(57)【要約】【課題】監視制御システムの冗長化を実現しつつ、監視制御について信頼性の高い産業プラントの信号送受信技術を提供する。【解決手段】産業プラントの信号送受信システム２０は、信号ｊを無線で送信する送信部１０と、信号ｊを受信する複数の受信部１１と、受信部１１のそれぞれから送信された複数の信号ｄ１〜ｄ７を、有線ケーブル１２を介して入力する監視制御部１８と、受信部１１から送信された複数の信号ｄ１〜ｄ７の中から中央値Ｖを選択する中間値選択器１５と、を備えることを特徴とするものである。【選択図】  図１
2014032519.tif 000002
【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複数の受信部と、
前記受信部のそれぞれから送信された複数の信号を、有線ケーブルを介して入力する監視制御部と、
前記受信部から送信された複数の信号の中から中央値を選択する中間値選択器と、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、
前記受信部は、信号の受信ができなかったとき、過去に受信された信号を送信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１又は請求項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、
前記監視制御部は、前記中間値選択器が内部に設けられ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又は請求項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、
前記受信部と前記監視制御部とを接続し、前記中間値選択器を内部に有するゲートウェイをさらに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５】
請求項１又は請求項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、
前記受信部からの信号を受信し、前記中間値選択器により第一中央値を選択する第一ゲートウェイと、
前記第一ゲートウェイからの信号を受信し、前記中間値選択器により第二中央値を選択する第２ゲートウェイと、をさらに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６】
信号を無線で送信する送信ステップと、
前記信号を複数の受信部で受信する受信ステップと、
前記受信部のそれぞれから送信された複数の信号を、有線ケーブルを介して入力する監視制御ステップと、
前記受信部から送信された複数の信号の中から中央値を選択する中間値選択ステップと、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信号送受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラント（以下、単に「プラント」という）、多数の計器・センサがプラント内の監視や制御に供するために設置されている。これらの計器・センサが生成した信号は、信号伝送ネットワークを介して、監視制御部に入力される。監視制御部は、これらの信号を用いてプラント内の監視や制御を行っている。従来では、計器・センサから監視制御部への信号伝送は、有線のケーブルを布設する方法により実現されてきた。
【０００３】
近年、上記方法に替わる方法として、近距離無線ネットワークを利用する方法が提案されてきた。つまり、計器・センサからの信号を無線信号に変換し、無線ネットワークを介して監視制御部へ入力する方法である。（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１２８８７９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１２４０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１と特許文献２の技術は、計器・センサが生成した信号を、無線信号として送信する複数の送信部を有している。これにより、送信部のいずかに故障等の障害が生じた場合にも、その他の正常な送信部により監視制御を維持することを可能としている。
【０００６】
しかし、産業プラント内では、様々な設備や配管等が入り組んで設置され、作業を行う保安員等、無線による通信の妨げとなる障害が多く存在する。このため、信号を受信する際に、受信側に障害が生じてしまった場合は、監視制御の維持が難しくなるという課題がある。
【０００７】
また、複数の送信部から送信される信号について、故障等の理由で信号間の誤差を生じてしまう場合がある。このとき、誤った信号を排除し、正しい信号のみを選択することが困難である。この誤信号の存在により、監視制御システムの信頼性に影響を与えるという課題もある。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、監視制御システムの冗長化を実現しつつ、監視制御について信頼性の高い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】
