フィールド機器の充電システム
【課題】保守が容易で、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる充電システムを提供する。
【解決手段】充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムである。電源ラインが複数のフィールド機器に共通に接続される。前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択し、選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う。
【解決手段】充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムである。電源ラインが複数のフィールド機器に共通に接続される。前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択し、選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器は、プラント・工場などに設置され測定、制御等を行う。また、フィールド機器は、無線によって他のフィールド機器や上位のデータ収集装置等と通信を行なっている。
【０００３】
図１０（ａ）は、従来のフィールド機器の構成例を示すブロック図である。図１０（ａ）に示すように、フィールド機器１０は、バッテリー１１、無線通信部１２、処理部１３を有する。バッテリー１１は、例えば、塩化チオニルリチウム電池のような一次電池である。無線通信部１２は、バッテリー１１からの電力供給を受け、他のフィールド機器やデータ収集装置と無線通信を行う。処理部１３は、バッテリー１１からの電力供給を受け、センサ（不図示）からの測定データの収集・信号処理、バルブ（不図示）の開閉等の処理を行う。なお、無線通信部１２が受信したコマンドに従って処理部１３は動作し、測定結果やバルブの制御状態、自フィールド機器の状態などを無線通信部１２を介してデータ収集装置に送信させる。
【０００４】
図１０（ｂ）は、従来のフィールド機器の他の構成例を示すブロック図である。図１０（ｂ）に示すように、フィールド機器２０では、バッテリーの代わりに電源ラインＬ１の電圧を自フィールド機器に用いる直流電圧レベルに変換する変換部２１を備える（例えば、特表２００７−５１５７１７号公報参照）。フィールド機器２０では、変換部２１からの電力によって、無線通信部２２および処理部２３が作動する。無線通信部２２および処理部２３の機能は、それぞれ無線通信部１２および処理部１３の機能と同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５１５７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィールド機器の台数は、プラント・工場の規模によるが、数百〜数千台になる。このため、図１０（ａ）に示す例では、フィールド機器２０のバッテリ１１を１台ごとに保守・交換するのに多大な工数を要する。また、図１０（ｂ）に示す例では、電源ラインＬ１に数百〜数千台分のフィールド機器２０の電力を通電することになり、大電力となり、発熱による電力ロス、電源ラインＬ１に電力を供給する装置の大型化、電源ラインＬ１のケーブルの大口径化、さらに感電の危険性を招くという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、保守が容易で、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の充電システムは、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムであって、複数のフィールド機器に共通に接続された電源ラインと、前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う電源と、を備える。
この充電システムによれば、充電対象として選択された一部のフィールド機器に対してのみ電源ラインを介して選択的に充電を行うので、フィールド機器の個々の充電状態を点検する必要がなく、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる。
【０００９】
前記選択手段は、前記フィールド機器からの要求に応じて前記一部のフィールド機器を充電対象として選択してもよい。
【００１０】
前記要求は無線通信を介する要求であってもよい。
【００１１】
前記要求は前記電源ラインを通信経路とする通信を介する要求であってもよい。
【００１２】
前記要求は前記フィールド機器からの自発的な要求であってもよい。
【００１３】
前記要求は前記選択手段からの問い合わせに応じた要求であってもよい。
【００１４】
前記フィールド機器は、充電可能な充電状態と充電不可能な非充電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記選択手段は、充電対象として選択されている前記フィールド機器の前記スイッチを前記充電状態とし、充電対象として選択されていない前記フィールド機器の前記スイッチを前記非充電状態としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の充電システムによれば、充電対象として選択された一部のフィールド機器に対してのみ電源ラインを介して選択的に充電を行うので、フィールド機器の個々の充電状態を点検する必要がなく、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の充電システムの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図３】実施例２の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図４】実施例３の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図５】実施例４の充電システムの構成を示すブロック図。
【図６】実施例５の充電システムの構成を示すブロック図。
【図７】実施例５の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図８】実施例６の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図９】実施例７の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図１０】従来のフィールド機器を示す図であり、（ａ）は従来のフィールド機器の構成例を示すブロック図、（ｂ）は従来のフィールド機器の他の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による充電システムの実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。
【００１９】
図１に示すように、プラントに設置されたフィールド機器３０，３０，・・・は、共通の電源ラインＬに接続され、電源ラインＬの一端側には電源供給装置１００が接続されている。後述するように、電源ラインＬは、選択されたフィールド機器３０の二次電池への充電のための電力供給ラインとして機能する。
【００２０】
フィールド機器３０は、電源として機能する二次電池３１と、無線によるデータ通信を行う無線通信部３２と、種々の信号処理を実行する信号処理部３３と、二次電池３１への充電を行うための充電部３４と、充電部３４への電力供給を制御するスイッチ３５と、を備える。フィールド機器３０は、二次電池３１を電源として用いることで、電源供給装置１００との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２１】
二次電池３１は繰り返し充電可能な電池であり、例えばリチウムイオン電池が使用される。無線通信部３２は、二次電池３１からの電力供給を受け、電源供給装置１００との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２２】
信号処理部３３は、二次電池３１からの電力供給を受け、センサ（不図示）からの測定データに基づく信号処理やバルブ（不図示）の開閉などの処理を行う。なお、フィールド機器３０に接続されるセンサ、バルブ等の機器は、フィールド機器３０の機種・用途によって様々である。また、信号処理部３３は、無線通信部３２に通信データの授受を行わせるとともに、スイッチ３５を制御する。
【００２３】
充電部３４は、スイッチ３５を介して供給される電源ラインＬからの電力により、二次電池３１を充電する。
【００２４】
スイッチ３５は、信号処理部３３の指示に基づいて電源ラインＬと充電部３４との間の接続のオン、オフを切り替える。
【００２５】
図１に示すように、電源供給装置１００は、電源ラインＬに電力を供給する電源部１０１と、電源供給装置１００全体を統合的に制御する制御部１０２と、無線によるデータ通信を行う無線通信部１０３と、電力供給のために必要な情報を格納するメモリ１０４と、を備える。
【００２６】
電源部１０１は、外部の装置（不図示）からの電力を所定の電圧レベル・電流レベルの電力に変換し、電源ラインＬに出力する。電源ラインＬに出力される電力は直流、交流のいずれでもよい。
【００２７】
無線通信部１０３は、制御部１０２の指示に基づいて、フィールド機器３０との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２８】
次に、図１に示す充電システムの動作を説明する。
【００２９】
電源供給装置１００の電源部１０１は、電源ラインＬに二次電池３１を充電するのに必要な電力を出力する。例えば、１台のフィールド機器３０の二次電池３１を充電するためにフィールド機器３０に供給すべき電力に、電源ラインＬにおける電力損失を付加した電力を出力する。もちろん、電源部１０１がプラント内のフィールド機器３０以外の設備に対しても電力を供給しているのならば、電力供給能力に対してそれらの設備用の電力をさらに上乗せする必要がある。
【００３０】
一方、フィールド機器３０は、内蔵された二次電池３１によって駆動される。そして、信号処理部３３が、センサの測定、バルブのコントロール等を行い、センサの測定結果やバルブのコントロール状態などのデータを、無線通信部３２を介して自機器よりも上位装置であるデータ収集装置（不図示）との間で送受信する。
【００３１】
図２は、二次電池への充電動作を示すフローチャートである。図２のステップＳ１〜ステップＳ８は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図２のステップＳ１１〜ステップＳ１４は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００３２】
図２のステップＳ１では、フィールド機器３０の信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１：Yes）、無線通信部３２を介して電源供給装置１００に自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ２）。
【００３３】
そして、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ１１：Yes）、現状で他のフィールド機器３０に対して、スイッチ３５のオンの許可を行なっていなければ（ステップＳ１２：Yes）、再充電要求を受けたフィールド機器３０に対し、通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１３）。
【００３４】
スイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１３）が電源供給装置１００から送信された場合（ステップＳ３：Yes）、この許可を無線通信部３２を介して受信したフィールド機器３０では、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ４）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信する（ステップＳ７）。そして電源供給装置１００の制御部１０２が、充電が完了した旨のデータを受信すると、次の再充電要求を許可できる状態（ステップＳ１２：Yes）となる。
【００３５】
なお、スイッチ３５のオンの許可の有無および充電が完了した旨のデータ受信の有無はメモリ１０４に記憶されており、ステップＳ１２において、制御部１０２はメモリ１０４を参照することで、他のフィールド機器３０に対するスイッチ３５のオンの許可の有無を判断する。
【００３６】
一方、電源供給装置１００の制御部１０２が、スイッチ３５のオンの許可を送信して再充電が完了した旨のデータを受信するまでの間に、他のフィールド機器３０からの再充電要求を受けた場合（ステップＳ１２：No）は、この他のフィールド機器３０に対し、スイッチ３５のオンの不許可を送信する（ステップＳ１５）。この不許可を受けたフィールド機器３０は（ステップＳ５：Yes）、所定の時間経過後に（ステップＳ８：Yes）再充電要求を再送する（ステップＳ２）。
【００３７】
