JP7436019B2 - 本質安全防爆型検知システム - Google Patents
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Description
本発明の実施の形態は、危険箇所(可燃性ガス蒸気場所、可燃性粉じん場所)で火災又は異常温度を検知し、当該情報を上位システムへ無線通信により送信する本質安全防爆型検知システムのネットワーク構成に係るものである。
<システム構成>
以下、本発明の第1の実施の形態に係る本質安全防爆型検知システムについて説明する。
ケーブル部90は、図2に示すように、信号変換器72と検知器10の後述する入出力部との間を接続するように設けられた、デジタル信号を伝送するための信号伝送線90A、及びデジタル信号を伝送すると共に検知器10に対して電源部74からの電力供給を行うための信号伝送線90Bを備えている。
本実施の形態に係る本質安全防爆型検知システム100においては、信号変換器72から検知器10へ伝送される信号(アドレス/状態確認信号等)についても、2種類の方式を併用して伝えられる。ただし危険個所においては供給できる最大電流には制限があり、MBP伝送のための電流を全ての検知器10へ供給した場合、ケーブル部90へ接続される検知器10の台数には大きな制限がかかる。例えば危険個所(ZONE0)に設置された検知器10(機器グループIIC、保護レベルia)に対するFISCO電源の許容出力電流は183mA(@出力電圧14[V])であり、接続可能台数は最大でも9台となる。そこで第1の伝送方式は、検知器10へ印加される電圧の変調により、信号伝送を行う。例として、非伝送時に検知器10へ印加される電圧が3[V]の場合、伝送時は2.5Vまで電圧を降下させ、電圧変調(通信用電圧±0.5[V])にてマンチェスタ符号化した電圧を伝送する(図7参照)。この際、印加される電流は異常検知の動作に必要な基本消費電流を設置台数で積算した値となる(例えば1[mA/台]×32台=32[mA])。本手法により、MBP伝送ラインと同一ラインで通信時の消費電流を抑えることが可能であり、検知器10の設置可能台数を増加させることができる。本方式では、全検知器10に対して同時に信号伝送が可能となる。ただし上記手法は一例であり、0.75~1.0[V]の高周波電圧変調にて信号形成する伝送手法等も可能である(図8参照。)
本実施の形態においては、2種類の信号伝送線90A、90B(MBP用、差動信号伝送用)が、1本のケーブル部90に収められることを特徴とする(図2参照)。これにより、省配線化による施工コスト低減や、ケーブル誤接続のリスク低減を図れる。また、誤接続による本質安全性の損失リスクを低減できる。加えて、ケーブル部90を両端コネクタ付きとし、検知器10やT分岐コネクタ90C、終端抵抗と、コネクタ接続できるようにすることで、より一層の施工コストを低減することができ、誤接続や検知器10の筐体内への異物混入リスクも低減できる。
図9に示すように、本発明の第1の実施の形態に係る検知器10は、炎が発する炭酸ガス共鳴放射帯の4.5μm近傍の帯域の赤外光を検出する第1センサ12と、炭酸ガス共鳴放射帯より短い波長の帯域の4.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第2センサ14と、炭酸ガス共鳴放射帯より長い波長の帯域の5.0μm近傍の帯域の赤外光を検出する第3センサ16と、上記の3つの帯域より短い帯域の3.0μm近傍のバンドの光を監視窓330を介して検出する第4センサ318とを備えている。また、検知器10は、第1センサ12からの信号を増幅する増幅部18と、第2センサ14からの信号を増幅する増幅部20と、第3センサ16からの信号を増幅する増幅部22と、第4センサ318からの信号を増幅する増幅部322と、増幅部18、20、22、322からの信号を切り替えるスイッチ24と、スイッチ24からの信号をデジタル値に変換するAD変換部26とを備えている。また、検知器10は、炎又は異常温度を検知する処理を行う演算処理部28と、入出力部32とを備えている。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る本質安全防爆型検知システム100の作用について説明する。
本質安全防爆型検知システム100では、通常時、ポーリング形式にて各検知器10の状態チェックが行われる。具体的には、信号変換器72から各検知器10(各アドレス)に対して順に状態情報要求信号を出力し(S1)、指定された検知器10が当該情報(アドレス及び異常なし/窓汚れ/その他異常等)を出力する(S2)。これをアドレス順に各検知器10に対して実施し、1サイクルが完了した時点で収集した状態情報を上位システム80へ無線通信により送信する。これを一定時間サイクルで繰り返す(図12)。
任意の検知器10にて異常状態が検知された場合、図13に示すように、当該検知器10から信号変換器72に対して当該情報(アドレス及び火災信号/異常温度信号等)が出力される(S3)。この本信号入力を受け、信号変換器72は無線送受信器76、88を介して上位システム80へ火災信号、異常温度信号、又は異常状態信号等を送信する(S4)。加えて信号変換器72は、上記信号のうちアドレス部の情報が伝送された時点で、全ての検知器10に対して当該アドレスの検知器10から信号伝送されている旨を信号出力する(S5)。上記信号伝送を受け、当該検知器10を除くすべての検知器10は任意時間経過後まで火災信号、異常温度信号、又は異常状態信号の出力が停止され、任意時間(ミリ秒オーダー)が経過するまでに異常を検知していた検知器10が存在する場合は、当該任意時間経過後、火災信号、異常温度信号、又は異常状態信号の出力がなされる。これにより、複数の検知器10から僅かな時間差で出力された信号について、重なりによる喪失や通信失敗を防ぐことができる。なお上記時間は、伝送する信号量に応じて任意に変更可能である(出力される情報が火災信号、異常温度信号、又は異常状態信号のみの場合は短く、異常位置情報や温度情報等を併せて出力する場合は長くする等)。
