JP6375928B2 - データ収集システム - Google Patents
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Description
本発明は、複数のセンサーからデータを収集するデータ収集システムに関し、特に、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムに関する。
設備や構造体等の対象物に多数のセンサーを配置し、それぞれのセンサーからデータを収集して、対象物の状態を監視したり検査することが行なわれている。例えば、腐食や浸食等によって生じる配管の局所的な減肉や欠陥を検出するために、配管に数百個の磁気センサーを配置し、それぞれの磁気センサーが出力するデータを収集するデータ収集システムが実用化されている。また、温度計や湿度計等のセンサーをプラント等内の各所に配置し、それぞれのセンサーが出力するデータを収集するデータ収集システムも実用化されている。
図6は、従来のデータ収集システム500の構成例を示すブロック図である。本図に示すようにデータ収集システム500は、複数台のセンサー510とデータ収集装置520と配線切替器530とを備えている。
データ収集装置520は、接続先のセンサー510に電源を供給し、センサー510が測定したデータを入力する。各センサー510とデータ収集装置520とは、配線切替器530を介して接続されており、データ収集装置520は、切替信号により配線切替器530を制御し、接続先のセンサー510を順次切り替えてデータ収集を行なう。
一般に、データ収集装置520は、センサー510の数は多いものの、データは順次取得すればよいことが多いため、配線切替器530を用いた接続形態としている。
従来のデータ収集装置520は、配線切替器530と各センサー510とを個別に接続することが必要である。そして、センサー510毎にデータ信号用の配線や電源供給用の配線等、複数本の配線が用いられるため、センサー510の数が多い場合には、配線の数が膨大となる。このため、センサー510の実装が煩雑となっていた。
そこで、本発明は、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムを提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明のデータ収集システムは、センサー部を備えた複数個のセンサーモジュールと、データ収集装置とを備えたデータ収集システムであって、前記データ収集装置は、クロックを各センサーモジュールに出力するクロック出力部と、前記センサーモジュールの個数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号を所定のセンサーモジュールに出力するイネーブル信号出力部と、前記クロック数をカウントするカウンタと、前記センサーモジュールが出力するデータを、バス線を介して入力し、カウント値と対応付けて記録するセンサー信号入力部とを備え、前記センサーモジュールは、前記クロックをトリガとして、前記イネーブル信号を次段のセンサーモジュールに送るシフトレジスタとして機能し、イネーブル信号が送られた場合にのみ前記センサー部の出力データを、前記バス線を介して前記センサー信号入力部に出力すること、を特徴とする。
ここで、前記センサーモジュールは、前記イネーブル信号でイネーブル/ディスエーブルが切り替えられるアンプを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、各センサーモジュールにバス接続された電源供給線で電源供給することができる。
このとき、前記センサーモジュールは、前記センサー部への給電を前記イネーブル信号で切り替えるスイッチを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、データ入力を要しないセンサーモジュールに対応するカウント値を記録し、そのカウント値をカウントする際に前記クロックの間隔を短くしてもよい。
また、前記カウンタは、前記イネーブル信号の出力の際にカウント値をリセットすることができる。
ここで、前記センサーモジュールは、前記イネーブル信号でイネーブル/ディスエーブルが切り替えられるアンプを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、各センサーモジュールにバス接続された電源供給線で電源供給することができる。
このとき、前記センサーモジュールは、前記センサー部への給電を前記イネーブル信号で切り替えるスイッチを備えることができる。
また、前記データ収集装置は、データ入力を要しないセンサーモジュールに対応するカウント値を記録し、そのカウント値をカウントする際に前記クロックの間隔を短くしてもよい。
また、前記カウンタは、前記イネーブル信号の出力の際にカウント値をリセットすることができる。
本発明によれば、センサーの数が多い場合であっても配線の煩雑さを軽減できるデータ収集システムが提供される。
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るデータ収集システム10の構成を示すブロック図である。本図に示すように、データ収集システム10は、複数台のセンサーモジュール100とデータ収集装置200とを備えている。
各センサーモジュール100とデータ収集装置200とは、データ信号線、電源供給線によりバス型のトポロジーで接続されている。このため、センサーモジュール100毎に独立して配線を行なう必要がないため、センサーモジュール100数が多くなっても、配線の煩雑さを軽減することができる。
