JP7229531B2

JP7229531B2 - 交換判定装置及び交換判定方法

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Publication number: JP7229531B2
Application number: JP2019140110A
Authority: JP
Inventors: 悠司濱田; 智行京野; 剛高山
Original assignee: Yamato Protec Corp
Current assignee: Yamato Protec Corp
Priority date: 2019-07-30
Filing date: 2019-07-30
Publication date: 2023-02-28
Anticipated expiration: 2039-07-30
Also published as: JP2021020014A

Description

本発明は、交換判定装置及び交換判定方法に関し、特に、消火設備における制御盤と現地操作部との間の通信のために使用される通信ユニットに含まれるフォトカプラの交換判定装置及び交換判定方法に関する。

スプリンクラー設備などの消火設備では、設備全体を制御する制御盤のほかに、特定の区画を担当する現地操作部が設けられ、これらの制御盤と現地操作部とは通信可能に接続されている（例えば特許文献１）。

特開２００６－２７１７５５号公報

制御盤と現地操作部との通信のために用いられる通信ユニットの中には、フォトカプラを含むものがある。かかる通信ユニットを含む省配線システムにおいては、フォトカプラの経年劣化を考慮し、一定の年限（例えば７年程度）で通信ユニットを交換することが推奨されている。

しかし、諸事情により、推奨された年限で通信ユニットを交換できない場合がある。この場合、フォトカプラの劣化具合を個別に評価し、通信ユニットの適切な交換時期を判定することが必要である。

かかる点検作業を行うためには、通常、通信ユニットを設置現場から外し、試験場で検査することになるが、検査の最中には消火設備の全部又は一部分を停止させる必要があり、通信ユニットの取外し及び取付け作業に伴う手間及び費用が発生する。このように、消火設備において、フォトカプラを含む通信ユニットの点検作業には効率化の観点から更なる改善の余地がある。

そこで、本発明は、消火設備におけるフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を現場で簡便に判定することができる交換判定装置及び交換判定方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決すべく、本発明は、消火設備における制御盤と現地操作部との間の通信のために使用されフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を判定する交換判定装置であって、前記通信ユニットの端子に着脱自在に接続されるプローブと、前記通信ユニットの規定の信号電圧を所定程度だけ降下させた調整済み信号を、前記プローブを介して前記フォトカプラに出力する電圧負荷調整部と、前記フォトカプラのリターン信号を前記プローブを介して受信し、受信した前記リターン信号に基づいて前記通信ユニットの交換の要否を判定する判定部と、前記判定部の判定結果を表示する表示部と、を具備することを特徴とする交換判定装置を提供する。

上記のような構成を有する本発明の交換判定装置は、前記フォトカプラを予め設定された温度環境下に置くための温度負荷調整部を更に具備し、前記電圧負荷調整部が、前記温度環境下にある前記フォトカプラに前記調整済み信号を出力するが好ましい。

また、上記のような構成を有する本発明の交換判定装置では、前記温度負荷調整部が、前記フォトカプラの周囲が前記フォトカプラの許容温度範囲の上限温度になるまで加熱することが好ましい。

また、本発明は、消火設備における制御盤と現地操作部との間の通信のために使用されフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を判定する交換判定方法であって、前記通信ユニットの規定の信号電圧を所定程度だけ降下させた調整済み信号を前記フォトカプラに出力し、前記フォトカプラのリターン信号を受信し、受信した前記リターン信号に基づいて前記フォトカプラの交換の要否を判定する工程を含むことを特徴とする交換判定方法をも提供する。

上記のような構成を有する本発明の交換判定方法は、前記フォトカプラを予め設定された温度環境下に置く工程を更に含み、前記温度環境下にある前記フォトカプラに前記調整済み信号を出力することが好ましい。

また、上記のような構成を有する本発明の交換判定方法では、前記フォトカプラを前記温度環境下に置く工程は、前記フォトカプラの周囲が前記フォトカプラの許容温度範囲の上限温度になるまで加熱する工程を含むことが好ましい。

本発明によれば、消火設備におけるフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を現場で簡便に判定することができる。

制御盤２及び現地操作部４，６を含む消火設備１の概略図である。通信ユニット５に含まれるフォトカプラ５１の概略を示す回路図である。フォトカプラ５１の電流変換率（劣化度合）の経験変化を概略的に示すグラフである。交換判定装置１０の機能構成を示すブロック図である。交換判定装置１０の構成例を示すブロック図である。交換判定手順の一例を示すフローチャートである。交換判定手順の他の例を示すフローチャートである。

