無線ネットワークプロセス監視システム
【課題】システムの簡素化と高信頼化を実現した無線ネットワークプロセス監視システムを提供する。
【解決手段】信号変換器１ａ〜１ｄに過去の変換器データと演算周期毎に更新するシーケンス番号を保存するデータ保持部と無線伝送を行うＲＦ送受信部データと送信開始するための待ち時間を計時する送信周期タイマを設け、ゲートウェイ４に変換器データの周期更新を行う収集データテーブル５と計測データテーブル６を設け、収集データテーブル５でシーケンス番号を監視し、周期が遅延した場合センサノードの異常と判定する収集データ格納判定部を設けた。上位計算機３に、ゲートウェイの無線伝送チャネルと信号変換器種別とノードアドレスをゲートウェイに設定するＩＤ設定部と、信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し収集した過去の変換器データを計測データ記録ファイルに保存するデータ収集警報チェック部を設け変換器データの欠損を補う。
【解決手段】信号変換器１ａ〜１ｄに過去の変換器データと演算周期毎に更新するシーケンス番号を保存するデータ保持部と無線伝送を行うＲＦ送受信部データと送信開始するための待ち時間を計時する送信周期タイマを設け、ゲートウェイ４に変換器データの周期更新を行う収集データテーブル５と計測データテーブル６を設け、収集データテーブル５でシーケンス番号を監視し、周期が遅延した場合センサノードの異常と判定する収集データ格納判定部を設けた。上位計算機３に、ゲートウェイの無線伝送チャネルと信号変換器種別とノードアドレスをゲートウェイに設定するＩＤ設定部と、信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し収集した過去の変換器データを計測データ記録ファイルに保存するデータ収集警報チェック部を設け変換器データの欠損を補う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対、測温抵抗体、伝送器などの各種センサからの信号を変換する信号変換器のデータを無線伝送で上位装置に送信する無線ネットワークプロセス監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、信号変換器はプロセスインターフェースと呼ばれ、センサで計測した温度、湿度、圧力、流量などを直流の４／２０ｍＡ統一信号に変換し、有線にて上位計算機またはコントローラに計測データとセンサステータスデータ（以下、変換器データという）を送信し、プロセスの監視や制御を実行している。
【０００３】
また、従来、センサノードと呼ばれる端末で測定した温度、湿度などの計測データを数十秒から数分の計測周期毎に間歇的に動作、サンプリングし、無線伝送を用いてリアルタイムで情報処理装置である上位計算機に取り込むネットワークシステム（以下、センサネットワークシステムという）が検討されている。センサネットワークシステムは、小型で電池動作し計測データを収集して上位計算機等と無線伝送を行うセンサノードと、センシングされたデータを無線伝送で収集して、インターネットなどの有線ネットワークに接続するゲートウェイと、センサノードとゲートウェイ間に距離がある場合などに無線伝送の中継伝送を行う中継器の３種のデバイス（ノードと呼ぶ）で構成される。
【０００４】
従来、センサネットワークシステムにおいて、センサノードとゲートウェイのハードウェア構成を共有化し、基地局（ゲートウェイ）にセンサノードへのコマンドを順次、表として保持するメモリを設け、センサノードの低消費電力化を図るもの（特許文献１）と、上位計算機からの一連のコマンドを簡易言語でスクリプト化し、各ノードであるゲートウェイ、ルータ、センサノードでスクリプトを解析し、実行することにより動的にシステムの動作フローを構築するもの（特許文献２）と、無線伝送の通信規格としてジグビー（ＺｉｇＢｅｅ：登録商標）を利用し、複数のセンサネットワークを情報管理サーバで統合するシステムにおけるサービス情報（信号）の授受に関するもの（特許文献３）が知られている。しかし、上記従来技術では以下の問題があった。
【０００５】
信号変換器を上位計算機またはコントローラと同じ配電盤（キュービクル）内に設置する場合には、有線で接続するためにセンサ一点に対して一本の配線が必要となり、配線スペースや配線コストを要し、配線ミスの発生などの欠点がある。
【０００６】
４／２０ｍＡ統一信号に代わり、センサーネットネットワークシステムの無線伝送を用いると、ゲートウェイは計測周期毎に伝送されてくる複数のセンサノードの計測データを非同期にイベントとして処理する必要があり、高いリアルタイム処理性能が求められる。このため、適用できるハードウェアに制限があり、高速同時で複数非同期処理を可能とするイベント処理ソフトが必要になるという欠点がある。
【０００７】
また、無線伝送は４／２０ｍＡ統一信号の有線伝送と異なり、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４規格で規定受信レベル以上で平均パケット欠損率が１．０％以下と規定されているようにデータ伝送の誤りがある確率以下で発生し、また他のデジタル信号による有線伝送に対しても欠損率が大きい欠点を有する。さらに、信号変換器毎にポーリング方式でデータ収集を行うとパケット量が増えて欠損が増える。これらから、計測データの欠損が問題となる場合には、設置環境の他に伝送方式を考慮する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１１４３９号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４０１７号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術のプロセス監視システムでは、プロセスインタフェースに有線を用いていた。また、センサネットワークシステムのゲートウェイはセンサノードからの計測データの収集を行うが、計測データの保持および異常を判断することなくこれらを単なるイベントとして上位計算機へ伝送していた。かつデータ伝送を無線化した場合にデータ欠損が発生していた。
【００１０】
