JP7250578B2

JP7250578B2 - テレメータおよびポンプ制御システム

Info

Publication number: JP7250578B2
Application number: JP2019050153A
Authority: JP
Inventors: 岳秋三島; 彰紀掛澤; 孟藤井
Original assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industrial Equipment Systems Co Ltd
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2023-04-03
Anticipated expiration: 2039-03-18
Also published as: JP2020154443A

Description

本発明は、テレメータおよび、それを用いたポンプ制御システムに関する。

従来から、現場に設置した通信端末に監視対象のデータを取り込んで、通信で遠隔地に監視対象の状態を転送して表示するか、現場の機器に対して指令を送り遠隔操作をする監視制御システムが知られている。例えば、上下水道の給水、配水設備や、産業用の生産設備などにおいて監視制御システムが使用されている。

このような監視制御システムでは、従来より、通信回線としてアナログ専用回線が利用されてきた。現在は、ブロードバンド回線などのネットワークの常時回線の利用が増えているが、ブロードバンド回線の通信費が高いことや、山間部などの通信回線の施設工事が必要な機場ではサービスが提供されないケースも多いため、現在でも専用回線には根強い需要がある。

本技術分野の背景技術として、特許文献１がある。特許文献１には、データを収集する遠方監視局と遠隔地の制御対象からデータを収集するテレメータ子局との間を、発呼によって接続される電話回線を介してデータや信号を伝送するように構成したシステムが記載されている。

特開２００１－１７７６５７

上水道の配水方式として高台に設置したタンクに水道水を貯め、重力による自然流下で需要地域に配水する方式が知られている。水道水を作る浄水場は処理設備の建築が容易な平地にあるため、タンクと浄水場は遠隔地であることが多い。

そのため、ポンプを用いて浄水場からタンクへ送水する必要がある。このようなポンプではタンクの水位データを制御回路に取り込み、タンクの水位が規定値を越えたらポンプを停止し、規定値を下回ったらポンプを稼動させる制御を行っている。

ポンプを制御するためには送水先のタンク水位をリアルタイムにモニタする必要があるが、通信異常となって水位を正常に検出できなくなるとポンプの制御が不正となる可能性がある。

専用回線を利用したテレメータの故障により水位が0であると誤検出された場合は、タンクが空になっていると判断してポンプはタンクが満杯であっても送水を継続してしまう。逆に、タンクに十分な水量があると誤検出するとポンプは停止して送水を行わなくなり、実際にはタンクの水が無くなっていて断水となることもある。

通信異常となった際に、回線異常とテレメータの機器故障を区別するには、使用者が実際に現地で回線や機器の状況を確認する必要がある。テレメータの片方で通信異常が発生したときに、回線異常によるものか通信相手のテレメータの機器故障のどちらに起因するのかを検知することが難しい。

テレメータは、内部に通信ソフトを実行する機能を有したマイコンを基盤として設計される。テレメータではハード故障よりも演算部であるマイコンのハングアップによる一時的な機能停止が発生することが多い。

特許文献１では、演算部のハングアップが生じた場合に通信を継続することについては配慮がなされていない。

本発明の目的は、演算部のハングアップが生じる場合でも通信を継続するテレメータを提供することにある。

本発明の好ましい一例は、専用回線と接続したテレメータであって、電文を生成する演算部と、前記演算部とは別に前記電文を生成する予備演算部と、前記演算部がハングアップした際に、前記予備演算部が生成する前記電文に切替える切替部と、前記演算部もしくは前記予備演算部からの前記電文を前記専用回線用の信号に変換するモデムとを有するテレメータである。

本発明によれば、演算部のハングアップが生じる場合でも通信を継続するテレメータを実現できる。

実施例を適用するポンプ配水システムを示す図。タンク水位とポンプ動作を示すフロー図。配水タンクの水位を送水ポンプへ伝送するポンプ制御システムを示す図。実施例としてのテレメータの内部構造を示す図。

以下に、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。図１は、本実施例を適用するポンプ配水システムを示す図である。送水ポンプ101は、高台に設置された配水タンク102に送水し、配水タンク102に蓄えられた水は自然流下により配水される。

