(57)【要約】【課題】制御信号ライン（通信専用線）を不要とし、作業効率の向上およびコストダウンを図る延線機制御システムを得る。【解決手段】１台以上の延線機２を制御してケーブルを布設するケーブル延線機制御システムであって、制御命令信号が入力されて、システム全体の制御を行う制御装置９と、各延線機２に接続されて、各延線機２のモータ４の駆動制御を行うモータ制御部５と、モータ制御部５と制御装置９との間に接続され、制御装置９から出力される制御信号に基づく駆動制御信号をモータ制御部５に出力する従属装置１０と、各延線機２、制御装置９、モータ制御部５および従属装置１０に接続され、駆動電力を送電する電源ライン６とを備え、制御装置９および従属装置１０は、電力線通信部１２により、電源ライン６を伝送媒体として通信を行う。【選択図】        図１
2004312897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１台以上のケーブル延線機を制御してケーブルを布設するケーブル延線機制御システムであって、
制御命令信号が入力されて、システム全体の制御を行う制御装置と、
各上記ケーブル延線機に接続されて、各上記ケーブル延線機のモータの駆動制御を行うモータ制御手段と、
上記モータ制御手段と上記制御装置との間に接続され、上記制御装置から出力される制御信号に基づく駆動制御信号を上記モータ制御手段に出力する従属装置と、
各上記ケーブル延線機、上記制御装置、上記モータ制御手段および上記従属装置に接続され、駆動電力を送電する電源ラインと
を備え、
上記制御装置および上記従属装置は、上記電源ラインに接続され、上記電源ラインを伝送媒体として通信を行うための電力線通信部を備えている
ことを特徴とするケーブル延線機制御システム。
【請求項２】
上記電力線通信部は、
送信のときに、送信する信号を電力線搬送信号に変換して送信し、
受信のときに、受信した電力線搬送信号を復調する
ことを特徴とする請求項１に記載のケーブル延線機制御システム。
【請求項３】
上記制御装置および上記従属装置は、
上記電力線通信部にブロードキャスト通信で送信するように通信パケットを与える送信部と、
ブロードキャスト通信で送信された通信パケットを受信する受信部と、
上記制御装置から発生するトークン（送信権利）を全ての上記従属装置の間で巡回させるプロトコル処理部と、
上記受信部における上記通信パケットの受信情報と上記トークンの巡回の順番とに基づいて、上記送信部から上記通信パケットを送信させる送信タイミングまでの時間間隔を算出して、当該送信タイミングの管理を行うタイミング判定部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のケーブル延線機制御システム。
【請求項４】
上記電源ラインに接続され、上記駆動電力を発電する電源部をさらに備え、
上記電源部および上記モータ制御手段から発生する伝送路ノイズをカットするラインフィルターを上記電源ラインに設けたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のケーブル延線機制御システム。
【請求項５】
布設中に発生する布設ケーブルのケーブルテンションを測定するセンサと、
上記センサからの測定結果に基づいて、各上記ケーブル延線機のモータの回転数をフィードバック制御する解析部と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のケーブル延線機制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はケーブル延線機制御システムに関し、特に、工場・プラント等の建設現場で電力ケーブルや通信ケーブルを布設する作業に用いるケーブル延線機の動作の制御を行うためのケーブル延線機制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ケーブル延線機は、工場・プラント等の建設現場で電力ケーブルや通信ケーブルを布設する作業に用いられる装置であり、複数台を使用してケーブルの布設作業を実施する。ケーブル布設作業中に発生したケーブルの弛みおよび張りは、作業を一時中断し、作業員が各ケーブル延線機に移動して、運転スイッチを操作することで調整する。このケーブル調整作業の時間を短縮するために、ケーブル延線機の運転制御を一箇所で行いたいとの要望がある。
【０００３】
ケーブル延線機の運転を集中制御する延線機制御システムとして、各ケーブル延線機に制御装置（ＰＣｎ）を設け、共通の制御信号ライン（ＬＩＮＥ２）で連結することで、ケーブル延線機の運転制御を可能とするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特許第３０５８０７５号公報（特に、図１）
【０００５】
また、当該特許文献１の延線機制御システムにおいては、速度補償回路（ＵＴｎ）と速度信号ライン（ＬＩＮＥ３）を加えることで、延線機モータの回転速度を同期させている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
