(57)【要約】      （修正有）【課題】自立電源型のセンサ端末の同期精度が向上するセンサシステムを提供する。【解決手段】無線センサシステムは、第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作するセンサ端末３と、センサ端末３のデータを収集するゲートウェイと、を備える。センサ端末３は、センサ３０と、センサ３０の動作状態を制御する制御部３７と、を備え、第１の動作モードではセンシングとセンシングデータの送信を所定の周期で行い、第２の動作モードでは制御部３７の制御値の変更ならびにゲートウェイに対して時刻同期を行う。第２のクロック５３は、第１のクロック５２より周波数変動または位相雑音が小さい。【選択図】図２Ａ
2019211892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の動作状態をセンシングする無線センサシステムにおいて、
第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作するセンサ端末と、
前記センサ端末のデータを収集するゲートウェイと、
を備え、
前記センサ端末は、
センサと、
前記センサの動作状態を制御する制御部と、
前記センサからのセンサ信号を処理する信号処理部と、
前記信号処理部で処理されたデータを無線通信するための無線通信部と、
前記センサ、前記制御部、前記信号処理部および前記無線通信部に電力を供給する自立電源部と、
前記第１の動作モードで使用する第１のクロックと、前記第２の動作モードで使用する第２のクロックと、を切り替えるクロック切り替え部と、を有するクロック源と、
を備え、
前記センサ端末は、前記第１の動作モードではセンシングとセンシングデータの送信を所定の周期で行い、前記第２の動作モードでは前記制御部の制御値の変更ならびに前記ゲートウェイに対して時刻同期を行い、
前記第２のクロックは、前記第１のクロックより周波数変動または位相雑音が小さい、
無線センサシステム。
【請求項２】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末は、前記自立電源部の蓄電量を計測する電力検出部を更に有し、計測した蓄電量が前記第２の動作モードで動作することに対して十分である場合に、前記第２の動作モードへの切り替えが可能になる、
無線センサシステム。
【請求項３】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記センサ端末との時刻同期の状態を監視する機能を有し、時刻同期のズレ量が一定範囲外である場合に、前記センサ端末に対して、前記第２の動作モードに切り替わるよう指示する信号を出す、
無線センサシステム。
【請求項４】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末は、前記ゲートウェイと時刻同期した後、所定時間以上経過後、または、所定回数動作後に、前記第２の動作モードに切り替わる、
無線センサシステム。
【請求項５】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末は、再起動した場合に、前記第２の動作モードに切り替わる、
無線センサシステム。
【請求項６】
請求項３に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末が無線通信するデジタルデータには、時刻同期状態を示す値が含まれる、
無線センサシステム。
【請求項７】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記センサ端末が複数ある場合、複数の前記センサ端末に対して其々異なる遅延量を与えて時刻同期する、
無線センサシステム。
【請求項８】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記ゲートウェイは、前記センサ端末が複数ある場合、複数の前記センサ端末に対して、センシングするタイミングは全て同一とし、無線送信は其々異なる遅延量を与えて、時刻同期する、
無線センサシステム。
【請求項９】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記自立電源部は、前記第２の動作モードでは前記第１の動作モードより、前記制御部、前記信号処理部、前記無線通信部および前記クロック源への電力供給を高くする、
無線センサシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末の前記無線通信部は、第１の無線通信部と、第２の無線通信部と、前記第１の無線通信部と第２の無線通信部とを切り替える無線切り替え部と、を有し、
前記第１の無線通信部は前記第１の動作モードで動作し、前記第２の無線通信部は前記第２の動作モードで動作し、
前記第２の無線通信部のデータ伝送速度は、前記第１の無線通信部のデータ伝送速度より高速である、
無線センサシステム。
【請求項１１】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末の前記第１のクロックはマイコン内蔵の発振子で構成されている、
無線センサシステム。
【請求項１２】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末の前記第２のクロックは水晶発振子で構成されている、
無線センサシステム。
【請求項１３】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無線センサシステムにおいて、