以下、本発明の代表的な実施形態に係る交換判定装置１０及び交換判定方法を、図面を参照しつつ詳細に説明する。ただし、本発明はこれら図面に限定されるものではない。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、理解容易のために、必要に応じて寸法、比又は数を誇張又は簡略化して表している場合もある。

本実施形態に係る交換判定装置１０及び交換判定方法は、図１に示すような消火設備１を構成する制御盤２及び現地操作部４，６・・・に組み込まれる通信ユニット３，５，７・・・の交換の要否を判定するものである。ここで、消火設備１としてはスプリンクラー設備を想定しているが、これに限られない。また、通信ユニット３，５，７・・・のうち、通信ユニット３は親機（センドユニット）であり、通信ユニット５，７・・・は子機（入力側ユニットも出力側ユニット）である。
以下、現地操作部４，６・・・を一括して表す場合には現地操作部４と言い、子機としての通信ユニット５，７・・・を一括して表す場合には、通信ユニット５と言うこととする。

１．制御盤、現地操作部及び通信ユニットについて
現地操作部４は、消火設備１の起動を手動で行うもので、例えば、手動起動ボタン及び放水区域の選択ボタンなどの操作部（図示せず）を備え、手動起動信号や放水区域信号（放水操作信号）などの各種信号を制御盤２に出力する。

制御盤２は、消火設備１の全体を制御するものであり、消火用プログラムを記憶するメモリ及び演算装置を含んで構成されている。制御盤２は、例えば、火災感知器（図示せず）からの火災信号や現地操作部４からの信号に基づいて、移報信号や発報信号を出力し、移報や警報及び表示を行う。同時に、制御盤２は、電動弁の開放信号及びポンプの起動信号を出力し、火災感知器による自動方式又は現地操作部４による手動方式により、該当する放水区域内の各放水型ヘッドから一斉放水させる。

親機である通信ユニット３は制御盤２に組み込まれ、子機である通信ユニット５は現地操作部４に組み込まれて、通信ユニット３，５は通信線８で接続されている。そして、通信ユニット３，５が協働することで、制御盤２と現地操作部４との間の通信が可能になる。本実施形態では、図１に示すように、交換判定装置１０が現地操作部４の通信ユニット５の交換の要否を判定することを想定しているが、交換判定装置１０により制御盤２の通信ユニット３の交換を判定することも可能である。

子機である通信ユニット５は、一次側（信号の入力側）と二次側（信号の出力側）とを電気的に絶縁するためにフォトカプラを含んでいる。例えば入力側ユニットとしての通信ユニット５のフォトカプラ５１は、図２に示すように、発光ダイオードなどの発光素子５３と、フォトトランジスタなどの受光素子５５と、を含んで構成される。フォトカプラ５１は、通信線側から入力された電気信号を発光素子５３によって光に変換し、その光を受光素子５５で受光することによって、信号をゲートアレー側に伝達する。信号がゲートアレー側に伝達されると、通信ユニット５は通信線側にリターン信号を出力する。

ところで、通信ユニット５において通信劣化が起こる主な原因は、経年変化によりフォトカプラ５１の電流変換率（ＣＴＲ）が低下することにある。そして、フォトカプラ５１の経年劣化が通信ユニット５の他の部品の経年劣化よりも早いことから、通信ユニット５の商品寿命はフォトカプラ５１の寿命によって決まる。

例えば図３に示すように、あるフォトカプラのＣＴＲが時間とともに低下するものとする。そして、ＣＴＲが基準値を下回ると、そのフォトカプラは信号の正常な伝達を行うことができなくなる。したがって、例えば図３に示す特性曲線を参照することで、判定時点における当該フォトカプラのＣＴＲ（劣化度合）から、そのフォトカプラのおおよその寿命を見積もることができる。なお、フォトカプラのＣＴＲは、フォトカプラを構成する半導体部品（発光素子及び受光素子）の温度特性上、周囲温度の上昇とともに低下する。

