻度2405を減少させる収集ルール2402を設定しておくことが望ましい。
図9は、ゲートウェイ2のセンサ状態蓄積部250が管理するセンサ状態テーブル2500の一例を示す図である。センサ状態テーブル2500は、ゲートウェイ2によって管理され、無線センサ5の状態及びセンサデータの測定条件が設定される。また、センサ状態テーブル2500は、無線センサ5の品質を示すテーブルとしても利用される。
センサ状態テーブル2500は、機械id2501と、センサid2502と、送信状況2503と、収集頻度2504と、電波状態2505と、ホップ数2506と、電池残量2507と、をひとつのレコードに含む。
機械id2501は、状況パターンテーブル1300と同様に機械9の識別子が設定される。センサid2502には、機械id2501の機械9に設置された無線センサ5の識別子が付与される。なお、センサid2502は、ゲートウェイ2の配下でユニークであればよい。
送信状況2503は、当該無線センサ5のセンサデータをゲートウェイ2が中央施設サーバ1へ送信しているか否かを示す。例えば、当該無線センサ5のセンサデータを中央施設サーバ1が取得していれば「送信中」の値が格納される。一方、ゲートウェイ2が当該無線センサ5のセンサデータを中央施設サーバ1へ送信していなければ「停止中」の値が格納される。
収集頻度2504には、ゲートウェイ2が当該無線センサ5のセンサデータを取得する周期が格納される。電波状態2505には、当該無線センサ5が送信する電波の強度を評価した値が格納される。例えば、ゲートウェイ2は、無線センサ5が送信する電波強度が予め設定された閾値を超えていれば「良」を設定し、閾値以下であれば「悪」を設定する。なお、電波強度は、例えば無線の受信信号強度RSSI(Received Signal Strength Indication)や、無線センサ5がゲートウェイ2に送信したデータの到達率などから推定する情報を用いる。
ホップ数2506には、ゲートウェイ2が当該無線センサ5と通信する経路の中継局(または中継設備)の数が格納される。無線センサ5は、ゲートウェイ2からの距離が離れている場合などでは、ゲートウェイ2の配下の中継局を介して通信することができる。なお、中継局としては他の無線センサ5が当該無線センサ5のセンサデータを転送してもよい。また、図示の例ではゲートウェイ2をホップ数=1としてカウントしている。
電池残量2507には、無線センサ5に電力を供給する図示しない電池の残量が格納される。ゲートウェイ2は、無線センサ5と通信する際に電波強度やホップ数及び電池残量を取得することができる。ゲートウェイ2は、収集頻度とは異なる所定のタイミングで無線センサ5に電池残量2507等を問い合わせて、センサ状態テーブル2500に格納してもよい。なお、無線センサ5の電波状態2505、ホップ数2506、および電池残量2507は、無線センサ5がゲートウェイ2に送信するセンサデータに含めても良く、あるいはゲートウェイ2が所定のタイミングで無線センサ5に問い合わせても良く、さらに無線センサ5が自発的にゲートウェイ2に送信しても良い。
ゲートウェイ2は、センサ状態テーブル2500を読み込んで、無線センサ5の品質情報を評価し、無線センサ5の品質状態を算出する。なお、ゲートウェイ2は、センサ状態テーブル2500を読み込んで、無線センサ5が出力するセンサデータの品質情報を評価し、無線センサ5が出力するセンサデータの品質状態を算出してもよい。
品質情報は、無線センサ5を評価するデータを示す。品質状態は同一の機械9の複数の無線センサ5のセンサデータうち、ゲートウェイ2がいずれの無線センサ5のセンサデータを選択するかの指標を示す。
無線センサ5の品質情報とは、例えば、電波状態2505、ホップ数2506、電池残量2507を含む。ゲートウェイ2は、新たに無線センサ5を追加する場合、電波状態2505が「停止中」の無線センサ5のうち、最も品質状態の良い無線センサ5を選択する。
ここで、無線センサ5の品質状態は、第1に電波状態2505が「良」であり、第2にホップ数2506が少なく、第3に電池残量2507が最も多いセンサid2502が、品質状態の良い無線センサ5とする。この場合、センサデータを選択する指標は、電波状態2505が所定値=「良」であり、ホップ数2506が最小で、電池残量2507が最大となる。