前記ゲートウェイのクロックは、前記センサ端末の前記第２のクロックより周波数変動または位相雑音が小さい、
無線センサシステム。
【請求項１４】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサは、加速度センサまたは電流センサまたは超音波マイクロホンまたは温度センサのいずれかの組み合わせである、
無線センサシステム。
【請求項１５】
請求項１乃至１０の何れか一項に記載の無線センサシステムにおいて、
前記センサ端末の前記自立電源部は、環境発電素子と、蓄電部と、前記環境発電素子の発電状態と前記蓄電部の蓄電状態を制御する電源制御部と、を有し、
前記環境発電素子は、太陽電池または熱電変換素子または振動発電素子であり、
前記蓄電部は、電気二重層キャパシタまたは２次電池である、
無線センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線センサシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
プラントにおいては、多種多様な装置が設置され、多種類の流体の配管が敷設されている。これらの設備の維持・管理コスト低減と、監視の高精度化のため、各設備に対して、自立電源で駆動し、センサデータを無線伝送する、センサ端末を多数設置して、これらのセンサデータを所定の周期で収集し、遠隔で監視を行うセンサシステムが考えられている。
【０００３】
特に、設置先の運用者や設備により、測定対象の物理量が多様であり、且つ稼働状態の判断基準も異なることから、其々のセンサ端末において、センサの選択やセンシング条件を最適化する必要がある。更に、設備が大型である場合や、複数の機器で構成される場合、センサ端末は複数設置することになる。複数のセンサ端末で稼働状態を詳細に把握するには其々のセンサデータを同期する必要があり、加速度センサや超音波マイクロホンなどで、数Ｈｚ以上の応答周波数を計測する場合は、ミリ秒以下で同期をとりたい要求がある。
【０００４】
センサ端末として、例えば、特開２０１６−１５７３５６号公報（特許文献１）には、道路インフラに取り付けられる、自立電源部と複数個のセンサと通信制御回路が一つのパッケージ内に構成された無線センサ端末が記載されている。
【０００５】
また、特開２０１１−２０４６３１号公報（特許文献２）には、通常の使用モードの他に、人体検知センサおよび明るさセンサのセンサ部の稼働状態を学習するための学習モードを備え、センサ部と、電池と、無線信号送信部と、動作モード切り替え部と、で構成された無線送信装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１６−１５７３５６号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０４６３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
自立電源型のセンサ端末において、電力が不足した場合に、センサ端末の稼働は不可能になる。そのため、自立電源型のセンサ端末において、センサ端末の動作に用いられるクロックは、低電力動作を優先とするために、消費電力が数マイクロアンペア程度と小さい、マイクロコントローラ（以下、マイコンという。）に内蔵されるクロックを使用することが一般的である。しかしながら、数十秒以上の長期間における周波数変化（以下、周波数変動という。）と、数秒以内の短期間における周波数変化（以下、位相雑音という。）において、マイコン内蔵のクロックの場合、周波数変動は１００００ｐｐｍ程度、位相雑音（中心周波数１０ＭＨｚ、オフセット１０Ｈｚ時）は−７０ｄＢｃ／Ｈｚ程度であり、低精度である。そのため、センサ端末とゲートウェイ間の同期精度が不足するといった問題がある。一方、高精度なクロックの一例としては、マイコンに外付して使用する水晶振動子が上げられる。水晶振動子は、周波数変動が２０ｐｐｍ程度、位相雑音が−１００ｄＢｃ／Ｈｚ以下と小さいものの、消費電力は数ミリアンペア以上と大きく、マイコン内蔵のクロックを置き換えるには難しいといった問題がある。
【０００８】
本発明は、自立電源型のセンサ端末の同期精度が向上するセンサ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】
【０００９】
本発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、装置の動作状態をセンシングする無線センサシステムは、（ａ）第１の動作モードおよび第２の動作モードで動作するセンサ端末と、（ｂ）前記センサ端末のデータを収集するゲートウェイと、を備える。前記センサ端末は、（ａ１）センサと、（ａ２）前記センサの動作状態を制御する制御部と、（ａ３）前記センサからのセンサ信号を処理する信号処理部と、（ａ４）前記信号処理部で処理されたデータを無線通信するための無線通信部と、（ａ５）前記センサ、前記制御部、前記信号処理部および前記無線通信部に電力を供給する自立電源部と、（ａ６）前記第１の動作モードで使用する第１のクロックと、前記第２の動作モードで使用する第２のクロックと、を切り替えるクロック切り替え部と、を有するクロック源と、を備える。前記センサ端末は、前記第１の動作モードではセンシングとセンシングデータの送信を所定の周期で行い、前記第２の動作モードでは前記制御部の制御値の変更ならびに前記ゲートウェイに対して時刻同期を行う。前記第２のクロックは、前記第１のクロックより周波数変動または位相雑音が小さい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のセンサシステムによれば、自立電源型のセンサ端末で高精度な同期を実現し、設置先の機器の動作状態の検出精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第一実施例におけるセンサシステム１の全体構成図である。
