(57)【要約】【課題】建物内における情報授受のためのケーブル本数を削減し、ケーブル工事費用を大幅に低減することのみならず、低コストで適切な情報提供サービスを提供することにある。【解決手段】建物１内の情報のうち少なくとも一部を、エバネセント通信を用いた通信網で収集し、需要家に提供する際、その内容に応じて課金して提供する方法とする。【効果】建物内のケーブル本数を削減し、ケーブル工事費用を低減することのみならず、建物内の設備，装置等の追加を容易にし、また、需要家は必要な時に必要な情報を安価に入手することができる。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラント運転状態を示す運転状態信号を受取ってプラント制御の制御信号を生成する制御装置と、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起する手段を有し、前記被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、少なくとも前記運転状態信号と前記制御信号の一方は前記電磁界を利用して授受されることを特徴とするプラント制御システム。
【請求項２】
請求項１において、前記プラントが格納される建屋の外に情報処理装置を配置し、前記運転状態信号あるいは前記制御信号は建屋内では前記電磁界を利用し、建屋外では前記情報装置との間で有線を介して授受されることを特徴とするプラント制御システム。
【請求項３】
請求項２において、前記情報処理装置は、受取った運転状態信号から情報を選択して他の情報処理装置に供給することを特徴とするプラント制御システム。
【請求項４】
プラント運転状態を示す運転状態信号を受取ってプラント制御の制御信号を生成する制御装置と、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起する手段を有し、前記被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、さらに、前記プラントが格納される建屋の外に情報処理装置を配置し、前記制御装置と前記情報処理装置は少なくとも情報伝達経路の一部で前記電磁界を利用して情報を授受することを特徴とするプラント制御システム。
【請求項５】
請求項４において、プラント運転状態は検出器で検出され、前記制御信号に基づいて対象機器がアクチュエータにより制御され、前記検出器と前記制御装置は有線を介して情報を授受し、前記アクチュエータと前記制御装置は有線を介して情報を授受することを特徴とするプラント制御システム。
【請求項６】
第１の建屋内でプラント運転状態を示す第１運転状態信号を受取ってプラント制御の第１の制御信号を生成する第１の制御装置と、第２の建屋内でプラント運転状態を示す第２の運転状態信号を受取ってプラント制御の第２の制御信号を生成する第２の制御装置を有し、前記第１の建屋内或いは第２の建屋内に、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起する手段を配置し、前記被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、前記第１の制御装置と前記第２の制御装置は情報伝達経路の一部で有線を利用すると共に、情報伝達経路の一部で前記電磁界を利用して情報を授受することを特徴とするプラント制御システム。
【請求項７】
請求項６において、第１の建屋内及び第２の建屋内に、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起する手段をそれぞれ配置し、第１の建屋内及び第２の建屋内では前記電磁界を利用し情報の授受を行い、それぞれの建屋外との間の情報の授受は有線で行うことを特徴とするプラント制御システム。
【請求項８】
プラント運転状態を示す運転状態信号を受取ってプラント制御の制御信号を生成し、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、前記被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、前記運転状態信号と前記制御信号の少なくとも一方の授受を前記電磁界を利用してなすプラント制御方法。
【請求項９】