このように、電源供給装置１００が、フィールド機器３０からの要求を受けた場合に、いずれかのフィールド機器３０に対しスイッチ３５のオンの許可を出していない場合にのみスイッチ３５のオンの許可を出すので、電源ラインＬ上に供給される電力を抑制することができる。つまり、電源ラインＬに接続された数百〜数千台のフィールド機器３０を駆動するための電力を供給する必要がない。これにより、電源ラインＬにおける電力ロスを抑えられるとともに、電源ラインＬの大口径化を抑制できる。さらに、電源供給装置１００の小型化、低コスト化を図ることができる。また、電源ラインＬの通電部分に誤って触れた際の感電等の安全面の向上を図ることができる。
【００３８】
また、電源ラインＬを介して適時、二次電池３５を充電できるので、図１０（ａ）に示す従来の構成における一次電池よりも小容量の二次電池を使用することができる。これにより二次電池そのものも小型化でき、フィールド機器３０全体としての小型化を図ることができる。
【００３９】
また、図１０（ｂ）に示す従来の構成では、電源ラインＬ１に電力を供給する装置が故障・停止した場合、この電源ラインＬ１に接続されるフィールド機器も動作しなくなるが、本実施例の装置では、フィールド機器３０は二次電池３１で駆動されているので、電源供給装置１００が故障・停止しても、フィールド機器３０の動作が継続し、停止しない。これにより、工場・プラント全体の動作も継続させることができ、工場・プラントの信頼性も向上する。
【００４０】
なお、本実施例では、二次電池への充電を行う対象は１台のフィールド機器３０のみとした場合を例示しているが、２台以上の任意の台数のフィールド機器３０に対して同時に二次電池への充電を行うようにしてもよい。この場合、電源供給装置１００からの電力供給能力を、複数台のフィールド機器３０の二次電池への充電に対応可能な能力とすればよい。
【実施例２】
【００４１】
以下、実施例２の充電システムについて実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４２】
実施例２の充電システムでは、電源供給装置１００のメモリ１０４（図１）に、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を記録し、この受信状況を、許可要求を出すフィールド機器の選択に使用する。
【００４３】
図３は、実施例２の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図３のステップＳ２１〜ステップＳ２７は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図３のステップＳ３１〜ステップＳ３６は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００４４】
図３のステップＳ２１では、フィールド機器３０の信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ２１：Yes）、無線通信部３２を介して電源供給装置１００に自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ２２）。
【００４５】
次に、電源供給装置１００からのスイッチ３５のオンの許可（ステップＳ３６）が無線通信部３２を介して受信されるのを待って（ステップＳ２３：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ２５）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ２６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１へ戻る。
【００４６】
一方、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ３１：Yes）、メモリ１０４に再充電要求を受けたフィールド機器３０の識別情報（フィールド機器３０を特定するための情報）を書き込む（ステップＳ３３）。また、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０から充電が完了した旨を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ３２：Yes）、充電が完了した旨を送信したフィールド機器３０の識別情報をメモリ１０４から消去する（ステップＳ３３）。
【００４７】
フィールド機器３０の識別情報が書き込みまたは消去された場合（ステップＳ３３）には、メモリ１０４を参照してメモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０があれば（ステップＳ３４：Yes）、その中から次に充電対象とすべきフィールド機器３０を選択して（ステップＳ３５）、そのフィールド機器３０に対し、通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ３６）。その後、ステップＳ３１へ戻る。
【００４８】
なお、ステップＳ３５では、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０が１台の場合には、そのフィールド機器３０を選択する。また、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０が複数台ある場合には、任意のアルゴリズムに従って次に充電対象とすべきフィールド機器３０を選択することができる。例えば、識別情報が格納された順番に従い、最も早く再充電要求を受けたフィールド機器３０を選択してもよい。また、再充電要求に緊急度のレベル（二次電池の残容量に対応したもので、残容量が少ないほどレベルが高くなる）を付加させ、識別情報とともに緊急度のレベルのも併せて格納し、この緊急度のレベルが最も高いフィールド機器３０を選択してもよい。
【００４９】
以上のように、実施例２の充電システムでは、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を電力供給装置１００において管理するため、フィールド機器３０における動作を単純化することができる。例えば、フィールド機器３０から電力供給装置１００に対して繰り返し再充電要求を送信する必要がなくなる。
【実施例３】
【００５０】
以下、実施例３の充電システムについて実施例１との相違点を中心に説明する。
【００５１】
実施例３の充電システムでは、電源供給装置１００が順次各フィールド機器３０に対して再充電の要否を問い合わせ、再充電の要求がある場合に、そのフィールド機器３０に対しスイッチ３５のオンの許可を与える。
【００５２】
図４は、実施例３の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図４のステップＳ４１〜ステップＳ４７は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図４のステップＳ５１〜ステップＳ５６は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００５３】
図４のステップＳ５１〜ステップＳ５６に示すように、電源供給装置１００の制御部１０２は、メモリ１０４に格納されたリストを参照し、例えばリスト上のｎ番目のフィールド機器３０を選択し（ステップＳ５１）、この選択されたフィールド機器３０に対して無線通信部１０３を介し再充電の要否についての問い合わせを行う。
【００５４】
この問い合わせに応じて、後述するスイッチ３５のオンの許可要求が無線通信部１０３を介して受信された場合には（ステップＳ５３：Yes）、無線通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を返信する（ステップＳ５５）。その後、無線通信部１０３を介してこのフィールド機器３０から再充電が完了した旨のデータが受信されるのを待って（ステップＳ５６：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ５１）。
【００５５】
上記の問い合わせに応じて、後述する不要情報が受信された場合には（ステップＳ５４：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ５１）。
【００５６】
一方、フィールド機器３０が、無線通信部３２を介して電源供給装置１００からの上記問い合わせを受信した場合（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０の信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、必要と判断した場合には（ステップＳ４２：Yes）、無線通信部３２を介してスイッチ３５のオンの許可要求を送信する（ステップＳ４３）。この許可要求は、電源供給装置１００において受信されることになる（ステップＳ５３：Yes）。次に、信号処理部３３は、電源供給装置１００からの許可（ステップＳ５５）が無線通信部３２を介して受信されるのを待って（ステップＳ４４）、スイッチ３５をオンする（ステップＳ４５）。次に、再充電が終了するのを待って（ステップＳ４６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信する（ステップＳ４７）。その後、ステップＳ４１に戻る。
【００５７】
一方、フィールド機器３０が、無線通信部３２を介して電源供給装置１００からの上記問い合わせを受信した際に（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０の信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、不要と判断した場合には（ステップＳ４２：No）、無線通信部３２を介してスイッチ３５の不要情報を送信する（ステップＳ４４）。この不要情報は、電源供給装置１００において受信されることになる（ステップＳ５４：Yes）。
【００５８】
このように、実施例３の充電システムでは、電源供給装置１００の側から再充電の要否をフィールド機器３０に問い合わせ、その問い合わせに対する返答に基づいてスイッチ３５をオンする許可を与えている。
【００５９】
なお、図４に示す処理において、フィールド機器３０からの許可要求（ステップＳ４３）に対する許可（ステップＳ５５）の送信を省略してもよい。電源供給装置１００からの問い合わせ（ステップＳ５２）が、対応するフィールド機器３０に対しスイッチ３５をオンする権利を与えることを意味するからである。ただし、この場合にも不要情報の送受信（ステップＳ４４、ステップＳ５４）および充電完了を知らせるデータの送受信（ステップＳ４７、ステップＳ５６）は必要である。
【００６０】
上記実施例３の充電システムでは、メモリ１０４にフィールド機器のリストを格納しているが、メモリ１０４とは別のメモリにこのリストを格納してもよい。
【実施例４】
【００６１】
以下、実施例４の充電システムについて説明する。図５は、実施例４の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。なお、図５において図１と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。実施例４の充電システムは、電源ラインＬを通信ラインとして使用することを特徴としている。
【００６２】
図５に示すように、実施例４の充電システムでは、フィールド機器３０Ａの充電部３４とスイッチ３５の間に変復調部３６が設けられる。この変復調部３６は二次電池３１により駆動されるとともに、信号処理部３３により制御される。スイッチ３５は、電源ラインＬと充電部３４とを結ぶ電源供給経路、電源ラインＬと変復調部３６とを結ぶ通信経路の接続／切断を同時に切り替える共通のスイッチとして機能する。
【００６３】
また、電源供給装置１００Ａの電源部１０１と電源ラインＬの接続部に、変復調部１０６が設けられる。この変復調部１０６は制御部１０２により制御される。
【００６４】
変復調部３６および変復調部１０６は、電源ラインＬ上に通電される電圧または電流を変調して情報を重畳させるとともに、電圧または電流に重畳した情報を抽出して復調するものである。
【００６５】
ここで、変復調部３６および変復調部１０６としては、例えば、電源ラインＬがファウンデーションフィールドバス、PROFiバス、ハート通信のように規格化されたものであれば、それらの規格に準拠したものである。また、電源ラインＬが、プラント内の商用電源ライン（例えば、東日本ならば１００Ｖ、２００Ｖの５０Hz電源の配線）であれば、高速電力線通信（いわゆるPLC(Power Line Communication)）、外国の給電方式であれば、HomePlug、UPA（Universal Powerline Association）などに準拠するとよい。
【００６６】
次に、実施例４の充電システムの動作について説明する。
【００６７】
フィールド機器３０Ａのスイッチ３５がオンするまでの動作は、実施例１〜３の充電システムと同様の動作を適用でき、フィールド機器３０Ａからの再充電要求、あるいは電源供給装置１００Ａからの問い合わせをトリガとして一連の処理が実行され、最終的にスイッチ３５がオンされる。
【００６８】
スイッチ３５がオンされ充電が開始されてから、充電が完了してスイッチ３５がオフされるまでの間、そのフィールド機器３０Ａの信号処理部３３が自機器の情報を、変復調部３６を介して電源ラインＬに乗せて電源供給装置１００Ａに送信する。
