JPH05136718A - 無線通信方式および無線通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 プラントの現場における制御および情報収集
を効果的に行い，かつ，規模に応じた計測制御システム
を構成可能な無線通信方式を構成する。 【構成】 無線通信方式は，現場に配設されるフロント
エンド無線通信装置１，フロントエンド無線通信装置１
と無線通信可能で中央コンピュータ６に有線接続可能な
位置に配設される無線中継装置２および中央に配設され
る中央コンピュータ６を有している。フロントエンド無
線通信装置１と無線中継装置２とは必要数配設される。
フロントエンド無線通信装置１はフロントエンド制御機
能と無線通信機能とを有するように，たとえば，マイク
ロコンピュータを用いて構成される。無線中継装置２も
フロントエンド無線通信装置１と同様に構成される。無
線中継装置２と中央コンピュータ６とはＭＯＤＥＭで有
線接続される。フロントエンド無線通信装置１および無
線中継装置２を適切に配設し，全体として計測規模に応
じた有的な計測制御システムを構成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラントの制御データを
効率よく通信する方式に関するものであり，特に，制御
対象の近傍に配設され制御機能と無線通信機能とを一体
構成した無線通信装置と，この無線通信装置と，中央に
配設される中央処理装置と，これらの間に配設される無
線中継装置を有する無線通信方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】プラント計測制御システム，遠隔制御シ
ステムなど計測制御システムとしては種々のものがあ
る。それらの計測制御システムの従来構成例について述
べる。化学プラント，鉄鋼プラント，発電プラントなど
大型プラントには数多くの計測部位があり，計測条件に
応じてセンサが配設されている。またかかるプラントに
は弁，モータなどの数多くのアクチュエータがある。制
御用コンピュータがこれらのセンサからの計測信号を入
力し，その計測信号に応じて制御指令を生成し，アクチ
ュエータに出力してプラントの制御を行う。この計測制
御システムにおいて，センサから制御用コンピュータへ
の計測信号の伝達は通常多数のケーブルを用いて行って
おり，また，制御用コンピュータからアクチュエータへ
の制御指令の伝達も多数のケーブルを用いて行ってい
る。しかしながら，この計測制御方式は数多くのケーブ
ルを布設しなければならず，ケーブル布設場所の確保の
問題，限られた建設条件におけるケーブル布設ルートの
選定の困難さ，ケーブル布設労力が多大になる，雑音対
策などの種々の問題に遭遇している。

【０００３】上記問題を解決するため，数多くの信号を
効率的に伝達する方法としては，中央にコンピュータを
配して，データハイウエー，データバスなどの信号多重
化システムを介して信号を伝達する方法が試みられてい
る。この信号伝達方式は大規模プラントにおける現場の
センサ，アクチュエータまでかかる信号伝達システムを
配設するには適していないため，この信号伝達システム
に端末をケーブル接続し，その端末からケーブルを延ば
して，現場のセンサから計測信号の読み取り，現場のア
クチュエータへの制御指令の出力を行う構成となる。

【０００４】また，比較的小規模プラントを有人の制御
指令所からの監視，制御を行う遠隔計測制御システムな
どにおいては，テレメータを介して小規模プラントから
の計測信号を制御指令所に入力し，またテレメータを介
して小規模プラントに制御指令を送出している。

【０００５】またケーブル布設の問題を解決する方法と
しては，無線通信を使用することも考えられる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記データハイウエー
などの大量多重化信号伝達方式は，大規模プラントなど
の大量データ通信には適しているが，末端の信号伝達ま
で考慮するとその布設の問題，価格の問題などにおいて
必ずしも最適な方法とはいえず，その適用が限られる。
またテレメータ方式もケーブルを用いる多重化通信方式
の一種であり，テレメータ布設の問題があり，またテレ
メータの場合には情報通信量に制限がある。さらに無線
通信方式の場合，ある建物から他の建物への通信を行う
ような場合，使用可能な周波数帯域，通信可能な範囲，
通俗における信頼性の問題，その他の適用条件の制限が
あり，その適用が制限される。

【０００７】さらに上述したいずれの方式も単にデータ
通信を行うものであり，通信機能に加えて現場で制御機
能を有しているものが存在しないという問題がある。た
とえば，それぞれの現場において，計測し，その計測結
果に基づいて効率のよいマイナー制御を行い，さらにそ
の結果を上位のコンピュータなどに送出し，また，上位
のコンピュータから制御指令を受信してその制御指令に
応じたマイナー制御を継続することが要望されている
が，かかる要望を満足するに適したシステムとはなって
いない。したがって，本発明は上述したケーブルを用い
た信号伝送方式の問題を解決し，通信機能とともにマイ
ナー制御を実現可能な無線通信方式および無線通信装置
を提供することを目的とする。

