JP6891909B2 - 原料ヤードにおけるデータ伝送装置および方法、ならびに、ベルトコンベア管理システムおよび方法 - Google Patents

Description

本発明は、原料ヤードにおけるデータ伝送装置および方法、ならびに、ベルトコンベア管理システムおよび方法に関する。

製鉄プロセスで必要となる主原料の鉄鉱石、石炭などはバラ積み船で輸入され、原料ヤードでの原料積み付けはスタッカーで行われる。スタッカーは原料ヤードに敷設されたレール上で走行が可能であり、起伏と旋回が可能なブーム上の機内ベルトコンベアから原料をヤードに落して原料山として積み付ける。原料ヤードからの払い出しはリクレーマで行われる。リクレーマはバケットホイールを回転して山から原料を切出し、ブーム上の機内ベルトコンベアで払い出しコンベアに払い出される。原料ヤード内での原料の搬送は基本的にベルトコンベアによって行われ、スタッカーやリクレーマなどの移動機はベルトコンベアに沿って移動するようになっている。

ベルトコンベアの異常には、例えばベルトの損耗に起因する穴明きや縦裂きなどのベルト自体の形状不良や電動機、減速機、プーリ等の故障、ローラーの回転不良などがある。原料の搬送を行うベルトコンベアの異常は、製鉄所での安定生産に直接影響を与えるため、このようなベルトコンベアの点検管理は非常に重要である。

ベルトコンベアを点検管理するための方法として、特許文献１では、ベルトコンベア下面から照射した際の光切断像から画像処理によりベルトコンベアの縦裂きを検知する方法が提案されている。また特許文献２では、ベルトコンベアの側面に取り付けられた加速度センサにより、不回転のローラーや落下物の引っ掛かりや噛み込みがある箇所では、通常とは違う振動・加速度が検知できるため、少なくとも１周分の加速度を測定することで、異常値を検知する技術が提案されている。

特開２００７−２３０７０６号公報 特開２０１６−０６０５５６号公報

上記のようにベルトコンベアを点検管理するためには、設備異常あるいは操業異常を検知するためのセンサをベルトコンベアに設置し、そのデータを収集して解析する必要がある。しかしながら、原料ヤードでは広い敷地に多数のベルトコンベアが設置され、ベルトコンベアの基数が数十台から数百台、その総延長距離が数十ｋｍから数百ｋｍに達する場合もあり、データを収集するための配線費用が高額になってしまう。また、無線でデータを伝送することも考えられるが、積み付けられた原料の山や移動機のような大型の設備が障害となり、安定的な通信状況を確保できない問題がある。

したがって、本発明の課題は、原料ヤードにおいて、安定的な無線通信により低コストでデータを伝送することができる技術を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明は、以下の［１］〜［９］を提供する。

［１］原料ヤードにおいて無線通信によりデータを伝送するデータ伝送装置であって、
データを送信するデータ送信部と、データを受信するデータ受信部と、前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは前記原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に設けられた無線通信の中継部とを有し、
前記送信部から送信されたデータを、前記中継部を介して前記受信部へ伝送することを特徴とするデータ伝送装置。

［２］前記原料ヤードのベルトコンベアに沿ってデータの無線通信を行うことを特徴とする上記［１］に記載のデータ伝送装置。

［３］前記移動機を複数有し、前記データ送信部から送信されたデータは、前記複数の移動機のそれぞれに設けられた前記中継部を経由する複数の通信経路を取ることが可能であり、前記複数の移動機の位置に応じて通信経路を選択することを特徴とする上記［１］または［２］に記載のデータ伝送装置。

［４］前記移動機の位置に応じて決定される、データの中継ポイントを構成する前記データ送信部、前記中継部、前記データ受信部の間の距離に基づいて前記通信経路を選択することを特徴とする上記［３］に記載のデータ伝送装置。

［５］原料ヤードにおいて無線通信によりデータを伝送するデータ伝送方法であって、
前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に無線通信の中継部を設け、データ送信部から中継部を介してデータ受信部へデータを伝送することを特徴とするデータ伝送方法。

