JP6706424B2 - 耐圧入力本安出力伝送器 - Google Patents
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Description
本発明は、耐圧防爆方式の機器から得られるループ電気信号測定値あるいは接点入力情報を、危険場所に設置された本質安全防爆方式の機器から無線送信するための技術に関する。
２線式伝送器は、一般に、ループ信号線を介して電源電圧の供給を受け、測定値等に応じた４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号を出力する。近年、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信方式に代表されるような、アナログ直流信号にデジタル信号を重畳して伝送するハイブリッド通信方式が広く使用されるようになっている。デジタル信号は双方向通信が行なわれ、伝送器のステータス情報を取得したり、伝送器のパラメータ設定等を行なうことができる。
図３に示すように、このようなハイブリッド通信方式を採用した２線式伝送器２１０では、無線装置２２０と接続し、アナログ信号はループ信号線を介して送信し、デジタル信号は無線装置２２０を介して無線で送受信することも行なわれている。これにより、無線通信機能を備えない２線式伝送器２１０であっても、デジタル信号の無線通信を行なうことができるようになる。
本図の例では、無線装置２２０は通信動作用の電池を内蔵している。電池を内蔵した無線装置２２０では、内蔵電池による電力を２線式伝送器２１０に供給する機能を備えるものも実用化されている。
ところで、２線式伝送器の４−２０ｍＡループ電流を測定し、得られた測定値を無線信号で送信する発信器が実用化されている。このような発信器を、ループ電流測定発信器と称する。また、リミットスイッチ等からの接点入力を持ち、取得した接点の状態を無線信号で送信する発信が実用化されている。このような発信器を接点入力発信器と称する。
２線式伝送器あるいはリミットスイッチを危険場所に設置する場合を考える。
４−２０ｍＡループ電流測定の場合、日本国内では、本質安全防爆４−２０ｍＡループにおいて、途中に機器を挿入することが認められない。したがって、ループ電流測定を行なうことができるのは、耐圧防爆の４−２０ｍＡループに限られる。このため、ループ電流測定発信器が耐圧防爆に対応していない場合は、図４（ａ）に示すように、ループ電流測定発信器２４０を安全場所に設置する必要がある。
なお、本図において、耐圧防爆方式２線式伝送器２３０が危険場所に設置されており、４−２０ｍＡループは耐圧防爆用厚鋼電線管２７０に収められている。耐圧防爆用厚鋼電線管２７０と耐圧防爆方式２線式伝送器２３０との接続部分には耐圧パッキン金具２７２が設けられ、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０内には爆発性雰囲気の流動防止材２７４が用いられている。
接点入力送信の場合、一般に使用されているリミットスイッチは、ほとんどが耐圧防爆仕様となっている。このため、接点入力発信器が耐圧防爆に対応していない場合は、図４（ｂ）に示すように、接点入力発信器２６０を安全場所に設置する必要がある。
なお、本図において、耐圧防爆方式リミットスイッチ２５０が危険場所に設置されており、４−２０ｍＡループは耐圧防爆用厚鋼電線管２７０に収められている。耐圧防爆用厚鋼電線管２７０と耐圧防爆方式リミットスイッチ２５０との接続部分には耐圧パッキン金具２７２が設けられ、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０内には爆発性雰囲気の流動防止材２７４が用いられている。
このように、本質安全防爆に対応していても耐圧防爆に対応していないループ電流測定発信器、接点入力発信器は、危険場所に設置することができず、設置場所に制約が生じる。このため、ループ電流測定値、接点情報を無線で伝送できるという利点を十分生かすことができない。この問題は、４−２０ｍＡのループ電流に代え、１−５Ｖのループ電圧を測定する場合（４−２０ｍＡのループ電流と１−５Ｖのループ電圧とをループ電気信号と総称する）や、接点情報の入力間隔に基づいて周波数を測定する場合等でも同様である。
そこで、本発明は、耐圧防爆方式の機器から得られるループ電気信号測定値あるいは接点入力情報を、危険場所に設置された本質安全防爆方式の機器から無線送信できるようにすることを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、耐圧容器に覆われた耐圧入力本安出力伝送器であって、本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、ループ電気信号を入力する耐圧側電気信号端子と、前記ループ電気信号を測定し、測定結果に応じた信号を前記本安側端子に伝送する電気入力信号伝送器回路と、を備えることを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、耐圧容器に覆われた耐圧入力本安出力伝送器であって、本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、接点情報を入力する耐圧側接点端子と、前記接点情報に応じた信号を前記本安側端子に伝送する電気入力信号伝送器回路と、を備えることを特徴とする。