【０００８】上記問題を解決するため，本発明の第１の
形態によれば，アンテナと，該アンテナを介して無線送
受信する無線通信処理部と，計測信号を入力しその計測
信号に対応して制御対象に制御信号を出力する制御処理
部と，これらを駆動するバッテリとを有し，上記無線通
信処理部と上記制御処理部とが一体構成され，上記制御
対象の近傍に配設されるフロントエンド無線通信装置
と，アンテナと，該アンテナを介して上記フロントエン
ド無線通信装置と無線接続される無線通信処理部と，有
線通信を行う変復調処理部と，これらを駆動する電源を
有し，上記変復調部と上記無線通信処理部とが一体構成
された無線中継装置と，該無線中継装置内の変復調処理
部と有線接続され，該無線中継装置を介して上記フロン
トエンド無線通信装置と接続され該フロントエンド無線
通信装置と情報交換を行う中央処理装置とを有する無線
通信方式が提供される。また本発明によれば，アンテナ
と，該アンテナを介して他の無線通信装置と無線通信処
理を行う無線通信処理部と，計測信号を入力しその計測
入力に対応して制御対象に制御信号を出力する制御部
と，これらを駆動するバッテリとを有し，上記無線通信
処理部と上記制御処理部とが一体構成され，上記制御対
象の近傍に配設され，上記他の無線通信装置と無線情報
交換する無線通信装置が提供される。

【０００９】

【作用】フロントエンド無線通信装置は，センサ，アク
チュエータなどの近傍に配設される。したがって，フロ
ントエンド無線通信装置とセンサなどとの間をケーブル
で布設しても，ケーブル布設の問題は解消できる。フロ
ントエンド無線通信装置からの計測データを無線中継装
置で受信して，有線方式で中央制御装置に送信する。ま
た中央制御装置からフロントエンド無線通信装置へはデ
ータ送信に無線中継装置を使用する。この無線中継装置
の存在により，フロントエンド無線通信装置の現場配設
と中央制御装置の中央配置との利害得失を保証してい
る。特に，フロントエンド無線通信装置は通信機能だけ
でなくフロントエンド制御機能を有しており，上位制御
装置とも接続可能である。

【００１０】

【実施例】図１に本発明の無線通信方式の第１実施例構
成図を示す。無線通信方式は，フロントエンド無線通信
装置１，このフロントエンド無線通信装置１と無線接続
される無線中継装置２，この無線中継装置２と有線回線
４を介して有線接続される中央コンピュータ６を有して
いる。この無線通信方式を遠隔計測制御システムに適用
した例について述べると，フロントエンド無線通信装置
１はプラントの現場のセンサ７，アクチュエータ８の近
傍に，必要個数配設される。中央コンピュータ６は有人
の監視制御所に配設されている。無線中継装置２はフロ
ントエンド無線通信装置１と無線通信可能な位置に配設
され，中央コンピュータ６とは公衆回線，たとえば，電
話回線などの有線回線４を介して中央コンピュータ６と
接続される。有線回線４を介して無線中継装置２と中央
コンピュータ６とを接続するため，中央コンピュータ６
の前段に変復調部（ＭＯＤＥＭ部）５が配設され，無線
中継装置２内にもＭＯＤＥＭ部２２が設けられている。

【００１１】フロントエンド無線通信装置１はシーケン
ス制御部１１，無線通信処理部１２，共通部１３，ＤＣ
電源２４，フロントエンドアンテナ１５，および，キィ
操作パネル１６を有している。シーケンス制御部１１は
センサ７から計測信号を入力し，その入力信号に応じた
論理演算を行い，制御指令をアクチュエータ８に出力す
る。この例においては，センサ７からの計測信号はスイ
ッチなどの２値のオン・オフ信号であり，制御指令は
弁，モータなどの駆動を行う２値のオン・オフ出力であ
る。このシーケンス制御部１１の機能自体は，プログラ
マブルロジックコントローラなどとして知られているマ
イクロコンピュータを用いたシーケンス制御装置の機能
と同等である。無線通信処理部１２はシーケンス制御部
１１において入力した計測信号をフロントエンドアンテ
ナ１５を介して無線中継装置２に送信し，中央コンピュ
ータ６からの制御情報を無線中継装置２を介してフロン
トエンドアンテナ１５で受信した情報を復調する。この
無線通信処理部１２自体の処理機能も通常知られている
無線通信機の機能と同等である。共通部１３はこれらシ
ーケンス制御部１１および無線通信処理部１２に共通す
る処理，たとえば，データの記憶を行う。