［６］原料ヤードのベルトコンベアの管理を行うベルトコンベア管理システムであって、
前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するためのセンサと、
前記センサからのデータを無線通信により伝送するデータ伝送装置と、
前記データ伝送装置により伝送されたデータを集約して前記ベルトコンベアを管理する管理部と
を備え、
前記データ伝送装置は、データを送信するデータ送信部と、データを受信するデータ受信部と、前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは前記原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に設けられた無線通信の中継部とを有し、
前記送信部から送信されたデータを、前記中継部を介して前記受信部へ伝送することを特徴とするベルトコンベア管理システム。

［７］複数の前記移動機と、前記複数の移動機にそれぞれ対応して設けられた複数の前記中継部と、複数の前記データ送信部と、複数の前記データ受信部とを有し、
複数の前記データ送信部のうち特定のデータ送信部のデータを前記管理部に集約する際に、前記複数の移動機のそれぞれに設けられた前記中継部を経由する複数の通信経路を取ることが可能であり、前記複数の移動機の位置に応じて通信経路を選択することを特徴とする上記［６］に記載のベルトコンベア管理システム。

［８］前記移動機の位置に応じて決定される、データの中継ポイントを構成する前記データ送信部、前記中継部、前記データ受信部、前記管理部の間の距離に基づいて前記通信経路を選択することを特徴とする上記［７］に記載のベルトコンベア管理システム。

［９］原料ヤードのベルトコンベアの管理を行うベルトコンベア管理方法であって、
前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するセンサからの情報を、上記［５］に記載のデータ伝送方法で伝送することで、ベルトコンベアに関するデータを集約して管理することを特徴とするベルトコンベア管理方法。

本発明によれば、障害物の多い原料ヤードでも安定的な無線通信によりデータ伝送を行うことができ、配線にともなうコストを削減して低コスト化を図ることができる。また、本発明のデータ伝送技術を用いることにより、複数のベルトコンベアから点検管理するためのデータを無線で収集できるため、低コストで効率的にベルトコンベアの管理を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置をベルトコンベアの管理システムに用いた例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置を用いたベルトコンベア管理システムの一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置を用いたベルトコンベア管理システムの他の例を示す概略図である。 実施例における、データを送受信したアンテナ間の距離とデータの伝送速度との関係を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置をベルトコンベアの管理システムに用いた例を示す概略図である。

本例では、原料ヤードにおいてベルトコンベア１の異常を検知し管理する管理システムにデータ伝送装置１０が用いられる。データ伝送装置１０は、ベルトコンベア１の設備異常または操業異常を検知するためのセンサとしての可視カメラ２および加速度計３からのデータを伝送する。伝送されたデータは、ベルトコンベア１から離れた場所に設けられた操作室（管理部）４に集約され解析される。

なお、センサとしては、可視カメラ２および加速度計３のいずれかのみでもよく、これら以外のセンサ、例えば熱画像を取得する赤外線カメラや、異音を取得するためのマイク等を用いてもよい。

データ伝送装置１０は、センサである可視カメラ２および加速度計３が取得したデータを送信する送信部１１、および、データを受信する受信部１３を有しており、データ送信部１１からデータ受信部１３へ無線通信によりデータを伝送する。

データ伝送は、ベルトコンベア１に沿ってなされるが、伝送路の途中に、原料ヤードに設けられたレール上を走行しつつ、原料ヤードへの原料の積み付けまたは原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機であるリクレーマ７が存在する。このため、データ伝送装置１０は、リクレーマ７に設けられた、無線通信の中継部１２をさらに有し、データ送信部１１から中継部１２を介してデータ受信部１３へデータを伝送する。

送信部１１は、センサである可視カメラ２および加速度計３のデータを無線送信するための第１の無線機器５ａおよび第１のアンテナ６ａからなる第１の無線送受信機器９ａを有する。

中継部１２は、第２の無線機器５ｂおよび第２のアンテナ６ｂからなる第２の無線送受信機器９ｂと、第３の無線機器５ｃおよび第３のアンテナ６ｃからなる第３の無線送受信機器９ｃとを有し、第２の無線送受信機器９ｂが送信部１１からのデータを受信し、受信したデータを第３の無線送受信機器９ｃが送信することでデータを中継する。