図２は、送水ポンプ101と配水タンク102の動作を示すフロー図である。配水タンク102内の水位が減少しポンプ運転水位となった時に、送水ポンプ101は運転を開始する。送水ポンプ101が送水し、配水タンク102の水位がポンプ停止水位に達したとき、送水ポンプ101は運転を停止する。

図３は、配水タンク102の水位を送水ポンプ101へ伝送するポンプ制御システムを示す図である。送水ポンプ101の現場にはテレメータ103、配水タンク102にはテレメータ110が設置されている。テレメータ103、110は、PLC（Programmable Logic Controller）に専用回線用の通信機能を付加したものである。

PLCは、電源モジュール104（もしくは111）、CPUモジュール105（もしくは112）、I/Oモジュール106（もしくは113）、ベースモジュール109（もしくは116）、伝送モジュール107（もしくは114）から構成される。それらPLCに、モデム108（もしくは115）を追加して、専用回線117と接続したテレメータ103もしくは専用回線117と接続したテレメータ110が構成される。

専用回線と接続したテレメータは、前記したようにPLCに専用回線対応の通信モジュールを増設した形式のものが多い。テレメータのインターフェースとして接点信号による入出力を用いる場合が多いことと、テレメータからポンプの制御回路へ信号を出力する前にシーケンス処理を行ってから出力することが多いことから、これらの処理を得意とするPLCをベースにすることは製品開発および実際の運用面においてメリットがある。

配水タンク102の水位信号は、テレメータ110のI/Oモジュール113に入力され、I/Oモジュール113に入力された水位信号は、ベースモジュール116経由で、CPUモジュール112に取り込まれる。CPUモジュール112に取り込まれた水位信号は、バスであるベースモジュール116を経由して、伝送モジュール114に読み出され通信電文に加工される。

伝送モジュールが生成した電文は、モデム115で電気信号に変換され、アナログもしくはディジタルの専用電話回線といった専用回線117経由で、ポンプ側のテレメータ103のモデム108に送られる。

モデム108は、受信した専用回線117で送受信可能な電気信号を、コンピュータで処理可能なディジタル信号からなる電文に変換し、伝送モジュール107に渡し、伝送モジュールはCPUモジュール105へ水位データを書き込む。

I/Oモジュール106から出力された水位信号は、送水ポンプ101へ出力されポンプを運転するかどうかの制御に使用される。

図４は、専用回線117と接続したテレメータ110の内部構造を示す図である。電源モジュール111は省略している。テレメータ110の内部に有る伝送モジュール114は、単体でソフトウェアを実行できるコンピュータである。ソフトウェアを実行するマイコン119（演算部）は、PLC内のモジュールであるCPUモジュール112と通信するためのベースIF125と、モデムと通信するための、シリアル通信インターフェースの規格の1つであるRS232C方式のポート123と接続する。

通常はマイコン119で実行されるソフトウェアが通信電文を生成し、RS232C方式のポート123経由でモデム115へ送信される。
伝送モジュール114は、マイコン119とは別に通信電文を生成する機能を持つハードロジックである通信電文生成ロジック122（予備演算部）を有している。

ハードロジックである通信電文生成ロジック122は、マイコン119がハングアップした際も独立して稼動することができる。ここで、ハードロジックとは回路を含むハードウエアで、プログラムに対応したハードウエアをいう。開発コストを低減するため、通信電文生成ロジック122と、後述する切替ロジック121は、実際のハード回路ではなくFPGA（field-programmable gate array）などのIC上のロジックとして実装される。

マイコンのシリアルポートと通信電文生成ロジック122は、切替ロジック121経由でRS232C方式のポート123と接続している。

切替ロジック121は、マイコン119の動作を確認し、マイコン119がハングアップした際は、マイコンに代わり電文を作成するように、信号を通信電文生成ロジック122へ送信し、通信電文生成ロジック122が通信電文を生成する。

そして、切替ロジック121は、RS232C方式のポート123へ送る電文を通信電文生成ロジック122が生成する電文に切り替える。これにより、マイコン119がハングアップした際も通信を継続することができる。