品質状態から使用する無線センサ5を選択する際には、上記の他に、品質状態が予め設定した条件を満たし、かつ、収集ルールを満たす無線センサ5を選択することができる。例えば、品質状態は電波状態2505、ホップ数2506、電池残量2507を数値化して各数値の和や積などに基づいて、最も品質状態がよく、かつ収集ルールを満たす無線センサ5を選択しても良い。例えば、電波状態2505が「良」であれば品質状態の値は「1」とし、「悪」であれば品質状態の値は「0」とする。ホップ数2506の品質状態の値は、1/ホップ数とする。電池残量2507の品質状態の値は、電池残量(%)とする。そして、各品質情報の値の積が最大となる無線センサ5で、収集ルールを満たす無線センサ5を、最適の無線センサ5として選択すれば良い。
また、ゲートウェイ2は、現在使用中の無線センサ5の電波状態2505や電池残量2507が低下した場合、同一の機械id2501で送信状況2503が現在「送信中」のセンサid2502に、現在使用中の無線センサ5よりも品質状態が良いものがあれば交替してもよい。なお、電波状態2505や電池残量2507の低下の判定は、電波状態2505が「悪」に変化した場合や、電池残量2507が所定の閾値未満になった場合である。また、ゲートウェイ2は、電波状態2505や電池残量2507を取得したときに前記低下の判定を行うことができる。
また、センサ状態テーブル2500のうち、送信状況2503と収集頻度2504は、センサデータを測定する条件(収集ルール変更条件テーブル2400)に応じた設定が格納される。この設定は、センサデータの取得に関する設定で、無線センサ5の数と、無線センサ5からセンサデータを取得する周期が決定される。
なお、無線センサ5の「停止中」は、ゲートウェイ2が当該無線センサ5のセンサデータを中央施設サーバ1に送信していない状態を示す。このため、「停止中」は、無線センサ5の電源がONでスタンバイの状態や、スリープ状態あるいは電源OFFの状態を含むものとする。
図5は、中央施設サーバ1で行われる収集ルールの指令と無線センサ5からのデータを収集する処理の一例を示すシーケンス図である。この処理は、中央施設サーバ1の故障予兆検出部120が故障の予兆を検知して状況パターン1311を変更し、収集ルールの変更をゲートウェイ2へ指令する例を示す。
中央施設サーバ1の収集ルール変更部150は、状況パターンテーブル1300から機械9の状況パターン1311の変更を検出して、変更された状況パターン1311及び機械id1301に対応する収集ルール1404と収集ゲートウェイ1403を取得する(S1)。中央施設サーバ1の収集ルール送受信部160は、取得した収集ルール1404と機械id1301を収集ゲートウェイ1403(gw1)へ送信する(S2)。なお、ゲートウェイ2の配下に監視対象の機械9がひとつしかない場合には、機械id1301を特定する必要がないので、省略してもよい。
ゲートウェイ2(gw1)は収集ルール送受信部270で、収集ルールと機械idを受信する(S3)。
次に、収集ルール選択部280は、受信した機械idに対応する収集ルール2402で、現在、適用状況2403が「適用中」となっているフィールドを「未適用中」に更新する。収集ルール選択部280は、受信した機械idと収集ルール2402に対応する適用状況2403を「適用中」に更新する。そして、当該レコードの収集センサ数2404と収集頻度2405を取得する。収集ルール選択部280は、収集センサ数2404と収集頻度2405に応じて、追加または変更する無線センサ5を選択し、収集頻度を算出する(S4)。
収集ルール選択部280は、選択したセンサid2502の送信状況2503を「送信中」に更新し、収集頻度2504を設定してセンサ状態テーブル2500を更新する。
収集ルール適用部290は、選択したセンサid2502の無線センサ5に対して、新たに設定した収集頻度2504でセンサデータを要求する(S5)。無線センサ5は、ゲートウェイ2からの要求を受け付けるとセンサ3からセンサデータを取得し、ゲートウェイ2へ応答する(S6)。
なお、無線センサ5からのセンサデータの収集を、ゲートウェイ2がポーリングで行う場合を説明したが、ゲートウェイ2の収集ルール選択部280で決定した収集ルールを無線センサ5に対して送信し、無線センサ5は受信した収集ルールに基づいてセンサ3の制御を行う構成でもよい。例えば、ゲートウェイ2は、収集ルール選択部280で、新たな収集ルールに基づいて、使用するセンサ3と収集頻度が決定されると、選択したセンサ3の制御情報として無線センサ5へ送信する。無線センサ5は、受信した制御情報に基づいて、選択されたセンサ3から所定の収集頻度でセンサデータを取得してゲートウェイ2へ送信する。なお、無線センサ5はセンサデータに機械id及びセンサidを付与してゲートウェイ2へ送信する。
ゲートウェイ2は、収集ルール選択部280で選択した新たな収集ルールに基づいて、使用する無線センサ5と収集頻度が決定されると、選択した無線センサ5に収集頻度を送信する。
