JP7192290B2 - 通信装置およびシステム - Google Patents

Description

本発明は、通信装置およびシステムに関する。

例えば大規模なプラント設備等においても、各所に設けられたセンサーによりその設備の状態等を検出ないしは計測し、センサーで取得したデータを迅速に収集することが求められている。今後は、従来以上に多くのセンサーを使用することにより、多種多様なデータをより一層きめ細かく収集し、それらのデータを用いてプラント設備等の制御の精度をより一層高めたり、制御の質を高度化したりすることも期待される。その際、無線通信を用いたデータ収集を行うことは、プラント設備内での通信ネットワークの構築の柔軟性を高めたり、ケーブル配線等のコストを低減化したりするために有効である。

非特許文献１には、各種のフィールド機器を無線フィールド機器として使用できるようにするための無線用通信モジュール（ＦＮ１１０）が記載されている。

山本周二，稲垣哲朗，戸田秀之，北野欽一，望月聡，「無線の普及を促進するフィールド無線用通信モジュール（英題：Field Wireless Communication Module to Promote Field Wireless）」，横河電機株式会社，横河技報，Vol.57，No.1，２０１４年，p.3-6

非特許文献１に記載されている無線用通信モジュールは、工業用無線規格ＩＳＡ １００．１１ａを使用して通信を行う。ＩＳＡ １００．１１ａは、国際計測制御学会（International Society of Automation）のＩＳＡ１００委員会で標準化された規格である。ＩＳＡ １００．１１ａによる通信では、物理層において、ＩＥＥＥ８０２．１５．４－２００６ ２．４ＧＨｚ ＤＳＳを使用する。また、他の規格（例えば、Wireless HART）による工業用通信でも、物理層において、ＩＥＥＥ８０２．１５．４－２００６ ２．４ＧＨｚ ＤＳＳを使用する。

上記の、従来技術による工業用無線通信製品では、２．４ギガヘルツ帯の周波数を使用することもあり、無線通信の到達距離が限られているという問題があった。つまり、従来技術を使用して、例えば数キロメートル四方にも及ぶ大規模なプラント等における通信ネットワークを構築しようとした場合、多数の無線アクセスポイントを設けることが必要であった。また、中継装置等を用いて、アクセスポイント間を接続するネットワークを構築する必要があった。

より安価に工業用無線通信ネットワークを構築し、且つ大規模プラント等の中の様々な事象を捉えるためのデータを効率よく収集するためには、到達距離がより長い無線通信を行えるようにできることが望ましい。また、同時に、従来から存在する多種多様なフィールド機器製品群（センサー等）を、簡易な方法で無線フィールド機器として使用できるようにすることが望まれる。さらに、多様な通信プロトコルの中から目的等に適したプロトコルを適宜選択して柔軟に通信ネットワークを構築できるようにすることが望まれる。

本発明は、上記のような事情を考慮してなされたものであり、無線通信の機能を持たないフィールド機器等が長距離を含む多種多様な無線通信を行えるようにする。そのため、柔軟にかつ低コストで無線通信ネットワークを構築することを可能とする通信装置およびシステムを提供しようとするものである。

［１］上記の課題を解決するため、本発明の一態様による通信装置は、外部のフィールド機器からの信号を取得するための複数の形式のインターフェースによる端子を設けた信号取得部と、前記信号取得部から出力される信号を取得するとともに、無線通信を用いて前記信号に基づくデジタルデータを外部に送信するための制御を行う制御部と、前記制御部が行う制御に基づいて、無線通信方式により、前記デジタルデータを外部に送信する無線通信部と、を具備する通信装置であって、前記信号取得部の機能を有する信号取得ボードと、前記制御部の機能を有する制御ボードと、前記無線通信部の機能を有する無線通信ボードと、を具備する。

この構成によれば、無線通信機能を持たないフィールド機器が出力した信号に基づくデジタルデータを、無線通信により伝送することが可能となる。また、信号取得部の機能を有する信号取得ボードと、制御部の機能を有する制御ボードと、無線通信部の機能を有する無線通信ボードとのそれぞれを、独立性の高いモジュールとして実現できる。

［２］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号取得ボード、前記制御ボード、前記無線通信ボードの順序で重ねて構成したものである。

この構成によれば、各ボードの機能をモジュール化しながら、コンパクトなサイズで通信装置を実現することが可能となる。ここで、通信装置のサイズとは、例えば、通信装置の、縦、横、高さの和である。

［３］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号取得部が出力する前記信号を、所定の標準通信規格にしたがった形式のデジタル信号に変換して出力する信号変換部、をさらに具備し、前記制御部は、前記信号変換部から出力される前記デジタル信号を、前記信号取得部から出力される信号として取得するものであり、前記信号取得ボードと、前記制御ボードと、前記無線通信ボードと、に加えて、前記信号変換部の機能を有する信号変換ボードをさらに具備するものである。

この構成によれば、所定の標準通信規格に則ったデジタル信号として、制御部への信号の供給を行うことが可能となる。また、信号変換部の機能を有する信号変換ボードを、独立性の高いモジュールとして実現できる。

［４］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号取得ボード、前記信号変換ボード、前記制御ボード、前記無線通信ボードの順序で重ねて構成したものである。

この構成によれば、各ボードの機能をモジュール化しながら、コンパクトなサイズで通信装置を実現することが可能となる。ここで、通信装置のサイズとは、例えば、通信装置の、縦、横、高さの和である。

［５］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号変換部は、前記標準通信規格に応じた交換可能なモジュールとして構成されるものである。

この構成によれば、採用する標準通信規格に応じてモジュールを交換するだけで、様々な標準通信規格に応じた装置を容易に構成することが可能となる。

［６］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号変換ボードと前記制御ボードとの間の通信は、シリアル通信であるものである。

この構成によれば、信号変換ボードから制御ボードへの信号の受け渡しのための通信を、シリアル通信によって行うことができる。

［７］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記制御ボードと前記無線通信ボードとの間の通信は、シリアル通信であるものである。

この構成によれば、制御ボードと無線通信ボードとの間の通信を、シリアル通信によって行うことができる。

［８］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号変換ボードは、他のボードとの間で接続するための第１コネクターを備え、前記他のボードは、前記信号変換ボードとの間で接続するための第２コネクターを備え、前記信号変換ボードは、前記第２コネクターにおけるピン配置を変更せずに交換可能なモジュールとして構成されるというものである。

この構成によれば、信号変換ボードを交換可能とすることができる。また、複数の信号変換の方式による信号変換ボードをそれぞれ実現し、通信装置に組み込む信号変換ボードを交換可能なモジュールとすることができる。求められる機能に応じた通信装置を、モジュールの交換によって容易に実現することが可能となる。

［９］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記無線通信ボードは、他のボードとの間で接続するための第３コネクターを備え、前記他のボードは、前記無線通信ボードと接続するための第４コネクターを備え、前記無線通信ボードは、前記第４コネクターにおけるピン配置を変更せずに前記無線通信方式に応じて交換可能なモジュールとして構成されるものである。

この構成によれば、無線通信ボードを交換可能とすることができる。また、複数の無線通信の方式による無線通信ボードをそれぞれ実現し、通信装置に組み込む無線通信ボードを交換可能なモジュールとすることができる。求められる機能に応じた通信装置を、モジュールの交換によって容易に実現することが可能となる。

［１０］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、 前記無線通信ボードは、前記無線通信部に代えて前記制御部が行う制御に基づいて有線通信方式により前記デジタルデータを外部に送信する有線通信部、の機能を有する有線通信ボードに置き換え可能であるものである。

この構成によれば、無線通信によりデータ送信を、有線通信で置き換えることが可能となる。

［１１］また、本発明の一態様は、上記の通信装置（［３］あるいは［４］）において、信号変換ボードを取り除いても通信装置として機能するものである。

この構成によれば、信号変換ボードを着脱可能な通信装置を構成することが可能である。

［１２］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記制御部は、取得した前記信号を所定の数値範囲のデジタルデータに変換する数値変換部、を具備するとともに、無線通信を用いて、前記数値変換部によって変換された前記デジタルデータを外部に送信するための制御を行う、ものである。

この構成によれば、フィールド機器から出力される信号を、適切な物理量等に変換することが可能となる。通信装置側で数値変換を行うことにより、例えばデータを収集するサーバー装置側では、数値変換等の処理を行わなくて済む。

［１３］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記制御部は、無線通信を用いて外部に送信するためのデジタルデータのバックアップを記憶するための記憶部と、前記デジタルデータのバックアップを管理するデータバックアップ部と、を具備するものである。

この構成によれば、例えば無線通信の不具合等が生じた状況においても、発生するデータを記憶部に貯めておくことができる。そして、無線通信による送信が可能となった状況において、改めて、バックアップとして貯めておいたデータを外部に送信することが可能となる。