【図２Ａ】図１のセンサ端末３の構成図である。
【図２Ｂ】図１の装置２とセンサ端末３のセンサとの接続関係を示す図である。
【図３】図１のゲートウェイ４とサーバ５とネットワーク端末６とその周辺の構成図である。
【図４Ａ】図２Ａのセンサ端末３の状態遷移図である。
【図４Ｂ】図３のゲートウェイ４の状態遷移図である。
【図４Ｃ】図３のサーバ５の状態遷移図である。
【図５】図１のセンサ端末３、３−２およびゲートウェイ４のクロックの状態を示す図である。
【図６】図３のサーバ５とネットワーク端末６との状態遷移図である。
【図７】第二実施例におけるセンサ端末３ａとゲートウェイ４ａの構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
まず、実施形態のセンサシステムについて説明する。センサシステムは、例えば、プラントにおける各装置の動作状態および各種流体配管の状況をセンシングし、監視を行う。センサシステムの自立電源型のセンサ端末は、センシングとセンシングデータの送信を一定周期で行う通常の動作モード（第１の動作モード）と、センサ端末の動作状態を最適化するために、センサ端末のクロック切り替えと時刻同期と制御値の変更を行う別の動作モード（第２の動作モード）と、で動作する。通常の動作モードでは低電力クロック（低精度なクロック）、例えばマイコンに内蔵されるクロックを使用する。別の動作モードでは通常の動作モードのクロックよりも周波数変動の小さい、または位相雑音の小さい、高精度なクロック（高電力クロック）を使用し、ゲートウェイと時刻同期を行う。
【００１３】
これにより、自立電源型のセンサ端末で高精度な同期を実現することが可能となる。また、自立電源型のセンサ端末において、電力が不足した場合に、センサ端末の稼働は不可能になり、再稼働可能な電力状態に至るまでの時間は、センサ端末の設置環境や、センサ端末を構成する部品のバラツキや使用状態などによる個体差により、不定である。しかし、実施形態のセンサシステムでは、複数のセンサ端末を用いる場合、これらの複数個のセンサにより、設備をセンシングする場合に、センサデータの同期をとることは容易となる。
【００１４】
なお、センサ端末における無線通信時の消費電流は、数ミリアンペアから数十ミリアンペア程度あり、通常の動作モードのセンシングから無線送信までの１シーケンスで使用する電力の８０パーセント程度を占め、これを数回繰り返すと自立電源の発電が追いつかずに蓄電量が不足し、センサ端末の稼動は不可能になる。そのため、上記シーケンスの間隔は、数十秒以上とすることが多い。つまり、センサ端末とゲートウェイ間で、高頻度な通信を行うことは不可能であり、ゲートウェイと時刻同期する間隔は、複数の通常の動作モード毎に行うので、通常の動作モードの間隔よりも長くなる。
【００１５】
産業用モータやポンプにおいて、事後保全では、ダウンタイムが長くなり、多額のロスコストが発生する。各機器の稼働状態に適した保全が必要とされている。このような保全は特に、更新の難しい既存の機器に対して適用が求められている。実施形態によれば、これらの機器の状態監視をする、低コストなアドオン型のセンシングシステムを提供することが可能となる。
【００１６】
次に、本実施形態の実施例について図面を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されることなく、本発明の技術的な概念の中で種々の変形例や応用例もその範囲に含むものである。
【実施例１】
【００１７】
＜センサシステム＞
第一実施例のセンサシステムについて図１を用いて説明する。図１は第一実施例におけるセンサシステム１の全体構成図である。
【００１８】
センサシステム１は、監視先の設備２に対してセンサ端末３、３−２を設置する。ここで、設備２は、例えば、モータやポンプ、液体や気体、蒸気等の流体を流す流体配管等である。ここで、センサ端末３−２はセンサ端末３と同様な構成であり、区別する必要がない場合、センサ端末３を代表にして説明する。センサ端末３のセンサ３０は、センサ端末３に内蔵されており、センサ取り付け治具３１を介して、設備２に接続されている。センサ３０はセンサ端末３に外付けされてもよい。この場合、センサ３０はセンサ取り付け治具３１を介さずに設備２に接続してもよい。
【００１９】
センサ端末３から無線送信された端末データ１０１は、ゲートウェイ４にて収集し、ゲートウェイ４で収集した端末データ１１１は、サーバ５にて蓄積、解析される。解析結果の一部は、センサ端末３の制御用の学習結果１１２として、ゲートウェイ４に格納される。そして、ゲートウェイ４からセンサ端末３を制御するために、制御信号１０２が無線送信され、センサ端末３の動作モードは、第１の動作モードから、第２の動作モードに切り替わり、最適化制御や複数のセンサ端末３、３−２の連携が行われる。
【００２０】
また、サーバ５は、インターネット網等の高速通信回線１０を介して、ネットワーク端末６に接続され、所定の周期またはネットワーク端末６からの要求信号１２１等により、ネットワーク端末６に対して、設備２の稼働状況１２２や解析結果１２３を送信する。それによりネットワーク端末６にて、設備２の監視が可能になる。
【００２１】