【０００９】
本発明の実施形態に係る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複数の受信部と、前記受信部のそれぞれから送信された複数の信号を、有線ケーブルを介して入力する監視制御部と、前記受信部から送信された複数の信号の中から中央値を選択する中間値選択器と、を備えることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第一実施形態に係る産業プラントの信号送受信システムを示す概略図。
【図２】各実施形態に係る中間値選択器に入力される、データ信号とその値を表示したグラフ。
【図３】第二実施形態に係る産業プラントの信号送受信システムを示す概略図。
【図４】第三実施形態に係る産業プラントの信号送受信システムを示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第一実施形態に係る信号送受信システムの一例を概略図で示している。
【００１２】
本発明の実施形態に係る信号送受信システム２０（以下、単に「システム２０」という）は、信号ｊを無線で送信する送信部１０（１０ａ〜１０ｃ）と、信号ｊを受信する複数の受信部１１（１１ａ〜１１ｇ）と、受信部１１のそれぞれから送信された複数の信号ｄ１〜ｄ７を、有線ケーブル１２（１２ａ〜１２ｇ）を介して入力する監視制御部１８と、受信部１１から送信された複数の信号ｄ１〜ｄ７の中から中央値Ｖを選択する中間値選択器１５と、から構成される。また、信号ｄ１〜ｄ７を中継して伝送するため、中継部１３（１３ａ〜１３ｃ）を設ける。信号ｄ１〜ｄ７は、この中継部１３から光ケーブル（１４ａ〜１４ｃ）を介して監視制御部１８に入力される。なお、図１では、送信部１０を３つ、受信部１１を７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。
【００１３】
送信部１０は、それぞれに対応して設けられている図示しない計器・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１１へ無線送信するものである。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。
【００１４】
受信部１１は、送信部１０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１１は、受信した無線信号ｊに基づいて、それぞれの受信部１１に固有の識別子を付与したデータ信号ｄ１〜ｄ７に変換する。
【００１５】
ここで、受信部１１のいずれかにおいて、信号ｊを受信できなかった場合について検討する。この場合、受信できなかった受信部１１は、直近の過去において受信したデータ信号を、最新のデータ信号として出力する。
【００１６】
受信できなかった受信部１１には、前回受信した信号に基づくデータ信号が残されている。つまり、この前回のデータ信号が、無線信号ｊを受信できなかった場合におけるデータ信号となる。
【００１７】
この手段により、受信部１１は、受信ができなかった場合でも、常にデータ信号ｄ１〜ｄ７が送信可能となる。
【００１８】
ここで、本発明の実施形態で使用する無線通信方法について説明する。送信部１０と受信部１１は、ＺｉｇＢｅｅ（登録商標）やＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の近距離無線技術を使用して通信する。
【００１９】
これらの近距離無線技術は、通信距離について距離的な制限を有するが、電波法等の法律的な規制を受け無い。そして、無線ネットワークを低廉かつ低消費電力で構成することが可能である。
【００２０】
本発明の実施形態において、プラント規模が大規模になると、設置される計器・センサの数が膨大なものとなる。それに伴い、無線ネットワーク構成する送信部１０及び受信部１１に係る機器も多くなる。
【００２１】
仮に、有線ケーブルを使用して伝送ネットワークを構成したとすると、プラントの設備や配管等によるレイアウト上の制限があり、ケーブルの布設は複雑となる。しかし、無線により伝送ネットワークを構成すれば、レイアウト上の制限を受けることはない。従って、近接する送信部１０及び受信部１１に係る機器を自由に設置することができる。
【００２２】
よって、これらの近距離無線技術を使用することにより、プラントにおけるレイアウト上の制限を受けること無く、低コストかつ低消費電力で信号伝送ネットワークの構築が可能となる。
【００２３】
監視制御部１８は、中間値選択器１５、データ表示部１６及び制御回路１７から構成される。受信部１１のデータ信号ｄ１〜ｄ７は、有線ケーブル１２を介して中継部１３（１３ａ〜１３ｃ）に入力される。そして、中継部１３から光ケーブル１４（１４ａ〜１４ｃ）を介して監視制御部１８へ入力される。
【００２４】
中継部１３は、データ信号ｄ１〜ｄ７を監視制御部１８に送る際に、中継点の役割となる。また、複数のデータ信号ｄ１〜ｄ７を多重化しての信号伝送を可能とする。なお、データ信号ｄ１〜ｄ７に付与される受信部１１に固有の識別子は、この中継部１３で付与される事としてもよい。