建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、前記被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、プラント運転状態を示す運転状態信号の授受を前記電磁界を利用してなし、前記運転状態から情報を選択して提供するプラント情報提供方法。
【請求項１０】
請求項９において、前記選択は、情報供給先に応じて決まるプラント情報提供方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラント制御システム，プラント制御方法及びプラント情報提供方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
プラント制御では、建物内の各設備の情報と、それらに付帯する各計測器の情報と、前記各設備及び各計測器の情報を用いて各設備の運転状態やプロセス量を制御，監視する。このような技術は例えば特開平１０−３０７６０６号公報に記載されている。各装置の制御信号等の通信網は、前記建物内の各設備と、各計測装置と、各装置間を、ケーブルを接続して構成されていた。また、新たに設備の追加，計測器の追加，装置の増設を行う際にも、情報を授受するためのケーブルを布設し、通信網に接続する必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の技術では、各情報を授受するためには、場合によっては数万本ともなるケーブルを布設する必要があり、費用負担が大きいことのみならず、ケーブル布設工事の完了まで建物内の各設備，各装置の試験が開始できない。
【０００４】
さらに近年、プラント規模の大型化や、制御システムの高度化に伴う情報量の増加もあいまって、ケーブル布設本数が増加し、ケーブル布設工事期間，試験工程が長期化する傾向にある。
【０００５】
また、プラント内設備の追加，計測器の追加，装置の追加，増設を行う際にも、新たにケーブルを布設する必要があり、かつ、作業員の安全確保，作業工程の確保を検討しなければならない。
【０００６】
ところで、近年、無線ＬＡＮが注目を浴びている。この無線ＬＡＮを用いてプラントを遠隔制御すると、ネットワーク部を無線ＬＡＮで置き換えることとなるが、必然的に高周波電波を使用することとなり、プラント機器の誤動作を招く恐れがある。また、建屋内では、壁等の障害物に電波が遮られる傾向が強く、プラント制御のような高度の信頼性が要求されるものには、誤動作の心配が解消できず、実質的に適用が不可能であった。
【０００７】
本発明の目的は、プラントの運転，監視，保守等にシステムの制御の情報を確実に授受でき、尚且つ、ケーブル布設工事の費用負担を大幅に低減することが可能なプラント制御システム及びプラント制御方法を提供することにある。或いは、外部より必要とされるプラントの情報を与えることが可能なプラント情報提供方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的の少なくとも１つを達成するため、本発明では、プラント運転状態を示す運転状態信号を受取ってプラント制御の制御信号を生成し、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、運転状態信号の授受を、あるいは制御信号の授受を電磁界を利用するように構成した。
【０００９】
或いは、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、さらに、プラントが格納される建屋の外に情報処理装置を配置し、制御装置と情報処理装置は電磁界を利用して情報を授受するように構成した。
【００１０】
或いは、第１の建屋内に第１の制御装置を、第２の建屋内に第２の制御装置を配置し、第１の制御装置と第２の制御装置は有線で情報を授受し、第１の建屋内或いは第２の建屋内に、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、第１の制御装置と第２の制御装置は有線を利用すると共に発生した電磁界を利用して情報を授受するように構成した。
【００１１】
或いは、建造物の導電性構造体，導電性の流体物供給管或いは導電性の電力供給管に高周波電流を誘起し、被誘起体を伝播路として作用させて電磁界を発生させ、プラント運転状態を示す運転状態信号の授受を電磁界を利用してなし、運転状態から情報を選択するように構成した。