［１４］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記信号取得ボードと前記信号変換ボードと前記制御ボードとは平面視した状態におけるサイズが同一であって、前記信号取得ボードから出力される信号線の前記信号取得ボードを平面視した状態における位置と、前記信号変換ボードから出力される信号線の前記信号変換ボードを平面視した状態における位置とは、同一である、ものである。

この構成によれば、信号変換ボードを外して、残った信号取得ボードと制御ボードと無線通信ボードとを重ねて通信装置を構成したときにも、信号取得ボードから出力される信号線の位置が、ちょうど、信号変換ボードから出力していた信号線の位置と合致する。つまり、制御ボードは、容易に、信号変換ボードの代わりに、信号取得ボードからの出力信号を取り込むことが可能となる。

［１５］また、本発明の一態様は、上記の通信装置において、前記無線通信部は、ＬＰＷＡ無線通信方式または狭帯域のＬＴＥ無線通信方式により、前記デジタルデータを外部に送信する、ものである。

この構成によれば、ＬＰＷＡ無線通信方式または狭帯域のＬＴＥ無線通信方式を用いて、通信装置を構成することが可能となる。これにより、低消費電力の通信装置を構成することができる。

［１６］また、本発明の一態様は、上記［１］から［１５］までのいずれかに記載の通信装置と、前記通信装置から送信される前記デジタルデータを受信し、蓄積するデータ収集サーバー装置と、を具備するシステムである。

この構成によれば、無線通信ネットワークを構築し、データ収集サーバー装置が通信装置からデジタルデータを収集し、蓄積することが可能となる。なお、このとき、通信装置の数は任意であり、多数であってもよい。

［１７］また、本発明の一態様は、上記［１２］に記載の通信装置と、前記通信装置に対して、前記通信装置が具備する前記数値変換部の処理における前記所定の数値範囲の設定を変更するよう指示する設定サーバー装置と、を具備するシステムである。

この構成によれば、設定サーバー装置は、通信装置における数値変換処理に関する設定（物理量に関する設定，数値範囲の設定等）を行うことが可能となる。

本発明によれば、無線通信機能を有しないフィールド機器製品群を資産として活用しながら、低コストで、且つ柔軟に、長距離の通信が可能な無線通信ネットワークを構築することが可能となる。但し、通信装置の入力に合致した出力を持つセンサーや制御であれば、必ずしもフィールド機器である必要はない。フィールド機器以外の装置と本発明による通信機器を用いてもよい。このとき、装置間での無線信号の到達距離を長くすることができるため、無線信号の中継装置等を多数設ける必要がない。すなわち、例えば、数キロメートルにわたるプラント等をカバーする無線通信ネットワークを構築することが可能となる。

本発明の第１実施形態による通信装置の機能構成を示す機能ブロック図である。 同実施形態による通信装置の一部の機能を省略した場合の機能構成を示す機能ブロック図である。 同実施形態による通信装置が有する制御部のより詳細な機能構成を示すブロック図である。 同実施形態による通信装置が有する制御部のハードウェア構成の例を示す概略図である。 同実施形態による通信装置を上方から見た平面図である。 同実施形態による通信装置を右側面から見た場合の側面図（右側面図）である。 同実施形態による通信装置を背面から見た背面図である。 同実施形態による通信装置を左側面から見た場合の側面図（左側面図）である。 同実施形態による通信装置を正面から見た場合の正面図である。 同実施形態による通信装置を下方から見た場合の下面図である。 同実施形態による通信装置を構成する信号取得ボード上に実装される回路構成を示す回路ブロック図である。 同実施形態による通信装置を構成する信号変換ボード上に実装される回路構成を示す回路ブロック図である。 同実施形態による通信装置を構成する制御ボード上に実装される回路構成を示す回路ブロック図である。 同実施形態による通信装置を構成する無線通信ボード上に実装される回路構成を示す回路ブロック図である。 第２実施形態によるシステムの概略構成を示すブロック図である。 第３実施形態によるシステムの概略構成を示すブロック図である。 同実施形態によるシステムにおいて、端末装置が有する表示装置に表示される通信装置設定画面の一構成例を示す概略図である。

［第１実施形態］
図面を参照しながら、本発明の第１実施形態について説明する。なお、本実施形態において、フィールド機器とは、例えば、流量計、温度計、湿度計、圧力計などのセンサーや、バルブ、ポンプ、アクチュエーターなどといった機器である。

図１は、本実施形態による通信装置の機能構成を示す機能ブロック図である。図示するように、通信装置１は、信号取得部２１と、信号変換部２２と、制御部２３と、無線通信部２４とを含んで構成される。

信号取得部２１は、外部から信号を取得する。信号取得部２１は、例えば外部のフィールド機器が出力する信号を取得するための多数の形式のインターフェースのための端子を備えている。信号取得部２１が取得する信号は、典型的には、電気信号である。信号取得部２１は、例えば、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）や、１－５Ｖ（ボルト）電圧信号や、４－２０ｍＡ（ミリアンペア）電流信号や、ＵＡＲＴ（ユーアート， Universal Asynchronous Receiver-Transmitter，汎用非同期送受信回路）や、ＤＩＯ（Digital Input/Output，デジタル入出力）や、Ｉ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）や、ＳＰＩ（Serial Peripheral Interface，シリアル・ペリフェラル・インタフェース）などといったインターフェースを介して、外部からの信号を取得する。なお、ここに列挙したインターフェース自体は、既存技術に属するものであり、広く用いられているものである。信号取得部２１が信号を取得する際のインターフェースの形式は、上に例示列挙したものには限定されない。
信号取得部２１は、信号変換部２２との間の信号線を介して、取得した信号を信号変換部２２に供給する。

信号変換部２２は、信号取得部２１が取得した信号を、所定の形式に変換して出力する。信号変換部２２は、例えば、ＨＡＲＴやＢＲＡＩＮ（ブレイン）といった通信方式への変換を行う。なお、ＢＲＡＩＮ通信は、横河電機の規格による通信方式である。つまり、信号変換部２２は、信号取得部２１が出力する信号を、所定の標準通信規格にしたがった形式のデジタル信号に変換して出力する。
また、信号変換部２２は、標準通信規格に応じた交換可能なモジュールとして構成されてもよい。例えば、ＨＡＲＴ用の信号変換部２２や、ＢＲＡＩＮ用の信号変換部２２などが交換可能なモジュールとして提供されることにより、通信装置１の使用者は、信号変換部２２のモジュールを交換するだけで、様々な方式のデジタル信号への変換を行うことが可能となる。
信号変換部２２は、ＡＤ変換（アナログ・デジタル変換）等、制御基板（制御部２３）へ通信を行うための手段・方法を具備することも可能である。信号変換部２２は、制御部２３へデジタル信号を送信できる素子としては、ＡＤ変換素子に限らずどのような素子を用いてもよい。
また、ケーブル長が長い場合や、外来ノイズの影響を最小限にしたい場合や、センサー部故障の影響を最小限にとどめたい場合等を考慮して、信号変換部２２は、信号取得部２１に入ってくる信号と制御部２３との間を絶縁するための機能を具備してもよい。ただし、この絶縁機能は、必要に応じて具備すれば充分であり、不要な場合には絶縁機能を省略してもよい。
また、信号変換部２２が備える信号変換用素子は、制御部２３との間で汎用的なシリアル通信などにより接続されている。そのため、この信号変換用素子の部分の構成を変えても、制御部２３への設計変更が生じない設計としている。汎用的なシリアル通信とは、例えば、Ｉ２Ｃや、ＵＡＲ、ＳＰＩ等の通信方式である。
信号変換部２３については、高度な計測機能を持たせるため、その基板（信号変換ボード）上に電源を配してもよい。
また、制御部２３がその電源を制御するようにしてもよい。制御部２３が電源を制御することにより、消費電力を抑えることができる機能を備えるようにすることも可能である。

制御部２３は、信号変換部２２から上記の通信方式により渡される信号に基づいた、様々な処理を行う。また、制御部２３は、無線通信部２４を制御することにより、信号変換部２２から受け取ったデータを所定の形式で外部へ送信するための制御を行う。つまり、制御部２３は、信号取得部２１から出力される信号（信号変換部２２によって変換された形式である場合を含む）を取得するとともに、無線通信部２４を用いて前記信号に基づくデジタルデータを外部に送信するための制御を行う。
制御部２３が有する機能の詳細については、後で図３を参照しながらさらに説明する。