大規模な布設作業になると、布設ケーブルの長さが数Ｋｍに達することがあり、それに伴い、制御信号ライン（通信専用線）も数Ｋｍの長さとなる。そのため、従来の延線機制御システムでは、数Ｋｍの制御信号ラインを設置する作業が加わり、全体的な作業効率が悪くなるという問題点があった。また、数Ｋｍの制御信号ラインを製造ならびに維持管理する費用が発生するために、延線作業のコストアップにつながるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、制御信号ライン（通信専用線）を不要とし、作業効率の向上およびコストダウンを図る延線機制御システムを得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明は、１台以上のケーブル延線機を制御してケーブルを布設するケーブル延線機制御システムであって、制御命令信号が入力されて、システム全体の制御を行う制御装置と、各上記ケーブル延線機に接続されて、各上記ケーブル延線機のモータの駆動制御を行うモータ制御手段と、上記モータ制御手段と上記制御装置との間に接続され、上記制御装置から出力される制御信号に基づく駆動制御信号を上記モータ制御手段に出力する従属装置と、各上記ケーブル延線機、上記制御装置、上記モータ制御手段および上記従属装置に接続され、駆動電力を送電する電源ラインとを備え、上記制御装置および上記従属装置は、上記電源ラインに接続され、上記電源ラインを伝送媒体として通信を行うための電力線通信部を備えている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明に係る延線機制御システムは、制御装置と従属装置に電源ラインを伝送媒体として通信する電力線搬送技術を適用し、電源ラインを介して制御命令を伝送する。これにより、通信専用線が不要となるので、従来例で示した課題は解決される。
【００１０】
しかしながら、制御命令を伝送する電源ラインには、パルス状ノイズやインピーダンス変動による伝送路ノイズが存在しており、制御命令が格納された通信パケットには、高い確率で通信エラーが発生すると考えられる。そのため、ポーリング・セレクティング方式やトークン・パッシング方式の通信プロトコルでは、通信パケットの受信成功率が低く、ノイズ状況によっては全く通信できない可能性もある。さらに通信エラーを再送制御で補う方法では、通信パケットの送信回数が増加し、各従属装置で命令が到達する時間に大きな差が生じる。この到達時間差は、延線機モータ起動の時間差につながり、ケーブル延線機の同期運転が難しくなる。
【００１１】
これらのことから電源ラインを用いた通信では、制御命令を確実に伝達することが困難であると考えられる。
【００１２】
そこで、本発明では、制御装置と従属装置に、制御命令をブロードキャスト（一斉同報）通信する送信部と受信部、従属装置にトークンを巡回させ通信処理を行うプロトコル処理部と送信タイミングを算出するタイミング判定部を設けることにより、制御命令を伝送する通信プロトコルを工夫した。これにより上記の阻害要因を克服し、伝送路ノイズの影響を受け難い、確実な命令伝送を確保することができる。
【００１３】
図１に、本発明の実施の形態１によるケーブル延線機制御システムの構成示す。図１において、１は布設する布設ケーブル、２−１，２−２，・・・，２−ｎはケーブル延線機であり、ケーブルを布設するルートに一定の間隔で設置されている。布設ケーブル１は、各ケーブル延線機の送り出し部３にセットされ、この送り出し部３の回転により布設方向に送り出され、所定のルートに布設される。送り出し部３の回転動力は、各ケーブル延線機のモータ４から得られている。
【００１４】
また、５−１，５−２，・・・，５−ｎはモータ制御部であり、モータ４へ電源ライン６で送電される駆動電力１８をコントロールする。このモータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎへの制御指示は、各従属装置の指示部１７から与えられる。これにより、モータ４の起動・停止等の動作を制御する。本実施の形態のモータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎには、汎用のインバータを使用することで、モータ４の回転停止、正回転、逆回転の制御を可能とし、さらにモータ４の回転速度も制御することができる。モータ４のＯＮ−ＯＦＦ制御だけを実現する場合は、リレー等のスイッチにより、駆動電力１８を制御してもよい。
【００１５】
７は電源部であり、その電力は電源ライン６でモータ４の駆動電力１８として供給されている。本実施の形態の電源部７は、一般的に３相２００Ｖの商用電源が用いられるが、商用電源が準備されていないケーブル布設現場ではディーゼルエンジン等の発電機が用いられる。
【００１６】
８は操作装置であり、作業指示を制御命令として受ける入力装置であり、かつ、各ケーブル延線機の運転状態を表示する出力装置でもある。
【００１７】
９は制御装置、１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎは従属装置であり、これら制御装置９と従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎは、電源ライン６に接続されており、さらに電力線搬送技術により電源ライン６を伝送媒体として通信する電力線通信部１２を備えている。
【００１８】