【００１２】
ここで、「授受」とは、例えば、「制御装置」から「情報処理装置」に情報を送る場合を含む。このように「授受」とは双方向であるもののみならず、一方向のものを含む。すなわち、情報を送る側は「授」がなされ、情報を受ける側は
「受」がなされると解釈する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、エバネセント通信を用いた建物内情報提供について実施例を図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、エバネセント通信技術の概略を説明する。エバネセント通信技術とは、無線通信路である空中伝播に用いる高周波電界のモードに、エバネセントモードを用いるものである。エバネセントモードとは、金属面で取り囲まれた導波管の形状，寸法で定まるカットオフ周波数以下の高周波数を用い、管の長さ方向に指数関数状に減衰する高周波電界によって電気エネルギーを伝えるモードである。多くの導波管では、カットオフ周波数を上回る周波数を用い、導波管の長さ方向に位相変化しながら、振幅が周期的に変化する進行波を伝播させることが知られている。エバネセントモードでは位相変化を起こさないため、指数関数状に振幅が単調減衰する安定した電場が得られることに特徴がある。
【００１５】
エバネセント通信技術は、建物を導波管と見立て、建物内部にエバネセントモードを形成する。
（１）建物壁に注入された高周波電流が、壁内の鉄骨（導電性構造体），電線管（導電性の電力供給管），ガス・水道等の流体管（導電性の流体物供給管）などを誘起する。
（２）建物内で電気的に接続された鉄骨，電線管などが給電路（伝播路）として作用し、この高周波電流が各部屋の壁までエネルギーを伝える。
（３）部屋を取り囲む壁が、電磁波を発生させ、次の２つの物理現象によってエバネセント波を室内に作り出す。
（ａ）導波管の注入面として動作し、壁面に垂直な方向に指数的に減衰するエバネセント波を作り出す。
（ｂ）電導体の表面に誘電体が接触した「２層表面波線路」を形成し、誘電体の中を壁面に平行方向に高周波電流が進行波として伝播し、誘電体の表面から室内に向かう壁面に垂直な方向に指数関数的に減衰するエバネセント波を作り出す。
【００１６】
上記（３）（ａ）の電磁波挙動は、導波管のカットオフ周波数以下でのエバネセントモードであり、
「Ｔｈｅ　ｆｅｙｎｍａｎ　Ｌｅｃｔｕｒｅｓ　ｏｎ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｖｏｌ．ＩＩＩ，　Ｃｈａｐｔｅｒ３　“Ｗａｖｅ　Ｇｕｉｄｅ”，
Ｆｅｙｎｍａｎ，　Ｌｅｉｇｈｔｏｎ　ａｎｄ　Ｓａｎｄｓ，　Ａｄｄｉｓｉｏｎ−Ｗｅｓｌｅｙ　Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ　Ｃｏｍｐａｎｙ（１９９５）」に解説がある。
【００１７】
上記（３）（ｂ）の電磁波挙動は、電導体と誘電体とを組み合わせた表面波線路からのエバネセント波であり、「稲垣直樹著、“電気・電子学生のための電磁波工学”，丸善（１９８０）」に解説がある。
【００１８】
エバネセント通信技術では、短波帯近傍の高周波を用いることにより、建物内部に所定の空中電界強度を得られ、見通しの遮られた個々の部屋への通信が可能となる。また、建物固有のカットオフ周波数以下での運用によって、建物外部への空中電界の漏洩がないため、建物毎、構造物・配管などで囲まれた空間毎に独立した通信環境を確立することが可能となる。
【００１９】
図１は、上記説明のエバネセン通信の概略を、さらに詳細に説明するものであり、エバネセント通信を用いた建物内情報収集の実施例を表した図である。
【００２０】
建物１は、鉄骨などの構造物２が機械的に接合されたものであり、構造物２が電気的にも接続されたものとなっている。さらに、建物１の壁内，床・天井間もしくは部屋内には、水道管９３，電線管・ケーブルトレイ・ダクトなどの電導体９４など、金属製のものが配置されている。
【００２１】
つまり、プラントなどの構造物や配管などの金属製のもので囲われた空間であれば良いし、金属製のもので閉じて囲われていなくても、大体の周囲を囲われているものでも十分である。