無線通信部２４は、制御部２３からの制御に基づいて、無線信号によってデータ（デジタルデータ）の送受信を行う。
無線通信部２４は、例えば、制御部２３から渡されたデータを所定のタイミングで外部に送信する。無線通信部２４が通信する相手は、例えば、フィールド機器等で測定されたデータを収集するサーバー装置である。なお、無線通信部２４は、適宜、ゲートウェイ装置を介して、通信相手との間で通信を行う。また、サーバー装置はクラウドシステムとして構成されている装置でもよい。
また、無線通信部２４は、外部のサーバー装置等からのデータを受信する。このデータの内容は、例えば、通信装置１に対するコマンドや設定情報等である。
たとえば、通信装置１やセンサーを電池で長時間動作させる必要がある場合には、通信装置１がサーバー装置にアクセスした際に設定値などをダウンロードするポーリング等の手法を用いる方式が望ましい。これによって、通信装置１は、サーバーからの信号を待ち受けるための待機時間で電池容量を消費しないようにすることが可能となる。即ち、省電力化を図ることができる。ただし、この方式の問題点は、通信装置１側からサーバー装置にアクセスする時にしか設定値をダウンロードできないことである。よって、例えば、通信装置１の手の触れられる箇所（たとえば、信号取得部２１の上面等）にスイッチを設けて、スイッチの状態を変えることによって通信装置１側から強制的にサーバー装置へのアクセス実行する構成を備えるようにすることが望ましい。さらに、上記のスイッチの代わりに、通信装置１がローカエリアネットワークにつながる機能を持たせて、そのローカルエリアネットワーク上から通信装置１側に強制的にアクセスを行う仕組みを構築してもよい。
無線通信部２４は、例えば、ＬＰＷＡ（Low Power Wide Area）方式による通信を行う。ＬＰＷＡ無線通信方式の特徴は、低消費電力で遠距離（例えば、数キロメートル）の通信を実現することである。その一方で、ＬＰＷＡ無線通信方式では、比較的、通信速度（単位時間あたりに通信する情報量）が低い。ＬＰＷＡ無線通信方式では、サブギガヘルツ帯の無線信号を用いた通信を行う。無線通信部２４は、ＬＰＷＡ無線通信方式を実現する規格の一つとして、ＬｏＲａＷＡＮを用いることができる。ＬｏＲａＷＡＮの規格上の通信距離は最大で２０ｋｍ（キロメートル）程度である。ただし、送信時の出力電力と送受信環境に応じて通信距離が数キロメートル程度に抑制される場合もある。また、ＬｏＲａＷＡＮでのデータ送信量は、例えば、１通信あたり十数バイト程度である。

無線通信部２４は、上記のＬｏＲａＷＡＮの代わりに、狭帯域のＬＴＥ（Long Term Evolution）規格を用いた無線通信方式で通信を行うようにしてもよい。狭帯域のＬＴＥ規格とは、例えば、ＬＴＥ Ｃａｔ．０や、ＬＴＥ Ｃａｔ．Ｍ１や、ＬＴＥ Ｃａｔ．ＮＢ１（ＮＢ－ＩｏＴ）といった規格である。これらの規格は、スマートフォン等で用いられるＬＴＥ規格と比べると、使用する周波数帯域が狭く、通信速度も低速である。具体的には、狭帯域のＬＴＥ通信方式において使用する周波数帯域幅は、例えば２００ｋＨｚ以下である。さらに、一例として、ＮＢ－ＩｏＴの方式では、１８０ｋＨｚの周波数帯域幅を使用する。言い換えれば、これらの規格は、ＩｏＴ（Internet of Things）向のＬＴＥ規格である。

上記のように、無線通信部２４は、ＬｏＲａＷＡＮや、狭帯域のＬＴＥ規格を使用した通信を行う。したがって、低消費電力で、長い距離の通信が可能となる。但し、無線通信部２４は、例えば、ＷｉＦｉ、ブルートゥース等の他の無線方式を用いて通信を行ってもよい。

以上、図１を用いて説明した通信装置１は、全体として、低消費電力の装置として設計することが可能である。また、小型で大容量の電池を用いることにより、通信装置１全体を電池で駆動することが可能となる。また、電池を数年間交換することなく、通信装置１が稼働し続けるようにすることもできる。

次に、一部の機能を省略した通信装置の例について説明する。
図２は、一部の機能を省略した通信装置の機能構成を示す機能ブロック図である。図示するように、通信装置２は、信号取得部２１と、制御部２３と、無線通信部２４とを含んで構成される。つまり、通信装置２は、通信装置１の機能構成から信号変換部２２の機能を除外した機能を有する。通信装置２における信号取得部２１、制御部２３、無線通信部２４のそれぞれの機能は、既に説明した通信装置１における信号取得部２１、制御部２３、無線通信部２４の機能と同様のものである。ただし、通信装置２において、信号取得部２１は、取得した信号を、信号変換部２２ではなく制御部２３に直接渡す。また、制御部２３は、信号変換部２２からではなく信号取得部２１から直接信号を受け取る。つまり、通信装置２では、信号変換部２２による信号変換は行われない。即ち、通信装置２において、制御部２３は、信号取得部２１が外部から取得した形式の信号（アナログ信号またはデジタル信号）を、そのまま取得する。このような通信装置２の構成は、ＨＡＲＴや高分解能のＡＤ変換等の高度なデータ送信機能を必要としない用途で有用である。通信装置２は、４枚の基板で構成される通信装置１に比べて、より小型化および低消費電力化を実現できる。ただし、制御部２３は、前述の、ＨＡＲＴ、１－５Ｖ電圧、４－２０ｍＡ電流、ＵＡＲＴ、ＤＩＯ、Ｉ２Ｃ、ＳＰＩなどといったインターフェースによる信号を直接受け取ることを否定するものではない。制御部２３は、信号取得部２１から受け取った信号を取り込み、処理する。

なお、以下の説明において、可能な場合、通信装置１を適宜、通信装置２に置き換えて実施するようにしてもよい。

図３は、図１や図２で説明した制御部２３のより詳細な機能構成を示すブロック図である。図示するように、制御部２３は、設定管理部２３１と、数値変換部２３２と、時刻補正部２３３と、温度監視部２３４と、データバックアップ部２３５と、無線送受信制御部２３６と、動作状態管理部２３７と、状態表示制御部２３８とを含んで構成される。

設定管理部２３１は、通信装置１の設定情報を管理する。設定管理部２３１は、例えば外部からの指示等に応じて、設定情報を変更する。設定情報は、数値変換部２３２による数値変換処理のための情報を含む。
数値変換部２３２は、信号取得部２１が取得した信号（電圧信号、電流信号、デジタル信号等）を、物理量を表す数値に変換する処理を行う。言い換えれば、数値変換部２３２は、取得した信号を所定の数値範囲のデジタルデータに変換する。数値の返還に関する設定（出力する数値の範囲等）は、上記の設定管理部２３１によって管理される。数値の設定に関するユーザーインターフェースについては、図１７（第３実施形態）にも示す。数値変換部２３２が数値範囲等の変換を行う場合、制御部２３は、返還後のデータを無線によって外部に送出するよう制御する。

時刻補正部２３３は、通信装置１が持つ時計の時刻を補正する。具体的には、時刻補正部２３３は、例えば受信したＧＰＳ信号に基づいて時刻の補正を行う。なお、ＧＰＳ信号を取得する機能は無線通信部２４内に組み込まれていてもよい。また、時刻補正部２３３は、電波時計などのモジュールを用いて時刻を表す信号を受信する形で実現するようにしてもよい。
なお、「ＧＰＳ」はGlobal Positioning Systemの略である。

温度監視部２３４は、通信装置１に設けられた温度計測手段が計測する温度が正常値の範囲内にあるか否かを監視する。温度が正常値の範囲を外れている場合には、温度監視部２３４は、警告信号を外部に発信する。温度監視部２３４のこの機能により、例えば通信装置１の異常動作等により発生する異常な温度の状況を、外部に対して警告することが可能となる。

データバックアップ部２３５は、通信装置１がフィールド機器から受け取るデータをバックアップするとともに、バックアップデータの管理を行う。通信装置１は、フィールド機器から受け取るデータを定期的に無線信号で外部に（例えば、外部のデータ収集サーバー装置等に）送信するが、通信異常の場合や、何らかの異常によるデータ損失の場合のために、通信装置１の内部にもデータを蓄積する。データバックアップ部２３５は、バックアップするためのデータを、例えば通信装置１内の不揮発性半導体メモリーや揮発性メモリー等（記憶部）に書き込んで保存する。
つまり、データバックアップ部２３５は、無線通信を用いて外部に送信するためのデジタルデータのバックアップを記憶するための記憶部に、デジタルデータのバックアップを書き込むとともに、そのバックアップを管理する機能を有する。ここで、バックアップの管理とは、例えば、データに関連付けられた時刻の管理や、データが外部に送信済みであるか否かの管理や、データが外部の装置によって正常に受信されたか否かの管理等である。
無線送受信制御部２３６は、無線通信部２４による無線信号の送受信を制御する。