【００１２】ＤＣ電源１４はシーケンス制御部１１，無
線通信処理部１２および共通部１３の論理回路を駆動す
る電力源である。特に，フロントエンド無線通信装置１
は交流電源の存在しない位置に配設され，交流電源など
に依存しないでフロントエンド無線通信装置１を動作可
能にするため，ＤＣ電源１４としては，フロントエンド
無線通信装置１が屋外に配設されるときは太陽電池を用
い，この太陽電池で発生した電力を蓄積する電力蓄積回
路，たとえば，コンデンサ，蓄積形バッテリなどを設け
ることが好適である。フロントエンド無線通信装置１が
屋内に配設される場合，屋内の照明器具からのエネルギ
ーで太陽電池で発生した電力でシーケンス制御部１１，
無線通信処理部１２および共通部１３を駆動することが
可能であり，この場合，屋内には常時照明エネルギーが
存在するから，上記電力蓄積回路は特に必要としないで
もよい。キィ操作パネル１６はフロントエンド無線通信
装置１に対する操作員の指令を行うときに使用する。た
とえば，シーケンス制御部１１の制御論理を変更した
り，正義条件を変更したりするときにキィ操作パネル１
６を使用する。

【００１３】フロントエンド無線通信装置１は上述した
ように，プラントの現場の近傍に配設され交流電源また
は大規模直流電源の供給を受けず，その機能を遂行可能
な状態にあるため，特に省電力形に構成される必要があ
る。図２にかかる要望を満足するフロントエンド無線通
信装置１の詳細構成例を示す。

【００１４】図２に示したフロントエンド無線通信装置
１は，マイクロコンピュータ１００と，通信専用回路１
２０とからなる。マイクロコンピュータ１００は，バス
１１４を介して接続された中央プロセッサユニット（Ｃ
ＰＵ）１０２，リードオンリーメモリ（ＲＯＭ）１０
４，ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０６，通信イ
ンターフェース回路（ＣＩ／Ｆ）１０８，ディジタル入
力回路１１０，ディジタル出力回路１１２を有する。マ
イクロコンピュータ１００には上記の他，タイマ回路，
割り込み回路などマイクロコンピュータの動作に通常必
要な回路が設けられているが図解の関係で省略してい
る。通信専用回路１２０は送信回路１２２，受信回路１
２４，および，送受信切換回路１２６を有している。

【００１５】ＲＯＭ１０４は，シーケンス制御部１１の
制御プログラムおよびシーケンス制御論理データが記憶
されている他，通信専用回路１２０で処理する通信デー
タの処理を行うプログラムが記憶されている。ＣＰＵ１
０２は，ＲＯＭ１０４からのプログラムおよびシーケン
ス制御論理データを読み出しそのプログラムに応じた制
御および通信処理を行う。ＲＡＭ１０６はディジタル入
力回路１１０から入力したデータを記憶し，ＣＰＵ１０
２において算出した制御データを記憶し，通信専用回路
１２０を介して送受信するデータを記憶する。ディジタ
ル入力回路１１０はセンサ７およびキィ操作パネル１６
からのディジタル信号を入力する。ディジタル出力回路
１１２は，たとえば，オープンコレクタタイプのトラン
ジスタからアクチュエータ８およびキィ操作パネル１６
にディジタル出力として出力する。

【００１６】送信回路１２２は，ＣＰＵ１０２に制御の
もとで通信インターフェース回路１０８を介して入力さ
れたフロントエンドアンテナ１５を介して無線中継装置
２に送信すべきデータを発生する。そのため，送信回路
１２２は変調処理を行う変調回路およびフロントエンド
アンテナ１５から送信可能な周波数まで逓倍する周波数
変換回路を有している。受信回路１２４は送信回路１２
２と逆の回路構成をなし，フロントエンドアンテナ１５
からの高周波数信号を低下させる周波数変換回路および
復調回路を有している。送受信切換回路１２６はフロン
トエンドアンテナ１５への送信回路１２２または受信回
路１２４の切換を行う。