センサ端末３は、設備２に設置する。なお、センサ端末３は、センサ３０が外付けの場合、設備２の近傍に設置してもよい。ゲートウェイ４は、複数のセンサ端末３と無線の送受信が可能な、設備２の設置エリアの周辺に設置する。センサ端末３とゲートウェイ４との間に無線中継器９を設け、端末データ１０１および制御信号１０２を其々中継する。なお、センサ端末３とゲートウェイ４との間の無線の伝搬状態が良好な場合は、無線中継器９は設けなくてもよい。サーバ５は、高速通信回線１０を介してゲートウェイ４と離れた遠隔地に設置される。なお、サーバ５はクラウドサーバであってもよい。
【００２２】
＜センサ端末＞
センサ端末３の構成について図２Ａ、２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、図１のセンサ端末３の構成図である。図２Ｂは、図２Ａのセンサ３０と設備２との接続関係を示す図である。
【００２３】
センサ端末３は、設備２の動作状態をセンシングするセンサ３０と、センサ３０の出力した信号を処理し、デジタルデータとして出力する信号処理部３２と、各構成部に対してデジタルデータの処理と制御を行うマイコン３７と、各構成部に電力４０の供給と制御を行う自立電源部４１と、各構成部にクロック信号５０を供給すると共にクロックの切り替えが可能なクロック源５１と、センサ端末３とゲートウェイ４との間でデータの送受信を行う無線通信部６０と、を備える。
【００２４】
センサ３０は、例えば、温度センサ３０ａ、加速度センサ３０ｂ、電流センサ３０ｃ、超音波マイクロホン３０ｄ等の複数のセンサで構成される。これらセンサ３０の設置先の設備２としては、例えば、モータおよびその周辺の機器を例に説明する。温度センサ３０ａは、モータ本体２ａの軸受２０にセンサ取り付け治具３１ａを介して設置され、軸受２０の温度を測定し、発熱の変化を監視する。センサ取り付け治具３１ａは熱を伝達する部材で構成されている。なお、軸受２０には、加速度センサ３０ｂもセンサ取り付け治具３１ｂを介して設置され、軸受２０の振動状態を測定し、軸受２０の振動変化を監視する。センサ取り付け治具３１ｂは振動を伝達する部材で構成されている。電流センサ３０ｃは、モータ本体２ａに電力を供給する電力配線２１に設置され、電力供給先の電流を測定し、電流の変化を監視する。超音波マイクロホン３０ｄは、モータ本体２ａの設置空間２２にセンサ取り付け治具３１ｄを介して設置され、設置空間２２の中の空圧機器２３や流体配管２４等から発生する超音波を測定する。空圧機器２３は、例えば、エアシリンダやエアバルブであり、これらから発生する超音波の変化により、エア漏れの有無を検出することで、動作不良を検知することができる。
【００２５】
なお、センサ３０は一つのセンサで構成され、複数のセンサ端末に異なるセンサを備えるようにしてもよい。
【００２６】
信号処理部３２は、フィルタ３３と、増幅器３４と、演算器３５と、アナログ−デジタル変換器（以下、ＡＤＣという。）３６と、で構成され、これら信号処理部３２の稼働状態は、マイコン３７からの制御値１０３にて制御される。例えば、電力が十分な場合に稼働可能にされる。温度センサ３０ａ、加速度センサ３０ｂ、電流センサ３０ｃ、超音波マイクロホン３０ｄの出力信号は、それぞれフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄに入力され、これらのフィルタ３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄは、それぞれ特有の周波数特性となるよう制御された状態で、周波数成分を抽出し、増幅器３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄにおいて、それぞれ特有の増幅度に制御された状態で増幅される。そして、演算器３５で各信号を加減乗除し、設備２で特有な稼働状態を示すアナログ信号を算出し、ＡＤＣ３６にてデジタル信号に変換を行う。センサの選択は、センサ３０と信号処理部３２の各構成部とに対する電力４０の供給制御と、演算器３５の制御と、によって行われる。なお、信号処理部３２は、センサ３０がアナログ出力の場合に適用されるが、これらセンサがデジタル出力である場合は、信号処理部３２を介さずに、マイコン３７に入力し、信号処理部３２に相当するデジタル信号処理はマイコン３７にて行われる。
【００２７】
マイコン３７は、センサ端末３を制御するソフトウェアプログラムが格納される不揮発性の記憶装置と、ソフトウェアプログラムを実行するＣＰＵと、センシングデータ、制御値１０３、送信データ６４、受信データ６５等が一時的に格納される揮発性の記憶装置と、それらの入力または出力を行うＩ／Ｏポートと、を一つの半導体チップに備える。
【００２８】
自立電源部４１は、環境発電素子４２と、環境発電素子４２が発電した電力を蓄積する蓄電部４３と、電力４０の供給と蓄電部４３の充電を制御する電源制御部４５と、電力４０の供給状態を測定し（蓄電量を計測し）、電源制御部４５やマイコン３７に対して、検出結果４７を出力する電力検出部４６と、で構成される。なお、環境発電素子４２は、例えば、太陽電池や熱電変換素子、振動発電素子等で構成され、蓄電部４３は、例えば、電気二重層キャパシタや２次電池等で構成される。自立電源部４１は、第２の動作モードでは第１の動作モードより、電力検出部４６への供給を除いてセンサ端末３の各構成部への電力供給を高くする。
【００２９】