動作状態管理部２３７は、通信装置１の動作状態を管理するとともに、その動作状態を表す信号を出力する。
状態表示制御部２３８は、後述する表示部２３０７を用いた状態表示を制御する。例えば、表示部２３０７がＬＥＤ（発光ダイオード）を用いて構成される場合、状態表示制御部２３８は、ＬＥＤの点灯／消灯の状態を制御したり、ＬＥＤの表示色を制御したりする。状態表示制御部２３８は、例えば、動作状態管理部２３７が出力する信号に応じて表示を制御する。また、状態表示制御部２３８は、温度監視部２３４が出力する信号（例えば、温度の正常／異常を表す）に応じて表示を制御する。なお、ＬＥＤの点灯を行う場合には、比較的大きな電力を消費するため、スイッチを設けるなどして、例えばスイッチを押下したときのみ状態を表示する機能とすることが望ましい。また、先に記述したサーバー装置への強制接続に用いるスイッチと、上記のＬＥＤ点灯表示のためのスイッチとを、共用してもよい。この場合、例えば長押しした場合と一回短く押した場合等とでその制御を変えることにより、１つのスイッチを複数の目的に使用できるようにすることも可能である。即ち、用いるスイッチの個数を削減可能である。

図４は、前記の制御部２３のハードウェア構成の例を示す概略図である。図示するように、制御部２３は、ＣＰＵ２３０１（中央処理装置）と、メモリー２３０２と、入力側インターフェース部２３０３と、無線送受信側インターフェース部２３０４と、ＧＰＳ信号受信部２３０５と、温度測定部２３０６と、表示部２３０７とを含んで構成される。

ＣＰＵ２３０１は、メモリー２３０２に記憶されているプログラムを実行する。また、プログラムを実行した結果として、ＣＰＵ２３０１は、周辺装置等に対する入出力等を行う。
メモリー２３０２（記憶部）は、データやプログラム等を記憶する。メモリー２３０２は、データバックアップ部２３５がバックアップデータを蓄積・保存するための領域を含む。

入力側インターフェース部２３０３は、信号変換部２２（ただし、信号変換部２２が存在しない場合には信号取得部２１）との間での信号のやり取り等を行うためのインターフェース回路を持つものである。
無線送受信側インターフェース部２３０４は、無線通信部２４との間での信号のやり取り等を行うためのインターフェース回路を持つものである。

ＧＰＳ信号受信部２３０５は、ＧＰＳ衛星から送信されるＧＰＳ信号を受信する機能を有する装置である。制御部２３は、ＧＰＳ信号受信部２３０５が受信したＧＰＳ信号に基づいて、通信装置１の現在位置の座標値を求めたり、現在時刻を求めたりすることができる。ＧＰＳ信号によって求められた現在時刻は、例えば、前述の時刻補正部２３３による時刻補正に用いられる。
温度測定部２３０６は、温度計の機能を有する装置である。温度測定部２３０６は、制御部２３が設けられている箇所（例えば、プリント基板上）の温度を測定し、その測定値を表す信号をＣＰＵ２３０１に供給する。これにより、ＣＰＵ２３０１は、制御部２３が設けられている箇所に温度の異常が発生しているか否かを定期的に判断することができる。

表示部２３０７は、ＬＥＤ等を用いて実現され、通信装置１の状態を表示する。表示部２３０７は、ＣＰＵ２３０１からの制御信号によって制御される。表示部２３０７は、その制御信号に基づいて、各表示色（例えば、赤、緑、青、白など）のＬＥＤを、点灯させたり消灯させたり点滅させたりすることができる。ただし、これらのＬＥＤの点灯あるいは消灯等は、ＣＰＵからの制御信号によって制御されるが、ＣＰＵが設けられていない他の基板にこのＬＥＤを置いてもよい。また、ＬＥＤの消費電力を抑えるため、スイッチを動作させた時のみ、ＬＥＤを点灯、点滅させる等の工夫も可能である。

次に、通信装置１の構造の例について説明する。
図５，図６，図７，図８，図９，および図１０は、通信装置１（構成例）を６方向から見た正投影図である。
図５は、通信装置１を上方から見た平面図である。図５における下方が通信装置１の正面であり、上方が通信装置１の背面である。
図６は、通信装置１を右側面から見た側面図（右側面図）である。
図７は、通信装置１を背面から見た背面図である。
図８は、通信装置１を左側面から側面図（左側面図）である。
図９は、通信装置１を正面から見た正面図である。
図１０は、通信装置１を下方から見た下面図である。

これらの図に示すように、通信装置１は、４枚のボード（基盤）を層状に重ねて構成されている。それら４枚のボードは、上から順に、信号取得ボード１０１（「端子台ボード」とも呼ぶ）と、信号変換ボード１０２（ＨＡＲＴ通信を行う場合、「ＨＡＲＴ通信ボード」とも呼ぶ）と、制御ボード１０３（「ＣＰＵボード」とも呼ぶ）と、無線通信ボード１０４（「通信ボード」とも呼ぶ）である。つまり、これらのボードは、上記の順で重なられている。信号取得ボード１０１と、信号変換ボード１０２と、制御ボード１０３と、無線通信ボード１０４とは、それぞれ、図２に示した、信号取得部２１と、信号変換部２２と、制御部２３と、無線通信部２４との機能を実現するように構成されている。

なお、通信装置１の代わりに通信装置２を用いる場合には、上記の代わりに、信号取得ボード１０１と、制御ボード１０３と、無線通信ボード１０４の、３枚のボードを重ねることによって通信装置２を構成する。

図５の平面図に示すように、信号取得ボード１０１の上面（表面）には、端子台１１１や、コネクター１１４，１１５，１１６，１１７，１１８が配置されている。端子台１１１は、縦２×横４の、合計８個の端子を備えている。これら８個の端子のそれぞれは、金属製であり、ネジが設けられている。各端子には信号線を接続することができる。なお、端子台１１１自体は合成樹脂製である。コネクター１１４，１１５，１１６，１１７，１１８は、それぞれ、合成樹脂製のカバーと、金属製の端子とを有している。コネクター１１４は、４端子のコネクターである。コネクター１１５，１１６，１１７，１１８のそれぞれは、２端子のコネクターである。ボルト１０６，１０７，１０８のそれぞれは、信号取得ボード１０１と、信号変換ボード１０２と、制御ボード１０３と、無線通信ボード１０４とを貫通している。また、通信装置１に強制的にサーバー装置に通信させるためのトリガーを与えるスイッチや、通信装置１の状態を表示するためのＬＥＤ表示指令用のスイッチも、信号取得ボード１０１上に実装してよい。また、状態表示用ＬＥＤもこの基板上に実装することが望ましい。

図６の右側面図や、図７の背面図や、図８の左側面図や、図９の正面図に示すように、ボルト１０６，１０７，１０８は、前述のとおり、４枚のボードを貫通している。また、図示するように、スペーサーナットを用いて、信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２との間、信号変換ボード１０２と制御ボード１０３との間、制御ボード１０３と無線通信ボード１０４との間のそれぞれに、所定の長さの隔たりが維持されるようにしている。各ボードには、部品（電子素子等）が配置されるとともに、プリント配線等を用いた配線が施されている。つまり、信号取得ボード１０１と、信号変換ボード１０２と、制御ボード１０３と、無線通信ボード１０４とのそれぞれが、信号取得部２１と、信号変換部２２と、制御部２３と、無線通信部２４との機能を有する電子回路を備えている。同図において、符号１３１，１３２，１３３，１３４，１３５は、それぞれ、合成樹脂製の層間配線コネクターである。

層間配線コネクター１３１，１３２，１３３，１３４，１３５のそれぞれの内部には、層と層との間を電気的に接続するための信号線（不図示）が設けられている。なお、層間配線コネクター１３１，１３２，１３３，１３４，１３５のそれぞれの内部に、さらに電力供給線を設けるようにしてもよい。
層間配線コネクター１３１は、信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２との間の配線を収容するように設けられている。
層間配線コネクター１３２は、信号変換ボード１０２と制御ボード１０３との間の配線を収容するように設けられている。
層間配線コネクター１３３は、制御ボード１０３と無線通信ボード１０４との間の配線を収容するように設けられている。
層間配線コネクター１３４は、信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２との間の配線を収容するように設けられている。
層間配線コネクター１３５は、信号変換ボード１０２と制御ボード１０３との間の配線を収容するように設けられている。
なお、コネクター等を用いることによって、層間配線が容易に着脱できるようにしてもよい。

層間配線コネクター１３１，１３２，１３３は、通信装置１を平面視した場合に各ボード上の同じ位置に設けられている。また、層間配線コネクター１３４，１３５は、通信装置１を平面視した場合に各ボード上の同じ位置に設けられている。したがって、例えば、第２層目の信号変換ボード１０２を取り外して、信号取得ボード１０１と制御ボード１０３との間の層間配線が直接接続されるようにすることもできる。
言い換えれば、例えば、少なくとも信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２と制御ボード１０３とが、平面視した状態におけるサイズが同一になるようにする。そして、
信号取得ボード１０１から出力される信号線の信号取得ボード１０１を平面視した状態における位置と、信号変換ボード１０２から出力される信号線の信号変換ボード１０２を平面視した状態における位置とを、同一にする。これにより、信号変換ボード１０２がある状態とない状態との、いずれの状態にも、通信装置を構成することができるようにする。
このようにすれば、通信装置１（図１を参照）を、比較的容易に通信装置２（図２を参照）に作り替える（構成変更）ことができる。また、通信装置１と通信装置２とを、共通の部品を用いて製造することも容易である。