【００２２】
アクセスポイント（以下、親局と称す）は、建物構造物２，水道管９３，電線管・ケーブルトレイ・ダクトなどの電導体９４に対して高周波電流を注入し、建物１内の各部屋にエバネセントモードの電場を形成する為の電気エネルギー供給器１０（以下、エキサイタと称す）と、データ・制御信号等の情報を電気エネルギーと相互変換するためのハブ１１から構成されている。ハブ１１は、通常ＬＡＮや無線リングＲＡＮなどの、有線あるいは無線による外部ネットワークシステム９７によって、建物内あるいは建物外の、通信システムあるいはサーバと接続されている。
【００２３】
建物１内の各部屋には、クライアント（以下、子局と称す）がエバネセントモードの空中線電界とエネルギー交換するアンテナ（以下、プローブと称す）が接続された端末１２として配置されている。図１の端末１２は、ネットワークシステム９７と接続された通信システムあるいはサーバとの間でデータ交換を行い、それ自身が利用者へのサービスを完結するようなデータ通信・処理機能を有する計算機システムとなっているものでも、建物１内の各設備，各計測器，各装置にプローブを内蔵しただけのものであっても、建物１内の各設備，各計測器，各装置からの信号を有線で受取ってそれらをまとめて送信するものであっても良い。
【００２４】
ここで図５を用いて、プラントの制御を説明する。ここでは、蒸気発電プラントを例として挙げている。水，燃料，空気をボイラ１０１に供給する。ボイラ
１０１で発生する蒸気は蒸気流量調節弁１９で調節され、図示しない蒸気供給管、さらに、蒸気流量制御弁１５を順に通って、タービン１０２に供給される。蒸気でタービン１０２が回転され、回転力は図示しない発電機に伝達される。発電機で発電される電力は系統に供給される。蒸気圧力検出器１７は蒸気圧力を、蒸気温度検出器１８は蒸気温度を検出それぞれ検出し、その検出値は、ボイラ制御装置２４に入力される。ボイラ制御装置２４は蒸気圧力及び蒸気温度に基づいて、水，燃料，空気の供給量を制御する。
【００２５】
ボイラ１０１からの蒸気によってタービン１０２は回転エネルギーを発生する。回転数検出器１３はタービンの回転数を、蒸気温度検出器１４はタービン内蒸気温度を検出それぞれ検出し、その検出値は、タービン制御装置１６に入力される。タービン制御装置１６はタービン回転数及び蒸気温度に基づいて、蒸気流量制御弁１５を制御し、タービン回転数が一定となるように制御する。
【００２６】
なお、図示しない発電機は、図示しない発電機制御装置の発電機出力指令に基づいて発電機出力要求信号により制御される。なお、これら、ボイラ制御装置
２４，タービン制御装置１６及び発電機制御装置（図示せず）は互いに情報を授受して協調して制御を行っている。
【００２７】
ここで、蒸気圧力検出器１７で検出される蒸気圧力、蒸気温度検出器１８で検出される蒸気温度を、回転数検出器１３で検出されるタービンの回転数，蒸気温度検出器１４で検出されるタービン内蒸気温度を総称して運転状態信号と総称する。ボイラ制御装置２４，タービン制御装置１６及び発電機制御装置（図示せず）からプラントを制御するために出される信号を制御信号と総称する。
【００２８】
図２は、エバネセント通信技術を用いた建物内の情報の流れを表した図である。なお、上記図５と符号が同じ個所は同じ意味を持つ。そのため、同じ符号が付しているものについては、適宜、説明を省略する。また、図２では、タービン制御について説明している。しかしながら、以下の説明は、図２に示されるタービン制御でも良く、或いは、図５に示されるタービン制御とボイラ制御に跨るものにも適用され得るのはもちろんである。
【００２９】
金属製の構造物２で構成される建物１は、エキサイタ１０，ハブ１１，端末
１２と、回転数検出器１３，蒸気温度検出器１４，蒸気流量制御弁１５をはじめとする建物１内の各計測器と、制御装置１６をはじめとする各装置などで構成されている。エバネセント通信技術を用いて収集された情報は、ハブ１１を経由し、通常ＬＡＮや無線リングＲＡＮなどのネットワークシステム９７を介して、サーバなどの情報集積手段２０（或いは、情報処理装置と称す。以下同様。）に接続され、通信システムなどの情報配信手段２１，ネットワークシステム９７を介して、需要家３１に供給される。
【００３０】