【００２５】
受信部１１と監視制御部１８が、距離的に遠い場合に、直接監視制御部１８へ信号を送れない場合がある。このとき、中継部１３を使用することで、信号の伝送を可能とする。
【００２６】
なお、中継部１３は、リモートプロセス入出力装置、フィールド無線用ゲートウェイやアクセスポイント等と呼ばれることがある。
【００２７】
中間値選択器１５は、受信部１１から送信されたデータ信号ｄ１〜ｄ７の値の中から中央値Ｖを選択し出力する。なお、監視制御部１８に入力したデータ信号ｄ１〜ｄ７は、送信部１０の識別子で分類されて、同じ送信部１０から送信されたデータ信号ｄ１〜ｄ７を中間値選択器１５に入力する。
【００２８】
中間値選択器１５が、中央値Ｖを選択する方法について説明する。例えば、データ信号の数が奇数個の場合は、入力されるデータの値を小さい順に並べて、その中央に位置する値を中央値として選択する。逆に、偶数個の場合は、最も中央に近い２値を選択し、その平均を算出したものを中央値として選択する。
【００２９】
データ表示部１６及び制御回路１７は、中間値選択器１５が選択し、出力した中央値Ｖが入力される。そして、入力された信号Ｖに基づいて、プラントの監視及び制御を実施する。
【００３０】
次に、システム２０の信号の流れについて具体的に説明する。図示しない計器・センサが信号Ｖを生成した場合について検討する。まず、送信部１０ａは、この信号Ｖを無線信号ｊに変換し、無線送信を実行する。送信部１０ａからの無線送信について、受信可能範囲に受信部１１（１１ａ〜１１ｇ）が設置されている。よって、受信部１１の各々は、無線信号ｊを受信して、データ信号ｄ１〜ｄ７への変換を実行する。
【００３１】
ここで、受信部１１ｃは、送信部１０ａとの間に障害物５０が存在し、無線信号ｊを受信できないと仮定する。ただし、直近の過去において無線信号ｋが、受信できていたものとする。
【００３２】
さらに、受信部１１ｆは、故障しているため、無線信号ｊを誤ったデータ信号ｄ６に変換してしまうものと仮定する。
【００３３】
受信部１１ａ、１１ｂ、１１ｄ、１１ｅ及び１１ｇでは、正常に無線信号ｊが受信される。そして、各々の受信部は、無線信号ｊをデータ信号ｄ１、ｄ２、ｄ４、ｄ５及びｄ７に変換する。
【００３４】
受信部１１ｃの動作について検討する。受信部１１ｃは、障害物５０により無線信号ｊを受信できない。このとき、受信部１１ｃは、過去において受信できていた無線信号ｋに基づいてデータ信号ｄ３に変換する。
【００３５】
データ信号ｄ１〜ｄ７はそれぞれ、布設されている有線ケーブル１２、中継部１３、及び光ケーブル１４を介して監視制御部１８へ入力される。例えば、データ信号ｄ１では、有線ケーブル１２ａ、中継部１３ａ及び光ケーブル１４ａを介して監視制御部１８へ入力される。
【００３６】
入力されたデータ信号ｄ１〜ｄ７は、まず監視制御部１８内部の中間値選択器１５へ入力される。
【００３７】
図２は、データ信号ｄ１〜ｄ７の値についてグラフ化したものである。ｄ１、ｄ２、ｄ４、ｄ５及びｄ７の値は、無線信号ｊに基づいた信号Ｖとなる。しかし、ｄ３の値は、無線信号ｋに基づいた信号Ｖｃとなる。そして、誤ったデータ信号ｄ６の値は、Ｖｆとなる。
【００３８】
中間値選択器１５は、入力された複数のデータ信号ｄ１〜ｄ７の値のうち中央値Ｖを選択する。この選択した信号Ｖをデータ表示部１６及び制御回路１７へ入力し、プラントの監視制御を行う。
【００３９】
従って、送信部１０からの信号を、複数の受信部１１で受信し、いずれかの受信部に故障や障害が生じたとしても、その他の正常な受信部で、システム２０を維持することが可能である。
【００４０】
そして、いずれかの受信部で受信不良や故障が発生し、データ信号間に誤差が生じても、正しい信号により監視制御の維持が可能となる。このとき、受信障害や故障が発生している受信部を特定、認知、識別する必要はない。
【００４１】
なお、他の送信部１０ｂ、１０ｃについても、送信部１０ａと同様に送受信動作が実行される。
【００４２】
また、複数の送信部１０と受信部１１を持つため、信号の混線が生じる可能性がある。このため、通信スケジューリングやネットワークの整合性等の管理機能を備える装置を適宜備える。
【００４３】
（第二実施形態）
図３は、本発明の第二実施形態に係る産業プラントの送受信システムの一例を示す概略図である。第二実施形態における第一実施形態との相違点は、受信部１１と監視制御部１８とを接続し、中間値選択器２５を内部に有するゲートウェイ２２をさらに備える点にある。なお、図３は、図１で表示したデータ信号等について、省略して表している。
【００４４】
受信部１１からのデータ信号ｄ１〜ｄ７は、ゲートウェイ２２に入力する。そして、ゲートウェイ２２内に設けられた中間値選択値２５で、データ信号ｄ１〜ｄ７の中央値Ｖが選択され出力される。出力された信号Ｖが、変換部２１及び伝送ネットワーク２３を介して監視制御部１８に入力される。
【００４５】
従って、第一実施形態の場合と異なり、受信部１１からのデータ信号ｄ１〜ｄ７の全てを監視制御部１８に入力しない。つまり、中間値選択器２５で選択された中央値Ｖのみを監視制御部１８へ入力する。
【００４６】