ケーブル部90において断線又は短絡時が発生した場合、任意の検知器10で監視不可状態(電源供給がなされない状態、信号伝送がなされない状態等)が発生する可能性がある(図16)。本質安全防爆型検知システム100では、以下の手法にて断線及び短絡の監視を行い、上位システム80へ断線/短絡警報を無線通信により送信する。
本質安全防爆型検知システム100では、上述したように、検知器10の状態チェックが一定周期でなされる。従って、信号変換器72からの状態情報要求信号に対して応答がない場合、断線の発生を疑う。ここで、検知器10に対しては固有のアドレスが付与されるため、図16(A)に示すように、ケーブル部90上で断線が発生した場合や、図16(B)に示すように、ケーブル部90の支線上で断線が発生した場合には、1サイクルの状態チェックを経て応答がないアドレスを基に、信号変換器72にて断線箇所の特定が可能である。
本質安全防爆型検知システム100では、図16(C)に示すように、ケーブル部90上で短絡が発生した場合や、図16(B)に示すように、ケーブル部90の支線上で短絡が発生した場合には、短絡箇所の特定は行えないものの、信号変換器72ないし電源部74にて短絡電流を監視することで、短絡を検知することが可能である。
本質安全防爆型検知システム100では、定期的に、電源部74の一次電池の交換または二次電池の充電を行う。このとき、検知器10の数に対して、電源部74の数が少ないため、電源部74の電池のメンテナンスの手間が少なくて済む。なお、電源部74は、本質安全性を担保すれば外部電源であってもよく、その場合には、電池のメンテナンスが不要なため、管理コストが更に少なくて済む。
<システム構成>
以下、本発明の第2の実施の形態に係る本質安全防爆型検知システムについて説明する。なお、第1の実施の形態と同様の構成となる部分については、同一符号を付して説明を省略する。
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
28 演算処理部
32 入出力部
70、70A、70B バリア
72、72A、72B 信号変換器
74、74A、74B 電源部
76、76A、76B 無線送受信器
80 上位システム
90、290A、290B ケーブル部
90A、90B 信号伝送線
100、200 本質安全防爆型検知システム
Claims (18)
- センサによって検出されたセンサ情報に基づいて、環境情報の監視、又は所定の異常を検知したか否かの判定を行う検知部、及び
前記検知部による監視結果又は判定結果をデジタル信号として信号変換器へ出力するとともに、前記信号変換器とデジタル信号を授受する入出力部
を含む複数台の検知器と、
前記複数台の検知器の各々と上位装置との間における信号の授受の中継を行う信号変換器と、
前記複数台の検知器の各々へ電力を供給する電源部と、
前記信号変換器と前記複数台の検知器の各々の前記入出力部との間を接続するように設けられた、前記デジタル信号を伝送するための信号伝送線を含むと共に、前記検知器に対して前記電源部からの電力供給を行う伝送ケーブル部と、
前記上位装置と前記信号変換器との間における信号の授受を無線通信により行う無線送受信部と、
を含み、
前記環境情報又は前記所定の異常の種類に対して予め定められた監視周期又は検知周期に応じて、前記検知器又は/及び信号変換器への電力の供給を制御し、
前記信号変換器は、2台以上の検知器から、前記検知器の状態が異常状態であることを示す前記デジタル信号、又は前記判定結果が前記所定の異常を検知したことを示す前記デジタル信号の出力があった場合に、各検知器の状態及び判定結果を順に監視し、監視結果を上位装置へ伝送する
本質安全防爆型検知システム。 - センサによって検出されたセンサ情報に基づいて、環境情報の監視、又は所定の異常を検知したか否かの判定を行う検知部、及び
前記検知部による監視結果又は判定結果をデジタル信号として信号変換器へ出力するとともに、前記信号変換器とデジタル信号を授受する入出力部
を含む複数台の検知器と、
前記複数台の検知器の各々と上位装置との間における信号の授受の中継を行う信号変換器と、
前記複数台の検知器の各々へ電力を供給する電源部と、
前記信号変換器と前記複数台の検知器の各々の前記入出力部との間を接続するように設けられた、前記デジタル信号を伝送するための信号伝送線を含むと共に、前記検知器に対して前記電源部からの電力供給を行う伝送ケーブル部と、
前記上位装置と前記信号変換器との間における信号の授受を無線通信により行う無線送受信部と、
を含み、
前記検知器は、前記検知器が有するタイマを用いて、予め定められた監視周期又は検知周期毎に起動し、
前記信号変換器は、2台以上の検知器から、前記検知器の状態が異常状態であることを示す前記デジタル信号、又は前記判定結果が前記所定の異常を検知したことを示す前記デジタル信号の出力があった場合に、各検知器の状態及び判定結果を順に監視し、監視結果を上位装置へ伝送する
本質安全防爆型検知システム。 - 前記伝送ケーブル部は、複数の前記信号伝送線を含み、