制御命令の流れは、まず制御装置９の通信部１１が操作装置８から制御命令を受け取り、電力線通信部１２で電力線搬送信号１９（以降ＰＬＣ信号１９と記す）に変換し、電源ライン６に重畳する。このＰＬＣ信号１９が、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎの電力線通信部１２で復調され、指示部１７からモータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎへ駆動制御信号として伝達される。本実施の形態での電力線通信部１２には、複数の搬送波を用いるマルチキャリア方式の電力線搬送通信モジュールを用いるが、スペクトル拡散方式の電力線搬送通信モジュールを用いても、同機能を得ることができる。
【００１９】
以下、制御装置９と従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎの内部構成について説明する。
【００２０】
１３は送信部であり、電力線通信部１２にブロードキャスト（一斉同報）通信で送信するように通信パケットを与える。１４は受信部であり、ブロードキャスト通信で送信されたパケットを受信する。１５はプロトコル処理部であり、受信パケットと送信パケットのパケット処理をおこなう。受信パケット処理では、受信部１４からのパケットに格納されている制御命令を解読し、指示部１７に制御指示を与える。送信パケット処理では、指示部１７から得られる各ケーブル延線機の運転状態を送信パケットに格納すると共に、トークン（送信権利）を巡回させる処理をおこなう。１６はタイミング判定部であり、受信部１４からパケット受信時刻を獲得し、パケットを送信するタイミング管理に用いられる。
【００２１】
次に、通信プロトコルについて説明する。電源ライン６の伝送路ノイズを考慮した通信プロトコルの特徴は、下記の（１）および（２）の２点であり、その機能はプロトコル処理部１５とタイミング判定部１６に組み込まれている。
【００２２】
（１）通信パケット伝送経路を複数化する機能
（２）送信タイミングを管理する機能
【００２３】
次に、伝送経路の複数化について説明する。まず、プロトコル処理部１５に組み込まれる伝送経路の複数化について、図２で説明する。図２において、２０はブロードキャスト送信であり、例えば、制御装置９からブロードキャスト送信２０されたパケットが、全ての従属装置で受信される様子を示している。また、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎからのブロードキャスト送信２０も同様である。
【００２４】
２１はトークン（送信権利）であり、ブロードキャスト送信２０でパケット送信する制御装置９、もしくは、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎが保持する。
【００２５】
２２はトークンの移動であり、プロトコル処理部１５により、制御装置９から発生したトークン２１は、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎで巡回するように移動される。本実施の形態において、トークンの移動は、以下に示す従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎを往復するルートである。
【００２６】
トークンの移動の順番
従属装置１０−１→従属装置１０−２→  ・・・  →従属装置１０−ｎ→  ・・・  →従属装置１０−２→従属装置１０−１
【００２７】
制御装置９は、制御命令を格納した通信パケットをブロードキャスト送信２０し、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎがそのパケットを受信する。この送信は、図２の送信（１）で表現している。つぎに通信パケットを受信した従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎは、予め決められたトークンの移動２２に従い、図２では従属装置１０−１が、受信した制御命令を送信パケットに格納し、同じくブロードキャスト送信２０で送信（２）を実行する。そして従属装置１０−３も、同様に受信した制御命令をブロードキャスト送信２０で送信（３）を実行する。
【００２８】
このように、トークンの移動２２に従い各従属装置が、制御装置９からの制御命令をブロードキャスト送信２０で繰り返し送信することで、図３に示すように、制御命令の伝達経路２４が論理的に複数化することができる。これにより、通信エラーで制御命令が伝達されない伝送経路が存在しても、他の伝送経路から制御命令が到達することができ、制御装置９からの制御命令は、通信状態の良い伝送経路で従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎに伝達される。
【００２９】
さらに、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎが制御命令をブロードキャスト送信する際に、ケーブル延線機の運転状態をパケットに付け加えることで、制御装置９への状態情報の返信経路も複数化することができる。
【００３０】
以下、タイミング判定部１６に組み込まれる送信タイミング管理について、図４のパケット送信／受信タイミングチャートで説明する。
【００３１】
２０はブロードキャスト送信、２３はパケット受信であり、ブロードキャスト送信２０のタイミングは太線凸で、受信パケット２３は細線凸で表している。２５はパケット受信失敗であり、通信エラーによりパケットが正しく受信できていないので、受信パケット２３の凸を表現していない。２６は送信タイミングであり、タイミング判定部１６で管理される。
