(57)【要約】  【課題】  バッテリー電源の電池消耗を低減することができ、よって当該バッテリー電源の長寿命化を図ることができるメンテナンス作業性に優れたワイヤレスユニット及び鉄鋼設備用監視システムを提供する。  【解決手段】  バッテリー電源３５を備え、変位センサ（監視手段）１５１に接続される子機（ワイヤレスユニット）１において、変位センサ１５１の検出信号（監視結果）に所定のデータ処理を行うＰＩＣ（処理手段）３２と、親機からの指示信号を受信するとともに、ＰＩＣ ３２にて処理された上記監視結果を送信する送受信モジュール（送受信手段）３４と、ＰＩＣ ３２及び送受信モジュール３４のうち、少なくともＰＩＣ ３２をオン状態又は待機状態に切り替えるタイマ回路（切替手段）３７とを設ける。【選択図】      図４
2006099396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力源を構成するバッテリー電源を有し、監視対象物の動作状態を監視する監視手段の監視結果を送信するワイヤレスユニットであって、
前記監視手段の監視結果に所定のデータ処理を行う処理手段と、
外部からの指示信号を受信するとともに、前記処理手段にて処理された前記監視手段の監視結果を送信する送受信手段と、
前記処理手段及び前記送受信手段のうち、少なくとも前記処理手段をオン状態又は待機状態に切り替える切替手段と
を備えたことを特徴とするワイヤレスユニット。
【請求項２】
前記切替手段が、前記処理手段に対し、所定の周期毎に、起動信号を出力して当該処理手段を待機状態からオン状態に切り替えるタイマ回路により構成されるとともに、
前記処理手段は、オン状態に切り替えられた時点から所定時間の間当該オン状態を継続し、かつこのオン状態のときに前記送受信手段が前記指示信号を受信しない場合には、オン状態から待機状態に移行することを特徴とする請求項１に記載のワイヤレスユニット。
【請求項３】
前記処理手段は、前記バッテリー電源から前記送受信手段への電力供給のオン／オフ制御を行い、かつ前記送受信手段への電力供給をオン制御しているときに当該送受信手段が前記指示信号を受信しない場合には、当該処理手段は前記送受信手段への電力供給をオフ制御するとともに、その送受信手段のモードを待機モードに変更させることを特徴とする請求項１又は２に記載のワイヤレスユニット。
【請求項４】
前記処理手段には、前記監視手段の監視結果の信号増幅を行う増幅手段が接続されるとともに、
前記処理手段は、前記送受信手段が受信した前記指示信号に基づいて、前記バッテリー電源から前記増幅手段への電力供給のオン／オフ制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のワイヤレスユニット。
【請求項５】
鉄鋼設備側に設けられた子機と、この子機と無線通信が可能な親機とを有し、前記子機からの送信信号を基に前記鉄鋼設備を監視する監視システムであって、
前記子機に、請求項１〜４のいずれかに記載のワイヤレスユニットを用いたことを特徴とする鉄鋼設備用監視システム。
【請求項６】
前記鉄鋼設備側には、互いに異なる識別子が付与された複数の前記子機が設けられ、
前記複数の各子機に設けられた前記処理手段が、前記親機からの指示信号に、前記監視手段の監視結果の送信要求と当該子機に付与された識別子とが含まれていることを検知しないときには、当該処理手段は前記送受信手段への電力供給をオフ制御するとともに、その送受信手段のモードを待機モードに変更させることを特徴とする請求項５に記載の鉄鋼設備用監視システム。
【請求項７】
前記監視手段には、圧延ローラを駆動する駆動軸に設けられ、この駆動軸の損傷に起因して変化する物理量を検出するセンサ手段が含まれていることを特徴とする請求項５又は６に記載の鉄鋼設備用監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワイヤレスユニット、及びこのワイヤレスユニットを子機として利用して、鉄鋼設備を監視する監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼メーカの鉄鋼所などに設置される鉄鋼設備には、製鋼炉からの銑鉄の鋳片を一対のローラ間に流すことでスラブなどの鋳造半製品を製作する連続鋳造機や駆動モータに連結された駆動軸にて回転される一対の圧延ローラを有し、この圧延ローラによって上記鋳造半製品に圧延処理を施す圧延機などの大型の機械・装置等が設けられている。
上記のような鉄鋼設備では、当該設備にて生産される鉄鋼品の品質が上記機械等に含まれた構成部材の動作状態や使用に伴う疲労（経年劣化）状態などに大きく左右されることから、例えば上記連続鋳造機において、その各ローラを回転自在に支承する軸受装置毎に、センサ及び判定器を設置して異常発生の有無等の状態監視を行うことが提案されている（例えば、下記特許文献１参照。）。
【０００３】
しかしながら、上記鋳片は８００℃以上の高温なものであり、しかも当該鋳片がローラ間を通過するときに生じる振動やこの連続鋳造機の近傍に配置された上記圧延機などで発生する振動などにより、センサと判定器との間を繋ぐ信号線に接触不良などが生じて断線が発生することがあった。そこで、例えば下記特許文献２には、センサ毎に無線方式の送信機を設置して、各センサの検出データを対応する送信機からの無線電波により監視装置に伝達する監視システムが示されている。