前記複数台の検知器の各々の前記入出力部及び前記信号変換器の各々は、前記複数の信号伝送線で、それぞれ異なる信号伝送手法を用いて前記デジタル信号の授受を行う、請求項1又は2記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記入出力部及び前記信号変換器の各々は、前記信号伝送手法の一つとして、前記入出力部へ印加される電圧の変調又は電圧の振幅により生成される前記デジタル信号を用いて、前記デジタル信号の授受を行う請求項3記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記入出力部及び前記信号変換器の各々は、前記信号伝送手法の一つとして、前記入出力部から前記信号変換器へ流れる電流を変調して生成される前記デジタル信号を用いて、前記デジタル信号の授受を行う請求項3又は4記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記入出力部及び前記信号変換器の各々は、前記信号伝送手法の一つとして、イーサネット(登録商標)を用いて、前記デジタル信号の授受を行うと共に、前記電力供給を行う請求項3~請求項5の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記伝送ケーブル部は、前記複数の信号伝送線を収めた1本の伝送ケーブルで構成される請求項3~請求項6の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記電源部は、一次電池又は二次電池で構成される請求項1~請求項7の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記入出力部と前記信号変換器との間に設けられた、前記電源部から供給される電流及び電圧を制限するためのバリア部を更に含む請求項1~請求項8の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記複数台の検知器の各々は、前記伝送ケーブル部に接続され、
前記複数台の検知器の各々が、前記信号変換器と双方向通信を行う請求項1~請求項9の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記複数台の検知器の各々に対して固有のアドレスが予め付与されており、
前記検知器と前記信号変換器との間で授受される前記デジタル信号は、前記検知器のアドレスを含む、請求項1~請求項10の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記信号変換器は、一定時間毎にポーリングにて各検知器の状態、前記伝送ケーブル部の状態、及び判定結果を順に監視し、前記検知器の状態又は前記伝送ケーブル部の状態が異常状態である場合、若しくは前記判定結果が前記所定の異常を検知したことを示す場合、又は
前記検知器から前記所定の異常を検知したことを示す前記判定結果のデジタル信号の出力があった場合には、上位装置へ所定のメッセージを無線通信により伝送する請求項1~請求項11の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記伝送ケーブル部の前記異常状態は、前記信号伝送線又は電源ケーブルの断線又は短絡である請求項1~請求項12の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記検知器は、複数の入出力部を備え、
前記伝送ケーブル部、前記電源部、及び前記信号変換器を含む中位構成が複数設けられ、
前記複数の入出力部の何れか一つ及び前記複数の中位構成の何れか一つを用いて、前記デジタル信号の授受が行われる請求項1~請求項13の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記検知部は、前記環境情報として、湿度、圧力、振動、衝撃、ガス濃度、音、又は回転を監視し、あるいは、前記所定の異常として、温度、湿度、圧力、振動、衝撃、ガス濃度、音、若しくは回転に関する異常、火災、又は液漏れを検知したか否かを判定する請求項1~請求項14の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記検知器、前記電源部、前記信号変換器、前記無線送受信部、及び前記伝送ケーブル部のいずれか又は全部が、工場電気設備防爆指針で規定される危険箇所(ZONE 0)に設置される請求項1~請求項15の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
- 前記検知器は、
炭酸ガス共鳴放射帯のピーク波長を含む第1帯域の赤外光を透過する第1帯域フィルター、
前記第1帯域とは異なる第2帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第2帯域フィルター、及び
前記第1帯域及び前記第2帯域とは異なる第3帯域の赤外光を透過させると共に、帯域中心が前記炭酸ガス共鳴放射帯の帯域中心から離れた位置に設けられた第3帯域フィルターを含む複数の帯域フィルターと、
前記複数の帯域フィルターの各々に対して設けられた、前記帯域フィルターを透過した赤外光を検出して電気信号に変換する検出素子を含む検出部であって、前記複数の帯域フィルターの少なくとも1つに対して設けられた検出素子は、2次元状に配列されたアレイセンサとして構成されている検出部と、
各検出素子によって検出された電気信号に基づいて、温度の監視、又は炎若しくは異常温度を検知したか否かの判定を行う検知部と、
を含む請求項15記載の本質安全防爆型検知システム。 - 前記複数台の検知器と、前記信号変換器と、前記電源部と、前記伝送ケーブル部と、前記無線送受信部とからなるセットを複数セット含む請求項1~請求項17の何れか1項記載の本質安全防爆型検知システム。
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