無線センサ5は、受信した収集頻度に基づいてセンサ3からセンサデータを取得してゲートウェイ2へ送信する。なお、無線センサ5はセンサデータに機械id及びセンサidを付与してゲートウェイ2へ送信する。
ゲートウェイ2のセンサ受信部220は、無線センサ5からのセンサデータを受信すると(S7)。ゲートウェイ2は、センサデータに機械idとセンサidを付加してセンサデータ蓄積部260とデータ送信部230へ送信する。データ送信部230は、中央施設サーバ1にセンサデータに機械idとセンサidを付加して送信する(S8)。なお、ゲートウェイ2の配下にひとつの機械9のみが監視対象となっている場合には、機械idを省略しても良い。
中央施設サーバ1では、センサ受信部110がセンサデータを受け付けて、故障予兆検出部120が当該センサデータを解析して故障または故障の予兆を検出する(S9)。
以上の処理により、中央施設サーバ1による故障または故障の予兆を検出と、収集ルールの変更が行われ、中央施設サーバ1は、故障などの状態の変化が発生した機械idを管理するゲートウェイ2へ新たな収集ルールを通知する。ゲートウェイ2は、収集ルールと機械idに基づいて、追加や変更する無線センサ5のidと収集頻度2504を決定し、センサデータの取得を開始する。
このように、中央施設サーバ1は、センサデータの粒度を変更する機械9と、収集ルールを決定してゲートウェイ2へ送信するだけで良く、ゲートウェイ2が無線センサ5の詳細な選択と収集頻度の設定及び品質状態の管理を実行する。このため、中央施設サーバ1は無線センサ5を制御する必要はないので、多数のセンサを有するデータ収集システムであっても中央施設側の計算機の処理負荷の増大を抑制することができる。また、中央施設サーバ1は、センサデータの粒度を変更する機械9と収集ルールをゲートウェイ2へ送信すれば良いので、多数のセンサを制御するためにWAN70の通信負荷が増大するのを抑制できる。
また、ゲートウェイ2は、同一の機械9に余剰の無線センサ5がある場合、品質状態が低下した無線センサ5に代わって、余剰の無線センサ5のうち品質状態のよいものに交換することができる。ゲートウェイ2が自律的に配下の無線センサ5を管理することで、中央施設サーバ1が無線センサ5を管理する場合に比してWAN70の通信負荷をさらに低減できる。
図10は、中央施設サーバ1の収集ルール変更部150で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、故障予兆検出部120から状況パターン1311が出力されたときに実行される。
まず、収集ルール変更部150は、故障予兆検出部120が状況パターンテーブル1300の状況パターン1311を変更したか否かを判定する(S21)。状況パターン1311が変更されていればステップS22へ進む。一方、状況パターン1311が変更されていない場合は、そのまま処理を終了する。
ステップS22では、収集ルール変更部150が状況パターンテーブル1300を参照して、状況パターン1311が変更された機械id1301と状況パターン1311を読み込む。これにより、故障または故障の予兆が発生した機械9が特定され、当該機械9の状況パターンが選択される。
ステップS23では、収集ルール変更部150が、上記読み込んだ機械id1301と状況パターン1311で収集ルールテーブル1400を検索して、収集ゲートウェイ1403と収集ルール1404を選択する。
ステップS24では、収集ルール変更部150が、上記選択した収集ゲートウェイ1403に対して、上記読み込んだ収集ルール1404と機械id1301を送信する。これにより、ゲートウェイ2の配下に複数の機械9が設置される場合、ゲートウェイ2は、いずれの機械9に対する収集ルールであるかを特定できる。
以上の処理によって、機械9の故障や故障の予兆が検出されると、収集ルール変更部150は、状況パターン1311に対応する収集ルールを収集ゲートウェイ1403に対して送信し、センサデータの粒度の変更を要求する。
図11は、ゲートウェイ2の収集ルール選択部280で行われる処理の一例を示すフローチャートである。この処理は、ゲートウェイ2が中央施設サーバ1から収集ルールを受信したときに実行される。
まず、ゲートウェイ2の収集ルール送受信部270は、中央施設サーバ1から収集ルールを受信する(S31)。収集ルール選択部280は、中央施設サーバ1が収集ルールを変更したか否かを判定する(S32)。
収集ルール選択部280は、受信した収集ルールと機械idで収集ルール変更条件テーブル2400を参照し、該当するレコードの適用状況2403が「未適用中」であれば、収集ルールが変更されたと判定する。収集ルールが変更されていればステップS33へ進む。一方、収集ルールが変更されていない場合には、そのまま処理を終了する。
