(57)【要約】【課題】低コストで健全性の高い無線ネットワークを構成することが可能な産業プラントの信号送受信技術を提供する。【解決手段】本発明の実施形態に係る産業プラントの信号送受信システム１０は、信号ｊを無線で送信する送信部１１（１１ａ〜１１ｃ）と、信号ｊを受信する受信部１３と、多面体形状を有し、信号ｊを反射して受信部１３へ中継する反射中継部１２（１２ａ〜１２ｃ）と、受信部１３からの信号ｄを反射中継部１２を介して有線により入力する監視制御部１７と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
信号を無線で送信する送信部と、
前記信号を受信する受信部と、
多面体形状を有し、前記信号を反射して前記受信部へ中継する反射中継部と、
前記受信部からの前記信号を前記反射中継部を介して有線により入力する監視制御部と、
を備えることを特徴とする産業プラントの信号送受信システム。
【請求項２】
請求項１に記載の産業プラントの信号送受信システムにおいて、
前記反射中継部は、回転機構を有すること、
を特徴とする産業プラントの信号送受信システム。
【請求項３】
請求項２に記載の産業プラントの信号送受信システムにおいて、
前記回転機構は、駆動モータ、またはプラント内の熱により対流する空気を受ける羽根を駆動源とすること、を特徴とする産業プラントの信号送受信システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３に記載の産業プラントの信号送受信システムにおいて、
前記反射中継部は、前記多面体形状の表面全体に金属板を貼り付けて構成したこと、
を特徴とする産業プラントの信号送受信システム。
【請求項５】
信号を無線で送信する送信ステップと、
前記信号を受信する受信ステップと、
多面体形状により、前記信号を反射して前記受信がなされるように中継する反射中継ステップと、
前記受信ステップで受信した前記信号を有線により入力する監視制御ステップと、
を含むことを特徴とする産業プラントの信号送受信方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、産業プラントの信号送受信システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラント（以下、単に「プラント」という）は、多くの計器・センサが、プラント内の監視制御を目的として設置されている。これらの計器・センサが生成した信号は、監視制御装置に入力されプラント内の監視制御を行う。これまで、計器・センサから監視制御装置への信号の入力は、有線ケーブルを布設することで実現されてきた。
【０００３】
近年、無線ネットワークを利用することで、プラント内という限られた空間において、計器・センサから監視制御装置への入力が行われている。一方、携帯電話等の広範な空間で使用される無線通信では、電波の送受信方法について様々な手法が提案されている。（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第２８４２８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラントの現場エリアでは、様々な設備・機器が輻輳して設置されているため、無線通信を行う上での障害が数多く存在する。また、保全作業を行う保安員の存在や設備の搬入等、動的な障害物の存在により、無線通信が健全に行われないという課題がある。
【０００６】
また、プラントの規模が大きくなると、使用する計器・センサは、数百台を越え、無線ネットワークに係る機器も多数必要となる。これら多数の機器により、健全性の高い無線通信を構成するには、高度な通信機器や技術を必要とし、さらに高いコストがかかるという課題がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、低コストで健全性の高い無線ネットワークを構成することが可能な産業プラントの信号送受信技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態の産業プラント信号送受信システムは、信号を無線で送信する送信部と、前記信号を受信する受信部と、多面体形状を有し、前記信号を反射して前記受信部へ中継する反射中継部と、前記受信部からの前記信号を前記反射中継部を介して有線により入力する監視制御部と、を有することを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る信号送受信システムの概略を示す構成図。