これにより、監視制御部１８で扱う信号が、中央値Ｖのみとなるため、監視制御部１８内でのデータ処理や制御の負荷が軽減される。
【００４７】
なお、信号の流れについては、第一実施形態と同様のため省略する。また、図３では第一実施形態において図示した中継部１３については省略しているが、適宜設置することが可能である。
【００４８】
（第三実施形態）
図４は、本発明の第三実施形態に係る産業プラントの送受信システムの一例を示す概略図である。第三実施形態における第一実施形態との相違点は、複数の受信部１１からのデータ信号を受信し、中間値選択器３５（３５ａ〜３５ｄ）により第一中央値を選択する第一ゲートウェイ３０（３０ａ〜３０ｄ）と、第一ゲートウェイ３０からの信号を受信し、中間値選択器４５により第二中央値を選択する第二ゲートウェイ４２と、をさらに備える点にある。
【００４９】
第三実施形態における信号の流れについて説明する。まず、任意の送信部１０から送信された無線信号を、複数の受信部１１が受信する。そして、これらの受信部１１からの複数のデータ信号は第一ゲートウェイ３０に入力される。
【００５０】
第一ゲートウェイ３０の内部に設けられた中間値選択器３５（３５ａ〜３５ｄ）は、これらのデータ信号の第一中央値をそれぞれ選択し出力する。出力された信号は、光ケーブル３１（３１ａ〜３１ｄ）を介して、第二ゲートウェイ４２に入力される。
【００５１】
さらに、第二ゲートウェイ４２内に設けられた中間値選択値４５は、複数の第一中央値の中から第二中央値を選択し出力する。この出力された信号が、変換部４１及び伝送ネットワーク４３を介して監視制御部１８に入力される。
【００５２】
第三実施形態では、中間値選択器３５、４５を内部に有するゲートウェイ３０、４２を階層化する。従って、大多数の受信部１１からのデータ信号があった場合でも、ゲートウェイ３０、４２を介して段階的に絞り込み、絞り込んだ信号のみを監視制御部１８へ入力することが可能となる。
【００５３】
図４のシステム２０に示される大規模なプラントの場合、近接する送信部１０と受信部１１の数量はそれぞれ膨大なものとなる。これにより、システムで使用するデータ信号数も膨大となり、監視制御部１８の負荷が増大する。
【００５４】
第三実施形態のように、データ信号を絞り込むことで、監視制御部１８で処理するデータ数が減少する。よって、監視制御部１８内でのデータ処理や制御における負荷が軽減される。
【００５５】
なお、図３では第一実施形態において図示した中継部１３については省略しているが、適宜設置することが可能である。
【００５６】
以上述べた少なくともひとつの実施態様の産業プラントの信号送受信システムによれば、複数の受信部１１から送信された、複数の信号の中から中央値を選択する中間値選択器１５を有することで、信頼性の高い信号送受信システム２０を維持することが可能となる。
【００５７】
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、組み合わせ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同様に、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ものである。
【符号の説明】
【００５８】
１０（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）  送信部
１１（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ）  受信部
１２（１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆ、１２ｇ）  有線ケーブル
１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）  中継部
１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）  光ケーブル
１５、２５、４５  中間値選択器
１６  データ表示部
１７  制御回路
１８  監視制御部
２０  信号送受信システム
２１、４１  変換部
２２  ゲートウェイ
２３、４３  伝送ネットワーク
３０（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ）  第一ゲートウェイ
３１（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ）  光ケーブル
３５（３５ａ、３５ｂ、３５ｃ、３５ｄ）  中間値選択器
４２  第二ゲートウェイ
５０  障害物
ｊ  無線信号
ｄ１、ｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、ｄ７  データ信号
Ｖ、Ｖｃ、Ｖｆ  データ信号の値
【図１】
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【図２】
2014032519.tif 000004
【図３】
2014032519.tif 000005
【図４】
2014032519.tif 000006