発明者らは、フォトカプラに送信する信号を規定電圧から低下させると、フォトカプラのＣＴＲ（劣化度合）が擬似的に下がる（高まる）ことに着目し、通信ユニット５（フォトカプラ５１）の通信線に電圧負荷をかけたときの通信ユニット５（フォトカプラ５１）からのリターン信号を観察することで通信ユニット５の交換判定が可能であることを見い出した。つまり、通信ユニット５の通信線に負荷をかけることにより、信号を規定電圧から低下させ、フォトカプラ５１（発光素子５３）の発光量を低減させるのである。このとき、異常動作を起こす一定期間前（例えば１年ほど前）のフォトカプラ５１の劣化度合に相当する電圧負荷（電圧降下）を予め調べておき、この電圧負荷を通信ユニット５の通信線に加える。この電圧負荷の下で、通信ユニット５に信号を送信し、通信ユニット５からのリターン信号を調べることで、通信ユニット５の交換の要否を判定するのである。このとき、通信ユニット５が異常作動すれば、通信ユニット５の交換が必要であると判定し、逆に通信ユニット５が正常に作動すれば、通信ユニット５の交換は、その一定期間には不要であると判定する。
本実施形態に係る交換判定装置１０及び交換判定方法は、このような基本概念に基づいて設計されている。

２．交換判定装置について
図４に示すように、交換判定装置１０は、プローブ１１、電圧負荷調整部１２、温度負荷調整部１３、判定部１４及び表示部１５の各機能部を含む。電圧負荷調整部１２、温度負荷調整部１３の一部分及び判定部１４が筐体内に収納され、交換判定装置１０が持ち運び可能であることが好ましい。また、交換判定装置１０は、電源部１６を含んでいてもよい。

プローブ１１は、判定対象である通信ユニット５の端子に着脱自在に接続される。なお、プローブ１１は、図１に示すように、親機３との間の通信線８が接続されていた通信ユニット５の端子に取り付けられる。

電圧負荷調整部１２は、通信ユニット５の規定の信号電圧を所定程度だけ降下させた調整済み信号を、プローブ１１を介して通信ユニット５のフォトカプラ５１に出力する。電圧負荷調整部１２は、追って述べるように、温度負荷調整部１３により加熱された温度環境下にあるフォトカプラ５１に調整済み信号を出力してもよい。

電圧負荷調整部１２は、通信ユニット５の規定の信号電圧を発生させる信号発生部１２Ａ、及び、規定電圧を所定程度だけ降下させる電圧調整部１２Ｂの各機能を含んでいてもよい。なお、規定の信号電圧は通信ユニット５（フォトカプラ５１）の機種によって異なることがある。また、電圧調整部１２Ｂが通信ユニット５の規定電圧をどの程度だけ降下させるかは、通信ユニット５（フォトカプラ５１）の種類に応じて設定されることが好ましい。なお、電圧降下の度合は、規定電圧に対する割合（例えば２０％）でもよいし、一定の値（例えば５Ｖ）でもよい。電圧調整部１２Ｂは、信号電圧を段階的に降下させる切替スイッチでもよいし、信号電圧を連続的に変化させる可変スイッチでもよい。

温度負荷調整部１３は、フォトカプラ５１を予め設定された温度環境下に置く。具体的には、温度負荷調整部１３は、フォトカプラ５１の周囲がフォトカプラ５１の許容温度範囲の上限温度になるまで加熱する。温度負荷調整部１３は、例えば、１０℃－５０℃の動作温度を有するフォトカプラを５０℃の温度環境下に置く。温度負荷調整部１３の具体的な構成例は追って図５との関係で述べるが、温度負荷調整部１３としては、少なくとも、通信ユニットを加熱するヒータ２２、及び、ヒータを制御する制御部２３を有していればよい。

判定部１４は、フォトカプラ５１（通信ユニット５）のリターン信号をプローブ１１を介して受信し、受信したリターン信号に基づいて通信ユニット５の交換の要否を判定する。例えば、判定部１４は、交換の要否を、リターン信号の信号強度が基準値を超えるかどうかで判定してもよいし、リターン信号に基づいて算出したＣＴＲが基準値を超えるかどうかで判定してもよい。

表示部１５は、判定部１４の判定結果を表示する。判定結果の表示は、例えば「交換不要」「交換推奨」のような文字の表示でもよいし、交換不要であれば「緑色」に点灯し交換推奨であれば「赤色」に点灯するようなランプの点灯でもよいし、交換推奨であれば警報音を発するスピーカーの鳴動でもよい。

電源部１６は、電圧負荷調整部１２及び温度負荷調整部１３に電力を供給する。電源部１６は、例えばプローブ１１を介して、判定対象である通信ユニット５に電力を供給してもよい。