クロック源５１は、通常クロック５２と、高精度クロック５３と、クロック切り替え部５４と、で構成され、マイコン３７に対してクロック信号５０を供給する。クロック切り替え部５４では、マイコン３７からの制御値１０３により、通常クロック５２と高精度クロック５３との切り替えを行うために、其々のクロック信号５０ａ、５０ｂを切り替える。高精度クロック５３は、消費電力が通常クロック５２よりも高く、自立電源部４１の電力負荷を高くし、センサ端末３の動作可能時間を短くする問題があるため、供給電力４０が十分且つ、センサ端末３の動作モードが、第２の動作モードである時にのみ動作する。高精度クロック５３に供給される電力４０ｂは通常クロック５２に供給される電力４０ａよりも大きい。マイコン３７は検出結果４７に基づいて供給電力４０が十分であるかどうかを判断する。なお、通常クロック５２は、例えばセラミック発振子を用いたクロックであり、マイコン３７の内蔵のＲＣ発振器を用いたクロックでも良い。この場合、クロック切り替え部５４はマイコン３７に内蔵される。一方、高精度クロック５３は、例えば外付けの水晶振動子を用いたクロックやＭＥＭＳ（Microelectromechanical Systems）型振動子を用いたクロックであるが、ＧＰＳ（Global Positioning System）信号を用いたＧＰＳクロックを用いることで、複数のセンサ端末３の間でより高精度な同期をとることが可能になる。
【００３０】
無線通信部６０は、無線送受信部６１と、アンテナ６２と、で構成される。アンテナ６２は、センサ端末３の設置環境に合わせて、無線送受信部６１と一体化してもよく、また、センサ端末３の外側に設置してもよい。無線送受信部６１は、マイコン３７からの送信データ６４をゲートウェイ４に対して、端末データ１０１として送信し、一方で、ゲートウェイ４からの制御信号１０２を受信する。マイコン３７は、無線送受信部６１が受信した制御信号１０２を受信データ６５として内蔵の記憶装置に格納し、一部を制御値１０３に変換し、センサ端末３の各構成部を制御する。
【００３１】
＜ゲートウェイ、サーバ＞
ゲートウェイ４とサーバ５の構成について図３を用いて説明する。図３は、図１のゲートウェイ４とサーバ５とネットワーク端末６とその周辺の構成図である。
【００３２】
ゲートウェイ４は、センサ端末３と無線通信を行う無線通信部７０と、データ収集部８０と、高速通信回線１０を介してサーバ５と通信を行う通信部８４と、学習結果格納部８１と、端末制御部８２と、時刻同期部８３と、で構成される。
【００３３】
無線通信部７０は無線送受信部７１とアンテナ７２とで構成され、複数のセンサ端末３、３−２からの端末データ１０１の受信と、センサ端末３、３−２に対して制御信号１０２の送信を行う。無線通信部７０にて受信した受信データ７４は、データ収集部８０にて収集され、端末データ１１１として、通信部８４からサーバ５へ送信される。一方、サーバ５から送信された学習結果１１２は、学習結果格納部８１へ格納される。
【００３４】
端末制御部８２は、学習結果格納部８１に格納した端末制御値８６または時刻同期部８３のクロック８５からのクロック信号８７に基づいて、センサ端末３に対しての制御値１０３の設定値と時刻同期ための送信データ７５を作成し、無線送受信部７１に出力する。
【００３５】
時刻同期部８３は、センサ端末３が第２の動作モードで動作している時に受信した、センサ端末３のタイマカウンタの値等の時刻同期用の受信データ７６を用いて、複数のセンサ端末３、３−２の間での時刻同期と、無線通信の混信防止のための送信タイミングの調整と、を行い、端末制御部８２にフィードバックする。これにより、異なる対象を複数のセンサ端末３、３−２でセンシングする場合、センシングするタイミングは同じになり、無線送信は其々異なる遅延量を与えられることにより無線通信の混信が防止される。なお、ゲートウェイ４に備わるクロック８５は、センサ端末３の高精度クロック５３と同等またはそれ以上の精度と確度を有する。
【００３６】
なお、同じ対象を複数のセンサ端末３、３−２の同じセンサ（例えば、温度センサ３０ａ）でセンシングする場合、複数のセンサ端末３、３−２に対して、其々異なる遅延量を与えて時刻同期を行う。センシングタイミングをずらすことにより、同じ対象のセンシング時間を長くすることができる。
【００３７】
サーバ５は、ゲートウェイ４およびネットワーク端末６に対して高速通信回線１０を介して通信するための通信部９０と、ゲートウェイ４にて収集したセンサ端末３の端末データ１１１の蓄積を行う端末データ蓄積部９１と、蓄積したデータを解析・学習を行う解析・学習部９２と、解析・学習結果を格納する解析・学習結果蓄積部９３と、で構成される。通信部９０はゲートウェイ４向けの通信部９０ａとネットワーク端末６向けの通信部９０ｂとを有する。解析・学習部９２で得られた学習結果１１２はゲートウェイ４に送信され、設備２の稼働状況１２２と解析結果１２３は、所定の周期または設備２の異常時に、ネットワーク端末６に対して送信される。なお、稼働状況１２２や解析結果１２３は、ネットワーク端末６からの要求信号１２１に対する返信として、送信することも可能である。
【００３８】
＜動作＞
センサ端末３とゲートウェイ４とサーバ５との間の動作について図４Ａ〜４Ｃを用いて説明する。図４Ａは、図２Ａのセンサ端末３の状態遷移図である。図４Ｂは、図３のゲートウェイ４の状態遷移図である。図４Ｃは、図３のサーバ５の状態遷移図である。
【００３９】
図４Ａに示すように、センサ端末３は、第１の動作モード１３１と第２の動作モード１３２で動作する。開始状態は、センサ端末３が第１の動作モード１３１にて待機状態Ｓ１１にあるとする。なお、センサ端末３の状態は、マイコン３７により制御される。
【００４０】