図６，図８，図９において示される符号１２１は、無線通信ボード１０４上に設けられたコネクターである。このコネクター１２１を介して、無線通信ボード１０４からデータを出力させたり、無線通信ボード１０４にデータを入力させたりするようにしてもよい。

また、制御ボード１０３から直接データを出力させたり、制御ボード１０３に直接データを入力させたりするためのポート（コネクター等）をさらに設けてもよい。
なお、制御ボード１０３には、ＣＰＵ２３０１をはじめとして、図４に示した各種ハードウェア等が設けられている。
また、入力側インターフェース部２３０３（図４）は、上記の層間配線コネクター１３２や１３５の少なくともいずれかに収容される配線に接続されている。
また、無線送受信側インターフェース部２３０４（図４）は、上記の層間配線コネクター１３３に収容される配線に接続されている。

図１０に示すのは、通信装置１の下面、即ち、無線通信ボード１０４の裏面である。無線通信ボード１０４には、無線通信に用いるための集積回路等が設けられている。無線通信ボード１０４の裏面にも実際には配線がプリントされているが、ここでは配線の図を省略して示している。

次に、通信装置１を構成する各ボードに実装される回路の概略について説明する。
図１１，図１２，図１３，および図１４は、通信装置１を構成する各ボード上の回路の概略構成を示す回路ブロック図である。なお、これらの図は、各ボード上における回路の機能構成を示すものであり、必ずしも、各ボード上における回路ブロックの物理的な配置のしかたを示すものではない。
図１１は、信号取得ボード１０１の回路ブロック図である。
図１２は、信号変換ボード１０２の回路ブロック図である。
図１３は、制御ボード１０３の回路ブロック図である。
図１４は、無線通信ボード１０４の回路ブロック図である。

以下では、これらのそれぞれの回路ブロック図を参照しながら、概略回路構成を説明する。

これらの回路ブロック図で示すＣ１１１１からＣ１４０１までのコネクターは、ボード間を相互に接続するためのコネクターである。前述の層間配線コネクター１３１，１３２，１３３，１３４，１３５は、これらＣ１１１１からＣ１４０１までのコネクターのいずれかに相当するものである。但し、回路ブロック図中で１つの基板上に設けられている複数のコネクターの少なくとも一部を、まとめて１つのコネクターで置き換えてもよい。こうすることにより、コネクター数を減らすことも可能である。
回路ブロック図上では、コネクターＣ１１１～Ｃ１４０１のそれぞれを各ボードの端の辺上に記載している。コネクターＣ１１１～Ｃ１４０１のそれぞれは、各ボードを平面視したときにその端の辺上に設けられていることは必ずしも必要ではない。コネクターＣ１１１～Ｃ１４０１のそれぞれは、各ボード上の任意の位置に設けられ得る。例えば、各ボードを平面視したときに、あるコネクターがそのコネクターの接続先であるコネクターと同じ位置に配置されるようにすると、当該ペアのコネクター間の配線を最短にしたりコネクター間の配線を不要にしてコネクター同士を直結したりすることができる。

通信装置１は、信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２と制御ボード１０３と無線通信ボード１０４とを有する。その一形態として、信号取得ボード１０１と信号変換ボード１０２と制御ボード１０３と無線通信ボード１０４とを、この順序で重ねて配置することによって通信装置１を構成するようにしてもよい。この場合、コネクター間の接続関係は、次の通りである。
信号取得ボード１０１のコネクターＣ１１１１，Ｃ１１１２，Ｃ１１１３，Ｃ１１１４，Ｃ１１１５は、それぞれ、信号変換ボード１０２のコネクターＣ１２０１，Ｃ１２０２，Ｃ１２０３，Ｃ１２０４，Ｃ１２０５に接続される。
信号変換ボード１０２のコネクターＣ１２１１，Ｃ１２１２，Ｃ１２１３，Ｃ１２１４，Ｃ１２１５は、それぞれ、制御ボード１０３のコネクターＣ１３０１，Ｃ１３０２，Ｃ１３０３，Ｃ１３０４，Ｃ１３０５に接続される。
制御ボード１０３のコネクターＣ１３１１，Ｃ１３１２は、それぞれ、無線通信ボード１０４のコネクターＣ１４０１，Ｃ１４０２に接続される。

通信装置２は、通信装置１から、信号変換ボード１０２を除外した構成である。即ち、通信装置２は、信号取得ボード１０１と制御ボード１０３と無線通信ボード１０４とを有する。その一形態として、信号取得ボード１０１と制御ボード１０３と無線通信ボード１０４とを、この順序で重ねて配置することによって通信装置２を構成するようにしてもよい。この場合、コネクター間の接続関係は、次の通りである。
信号取得ボード１０１のコネクターＣ１１１１，Ｃ１１１２，Ｃ１１１３，Ｃ１１１４，Ｃ１１１５は、それぞれ、制御ボード１０３のコネクターＣ１３０１，Ｃ１３０２，Ｃ１３０３，Ｃ１３０４，Ｃ１３０５に接続される。
制御ボード１０３のコネクターＣ１３１１，Ｃ１３１２は、それぞれ、無線通信ボード１０４のコネクターＣ１４０１，Ｃ１４０２に接続される。

つまり、上記の接続関係を前提として、次のことが言える。
信号変換ボード１０２のコネクターＣ１２０１，Ｃ１２０２，Ｃ１２０３，Ｃ１２０４，Ｃ１２０５の、ボードを平面視したときのボード上の位置を、それぞれ、制御ボード１０３のコネクターＣ１３０１，Ｃ１３０２，Ｃ１３０３，Ｃ１３０４，Ｃ１３０５の位置と同一（ないしは略同一）とする。また、信号取得ボード１０１のコネクターＣ１１１１，Ｃ１１１２，Ｃ１１１３，Ｃ１１１４，Ｃ１１１５の、ボードを平面視したときのボード上の位置を、それぞれ、信号変換ボード１０２のコネクターＣ１２１１，Ｃ１２１２，Ｃ１２１３，Ｃ１２１４，Ｃ１２１５の位置と同一（ないしは略同一）とする。
これらにより、信号変換ボード１０２のモジュールを含むようにするか否かによって、通信装置１あるいは通信装置２を容易に作り替えることが可能となる。

各ボード上の回路構成については、次の通りである。
図１１に示す信号取得ボード１０１は、上記のコネクターＣ１１１１からＣ１１１５までを有する。また、信号取得ボード１０１は、電源接続コネクター１１５１と、ＵＡＲＴコネクター１１５２と、アログ入力端子１１５３および１１５４と、ＤＩＣ０コネクター１１５５と、Ｉ２Ｃコネクター１１５６と、外部コネクター１１５７とを含んで構成される。
電源接続コネクター１１５１は、本実施形態による通信装置を電源（例えば、電池）に接続するためのコネクターである。電源接続コネクター１１５１は、コネクターＣ１１１１に接続される。
ＵＡＲＴコネクター１１５２は、ＵＡＲＴのインターフェースにより外部から電気信号を取得するためのコネクターである。ＵＡＲＴコネクター１１５２は、コネクターＣ１１１２に接続される。
アログ入力端子１１５３および１１５４は、それぞれ、外部からアナログ電気信号を取得するためのコネクターである。アログ入力端子１１５３および１１５４は、それぞれ、コネクターＣ１１１３およびＣ１１１４に接続される。
ＤＩＣ０コネクター１１５５は、ＤＩＣ０（サージ防護機器）に接続するためのコネクターである。ＤＩＣ０コネクター１１５５は、コネクターＣ１１１５内のピンに接続される。
Ｉ２Ｃコネクター１１５６は、Ｉ２Ｃのインターフェースにより外部から電気信号を取得するためのコネクターである。Ｉ２Ｃコネクター１１５６は、コネクターＣ１１１５内のピンに接続される。
外部コネクター１１５７は、外部との電気的接続のためのコネクターである。外部コネクター１１５７は、コネクターＣ１１１５内のピンに接続される。