電源部１６は、外部電源でも、筐体に内蔵される内蔵電源でもよい。外部電源としては、タップを介して供給される交流電源、持ち運び可能な蓄電池（直流でも交流でも良い）が挙げられる。また、内部電源としては、直流又は交流の蓄電池が挙げられる。交流電源を採用する場合には、電源部１６はＡＣ／ＤＣコンバータを含むことが好ましい。

交換判定装置１０の具体的な構成例を図５に示す。交換判定装置１０は、制御盤２の通信ユニット３（親機）と同じ機種の通信ユニット２１を含んでいる。通信ユニット２１は、上述した信号発生部１２Ａ、判定部１４及び表示部１５の各機能を兼ね備えており、通信ユニット５の規定の信号電圧を発生させ、フォトカプラ５１（通信ユニット５）のリターン信号を受信して通信ユニット５の交換の要否を判定し、判定結果を表示する。

ただし、通信ユニット２１からの電圧信号は、電圧調整部１２Ｂにおいて予め設定された程度だけ電圧降下され、このように電圧調整された信号が通信ユニット５に出力される。電圧調整部１２Ｂは、連続的に又は段階的に電圧負荷を調節可能な機構を備えており、例えば可変抵抗器や、直列に接続された抵抗又は定電圧ダイオード（ショットキーダイオード）及び切替スイッチなどから構成することができる。

交換判定装置１０の温度負荷調整部１３は、ヒータ２２及び温度制御２３で構成することができる。ヒータ２２は、フォトカプラ５１の周囲をフォトカプラ５１の上限温度まで上昇させるべく加熱し、温度制御２３はヒータ２２を制御する。ヒータ２２は、フォトカプラ５１の周囲を効率よく加熱するため、フォトカプラ５１（又は通信ユニット５）を覆う囲いないしカバーを備えていてもよい。

３．交換判定方法について
次いで、現場での通信ユニット５の交換判定方法を説明する。ここでは、交換判定装置１０を用いた通信ユニット５の交換判定手法を述べるが、本発明の交換判定方法は、必ずしも交換判定装置１０を用いる必要はない。

３－１．交換判定手順１
ユーザは、消火設備１の制御弁（図示せず）を閉じ、制御盤２の電源を切ったうえで、図６のステップＳ１１のように、判定対象である現地操作部４の通信ユニット５（入力ユニット又は出力ユニット）の電源端子及び通信用端子から電源線及び通信線を外す。ここでは、通信ユニット５の電源電圧が直流２４Ｖであり、通信用信号の電圧が２２Ｖであるものとするが、これに限られるものではない。

次いで、ユーザは、ステップＳ１２において、交換判定装置１０のプローブ１１を電源端子及び通信端子に接続する。ここでは、電源用として２本のプローブ１１が、通信用として２本のプローブ１１が、それぞれ使用される。

そして、ユーザは、ステップＳ１３において、電圧負荷調整部１２を操作して、交換判定装置１０の電圧負荷としての電圧降下を設定する。ここでは、一例として、３．５Ｖの電圧降下を設定するものとする。

ステップＳ１４において、電圧負荷調整部１２から通信ユニット５に、電圧を調整済みの信号を出力し、ステップＳ１５において、通信ユニット５からのリターン信号を判定部１４で受信する。

判定部１４は、正常なリターン信号を受信すると、ステップＳ１６において、通信ユニット５の交換は不要であると判定する。一方、判定部１４は、正常なリターン信号を受信しない場合には、通信エラーが生じた、つまり、通信ユニット５が異常作動したと判断し、通信ユニット５の交換を推奨する。ここで、正常なリターン信号を受信しない場合とは、リターン信号の信号強度が所定の基準値に満たない場合、及び、一定の期間内に通信ユニット５からリターン信号を受信しない場合を含むが、これに限られない。そして、判定部１４の判定結果は、表示部１５に表示される。

その後、ユーザは、通信ユニット５の配線を復旧し、その通信ユニット５の交換判定手順を終了する。
そして、ユーザは、次の通信ユニットについて、上述したステップＳ１１～Ｓ１７を繰返し、全ての判定対象について交換判定が終了すると、制御盤２の電源を投入し、通電確認及び動作確認を行い、その後に制御弁を開く。

上述した交換判定手順１によれば、現場で簡便にかつ迅速に通信ユニット５の交換判定を行うことができる。したがって、消火設備１の全部又は一部分を長時間停止させておく必要はない。

