(57)【要約】  【課題】  バッテリー電源の長寿命化を図ることができる監視精度に優れた鉄鋼設備用監視システムを提供する。  【解決手段】  ＰＩＣ（処理手段）３２のクロック周波数を、第１又は第２のクロック周波数に切り替えるアナログスイッチ（切替手段）５１を設ける。ＰＩＣ３２が親機からの指示信号に変位センサ（監視手段）１５１のセンサ結果の送信要求が含まれているときに、アナログスイッチ５１は第１のクロック周波数に切り替え、このクロック周波数にてセンサ結果に対する処理動作を行わせ、かつ送受信モジュール（送信手段）３４が親機にそのセンサ結果を送信した後は、ＰＩＣ３２のクロック周波数を第２のクロック周波数に切り替える。【選択図】      図４
2006099340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記子機が、当該子機の電力源を構成するバッテリー電源と、
前記親機からの指示信号を受信する受信手段と、
前記鉄鋼設備の構成部材に設けられて当該構成部材での動作状態を監視する監視手段が接続されるとともに、第１のクロック周波数又はこのクロック周波数よりも低い第２のクロック周波数によって所定のデータ処理を行う処理手段と、
前記処理手段に接続され、この処理手段にて処理された前記監視手段の監視結果を前記親機に送信する送信手段と、
前記第１又は第２のクロック周波数を切り替える切替手段とを備え、
前記受信手段が受信した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が含まれていることを前記処理手段が検知すると、前記切替手段は第１のクロック周波数に切り替え、当該第１のクロック周波数にて前記処理手段を駆動させて、前記監視手段の監視結果に対する処理動作を行わせるとともに、その処理動作後の監視結果を前記送信手段が前記親機に送信した後は、前記切替手段は前記第２のクロック周波数に切り替えることを特徴とする鉄鋼設備用監視システム。
【請求項２】
前記子機は、前記受信手段により前記親機からの指示信号を受信する受信モード、前記送信手段により前記親機に送信信号を送信する送信モード、及び当該子機が待機状態となるスリープモードのいずれかのモードを選択可能に構成されるとともに、
前記子機が前記受信モードにて動作しているときには、前記処理手段は前記第２のクロック周波数にて駆動され、かつ前記受信手段が受信した前記親機からの指示信号の内容を判別する処理動作を当該第２のクロック周波数で行うことを特徴とする請求項１に記載の鉄鋼設備用監視システム。
【請求項３】
前記処理手段は、前記切替手段に対して、前記第１又は第２のクロック周波数への切り替えを要求する切替信号を出力することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄鋼設備用監視システム。
【請求項４】
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１〜３のいずれかに記載の鉄鋼設備用監視システム。
【請求項５】
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たときに、その子機の前記切替手段が前記第１のクロック周波数に切り替えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか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、無線通信が可能な親機・子機を備え、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、各子機が対応するセンサの検出データを送信することにより、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、上記のような送信機には、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、各子機での消費電力が大きく、バッテリー電源の寿命が短いという問題があった。
さらに、圧延機ローラ用の上記軸受装置などの鉄鋼設備の構成部材において、センサの監視対象となる振動等の物理量は比較的高周波なものであり、その監視精度を向上させるためには、センサの監視結果を高い周波数でサンプリングしてデータ処理する必要がある。すなわち、鉄鋼設備の監視システムでは、上記監視結果を高速処理して送信することが要求されるため、その処理手段での消費電力を抑えることが難しく、バッテリー電源の長寿命化を阻害する要因になっていた。
【０００６】
上記のような従来の問題点に鑑み、本発明は、バッテリー電源の長寿命化を図ることができる監視精度に優れた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、
前記子機が、当該子機の電力源を構成するバッテリー電源と、前記親機からの指示信号を受信する受信手段と、前記鉄鋼設備の構成部材に設けられて当該構成部材での動作状態を監視する監視手段が接続されるとともに、第１のクロック周波数又はこのクロック周波数よりも低い第２のクロック周波数によって所定のデータ処理を行う処理手段と、前記処理手段に接続され、この処理手段にて処理された前記監視手段の監視結果を前記親機に送信する送信手段と、前記第１又は第２のクロック周波数を切り替える切替手段とを備え、