図１２に示す信号変換ボード１０２は、前記のコネクターＣ１２０１からＣ１２０５までおよびＣ１２１１からＣ１２１５までを有する。また、信号変換ボード１０２は、絶縁ＤＣＤＣ１２５１と、レギュレーター１２５２と、アイソレーター１２５３と、ＡＤＣ１２５４と、レギュレーター１２５５と、アイソレーター１２５６と、ＡＤＣ１２５７と、レギュレーター１２５８と、アイソレーター１２５９とを含んで構成される。
また、信号変換ボード１０２は、入力側のコネクターＣ１２０５と出力側のコネクターＣ１２０６との間を直結するための信号線を有する。
絶縁ＤＣＤＣ１２５１は、絶縁ＤＣ／ＤＣ電源である。絶縁ＤＣＤＣ１２５１は、下記のレギュレーター１２５２，１２５５，１２５８を通して、信号変換ボード１０２内に電力を供給する。
レギュレーター１２５２，１２５５，１２５８のそれぞれは、電源調節の機能を有するレギュレーターである。レギュレーター１２５２，１２５５，１２５８のそれぞれは、電圧を変換したり、電源を安定化させたりする機能を有する。
アイソレーター１２５３は，１２５６，１２５９のそれぞれは、信号変換ボード１０２における各信号系統の入力側と出力側を直流的に絶縁するためのものである。
ＡＤＣ（アナログ－デジタル変換器）１２５４，１２５７のそれぞれは、入力側のアナログ信号をデジタル信号に変換して出力するものである。ＡＤＣ１２５４，１２５７のそれぞれは、複数のチャネル（例えば、２チャネル）の信号を変換するものであってもよい。
コネクターＣ１２０２から入力される信号は、アイソレーター１２５３を経由して、コネクターＣ１２１２から出力される。
コネクターＣ１２０３から入力される信号は、ＡＤＣ１２５４でアナログ信号からデジタル信号に変換され、アイソレーター１２５６を経由して、コネクターＣ１２１３から出力される。
コネクターＣ１２０４から入力される信号は、ＡＤＣ１２５７でアナログ信号からデジタル信号に変換され、アイソレーター１２５９を経由して、コネクターＣ１２１４から出力される。

図１３に示す制御ボード１０３は、前記のコネクターＣ１３０１からＣ１３０５まで、Ｃ１３１１、およびＣ１３１２を有する。また、制御ボード１０３は、マイコン１３５１と、ＤＣＤＣ１２５２および１２５３と、レギュレーター１３５４と、温度計１３５５と、デバッグ用ＵＡＲＴコネクター１３５６と、プログラム書き込み用ＪＴＡＧ用コネクター１３５７とを含んで構成される。
マイコン１３５１は、制御機能を実現するためのコンピューターチップである。マイコン１３５１は、図４におけるＣＰＵ２３０１に相当する。マイコン１３５１は、ストアドプログラム方式を用いて、プログラムとして書かれた各種の機能を持つように構成される。マイコン１３５１は、入力側のコネクターＣ１３０２，Ｃ１３０３，Ｃ１３０４，Ｃ１３０５の信号線に接続される。また、マイコン１３５１は、後述するＬＴＥモジュール１４５１との間でデータをやりとりするための信号線を有する。マイコン１３５１は、コネクターＣ１３１２を介して、ＬＴＥモジュール１４５１との間で信号のやり取りをする。
ＤＣＤＣ１２５２は、コネクターＣ１３０１からの電源をＤＣＤＣ変換して、コネクターＣ１３１１を介して、無線通信ボード１０４側に電力を供給する。
ＤＣＤＣ１２５３は、コネクターＣ１３０１からの電源をＤＣＤＣ変換して、マイコン１３５１側に供給する。
レギュレーター１３５４は、マイコン１３５１に供給される電源を調整する機能を有する。
温度計１３５５は、温度を測定し、測定された値を電気信号としてマイコン１３５１に供給する機能を有する。前述の温度測定部２３０６は、この温度計１３５５の機能を用いて実現される。
デバッグ用ＵＡＲＴコネクター１３５６は、ＵＡＲＴによるデバッグ用のコネクターである。
プログラム書き込み用ＪＴＡＧ用コネクター１３５７は、ＪＴＡＧによりマイコン１３５１で稼働するプログラムを書き込むためのコネクターである。

図１４は、無線通信ボード１０４は、前記のコネクターＣ１４０１およびＣ１４０２を有し、また、ＬＴＥモジュール１４５１と、アンテナ１４５２と、アンテナ１４５３とを含んで構成される。
ＬＴＥモジュール１４５１は、ＬＴＥ（Long Term Evolution）による無線通信を実現するためのチップである。ＬＴＥモジュール１４５１は、マイコン１３５１から、コネクターＣ１４０２を介して渡されたデータを送信し、また、受信したデータを同じくコネクターＣ１４０２を介してマイコン１３５１に渡す。また、ＬＴＥモジュール１４５１には、制御ボード１０３側から、コネクターＣ１４０１を介して、電力が供給される。
アンテナ１４５２，１４５３のそれぞれは、ＬＴＥモジュール１４５１が無線通信を行う際に用いられるアンテナである。

信号変換ボード１０２と制御ボード１０３との間の通信としては、例えば、シリアル通信を用いる。また、信号変換ボード１０２と制御ボード１０３との間の通信として、パラレル通信を用いてもよい。
制御ボード１０３と無線通信ボード１０４との間の通信としては、例えば、シリアル通信を用いる。また、制御ボード１０３と無線通信ボード１０４との間の通信として、パラレル通信を用いてもよい。

信号変換ボード１０２は、他のボード（例えば、信号取得ボード１０１や制御ボード１０３）との間で接続するためのコネクター（便宜的に「第１コネクター」と呼ぶ）を備える。前記他のボードは、信号変換ボード１０２との間で接続するためのコネクター（「第２コネクター」と呼ぶ）を備える。
そして、信号変換ボード１０２は、第２コネクターにおけるピン配置を変更せずに交換可能なモジュールとして構成するようにできる。
このように構成した場合、信号変換ボード１０２を、その機能（信号変換機能）に応じて交換可能なモジュールとして構成できる。そして、コネクターにおけるピン配置を変更せずに、コネクター同士を接続するだけで、モジュールの交換が可能となる。

信号変換ボード１０２上のコネクターＣ１２０３およびＣ１２０４の各々はアナログ信号を入力するためのコネクターである。また、コネクターＣ１２１３およびＣ１２１４の各々は、ＳＰＩ等のデジタル信号を出力するためのコネクターである。
信号変換ボード１０２を使用せず、信号取得ボード１０１のコネクターＣ１１１１～Ｃ１１１５を、それぞれ、制御ボード１０３のコネクターＣ１２０１～Ｃ１２２５に直接接続する場合には、信号の種別に合わせて、コネクター内のピンを適切に用いるようにする。つまり、コネクター内の配線（使用するピン）の位置をずらすことにより、信号種別に関して整合性をとるようにする。

無線通信ボード１０４は、他のボード（例えば、制御ボード１０３）との間で接続するためのコネクター（便宜的に、「第３コネクター」と呼ぶ）を備える。前記他のボードは、無線通信ボード１０４と接続するためのコネクター（「第４コネクター」と呼ぶ）を備える。無線通信ボード１０４は、第４コネクターにおけるピン配置を変更せずに無線通信方式に応じて交換可能なモジュールとして構成される。
このように構成した場合、無線通信ボード１０４を、その機能（無線通信方式。例えば、ＬＰＷＡ無線通信方式や、狭帯域のＬＴＥ無線通信方式など。）に応じて交換可能なモジュールとして構成できる。そして、コネクターにおけるピン配置を変更せずに、コネクター同士を接続するだけで、モジュールの交換が可能となる。

無線通信ボード１０４は、無線通信部に代えて、制御部が行う制御に基づいて有線通信方式によりデジタルデータを外部に送信する有線通信部、の機能を有する有線通信ボードに置き換え可能である。無線通信を有線通信で置き換えることが可能であるため、本実施形態による通信装置を有線通信のための装置として構成することもできる。

以上説明したように、本実施形態によれば、無線通信機能を持たないフィールド機器を用いて、無線通信ネットワークを容易に構築することが可能となる。これにより、既存のフィールド機器製品群（センサー群）の資産を活用することができる。つまり、無線通信機能を持たないフィールド機器に、通信機能を持たせることが可能となる。
また、長距離の無線通信を行うことが可能となるため、ネットワークの構築を柔軟に行うことができる。
また、通信装置をモジュール構造で構成することにより、特定のモジュールを容易に入れ替えたり、特定のモジュール（例えば信号変換部）の有無を容易に切り替えたりすることが可能となる。

［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態で説明した通信装置を用いたシステムである。なお、前実施形態において既に説明した事項については以下において説明を省略する場合がある。ここでは、本実施形態に特有の事項を中心に説明する。
図１５は、本実施形態によるシステムの概略構成を示すブロック図である。図示するように、システム１１は、複数の通信装置１－１，１－２，１－３，・・・と、データ収集サーバー装置７－１，７－２とをネットワーク１６で接続して構成される。なお、同図では、３台の通信装置と２台のデータ収集サーバー装置とを示しているが、通信装置あるいはデータ収集サーバー装置の台数は任意である。また、通信装置１－１，１－２，１－３，・・・を単に通信装置１と呼ぶ場合がある。また、データ収集サーバー装置７－１，７－２を単にデータ収集サーバー装置７と呼ぶ場合がある。
なお、通信装置１の代わりに通信装置２（図２およびその説明を参照）を用いてシステム１１を構成するようにしてもよい。その場合、本実施形態の説明における「通信装置１」を適宜「通信装置２」に読み替える。