まず、第１の動作モード１３１の待機状態Ｓ１１において、電力４０が十分である場合に、センサ端末３はセンシング状態Ｓ１２に移り、センシングを行う。なお、電力４０が十分でない場合は、自立電源部４１の充電を待って待機状態Ｓ１１に留まる。センサ端末３は、センシングが完了すると送信状態Ｓ１３に移り、センシング結果として端末データ１０１をゲートウェイ４に送信する。端末データ１０１は、センシング結果の他にタイマカウンタの値等の時刻同期状態を示す値を含む。そして、センサ端末３は、送信が完了すると受信状態Ｓ１４に移り、ゲートウェイ４からの制御信号１０２の受信が無い場合は待機状態Ｓ１１に戻る。なお、制御信号１０２は、第２の動作モードへの切り替わりを示す信号を含む。センサ端末３は、制御信号１０２の受信が有る場合は電力確認状態Ｓ１５に移り、マイコン３７は電力検出部４６の検出結果４７に基づいて電力４０が第２の動作モード１３２に切り替わって動作可能の電力であるかどうかの確認を行う。センサ端末３は、第２の動作モード１３２に切り替わって動作不可能と推測された場合は待機状態Ｓ１１に戻り、一方、動作可能と推測された場合は第２の動作モード１３２に切り替わる。
【００４１】
センサ端末３が第２の動作モード１３２に切り替わると、高精度クロック状態Ｓ２１になり、クロック信号５０のクロック源は高精度クロック５３に切り替わる。そして、センサ端末３は制御値要求状態Ｓ２２に移り、ゲートウェイ４に対して、制御値を要求するための要求信号１０１ａを送信する。そして、センサ端末３は制御値受信状態Ｓ２３に移り、制御値１０３を含む制御信号１０２ａを受信する。そして、センサ端末３は制御値変更状態Ｓ２４に移り、制御値１０３の変更によりセンサ端末３の各構成部の動作状態を最適化する。
【００４２】
次に、センサ端末３は、制御値変更が完了すると、時刻同期状態Ｓ２５に移り、ゲートウェイ４から時刻同期用の制御信号１０２ｂを受信し、例えばタイマカウンタをリセットしたり所定値にセットしたりして時刻同期を行う。そして、センサ端末３は学習用センシング状態Ｓ２６に移り、制御結果反映のための学習用センシングを行う。そして、センサ端末３は学習用データ送信状態Ｓ２７に移り、ゲートウェイ４に対して学習用の端末データ１０１ｂを送信する。センサ端末３は、データの送信を終えると、通常クロック状態Ｓ２８に移り、クロック信号５０のクロック源は通常クロック５２に切り替わり、第１の動作モード１３１に切り替わって、待機状態Ｓ１１に戻る。一方、制御値変更状態Ｓ２４において制御値１０３の変更がＮＧであった場合や、時刻同期状態Ｓ２５において時刻同期がＮＧであった場合も、通常クロック状態Ｓ２８に移り、クロック信号５０のクロック源は通常クロック５２に切り替わり、第１の動作モード１３１に切り替わって、待機状態Ｓ１１に戻る。
【００４３】
図４Ｂに示すように、ゲートウェイ４の受信状態Ｓ３１において、センサ端末３からの端末データ１０１を受信した場合に、センサ端末３に対して返信する制御信号１０２が有るときは、送信状態Ｓ３２に移り、第２の動作モードへの切り替わりを示す信号を含む制御信号１０２を送信する。例えば、ゲートウェイ４はセンサ端末との時刻同期ズレ量が所定範囲外である場合に第２の動作モードへの切り替わりを示す信号を制御信号１０２として送信する。そして、ゲートウェイ４は要求受信状態Ｓ３３に移り、要求信号１０１ａを受信すると、制御値送信状態Ｓ３４に移り、制御値１０３を含む制御信号１０２ａを送信する。そして、ゲートウェイ４は時刻同期状態Ｓ３５に移り、時刻同期用の制御信号１０２ｂを送信する。その後、ゲートウェイ４は学習データ受信状態Ｓ３６に移り、センサ端末３の学習用センシング結果として、端末データ１０１ｂを受信する。その後、ゲートウェイ４はデータ処理状態Ｓ３７に移り、端末データ１０１、１０１ｂのデータ処理を行う。一方、受信状態Ｓ３１において、返信する制御信号１０２が無い場合は、ゲートウェイ４はデータ処理状態Ｓ３７に移り、端末データ１０１のデータ処理のみを行う。
【００４４】
データ処理状態Ｓ３７において、サーバ５に対して送信する端末データ１１１が有る場合は、ゲートウェイ４は送信状態Ｓ３８に移り、送信を行う。そして、ゲートウェイ４は受信状態Ｓ３９に移りサーバ５からの学習結果１１２を受信する。そして、ゲートウェイ４は格納状態Ｓ３Ａに移り、学習結果１１２を学習結果格納部８１へ格納し、格納完了後は受信状態Ｓ３１に戻る。一方、データ処理状態Ｓ３７において、サーバ５に対して送信する端末データ１１１が無い場合は、ゲートウェイ４は受信状態Ｓ３９に移る。
【００４５】
図４Ｃに示すように、サーバ５においては、ゲートウェイ４向けの通信部９０ａと、ネットワーク端末６向けの通信部９０ｂと、端末データ蓄積部９１と、解析・学習部９２と、解析・学習結果蓄積部９３との、其々が並列動作をしている。
【００４６】
通信部９０ａは、受信状態Ｓ４１において端末データ１１１を受信すると、格納状態Ｓ４２に移り、データを端末データ蓄積部９１に格納する。そして、通信部９０ａは読出状態Ｓ４３に移り、解析・学習結果蓄積部９３からゲートウェイ４が収集しているセンサ端末３に対する学習結果１１２を読み出す。そして、通信部９０ａは送信状態Ｓ４４に移り、ゲートウェイ４に対して学習結果１１２を送信する。そして、送信完了後は受信状態Ｓ４１に戻る。
【００４７】
以上により、センサ端末３とゲートウェイ４とサーバ５間の動作は完了する。
【００４８】
センサ端末３とゲートウェイ４との間のクロックおよび同期の状態について図５を用いて説明する。図５はセンサ端末３、３−２およびゲートウェイ４のクロックの状態を示すタイミング図である。
【００４９】