前記受信手段が受信した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が含まれていることを前記処理手段が検知すると、前記切替手段は第１のクロック周波数に切り替え、当該第１のクロック周波数にて前記処理手段を駆動させて、前記監視手段の監視結果に対する処理動作を行わせるとともに、その処理動作後の監視結果を前記送信手段が前記親機に送信した後は、前記切替手段は前記第２のクロック周波数に切り替えることを特徴とするものである。
【０００８】
上記のように構成された鉄鋼設備用監視システムにおける子機では、上記第１又は第２のクロック周波数にてデータ処理を行える処理手段と、これらのクロック周波数を切り替える切替手段とが設けられている。また、処理手段が親機から上記監視結果の送信要求を検知すると、切替手段が第１のクロック周波数に切り替えて、当該処理手段はその第１のクロック周波数で監視結果に対する処理動作を行う。さらに、送信手段が監視結果を親機に送信した後は、切替手段は第２のクロック周波数に切り替える。これにより、処理手段での消費電力を抑えることができるとともに、より高いクロック周波数にて監視結果をデータ処理することができ、監視精度を向上させることができる。
【０００９】
また、上記鉄鋼設備用監視システムにおいて、前記子機は、前記受信手段により前記親機からの指示信号を受信する受信モード、前記送信手段により前記親機に送信信号を送信する送信モード、及び当該子機が待機状態となるスリープモードのいずれかのモードを選択可能に構成されるとともに、前記子機が前記受信モードにて動作しているときには、前記処理手段は前記第２のクロック周波数にて駆動され、かつ前記受信手段が受信した前記親機からの指示信号の内容を判別する処理動作を当該第２のクロック周波数で行うことが好ましい。
この場合、子機がスリープモードを選択することにより、当該子機での消費電力を容易に低減することができる。また、受信モードにおいて、処理手段は第２のクロック周波数で上記指示信号の内容判別処理を行うので、その指示信号に上記監視結果の送信要求が含まれていることを検知するまでは第１のクロック周波数に切り替えられるのを防いで、処理手段、ひいては子機での消費電力を確実に抑えることができる。
【００１０】
また、上記鉄鋼設備用監視システムにおいて、前記処理手段は、前記切替手段に対して、前記第１又は第２のクロック周波数への切り替えを要求する切替信号を出力することが好ましい。
この場合、切替手段での切替動作が処理手段からの切替信号で行われるので、処理手段が上記切替動作を指示する指示手段を兼用する構成となり、当該指示手段の設置を省略して子機の構成を簡略化することができる。
【００１１】
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送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。
【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たときに、その子機の前記切替手段が前記第１のクロック周波数に切り替えることが好ましい。
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の処理手段が第１のクロック周波数にて動作されることを確実に防止することができ、当該子機での消費電力が不必要に増加するのを防ぐことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、処理手段での消費電力を抑えつつ、当該処理手段が監視手段の監視結果を高速、かつ高精度にデータ処理して監視精度を向上させることができるので、バッテリー電源の長寿命化を図ることができる監視精度に優れた鉄鋼設備用監視システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、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には、切替手段としてのアナログスイッチ５１を介して分周器内蔵オシレータ５２が接続されており、このオシレータ５２にて発振されたクロック信号がアナログスイッチ５１を経てＰＩＣ ３２に入力され、当該ＰＩＣ ３２が動作するようになっている。さらに、上記オシレータ５２は、アナログスイッチ５１に対して、第１のクロック周波数（例えば、２０ＭＨｚ）及びこのクロック周波数よりも低い第２のクロック周波数（例えば、１０ＭＨｚ）のクロック信号を常時、出力しており、アナログスイッチ５１の切替動作によっていずれか一方のクロック周波数のクロック信号がＰＩＣ ３２に与えられるようになっている。
また、アナログスイッチ５１の上記切替動作は、ＰＩＣ ３２からの切替信号で行われるようになっており、ＰＩＣ ３２自身がその動作速度を選択するよう構成されている。具体的には、ＰＩＣ ３２とアナログスイッチ５１との間には、信号線５３，５４が接続されており、ＰＩＣ ３２が、例えば一方の信号線５３の電圧レベルをＬレベルとし、他方の信号線５４の電圧レベルをＨレベルとしたときには、アナログスイッチ５１は第１のクロック周波数に切り替える。また、一方及び他方の信号線５３，５４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、アナログスイッチ５１は第２のクロック周波数に切り替える。なお、子機１がスリープモードのときには、これらの信号線５３，５４の電圧レベルはＬレベルに設定される。
【００２３】