【図２】本実施形態に適用される反射中継部の第一変形例を示す構成図。
【図３】本実施形態に適用される反射中継部の第二変形例を示す構成図。
【図４】本実施形態に適用される反射中継部の第三変形例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。本発明の実施形態に係る産業プラントの信号送受信システム１０は、信号ｊ（ｊ１〜ｊ７）を無線で送信する送信部１１（１１ａ〜１１ｃ）と、信号ｊを受信する受信部１３と、多面体形状を有し、信号ｊを反射して受信部１３へ中継する反射中継部１２（１２ａ〜１２ｃ）と、受信部１３からの信号ｄを反射中継部１２を介して有線により入力する監視制御部１７と、から構成される。なお、図１では、送信部１１を３つ、受信部１３を１つで構成し配置されているが、各構成要素の数量、位置及び配置は図１に限定されない。
【００１１】
送信部１１は、それぞれに接続される単数又は複数の図示しない計器・センサが生成した信号を、これら計器・センサに固有の識別子を付与し、無線信号ｊに変換する。そして、無線信号ｊを、受信部１３へ無線で送信する。
【００１２】
ここで、計器・センサとは、プラントで監視、制御されるプロセス量を計測するものであり、圧力、流量、温度、振動値等を計測するトランスミッタや熱電対が例示される。
【００１３】
受信部１３は、送信部１１から無線送信された信号ｊを受信するものである。そして、受信部１３は、受信した無線信号ｊを有線送信する為の伝送信号ｄに変換する。そして、受信部１３は、伝送ケーブル１４を介して、伝送信号ｄをリモートプロセス入出力装置１５へ入力する。受信部１３は、フロア天井２０に支持サポート１９を介して固定される。
【００１４】
反射中継部１２は、送信部１１からの無線信号ｊを反射して受信部１３へ中継するものである。反射中継部１２は、無線信号ｊが到達すると、信号ｊを多方位に反射する。これにより、受信部１３は、障害物２２（２２ａ〜２２ｃ）により、信号ｊを送信部１１から直接受信できない場合であっても、反射中継部１２が設けられていることで受信可能となる。
【００１５】
反射中継部１２は、４つ以上の平面に囲まれた立体的な多面体形状を有する。そして、この多面体表面は、隙間無く金属板が覆っている。これにより、無線信号ｊを、多方位に反射可能となる。よって、反射中継部１２は、無線信号ｊを一定の方向に反射するのではなく、ランダムな方向に乱反射する。
【００１６】
反射中継部１２は、多面体形状に金属板を覆っただけのものであるため、低コストで作製可能である。なお、図１では、多面体の各面が四角形で構成された形状を例示しているが、各面の形状は四角形に限らない。
【００１７】
反射中継部１２は、多面体を形成する面の数が多いほど、多方位に乱反射が可能となる。そして、多面体を構成する面の数が多くなるにつれて多面体は球体に近づく。しかし、反射中継部１２が完全な球体になると、球体面での反射となり、反射される無線信号ｊのパワーは分散される。このため、受信部１３に到達する無線信号ｊは弱くなる。
【００１８】
したがって、反射中継部１２は、無線信号ｊを反射するに適した多面体の形状により適宜構成される。なお、必ずしも反射中継部１２の多面体形状は、重心に対して点対称の形状とは限らない。
【００１９】
反射中継部１２（１２ａ〜１２ｃ）は、支持サポート１８（１８ａ〜１８ｃ）を介してフロア天井２０や固定部材２１に固定され設置される。固体部材２１とは、プラント内の柱や配管等の反射中継部１２を固定して設置に適したものをいう。
【００２０】
なお、受信部１３を固定部材２１に固定させることもできる。また、送信部１１と受信部１３との無線送受信の状態を考慮して、反射中継部１２の員数をプラント内に適宜増加させることができる。
【００２１】
リモートプロセス入出力装置１５は、伝送信号ｄを、光ケーブル１６を介して監視制御部１７へ入力する。受信部１３と監視制御部１７とが、距離的に遠い場合に、直接監視制御部１７へ伝送信号ｄを送れない場合がある。このとき、リモートプロセス入出力装置１５は、伝送信号ｄの伝送を中継する中継装置として機能する。
【００２２】
監視制御部１７は、リモートプロセス入出力装置１５から光ケーブル１６を介して、伝送信号ｄが入力される。監視制御部１７は、伝送信号ｄから、いずれの送信部１１（１１ａ〜１１ｃ）に接続された計器・センサから送信された無線信号ｊであるかを認識する。そして、それぞれ識別された計器・センサが検出したプロセス量を用いてプラントの監視や制御を実施する。