また、上記圧延機においても、その駆動軸の動作状態が圧延処理される鋼材品質に直結することから当該駆動軸を監視する監視システムを構築することが要望されており、さらには駆動軸自体が回転動作するために有線方式の送信機を用いることは困難であるということから、上記のような無線方式の送信機を備えたシステムにて駆動軸を監視することが検討されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−７１５１９号公報（第６頁、第１図）
【特許文献２】特開２００２−５１５６号公報（第４頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献２のような従来例では、センサ及び送信機の電力源として電池からなるバッテリー電源が用いられており、この電源とセンサ及び送信機との各間に接続される電力線での振動などに起因する断線発生が極力抑えられるように、これらの電源、センサ、及び送信機を子機としてユニット化し、連続鋳造機に含まれる全ての各軸受装置に設けていた。そして、上記監視装置側に設けた親機に対して、各子機（ワイヤレスユニット）が対応するセンサの検出データを送信することで監視装置で各軸受装置の動作状態を監視するようになっていた。
ところが、上記のようなワイヤレスユニットには、センサ出力を増幅するアンプなどの電子部品が含まれており、しかもこの従来例では、センサを常に検出動作させてその検出データを監視装置側に連続的に送信させていたので、各子機での電力消費が大きいものであった。このため、この従来例では、各バッテリー電源の電池消耗を抑えることが難しく、電池容量等によっては当該電池を１〜２日で新品のものと交換する作業を行う必要があり、ワイヤレスユニット及び監視システムのメンテナンス作業に非常な手間及び時間を要した。
【０００６】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、バッテリー電源の電池消耗を低減することができ、よって当該バッテリー電源の長寿命化を図ることができるメンテナンス作業性に優れたワイヤレスユニット及び鉄鋼設備用監視システム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】
【０００７】
本発明のワイヤレスユニットは、電力源を構成するバッテリー電源を有し、監視対象物の動作状態を監視する監視手段の監視結果を送信するワイヤレスユニットであって、
前記監視手段の監視結果に所定のデータ処理を行う処理手段と、外部からの指示信号を受信するとともに、前記処理手段にて処理された前記監視手段の監視結果を送信する送受信手段と、前記処理手段及び前記送受信手段のうち、少なくとも前記処理手段をオン状態又は待機状態に切り替える切替手段とを備えたことを特徴とするものである。
上記のように構成されたワイヤレスユニットでは、切替手段が少なくとも処理手段をオン状態又は待機状態に切り替えるので、当該ワイヤレスユニットを間欠運転を行わせることが可能となり、バッテリー電源の電池消耗を低減することができる。
【０００８】
また、上記ワイヤレスユニットにおいて、前記切替手段が、前記処理手段に対し、所定の周期毎に、起動信号を出力して当該処理手段を待機状態からオン状態に切り替えるタイマ回路により構成されるとともに、
前記処理手段は、オン状態に切り替えられた時点から所定時間の間当該オン状態を継続し、かつこのオン状態のときに前記送受信手段が前記指示信号を受信しない場合には、オン状態から待機状態に移行することが好ましい。
この場合、送受信手段が上記指示信号を受信しない場合には処理手段はタイマ回路からの起動信号で待機状態からオン状態に切り替えられた時点から所定時間の間だけ動作することとなり、バッテリー電源の電池消耗をより確実に低減することができる。
【０００９】
また、上記ワイヤレスユニットにおいて、前記処理手段は、前記バッテリー電源から前記送受信手段への電力供給のオン／オフ制御を行い、かつ前記送受信手段への電力供給をオン制御しているときに当該送受信手段が前記指示信号を受信しない場合には、当該処理手段は前記送受信手段への電力供給をオフ制御するとともに、その送受信手段のモードを待機モードに変更させてもよい。
この場合、処理手段が送受信手段のオン状態又は待機状態の切り替えを行うので、当該送受信手段専用の切替手段を設けることなくバッテリー電源の電池消耗低減を図ることができ、ワイヤレスユニットの構成を簡略化することができる。
【００１０】
また、上記ワイヤレスユニットにおいて、前記処理手段には、前記監視手段の監視結果の信号増幅を行う増幅手段が接続されるとともに、
前記処理手段は、前記送受信手段が受信した前記指示信号に基づいて、前記バッテリー電源から前記増幅手段への電力供給のオン／オフ制御を行うことが好ましい。
この場合、増幅手段が上記監視結果の信号増幅を行うので、処理手段での当該監視結果に対するデータ処理精度を向上させることができる。また、処理手段が増幅手段のオン状態又は待機状態の切り替えを行うので、当該増幅手段専用の切替手段を設けることなくバッテリー電源の電池消耗低減を図ることができ、ワイヤレスユニットの構成を簡略化することができる。
【００１１】
また、本発明の鉄鋼設備用監視システムは、鉄鋼設備側に設けられた子機と、この子機と無線通信が可能な親機とを有し、前記子機からの送信信号を基に前記鉄鋼設備を監視する監視システムであって、
前記子機に上記いずれかのワイヤレスユニットを用いたことを特徴とするものである。
上記のように構成された鉄鋼設備用監視システムでは、バッテリー電源の電池消耗を低減したワイヤレスユニットを備えているので、電池交換作業の頻度が少なく長期間のメンテナンスフリー性を有するシステムを構築することができる。