前述のように、建物１はエキサイタ１０によってエバネセントモードの電場を形成し、建物１内の各計測器，各装置からの情報が、エキサイタ１０とハブ１１で構成される親局に送信される。親局への情報送信方法は、建物内の各計測器と各装置、それぞれ自身がプローブを内蔵し、それぞれ自身のみの情報を送信する方法であっても、建物内を網羅するように範囲を分けて有線または無線通信を用いて情報を収集し、いくつかに分かれた範囲それぞれの情報を送信する方法であっても良い。
【００３１】
建物１で収集された各情報は、ハブ１１と、有線または無線による外部ネットワークシステム９７を介して、サーバなどの情報集積手段２０に集積される。情報集積手段２０に集積された各情報は、通信システムなどの情報配信手段２１により、需要家３１に提供される。ここで、情報集積手段２０と、情報配信手段
２１は分かれている必要はなく、情報集積配信手段としてひとつになっているものでも良い。
【００３２】
需要家３１は、建物１内の運転監視，物流管理，在庫管理，防災等の各システム、及び、それらのデータ記録装置や、保守サービス会社，警備会社等の、建物内の情報を必要とするシステム，装置，会社等が該当する。
【００３３】
情報提供サービスのブロックを図３に示す。
【００３４】
まず、情報提供サービスを行うものは、建物内、あるいは、複数の建物を有線または無線の外部ネットワークで接続したそれぞれの建物内の情報を、エバネセント通信などの無線通信を用いた通信網を構築して情報を収集できるよう、該建物の所有者と契約を交わす。
【００３５】
その契約を交わす際、情報の重要度，需要家への提供必要度、等の条件で、情報に格付け，区分を行い、収集した情報の提供先の限定を行う。この契約を行うことにより、収集した情報の機密性を保つことが可能となる。また、情報を収集するにあたり、建物の所有者より課金されることも考えられるので、その場合は課金方式，課金率等についても契約を交わす。
【００３６】
また、情報提供サービスを行うものは、需要家３１それぞれと契約を交わしてそれぞれの需要家が必要な情報や、該情報の提供形態などを決定した上で、情報配信手段２１を用いて需要家３１に提供し、その内容に応じて課金方法を決める。提供情報の決定については、建物の所有者と交わした契約に基づき、情報提供サービスを行うものが提供の可否を判断し、決定しても良いし、建物の所有者が判断し、決定しても良い。さらに、需要家が利用する条件，情報使用先の限定等を契約で交わし、情報の機密性を保つ。
【００３７】
ここで、情報配信手段２１の行う限定は下記のとおりである。
【００３８】
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【００３９】
すなわち、中央給電所は、表示（監視）のために、運転監視として、情報配信手段２１から情報を受取るが、その情報は、発電機出力及び発電電力量に限定される。すなわち、情報配信手段は情報を選別し他の情報を中央給電所に与えることは無い。したがって、中央給電所は、情報配信手段２１を介して、発電機出力及び発電電力量に相当する要求を送る。
【００４０】
同様に、携帯端末１２は現場操作のために、現場リモート操作として、各設備運転状況，ボイラの各プロセス量，タービンの各プロセス量，発電機の各プロセス量を情報配信手段２１から受取る。情報配信手段２１はその他の情報を携帯端末１２に与えることは無い。なお、携帯端末１２は各設備運転状況，ボイラの各プロセス量，タービンの各プロセス量及び発電機の各プロセス量を制御するための制御信号を、情報配信手段２１を介して送る。
【００４１】
また、データ収録装置は、発電機出力，ボイラの各プロセス量，タービンの各プロセス量発電機の各プロセス量に加え、気象条件を記録する。
【００４２】
さらに、外部の保守サービス会社には、設備の不調情報，ボイラの各プロセス量，タービンの各プロセス量及び発電機の各プロセス量の情報が送られる。情報配信手段２１は他の情報は制限して送ることは無い。
【００４３】
収集した情報を提供するまでのブロックを図４に示す。
【００４４】
情報提供サービスを行うものは、情報集積手段２０に収集された情報を、情報処理機能２２を用いて、需要家３１それぞれが必要とする情報のみに編集する。情報処理機能２２は、必要な情報のみに編集するのみならず、アナログ入力信号をコンパレータによりＯＮ−ＯＦＦ信号に変換する機能，アナログ入力信号をデジタル信号に変換する機能等を有する。情報処理機能２２は、それ自身が独立しているものでも、情報集積手段２０、あるいは、情報配信手段２１、あるいは、情報集積手段２０と情報配信手段２１が一つにまとまった情報集積配信手段と、統合されているものでも良い。