ステップS33では、収集ルール選択部280が収集ルール変更条件テーブル2400を参照し、収集ルール2402に該当する収集センサ数2404と収集頻度2405を取得する。
ステップS34では、収集ルール選択部280が、収集センサ数2404を満たすように無線センサ5を選択する。例えば、収集センサ数が増加する場合、収集ルール選択部280は、センサ状態テーブル2500で、送信状況2503が「停止中」の無線センサ5から品質状態のよいものを選択し、送信状況2503を「送信中」に更新する。
ステップS35では、収集ルール選択部280が、収集頻度2405を満たすように新たな値を算出する。
例えば、収集頻度を高める場合、収集ルール選択部280は、センサ状態テーブル2500の収集頻度2504を取得して、収集ルール変更条件テーブル2400の収集頻度2405に応じて新たな値を算出し、センサ状態テーブル2500の収集頻度2504を更新する。
ステップS36は、収集ルール選択部280が更新したセンサ状態テーブル2500を適用し、新たな無線センサ5の数と収集頻度でセンサデータの取得を開始する。
以上の処理によって、中央施設サーバ1から収集ルールを受信すると、ゲートウェイ2は収集ルールの変更条件に応じて、機械9を監視する無線センサ5の数や、センサデータの収集頻度を変更し、センサデータの粒度を変更することができる。ゲートウェイ2は、配下の複数の無線センサ5の品質状態を監視しているので、無線センサ5の中から通信状態が良く、安定したものを選択することができる。
以上のように、本実施例によれば、中央施設サーバ1が所定の状態の変化が発生するとゲートウェイ2(中継装置)に新たな収集ルールを送信し、ゲートウェイ2は無線センサ5の品質状態に基づいて、収集ルールを満足するように無線センサ5が出力するセンサをデータの粒度を制御する。これにより、無線センサ5の制御を収集ルールの転送のみで実現することでWAN70の通信量を低減し、かつ、中央施設サーバ1側の処理負荷と運用コストの増大を抑制することができるのである。
また、本実施例の無線センサ5の制御は、センサデータの粒度の制御であり、ひとつの機械9の状態を監視する無線センサ5の数を増大させることで、センサデータの粒度を向上させることができる。また、無線センサ5からセンサデータを収集する頻度を高める(周期を短縮)ことで、センサデータの粒度を向上させることができる。
本発明では、特に大規模なデータ収集システムにおいて有意な効果を奏する。例えば、ゲートウェイ2の数が1000台、各ゲートウェイ2の配下に無線センサ5が500台接続されているとする。
前記従来例では、中央施設のサーバで無線センサの制御を行うため、全ての無線センサを制御するには、サーバからすべての無線センサへ指令を送信する必要があるので、サーバは50万回の指令を送信する必要がある。
これに対して、本発明では、各ゲートウェイ2へ1回だけ収集ルールを送信すればよいので、中央施設サーバ1は1000回の指令を送信すればよいので、前記従来例に比して大幅にWAN70の通信負荷を低減することができる。
なお、上記実施例1では、監視対象の一例として機械9に無線センサ5(センサ3)を設置する例を示したが、これに限定されるものではない。監視対象としては、上述のように、プラントや産業設備、輸送機器、自動販売機などの機械の監視の他に、橋梁、道路、トンネルなどの建造物や、映像や市街地の環境(タウン情報)なども監視対象とすることができる。
また、上記実施例1では、センサデータの粒度の変更の一例として、無線センサ5からの収集頻度を変更する例を示したが、無線センサ5(またはセンサ3)のサンプリング周期を変更するようにしてもよい。すなわち、センサデータを取得する周期を変更すればよく、収集頻度またはサンプリング周期の一方、あるいは、収集頻度とサンプリング周期の双方を変更しても良い。
また、上記実施例1では、収集ルール変更条件テーブル2400では、ひとつの収集ルールで、収集センサ数2404と収集頻度2405を変更する例を示したが、これに限定されるものではない。例えば、ひとつの収集ルールで、収集センサ数2404または収集頻度2405のいずれか一方を変更してもよい。
図12は、第2の実施例を示し、ゲートウェイ2及び配下のネットワークの構成の一例を示すブロック図である。第2の実施例では、所定の収集頻度でセンサ3からセンサデータを取得する機能をPLC(Programmable Logic Controller)にオフロードした構成を示す。なお、センサ3は、前記実施例1の無線センサ5の構成要素と同様である。