【００１２】
また、上記鉄鋼設備用監視システムにおいて、前記鉄鋼設備側には、互いに異なる識別子が付与された複数の前記子機が設けられ、
前記複数の各子機に設けられた前記処理手段が、前記親機からの指示信号に、前記監視手段の監視結果の送信要求と当該子機に付与された識別子とが含まれていることを検知しないときには、当該処理手段は前記送受信手段への電力供給をオフ制御するとともに、その送受信手段のモードを待機モードに変更させることが好ましい。
この場合、親機が識別子を用いることによって上記監視結果を得たい子機を指定することができ、複数の子機が監視システムに含まれている場合でも、監視結果を必要としない子機でのバッテリー電源の電池消耗が生じるのを防ぐことができ、その電源電池の不必要な消耗をより確実に防止することができる。
【００１３】
また、上記鉄鋼設備用監視システムにおいて、前記監視手段には、圧延ローラを駆動する駆動軸に設けられ、この駆動軸の損傷に起因して変化する物理量を検出するセンサ手段が含まれてもよい。
この場合、駆動軸の損傷状態を示すセンサ検出結果が上記通信手段を介してセンサ手段から親機側に送信されるので、親機側で損傷状態を含む駆動軸の動作状態を検知しつつ、当該駆動軸の監視を行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ワイヤレスユニットを間欠運転させることにより、そのバッテリー電源の電池消耗を低減することができるので、当該バッテリー電源の長寿命化を図ることができるとともに、電池交換頻度を少なくしてメンテナンス作業を簡単に行えるワイヤレスユニット及びこれを用いた鉄鋼設備用監視システムを構成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の鉄鋼設備用監視システムの好ましい実施形態について、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明では、本発明を鉄鋼設備内に設けられた圧延機の駆動軸に適用した場合を例示して説明する。
【００１６】
図１は鉄鋼メーカの圧延機に使用される駆動軸を示す斜視図であり、図２は十字軸継手の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。図において、駆動軸１０の両端部近傍には十字軸継手１１が使用されており、この継手１１を介在させて当該駆動軸１０の一端側及び他端側には図示を省略した駆動モータ及び鉄鋼用圧延ローラがそれぞれ連結されている。つまり、駆動軸１０には、２つの十字軸継手１１の間に配置される中間軸部（第１軸部）１０ａに加えて、上記モータ及びローラ側にそれぞれ接続される駆動軸部（第２軸部）１０ｂ及び従動軸部（第３軸部）１０ｃが設けられており、一方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと駆動軸部１０ｂとが連結され、他方の十字軸継手１１にて中間軸部１０ａと従動軸部１０ｃとが連結されている（図１参照）。また、圧延機では、２本の駆動軸１０が互いに平行に配置されており、各駆動軸１０に連結された２つの上記ローラ間にスラブ等を通すことで圧延処理が施された鋼材を製造するように構成されている。また、この圧延処理の際に、駆動軸１０は、各十字軸継手１１によって軸方向から傾くのを許容された状態で図１の矢印Ｒ方向に回転することにより上記駆動モータの回転力を圧延ローラに伝達する。さらに、この圧延機では、本発明の監視システムにより、各駆動軸１０の動作状態が監視され、その運転時間に伴う損傷の進行度合いが判別されるようになっている。
【００１７】
上記十字軸継手１１は、十字軸１２と、４個のベアリングカップ１３とを備えており、ベアリングカップ１３が十字軸１２の軸方向周りの部分を覆うように当該十字軸１２の４つの各軸１２ａに揺動可能に装着されている。各ベアリングカップ１３は、カップ部１３１と、その内部に保持され、上記軸１２ａに転がり接触する複数のころ１３２とを具備しており、カップ部１３１の内周面及び軸１２ａの外周面をそれぞれ外輪軌道及び内輪軌道としている。また、図２における上下一対のベアリングカップ１３が当該十字軸継手１１から見て軸方向一方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記駆動軸部１０ｂ）に、左右一対のベアリングカップ１３は軸方向他方側の駆動軸１０の軸部（例えば、上記中間軸部１０ａ）に、それぞれ接続されている。
上記カップ部１３１の周方向中央にはグリース注入用の孔１３１ａが形成されている。また、この孔１３１ａと同軸的に、軸１２ａの中心軸周りに孔１２ｂが形成されている。カップ部１３１の孔１３１ａには支持部材１４がねじ止めにより取り付けられている。支持部材１４は、平底碗状の取付部１４ａと、その底部から軸１２ａの軸方向に延設された丸棒状の支持部１４ｂとを有しており、支持部１４ｂは孔１２ｂに挿入されている。挿入された支持部１４ｂの先端近傍には、例えば渦電流式の変位センサ１５１が孔１２ｂの壁面に対向するよう取り付けられている。
【００１８】
上記取付部１４ａ内には、無線方式のデータ送受信が可能な子機１が取り付けられている。この子機１には、支持部材１４の内部又は表面に設けた溝を通したケーブル１６により、上記変位センサ１５１が接続されている。変位センサ１５１は、所定の基準位置に取り付けられて孔１２ｂの上記壁面との距離変化を検出することにより、軸１２ａに生じた表面剥離などの損傷の程度に応じて増加する、軸１２ａとベアリングカップ１３との相対的な変位（位置ずれ）を示す変位信号を子機１に出力する。