受信部１３は、第４の無線機器５ｄおよび第４のアンテナ６ｄからなる第４の無線送受信機器９ｄを有し、中継部１２から送信されたデータを受信する。受信部１３で受信されたデータは、第５の無線機器５ｅおよび第５のアンテナ６ｅからなる第５の無線送受信機器９ｅによって、操作室４まで送信される。第４の無線送受信機器９ｄおよび第５の無線送受信機器９ｅは、ベルトコンベア１に沿って設置されており、送信部１１から中継部１２を介して受信部１３に至るデータ伝送は、ベルトコンベア１に沿ってなされる。

無線通信を安定に行うためにはデータを送受信するアンテナ間の見通しが良いことが求められ、原料ヤードでは、積み付けられた原料の山が障害物となるため見通しが良いのはベルトコンベア沿いの空間に限られる。しかし、ベルトコンベア沿いには大型の設備である移動機があり無線通信の障害となってしまう。

本実施形態では、移動機であるリクレーマ７を無線通信の中継ポイントとして利用することで、無線通信の障害となり得る原料山および移動機を避けた安定的な通信経路を確保することが可能になる。

以上の作用により、ベルトコンベア１のデータを無線で安定的に伝送することが可能となり、長距離のケーブル配線が不要となることから、原料ヤードにおける低コストのデータ伝送を実現することができる。

なお、移動機の可動範囲が長距離の場合には、データを送受信する距離が長くなるため、中継部１２のアンテナとして指向性の強い指向性アンテナを用いることが望ましい。

次に、本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置を用いたベルトコンベア管理システムの一例について説明する。
図２は、本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置を用いたベルトコンベア管理システムの一例を示す概略図である。本例のベルトコンベア管理システムは、原料ヤードの複数のベルトコンベア１について上述したデータ伝送装置１０を用いてデータを伝送することで、複数のベルトコンベア１に関するデータを集約して管理する。

本例のベルトコンベア管理システムは、原料ヤードに設けられた複数のベルトコンベア１にそれぞれ設けられたセンサとしての可視カメラ２および加速度計３と、複数のベルトコンベア１のそれぞれに対応して設けられた複数のデータ伝送装置１０と、複数のデータ伝送装置１０により伝送されたデータを集約し、解析する操作室（管理部）４とを有している。

原料ヤードでは原料山８が存在するため、見通しの良い空間がベルトコンベア沿いに限られるが、ベルトコンベア沿いには無線通信の障害となる移動機であるリクレーマ７が存在する。このため、各データ伝送装置１０は、対応するベルトコンベア１に沿ってデータを伝送するとともに、無線通信の障害となる移動機であるリクレーマ７に無線通信の中継部１２を設ける。これにより、複数のベルトコンベア１を管理するためのデータを、これらに対応する複数のデータ伝送装置１０により伝送し、操作室４に集約し、解析することが可能となる。

その結果、広い敷地に多数のベルトコンベアが設置された原料ヤードにおいて、配線を用いることなく低コストでベルトコンベア１から操作室４にデータを集約することができ、効率的にベルトコンベアを点検管理することができる。

なお、移動機に設置する中継部は、ベルトコンベア沿いを走行する重機などが無線通信の障害になる可能性があるため、移動機の旋回移動の邪魔にならない範囲で高い場所に設置することが好ましい。

図３は、本発明の一実施形態に係るデータ伝送装置を用いたベルトコンベア管理システムの他の例を示す概略図である。本例のベルトコンベア管理システムは、図２の例と同様、原料ヤードの複数のベルトコンベア１について上述したデータ伝送装置１０を用いてデータを伝送することで、複数のベルトコンベア１に関するデータを集約して管理するものであるが、一つのデータ送信部から操作室に至るまでに複数の通信経路を有していて、通信経路を選択可能な例を示す。

本例では、原料ヤードのベルトコンベア１ａ，１ｂについて、それぞれデータ伝送装置１０ａ，１０ｂを用いてデータを伝送することで、ベルトコンベア１ａ，１ｂに関するデータを集約して管理する。データ伝送装置１０ａは、データ送信部１１ａ、データ中継部１２ａ、およびデータ受信部１３ａを有する。また、データ伝送装置１０ｂは、データ送信部１１ｂ、データ中継部１２ｂ、およびデータ受信部１３ｂを有する。データ送信部１１ａ，１１ｂは、ベルトコンベア１ａ，１ｂにそれぞれ設けられたセンサ（可視カメラおよび加速度計）からのデータを収集し、送信する。