【００１７】このような構成のフロントエンド無線通信
装置１はできるだけ小型にすることが好適であり，たと
えば，上記マイクロコンピュータ１００，通信専用回路
１２０は好適にはワンボードまたは複数枚のボードに装
着され，ＤＣ電源１４で充分駆動される。フロントエン
ド無線通信装置１はセンサ７，アクチュエータ８の近傍
に，交流電源などを必要とせず，配設される。センサ７
とフロントエンド無線通信装置１との間，または，アク
チュエータ８とフロントエンド無線通信装置１との間は
ケーブルで接続されるが，それらの距離は非常に短い。
また，フロントエンド無線通信装置１はアクチュエータ
８およびアクチュエータ８の配置および数に応じて，所
定の現場（位置）に配設される。たとえば，１つのセン
サ７と１つのアクチュエータ８に１台のフロントエンド
無線通信装置１が配設されてもよく，１０数個のセンサ
７と１０数個のアクチュエータ８に対してフロントエン
ド無線通信装置１が１台配設されてもよい。

【００１８】図１に示した無線中継装置２において，無
線通信処理部２１は上記図２に示した無線通信処理部１
２に対応する。無線中継装置２にはさらにＭＯＤＥＭ部
２２が設けられるが，このＭＯＤＥＭ部は，変調回路と
復調回路からなり，しばしばパーソナルコンピュータの
プリントボード１枚程度の通信モジュールとして設けら
れる回路構成と同等である。無線中継装置２に図１に示
したディジタル入力回路１１０およびディジタル出力回
路１１２に対応する部分を有していず，無線中継装置２
も図１に示したフロントエンド無線通信装置１と同様，
マイクロコンピュータを用いて小型に構成できる。無線
中継装置２は交流電源が存在する場所に配設されるとき
もあれば，そうでないときもある。いずれの場合も無線
中継装置２の消費電力は少ないし，基本的にマイクロコ
ンピュータを駆動する程度の電圧と電力でよいから，電
源部２４としてはＤＣ電源１４と同等の電源でよい。た
だし，交流電源または大規模ＤＣ電源から電源供給可能
な場合はそれらから無線中継装置２を駆動する電力を発
生させてもよい。

【００１９】中央コンピュータ６は有線回線４を介して
無線中継装置２と接続される。そのため，中央コンピュ
ータ６の前段にＭＯＤＥＭ部５が配設されている。この
ＭＯＤＥＭ部５は中央コンピュータ６に組み込まれても
よい。有線回線４としては，公衆回線，たとえば，公衆
電話回線を用いることができる。また，有線回線４とし
て，プラントの計測制御システムの場合などにおいて
は，他の信号伝達方式，たとえば，ローカルエリアネッ
トワーク（ＬＡＮ），あるいは宅内電話回線などに接続
することもできる。

【００２０】図１および図２に示した構成によれば，フ
ロントエンド無線通信装置１はプラントの現場の近傍に
配設されるから，センサ７とアクチュエータ８との接続
に使用するケーブルの距離は短く，従来におけるケーブ
ル布設の問題は解消できる。またフロントエンド無線通
信装置１は比較的小型で低価格であり，駆動電力を別途
要求しない。無線中継装置２はフロントエンド無線通信
装置１と安定に無線通信可能な任意の位置に配設され
る。無線中継装置２と中央コンピュータ６との間はすで
に確立している既存のＭＯＤＥＭ通信で通信されるの
で，確実な通信が提供できる。以上述べたように，本発
明の無線通信方式によれば，制御機能を遂行しつつ，効
率のよいデータ通信が可能となる。

【００２１】図２に示したフロントエンド無線通信装置
１は単体としても使用できる。特に，従来，シーケンス
制御を行い，そのデータ通信をも行う場合，プログラマ
ブルロジックコントローラを設けた上，さらにこのプロ
グラマブルロジックコントローラに無線通信機を配設し
なければならないという構成および価格の問題があっ
た。さらにプログラマブルロジックコントローラと無線
通信機と接続する場合にはインターフェース設計および
製造の問題があり，プラント側の利用者などが容易にか
かる構成を実現できないという問題があった。上述した
ように，上記フロントエンド無線通信装置１によれば，
かかる問題は解消でき，なんらの電子技術知識を必要と
せずに容易に図１に図解した計測制御システムを構築で
きる。