また、通信電文生成ロジック122の電文には、マイコンを含む伝送モジュール114が故障している情報が含まれているため、通信相手のテレメータ103は、テレメータ110の故障を検知することが出来る。

テレメータ110の通信電文は、通常は配水タンク102の水位が含まれている。通信電文生成ロジック122は複雑な処理はできないため、実際の計測値を伝送することは困難である。

そのため、水位を0であると誤出力して送水ポンプ101が過剰に送水してしまうことや、逆にタンクの水位は十分にあると誤出力して、送水ポンプ101を停止させることを防ぐ必要がある。そのため、通信電文生成ロジック122が作る電文の水位は、機器が適度な動作を行うような予め決められた固定値としている。

これにより、テレメータの異常により配水タンク102が空になることや、送水ポンプ101が過剰に送水してしまうことを防止できる。

外部スイッチ・LED124（出力部）は、通信電文生成ロジック122と切替ロジック121を有するFPGAから通知を受け、マイコン119が故障したことを表示して、利用者に知らせるようにしてもよい。また、通信電文生成ロジック122が生成した電文を専用回線117経由で他のテレメータなどに送るかどうか、利用者に判断してもらうために、その判断を促す表示をするようにしてもよい。

本実施例によれば、マイコン119がハングアップした場合でも通信を継続するテレメータを得ることができる。また、異常時に利用者は、マイコン119が異常であることを知ることができるので、迅速な対応が可能となる。更に、マイコンが故障した際の異常時に、配水タンクの水位を適切に制御することができる。

101 送水ポンプ
102 配水タンク
103、110 テレメータ
121 切替ロジック
122 通信電文生成ロジック

Claims

専用回線と接続したテレメータであって、
電文を生成する演算部と、
前記演算部とは別に前記電文を生成する予備演算部と、
前記演算部がハングアップした際に、前記予備演算部が生成する前記電文に切替える切替部と、
前記演算部もしくは前記予備演算部からの前記電文を前記専用回線用の信号に変換するモデムとを有することを特徴とするテレメータ。
請求項１に記載のテレメータにおいて、
前記予備演算部と前記切替部は、FPGAで実装されていることを特徴とするテレメータ。
請求項１に記載のテレメータにおいて、
前記演算部は、
タンクの水位信号に基づいて、前記電文を生成することを特徴とするテレメータ。
請求項３に記載のテレメータにおいて、
前記予備演算部が生成する前記電文には、
予め決めておいた、機器を動作させるのに適切な固定値を含めることを特徴とするテレメータ。
請求項１に記載のテレメータにおいて、
前記予備演算部が生成する前記電文には、
前記演算部が故障しているという情報を含めることを特徴とするテレメータ。
請求項２に記載のテレメータにおいて、
前記FPGAからの通知に基づいて、前記演算部が故障したことを出力する出力部を有することを特徴とするテレメータ。
請求項１に記載のテレメータにおいて、
前記演算部もしくは前記予備演算部が前記モデムと通信するためのポートと、
配水タンクからの水位信号を入力するPLCと、
前記演算部が前記PLC内のモジュールと通信するためのベースIFとを有することを特徴とするテレメータ。
配水タンクから水位信号を入力する第１のテレメータと、
第１のテレメータと専用回線で接続し、前記配水タンクに送水する送水ポンプに、前記水位信号を送信する第２のテレメータとを有し、
前記第１のテレメータは、
電文を生成する演算部と、
前記演算部とは別に前記電文を生成する予備演算部と、
前記演算部がハングアップした際に、前記予備演算部が生成する前記電文に切替える切替部と、
前記演算部もしくは前記予備演算部からの前記電文を前記専用回線用の信号に変換するモデムとを有することを特徴とするポンプ制御システム。
請求項８のポンプ制御システムにおいて、
前記送水ポンプは、前記水位信号に基づいて、ポンプ運転水位となった時に、前記送水ポンプは運転を開始し、ポンプ停止水位に達したとき、前記送水ポンプは運転を停止することを特徴とするポンプ制御システム。