通信装置１－１，１－２，１－３，・・・は、それぞれ、センサー５－１，５－２，５－３，・・・に接続されている。具体的には、通信装置１は、その信号取得部２１が有するコネクター等を介してセンサー５に接続されている。なお、センサー５は、フィールド機器であり、具体的には例えば流量計、温度計、湿度計、圧力計などといった機器のいずれかである。但し、通信装置に接続できるものであれば、どのような装置であってもよい。通信装置１は、無線通信によりゲートウェイ装置６を経由してネットワーク１６に接続される。個々の通信装置１は、例えば設定等に基づいて、所定の時間間隔（例えば、数十秒、あるいは１分など）ごとに、データをデータ収集サーバー装置７に向けて送信する。
なお、ゲートウェイ装置６を経由せず、通信装置１とネットワーク１６上の装置とが直接通信を行うようにしてもよい。

ゲートウェイ装置６は、通信装置１側（無線通信）と、データ収集サーバー装置７側（ネットワーク１６）とを仲介するための装置である。ゲートウェイ装置６は、双方向に通信を仲介する。つまり、ゲートウェイ装置６は、通信装置１が無線通信で送信したデータを受信し、宛先であるデータ収集サーバー装置７に向けて再送信する。また、ゲートウェイ装置６は、データ収集サーバー装置７が通信装置１に宛てて送信したデータを受信し、宛先である通信装置１に向けて無線通信で再送信する。
なお、ゲートウェイ装置６は、データ収集サーバー装置７が通信装置１に宛てて送る制御データ（例えば、通信装置１に対する指示など）を仲介する場合もある。さらに、ゲートウェイ装置６は、通信装置１がデータ収集サーバー装置７に宛てて送る制御データ（データ収集サーバー装置７に対する要求など）を仲介する場合もある。

データ収集サーバー装置７－１，７－２のそれぞれは、例えばサーバーコンピューターを用いて実現される。データ収集サーバー装置７は、ネットワーク１６に接続されており、ネットワーク１６を経由して通信装置１側から受信するデータを収集し、蓄積する。データ収集サーバー装置７は、データを蓄積するために、磁気ハードディスク装置や半導体メモリーを用いた記憶装置などを備えている。
つまり、データ収集サーバー装置７は、通信装置１から送信されるデジタルデータを受信し、蓄積する。また、データ収集サーバー装置７は、データをグラフ表示する機能や、保守画面等の機能をも備えている。

なお、ネットワーク１６はいわゆるクラウドネットワークであってもよい。また、データ収集サーバー装置７は、いわゆるクラウドサーバーを用いて実現されていてもよい。

本実施形態によれば、通信装置１は、接続されているセンサー５から渡されるデータを、無線通信経由で、さらにゲートウェイ装置６経由で、データ収集サーバー装置７に送ることができる。これにより、データ収集サーバー装置７は、（多数の）センサー５で検知したデータを収集することができる。また、通信装置１とデータ収集サーバー装置７との間で様々な制御データの送受信を行うこともできる。なお、通信装置１とゲートウェイ装置６との間の無線通信は、中継装置なしで数キロメートルといった長距離のデータ伝送が可能であり、しかも低消費電力で実現される。つまり、多数の中継装置等を設置することなく、広範囲にわたるプラント等におけるシステムを構築することが可能となる。つまり、中継装置を少なくして、低コストで柔軟なシステムを構築することが可能となる。

［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態で説明した通信装置を用いたシステムである。
図１６は、本実施形態によるシステムの概略構成を示すブロック図である。図示するように、システム１２は、複数の通信装置１－１，１－２，１－３，・・・と、設定サーバー装置８と、端末装置９－１，９－２，・・・とをネットワーク１７で接続して構成される。なお、同図では、３台の通信装置と１台の設定サーバー装置と２台の端末装置とを示しているが、通信装置や設定サーバー装置や端末装置の台数は任意である。
端末装置９－１，９－２，・・・を単に端末装置９と呼ぶ場合がある。
なお、通信装置１の代わりに通信装置２（図２およびその説明を参照）を用いてシステム１２を構成するようにしてもよい。その場合、本実施形態の説明における「通信装置１」を適宜「通信装置２」に読み替える。

第２実施形態の場合と同様に、通信装置１－１，１－２，１－３，・・・は、それぞれ、センサー５－１，５－２，５－３，・・・に接続されている。通信装置１は、無線通信によりゲートウェイ装置６を経由してネットワーク１７に接続される。

ゲートウェイ装置６は、第２実施形態において説明した機能と同様の機能を有する。本実施形態において、ゲートウェイ装置６は、通信装置１側（無線通信）と、設定サーバー装置８側（ネットワーク１７）とを仲介するための装置である。ゲートウェイ装置６は、双方向に通信を仲介する。つまり、ゲートウェイ装置６は、通信装置１が無線通信で送信したデータを受信し、宛先である設定サーバー装置８に向けて再送信する。また、ゲートウェイ装置６は、設定サーバー装置８が通信装置１に宛てて送信したデータを受信し、宛先である通信装置１に向けて無線通信で再送信する。通信装置１と設定サーバー装置８との間で送受信されるデータは、例えば、通信装置１を個別に設定するための制御データである。

設定サーバー装置８は、例えばサーバーコンピューターを用いて実現される。設定サーバー装置８は、ネットワーク１７に接続されており、ネットワーク１７を経由して通信装置１との間で通信を行う。設定サーバー装置８の主要な機能は、通信装置１を個別に設定することである。なお、設定サーバー装置８は、ネットワーク１７を経由して、端末装置９との間でも通信を行うことができる。

端末装置９は、例えば、デスクトップ型ＰＣや、ノート型ＰＣや、タブレット端末や、スマートフォン（スマホ）や、ウェアラブル端末等を用いて実現される。端末装置９は、例えば液晶表示画面とタッチパネル等を用いたユーザーインターフェースの機能を備えている。端末装置９は、そのユーザーインターフェースを介して、ユーザー（例えば、多数の通信装置１を備えた化学プラント等の管理者）に対して、設定サーバー装置８から提供される情報を提示する。また、端末装置９は、そのユーザーインターフェースを介して、当該ユーザーからの操作の情報（例えば、通信装置１を設定するための情報）を取得する。端末装置９は、設定サーバー装置８のクライアントとして機能し、上記のユーザーからの設定情報等を設定サーバー装置８に送信する。なお、設定サーバー装置８は、データ収集サーバー装置７と一体化して構成されるものであってもよい。

第２実施形態の場合と同様に、ネットワーク１７はいわゆるクラウドネットワークであってもよい。また、設定サーバー装置８は、いわゆるクラウドサーバーを用いて実現されていてもよい。

図１７は、本実施形態における端末装置９が有する表示装置に表示される通信装置設定画面の一構成例を示す概略図である。図示するように、通信装置設定画面は、通信装置識別情報の欄と、チャネルごとの種別および数値範囲の欄とを含んでいる。
通信装置識別情報の欄は、個々の通信装置１を識別するための情報を表示させたり入力したりするための欄である。
チャネルごとの種別および数値範囲の欄は、通信装置１のチャネルごとのデータの種別および数値範囲を表示させたり入力したりするための欄である。これらの欄をまとめて数値範囲設定欄と呼ぶ場合がある。なお、「種別」に関しては、例えばプルダウンメニューから選択可能とするユーザーインターフェースが用いられる。

図示する例では、通信装置識別情報として「Ｐ００１Ｒ２３４Ｄ４５６」が表示されている。また、チャネル１に関して、種別「温度」が選択されており、範囲として下限「－２０」および上限「８０」が表示されている。また、チャネル２に関して、種別「圧力」が選択されており、範囲として下限「０」および上限「１，０００，０００」が表示されている。また、チャネル３に関して、種別「流量」が選択されており、範囲として下限「０」および上限「１，０００」が表示されている。なお、通信装置１が処理するチャネルの数は、３には限られず、任意である。

設定サーバー装置８は、通信装置設定画面の情報を端末装置９に送信する。その情報を受信した端末装置９は、通信装置設定画面を表示する。また、端末装置９のユーザーは、通信装置設定画面を用いて個々の通信装置１の設定を行うことができる。
通信装置識別情報の欄に識別情報が入力されると、その識別情報に該当する通信装置１の設定情報が数値範囲設定欄に表示される。また、数値範囲設定欄の中のデータ（種別や数値範囲）を更新することにより、該当する通信装置１の設定が変更される。具体的には、端末装置９に表示されている通信装置設定画面において設定を変更するためのデータの更新が行われると、その変更の情報は端末装置９から設定サーバー装置８に送信される。また、それに応じて、設定サーバー装置８は、該当する通信装置１に対して、設定の変更を指示する。
例えば、電池にて通信装置１を駆動するような場合は、低消費電力化のために、制御部に組込んだプログラムにより、予め定められた時刻に通信装置１からデータを送付する。設定サーバー装置８から通信装置１への設定値の書き換えはこのタイミングでしか行われないが、任意の時刻に設定サーバー装置８から設定値の書換えができるようにするため、通信装置１にはスイッチが設けられている。つまり、このスイッチが操作されると、予め定められた時刻以外であっても、通信装置１に強制的に設定サーバー装置８にアクセスさせることができる。