【００２２】計測制御システムの規模が比較的小規模の
場合は，数台のフロントエンド無線通信装置１と１台の
無線中継装置２，そして，１台の中央コンピュータ６で
計測制御システムを構成することができる。しかしなが
ら，センサ７の数，アクチュエータ８の数，そして，こ
れらセンサ７およびアクチュエータ８の分散配置状態に
応じては，図３に示したような大規模計測制御システム
を構成することもできる。図３に示した計測制御システ
ムは，１台の中央コンピュータ６に２台の無線中継装置
２Ａ，２Ｂが配設され，それぞされの無線中継装置に複
数のフロントエンド無線通信装置１Ａ１〜１Ａ２，１Ｂ
１〜１Ｂ２が無線接続される構成を示す。このように，
フロントエンド無線通信装置１Ａ１〜１Ａ２，１Ｂ１〜
１Ｂ２，無線中継装置２Ａ，２Ｂは任意の位置に配設す
ることができ，効率のよい計測制御システムを構成する
ことができる。

【００２３】以上の実施例においてはフロントエンド無
線通信装置１における制御としては，シーケンス制御の
場合のみ例示したが，フロントエンド無線通信装置１に
おいてアナログ（プロセス）制御，および，シーケンス
制御とアナログ制御を行うように構成することもでき
る。

【００２４】本発明の無線通信方式および無線通信装置
を実現するに際しては，上述した者のほか，他に種々の
変形形態をとることができる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べたように，本発明の無線通信方
式によれば，ワイヤレスで規模に応じた効果的な任意の
計測制御システムを構成することができる。また本発明
の無線通信装置によれば，現場の近傍に計測処理部およ
び制御処理部を配設できるので，フロントエンド制御が
可能になる。たとえば，遠隔計測制御における無人の制
御ステーションにおける計測制御が可能になるとともに
無線を介して上位の制御装置との接続が容易に可能にな
る。さらに本発明の無線通信装置を用いれば，フロント
エンド制御機能と無線通信機能がなんら電子的な専門的
な知識を必要とせずに実現することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の無線通信方式の第１実施例の構成図で
ある。

【図２】図１におけるフロントエンド無線通信装置の構
成例を示す図である。

【図３】本発明の無線通信方式の第２の実施例の構成図
である。

【符号の説明】

１・・フロントエンド無線通信装置，２・・無線中継装
置，３・・無線通信空間，４・・有線回線，５・・ＭＯ
ＤＥＭ部，６・・中央コンピュータ，７・・センサ，８
・・アクチュエータ，１１・・シーケンス制御部，１２
・・無線通信処理部，１３・・共通部，１４・・ＤＣ電
源，１５・・フロントエンドアンテナ，１６・・キィ操
作パネル，２１・・無線通信処理部，２２・・ＭＯＤＥ
Ｍ部，２３・・共通部，２４・・ＤＣ電源，２５・・中
継アンテナ，１００・・マイクロコンピュータ，１０２
・・ＣＰＵ，１０４・・ＲＯＭ，１０６・・ＲＡＭ，１
０８・・通信インターフェース回路，１１０・・ディジ
タル入力回路，１１２・・ディジタル出力回路，１１４
・・バス，１２０・・通信専用回路，１２２・・送信回
路，１２４・・受信回路，１２６・・送受信切換回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 アンテナと，該アンテナを介して無線送
   受信する無線通信処理部と，計測信号を入力しその計測
   信号に対応して制御対象に制御信号を出力する制御処理
   部と，これらを駆動するバッテリ形電源とを有し，上記
   無線通信処理部と上記制御処理部とが一体構成され，上
   記制御対象の近傍に配設されるフロントエンド無線通信
   装置と， アンテナと，該アンテナを介して上記フロントエンド無
   線通信装置と無線接続される無線通信処理部と，有線通
   信を行う変復調処理部と，これらを駆動する電源を有
   し，上記変復調部と上記無線通信処理部とが一体構成さ
   れた無線中継装置と， 該無線中継装置内の変復調処理部と有線接続され，該無
   線中継装置を介して上記フロントエンド無線通信装置と
   接続され該フロントエンド無線通信装置と情報交換を行
   う中央処理装置とを有する無線通信方式。
2. 【請求項２】 アンテナと，該アンテナを介して他の無
   線通信装置と無線通信処理を行う無線通信処理部と，計
   測信号を入力しその計測入力に対応して制御対象に制御
   信号を出力する制御部と，これらを駆動するバッテリと
   を有し，上記無線通信処理部と上記制御処理部とが一体
   構成され，上記制御対象の近傍に配設され，上記他の無
   線通信装置と無線情報交換する無線通信装置。