【００６９】
電源供給装置１００Ａの変復調部１０６は、電源ラインＬに重畳されたフィールド機器３０の情報を抽出・復調して制御部１０２に出力する。そして、制御部１０２が抽出された情報に対する処理を行う。
【００７０】
なお、フィールド機器３０が送信する自機器の情報としては、例えば、充電が完了する予想時刻の情報があり、制御部１０２の処理としては、この情報に基づいて、次にスイッチ３５をオンさせる時刻を決めるスケジューリングなどがある。
【００７１】
また、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、充電を開始してからの経過時間を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池３１や充電部３４の回路の劣化、異常、故障等を検出することができる。例えば、通常は数時間程度で充電が終わるものについて充電に数十時間もかかるような場合には、劣化等が発生していると判断できる。
【００７２】
また、フィールド機器３０Ａは再充電要求を無線通信で電源供給装置１００Ａに送信する際に、自機器の識別情報を併せて送信しているので、電源供給装置１００Ａ側ではどのフィールド機器が再充電要求を出しているのかを把握している。このため電源ラインＬからも自機器の識別情報を送信することで、電源供給装置１００Ａ側において、実際にスイッチ３５がオンされている機器と無線通信で得た識別情報との整合性を確認できる。
【００７３】
また、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、充電を行なった回数を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池３１の交換時期を判断することができる。
【００７４】
さらに、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、前回充電を行なってからの経過時間を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池の状態等を推定できる。例えば、前回の充電から短期間で充電が行われるような場合には、二次電池３１の劣化またはフィールド機器の異常や故障による電力消費の増加などを事前に検出できる。
【００７５】
このように、実施例４の充電システムでは、スイッチ３５がオンされている間、電源供給装置１００Ａが、フィールド機器３０Ａから電源ラインＬを介して情報を取得できるので、フィールド機器３０Ａの管理を効率よく行うことができるとともに、無線通信側の資源を有効に用いることができる。
【００７６】
すなわち、フィールド機器３０Ａは、上位のデータ収集装置、他のフィールド機器３０Ａ等と、無線通信でデータの送受信を行なっている。電源ラインＬ経由でなく無線通信で自機器の情報を電源供給装置１００Ａに送信すると、無線通信部３２の負荷、無線通信のトラフィックが増加するが、電源ラインＬを用いることでそれらの問題を軽減することができる。
【００７７】
また、スイッチ３５は電源供給経路および通信経路の両者の接続／切断を同時に行うため、電源供給装置１００Ａの通信相手となるフィールド機器３０Ａが、充電対象となっている機器に物理的に限定される。このため、通信相手となっていない他のフィールド機器３０の故障等に起因する電源ラインＬ上の通信障害を回避できる。また、通信相手となるフィールド機器３０Ａを特定するための通信上の処理が不要になるなど、電源ラインＬ上の通信処理の簡素化を図ることができる。
【００７８】
なお、スイッチ３５がオンされている間、電源供給装置１００側からもフィールド機器３０Ａに対し、電源ラインＬを介して情報を送信してもよい。
【実施例５】
【００７９】
以下、実施例５の充電システムについて説明する。図６は、実施例５の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。なお、図６において図１と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
実施例１〜４の充電システムでは、再充電要求やスイッチ３５のオンの許可／不許可などを無線通信で行う例を示したが、実施例５の充電システムでは、これらの再充電要求やスイッチ３５のオンの許可／不許可についても電源ラインＬを介する通信を用いる。
【００８１】
図６に示すように、フィールド機器３０Ｂに設けられた変復調部３６は、スイッチ３５を介することなく直接、電源ラインＬに接続される。変復調部３６は二次電池３１によって駆動され、電源ラインＬ上の電力で駆動されない。また、変復調部３６は信号処理部３３により制御される。
【００８２】
次に、実施例５の充電システムの動作について説明する。
【００８３】
フィールド機器３０Ｂが、センサ・バルブに関する情報を、無線通信部３２を介してデータ収集装置と送受信する動作は実施例１〜４と同様であるため説明を省略する。
【００８４】
実施例５の充電システムでは、再充電要求およびスイッチ３５のオンの許可／不許可について実施例１と同様の手順で行うが、通信経路として無線通信に代えて、電源ラインＬを使用する。以下、再充電要求およびスイッチ３５のオンの許可／不許可の手順について説明する。
【００８５】
図７は、二次電池への充電動作を示すフローチャートである。図７のステップＳ１０１〜ステップＳ１０８は、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３における処理を、図７のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４は、電源供給装置１００Ａの制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００８６】
図７のステップＳ１０１では、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１０１：Yes）、変復調部３６と電源ラインＬを介して電源供給装置１００Ａに自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ１０２）。
【００８７】
そして、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１１１：Yes）、現状で他のフィールド機器３０Ｂに対して、スイッチ３５のオンの許可を行なっていなければ（ステップＳ１１２：Yes）、再充電要求を受けたフィールド機器３０Ｂに対し、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１１３）。すなわち、変復調部１０６がスイッチ３５のオンを許可するデータを電源ラインＬ上に重畳させる。このとき、再充電を要求してきたフィールド機器３０Ｂを送信先とする情報も併せて重畳する。
【００８８】
スイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１１３）が電源供給装置１００Ａから送信された場合（ステップＳ３：Yes）、この許可を変復調部３６が抽出、変調して信号処理部３３に出力する。この許可を受けてフィールド機器３０Ｂの信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ１０４）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ１０６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６および電源ラインＬを介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信する（ステップＳ１０７）。そして電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、充電が完了した旨のデータを受信すると、次の再充電要求を許可できる状態（ステップＳ１１２：Yes）となる。
【００８９】
なお、スイッチ３５のオンの許可の有無および充電が完了した旨のデータ受信の有無はメモリ１０４に記憶されており、ステップＳ１１２において、制御部１０２はメモリ１０４を参照することで、他のフィールド機器３０Ｂに対するスイッチ３５のオンの許可の有無を判断する。
【００９０】
一方、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、スイッチ３５のオンの許可を送信して再充電が完了した旨のデータを受信するまでの間に、他のフィールド機器３０Ｂからの再充電要求を受けた場合（ステップＳ１１２：No）は、この他のフィールド機器３０Ｂに対し、スイッチ３５のオンの不許可を送信する（ステップＳ１１５）。この不許可を受けたフィールド機器３０Ｂは（ステップＳ１０５：Yes）、所定の時間経過後に（ステップＳ１０８：Yes）再充電要求を再送する（ステップＳ１０２）。
【００９１】
このように、電源供給装置１００Ａが、フィールド機器３０Ｂからの要求を受けた場合に、いずれかのフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５のオンの許可を出していない場合にのみスイッチ３５のオンの許可を出すので、電源ラインＬ上に供給される電力を抑制することができる。つまり、電源ラインＬに接続された数百〜数千台のフィールド機器３０Ｂを駆動するための電力を供給する必要がない。これにより、電源ラインＬにおける電力ロスを抑えられるとともに、電源ラインＬの大口径化を抑制できる。さらに、電源供給装置１００Ａの小型化、低コスト化を図ることができる。また、電源ラインＬの通電部分に誤って触れた際の感電等の安全面の向上を図ることができる。
【００９２】
また、電源ラインＬを介して適時、二次電池３５を充電できるので、図１０（ａ）に示す従来の構成における一次電池よりも小容量の二次電池を使用することができる。これにより二次電池そのものも小型化でき、フィールド機器３０Ｂ全体としての小型化を図ることができる。
【００９３】
また、図１０（ｂ）に示す従来の構成では、電源ラインＬ１に電力を供給する装置が故障・停止した場合、この電源ラインＬ１に接続されるフィールド機器も動作しなくなるが、本実施例の装置では、フィールド機器３０Ｂは二次電池３１で駆動されているので、電源供給装置１００Ａが故障・停止しても、フィールド機器３０Ｂの動作が継続し、停止しない。これにより、工場・プラント全体の動作も継続させることができ、工場・プラントの信頼性も向上する。
【００９４】
さらに、本実施例の充電システムでは、二次電池への充電動作の通信経路として電源ラインＬを使用しているので、無線通信側の資源を有効に用いることができる。
【００９５】
なお、本実施例では、二次電池への充電を行う対象は１台のフィールド機器３０Ｂのみとした場合を例示しているが、２台以上の任意の台数のフィールド機器３０Ｂに対して同時に二次電池への充電を行うようにしてもよい。この場合、電源供給装置１００Ａからの電力供給能力を、複数台のフィールド機器３０Ｂの二次電池への充電に対応可能な能力とすればよい。
【実施例６】
【００９６】
以下、実施例６の充電システムについて実施例５との相違点を中心に説明する。
【００９７】
実施例６の充電システムでは、実施例２の充電システムと同様、電源供給装置１００Ａのメモリ１０４（図６）に、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を記録し、この受信状況を、許可要求を出すフィールド機器の選択に使用する。
【００９８】
図８は、実施例６の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図８のステップＳ１２１〜ステップＳ１２７は、フィールド機器３０Ｂ（図６）の信号処理部３３における処理を、図８のステップＳ１３１〜ステップＳ１３６は、電源供給装置１００Ａ（図６）の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００９９】
図３のステップＳ１２１では、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１２１：Yes）、変復調部３６および電源ラインＬ（図６）を介して電源供給装置１００Ａに自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ１２２）。
【０１００】
次に、電源供給装置１００Ａからのスイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１３６）が変復調部１０６を介して受信されるのを待って（ステップＳ１２３：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ２５）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ１２６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６および電源ラインＬを介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信し（ステップＳ１２７）、ステップＳ１２１へ戻る。
【０１０１】