データ伝送装置１０ｂは、データ送信部１１ｂに収集された収集データをデータ送信部１１ｂから複数の通信経路（第１の通信経路および第２の通信経路）を経て操作室（管理部）４に集約することが可能となっている。具体的には、第１の通信経路は、データ送信部１１ｂからデータ中継部１２ｂに至る経路Ａ、データ中継部１２ｂからデータ受信部１３ｂに至る経路Ｂ、およびデータ受信部１３ｂから操作室４に至る経路Ｃを通る（Ａ〜Ｂ〜Ｃ）。一方第２の通信経路は、データ送信部１１ｂからデータ送信部１１ａに至る経路Ｄ、データ送信部１１ａからデータ中継部１２ａに至る経路Ｅ、データ中継部１２ａからデータ受信部１３ａに至る経路Ｆ、およびデータ受信部１２ａから操作室４に至る経路Ｇを通る（Ｄ〜Ｅ〜Ｆ〜Ｇ）。なお、データ送信部１１ａはアンテナを有しているため、本来的に受信機能を有している。

データ中継部１２ａは移動機であるリクレーマ７ａに設けられ、データ中継部１２ｂはリクレーマ７ｂに設けられている。

このように、複数の通信経路を取り得る場合、データ中継部が設けられた移動機の位置に応じて通信経路を選択することが好ましい。すなわち、複数の通信経路に、それぞれデータ中継部が設けられた移動機を含んでいる場合に、移動機の位置により最適な通信経路が変化するため、移動機の位置に応じて最適な通信経路を選択することが好ましい。

その理由を以下に説明する。
データ通信に無線機器およびアンテナを用いる場合、アンテナ間距離が長くなるほどデータ伝送速度が低下する。この傾向は指向性の弱い場合に顕著である。したがって、複数の通信経路を取り得る場合は、その経路によって伝送速度が変化することになる。例えば図３において、データ送信部１１ｂから操作室４までデータを送信する場合、上述したように第１の通信経路（Ａ〜Ｂ〜Ｃ）と第２の通信経路（Ｄ〜Ｅ〜Ｆ〜Ｇ）を取り得る。ここで、各経路のアンテナ間距離を小さい順に並べるとＢ＜Ｃ＝Ｄ＜Ｅ＝Ｆ＝Ｇ＜Ａとなっている。すなわち、経路Ａの距離が最も大きいため、経路Ａにおいて伝送速度が最も遅くなる。したがって、第１の通信経路（Ａ〜Ｂ〜Ｃ）の伝送速度は経路Ａが律速となり、第２の通信経路（Ｄ〜Ｅ〜Ｆ〜Ｇ）よりも伝送速度が遅くなる。このことから、通信経路が複数ある場合、各通信経路の移動機の位置により最適な通信経路が変化することがわかる。すなわち、移動機の位置により、中継ポイントである、データ送信部、データ中継部、データ受信部の間の距離が変化するので、その距離に基づいて通信経路を選択することで、より高速の伝送速度を実現することができる。

なお，指向性の高いアンテナを用いる場合、アンテナの方向以外の通信経路を選択するとデータ伝送速度が低下してしまうため、取り得る通信経路に対応してアンテナの向きを変更する機構を設けるか、向きの異なる複数のアンテナを設けることが望ましい。

次に、本発明の実施例について説明する。
ここでは、本発明の効果を確認するために、原料ヤードにおいて上記実施形態に係るデータ伝送装置の検証実験を行った。まず、比較例として障害物（原料山）がある場合の無線通信のデータ伝送速度を測定した。次に本発明例として、移動機での中継を想定した障害物がない場合の無線通信のデータ伝送速度を測定した。本発明例では、アンテナとして指向性の弱いアンテナ（放射角度３０°）を用いた場合を本発明例１、指向性の強い指向性アンテナ（放射角度９°）を用いた場合を本発明例２とした。

各例について測定したデータ伝送速度を図３に示す。図３は、横軸にデータを送受信したアンテナ間の距離をとり、縦軸にデータの伝送速度をとって、これらの関係を示す図である。データの伝送速度が速いほど通信状況が安定していることを示している。比較例では、障害物があることでデータ伝送速度が遅く、安定的に無線通信することが難しいのに対し、本発明例１および２では、障害物がないため通信状況が安定しており、原料ヤードに本発明を適用することで通信状態が安定することがわかる。特に、指向性の強い指向性アンテナを用いた本発明例２では、１ｋｍほどの長距離でもデータ伝送速度があまり低下することなく、安定的にデータを伝送できることが確認された。