センサ端末３とゲートウェイ４が同期する前、すなわち非同期な時のクロックの状態を第１のクロック状態２０１とし、センサ端末３とゲートウェイ４が同期中のクロック状態を第２のクロック状態２０２とし、センサ端末３とゲートウェイ４が同期した後のクロック状態を第３のクロック状態２０３とする。このとき、同期の目安となる点を基準点２１０とする。また、上述したように、センサ端末３−２のクロック源５１はセンサ端末３のクロック源５１と同様な構成であるが、ここでは、センサ端末３−２のクロック源５１は通常クロック５２−２および高精度クロック５３−２を備えるとする。
【００５０】
第１のクロック状態２０１においては、センサ端末３、３−２は第１の動作モード１３１で動作しており、クロック信号５０は、それぞれ通常クロック５２、５２−２のクロック信号となっている。そして、センサ端末３、３−２はゲートウェイ４に対して、同期ズレ２１１、２１１−２があり、非同期である。また、同期ズレ２１１と２１１−２のズレ量は異なるため、センサ端末３−２はセンサ端末３に対しても非同期である。この状態では、センサ端末３、３−２のセンシングデータであるそれぞれの端末データ１０１は、いずれも時刻同期されておらず、設備２の稼働状態の検出精度が十分でない。
【００５１】
第２のクロック状態２０２において、センサ端末３、３−２は、第２の動作モード１３２に切り替わって動作しており、クロック信号５０はそれぞれ高精度クロック５３、５３−２のクロック信号に切り替わっている。そして、センサ端末３、３−２は、ゲートウェイ４からのセンサ端末３、３−２のタイマカウンタをリセットする信号等の時刻同期用の制御信号１０２ｂにより、ゲートウェイ４と同期された状態になっている。
【００５２】
第３のクロック状態２０３において、センサ端末３、３−２は第１の動作モード１３１に戻って動作しており、クロック信号５０はそれぞれ通常クロック５２、５２−２のクロック信号に戻っている。この状態では、センサ端末３、３−２はゲートウェイ４と同期された状態にあるため、センサ端末３、３−２のセンシングデータであるそれぞれの端末データ１０１は、時刻同期されるため、設備２の稼働状態の検出精度は向上する。なお、第３のクロック状態２０３において、センサ端末３、３−２では、通常クロック５２、５２−２の精度の粗さにより、同期ズレ２１１、２１１−２が徐々に発生し、一定時間または一定回数動作後に、第１のクロック状態２０１になる。また、電力４０が供給不足になりセンサ端末３が再起動した場合においても、第１のクロック状態２０１になる。よって、センサ端末３が再起動した場合にも第１の動作モード１３１から第２の動作モード１３２に切り替わり、時刻同期が行われる。
【００５３】
センサ端末３、３−２の時刻同期の管理はゲートウェイ４にて行うが、センサ端末３、３−２が第１の動作モードで送信する端末データ１０１には、第１のクロック状態２０１または第２のクロック状態２０３の時刻同期状態を示す値が含まれる。
【００５４】
サーバ５とネットワーク端末６との間の動作について図６を用いて説明する。図６は、サーバ５とネットワーク端末６の状態遷移図の一例である。
【００５５】
開始状態は、ネットワーク端末６が待機状態Ｓ５１にある時とする。ネットワーク端末６は、サーバ５に対して稼働状況１２２や解析結果１２３を要求する場合は、要求内容選択状態Ｓ５２に移り、要求内容を選択する。そして、ネットワーク端末６は送信状態Ｓ５３に移り、要求信号１２１を送信する。そして、サーバ５は、受信状態Ｓ６１において、要求信号１２１を受信すると、読出条件設定状態Ｓ６２に移り、受信した要求信号１２１を基に、解析・学習結果蓄積部９３に対する稼働状況１２２や解析結果１２３の読み出し条件を設定する。そして、サーバ５は読出状態Ｓ６３に移り、解析・学習結果蓄積部９３から稼働状況１２２または解析結果１２３の読み出しを行う。そして、サーバ５は送信状態Ｓ６４に移り、これらをネットワーク端末６に送信して、受信状態Ｓ６１に戻る。その後、ネットワーク端末６は、受信状態Ｓ５４において、稼働状況１２２や解析結果１２３を受信すると、表示状態Ｓ５５に移り、受信した稼働状況１２２や解析結果１２３を画面に表示した上で、待機状態Ｓ５１に戻る。なお、ネットワーク端末６からサーバ５に対して要求の無い時は、サーバ５よりネットワーク端末６に対して、所定の周期で、稼働状況１２２や解析結果１２３を送信する。以上により、サーバ５とネットワーク端末６間の動作は完了する。
【実施例２】
【００５６】
次に、第二実施例のセンサ端末およびゲートウェイについて図７を用いて説明する。図７は第二実施例におけるセンサ端末３ａおよびゲートウェイ４ａの構成図である。
【００５７】
本実施例では、第一実施例のセンサシステムに対して、センサ端末およびゲートウェイの構成が異なるが、他は同様な構成である。図７では、本実施例が第一実施例と異なる無線通信部及びその周辺のみが記載されている。本実施例のセンサ端末３ａとゲートウェイ４ａ其々に第１の無線通信部６０ａ、７０ａと第２の無線通信部６０ｂ、７０ｂと、を有し、第２の無線通信部６０ｂ、７０ｂは、第２の動作モード１３２でのみ動作し、データ伝送速度は第１の無線通信部よりも高速である、等の点が第一実施例とは異なる。以下、図７を説明するにあたり、図２Ａと同一の構成要素については、その詳細な説明を省略し、異なる点を中心に説明することとする。
【００５８】
センサ端末３ａにおいて、無線通信部６０ａ、６０ｂは其々で、無線送受信部６１ａ、６１ｂと、アンテナ６２ａ、６２ｂと、を有し、無線通信部６０ａ、６０ｂの切り替えは、無線切り替え部６３にて、無線通信部６０ａ、６０ｂのそれぞれに対応した送信データ６４ａ、６４ｂと、受信データ６５ａ、６５ｂと、を切り替えるものと、で構成される。自立電源部４１から供給する電力４０ｃａは電力４０ｃｂよりも小さい。センサ端末３ａが第１の動作モード１３１で動作している時は、電力４０ｃａが供給されて無線通信部は６０ａのみ動作し、ゲートウェイ４ａに対して、端末データ１０１の送信と、制御信号１０２の受信を行う。一方、センサ端末３ａが第２の動作モード１３２で動作している時は、電力４０ｃｂが供給されて無線通信部６０ｂが動作し、ゲートウェイ４ａに対して、前述の要求信号１０１ａと端末データ１０１ｂを送信し、制御信号１０２ａ、１０２ｂを受信する。無線通信部６０ｂ、７０ｂのデータ伝送速度は、無線通信部６０ａ、７０ａのデータ伝送速度より高速である。