一方、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０Ｂからの再充電要求を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１３１：Yes）、メモリ１０４に再充電要求を受けたフィールド機器３０の識別情報（フィールド機器３０Ｂを特定するための情報）を書き込む（ステップＳ１３３）。また、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０Ｂから充電が完了した旨を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１３２：Yes）、充電が完了した旨を送信したフィールド機器３０Ｂの識別情報をメモリ１０４から消去する（ステップＳ１３３）。
【０１０２】
フィールド機器３０Ｂの識別情報が書き込みまたは消去された場合（ステップＳ１３３）には、メモリ１０４を参照してメモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂがあれば（ステップＳ１３４：Yes）、その中から次に充電対象とすべきフィールド機器３０Ｂを選択して（ステップＳ１３５）、そのフィールド機器３０Ｂに対し、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１３６）。その後、ステップＳ１３１へ戻る。
【０１０３】
なお、ステップＳ１３５では、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂが１台の場合には、そのフィールド機器３０Ｂを選択する。また、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂが複数台ある場合には、任意のアルゴリズムに従って次に充電対象とすべきフィールド機器３０Ｂを選択することができる。例えば、識別情報が格納された順番に従い、最も早く再充電要求を受けたフィールド機器３０Ｂを選択してもよい。また、再充電要求に緊急度のレベル（二次電池の残容量に対応したもので、残容量が少ないほどレベルが高くなる）を付加させ、識別情報とともに緊急度のレベルのも併せて格納し、この緊急度のレベルが最も高いフィールド機器３０Ｂを選択してもよい。
【０１０４】
以上のように、実施例６の充電システムでは、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を電力供給装置１００Ａにおいて管理するため、フィールド機器３０Ｂにおける動作を単純化することができる。例えば、フィールド機器３０Ｂから電力供給装置１００Ａに対して繰り返し再充電要求を送信する必要がなくなる。
【実施例７】
【０１０５】
以下、実施例７の充電システムについて実施例５との相違点を中心に説明する。
【０１０６】
実施例７の充電システムでは、実施例３の充電システムと同様、電源供給装置１００Ａ（図６）が順次各フィールド機器３０Ｂ（図６）に対して再充電の要否を問い合わせ、再充電の要求がある場合に、そのフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５のオンの許可を与える。
【０１０７】
図９は、実施例７の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図９のステップＳ１４１〜ステップＳ１４７は、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３における処理を、図９のステップＳ１５１〜ステップＳ１５６は、電源供給装置１００Ａの制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【０１０８】
図３のステップＳ１５１〜ステップＳ１５６に示すように、電源供給装置１００Ａの制御部は、メモリ１０４に格納されたリストを参照し、例えばリスト上のｎ番目のフィールド機器３０Ｂを選択し（ステップＳ１５１）、この選択されたフィールド機器３０Ｂに対して変復調部１０６および電源ラインＬを介するデータ送信により再充電の要否についての問い合わせを行う。
【０１０９】
この問い合わせに応じて、後述するスイッチ３５のオンの許可要求が変復調部１０６を介して受信された場合には（ステップＳ１５３：Yes）、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を返信する（ステップＳ１５５）。その後、変復調部１０６を介してこのフィールド機器３０Ｂから再充電が完了した旨のデータが受信されるのを待って（ステップＳ１５６：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ１５１）。上記の問い合わせに応じて、後述する不要情報が受信された場合には（ステップＳ１５４：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ１５１）。
【０１１０】
一方、フィールド機器３０Ｂが、変復調部３６を介して電源供給装置１００Ａからの上記問い合わせを受信した場合（ステップＳ１４１：Yes）、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、必要と判断した場合には（ステップＳ１４２：Yes）、変復調部３６を介してスイッチ３５のオンの許可要求を送信する（ステップＳ１４３）。この許可要求は、電源供給装置１００Ａにおいて受信されることになる（ステップＳ１５３：Yes）。次に、信号処理部３３は、電源供給装置１００Ａからの許可（ステップＳ１５５）が変復調部３６を介して受信されるのを待って（ステップＳ１４４）、スイッチ３５をオンする（ステップＳ１４５）。次に、再充電が終了するのを待って（ステップＳ１４６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６を介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信する（ステップＳ１４７）。その後、ステップＳ１４１に戻る。
【０１１１】
一方、フィールド機器３０Ｂが、変復調部３６を介して電源供給装置１００Ａからの上記問い合わせを受信した際に（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、不要と判断した場合には（ステップＳ１４２：No）、変復調部３６を介してスイッチ３５の不要情報を送信する（ステップＳ１４３）。この不要情報は、電源供給装置１００Ａにおいて受信されることになる（ステップＳ１５４：Yes）。
【０１１２】
このように、実施例７の充電システムでは、電源供給装置１００Ａの側から再充電の要否をフィールド機器３０Ｂに問い合わせ、その問い合わせに対する返答に基づいてスイッチ３５をオンする許可を与えている。
【０１１３】
なお、図９に示す処理において、フィールド機器３０Ｂからの許可要求（ステップＳ１４３）に対する許可（ステップＳ１５５）の送信を省略してもよい。電源供給装置１００Ａからの問い合わせ（ステップＳ１５２）が、対応するフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５をオンする権利を与えることを意味するからである。ただし、この場合にも不要情報の送受信（ステップＳ１４４、ステップＳ１５４）および充電完了を知らせるデータの送受信（ステップＳ１４７、ステップＳ１５６）は必要である。
【０１１４】
上記実施例７の充電システムでは、メモリ１０４にフィールド機器のリストを格納しているが、メモリ１０４とは別のメモリにこのリストを格納してもよい。
【０１１５】
上記実施例１〜７の充電システムに使用されるスイッチ３５として、例えば、金属などの導電体を物理的に接触・非接触させるような機械的スイッチ、半導体スイッチ、電磁誘導を用いた非接触型スイッチを適用することができる。
【０１１６】
また、電源供給装置から電源ラインＬに供給される電力が交流の場合には、コイル間の電磁誘導を用いて電源ラインＬの側（１次側）からフィールド機器の側（２次側）に電力を供給してもよい。この場合、電源ラインＬ側（１次側）のコイルに直列にスイッチを挿入し、このスイッチにスイッチ３５に代わる機能を持たせてもよい。なお、電源ライン側（１次側）のコイルと、フィールド機器に設けられた２次側のコイルとを分離可能に構成することにより、フィールド機器を所定位置に設置することで、電源ラインＬから電力供給を受けるようにしてもよい。この場合には、フィールド機器を電源ラインＬに対して容易に着脱可能となる。
【０１１７】
上記実施例１〜７の充電システムに使用されるスイッチ３５および上記実施例５〜７の変復調部３６を、フィールド機器本体の筐体とは別の筐体に収容し、この別の筐体をフィールド機器本体と電源ラインＬとの中間に設置してもよい。
【０１１８】
上記実施例６〜７の充電システムにおいて、無線通信により送受信しているデータの一部または全部を、無線通信とともに電源ラインＬ上で送受信してもよい。例えば、測定データ・制御状態などを無線で飛ばした場合には、有線通信に対比して十分な信頼性が得られない場合がある。そこで、重要なデータについては無線と電源ラインＬの双方で送受信してもよい。
【０１１９】
そして、電源ラインＬ経由と無線通信の双方でデータを送信し、受信されたデータの整合性が取れない場合は、無線通信の通信周波数を変える、無線の送信パワーを大きくするなどの処置をとるとよい。
【０１２０】
電源ラインＬ経由で情報を送受信する際に、従来、指摘されるような問題、例えば、電源にデータを重畳させるためにデータが正しく伝送されないなどの問題がある場合、同一データについて無線通信部３２による無線通信による送受信を行なって、電源ラインＬ経由で送受信されたデータが正しく伝送されているかを確認してもよい。この場合、所定の周期で、あるいはデータ値異常が発生した際や保守点検時などに上記の確認作業を行えばよい。
【０１２１】
また、無線での送受信に失敗した場合、例えば、データそのものが送受信に失敗した場合、データが欠落し、あるいはサム値チェックが一致しない場合等には、電源ラインＬ経由でデータを送受信するようにしてもよい。
【０１２２】
また無線通信の場合、フィールド機器の無線通信部３２と通信を行うアクセスポイントとの距離が物理的に遠い場合、無線通信部３２の送信パワーを大きくする必要があり、二次電池３１の消耗も早くなる。このような場合は、電源ラインＬ経由でデータを送受信してもよい。
【０１２３】
上記実施例１〜７では、スイッチ３５を単独使用しているが、信頼性を増すために、２つのスイッチを並列に設けてもよい。この場合、一方を稼働用とし、他方を待機用とすることで、稼働用のスイッチが故障した場合に待機用であったスイッチを稼働用に切り替えることができる。
【０１２４】
上記各実施例では、スイッチ３５をオンさせるフィールド機器を１台のみ選択する例を中心に説明しているが、同時にスイッチ３５をオンさせるフィールド機器を複数台にしてもよい。要は、（スイッチがオンしているフィールド機器数）＜（電源ラインＬに接続されるフィールド機器数）となればよい。電源供給装置の容量、安全面などを考慮し、同時に充電できる台数を決定するとよい。
【０１２５】
フィールド機器に複数の二次電池を搭載し、複数の二次電池の中から１つの二次電池を択一的に使用可能としてもよい。複数の二次電池の中からその時点で残容量の大きなものを使用し、残容量の小さなものに対して同時に充電するようにしてもよい。
【０１２６】
上記各実施例において、充電部３４またはスイッチ３５に対しても、二次電池３１から電力を供給してもよい。この場合、二次電池３１の残容量が完全に失われると充電部３４またはスイッチ３５が動作しなくなるので、上記のように二次電池を複数個設け、いずれかの二次電池には電力が残っているようにするとよい。
【０１２７】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムに対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
３０、３０Ａ、３０Ｂ フィールド機器
３３ 信号処理部（選択手段）
３５ スイッチ
１０２ 制御部（選択手段）
１０１ 電源部（電源）
Ｌ 電源ライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器は、プラント・工場などに設置され測定、制御等を行う。また、フィールド機器は、無線によって他のフィールド機器や上位のデータ収集装置等と通信を行なっている。
【０００３】
図１０（ａ）は、従来のフィールド機器の構成例を示すブロック図である。図１０（ａ）に示すように、フィールド機器１０は、バッテリー１１、無線通信部１２、処理部１３を有する。バッテリー１１は、例えば、塩化チオニルリチウム電池のような一次電池である。無線通信部１２は、バッテリー１１からの電力供給を受け、他のフィールド機器やデータ収集装置と無線通信を行う。処理部１３は、バッテリー１１からの電力供給を受け、センサ（不図示）からの測定データの収集・信号処理、バルブ（不図示）の開閉等の処理を行う。なお、無線通信部１２が受信したコマンドに従って処理部１３は動作し、測定結果やバルブの制御状態、自フィールド機器の状態などを無線通信部１２を介してデータ収集装置に送信させる。
【０００４】