また、ＰＩＣ ３２には、その動作状態（オン状態）の時間を規定する上記タイマ回路３７が接続されており、ＰＩＣ ３２は、その動作状態期間において子機各部の制御を行うようになっている。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、ＰＩＣ ３２は第２のクロック周波数にて動作するように切替信号をアナログスイッチ５１に出力して、スリープ状態から所定時間（例えば、１０msec）の間、オン状態となる。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。
【００２４】
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第２のクロック周波数にて行う。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。さらに、ＰＩＣ ３２は、そのＡ／Ｄ変換機能３３を起動するとともに、第１のクロック周波数にて動作するように切替信号をアナログスイッチ５１に出力する。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第１のクロック周波数にて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。
【００２５】
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、アナログスイッチ５１での切替動作を行わさずに第２のクロック周波数にて駆動され、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。
【００２６】
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。
【００２７】
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に送信して、その処理結果のみを親機６に返信させることもできる。
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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Ｓ１６に進む。
【００３３】
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。
【００３４】
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Ｓ１６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がアナログスイッチ５１を切替動作させて、第１のクロック周波数に切り替え（ステップＳ７）、さらにそのＡ／Ｄ変換機能３３を起動する（ステップＳ８）。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Ｓ９）。
【００３５】
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Ｓ１０）。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Ｓ１１）。
尚、上記サンプリング周波数は、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え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に設定されている。
【００３６】
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Ｓ１２）、Ｔ１秒経過していなければ、子機１は、上記ステップＳ１０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Ｓ１２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Ｓ１３に示すように、ＰＩＣ ３２が、アナログスイッチ５１を切替動作させて、第２のクロック周波数に切り替える。そして、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（ステップＳ１４）、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Ｓ１５）。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Ｓ１６）、最後にＰＩＣ ３２自体もスリープ状態に移行する（ステップＳ１７）。
【００３７】
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１〜５に親機６から対応するセンサの検出データ送信要求が行われたときのみ、アナログスイッチ（切替手段）５１がより高い第１のクロック周波数（２０ＭＨｚ）に切り替えて、ＰＩＣ（処理手段）３２がその第１のクロック周波数にてセンサからの検出信号に対するデータ処理を行っている。さらに、送受信モジュール（送信手段）３４がデータ処理後のセンサ検出データを親機６に送信した後は、アナログスイッチ５１は第２のクロック周波数（１０ＭＨｚ）に切り替えている。つまり、監視システムＴでは、センサ検出（監視）結果に対するデータ処理のみが上記第１のクロック周波数にて行われるので、より高いクロック周波数にてセンサ検出結果をデータ処理して、監視精度を向上させることができるとともに、ＰＩＣ ３２での消費電力を抑制することができ、バッテリー電源３５の寿命を延ばすことができる。また、このように、バッテリー電源３５の長寿命化を図ることができるので、その電源３５に含まれた電池の交換頻度を大幅に少なくすることができ、メンテナンス作業性に優れた監視システムを構築することができる。