他の３箇所の軸１２ａについても同様に、支持部材１４（図示せず）、変位センサ１５２，１５３，１５４、及び、子機２，３，４が設けられ、合計４個の子機１，２，３，４からそれぞれ変位信号データを発信することができる。また、子機１〜４は、常に変位信号データを発信するのではなく、後述する親機から要求があったときにのみ同信号データを発信するハンドシェイク方式のデータ通信チャンネルを形成するよう構成されている。
【００１９】
また、上記十字軸１２の中央の凹み部分には、例えば圧電型加速度ピックアップを用いた振動センサ１７が上記凹み部分表面に対向するよう取り付けられており、露出配線されたケーブル１８を介して、ベアリングカップ１３（左）の側面に取り付けられた子機５と接続されている。この振動センサ１７は、軸１２ａに生じた表面剥離などの損傷の程度に応じて増加する、十字軸１２の振動を検出してその振動信号を子機５に出力する。また、この子機５は、上記子機１〜４と同様の機能を有しており、振動センサ１７からの振動信号データを親機からの要求に応じて発信する。
また、上記子機１〜５と、これらにそれぞれ直結された変位センサ１５１〜１５４及び振動センサ１７とは、上記監視システムに含まれたものであり、各子機１〜５にはそれぞれ識別子としての連続した整数のＩＤ番号０，１，２，３，４が割り当てられている。そして、駆動軸用監視システム内で各子機１〜５と変位センサ１５１〜１５４及び振動センサ１７とを特定可能になっている。尚、このように各子機１〜５に互いに異なるＩＤ番号を付与することにより、子機に接続されるセンサを変更した場合でも当該子機のＩＤ番号を変更する手間を省略することができる。
【００２０】
図３に示すように、上記監視システムＴは、上記の各センサ（変位センサ１５１〜１５４及び振動センサ１７）と、子機１〜５と、これらの各子機１〜５と双方向の無線通信が可能な単一の親機６とを備えている。この親機６には、例えばＲＳ２３２Ｃに準拠した通信線７ａを介して鉄鋼設備内に配置されたパネルコンピュータ８が接続されている。また、このパネルコンピュータ８には、例えば１０Ｂａｓｅ−Ｔ線を用いたＬＡＮ ７ｂを介して、鉄鋼設備から離れた監視室内などに設置されたパソコン（以下、“ＰＣ”と略称する。）９が接続されており、このＰＣ ９は、インターネット等の通信ネットワーク２０を介在させて例えば十字軸継手１１の製造メーカやそのメンテナンス会社などの情報処理端末２１に接続可能に構成されている。なお、監視システムＴでは、上記２本の駆動軸１０に組付けられた４つの各十字軸継手１１に子機１〜５が装着されており、親機６は当該システムＴ内に含まれた全ての子機と個別にデータ通信を行って十字軸継手１１単位に駆動軸１０の監視を行えるようになっている。但し、以下の説明では、説明の簡略化のために、図３に示すように１つの十字軸継手１１に設けられた子機１〜５について説明する。
【００２１】
上記の各子機１〜５は、全て同一の構成部材をユニット化したトランシーバタイプのワイヤレス送受信機であり、図４に例示するように、子機１には、接続された変位センサ１５１からのアナログ式の検出信号を増幅する増幅手段としてのプリアンプ３１、及びこのプリアンプ３１に順次接続されたＰＩＣ（Peripheral Interface Controller）３３と送受信モジュール３４とが設けられている。また、ＰＩＣ ３２には、プリアンプ３１にて増幅された一周期分の検出信号を例えば１２ビットの検出データに変換するＡ／Ｄ変換機能３３が付与されている。また、送受信モジュール３４は、ワイヤレスチップにより構成されたものであり、親機６からの指示信号を受信する受信手段と、センサ手段（監視手段）としての変位センサ１５１の検出（監視）結果を親機６に送信する送信手段とを一体的に構成したものである。さらに、子機１では、後に詳述するように、送受信モジュール３４で親機６からの指示信号を受信する受信モードと、親機６に対し送受信モジュール３４から送信信号を送信する送信モードと、当該子機１が待機状態となるスリープモードとのいずれかのモードが選択可能に構成されており、スリープモードによる間欠運転が行われるようになっている。
【００２２】
また、子機１は、当該子機１の電力源を構成するとともに、電池（例えば、二本の単三電池）を有するバッテリー電源３５と、このバッテリー電源３５に接続された電圧レギュレータ３６と、タイマ回路３７とを備えており、バッテリー電源３５が、図４に太線の矢印で示す電力線を介して子機１の各部に対して電力供給を行うように構成されている。つまり、ＰＩＣ ３２、送受信モジュール３４、及びタイマ回路３７は、同図に示すように、各々バッテリー電源３５と直接接続されており、バッテリー電源電圧が印加されるようになっている。また、プリアンプ３１では、その電源電圧として例えば±２．５Ｖの電圧を印加することが要求されているため、バッテリー電源電圧は電圧レギュレータ３６によって上記の電圧に変換された後当該アンプ３１に与えられる。但し、タイマ回路３７以外のプリアンプ３１、ＰＩＣ ３２、送受信モジュール３４、及び電圧レギュレータ３６は、常時、待機（スリープ）状態（つまり、上記スリープモード）に設定されており、子機１ではバッテリー電源３５の電池を極力消耗しないようになっている（詳細は後述）。尚、変位センサ１５１は、電圧レギュレータ３６のオン・オフ状態に連動するプリアンプ３１がオン状態のときに、このプリアンプ３１からケーブルを介して電力の供給を受けており、プリアンプ３１のオン・オフに連動してオン・オフ状態が切り替わる。
【００２３】