図１０（ｂ）は、従来のフィールド機器の他の構成例を示すブロック図である。図１０（ｂ）に示すように、フィールド機器２０では、バッテリーの代わりに電源ラインＬ１の電圧を自フィールド機器に用いる直流電圧レベルに変換する変換部２１を備える（例えば、特表２００７−５１５７１７号公報参照）。フィールド機器２０では、変換部２１からの電力によって、無線通信部２２および処理部２３が作動する。無線通信部２２および処理部２３の機能は、それぞれ無線通信部１２および処理部１３の機能と同様である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００７−５１５７１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
フィールド機器の台数は、プラント・工場の規模によるが、数百〜数千台になる。このため、図１０（ａ）に示す例では、フィールド機器２０のバッテリ１１を１台ごとに保守・交換するのに多大な工数を要する。また、図１０（ｂ）に示す例では、電源ラインＬ１に数百〜数千台分のフィールド機器２０の電力を通電することになり、大電力となり、発熱による電力ロス、電源ラインＬ１に電力を供給する装置の大型化、電源ラインＬ１のケーブルの大口径化、さらに感電の危険性を招くという問題がある。
【０００７】
本発明の目的は、保守が容易で、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる充電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の充電システムは、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムであって、複数のフィールド機器に共通に接続された電源ラインと、前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択する選択手段と、前記選択手段により選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う電源と、を備える。
この充電システムによれば、充電対象として選択された一部のフィールド機器に対してのみ電源ラインを介して選択的に充電を行うので、フィールド機器の個々の充電状態を点検する必要がなく、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる。
【０００９】
前記選択手段は、前記フィールド機器からの要求に応じて前記一部のフィールド機器を充電対象として選択してもよい。
【００１０】
前記要求は無線通信を介する要求であってもよい。
【００１１】
前記要求は前記電源ラインを通信経路とする通信を介する要求であってもよい。
【００１２】
前記要求は前記フィールド機器からの自発的な要求であってもよい。
【００１３】
前記要求は前記選択手段からの問い合わせに応じた要求であってもよい。
【００１４】
前記フィールド機器は、充電可能な充電状態と充電不可能な非充電状態とを切り替えるスイッチを備え、前記選択手段は、充電対象として選択されている前記フィールド機器の前記スイッチを前記充電状態とし、充電対象として選択されていない前記フィールド機器の前記スイッチを前記非充電状態としてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の充電システムによれば、充電対象として選択された一部のフィールド機器に対してのみ電源ラインを介して選択的に充電を行うので、フィールド機器の個々の充電状態を点検する必要がなく、装置の小型化や電力ロスの軽減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１の充電システムの構成を示すブロック図。
【図２】実施例１の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図３】実施例２の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図４】実施例３の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図５】実施例４の充電システムの構成を示すブロック図。
【図６】実施例５の充電システムの構成を示すブロック図。
【図７】実施例５の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図８】実施例６の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図９】実施例７の充電システムの充電動作を示すフローチャート。
【図１０】従来のフィールド機器を示す図であり、（ａ）は従来のフィールド機器の構成例を示すブロック図、（ｂ）は従来のフィールド機器の他の構成例を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明による充電システムの実施形態について説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、実施例１の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。
【００１９】
図１に示すように、プラントに設置されたフィールド機器３０，３０，・・・は、共通の電源ラインＬに接続され、電源ラインＬの一端側には電源供給装置１００が接続されている。後述するように、電源ラインＬは、選択されたフィールド機器３０の二次電池への充電のための電力供給ラインとして機能する。
【００２０】
フィールド機器３０は、電源として機能する二次電池３１と、無線によるデータ通信を行う無線通信部３２と、種々の信号処理を実行する信号処理部３３と、二次電池３１への充電を行うための充電部３４と、充電部３４への電力供給を制御するスイッチ３５と、を備える。フィールド機器３０は、二次電池３１を電源として用いることで、電源供給装置１００との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２１】
二次電池３１は繰り返し充電可能な電池であり、例えばリチウムイオン電池が使用される。無線通信部３２は、二次電池３１からの電力供給を受け、電源供給装置１００との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２２】
信号処理部３３は、二次電池３１からの電力供給を受け、センサ（不図示）からの測定データに基づく信号処理やバルブ（不図示）の開閉などの処理を行う。なお、フィールド機器３０に接続されるセンサ、バルブ等の機器は、フィールド機器３０の機種・用途によって様々である。また、信号処理部３３は、無線通信部３２に通信データの授受を行わせるとともに、スイッチ３５を制御する。
【００２３】
充電部３４は、スイッチ３５を介して供給される電源ラインＬからの電力により、二次電池３１を充電する。
【００２４】
スイッチ３５は、信号処理部３３の指示に基づいて電源ラインＬと充電部３４との間の接続のオン、オフを切り替える。
【００２５】
図１に示すように、電源供給装置１００は、電源ラインＬに電力を供給する電源部１０１と、電源供給装置１００全体を統合的に制御する制御部１０２と、無線によるデータ通信を行う無線通信部１０３と、電力供給のために必要な情報を格納するメモリ１０４と、を備える。
【００２６】
電源部１０１は、外部の装置（不図示）からの電力を所定の電圧レベル・電流レベルの電力に変換し、電源ラインＬに出力する。電源ラインＬに出力される電力は直流、交流のいずれでもよい。
【００２７】
無線通信部１０３は、制御部１０２の指示に基づいて、フィールド機器３０との間で無線によるデータ通信を行う。
【００２８】
次に、図１に示す充電システムの動作を説明する。
【００２９】
電源供給装置１００の電源部１０１は、電源ラインＬに二次電池３１を充電するのに必要な電力を出力する。例えば、１台のフィールド機器３０の二次電池３１を充電するためにフィールド機器３０に供給すべき電力に、電源ラインＬにおける電力損失を付加した電力を出力する。もちろん、電源部１０１がプラント内のフィールド機器３０以外の設備に対しても電力を供給しているのならば、電力供給能力に対してそれらの設備用の電力をさらに上乗せする必要がある。
【００３０】
一方、フィールド機器３０は、内蔵された二次電池３１によって駆動される。そして、信号処理部３３が、センサの測定、バルブのコントロール等を行い、センサの測定結果やバルブのコントロール状態などのデータを、無線通信部３２を介して自機器よりも上位装置であるデータ収集装置（不図示）との間で送受信する。
【００３１】
図２は、二次電池への充電動作を示すフローチャートである。図２のステップＳ１〜ステップＳ８は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図２のステップＳ１１〜ステップＳ１４は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００３２】
図２のステップＳ１では、フィールド機器３０の信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１：Yes）、無線通信部３２を介して電源供給装置１００に自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ２）。
【００３３】
そして、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ１１：Yes）、現状で他のフィールド機器３０に対して、スイッチ３５のオンの許可を行なっていなければ（ステップＳ１２：Yes）、再充電要求を受けたフィールド機器３０に対し、通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１３）。
【００３４】
スイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１３）が電源供給装置１００から送信された場合（ステップＳ３：Yes）、この許可を無線通信部３２を介して受信したフィールド機器３０では、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ４）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信する（ステップＳ７）。そして電源供給装置１００の制御部１０２が、充電が完了した旨のデータを受信すると、次の再充電要求を許可できる状態（ステップＳ１２：Yes）となる。
【００３５】
なお、スイッチ３５のオンの許可の有無および充電が完了した旨のデータ受信の有無はメモリ１０４に記憶されており、ステップＳ１２において、制御部１０２はメモリ１０４を参照することで、他のフィールド機器３０に対するスイッチ３５のオンの許可の有無を判断する。
【００３６】
一方、電源供給装置１００の制御部１０２が、スイッチ３５のオンの許可を送信して再充電が完了した旨のデータを受信するまでの間に、他のフィールド機器３０からの再充電要求を受けた場合（ステップＳ１２：No）は、この他のフィールド機器３０に対し、スイッチ３５のオンの不許可を送信する（ステップＳ１５）。この不許可を受けたフィールド機器３０は（ステップＳ５：Yes）、所定の時間経過後に（ステップＳ８：Yes）再充電要求を再送する（ステップＳ２）。
【００３７】
このように、電源供給装置１００が、フィールド機器３０からの要求を受けた場合に、いずれかのフィールド機器３０に対しスイッチ３５のオンの許可を出していない場合にのみスイッチ３５のオンの許可を出すので、電源ラインＬ上に供給される電力を抑制することができる。つまり、電源ラインＬに接続された数百〜数千台のフィールド機器３０を駆動するための電力を供給する必要がない。これにより、電源ラインＬにおける電力ロスを抑えられるとともに、電源ラインＬの大口径化を抑制できる。さらに、電源供給装置１００の小型化、低コスト化を図ることができる。また、電源ラインＬの通電部分に誤って触れた際の感電等の安全面の向上を図ることができる。
【００３８】
また、電源ラインＬを介して適時、二次電池３５を充電できるので、図１０（ａ）に示す従来の構成における一次電池よりも小容量の二次電池を使用することができる。これにより二次電池そのものも小型化でき、フィールド機器３０全体としての小型化を図ることができる。
【００３９】
また、図１０（ｂ）に示す従来の構成では、電源ラインＬ１に電力を供給する装置が故障・停止した場合、この電源ラインＬ１に接続されるフィールド機器も動作しなくなるが、本実施例の装置では、フィールド機器３０は二次電池３１で駆動されているので、電源供給装置１００が故障・停止しても、フィールド機器３０の動作が継続し、停止しない。これにより、工場・プラント全体の動作も継続させることができ、工場・プラントの信頼性も向上する。
【００４０】
なお、本実施例では、二次電池への充電を行う対象は１台のフィールド機器３０のみとした場合を例示しているが、２台以上の任意の台数のフィールド機器３０に対して同時に二次電池への充電を行うようにしてもよい。この場合、電源供給装置１００からの電力供給能力を、複数台のフィールド機器３０の二次電池への充電に対応可能な能力とすればよい。
【実施例２】
【００４１】
以下、実施例２の充電システムについて実施例１との相違点を中心に説明する。
【００４２】
実施例２の充電システムでは、電源供給装置１００のメモリ１０４（図１）に、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を記録し、この受信状況を、許可要求を出すフィールド機器の選択に使用する。