【００５９】
ゲートウェイ４ａにおいて、無線通信部７０ａ、７０ｂは、其々で、無線送受信部７１ａ、７１ｂと、アンテナ７２ａ、７２ｂと、を有し、並列に動作可能な構成である。無線通信部７０ａにて受信した端末データ１０１は、受信データ７４ａに変換してデータ収集部８０に格納される。一方、無線通信部７０ｂにて受信した、要求信号１０１ａの一部は時刻同期用の受信データ７６として時刻同期部８３へ出力され時刻同期に使用され、端末データ１０１ｂは受信データ７４ｂに変換してデータ収集部８０に格納される。
【００６０】
端末制御部８２では、無線通信部７０ａに対して端末制御信号１０２を送信するための送信データ７５ａを作成と出力を行い、また、無線通信部７０ｂに対して制御信号１０２ａ、１０２ｂを送信するための送信データ７５ｂを作成と出力を行う。
【００６１】
無線通信部６０ｂのデータ伝送速度は、無線通信部６０ａのデータ伝送速度より高速であるので、第２の動作モードにおける処理時間が短くなり、センサ端末３ａの消費電力を小さくすることが可能となる。
【００６２】
以上、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【００６３】
例えば、実施例ではゲートウェイがセンサ端末との時刻同期の状態を監視し、センサ端末に対して第２の動作モードに切り替える信号を出力する例を説明したが、センサ端末がゲートウェイと時刻同期した後、所定時間経過後または所定回数動作後に、第２の動作モードに切り替わってもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１・・・センサシステム、２・・・設備、２ａ・・・モータ本体、３・・・センサ端末、３−２、３ａ・・・センサ端末、４、４ａ・・・ゲートウェイ、５・・・サーバ、６・・・ネットワーク端末、９・・・無線中継器、１０・・・高速通信回線、２０・・・軸受、２１・・・電力配線、２２・・・設置空間、２３・・・空圧機器、２４・・・流体配管、３０・・・センサ、３０ａ・・・温度センサ、３０ｂ・・・加速度センサ、３０ｃ・・・電流センサ、３０ｄ・・・超音波マイクロホン、３1、３１ａ、３１ｂ 、３１ｃ、３１ｄ・・・センサ取り付け治具、３２・・・信号処理部、３３、３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄ・・・フィルタ、３４、３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ・・・増幅器、３５・・・演算器、３６・・・ＡＤＣ、３７・・・マイコン、４０・・・電力、４０ａ・・・電力、４０ｂ・・・電力、４０ｃａ・・・電力、４０ｃｂ・・・電力、４１・・・自立電源、４２・・・環境発電素子、４３ ・・・蓄電部、４５・・・電源制御部、４６・・・電力検出部 、４７・・・検出結果、 ５０、５０ａ、５０ｂ・・・クロック信号、５１・・・クロック源、５２、５２−２・・・通常クロック、５３、５３−２・・・高精度クロック、５４・・・クロック切り替え部、６０、６０ａ、６０ｂ・・・無線通信部、６１、６１ａ、６１ｂ・・・無線送受信部、６２、６２ａ、６２ｂ・・・アンテナ、６３ ・・・無線切り替え部、６４、６４ａ、６４ｂ・・・送信データ、６５、６５ａ、６５ｂ・・・受信データ 、７０ 、７０ａ、７０ｂ ・・・無線通信部、７１、７１ａ、７１ｂ・・・無線送受信部、７２、７２ａ、７２ｂ・・・アンテナ、７４、７４ａ、７４ｂ・・・受信データ、７５、７５ａ、７５ｂ・・・送信データ、７６・・・受信データ（時刻同期）、８０・・・データ収集部、８１・・・学習結果格納部、８２・・・端末制御部、８３・・・時刻同期部、８４・・・通信部、８５・・・クロック、９０・・・通信部、９０ａ・・・通信部（ゲートウェイ向け）、９０ｂ・・・通信部（ネットワーク端末向け）、９１・・・ 端末データ蓄積部、９２・・・解析・学習部、９３・・・解析・学習結果蓄積部、１０１・・・端末データ、１０１ａ・・・要求信号、１０１ｂ ・・・端末データ（学習用）、１０２・・・制御信号、１０２ａ・・・制御信号（端末制御値含）、１０２ｂ・・・制御信号（時刻同期用）、１０３・・・制御値、１１１・・・端末データ（データ収集後）、１１２・・・学習結果、 １２１・・・要求信号、１２２・・・稼働状況、１２３・・・解析結果、１３１・・・第１の動作モード、１３２・・・第２の動作モード、２０１・・・第１のクロック状態、２０２・・・第２のクロック状態、２０３・・・第３のクロック状態、２１０・・・基準点、２１１、２１１−２・・・同期ズレ。
【図１】
2019211892.tif 000003
【図２Ａ】
2019211892.tif 000004
【図２Ｂ】
2019211892.tif 000005
【図３】
2019211892.tif 000006
【図４Ａ】
2019211892.tif 000007
【図４Ｂ】
2019211892.tif 000008
【図４Ｃ】
2019211892.tif 000009
【図５】
2019211892.tif 000010
【図６】
2019211892.tif 000011
【図７】
2019211892.tif 000012