【００３２】
２７は制御命令の送信開始、２８は制御命令の送信終了であり、この間がひとつの制御命令の送信時間である。
【００３３】
従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎの送信タイミングを管理するために、以下に示す条件１）〜３）を設け、パケットを送信するタイミングを固定する。
【００３４】
１）通信パケットのサイズを一定とする。
２）通信中にトークン移動順番を変更しない。
３）作業中に従属装置の台数を変更しない。
【００３５】
これにより、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎは、受信パケット２３の情報とトークンの移動２２の順番から、自身がパケット送信するタイミングまでの時間間隔を算出することができ、この時間間隔から送信タイミング２６のタイマーを開始する。
【００３６】
タイミング管理の流れについて説明する。まず、制御装置９から制御命令が格納された通信パケットがブロードキャスト送信２０で送信（１）を実行し、従属装置がパケット受信２３−１のタイミングで受信する。このパケット受信２３−１の時刻から、従属装置１０−２と１０−３は、送信タイミング２６を管理するタイマーをスタートさせる。従属装置１０−１は、パケット受信２３−１でトークン移動２２に従い、つぎにパケット送信するトークン２１を確認できる。
【００３７】
つぎに、従属装置１０−１が、ブロードキャスト送信２０するとパケット受信２３−２となるが、従属装置１０−２ではパケット受信失敗２５とする。従属装置１０−２が、受信パケットから送信判定を行うとパケット受信失敗２５により、送信（３）を実行することができない。しかし従属装置１０−２は、タイミング判定部の送信タイミング２６により、パケット送信するタイミングを失うことがなく、正しいタイミングで送信することができる。これにより、通信エラーによるトークン消失が防止され、従属装置間でトークン２１が正確に巡回するので、制御命令が確実に伝達されるようになる。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、制御装置９と従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎに、電源ライン６を伝送媒体として通信する電力線通信部１２を備えたことにより、通信専用線がなくとも従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎを集中制御することが可能となる。また、ＰＬＣ信号１９を重畳する電源ライン６の伝送路ノイズで通信エラーが発生しても、延線機制御システムとして運転命令の伝送漏れがない安定した制御が可能となる。
【００３９】
実施の形態２．
図５に、本発明の実施の形態２によるケーブル延線機制御システムの構成示す。図５において、２９は、ＰＬＣ信号１９と干渉するような高周波ノイズをカットするインダクタンスであるラインフィルターである。他の構成については、上述の図１に示した実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。
【００４０】
モータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎにインバータを利用した場合、ならびに、電源部７に発電機電源を利用した場合、これらから発生するパルス状のノイズとインピーダンス変動により、強い伝送路ノイズが発生する。この伝送路ノイズが電源ライン６に流れ込まないように、本実施の形態においては、モータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎと電源部７の近傍にラインフィルター２９を挿入している。
【００４１】
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果を奏するとともに、さらに、ＰＬＣ信号１９と干渉するような高周波ノイズをカットするインダクタンスであるラインフィルター２９を設けるようにしたので、これにより、モータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎと電源部７から発生した伝送路ノイズが、電源ライン６では軽減されているので、制御装置９と従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎの間で通信エラーの発生が少なくなり、制御命令の伝達成功率を高くすることができる。
【００４２】
実施の形態３．
図６に、本発明の実施の形態３によるケーブル延線機制御システムの構成示す。図６において、３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎは布設中に発生する布設ケーブル１のケーブルテンションを測定するセンサであり、３１はセンサ３０からのデータを解析する解析部である。他の構成については、上述の図１に示した実施の形態１と同様であるため、同一符号を付して示し、ここでは、その説明を省略する。
【００４３】