【００４３】
図３は、実施例２の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図３のステップＳ２１〜ステップＳ２７は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図３のステップＳ３１〜ステップＳ３６は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００４４】
図３のステップＳ２１では、フィールド機器３０の信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ２１：Yes）、無線通信部３２を介して電源供給装置１００に自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ２２）。
【００４５】
次に、電源供給装置１００からのスイッチ３５のオンの許可（ステップＳ３６）が無線通信部３２を介して受信されるのを待って（ステップＳ２３：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ２５）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ２６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信し（ステップＳ２７）、ステップＳ２１へ戻る。
【００４６】
一方、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ３１：Yes）、メモリ１０４に再充電要求を受けたフィールド機器３０の識別情報（フィールド機器３０を特定するための情報）を書き込む（ステップＳ３３）。また、電源供給装置１００の制御部１０２が、フィールド機器３０から充電が完了した旨を、通信部１０３を介して受信した場合（ステップＳ３２：Yes）、充電が完了した旨を送信したフィールド機器３０の識別情報をメモリ１０４から消去する（ステップＳ３３）。
【００４７】
フィールド機器３０の識別情報が書き込みまたは消去された場合（ステップＳ３３）には、メモリ１０４を参照してメモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０があれば（ステップＳ３４：Yes）、その中から次に充電対象とすべきフィールド機器３０を選択して（ステップＳ３５）、そのフィールド機器３０に対し、通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ３６）。その後、ステップＳ３１へ戻る。
【００４８】
なお、ステップＳ３５では、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０が１台の場合には、そのフィールド機器３０を選択する。また、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０が複数台ある場合には、任意のアルゴリズムに従って次に充電対象とすべきフィールド機器３０を選択することができる。例えば、識別情報が格納された順番に従い、最も早く再充電要求を受けたフィールド機器３０を選択してもよい。また、再充電要求に緊急度のレベル（二次電池の残容量に対応したもので、残容量が少ないほどレベルが高くなる）を付加させ、識別情報とともに緊急度のレベルのも併せて格納し、この緊急度のレベルが最も高いフィールド機器３０を選択してもよい。
【００４９】
以上のように、実施例２の充電システムでは、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を電力供給装置１００において管理するため、フィールド機器３０における動作を単純化することができる。例えば、フィールド機器３０から電力供給装置１００に対して繰り返し再充電要求を送信する必要がなくなる。
【実施例３】
【００５０】
以下、実施例３の充電システムについて実施例１との相違点を中心に説明する。
【００５１】
実施例３の充電システムでは、電源供給装置１００が順次各フィールド機器３０に対して再充電の要否を問い合わせ、再充電の要求がある場合に、そのフィールド機器３０に対しスイッチ３５のオンの許可を与える。
【００５２】
図４は、実施例３の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図４のステップＳ４１〜ステップＳ４７は、フィールド機器３０の信号処理部３３における処理を、図４のステップＳ５１〜ステップＳ５６は、電源供給装置１００の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００５３】
図４のステップＳ５１〜ステップＳ５６に示すように、電源供給装置１００の制御部１０２は、メモリ１０４に格納されたリストを参照し、例えばリスト上のｎ番目のフィールド機器３０を選択し（ステップＳ５１）、この選択されたフィールド機器３０に対して無線通信部１０３を介し再充電の要否についての問い合わせを行う。
【００５４】
この問い合わせに応じて、後述するスイッチ３５のオンの許可要求が無線通信部１０３を介して受信された場合には（ステップＳ５３：Yes）、無線通信部１０３を介してスイッチ３５のオンの許可を返信する（ステップＳ５５）。その後、無線通信部１０３を介してこのフィールド機器３０から再充電が完了した旨のデータが受信されるのを待って（ステップＳ５６：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ５１）。
【００５５】
上記の問い合わせに応じて、後述する不要情報が受信された場合には（ステップＳ５４：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ５１）。
【００５６】
一方、フィールド機器３０が、無線通信部３２を介して電源供給装置１００からの上記問い合わせを受信した場合（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０の信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、必要と判断した場合には（ステップＳ４２：Yes）、無線通信部３２を介してスイッチ３５のオンの許可要求を送信する（ステップＳ４３）。この許可要求は、電源供給装置１００において受信されることになる（ステップＳ５３：Yes）。次に、信号処理部３３は、電源供給装置１００からの許可（ステップＳ５５）が無線通信部３２を介して受信されるのを待って（ステップＳ４４）、スイッチ３５をオンする（ステップＳ４５）。次に、再充電が終了するのを待って（ステップＳ４６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、無線通信部３２を介して電力供給装置１００に充電が完了した旨を送信する（ステップＳ４７）。その後、ステップＳ４１に戻る。
【００５７】
一方、フィールド機器３０が、無線通信部３２を介して電源供給装置１００からの上記問い合わせを受信した際に（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０の信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、不要と判断した場合には（ステップＳ４２：No）、無線通信部３２を介してスイッチ３５の不要情報を送信する（ステップＳ４４）。この不要情報は、電源供給装置１００において受信されることになる（ステップＳ５４：Yes）。
【００５８】
このように、実施例３の充電システムでは、電源供給装置１００の側から再充電の要否をフィールド機器３０に問い合わせ、その問い合わせに対する返答に基づいてスイッチ３５をオンする許可を与えている。
【００５９】
なお、図４に示す処理において、フィールド機器３０からの許可要求（ステップＳ４３）に対する許可（ステップＳ５５）の送信を省略してもよい。電源供給装置１００からの問い合わせ（ステップＳ５２）が、対応するフィールド機器３０に対しスイッチ３５をオンする権利を与えることを意味するからである。ただし、この場合にも不要情報の送受信（ステップＳ４４、ステップＳ５４）および充電完了を知らせるデータの送受信（ステップＳ４７、ステップＳ５６）は必要である。
【００６０】
上記実施例３の充電システムでは、メモリ１０４にフィールド機器のリストを格納しているが、メモリ１０４とは別のメモリにこのリストを格納してもよい。
【実施例４】
【００６１】
以下、実施例４の充電システムについて説明する。図５は、実施例４の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。なお、図５において図１と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。実施例４の充電システムは、電源ラインＬを通信ラインとして使用することを特徴としている。
【００６２】
図５に示すように、実施例４の充電システムでは、フィールド機器３０Ａの充電部３４とスイッチ３５の間に変復調部３６が設けられる。この変復調部３６は二次電池３１により駆動されるとともに、信号処理部３３により制御される。スイッチ３５は、電源ラインＬと充電部３４とを結ぶ電源供給経路、電源ラインＬと変復調部３６とを結ぶ通信経路の接続／切断を同時に切り替える共通のスイッチとして機能する。
【００６３】
また、電源供給装置１００Ａの電源部１０１と電源ラインＬの接続部に、変復調部１０６が設けられる。この変復調部１０６は制御部１０２により制御される。
【００６４】
変復調部３６および変復調部１０６は、電源ラインＬ上に通電される電圧または電流を変調して情報を重畳させるとともに、電圧または電流に重畳した情報を抽出して復調するものである。
【００６５】
ここで、変復調部３６および変復調部１０６としては、例えば、電源ラインＬがファウンデーションフィールドバス、PROFiバス、ハート通信のように規格化されたものであれば、それらの規格に準拠したものである。また、電源ラインＬが、プラント内の商用電源ライン（例えば、東日本ならば１００Ｖ、２００Ｖの５０Hz電源の配線）であれば、高速電力線通信（いわゆるPLC(Power Line Communication)）、外国の給電方式であれば、HomePlug、UPA（Universal Powerline Association）などに準拠するとよい。
【００６６】
次に、実施例４の充電システムの動作について説明する。
【００６７】
フィールド機器３０Ａのスイッチ３５がオンするまでの動作は、実施例１〜３の充電システムと同様の動作を適用でき、フィールド機器３０Ａからの再充電要求、あるいは電源供給装置１００Ａからの問い合わせをトリガとして一連の処理が実行され、最終的にスイッチ３５がオンされる。
【００６８】
スイッチ３５がオンされ充電が開始されてから、充電が完了してスイッチ３５がオフされるまでの間、そのフィールド機器３０Ａの信号処理部３３が自機器の情報を、変復調部３６を介して電源ラインＬに乗せて電源供給装置１００Ａに送信する。
【００６９】
電源供給装置１００Ａの変復調部１０６は、電源ラインＬに重畳されたフィールド機器３０の情報を抽出・復調して制御部１０２に出力する。そして、制御部１０２が抽出された情報に対する処理を行う。
【００７０】
なお、フィールド機器３０が送信する自機器の情報としては、例えば、充電が完了する予想時刻の情報があり、制御部１０２の処理としては、この情報に基づいて、次にスイッチ３５をオンさせる時刻を決めるスケジューリングなどがある。
【００７１】
また、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、充電を開始してからの経過時間を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池３１や充電部３４の回路の劣化、異常、故障等を検出することができる。例えば、通常は数時間程度で充電が終わるものについて充電に数十時間もかかるような場合には、劣化等が発生していると判断できる。
【００７２】
また、フィールド機器３０Ａは再充電要求を無線通信で電源供給装置１００Ａに送信する際に、自機器の識別情報を併せて送信しているので、電源供給装置１００Ａ側ではどのフィールド機器が再充電要求を出しているのかを把握している。このため電源ラインＬからも自機器の識別情報を送信することで、電源供給装置１００Ａ側において、実際にスイッチ３５がオンされている機器と無線通信で得た識別情報との整合性を確認できる。
【００７３】
また、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、充電を行なった回数を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池３１の交換時期を判断することができる。
【００７４】
さらに、フィールド機器３０Ａの自機器の情報として、前回充電を行なってからの経過時間を送信することにより、この情報に基づいて制御部１０２において二次電池の状態等を推定できる。例えば、前回の充電から短期間で充電が行われるような場合には、二次電池３１の劣化またはフィールド機器の異常や故障による電力消費の増加などを事前に検出できる。