【００４５】
情報提供サービスを行うものは、情報処理機能２２により編集された情報を、リアルタイムの情報が必要とされる場合には、外部ネットワークや通信システムなどの情報配信手段２１を介して、需要家３１に提供し、保存された情報が必要とされる場合には、光ディスクをはじめとする記憶装置２３を介して、需要家
３１に提供する。
【００４６】
情報提供サービスの課金方法として、建物内の情報を収集する際に交わした契約に基づく情報の格付け，収集された各情報の利用率，提供する情報量，情報の提供形態などにより、あらかじめ課金する金額を決定しておき、それらより算出された費用を需要家に課金する方法が挙げられる。また、リアルタイムに提供する情報の場合は、基本料を設定して回線の使用状況で課金する方法，月額一定で課金する方法があり、また、これら以外の方法であっても構わない。
【００４７】
第２の実施例を図６を用いて説明する。上記実施例と異なる部分のみ説明する。すなわち、他の部分は上記実施例と同様である。図６に示されるように、端末１２と、回転数検出器１３，蒸気温度検出器１４，蒸気流量制御弁１５及びタービン制御装置１６は互いに有線にてつながれており、いわゆる一般的なＬＡＮで通信を行っている。
【００４８】
なお、回転数検出器１３及び蒸気温度検出器１４の等の運転状態信号に基づいてタービン制御装置１６が蒸気流量制御弁等を制御する制御信号を発するが、この実施例では、運転状態信号と制御信号の両方を有線ＬＡＮ通信としているが、もちろん、一方を上記説明のエバネセント通信としても良い。
【００４９】
図７では、さらに、蒸気圧力検出器１７，蒸気温度検出器１８，燃料流量調節弁１９及びボイラ制御装置２４は互いに有線にてつながれており、いわゆる一般的なＬＡＮで通信を行っている。なお、運転状態信号と制御信号の一方をエバネセント通信とできるのは、図６に示す実施例と同様である。
【００５０】
以上の情報提供サービスを提供する為のシステム，ネットワークを構築することにより、建物１内のケーブル本数を大幅に削減し、ケーブル工事費用の低減することが可能となるのみならず、新たに設備の追加，計測器の追加，装置の増設を行うことも容易となる。
【００５１】
また、ケーブル布設工事の期間が大幅に短縮されることにもなり、建物内の各設備，各計測器，各装置等が、設置，据付けされれば、すぐに試験が開始でき、大幅な工程短縮となる。
【００５２】
さらに、需要家もリアルタイムの情報、あるいは、保存された情報など、必要な時に、必要な情報を安価に入手することが可能となる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、ケーブル本数の大幅削減，ケーブル工事費用の低減，工程短縮を図ることができる。或いは、外部より必要とされるプラントの情報を与えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
エバネセント通信を用いた建物内情報収集の実施例。
【図２】エバネセント通信技術を用いた建物内の情報の流れ図。
【図３】情報提供サービスのブロック図。
【図４】収集した情報を提供するまでのブロック図。
【図５】他の実施例の建物内の情報の流れ図。
【図６】さらに他の実施例の建物内の情報の流れ図。
【図７】さらに他の実施例の建物内の情報の流れ図。
【符号の説明】
１…建物、２…構造物、１０…エキサイタ、１１…ハブ、１２…端末、１３…回転数検出器、１４…蒸気温度検出器、１５…蒸気流量制御弁、１６…制御装置、２０…情報集積手段、２１…情報配信手段、２２…情報処理機能、２３…記憶装置、３１…需要家、９３…水道管、９４…電導体、９７…ネットワークシステム。
【図１】
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【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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