いずれの態様においても、前記電気入力信号伝送器回路は、前記本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なうことができる。
また、前記本安側端子のマイナス側に接続された接地端子をさらに備えるようにしてもよい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様は、耐圧容器に覆われた耐圧入力本安出力伝送器であって、本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、接点情報を入力する耐圧側接点端子と、前記接点情報に応じた信号を前記本安側端子に伝送する電気入力信号伝送器回路と、を備えることを特徴とする。
いずれの態様においても、前記電気入力信号伝送器回路は、前記本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なうことができる。
また、前記本安側端子のマイナス側に接続された接地端子をさらに備えるようにしてもよい。
本発明によれば、耐圧防爆方式の機器から得られるループ電気信号測定値あるいは接点入力情報を、危険場所に設置された本質安全防爆方式の機器から無線送信できるようになる。
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、本実施形態に係る耐圧入力本安出力伝送器１００を用いた伝送器システム１０の構成を示すブロック図である。従来と同様のブロックについては同じ符号を用いている。耐圧入力本安出力伝送器１００は、耐圧防爆方式側から入力したループ電気信号あるいは接点情報を本質安全防爆方式側に出力する伝送器である。
本図に示すように、伝送器システム１０は、耐圧防爆方式２線式伝送器２３０、耐圧防爆方式リミットスイッチ２５０、本質安全防爆方式の電池内蔵無線装置２２０、耐圧防爆方式の耐圧入力本安出力伝送器１００を備えている。これらは、危険場所に設置されている。
耐圧防爆方式２線式伝送器２３０は、ループ信号線を介して電源電圧の供給を受け、測定値等に応じた４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号を出力する。耐圧防爆方式リミットスイッチ２５０は、監視対象装置の動作限界状態をマイクロスイッチ等で検出する装置であり、接点情報を出力する。
本質安全防爆方式の電池内蔵無線装置２２０は、内蔵電池による電力を接続相手の２線式伝送器に供給する機能を備えている。この機能を使用する場合には、接続相手の２線式伝送器と通信を行なう際に、まず２線式伝送器に対して１８Ｖ前後の動作電圧を印加する。これにより、接続相手の２線式伝送器は、４ｍＡの定電流吸い込み動作を開始する。
そして、所定時間後に電池内蔵無線装置２２０は、２線式伝送器に対してデジタル信号によるコマンドを送信し、２線式伝送器からのレスポンスを受信する動作を行なう。受信したレスポンスは、上位システム等に無線送信する。ただし、本実施形態では、２線式伝送器ではなく、耐圧入力本安出力伝送器１００と接続している。耐圧入力本安出力伝送器１００は２線式伝送器と同様の手順により電池内蔵無線装置２２０との通信を行なう。
耐圧入力本安出力伝送器１００は、電気入力信号伝送器回路１１０、耐圧側電流端子１２１、耐圧側接点端子１２２、本安側端子１２３、接地端子１２４を備えている（図２参照）。ただし、耐圧側端子として、耐圧側電流端子１２１、耐圧側接点端子１２２のいずれか一方であってもよい。また、耐圧側電流端子１２１、耐圧側接点端子１２２は複数組設けてもよい。
耐圧側電流端子１２１は、耐圧防爆方式２線式伝送器２３０のループ信号線と接続し、電流値計測のために４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号を入出力する。耐圧側接点端子１２２は、耐圧防爆方式リミットスイッチ２５０と接続し、接点情報を入力する。
耐圧側電流端子１２１のアナログ直流電流信号の入出力は、耐圧防爆用中継端子箱２８０を利用して、ループ信号線の一方の極の電線を引き込むことにより行なっている。
本安側端子１２３は、本質安全防爆方式の電池内蔵無線装置２２０と接続し、ハイブリッド通信を行なう。
危険場所における信号配線は、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０に覆われており、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０と機器との接続箇所においては耐圧パッキン金具２７２が用いられている。また、耐圧防爆用厚鋼電線管２７０では、防爆性雰囲気の流動防止材２７４により危険場所と非危険場所とが区分けられている。
図２は、電気入力信号伝送器回路１１０の構成例を示すブロック図である。電気入力信号伝送器回路１１０は、耐圧防爆の爆発試験に耐える耐圧容器に覆われている。本安側端子１２３のマイナス側は、接地端子１２４に直接接続してもよい。
電気入力信号伝送器回路１１０は、電気信号入力回路１１１、演算回路１１２、電流制御回路１１３、電流電圧制限回路１１４、重畳通信送受信回路１１５、電源回路１１６を備えている。
電気入力信号伝送器回路１１０は、本安側端子１２３に接続された電池内蔵無線装置２２０が供給する電力を利用して電源回路１１６を動作させ、動作用電源を作り出す。