【００７５】
このように、実施例４の充電システムでは、スイッチ３５がオンされている間、電源供給装置１００Ａが、フィールド機器３０Ａから電源ラインＬを介して情報を取得できるので、フィールド機器３０Ａの管理を効率よく行うことができるとともに、無線通信側の資源を有効に用いることができる。
【００７６】
すなわち、フィールド機器３０Ａは、上位のデータ収集装置、他のフィールド機器３０Ａ等と、無線通信でデータの送受信を行なっている。電源ラインＬ経由でなく無線通信で自機器の情報を電源供給装置１００Ａに送信すると、無線通信部３２の負荷、無線通信のトラフィックが増加するが、電源ラインＬを用いることでそれらの問題を軽減することができる。
【００７７】
また、スイッチ３５は電源供給経路および通信経路の両者の接続／切断を同時に行うため、電源供給装置１００Ａの通信相手となるフィールド機器３０Ａが、充電対象となっている機器に物理的に限定される。このため、通信相手となっていない他のフィールド機器３０の故障等に起因する電源ラインＬ上の通信障害を回避できる。また、通信相手となるフィールド機器３０Ａを特定するための通信上の処理が不要になるなど、電源ラインＬ上の通信処理の簡素化を図ることができる。
【００７８】
なお、スイッチ３５がオンされている間、電源供給装置１００側からもフィールド機器３０Ａに対し、電源ラインＬを介して情報を送信してもよい。
【実施例５】
【００７９】
以下、実施例５の充電システムについて説明する。図６は、実施例５の充電システムの構成を示すブロック図である。この充電システムは、プラントの一部を構成している。なお、図６において図１と同一要素には同一符号を付し、その説明は省略する。
【００８０】
実施例１〜４の充電システムでは、再充電要求やスイッチ３５のオンの許可／不許可などを無線通信で行う例を示したが、実施例５の充電システムでは、これらの再充電要求やスイッチ３５のオンの許可／不許可についても電源ラインＬを介する通信を用いる。
【００８１】
図６に示すように、フィールド機器３０Ｂに設けられた変復調部３６は、スイッチ３５を介することなく直接、電源ラインＬに接続される。変復調部３６は二次電池３１によって駆動され、電源ラインＬ上の電力で駆動されない。また、変復調部３６は信号処理部３３により制御される。
【００８２】
次に、実施例５の充電システムの動作について説明する。
【００８３】
フィールド機器３０Ｂが、センサ・バルブに関する情報を、無線通信部３２を介してデータ収集装置と送受信する動作は実施例１〜４と同様であるため説明を省略する。
【００８４】
実施例５の充電システムでは、再充電要求およびスイッチ３５のオンの許可／不許可について実施例１と同様の手順で行うが、通信経路として無線通信に代えて、電源ラインＬを使用する。以下、再充電要求およびスイッチ３５のオンの許可／不許可の手順について説明する。
【００８５】
図７は、二次電池への充電動作を示すフローチャートである。図７のステップＳ１０１〜ステップＳ１０８は、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３における処理を、図７のステップＳ１１１〜ステップＳ１１４は、電源供給装置１００Ａの制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００８６】
図７のステップＳ１０１では、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１０１：Yes）、変復調部３６と電源ラインＬを介して電源供給装置１００Ａに自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ１０２）。
【００８７】
そして、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０からの再充電要求を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１１１：Yes）、現状で他のフィールド機器３０Ｂに対して、スイッチ３５のオンの許可を行なっていなければ（ステップＳ１１２：Yes）、再充電要求を受けたフィールド機器３０Ｂに対し、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１１３）。すなわち、変復調部１０６がスイッチ３５のオンを許可するデータを電源ラインＬ上に重畳させる。このとき、再充電を要求してきたフィールド機器３０Ｂを送信先とする情報も併せて重畳する。
【００８８】
スイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１１３）が電源供給装置１００Ａから送信された場合（ステップＳ３：Yes）、この許可を変復調部３６が抽出、変調して信号処理部３３に出力する。この許可を受けてフィールド機器３０Ｂの信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ１０４）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ１０６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６および電源ラインＬを介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信する（ステップＳ１０７）。そして電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、充電が完了した旨のデータを受信すると、次の再充電要求を許可できる状態（ステップＳ１１２：Yes）となる。
【００８９】
なお、スイッチ３５のオンの許可の有無および充電が完了した旨のデータ受信の有無はメモリ１０４に記憶されており、ステップＳ１１２において、制御部１０２はメモリ１０４を参照することで、他のフィールド機器３０Ｂに対するスイッチ３５のオンの許可の有無を判断する。
【００９０】
一方、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、スイッチ３５のオンの許可を送信して再充電が完了した旨のデータを受信するまでの間に、他のフィールド機器３０Ｂからの再充電要求を受けた場合（ステップＳ１１２：No）は、この他のフィールド機器３０Ｂに対し、スイッチ３５のオンの不許可を送信する（ステップＳ１１５）。この不許可を受けたフィールド機器３０Ｂは（ステップＳ１０５：Yes）、所定の時間経過後に（ステップＳ１０８：Yes）再充電要求を再送する（ステップＳ１０２）。
【００９１】
このように、電源供給装置１００Ａが、フィールド機器３０Ｂからの要求を受けた場合に、いずれかのフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５のオンの許可を出していない場合にのみスイッチ３５のオンの許可を出すので、電源ラインＬ上に供給される電力を抑制することができる。つまり、電源ラインＬに接続された数百〜数千台のフィールド機器３０Ｂを駆動するための電力を供給する必要がない。これにより、電源ラインＬにおける電力ロスを抑えられるとともに、電源ラインＬの大口径化を抑制できる。さらに、電源供給装置１００Ａの小型化、低コスト化を図ることができる。また、電源ラインＬの通電部分に誤って触れた際の感電等の安全面の向上を図ることができる。
【００９２】
また、電源ラインＬを介して適時、二次電池３５を充電できるので、図１０（ａ）に示す従来の構成における一次電池よりも小容量の二次電池を使用することができる。これにより二次電池そのものも小型化でき、フィールド機器３０Ｂ全体としての小型化を図ることができる。
【００９３】
また、図１０（ｂ）に示す従来の構成では、電源ラインＬ１に電力を供給する装置が故障・停止した場合、この電源ラインＬ１に接続されるフィールド機器も動作しなくなるが、本実施例の装置では、フィールド機器３０Ｂは二次電池３１で駆動されているので、電源供給装置１００Ａが故障・停止しても、フィールド機器３０Ｂの動作が継続し、停止しない。これにより、工場・プラント全体の動作も継続させることができ、工場・プラントの信頼性も向上する。
【００９４】
さらに、本実施例の充電システムでは、二次電池への充電動作の通信経路として電源ラインＬを使用しているので、無線通信側の資源を有効に用いることができる。
【００９５】
なお、本実施例では、二次電池への充電を行う対象は１台のフィールド機器３０Ｂのみとした場合を例示しているが、２台以上の任意の台数のフィールド機器３０Ｂに対して同時に二次電池への充電を行うようにしてもよい。この場合、電源供給装置１００Ａからの電力供給能力を、複数台のフィールド機器３０Ｂの二次電池への充電に対応可能な能力とすればよい。
【実施例６】
【００９６】
以下、実施例６の充電システムについて実施例５との相違点を中心に説明する。
【００９７】
実施例６の充電システムでは、実施例２の充電システムと同様、電源供給装置１００Ａのメモリ１０４（図６）に、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を記録し、この受信状況を、許可要求を出すフィールド機器の選択に使用する。
【００９８】
図８は、実施例６の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図８のステップＳ１２１〜ステップＳ１２７は、フィールド機器３０Ｂ（図６）の信号処理部３３における処理を、図８のステップＳ１３１〜ステップＳ１３６は、電源供給装置１００Ａ（図６）の制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【００９９】
図３のステップＳ１２１では、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は、自機器の二次電池３１の残容量を監視し、残容量が所定のレベルを下回った場合（ステップＳ１２１：Yes）、変復調部３６および電源ラインＬ（図６）を介して電源供給装置１００Ａに自機器の再充電要求（すなわち、自機器のスイッチ３５のオンの許可要求）を行う（ステップＳ１２２）。
【０１００】
次に、電源供給装置１００Ａからのスイッチ３５のオンの許可（ステップＳ１３６）が変復調部１０６を介して受信されるのを待って（ステップＳ１２３：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオンする（ステップＳ２５）。そして、充電部３４が、スイッチ３５を介して電源ラインＬから供給される電力で二次電池３１を再充電する。再充電が完了した場合（ステップＳ１２６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６および電源ラインＬを介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信し（ステップＳ１２７）、ステップＳ１２１へ戻る。
【０１０１】
一方、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０Ｂからの再充電要求を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１３１：Yes）、メモリ１０４に再充電要求を受けたフィールド機器３０の識別情報（フィールド機器３０Ｂを特定するための情報）を書き込む（ステップＳ１３３）。また、電源供給装置１００Ａの制御部１０２が、フィールド機器３０Ｂから充電が完了した旨を、変復調部１０６を介して受信した場合（ステップＳ１３２：Yes）、充電が完了した旨を送信したフィールド機器３０Ｂの識別情報をメモリ１０４から消去する（ステップＳ１３３）。
【０１０２】
フィールド機器３０Ｂの識別情報が書き込みまたは消去された場合（ステップＳ１３３）には、メモリ１０４を参照してメモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂがあれば（ステップＳ１３４：Yes）、その中から次に充電対象とすべきフィールド機器３０Ｂを選択して（ステップＳ１３５）、そのフィールド機器３０Ｂに対し、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を送信する（ステップＳ１３６）。その後、ステップＳ１３１へ戻る。
【０１０３】
なお、ステップＳ１３５では、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂが１台の場合には、そのフィールド機器３０Ｂを選択する。また、メモリ１０４に識別情報が記憶されているフィールド機器３０Ｂが複数台ある場合には、任意のアルゴリズムに従って次に充電対象とすべきフィールド機器３０Ｂを選択することができる。例えば、識別情報が格納された順番に従い、最も早く再充電要求を受けたフィールド機器３０Ｂを選択してもよい。また、再充電要求に緊急度のレベル（二次電池の残容量に対応したもので、残容量が少ないほどレベルが高くなる）を付加させ、識別情報とともに緊急度のレベルのも併せて格納し、この緊急度のレベルが最も高いフィールド機器３０Ｂを選択してもよい。
【０１０４】
以上のように、実施例６の充電システムでは、再充電要求および充電が完了した旨の受信状況を電力供給装置１００Ａにおいて管理するため、フィールド機器３０Ｂにおける動作を単純化することができる。例えば、フィールド機器３０Ｂから電力供給装置１００Ａに対して繰り返し再充電要求を送信する必要がなくなる。