センサ3は、PLC26−1、26−2に接続され、PLC26はFAN80を介してゲートウェイ2に設定される。なお、本実施例2では、PLC26に無線送受信部を含んでFAN80と通信を行うものとする。
ゲートウェイ2は、前記実施例1の図2の構成の収集ルール適用部290を、収集ルール送信部290Aに変更したもので、その他の構成は前記実施例1と同様である。
ゲートウェイ2は、収集ルール選択部280で、新たな収集ルールに基づいて、使用するセンサ3と収集頻度が決定されると、選択したセンサ3の制御情報としてPLC26へ送信する。
PLC26は、受信した制御情報に基づいて、選択されたセンサ3から所定の収集頻度でセンサデータを取得してゲートウェイ2へ送信する。なお、PLC26はセンサデータに機械id及びセンサidを付与してゲートウェイ2へ送信する。
ゲートウェイ2では、PLC26から受信したセンサデータをセンサ受信部220で受信し、前記実施例1と同様に処理を行う。
以上のように、実施例2では、前記実施例1の効果に加え、ひとつのゲートウェイ2に多数のセンサ3を所属させる場合、センサ3からセンサデータを収集する処理をPLC26に委託することで、ゲートウェイ2の処理負荷を低減できる。
また、中継装置としてのゲートウェイ2の配下に、センサデータを収集するデータ収集装置としてPLC26を用いる例を示したが、収集ルールまたはセンサ3の制御情報に基づいてセンサデータを収集可能な装置であればよく、PLC26に限定されるものではない。
なお、上記実施例2では、PLC26とゲートウェイ2をFAN80で接続する例を示したが、有線のLANを用いることができる。
<まとめ>
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に記載したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、又は置換のいずれもが、単独で、又は組み合わせても適用可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、及び処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、及び機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、または、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
<補足>
16.
14.に記載のゲートウェイであって、
前記収集ルール選択部は、
前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするゲートウェイ。
17.
プロセッサとメモリを備えて、監視対象物のセンサを有するゲートウェイからセンサデータを受信するサーバの制御方法であって、
前記プロセッサが、前記ゲートウェイから前記センサが出力したセンサデータを受信する第1のステップと、
前記プロセッサが、前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する第2のステップと、
前記プロセッサが、前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更するルールを選択する第3のステップと、
前記プロセッサが、前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する第4のステップと、
を含むことを特報とするサーバの制御方法。
18.
17.に記載のサーバの制御方法であって、
前記第4のステップは、
前記異常または異常の予兆が発生した前記監視対象物を特定して前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信することを特報とするサーバの制御方法。
19.
プロセッサとメモリを備えて、第1のネットワークを介して接続されたサーバへ、第2のネットワークを介して接続されたセンサから取得したセンサデータを送信するゲートウェイの制御方法であって、
前記プロセッサが、前記センサの状態を取得して管理する第1のステップと、
前記プロセッサが、前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する第2のステップと、
前記プロセッサが、前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得する第3のステップと、
前記プロセッサが、前記センサデータを前記サーバへ送信する第4のステップと、
を含むことを特報とするゲートウェイの制御方法。
20.