【００２３】
次に具体的に信号送受信の流れについて説明する。ここでは、説明のため送信部１１（１１ａ〜１１ｃ）から送信される無線信号ｊについて、異なる経路を通過するものを区別するため、ｊ１〜ｊ７と採番する。
【００２４】
まず送信部１１ａから無線信号ｊが送信された場合について検討する。送信部１１ａは、受信部１３へ無線信号ｊ１を送信する際、無線送信の障害物となるものが存在しない。このため、直接受信部１３へ無線信号ｊ１を送信可能である。そして、受信部１３は、無線信号ｊ１を受信して、受信部１３で伝送信号ｄへ変換する。伝送信号ｄはリモートプロセス入出力装置１５を介して有線により監視制御部１７へ入力される。
【００２５】
次に、送信部１１ｂから無線信号ｊが送信された場合について検討する。このとき、送信部１１ｂと受信部１３との間に、障害物２２ａが存在する。このため、無線信号ｊ６は、障害物２２ａの存在により、受信部１３へ直接送信することができない。
【００２６】
このとき、反射中継部１２ｂを利用して、無線信号ｊ７を受信部１３への送信が可能となる。すなわち、送信部１１ｂからの無線信号ｊ７は、まず反射中継部１２ｂに到達する。反射中継部１２ｂで反射されることで、無線信号ｊ７は、受信部１３に到達可能となる。そして、送信部１１ａのときと同様に、受信部１３で受信された無線信号ｊ７は、伝送信号ｄに変換され監視制御部１７に入力される。
【００２７】
次に、送信部１１ｃから無線信号ｊが送信された場合について検討する。このとき、送信部１１ｃと受信部１３との間に、障害物２２ａ、障害部２２ｂ及び障害物２２ｃが存在する。このため、送信部１１ｃから送信された無線信号ｊ３は、障害物２２ｃの存在により、受信部１３へ直接送信できない。
【００２８】
また、反射中継部１２ｂで反射して、無線信号ｊ５を受信部１３へ中継することは、障害物２２ａの存在によりできない。同様に、反射中継部１２ｃで無線信号ｊ２を反射して受信部１３へ中継することは、障害部２２ｂの存在によりできない。
【００２９】
このとき、反射中継部１２ａ及び１２ｃを利用して、無線信号ｊ４を繰り返し反射することで受信部１３へ到達させることが可能である。まず、送信部１１ｃから送信された無線信号ｊ４を、反射中継部１２ａで反射させる。これにより、反射された無線信号ｊ４は反射中継部１２ｃへ到達する。
【００３０】
さらに、反射中継部１２ｃで反射された無線信号ｊ４は、受信部１３へ到達し受信されることが可能となる。そして、送信部１１ａのときと同様に、受信部１３で受信された無線信号ｊ４は、伝送信号ｄに変換され監視制御部１７に入力される。
【００３１】
したがって、反射中継部１２をプラント内に複数設置することにより、無線信号ｊを繰り返し反射させて中継することにより、受信部１３へ送信することが可能である。つまり、プラント内に多数の障害物２２が存在しても、複数の反射中継部１２を適宜設置することで、送信部１１と受信部１３の無線通信経路を確保することができる。
【００３２】
図２は、本実施形態に適用される反射中継部１２の第一変形例を示す。図１における反射中継部１２との相違点は、反射中継部１２が、駆動モータ２６による回転機構３０ａを有する点にある。
【００３３】
具体的な回転機構３０ａの構成について説明する。反射中継部１２は、その上部に回転軸２５が取り付けられている。回転軸２５は、フロア天井２０に穿った穴２４を貫通し、先端部にウォームギア２８が設けられている。
【００３４】
穴２４の上部には、駆動モータ２６が取り付けられ、駆動モータ２６のモータシャフト２７にウォームギア２８が取り付けられている。これにより、駆動モータ２６のトルクが、ウォームギア２８を介して回転軸２５に伝達し、反射中継部１２を回転させることができる。
【００３５】
これにより、反射中継部１２が静止している場合と比較して、無線信号ｊの反射におけるランダム性を向上させることが可能となる。したがって、送信部１１からの無線信号ｊを、より広い方位にわたり反射させることが可能となる。このため、受信部１３で受信可能な範囲を広げることが可能となる。なお、穴２４は、固定部材２１（図１）に穿たれた穴を利用することが可能である。
【００３６】
図３は、本実施形態に適用される反射中継部１２の第二変形例を示す。図１における反射中継部１２との相違点は、反射中継部１２が、プラント内の熱により対流する空気を駆動源とする回転機構３０ｂを有する点にある。