【実施例７】
【０１０５】
以下、実施例７の充電システムについて実施例５との相違点を中心に説明する。
【０１０６】
実施例７の充電システムでは、実施例３の充電システムと同様、電源供給装置１００Ａ（図６）が順次各フィールド機器３０Ｂ（図６）に対して再充電の要否を問い合わせ、再充電の要求がある場合に、そのフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５のオンの許可を与える。
【０１０７】
図９は、実施例７の充電システムの充電動作を示すフローチャートである。図９のステップＳ１４１〜ステップＳ１４７は、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３における処理を、図９のステップＳ１５１〜ステップＳ１５６は、電源供給装置１００Ａの制御部１０２における処理を、それぞれ示している。
【０１０８】
図３のステップＳ１５１〜ステップＳ１５６に示すように、電源供給装置１００Ａの制御部は、メモリ１０４に格納されたリストを参照し、例えばリスト上のｎ番目のフィールド機器３０Ｂを選択し（ステップＳ１５１）、この選択されたフィールド機器３０Ｂに対して変復調部１０６および電源ラインＬを介するデータ送信により再充電の要否についての問い合わせを行う。
【０１０９】
この問い合わせに応じて、後述するスイッチ３５のオンの許可要求が変復調部１０６を介して受信された場合には（ステップＳ１５３：Yes）、変復調部１０６を介してスイッチ３５のオンの許可を返信する（ステップＳ１５５）。その後、変復調部１０６を介してこのフィールド機器３０Ｂから再充電が完了した旨のデータが受信されるのを待って（ステップＳ１５６：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ１５１）。上記の問い合わせに応じて、後述する不要情報が受信された場合には（ステップＳ１５４：Yes）、メモリ１０４のリストを参照し、次のｎ＋１番目のフィールド機器を選択する（ステップＳ１５１）。
【０１１０】
一方、フィールド機器３０Ｂが、変復調部３６を介して電源供給装置１００Ａからの上記問い合わせを受信した場合（ステップＳ１４１：Yes）、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、必要と判断した場合には（ステップＳ１４２：Yes）、変復調部３６を介してスイッチ３５のオンの許可要求を送信する（ステップＳ１４３）。この許可要求は、電源供給装置１００Ａにおいて受信されることになる（ステップＳ１５３：Yes）。次に、信号処理部３３は、電源供給装置１００Ａからの許可（ステップＳ１５５）が変復調部３６を介して受信されるのを待って（ステップＳ１４４）、スイッチ３５をオンする（ステップＳ１４５）。次に、再充電が終了するのを待って（ステップＳ１４６：Yes）、信号処理部３３がスイッチ３５をオフするとともに、変復調部３６を介して電力供給装置１００Ａに充電が完了した旨を送信する（ステップＳ１４７）。その後、ステップＳ１４１に戻る。
【０１１１】
一方、フィールド機器３０Ｂが、変復調部３６を介して電源供給装置１００Ａからの上記問い合わせを受信した際に（ステップＳ４１：Yes）、フィールド機器３０Ｂの信号処理部３３は再充電が必要か否か判断し、不要と判断した場合には（ステップＳ１４２：No）、変復調部３６を介してスイッチ３５の不要情報を送信する（ステップＳ１４３）。この不要情報は、電源供給装置１００Ａにおいて受信されることになる（ステップＳ１５４：Yes）。
【０１１２】
このように、実施例７の充電システムでは、電源供給装置１００Ａの側から再充電の要否をフィールド機器３０Ｂに問い合わせ、その問い合わせに対する返答に基づいてスイッチ３５をオンする許可を与えている。
【０１１３】
なお、図９に示す処理において、フィールド機器３０Ｂからの許可要求（ステップＳ１４３）に対する許可（ステップＳ１５５）の送信を省略してもよい。電源供給装置１００Ａからの問い合わせ（ステップＳ１５２）が、対応するフィールド機器３０Ｂに対しスイッチ３５をオンする権利を与えることを意味するからである。ただし、この場合にも不要情報の送受信（ステップＳ１４４、ステップＳ１５４）および充電完了を知らせるデータの送受信（ステップＳ１４７、ステップＳ１５６）は必要である。
【０１１４】
上記実施例７の充電システムでは、メモリ１０４にフィールド機器のリストを格納しているが、メモリ１０４とは別のメモリにこのリストを格納してもよい。
【０１１５】
上記実施例１〜７の充電システムに使用されるスイッチ３５として、例えば、金属などの導電体を物理的に接触・非接触させるような機械的スイッチ、半導体スイッチ、電磁誘導を用いた非接触型スイッチを適用することができる。
【０１１６】
また、電源供給装置から電源ラインＬに供給される電力が交流の場合には、コイル間の電磁誘導を用いて電源ラインＬの側（１次側）からフィールド機器の側（２次側）に電力を供給してもよい。この場合、電源ラインＬ側（１次側）のコイルに直列にスイッチを挿入し、このスイッチにスイッチ３５に代わる機能を持たせてもよい。なお、電源ライン側（１次側）のコイルと、フィールド機器に設けられた２次側のコイルとを分離可能に構成することにより、フィールド機器を所定位置に設置することで、電源ラインＬから電力供給を受けるようにしてもよい。この場合には、フィールド機器を電源ラインＬに対して容易に着脱可能となる。
【０１１７】
上記実施例１〜７の充電システムに使用されるスイッチ３５および上記実施例５〜７の変復調部３６を、フィールド機器本体の筐体とは別の筐体に収容し、この別の筐体をフィールド機器本体と電源ラインＬとの中間に設置してもよい。
【０１１８】
上記実施例６〜７の充電システムにおいて、無線通信により送受信しているデータの一部または全部を、無線通信とともに電源ラインＬ上で送受信してもよい。例えば、測定データ・制御状態などを無線で飛ばした場合には、有線通信に対比して十分な信頼性が得られない場合がある。そこで、重要なデータについては無線と電源ラインＬの双方で送受信してもよい。
【０１１９】
そして、電源ラインＬ経由と無線通信の双方でデータを送信し、受信されたデータの整合性が取れない場合は、無線通信の通信周波数を変える、無線の送信パワーを大きくするなどの処置をとるとよい。
【０１２０】
電源ラインＬ経由で情報を送受信する際に、従来、指摘されるような問題、例えば、電源にデータを重畳させるためにデータが正しく伝送されないなどの問題がある場合、同一データについて無線通信部３２による無線通信による送受信を行なって、電源ラインＬ経由で送受信されたデータが正しく伝送されているかを確認してもよい。この場合、所定の周期で、あるいはデータ値異常が発生した際や保守点検時などに上記の確認作業を行えばよい。
【０１２１】
また、無線での送受信に失敗した場合、例えば、データそのものが送受信に失敗した場合、データが欠落し、あるいはサム値チェックが一致しない場合等には、電源ラインＬ経由でデータを送受信するようにしてもよい。
【０１２２】
また無線通信の場合、フィールド機器の無線通信部３２と通信を行うアクセスポイントとの距離が物理的に遠い場合、無線通信部３２の送信パワーを大きくする必要があり、二次電池３１の消耗も早くなる。このような場合は、電源ラインＬ経由でデータを送受信してもよい。
【０１２３】
上記実施例１〜７では、スイッチ３５を単独使用しているが、信頼性を増すために、２つのスイッチを並列に設けてもよい。この場合、一方を稼働用とし、他方を待機用とすることで、稼働用のスイッチが故障した場合に待機用であったスイッチを稼働用に切り替えることができる。
【０１２４】
上記各実施例では、スイッチ３５をオンさせるフィールド機器を１台のみ選択する例を中心に説明しているが、同時にスイッチ３５をオンさせるフィールド機器を複数台にしてもよい。要は、（スイッチがオンしているフィールド機器数）＜（電源ラインＬに接続されるフィールド機器数）となればよい。電源供給装置の容量、安全面などを考慮し、同時に充電できる台数を決定するとよい。
【０１２５】
フィールド機器に複数の二次電池を搭載し、複数の二次電池の中から１つの二次電池を択一的に使用可能としてもよい。複数の二次電池の中からその時点で残容量の大きなものを使用し、残容量の小さなものに対して同時に充電するようにしてもよい。
【０１２６】
上記各実施例において、充電部３４またはスイッチ３５に対しても、二次電池３１から電力を供給してもよい。この場合、二次電池３１の残容量が完全に失われると充電部３４またはスイッチ３５が動作しなくなるので、上記のように二次電池を複数個設け、いずれかの二次電池には電力が残っているようにするとよい。
【０１２７】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムに対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
３０、３０Ａ、３０Ｂ フィールド機器
３３ 信号処理部（選択手段）
３５ スイッチ
１０２ 制御部（選択手段）
１０１ 電源部（電源）
Ｌ 電源ライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムであって、
複数のフィールド機器に共通に接続された電源ラインと、
前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う電源と、
を備える充電システム。
【請求項２】
前記選択手段は、前記フィールド機器からの要求に応じて前記一部のフィールド機器を充電対象として選択することを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記要求は無線通信を介する要求であることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記要求は前記電源ラインを通信経路とする通信を介する要求であることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
【請求項５】
前記要求は前記フィールド機器からの自発的な要求であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項６】
前記要求は前記選択手段からの問い合わせに応じた要求であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項７】
前記フィールド機器は、充電可能な充電状態と充電不可能な非充電状態とを切り替えるスイッチを備え、
前記選択手段は、充電対象として選択されている前記フィールド機器の前記スイッチを前記充電状態とし、充電対象として選択されていない前記フィールド機器の前記スイッチを前記非充電状態とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項１】
充電された電力により作動する、複数のフィールド機器の各々に充電を行うフィールド機器の充電システムであって、
複数のフィールド機器に共通に接続された電源ラインと、
前記複数のフィールド機器の中から一部のフィールド機器を充電対象として選択する選択手段と、
前記選択手段により選択された前記一部のフィールド機器に対してのみ前記電源ラインを介して選択的に充電を行う電源と、
を備える充電システム。
【請求項２】
前記選択手段は、前記フィールド機器からの要求に応じて前記一部のフィールド機器を充電対象として選択することを特徴とする請求項１に記載の充電システム。
【請求項３】
前記要求は無線通信を介する要求であることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
【請求項４】
前記要求は前記電源ラインを通信経路とする通信を介する要求であることを特徴とする請求項２に記載の充電システム。
【請求項５】
前記要求は前記フィールド機器からの自発的な要求であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項６】
前記要求は前記選択手段からの問い合わせに応じた要求であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の充電システム。
【請求項７】
前記フィールド機器は、充電可能な充電状態と充電不可能な非充電状態とを切り替えるスイッチを備え、
前記選択手段は、充電対象として選択されている前記フィールド機器の前記スイッチを前記充電状態とし、充電対象として選択されていない前記フィールド機器の前記スイッチを前記非充電状態とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の充電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−１０６４２９（Ｐ２０１３−１０６４２９Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４８５８５（Ｐ２０１１−２４８５８５）
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１４日（２０１１．１１．１４）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]