19.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記センサの状態から前記センサの品質情報を取得し、前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
21.
20.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記品質情報から前記センサの品質状態を算出し、前記品質状態が予め設定した第2の条件を満たし、かつ、前記第1の条件を満たすセンサを選択することで前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
22.
20.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
23.
プロセッサとメモリを備えたサーバで、監視対象物のセンサを有するゲートウェイからセンサデータを受信するプログラムであって、
前記ゲートウェイから前記センサが出力したセンサデータを受信する第1のステップと、
前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する第2のステップと、
前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更するルールを選択する第3のステップと、
前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する第4のステップと、
を前記サーバに実行させることを特徴とするプログラム。
24.
プロセッサとメモリを備えたゲートウェイで、第1のネットワークを介して接続されたサーバへ、第2のネットワークを介して接続されたセンサから取得したセンサデータを送信するプログラムであって、
前記センサの状態を取得して管理する第1のステップと、
前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する第2のステップと、
前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得する第3のステップと、
前記センサデータを前記サーバへ送信する第4のステップと、
を前記ゲートウェイに実行させることを特徴とするプログラム。
25.
23に記載のプログラムであって、
前記第4のステップは、
前記異常または異常の予兆が発生した前記監視対象物を特定して前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信することを特報とするプログラム。
26.
19.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記センサの状態から前記センサの品質情報を取得し、前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
27.
20.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記品質情報から前記センサの品質状態を算出し、前記品質状態が予め設定した第2の条件を満たし、かつ、前記第1の条件を満たすセンサを選択することで前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
28.
20.に記載のゲートウェイの制御方法であって、
前記第2のステップは、
前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするゲートウェイの制御方法。
1 中央施設サーバ
2 ゲートウェイ
5 無線センサ
70 WAN
80 FAN
100 故障予兆検知プログラム
110 センサ受信部
120 故障予兆検知部
130 状況パターン蓄積部
140 収集ルール蓄積部
150 収集ルール変更部
160 収集ルール送受信部
200 通信制御プログラム
210 無線送受信部
220 センサ受信部
230 データ送信部
240 収集ルール変更条件蓄積部
250 センサ状態蓄積部
260 センサデータ蓄積部
270 収集ルール送受信部
280 収集ルール選択部
290 収集ルール適用部
1300 状況パターンテーブル
1400 収集ルールテーブル
2400 センサ状態テーブル
2500 収集ルール変更条件テーブル

Claims (15)

  1. プロセッサとメモリを備えたサーバと、
    プロセッサとメモリを備えたゲートウェイと、
    前記サーバとゲートウェイとを接続する第1のネットワークと、
    監視対象物に設置されてセンサデータを出力する複数のセンサと、
    前記センサと前記ゲートウェイとを接続する第2のネットワークと、を有するデータ収集システムであって、
    前記サーバは、
    前記ゲートウェイから前記センサが出力した前記センサデータを受信して、前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する異常予兆検出部と、
    前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更する収集ルールを選択する収集ルール変更部と、
    前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する収集ルール送信部と、を有し、
    前記ゲートウェイは、
    前記センサの状態を取得して管理するセンサ状態蓄積部と、
    前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する収集ルール選択部と、
    前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得するセンサ受信部と、
    前記センサデータを前記サーバへ送信するデータ送信部と、
    を有することを特報とするデータ収集システム。
  2. 請求項1に記載のデータ収集システムであって、
    前記収集ルール選択部は、
    前記センサ状態蓄積部の前記センサの状態から前記センサの品質情報を取得し、前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするデータ収集システム。
  3. 請求項2に記載のデータ収集システムであって、
    前記収集ルール選択部は、
    前記品質情報から前記センサの品質状態を算出し、前記品質状態が予め設定した第2の条件を満たし、かつ、前記第1の条件を満たすセンサを選択することで前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするデータ収集システム。