また、データ収集装置200とセンサーモジュール100とは切替制御線によって接続されている。切替制御線はクロック信号線と、イネーブル信号線を含んでいる。クロック信号線はバス型のトポロジーにより接続され、イネーブル信号線はループ形状あるいはカスケードで接続される(図2参照)。このため、センサーモジュール100は、イネーブル信号線に関しては、多段に接続されることになる。
各センサーモジュール100は、センサー部110と信号切替部120とを備えている。センサー部110は、データ収集装置から電源の供給を受け、温度、電圧、磁気等の物理量を測定し、所定レンジのアナログデータとして出力する。各センサーモジュール100のセンサー部110は、データ出力のインタフェースが同一であれば足り、測定対象が同一である必要はない。
信号切替部120は、データ収集装置200から電源供給線を介して電源の供給を受け、センサー部110が出力するデータを、データ信号線を介してデータ収集装置200に出力する。各センサーモジュール100の信号切替部120は、データ収集装置200からの切替制御信号によって順次動作を行なう。これにより、データ収集装置200は、各センサーモジュール100からのデータを順次取得することができる。
図2は、センサーモジュール100とデータ収集装置200の具体的な構成例を示すブロック図である。本図に示すように、センサーモジュール100の信号切替部120は、ディスエーブル機能付アンプ121とD型フリップフロップ122とを備えている。また、データ収集装置200は、クロック出力部201、イネーブル信号出力部202、カウンタ203、イネーブル信号入力部204、センサー信号入力部205、センサー管理テーブル206、電源供給部210を備えている。
信号切替部120において、D型フリップフロップ122のQ出力は、ディスエーブル機能付アンプ121のディスエーブル端子に反転入力するとともに、イネーブル信号線により次段の信号切替部120のD入力となる。ただし、初段のセンサーモジュール100のD入力は、イネーブル信号出力部202の出力信号がイネーブル信号線により入力され、最後段のセンサーモジュール100のQ出力は、イネーブル信号線によりイネーブル信号入力部204に入力される。
各D型フリップフロップ122のクロック端子CLKには、クロック出力部201からのクロックがクロック信号線により入力される。このため、多段に接続されたセンサーモジュール100のD型フリップフロップ122は、イネーブル信号出力部202から出力されたイネーブル信号が、クロック出力部201のクロック毎に次段にシフトするシフトレジスタを形成することになる。なお、各センサーモジュール100でシフトレジスタが形成されれば、D型フリップフロップ122以外の回路を用いて構成してもよい。
ディスエーブル機能付アンプ121は、ディスエーブル状態で出力がハイインピーダンスとなり、イネーブル状態でセンサー部110の出力するアナログデータを増幅してデータ信号線に出力する。すなわち、前段からイネーブル信号が送られたときのみセンサー部110の出力データをデータ収集装置200に送ることになる。このときのセンサーモジュール100をイネーブル状態と称する。
ただし、ディスエーブル機能付アンプ121に代えて、通常のアンプと出力スイッチを用いて、出力スイッチのオンオフをD型フリップフロップ122のQ出力により切り替えるようにしてもよい。
データ収集装置200において、クロック出力部201は、あらかじめ定められた周期でクロックを出力する。通常よりも高速のクロックを出力したり、クロックを停止することも可能である。
イネーブル信号出力部202は、センサーモジュール100の段数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号(H)を出力する。このため、複数のセンサーモジュール100が同時にイネーブル状態となることはない。
カウンタ203は、クロック数をカウントする。カウンタ203は、イネーブル信号出力部202がイネーブル信号(H)を出力する際にリセットする。これにより、カウンタ203のカウント値と、イネーブル状態となっているセンサーモジュール100とを対応付けることができる。
イネーブル信号入力部204は、最後段のセンサーモジュール100が出力するイネーブル信号を入力する。これにより、すべてのセンサーモジュール100にイネーブル信号がシフトしたことを確認することができる。また、イネーブル信号入力部204がイネーブル信号を入力したときのカウンタ203のカウント値を参照することでセンサーモジュール100の数を確認することができる。ただし、イネーブル信号入力部204は省くようにしてもよい。
センサー信号入力部205は、センサーモジュール100から出力されたデータを入力し、デジタル変換する。どのセンサーモジュール100からのデータであるかは、カウンタ203のカウント値を参照することで特定することができる。なお、センサーモジュール100側でデジタル変換を行なうようにしてもよい。
センサー管理テーブル206は、センサー信号入力部205が入力したデータを、カウント値と対応付けて記録する。センサー部110の属性等を記録してもよい。さらには、不良のセンサーモジュール100や測定不要のセンサーモジュール100等がある場合には、そのセンサーモジュール100に対応したカウント値を記録してもよい。この場合、カウンタ203がそのカウント値をカウントする際に、クロックを高速で送ることにより、データ収集に費やす時間を短縮することができる。
上記構成のデータ収集システム10においては、図3に示すような手順でデータ収集を行なうことができる。すなわち、データ収集のタイミングになると、各センサーモジュール100のD型フリップフロップ122の初期化を行なう(S101)。なお、データ収集のタイミングは、連続的、所定間隔毎、ユーザの指示に基づく等とすることができる。