上記ＰＩＣ ３２は、ワンチップのマイコンにより構成されたものであり、上記プリアンプ３１で信号増幅された変位センサ１５１の検出信号に対し所定のデータ処理を行う処理手段を構成している。また、このＰＩＣ ３２は、例えば２０ＭＨｚのクロック周波数にて動作するように構成されたものであり、変位センサ１５１の検出結果による親機６側での監視精度が低下するのを極力防げるようになっている。具体的にいえば、ＰＩＣ ３２では、そのＡ／Ｄ変換機能３３でのサンプリング周波数が例えば３ｋＨｚに設定されており、１００Ｈｚの高周波信号である変位センサ１５１の検出信号に対し十分な精度でサンプリング処理を行い、さらに上記送受信モジュール３４にてデータ送信するためにＰＩＣ ３２はそのサンプリング処理で得られたセンサ検出データを上記高速クロックにてブロック化するようになっている。
また、上記振動センサ１７が接続された子機５では、その振動センサ１７の検出信号の周波数が１０ｋＨｚとより高周波な信号であるため、当該子機５のＡ／Ｄ変換機能３３でのサンプリング周波数は１００ｋＨｚに設定されており、振動センサ１７の検出信号を十分な精度で処理できるようになっている。
【００２４】
また、ＰＩＣ ３２には、その動作状態をオン状態又は待機状態に切り替える切替手段としての上記タイマ回路３７が接続されており、ＰＩＣ ３２は、そのオン状態期間において子機各部に対する電力供給のオン／オフ制御を含んだ駆動制御を行うようになっている。すなわち、このタイマ回路３７は、所定の周期（例えば、１０sec）毎に、ＰＩＣ ３２を起動させる起動信号を当該ＰＩＣ ３２に出力するように構成されており、ＰＩＣ ３２では、起動信号が入力されると、待機状態からオン状態に切り替えられ、さらにオン状態に切り替えられた時点から所定時間（例えば、１０msec）の間オン状態を継続する。そして、ＰＩＣ ３２は、オン状態になると、送受信モジュール３４に対して、スリープ状態からオン状態に切り替えるＯＮ信号を直ちに出力し、バッテリー電源３５からの電力供給を許容するとともに、送受信モジュール３４を受信モードにして、子機１でのモードをもスリープモードから受信モードに移行させる。
【００２５】
また、ＰＩＣ ３２は、上記所定時間のオン状態期間に、送受信モジュール３４が親機６からの送信波を受信すると、その送信波に含まれた親機６からの指示信号の内容を判別する判別処理を行う。そして、ＰＩＣ ３２は、受信した指示信号に変位センサ１５１の検出結果を要求する要求信号が含まれていることを検知したときのみ、ＰＩＣ ３２は電圧レギュレータ３６に対しスリープ状態からオン状態に切り換えるＯＮ信号を出力して、プリアンプ３１から変位センサ１５１への電力供給を許容する。また、ＰＩＣ ３２は、送受信モジュール３４を送信モードにして、子機１でのモードを受信モードから送信モードに移行させるとともに、ＰＩＣ ３２は、そのＡ／Ｄ変換機能３３を起動する。これにより、ＰＩＣ ３２は、変位センサ１５１からのセンサ検出信号をデータ処理してセンサ検出データを取得し、この取得したデータを送受信モジュール３４を介して親機６に発信する。
【００２６】
また、親機６から受信した指示信号に上記要求信号が含まれていなければ、ＰＩＣ ３２は、当該指示信号に応じた処理を行うようになっている。
また、ＰＩＣ ３２は、親機６からの指示信号が入力されずに、上記オン状態期間が経過すると、送受信モジュール３４に対して、オン状態からスリープ状態に切り替えるＯＦＦ信号を出力することでバッテリー電源３３から送受信モジュール３４への電力供給を遮断して、当該送受信モジュール３４を動作不能状態のスリープモードする。さらには、ＰＩＣ ３２自体も、Ａ／Ｄ変換機能３３を停止させてオン状態からスリープ状態に移行し、子機１では、受信モードからスリープモードに移行される。
【００２７】
また、ＰＩＣ ３２等の上記子機各部でのスリープ状態は、消費電流が０．１ｍＡ以下であるスリープ状態であり、上記のように、タイマ回路３７がＰＩＣ ３２を起動し、ＰＩＣ ３２が子機各部を起動することにより、子機１では、バッテリー電源３５の消費電力量を極力抑えるように構成されている。つまり、子機１のスリープモードでは、その接続された変位センサ１５１を含め、消費電力量が極めて少ないＩＣからなる上記タイマ回路３７のみが常時、動作するようになっており、ＰＩＣ ３２が親機６からの上記要求信号を確認したときのみ、バッテリー電源３５が使用されて変位センサ１５１のセンサ検出データが親機６に伝達される。これにより、バッテリー電源３５の電池が消耗するのを極力抑制することができ、バッテリー電源３５の電池寿命を延ばしてその交換時期を長くすることが可能となる。
【００２８】
また、ＰＩＣ ３２には、バッテリー電源３５の電池容量の残量を検出する機能がソフトウェアによって付与されており、現時点でのバッテリー電源３５の電圧を検出するように構成されている。この電池残量検出処理は、ＰＩＣ ３２が上記要求信号を受信したときに実施されるようになっており、ＰＩＣ ３２は、上記センサ検出データとともに、検出した電池残量（検出電圧）データを親機６に送信させる。また、ＰＩＣ ３２では、現時点でのバッテリー電源電圧が所定電圧以下であることを判別したときには、ＰＩＣ ３２は親機６に対しバッテリー電源３５の電池を交換することを要求する電池交換信号を生成して、上記電池残量データに含めて送信させるよう構成されている。