  4. 請求項2に記載のデータ収集システムであって、
    前記収集ルール選択部は、
    前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするデータ収集システム。
  5. 請求項1に記載のデータ収集システムであって、
    前記ゲートウェイは、
    複数の前記監視対象物にそれぞれ設置された前記複数のセンサが接続され、
    前記サーバの前記収集ルール送信部は、
    前記異常または異常の予兆が発生した前記監視対象物を特定して前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信することを特報とするデータ収集システム。
  6. プロセッサとメモリを備えたサーバと、プロセッサとメモリを備えたゲートウェイと、前記サーバとゲートウェイとを接続する第1のネットワークと、監視対象物に設置されてセンサデータを出力する複数のセンサと、前記センサと前記ゲートウェイとを接続する第2のネットワークと、を有して、前記サーバが前記ゲートウェイからセンサデータを収集するデータ収集方法であって、
    前記サーバが、前記ゲートウェイから前記センサが出力したセンサデータを受信する第1のステップと、
    前記サーバが、前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する第2のステップと、
    前記サーバが、前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更する収集ルールを選択する第3のステップと、
    前記サーバが、前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する第4のステップと、
    前記ゲートウェイが、前記センサの状態を取得して管理する第5のステップと、
    前記ゲートウェイが、前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する第6のステップと、
    前記ゲートウェイが、前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得し、前記サーバへ送信する第7のステップと、
    を含むことを特報とするデータ収集方法。
  7. 請求項6に記載のデータ収集方法であって、
    前記第6のステップは、
    前記センサの状態から前記センサの品質情報を取得し、前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするデータ収集方法。
  8. 請求項7に記載のデータ収集方法であって、
    前記第6のステップは、
    前記品質情報から前記センサの品質状態を算出し、前記品質状態が予め設定した第2の条件を満たし、かつ、前記第1の条件を満たすセンサを選択することで前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするデータ収集方法。
  9. 請求項7に記載のデータ収集方法であって、
    前記第6のステップは、
    前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするデータ収集方法。
  10. 請求項6に記載のデータ収集方法であって、
    前記ゲートウェイは、
    複数の前記監視対象物にそれぞれ設置された前記複数のセンサが接続され、
    前記第4のステップは、
    前記異常または異常の予兆が発生した前記監視対象物を特定して前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信することを特報とするデータ収集方法。
  11. プロセッサとメモリを備えて、監視対象物のセンサを有するゲートウェイからセンサデータを受信するサーバであって、
    前記ゲートウェイから前記センサが出力した前記センサデータを受信して、前記センサデータに基づいて前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したことを検出する異常予兆検出部と、
    前記監視対象物に異常または異常の予兆が発生したときには、前記異常または異常の予兆に応じて前記センサデータの粒度を変更する収集ルールを選択する収集ルール変更部と、
    前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信する収集ルール送信部と、
    を有することを特報とするサーバ。
  12. 請求項11に記載のサーバであって、
    前記収集ルール送信部は、
    前記異常または異常の予兆が発生した前記監視対象物を特定して前記選択された収集ルールを前記ゲートウェイに送信することを特報とするサーバ。
  13. プロセッサとメモリを備えて、第1のネットワークを介して接続されたサーバへ、第2のネットワークを介して接続されたセンサから取得したセンサデータを送信するゲートウェイであって、
    前記センサの状態を取得して管理するセンサ状態蓄積部と、
    前記サーバから受信した収集ルールに応じて予め設定された第1の条件を選択し、前記第1の条件と前記センサの状態に基づいて、前記センサデータを取得する設定を変更する収集ルール選択部と、
    前記設定に基づいて前記センサからセンサデータを取得するセンサ受信部と、
    前記センサデータを前記サーバへ送信するデータ送信部と、
    を有することを特報とするゲートウェイ。
  14. 請求項13に記載のゲートウェイであって、
    前記収集ルール選択部は、
    前記センサ状態蓄積部の前記センサの状態から前記センサの品質情報を取得し、前記第1の条件と前記品質情報に基づいて、前記センサデータを取得する設定としてセンサの数または前記センサからセンサデータを収集する頻度を変更することを特報とするゲートウェイ。
  15. 請求項14に記載のゲートウェイであって、
    前記収集ルール選択部は、
    前記品質情報から前記センサの品質状態を算出し、前記品質状態が予め設定した第2の条件を満たし、かつ、前記第1の条件を満たすセンサを選択することで前記センサデータを取得する設定を変更することを特報とするゲートウェイ。
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