【００３７】
産業プラントの中には、発電プラントのように高温の蒸気や高温のガスを生成するものがあり、プラント建屋の内部（例えばフロア天井の付近）では、これら高温流体から発せられる熱を受けて空気の対流が生じる。この対流を利用して、反射中継部１２を回転させるものである。
【００３８】
具体的な回転機構３０ｂの構成について説明する。反射中継部１２は、その上部に回転軸３５が取り付けられている。回転軸３５は、フロア天井２０に穿たれた穴３４に貫通され、落下しないように係止片３６が設けられている。もしくは、反射中継部１２の重量を支えかつ回転軸３５が滑らかに回転するように、図示しないベアリングをフロア天井２０の穴３４に設けることもできる。
【００３９】
反射中継部１２は、対流する空気を受ける羽根３１が取り付けられている。これにより、流れる空気を受けて反射中継部１２を回転させることができる。したがって、送信部１１からの無線信号ｊを、より広い方位にわたり反射させることが可能となる。なお、羽根３１を反射中継部１２に取り付ける例を開示したが、回転軸３５に羽根３１を取り付けても良い。また、穴３４は、固定部材２１（図１）に穿たれた穴を利用することが可能である。
【００４０】
図４は、本実施形態に適用される反射中継部１２の第三変形例を示す。図１における反射中継部１２との相違点は、反射中継部１２が、多面体形状の表面全体に金属板４１を貼り付けて構成した点にある。
【００４１】
反射中継部１２は、図示しない多面体や球体等を成す骨格部に多数の金属板４１を貼り付け、図示しない骨格部の外皮表面の全体をこの金属板４１により覆うように造形される。そして、回転軸４５が、反射中継部１２の上下を貫通している。この貼り付けられた金属板４１により無線信号ｊを反射することが可能である。
【００４２】
なお、金属板４１は物理的な強度を担う必要がないのでアルミ箔に代表される極めて薄い金属板４１にすることが可能である。反射中継部１２の図示しない骨格部は、それ自体が無線信号ｊを反射する必要がない。
【００４３】
このため、軽量なプラスチック製でかつ網目状のメッシュ等で外皮を覆うことができる。これにより、反射中継部１２は、金属板４１の取り付けが容易となり、軽量かつ低コストで作製可能である。
【００４４】
以上述べた本実施形態の信号送受信システムによれば、多面体形状を有する反射中継部１２を有することにより、産業プラント内において低コストで健全性の高い無線ネットワークを構成することが可能となる。
【００４５】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００４６】
図１では、送信部１１が３つと受信部１３が１つとの間で無線通信する例を開示している。しかし、本実施形態の信号送受信システムは、複数台間で無線通信する、いわゆるＮ対Ｎ方式での信号送受信システムに適用可能である。また、本実施形態の信号送受信システムは、火力・原子力などの発電プラント、および鉄鋼・化学・食品・医薬品などの産業プラントなどの各種プラントおよびこれらプラントに設置される信号送受信システムに適用し得る。
【符号の説明】
【００４７】
１０  信号送受信システム
１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）  送信部
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ）  反射中継部
１３  受信部
１４  伝送ケーブル
１５  リモートプロセス入出力装置
１６  光ケーブル
１７  監視制御部
１８（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）、１９  支持サポート
２０  フロア天井
２１  固定部材
２２（２２ａ、２２ｂ、２２ｃ）  障害物
２４、３４  穴
２５、３５、４５  回転軸
２６  駆動モータ
２７  モータシャフト
２８  ウォームギア
３０（３０ａ、３０ｂ）  回転機構
３１  羽根
３６  係止片
４１  金属板
ｄ  伝送信号
ｊ（ｊ１、ｊ２、ｊ３、ｊ４、ｊ５、ｊ６、ｊ７）  無線信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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