動作時には、電気信号入力回路１１１により、耐圧側電流端子１２１に入力される４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号の測定と、耐圧側接点端子１２２に入力される接点情報の測定を行なう。
また、演算回路１１２があらかじめ定められた関係式に従った演算を行ない、耐圧側入力の電気信号に応じた電流を、電流制御回路１１３により本安側端子１２３から引き込む処理等を行なう。
さらに、演算回路１１２は、電池内蔵無線装置２２０からハイブリッド通信によるコマンドを受信すると、コマンドを解釈し、重畳通信送受信回路１１５を制御して、耐圧入力側の測定結果を、電流制御回路１１３を介してハイブリッド通信によるレスポンスとして電池内蔵無線装置２２０に送信する。
具体的には、電池内蔵無線装置２２０が、上位システム等から無線受信した耐圧入力本安出力伝送器１００に対するコマンドに応じた信号を耐圧入力本安出力伝送器１００に伝送する。コマンドは、例えば、アナログ電直流電流信号値の取得や、接点情報の取得である。
これらのコマンドのレスポンスとして、耐圧入力本安出力伝送器１００は、４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号の測定結果、耐圧側接点端子１２２に入力される接点情報のデジタル信号を電池内蔵無線装置２２０に送信する。そして、電池内蔵無線装置２２０が、上位システム等に無線送信する。
これにより、電池内蔵無線装置２２０は、耐圧入力本安出力伝送器１００の耐圧入力側の電気信号の状態を把握し、無線信号で上位システム等に伝達することができる。
電流電圧制限回路１１４は、耐圧側端子（耐圧側電流端子１２１、耐圧側接点端子１２２）に２５０ＶＡＣ、１５００Ａの電圧源が接続されたとしても、本安側端子１２３には規定以上の電気的出力を行なわないようにするための回路であり、ヒューズ、ダイオード、ツェナーダイオード等を用いて構成することができる。さらに、本安側端子１２３のマイナス側は、接地端子１２４を介して、Ａ種接地、もしくは、等電位ボンディングシステムに接続することにより、本安側端子１２３のマイナス側から電池内蔵無線装置２２０への電流流れ出しを防ぐようにしてもよい。
このように本実施形態の耐圧入力本安出力伝送器１００は、耐圧側端子を持ち、耐圧側の電気信号の状態を本安側端子に、４−２０ｍＡ電気信号およびデジタル信号のハイブリッド通信により伝達する。そして、本安側端子に本質安全防爆方式の無線装置を接続することで、危険場所において、耐圧防爆４−２０ｍＡの電流信号値、耐圧防爆対応のリミットスイッチの電気信号の値を無線信号に変換して送信することが可能となる。
なお、本発明は上記の実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。例えば、耐圧側端子から入力する信号は、４−２０ｍＡのアナログ直流電流信号、接点情報に限られない。例えば、４−２０ｍＡ電流信号に代え、ＤＣ１−５Ｖ等の電圧信号や抵抗値等を示す信号であってもよい。また、接点情報は、周波数測定のための周期を示す情報等であってもよい。ＤＣ１−５Ｖ等の電圧信号を入力する場合には、耐圧入力本安出力伝送器１００を２線式伝送器と並列に接続する。
また、耐圧側と本安側との間を電気的に絶縁してもよい。耐圧側と本安側とでハイブリッド通信を行なえるようにしてもよい。
また、耐圧側、本安側の各端子は、端子台を介しての金具接続ではなく、ケーブル引き出し方式としてもよい。この場合、耐圧パッキン金具相当の爆発性雰囲気の流動防止を講じるものとする。
１０…伝送器システム、１００…耐圧入力本安出力伝送器、１１０…電気入力信号伝送器回路、１１１…電気信号入力回路、１１２…演算回路、１１３…電流制御回路、１１４…電流電圧制限回路、１１５…重畳通信送受信回路、１１６…電源回路、１２１…耐圧側電流端子、１２２…耐圧側接点端子、１２３…本安側端子、１２４…接地端子、２１０…２線式伝送器、２２０…電池内蔵無線装置、２３０…耐圧防爆方式２線式伝送器、２４０…ループ電流測定発信器、２５０…耐圧防爆方式リミットスイッチ、２６０…接点入力発信器、２７０…耐圧防爆用厚鋼電線管、２７２…耐圧パッキン金具、２７４…爆発性雰囲気の流動防止材、２８０…耐圧防爆用中継端子箱
Claims (4)
- 耐圧容器に覆われた耐圧入力本安出力伝送器であって、
本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、
ループ電気信号を入力する耐圧側電気信号端子と、
前記ループ電気信号を測定し、測定結果に応じた信号を前記本安側端子に伝送する電気入力信号伝送器回路と、
を備えることを特徴とする耐圧入力本安出力伝送器。 - 耐圧容器に覆われた耐圧入力本安出力伝送器であって、
本質安全防爆方式の電源内蔵無線装置と接続する本安側端子と、
接点情報を入力する耐圧側接点端子と、
前記接点情報に応じた信号を前記本安側端子に伝送する電気入力信号伝送器回路と、
を備えることを特徴とする耐圧入力本安出力伝送器。 - 前記電気入力信号伝送器回路は、前記本安側端子を介して供給される電源を利用して動作を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の耐圧入力本安出力伝送器。
- 前記本安側端子のマイナス側に接続された接地端子をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の耐圧入力本安出力伝送器。
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