上述の実施の形態１では、通信専用線を必要としない、また、運転管理を一箇所でおこなうことで、作業効率が向上する効果が得られた。しかしながら、布設作業中の布設ケーブル１の状態（弛みと張り）は、作業員の目視によって確認する必要があり、この点に関して、さらに作業効率を高めたいとの希望がある。
【００４４】
そこで、図６の実施の形態に示すように、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎに、布設中に発生する布設ケーブル１のケーブルテンションを測定するセンサ３０−１，３０−２，・・・，３０−ｎを設置し、センサ３０からのデータを解析する解析部３１を設けた。解析部３１には、ケーブルテンション閾値があらかじめ設定されており、この値を超える異常値が測定されれば、モータ４を停止する。これにより、布設ケーブル断線を防止することができる。また、解析部３１が、センサ３０のデータでモータ４の回転数をコントロールするフィードバック制御を構成しているので、布設ケーブル１のテンションを一定の値に保つことができる。
【００４５】
なお、ここで、モータ４の回転速度を調整するために、モータ制御部５−１，５−２，・・・，５−ｎには汎用インバータを用いる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態においては、上述の実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、さらに、解析部３１にケーブルテンション閾値を設定し、この値を超える異常値が測定されれば、モータ４を停止し布設ケーブル断線を防止することができる。また、解析部３１が、センサ３０のデータでモータ４の回転数をコントロールするフィードバック制御を構成することで、布設ケーブル１のテンションを一定の値に保つことができる。これにより、延線作業を中断してケーブルテンションの調整する作業回数が減少する。
【００４７】
上記した布設中のケーブルテンションの制御では、従属装置１０−１，１０−２，・・・，１０−ｎが個々にテンション制御を実施してもよいが、電源ライン６のネットワークを利用して、協調してテンション制御してもよい。
【００４８】
【発明の効果】
この発明は、１台以上のケーブル延線機を制御してケーブルを布設するケーブル延線機制御システムであって、制御命令信号が入力されて、システム全体の制御を行う制御装置と、各上記ケーブル延線機に接続されて、各上記ケーブル延線機のモータの駆動制御を行うモータ制御手段と、上記モータ制御手段と上記制御装置との間に接続され、上記制御装置から出力される制御信号に基づく駆動制御信号を上記モータ制御手段に出力する従属装置と、各上記ケーブル延線機、上記制御装置、上記モータ制御手段および上記従属装置に接続され、駆動電力を送電する電源ラインとを備え、上記制御装置および上記従属装置は、上記電源ラインに接続され、上記電源ラインを伝送媒体として通信を行うための電力線通信部を備えているので、制御装置と従属装置の間に電力線搬送技術を適用した通信機能を設けたことで、通信専用線がなくとも従属装置の集中制御が可能となり、延線機の設置準備において通信専用線を配置する必要がなくなる。また、集中制御により、ケーブルの弛みおよび張りの調整がスムーズに実施され、全体的なケーブル布設の作業時間を短縮することができる。これにより、通信専用線を不要とし、作業効率の向上およびコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るケーブル延線機制御システムの構成を示した構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るケーブル延線機制御システムにおけるトークンの移動のタイミングを示した説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係るケーブル延線機制御システムにおける伝達経路を示した説明図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係るケーブル延線機制御システムにおけるパケット送信／受信のタイミングを示した説明図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るケーブル延線機制御システムの構成を示した構成図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係るケーブル延線機制御システムの構成を示した構成図である。
【符号の説明】
１  布設ケーブル、２−１，２−２，２−ｎ  延線機、３  送り出し部、４  モータ、５−１，５−２，５−ｎ  モータ制御部、６  電源ライン、７  電源部、８  操作装置、９  制御装置、１０−１，１０−２，１０−ｎ  従属装置、１１  通信部、１２  電力線通信部、１３  送信部、１４  受信部、１５  プロトコル処理部、１６  タイミング判定部、１７  指示部、１８  駆動電力、１９  ＰＬＣ信号、２９  ラインフィルター、３０−１，３０−２，３０−ｎ  センサ、３１  解析部。
【図１】
2004312897.tif 000003
【図２】
2004312897.tif 000004
【図３】
2004312897.tif 000005
【図４】
2004312897.tif 000006
【図５】
2004312897.tif 000007
【図６】
2004312897.tif 000008