D型フリップフロップ122の初期化は、イネーブル信号出力部202の出力をLに保ったまま、センサーモジュール100の個数以上のクロックを出力すればよい。この際、処理時間を短縮するために、クロックは通常よりも高速に送ることが好ましい。あるいは、別途リセット信号線を設けて、一斉にD型フリップフロップ122を初期化してもよい。
そして、イネーブル信号出力部202の出力をHにして、イネーブル信号を出力する(S102)。これにより、カウンタ203がリセットされる。イネーブル信号出力部202の出力がHの状態で、クロックを出力すると(S103)、カウンタ203のカウント値が進むとともに、初段のセンサーモジュール100がイネーブル状態となり、センサー部110のデータを出力する。そこで、センサー信号入力部205に入力されたデータを、カウント値と対応付けてセンサー管理テーブル206に記録する(S104)。
以降は、イネーブル信号出力部202の出力をLにして(S105)、クロックを出力する(S106)。これにより、カウンタ203のカウント値が進むとともに、センサーモジュール100が順番にイネーブル状態となるため、センサー信号入力部205に入力されたデータを、カウント値と対応付けてセンサー管理テーブル206に記録する(S107)。なお、クロックの周期はデータ収集システム10に適した周期を任意に定めることができる。
クロックを出力して(S106)、入力データを記録する処理(S107)を、イネーブル信号入力部204がイネーブル信号を入力するまで繰り返す(S108)。なお、カウンタ203のカウント値がセンサーモジュール100の数に達するまで繰り返すようにしてもよい。
この手順により、すべてのセンサーモジュール100から順次データを収集することができる。上述のように、本図に示したデータ収集処理の終了後すぐに次のデータ収集処理を連続的に行なってもよいし、所定あるいは不特定の間隔を開けて次のデータ収集処理を行なうようにしてもよい。
一般に、ディスエーブル機能付アンプ121は、ディスエーブル状態で省電力モードになるため、本実施形態のデータ収集システム10は、バス型接続でセンサーモジュール100に電源を供給しているにもかかわらず、消費電力の増加を防ぐことができる。
一層の省電力を図るために、図4に示すように、センサー部110の電源供給ラインにスイッチ111を設け、ディスエーブル機能付アンプ121と同様に、イネーブル信号でオンオフを切り替えるようにしてもよい。この場合、イネーブル状態のときのみセンサー部110が動作を行なうことになる。センサー信号入力部205は、センサー部110の状態が安定した段階で出力データを記録するようにする。
また、図5に示すように複数個のセンサーモジュール100をユニット化して、センサーモジュールユニット300を構成することで、大量のセンサー部110の取り扱いを容易にすることができる。この場合、センサーモジュールユニット300内の個々のセンサーモジュール100間の配線を行なわなくて済むため、基本的な構成は同じまま、配線の煩雑さをさらに軽減することができる。
10…データ収集システム、100…センサーモジュール、110…センサー部、111…スイッチ、120…信号切替部、121…ディスエーブル機能付アンプ、122…D型フリップフロップ、200…データ収集装置、201…クロック出力部、202…イネーブル信号出力部、203…カウンタ、204…イネーブル信号入力部、205…センサー信号入力部、206…センサー管理テーブル、210…電源供給部、300…センサーモジュールユニット
Claims (6)
- センサー部を備えた複数個のセンサーモジュールと、データ収集装置とを備えたデータ収集システムであって、
前記データ収集装置は、
クロックを各センサーモジュールに出力するクロック出力部と、
前記センサーモジュールの個数分のクロック数以上の間隔でイネーブル信号を所定のセンサーモジュールに出力するイネーブル信号出力部と、
前記クロック数をカウントするカウンタと、
前記センサーモジュールが出力するデータを、バス線を介して入力し、カウント値と対応付けて記録するセンサー信号入力部とを備え、
前記センサーモジュールは、
前記クロックをトリガとして、前記イネーブル信号を次段のセンサーモジュールに送るシフトレジスタとして機能し、
イネーブル信号が送られた場合にのみ前記センサー部の出力データを、前記バス線を介して前記センサー信号入力部に出力すること、
を特徴とするデータ収集システム。 - 前記センサーモジュールは、前記イネーブル信号でイネーブル/ディスエーブルが切り替えられるアンプを備えていることを特徴とする請求項1に記載のデータ収集システム。
- 前記データ収集装置は、各センサーモジュールにバス接続された電源供給線で電源供給することを特徴とする請求項1または2に記載のデータ収集システム。
- 前記センサーモジュールは、前記センサー部への給電を前記イネーブル信号で切り替えるスイッチを備えていることを特徴とする請求項3に記載のデータ収集システム。
- 前記データ収集装置は、
データ入力を要しないセンサーモジュールに対応するカウント値を記録し、そのカウント値をカウントする際に前記クロックの間隔を短くすることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載のデータ収集システム。 - 前記カウンタは、前記イネーブル信号の出力の際にカウント値をリセットすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のデータ収集システム。
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