尚、上記の説明以外に、親機６が電池残量検出処理だけを単独で実施させる指示信号を子機１に送信し、その処理結果のみを親機６に返信させることもできる。このような変位センサ１５１の検出信号を処理しない場合には、ＰＩＣ ３２は、バッテリー電源３５からプリアンプ３１への電力供給を許容するオン信号を出力せずに当該プリアンプ３１を動作不能状態で維持して電池消耗を極力抑えるようになっている。
また、ＰＩＣ ３２には、例えばＤＩＰスイッチにより構成されたＩＤ設定部３８が接続されており、このＩＤ設定部３８で設定された番号が子機１に付与されたＩＤ番号としてＰＩＣ ３２に登録（認識）される。
【００２９】
上記送受信モジュール３４には、所定周波数の送信波（搬送波）を発振する発振器、センサ検出データを送信波に乗せるための変調を行う変調器、及び親機６からの送信波を復調する復調器が設けられており、接続されたアンテナ３９を介して親機６と双方向の無線通信を行う。また、送受信モジュール３４は、ＰＩＣ ３２からの指示信号に従って送信モード又は受信モードを択一的に選択するよう構成されており、１送信サイクル（上記搬送波の１周期）毎に、所定のビット数のデータブロックをシリアル伝送方式にて送信するようになっている。具体的には、ＰＩＣ ３２と送受信モジュール３４との間には、図４に両矢印にて示す受信信号及び送信信号のデータ転送用ケーブルに加えて、信号線Ｃ１、Ｃ２が接続されており、ＰＩＣ ３２が、例えば両方の信号線Ｃ１，Ｃ２の電圧レベルをＨレベルとしたときには、送受信モジュール３４は受信モードに設定される。また、一方及び他方の信号線Ｃ１，Ｃ２の電圧レベルをそれぞれＨレベル及びＬレベルとしたときには、送受信モジュール３４は送信モードに設定され、両方の信号線Ｃ１，Ｃ２の電圧レベルをＬレベルとしたときには、送受信モジュール３４はスリープモードに設定される。
【００３０】
上記親機６には、図５に示すように、子機１〜５の各送受信モジュール３４との間で共通の周波数を用いて無線通信を行う送受信モジュール４１と、当該親機各部の制御を行う制御部を構成するＰＩＣ ４２と、パネルコンピュータ８（図３）に接続されたＲＳ２３２Ｃドライバ４３とが設けられている。また、親機６は、子機１〜５と同様に、トランシーバタイプのワイヤレス送受信機を構成しており、その電力源としてのバッテリー電源などが含まれている。このバッテリー電源電圧は、子機１〜５と同様に、ＰＩＣ ４２に設けられた検出機能によって常時監視されており、その検出電圧値（現時点でのバッテリー電源電圧値）がパネルコンピュータ８側に通知されるとともに、検出電圧値が所定電圧以下に低下した時点で電池交換信号が同コンピュータ８側に出力される。また、送受信モジュール４１は、上記送受信モジュール３４と同様に、発振器、変調器、及び復調器を備えたものであり、ＰＩＣ ４２からの指示信号に従って送信モード又は受信モードを択一的に選択するとともに、１送信サイクル毎に、所定のビット数のデータブロックをアンテナ４０から発信するよう構成されている。
【００３１】
また、親機６は、パネルコンピュータ８側からの指示（リクエスト信号）に従って、各子機１〜５に対応するセンサの検出データを送信することを要求するとともに、各子機１〜５から受信したセンサ検出データ及び電池残量データをパネルコンピュータ８側に転送する。さらに、親機６は、一つの子機に対してその子機に接続されたセンサの検出データの送信を要求するときに、当該子機の識別子を含んだ要求信号を作成し、この作成した信号を含むデータブロックを発信するようになっている。
【００３２】
上記パネルコンピュータ８には、そのコンピュータ機能として、上記の各センサ（変位センサ１５１〜１５４及び振動センサ１７）からのセンサ検出データに基づいた対応する軸１２ａ（駆動軸１０）での損傷の程度（進行度合い）についての判別・診断機能が付与されている。また、このコンピュータ８には、各検出データの波形や上記進行度合いの変化等の所定の履歴情報をディスプレイに表示するモニタリング機能、各センサへのセンシングの開始や子機１〜５及び親機６の各バッテリー電源での電池残量の確認等を行わせる動作指示機能がソフトウェアにて与えられている。
また、ＰＣ ９には、パネルコンピュータ８が有する上記のコンピュータ機能に加えて、入力した検出データやそれに基づく損傷の診断結果などのデータを保存したり、他の情報処理端末２１に上記の保存データを提供するＷｅｂサーバとして働いたりするようなサーバ機能が付与されている。
【００３３】
ここで、上記のように構成された監視システムＴの動作について、図６及び図７を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、例えば子機１（図４）での動作について主に説明する。
図６において、子機１はスリープモードに設定されており、このスリープモードでは、ＰＩＣ ３２（図４）がタイマ回路３７（図４）から１０sec毎に出力される起動信号によって起動され（ステップＳ１）、ＰＩＣ ３２は１０msecの上記オン状態期間となる（ステップＳ２）。そして、ＰＩＣ ３２は、バッテリー電源３５（図４）から送受信モジュール（図４）への電力供給を許容するとともに、当該送受信モジュール３４を受信モードに設定する（ステップＳ３）。続いて、子機１では、送受信モジュール３４が親機６から指示信号を受信すると、ＰＩＣ ３２はその受信した指示信号の内容判別処理を行い、親機６から検出データの要求信号を受信したか否かについての確認動作が行われる（ステップＳ４）。このとき、子機１が親機６からの指示信号を受信しなかったり、上記要求信号が指示信号に含まれていなかったりすると、子機１は後述のステップＳ１４に進む。
【００３４】