３－２．交換判定手順２
交換判定手順２は、上述した交換判定手順１に加えて、通信ユニット５に温度負荷を加える手順を含む。具体的には、通信ユニット５の端子から通信線等を外し（ステップＳ２１）、通信ユニット５の端子にプローブ１１を取り付ける（ステップＳ２２）。次いで、電圧負荷及び温度負荷を設定する（ステップＳ２３）。ここで、設定される温度は、そのフォトカプラ５１の上限温度であり、例えば５０℃である。

温度負荷調整部１３は、フォトカプラ５１の周囲温度が設定温度に達したかどうかを判定し（ステップＳ２４）、未達であると判定すると、加熱を開始ないしは継続する（ステップＳ２５）。一方、フォトカプラ５１の周囲温度が設定温度に達したと判定すると、温度負荷調整部１３は加熱を停止し、電圧負荷調整部１２は、通信ユニット５に調整済み信号を送信する（ステップＳ２６）。

そして、通信ユニット５からリターン信号を受信し（ステップＳ２７）、通信エラーの発生の有無に基づいて交換の要否判定を行う（ステップＳ２８）。その後、通信ユニット５の配線を元に戻して（ステップＳ２９）、一連の判定手順が終了する。

上述した交換判定手順２によれば、通信ユニット５の動作上限温度において通信ユニット５が正常に動作することを確認することができる。つまり、通信ユニット５のより正確な交換判定が可能となる。

以上、本発明の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それらも本発明に含まれる。

例えば、交換判定装置１０は、通信ユニット５の劣化診断のために利用することもできる。一例を挙げると、電圧負荷を段階的に又は連続的に増加させながら調整済み信号に対するリターン信号を受信し、これらのリターン信号を様々な劣化具合のフォトカプラ５の試験結果と比較することで、通信ユニット５を劣化診断することができる。

あるいは、交換判定装置１０は、親機としての通信ユニット３の点検に利用することも可能である。例えば図５において、交換判定装置１０の通信ユニット２１として、制御盤２において使用中の通信ユニット３を組み込み、動作確認済みの通信ユニット５を試験することで、使用中の通信ユニット３が正常に動作するかどうかを確認することができる。

１・・・消火設備、
２・・・制御盤、
３・・・通信ユニット（親機）、
４，６・・・現地操作部、
５，７・・・通信ユニット（子機）、
１０・・・交換判定装置、
１１・・・プローブ、
１２・・・電圧負荷調整部、
１３・・・温度負荷調整部、
１４・・・判定部。

Claims

消火設備における制御盤と現地操作部との間の通信のために使用されフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を判定する交換判定装置であって、
前記通信ユニットの端子に着脱自在に接続されるプローブと、
前記通信ユニットの規定の信号電圧を所定程度だけ降下させた調整済み信号を、前記プローブを介して前記フォトカプラに出力する電圧負荷調整部と、
前記フォトカプラのリターン信号を前記プローブを介して受信し、受信した前記リターン信号に基づいて前記通信ユニットの交換の要否を判定する判定部と、
前記判定部の判定結果を表示する表示部と、
を具備することを特徴とする交換判定装置。
前記フォトカプラを予め設定された温度環境下に置くための温度負荷調整部を更に具備し、
前記電圧負荷調整部は、前記温度環境下にある前記フォトカプラに前記調整済み信号を出力すること、
を特徴とする請求項１に記載の交換判定装置。
前記温度負荷調整部は、前記フォトカプラの周囲が前記フォトカプラの許容温度範囲の上限温度になるまで加熱すること、
を特徴とする請求項２に記載の交換判定装置。
消火設備における制御盤と現地操作部との間の通信のために使用されフォトカプラを含む通信ユニットの交換の要否を判定する交換判定方法であって、
前記通信ユニットの規定の信号電圧を所定程度だけ降下させた調整済み信号を前記フォトカプラに出力し、
前記フォトカプラのリターン信号を受信し、
受信した前記リターン信号に基づいて前記フォトカプラの交換の要否を判定する
工程を含むことを特徴とする交換判定方法。
前記フォトカプラを予め設定された温度環境下に置く工程を更に含み、
前記温度環境下にある前記フォトカプラに前記調整済み信号を出力すること、
を特徴とする請求項４に記載の交換判定方法。
前記フォトカプラを前記温度環境下に置く工程は、前記フォトカプラの周囲が前記フォトカプラの許容温度範囲の上限温度になるまで加熱する工程を含むこと、
を特徴とする請求項５に記載の交換判定方法。