以上から、本発明に従って、原料ヤードで障害物のない通信経路を確保することで安定的に無線通信することが可能となることがわかる。

以上、本発明の実施の形態および実施例について説明したが、これらはあくまで例示に過ぎず、本発明の思想の範囲内で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、上記実施の形態では、１つのベルトコンベアに対し１つの移動機（リクレーマ）を設けた場合について示したが、移動機が２つ以上であってもよい。この場合には、全ての移動機に中継部を設けてもよいし、移動機の一部にセンサを設け、他の移動機に中継部を設けてもよい。

１ ベルトコンベア
２ 可視カメラ
３ 加速度計
４ 操作室（管理部）
５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ，５ｅ 無線機器
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ アンテナ
７ リクレーマ（移動機）
８ 原料山
９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄ，９ｅ 無線送受信機器
１０ データ伝送装置
１１ 送信部
１２ 中継部
１３ 受信部

Claims (8)

1. 原料ヤードにおいて無線通信によりデータを伝送するデータ伝送装置であって、
   データを送信するデータ送信部と、データを受信するデータ受信部と、前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは前記原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に設けられた無線通信の中継部とを有し、
   前記送信部から送信されたデータを、前記中継部を介して前記受信部へ伝送し、
   前記原料ヤードのベルトコンベアに沿ってデータの無線通信を行うことを特徴とするデータ伝送装置。
2. 前記移動機を複数有し、前記データ送信部から送信されたデータは、前記複数の移動機のそれぞれに設けられた前記中継部を経由する複数の通信経路を取ることが可能であり、前記複数の移動機の位置に応じて通信経路を選択することを特徴とする請求項１に記載のデータ伝送装置。
3. 前記移動機の位置に応じて決定される、データの中継ポイントを構成する前記データ送信部、前記中継部、前記データ受信部の間の距離に基づいて前記通信経路を選択することを特徴とする請求項２に記載のデータ伝送装置。
4. 原料ヤードにおいて無線通信によりデータを伝送するデータ伝送方法であって、
   前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に無線通信の中継部を設け、データ送信部から中継部を介してデータ受信部へデータを伝送し、前記原料ヤードのベルトコンベアに沿ってデータの無線通信を行うことを特徴とするデータ伝送方法。
5. 原料ヤードのベルトコンベアの管理を行うベルトコンベア管理システムであって、
   前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するためのセンサと、
   前記センサからのデータを無線通信により伝送するデータ伝送装置と、
   前記データ伝送装置により伝送されたデータを集約して前記ベルトコンベアを管理する管理部と
   を備え、
   前記データ伝送装置は、データを送信するデータ送信部と、データを受信するデータ受信部と、前記原料ヤードへの原料の積み付けまたは前記原料ヤードからの原料の払い出しを行う移動機に設けられた無線通信の中継部とを有し、
   前記送信部から送信されたデータを、前記中継部を介して前記受信部へ伝送することを特徴とするベルトコンベア管理システム。
6. 複数の前記移動機と、前記複数の移動機にそれぞれ対応して設けられた複数の前記中継部と、複数の前記データ送信部と、複数の前記データ受信部とを有し、
   複数の前記データ送信部のうち特定のデータ送信部のデータを前記管理部に集約する際に、前記複数の移動機のそれぞれに設けられた前記中継部を経由する複数の通信経路を取ることが可能であり、前記複数の移動機の位置に応じて通信経路を選択することを特徴とする請求項５に記載のベルトコンベア管理システム。
7. 前記移動機の位置に応じて決定される、データの中継ポイントを構成する前記データ送信部、前記中継部、前記データ受信部、前記管理部の間の距離に基づいて前記通信経路を選択することを特徴とする請求項６に記載のベルトコンベア管理システム。
8. 原料ヤードのベルトコンベアの管理を行うベルトコンベア管理方法であって、
   前記ベルトコンベアの設備異常または操業異常を検知するセンサからの情報を、請求項４に記載のデータ伝送方法で伝送することで、ベルトコンベアに関するデータを集約して管理することを特徴とするベルトコンベア管理方法。
   

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