また、親機６が子機側に要求信号を送信する場合、親機６はデータ要求先の子機に対する同一の要求信号を、ＰＩＣ ３２（子機１）のオン状態期間の周期（起動信号の出力周期）よりも長い時間（例えば、２０sec）の間繰り返して子機側に発信しており、要求信号が１０sec毎に１０msecの間のみ動作可能となる子機側で確実に受信できるようになっている。
【００３５】
上記ステップＳ４において、ＰＩＣ ３２が上記要求信号の受信を確認すると、ＰＩＣ ３２は受信した要求信号に含まれたＩＤコードと自局のＩＤコードとを照合して一致するか否かについて判別することにより、その要求信号の送信先が当該子機１であるかについて判別する（ステップＳ５）。そして、異なる子機２〜５への要求信号であること判別したときには、子機１は上記ステップＳ１４に進む。
また、上記ステップＳ５において、上記ＩＤコードが子機１のＩＤコードと一致しているときには、子機１では自局が親機６から呼出されたと判断されて送信モードに移行される。すなわち、ＰＩＣ ３２が、電圧レギュレータ３６にＯＮ信号を出力することにより、プリアンプ３１に電源供給が行われて（ステップＳ６）、変位センサ１５１が動作する。また、ＰＩＣ ３２では、そのＡ／Ｄ変換機能３３が起動される（ステップＳ７）。そして、ＰＩＣ ３２は送受信モジュール３４への電力供給を許容するとともに、当該送受信モジュール３４を送信モードに設定する（ステップＳ８）。
【００３６】
次に、ＰＩＣ ３２では、プリアンプ３１から変位センサ１５１のセンサ信号を入力すると、そのＡ／Ｄ変換機能３３によって所定のサンプリング周波数によるサンプリング処理を含んだＡ／Ｄ変換処理を行い、センサ検出データを取得する（ステップＳ９）。また、このセンサ検出データは、ＰＩＣ ３２において、送受信モジュール３４での上記１送信サイクルで送信されるデータブロックに構成され、かつ各ブロックのヘッダー部に、その子機１に付与されたＩＤコードが含められる。そして、そのデータブロックは、ＰＩＣ ３２から送受信モジュール３４に逐次転送され、送受信モジュール３４から親機６に発信される（ステップＳ１０）。
【００３７】
続いて、子機１は、親機６へのデータ送信後、所定時間Ｔ１秒経過したか否かについて判別し（ステップＳ１１）、Ｔ１秒経過していなければ、子機１は、上記ステップＳ９に戻り、ＰＩＣ ３２が変位センサ１５１のセンサ信号にＡ／Ｄ変換を施してセンサ検出データを得て親機６へのデータ送信を繰り返す。これにより、子機１は、当該データの親機６への送信ミスが生じるのを防いでいる。
また、上記ステップＳ１１において、Ｔ１秒が経過したことを子機１が判別すると、子機１は送信モードからスリープモードに移行される。つまり、図７のステップＳ１２に示すように、ＰＩＣ ３２が、電圧レギュレータ３６にＯＦＦ信号を出力することにより、プリアンプ３１への電力供給を停止して当該プリアンプ３１をスリープ状態とし、さらにはＰＩＣ ３２は、Ａ／Ｄ変換機能３３もスリープ状態とする（ステップＳ１３）。その後、ＰＩＣ ３２は、送受信モジュール３４への電力供給を停止させるとともに、当該送受信モジュール３４をスリープモードに設定し（ステップＳ１４）、最後にＰＩＣ ３２自体もスリープ状態に移行する（ステップＳ１５）。
【００３８】
以上のように構成された本実施形態の監視システムＴでは、各子機（ワイヤレスユニット）１〜５のＰＩＣ（処理手段）３２がタイマ回路（切替手段）３７からの起動信号により、スリープ（待機）状態とオン状態とに切り替えられる。これにより、上記特許文献２記載の従来例と異なり、各子機１〜５では、待機状態とオン状態とによる間欠運転が行われて、バッテリー電源３５の電池消耗を低減することができる。この結果、バッテリー電源３５の電池を交換する作業間隔を長くすることが可能となり、子機１〜５の実働日数をも長期なものとすることができる。また、電池交換作業の頻度を少なくすることができることから、バッテリー電源３５に大容量の電池を使用することなく、しかもメンテナンス作業の簡単な子機１〜５及び監視システムＴを構成することができる。
【００３９】
尚、本願発明者が実施した検証試験では、上記のように子機を間欠運転させた場合、子機を間欠運転させずに常時オン状態とした場合に比べ、バッテリー電源３５の寿命を１０倍以上に延ばせることが確認された。また、一度のセンサ検出データの送信に要するＰＩＣ ３２、送受信モジュール３４、及びプリアンプ３１での具体的な消費電流は、それぞれ７〜８ｍＡ、３ｍＡ、及び１ｍＡである。
【００４０】
また、本実施形態では、ＰＩＣ ３２がタイマ回路３７からの起動信号にて待機状態からオン状態に切り替えられた時点から所定時間の間だけ動作し、かつこの所定時間の間に送受信モジュール３４が親機６からの上記要求信号を受信しない場合には、ＰＩＣ ３２は自動的にオン状態から待機状態に移行している。これにより、当該ＰＩＣ ３２、ひいては子機のオン状態期間をタイマ回路３７によって確実に規定することができ、バッテリー電源３５の電池消耗をより確実に低減して、その長寿命化を図ることが可能となる。
また、本実施形態では、ＰＩＣ ３２がその周辺機器である送受信モジュール３４及びプリアンプ３１への電力供給のオン／オフ制御を行っているので、これらの子機各部に対するオン／オフ制御を行ってオン状態又は待機状態に切り替える切替手段を別途設けることなくバッテリー電源３５の電池消耗低減を図って、バッテリー電源寿命を延ばすことができるとともに、子機１〜５の構成を簡略化することができる。
【００４１】