以上のように、設定サーバー装置８は、通信装置１に対して、通信装置１の設定を変更するよう指示する。具体例として、設定サーバー装置８は、通信装置１における数値変換処理に関して、信号のチャネルごとの、物理量の種別や信号が表す数値の数値範囲の設定を変更するよう指示する。

本実施形態によれば、設定サーバー装置８は、端末装置９のユーザーの操作等に基づき、通信装置１に対して設定データを送信する。これにより、例えば化学プラント等の構成要素として機能する通信装置１を適切に設定することが可能となる。本実施形態においても、なお、通信装置１とゲートウェイ装置６との間の無線通信は、中継装置なしで数キロメートルといった長距離のデータ伝送が可能であり、しかも低消費電力で実現される。つまり、多数の中継装置等を設置することなく、広範囲にわたるプラント等におけるシステムを、低コストで柔軟に構築することが可能となる。

［複数の実施形態の組み合わせ］
以上に説明した複数の実施形態のいずれかを適宜組み合わせて実施してもよい。
例えば第２実施形態と第３実施形態とを組み合わせ、ネットワーク上にデータ収集サーバー装置７と設定サーバー装置８との両方を設けたシステムを実施してもよい。

［コンピューターとプログラムを用いた実施］
なお、上の実施形態で説明した通信装置や、データ収集サーバー装置や、設定サーバー装置や、端末装置や、ゲートウェイ装置といった装置の少なくとも一部の機能をコンピューターで実現することができる。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピューター読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピューターシステムに読み込ませ、実行することによって実現しても良い。なお、ここでいう「コンピューターシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、ＵＳＢメモリー等の可搬媒体、コンピューターシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピューター読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、一時的に、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバーやクライアントとなるコンピューターシステム内部の揮発性メモリーのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでも良い。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、さらに前述した機能をコンピューターシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであっても良い。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

本発明は、例えば、工業設備等に利用することができる。但し、本発明の利用範囲はここに例示したものには限られない。

１，２…通信装置、１１，１２…システム、１６，１７…ネットワーク、２１…信号取得部、２２…信号変換部、２３…制御部、２４…無線通信部、１０１…信号取得ボード（端子台ボード）、１０２…信号変換ボード（ＨＡＲＴ通信ボード）、１０３…制御ボード（ＣＰＵボード）、１０４…無線通信ボード（通信ボード）、１０６，１０７，１０８…ボルト、１１１…端子台、１１４，１１５，１１６，１１７，１１８，１２１…コネクター、１３１，１３２，１３３，１３４，１３５…層間配線コネクター、２３１…設定管理部、２３２…数値変換部、２３３…時刻補正部、２３４…温度監視部、２３５…データバックアップ部、２３６…無線送受信制御部、２３７…動作状態管理部、２３８…状態表示制御部、１１５１…電源接続コネクター、１１５２…ＵＡＲＴコネクター、１１５３，１１５４…アナログ入力端子、１１５５…ＤＩＣ０コネクター、１１５６…Ｉ２Ｃコネクター、１１５７…外部コネクター、１２５１…絶縁ＤＣＤＣ、１２５２…レギュレーター、１２５３…アイソレーター、１２５４…ＡＤＣ（アナログ－デジタル変換器）、１２５５…レギュレーター、１２５６…アイソレーター、１２５７…ＡＤＣ（アナログ－デジタル変換器）、１２５８…レギュレーター、１２５９…アイソレーター、１３５１…マイコン、１３５２，１３５３…ＤＣＤＣ、１３５４…レギュレーター、１３５５…温度計、１３５６…デバッグ用ＵＡＲＴコネクター、１３５７…プログラム書き込み用ＪＴＡＧ用コネクター、１４５１…ＬＴＥモジュール、１４５２…アンテナ、１４５３…アンテナ、２３０１…ＣＰＵ（中央処理装置）、２３０２…メモリー（記憶部）、２３０３…入力側インターフェース部、２３０４…無線送受信側インターフェース部、２３０５…ＧＰＳ信号受信部、２３０６…温度測定部、２３０７…表示部（ＬＥＤ、発光ダイオード）、Ｃ１１１１～Ｃ１４０２…コネクター

Claims (16)

1. 外部のフィールド機器からの信号を取得するための複数の形式のインターフェースによる端子を設けた信号取得ボードと、
   前記信号取得ボードから出力される信号を取得するとともに、無線通信を用いて前記信号に基づくデジタルデータを外部に送信するための制御を行う制御ボードと、
   前記制御ボードが行う制御に基づいて、無線通信方式により、前記デジタルデータを外部に送信する無線通信ボードと、
   を具備し、
   前記信号取得ボードと、前記制御ボードと、前記無線通信ボードは、重ねられており、
   前記無線通信ボードは、前記無線通信ボードに代えて前記制御ボードが行う制御に基づいて有線通信方式により前記デジタルデータを外部に送信する有線通信ボードに置き換え可能である、
   通信装置。
2. 前記信号取得ボード、前記制御ボード、前記無線通信ボードの順序で重ねて構成した、
   請求項１に記載の通信装置。
3. 前記信号取得ボードが出力する前記信号を、所定の標準通信規格にしたがった形式のデジタル信号に変換して出力する信号変換ボード、
   をさらに具備し、
   前記制御ボードは、前記信号変換ボードから出力される前記デジタル信号を、前記信号取得ボードから出力される信号として取得するものである、
   請求項１に記載の通信装置。
4. 前記信号取得ボード、前記信号変換ボード、前記制御ボード、前記無線通信ボードの順序で重ねて構成した、
   請求項３に記載の通信装置。
5. 前記信号変換ボードは、前記標準通信規格に応じた交換可能なモジュールとして構成される、
   請求項３または４に記載の通信装置。
6. 前記信号変換ボードと前記制御ボードとの間の通信は、シリアル通信である、
   請求項３から５までのいずれか一項に記載の通信装置。
7. 前記制御ボードと前記無線通信ボードとの間の通信は、シリアル通信である、
   請求項１から６までのいずれか一項に記載の通信装置。
8. 前記信号変換ボードは、他のボードとの間で接続するための第１コネクターを備え、
   前記他のボードは、前記信号変換ボードとの間で接続するための第２コネクターを備え、
   前記信号変換ボードは、前記第２コネクターにおけるピン配置を変更せずに交換可能なモジュールとして構成される、
   請求項５に記載の通信装置。
9. 前記無線通信ボードは、他のボードとの間で接続するための第３コネクターを備え、
   前記他のボードは、前記無線通信ボードと接続するための第４コネクターを備え、
   前記無線通信ボードは、前記第４コネクターにおけるピン配置を変更せずに前記無線通信方式に応じて交換可能なモジュールとして構成される、
   請求項１から８までのいずれか一項に記載の通信装置。
10. 前記信号変換ボードを取り除いても通信装置として機能する、
    請求項３または４に記載の通信装置。
11. 前記制御ボードは、
    取得した前記信号を所定の数値範囲のデジタルデータに変換する数値変換部、
    を具備するとともに、
    無線通信を用いて、前記数値変換部によって変換された前記デジタルデータを外部に送信するための制御を行う、
    請求項１から１０までのいずれか一項に記載の通信装置。
12. 前記制御ボードは、
    無線通信を用いて外部に送信するためのデジタルデータのバックアップを記憶するための記憶部と、
    前記デジタルデータのバックアップを管理するデータバックアップ部と、
    を具備する、
    請求項１から１１までのいずれか一項に記載の通信装置。
13. 前記信号取得ボードと前記信号変換ボードと前記制御ボードとは平面視した状態におけるサイズが同一であって、
    前記信号取得ボードから出力される信号線の前記信号取得ボードを平面視した状態における位置と、前記信号変換ボードから出力される信号線の前記信号変換ボードを平面視した状態における位置とは、同一である、
    請求項４に記載の通信装置。
14. 前記無線通信ボードは、ＬＰＷＡ無線通信方式または狭帯域のＬＴＥ無線通信方式により、前記デジタルデータを外部に送信する、
    請求項１から１３までのいずれか一項に記載の通信装置。
15. 請求項１から１４までのいずれか一項に記載の通信装置と、
    前記通信装置から送信される前記デジタルデータを受信し、蓄積するデータ収集サーバー装置と、
    を具備するシステム。
16. 請求項１１に記載の通信装置と、
    前記通信装置に対して、前記通信装置が具備する前記数値変換部の処理における前記所定の数値範囲の設定を変更するよう指示する設定サーバー装置と、
    を具備するシステム。

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