【００３８】
尚、本願発明者が実施した検証試験では、アナログスイッチ５１を設けずに、２０ＭＨｚの単一の周波数のクロック信号を発振するオシレータをＰＩＣ ３２に直接的に接続して、この２０ＭＨｚのクロック周波数にて常時駆動した場合に比べて、バッテリー電源３５の寿命を２倍以上に延ばせることが確認された。また、子機全体の消費電流は、ＰＩＣ ３２を２０ＭＨｚ及び１０ＭＨｚにて駆動したとき、それぞれ３ｍＡ及び１ｍＡである。
【００３９】
また、本実施形態では、図６のステップＳ４に示したように、ＰＩＣ ３２が親機６からのデータ送信要求を確認するまでは、当該ＰＩＣ ３２は第２のクロック周波数にて動作されている。この結果、例えば子機１が電池残量検出処理だけを要求した指示信号を親機６から受信したときでも、当該子機１では、不必要に第１のクロック周波数で駆動されるのが防がれて、ＰＩＣ ３２ひいては子機１での消費電力を確実に抑えることができる。
また、本実施形態では、図６のステップＳ５に示したように、ＰＩＣ ３２が上記要求信号に含まれたＩＤコード（識別子）と自局のＩＤコードとの照合を行い、それらのコードが一致したときのみ、ＰＩＣ ３２がアナログスイッチ５１に切替動作を行わせて、第１のクロック周波数に切り替えさせている。これにより、センサ検出結果を必要としない子機のＰＩＣ ３２が第１のクロック周波数にて動作されることを確実に防止することができ、当該子機での消費電力が不必要に増加するのを防ぐことができる。
【００４０】
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。
【００４１】
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、本発明は鉄鋼設備側に設けられる子機において、第１のクロック周波数又はこのクロック周波数よりも低い第２のクロック周波数にて動作可能な処理手段と、これらのクロック周波数を切り替える切替手段とが設けられ、かつ処理手段が親機からの監視手段の監視結果の送信要求を検知すると、切替手段が第１のクロック周波数に切り替え、この第１のクロック周波数で上記監視結果に対する処理動作を処理手段に行わせる。さらに、その処理動作後の監視結果の送信後は、処理手段が第２のクロック周波数で動作するように、切替手段が当該第２のクロック周波数に切り替えるものであればよく、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。
【００４２】
また、上記の説明では、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異なるクロック周波数で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のクロック周波数を別個に切り替える必要がない点で好ましい。
【００４３】
また、上記の説明では、切替手段としてのアナログスイッチをＰＩＣと分周器内蔵オシレータとの間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、例えば上記オシレータ内部で分周器と出力端との間に設けたセレクターにＰＩＣからの切替信号を入力させ、当該セレクターを切替手段として使用することもできる。
また、上記の説明では、ＰＩＣがアナログスイッチ（切替手段）に第１又は第２のクロック周波数の切り替えを要求する切替信号を出力する構成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、例えば親機からの指示信号に送信要求のフラグが含まれているか否かについて判別する判別手段を設け、この判別手段が上記フラグを検知したときに、第２のクロック周波数から第１のクロック周波数への切替動作を行わせてもよいし、上記処理動作後の監視結果は所定のデータ量及び所定のデータ送信速度で送信されることから、監視結果が処理手段に入力された時点からの時間計測を行うタイマーを設けて、このタイマーを用いてデータ送信の終了を判定し、第１のクロック周波数から第２のクロック周波数への切替動作を行わせてもよい。但し、上記のように、処理手段からの切替信号にて切替手段を動作させる場合の方が、判別手段やタイマーなどの設置を省略することができ、子機の部品点数を低減してその構成を簡略化を行える点で好ましい。
【００４４】
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】
【００４５】
【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】
【００４６】
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）
３２    ＰＩＣ
３４    送受信モジュール（送信手段・受信手段）
５１    アナログスイッチ（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】
2006099340.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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