また、本実施形態では、図２に示したように、十字軸継手１１の４個のベアリングカップ１３の内部に子機１〜４及び変位センサ１５１〜１５４をそれぞれ配置し、さらに当該継手１１と駆動軸１０の軸端部との空きスペースに子機５及び振動センサ１７を配置して、親機側で各子機１〜５から送られてきたセンサ検出データを基に各軸１２ａでの表面剥離の程度を判別して監視している。すなわち、本実施形態では、センサの設置箇所を確保し難く、かつ回転動作する駆動軸１０に対して、その損傷の程度（進行度合い）を正確に把握することができ、十字軸継手１１等の交換作業が必要な時期を正確に判断することが可能となる。
尚、センサの設置数やセンサ種類（形式）などは上記実施形態のものに何等限定されるものではない。つまり、センサは、駆動軸の損傷に起因して変化する物理量を検出するものであればよく、力や温度等の検出データを取得するものでもよい。但し、上記のように、センサ種類が異なる複数種類のセンサを設置する場合の方が、駆動軸１０の損傷程度をより高精度に検出できる点で好ましい。
【００４２】
尚、上記の説明では、圧延機の駆動軸に適用した場合について説明したが、本発明は監視対象物の動作状態を監視する監視手段の監視結果に所定のデータ処理を行う処理手段と、外部からの指示信号を受信するとともに、処理手段にて処理された監視結果を送信する送受信手段と、これらの処理手段及び送受信手段のうち、少なくとも処理手段をオン状態又は待機状態に切り替える切替手段とを備えたものであればよく、設備が稼働しているときに、その周囲環境が高温、多湿、高振動、及びまたは高騒音などの過酷な環境下で動作される当該設備に含まれた各種機械・機器・装置などの監視に本発明を適用することができる。具体的にいえば、鉄鋼設備の連続鋳造機において、鋳片を流すためのローラを回転自在に支持する軸受装置の動作状態を監視するシステムに適用することができる。
【００４３】
また、上記の説明では、タイマ回路により上記切替手段を構成した場合について説明したが、本発明の切替手段は処理手段及び送受信手段のうち、ワイヤレスユニットのメイン処理部である少なくとも上記処理手段をオン状態又は待機状態に切り替えて、当該ワイヤレスユニットを間欠運転させるものであれば何等限定されない。
また、上記の説明では、送信手段と受信手段とを一体的に構成した送受信モジュール（送受信手段）を用いた場合について説明したが、受信手段及び送信手段を別個に設けたものでもよい。但し、上記のような送受信手段を用いる場合の方が、ワイヤレスユニットの部品点数を削減して、当該ユニットの構成を簡略化できる点で好ましい。
【００４４】
また、上記の説明では、親機及び各子機において処理手段としてＰＩＣを用いた場合について説明したが、本発明の処理手段は上記監視結果に対する所定のデータ処理を行えるものであればよく、ＤＳＰやＭＰＵ等を使用することもできる。
また、上記の説明では、Ａ／Ｄ変換機能をＰＩＣに設けた場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、処理手段とは別体のＡＤＣ（Analog Digital Converter）を用いることもできる。但し、上記のように、Ａ／Ｄ変換機能を処理手段に設けた場合の方が、独立したＡＤＣを使用する場合に比べて、子機の部品点数を削減することができるとともに、ＡＤＣのオン／オフ制御を別途行う必要がない点で好ましい。
【００４５】
また、上記の説明では、駆動軸の損傷に起因して変化する物理量を検出するセンサ手段（変位センサ及び振動センサ）の検出データを子機側から親機側に送信する構成について説明したが、本発明の監視システムはこれに限定されるものではなく、上記センサ手段を含んだ監視対象物の動作状態を監視する監視手段の結果データを親機側に送信するものであればよい。
また、上記の説明では、親機とパネルコンピュータとを別個に構成した場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばパネルコンピュータに送受信モジュールを装着して親機と同コンピュータとを一体的に構成したものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】鉄鋼メーカの圧延機に使用される駆動軸を示す斜視図である。
【図２】十字軸継手の主要部を駆動軸の軸方向から見た図である（一部断面を含む。）。
【図３】本発明の一実施形態に係る鉄鋼設備用監視システムの構成例を示すブロック図である。
【図４】図３に示した子機の具体的な構成を示すブロック図である。
【図５】図３に示した親機の具体的な構成を示すブロック図である。
【図６】上記駆動軸監視システムの子機における処理動作を示すフローチャートである。
【図７】図６に示した分岐点Ａ及びＢの間での子機における処理動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４７】
１〜５    子機
６    親機
１０    駆動軸
１７    振動センサ（監視手段・センサ手段）
３１    プリアンプ（増幅手段）
３２    ＰＩＣ
３４    送受信モジュール（送受信手段）
３７    タイマ回路（切替手段）
１５１〜１５４    変位センサ（監視手段・センサ手段）
Ｔ    鉄鋼設備用監視システム
【図１】
2006099396.tif 000003
【図２】
2006099396.tif 000004
【図３】
2006099396.tif 000005
【図４】
2006099396.tif 000006
【図５】
2006099396.tif 000007
【図６】
2006099396.tif 000008
【図７】
2006099396.tif 000009