本発明は信号変換器にＲＦ送受信部を設けるとともに過去の変換器データと合わせてデータ伝送を行い、ゲートウェイからの１つの指令で複数の信号変換器からの変換器データを無線伝送で受信し、ゲートウェイで変換器データの保持と周期更新と異常判断を行うことにより、プロセス監視システムの簡素化を図るとともに、高信頼化した無線ネットワークプロセス監視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】
【００１１】
本発明は、プロセス状態を計測する複数のセンサと、各センサの計測データとステータスデータを集合して変換器データを含むデータパケットを作成する複数の信号変換器と、前記信号変換器からのデータパケットを無線伝送で収集するとともに接続された上位計算機に前記信号変換器の変換器データを送るゲートウェイと、ゲートウェイからの変換器データによりプロセス状態の監視を行う上位計算機を有する無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は、前記ゲートウェイのデータ収集の際にアドレスに比例した送信間隔でデータパケットをゲートウェイに伝送する送信周期タイマを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは、前記信号変換器のデータパケットの変換器データを格納する収集データテーブルと、前記変換器データのうち周期的に更新された新規な変換器データを格納する計測データテーブルを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算器データとともに演算周期毎に更新するシーケンス番号を保持するデータ保持部を有し、前記信号変換器はデータ保持部に保持された変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする。
【００１４】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイはシーケンス番号と変換器データ収集周期の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは変換器データと該当するノードアドレスの変換器種別の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送し、前記上位計算機は前記信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し、収集した過去の変換器データを保存する計測データ記録ファイルを持つデータ収集警報チェック部を備え、無線伝送時のデータパケット欠損によるデータ欠損を防止することを特徴とする。
【００１７】
さらに、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去４データ以上の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の無線ネットワークプロセス監視システムは、ゲートウェイの指令で送信間隔毎に各信号変換器から過去の変換器データを含む変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットをゲートウェイに一括伝送することにより、上位計算機からのデータ収集パケットは不要となり、無線伝送パケットの低減と無線データの伝送手順の簡素化ができる。
【００１９】
また、ゲートウェイは上記データパケットのデータを収集データテーブルと計測データテーブルに格納し、収集データテーブルと計測データテーブルのデータの比較から簡易にデータ処理の異常判断ができる。
【００２０】
また、上位計算機はゲートウェイと信号変換器の無線ネットワークの伝送手順を意識することなく、ゲートウェイに対するデータ収集などのコマンドの発行とそのレスポンス受信を実行するのみで簡易にデータ処理ができる。
【００２１】
さらに、データ収集した過去の変換器データから計測データの無線伝送時の欠損を補えることから、無線ネットワークプロセス監視システムの高信頼化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の無線ネットワーク監視システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】各信号変換器とゲートウェイと上位計算機のデータ処理を示す説明図である。
【図３】データ無線伝送のタイムチャートを示す説明図である。
【図４】データ無線伝送のデータパケットと収集データテーブル５の関係を示す説明図である。
【図５】データ伝送手順を示すフロー図である。
【図６】収集データテーブルと計測データ記録ファイルへの蓄積（過去）データの格納を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
〔基本構成〕
図１において、複数の信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、演算周期毎にセンサ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより発電プラント等の各種プロセスにおける、温度、圧力、流量、レベルを計測し、計測データ（温度、圧力、流量、レベル、演算データ等）とセンサのステータスデータ（上下限アラーム、センサ異常、電波強度（ＲＳＳＩ）、自己診断情報等）を集合しデータ処理して変換器データを作成し、これを元に各信号変換器毎に一つのデータパケットを作成する。
【００２５】
ゲートウェイ４はデータ収集コマンドを収集周期毎に信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに送信し、信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは予め指定されたアドレスから決められた送信間隔毎に、順々に作成したデータパケットをゲートウェイ４に無線伝送する。ゲートウェイ４はデータパケットを無線ＩＦ７で受信し、取り込んだデータパケットを収集データテーブル５へ格納する。収集データテーブル５は受信したデータパケットから変換器データである計測データとステータスデータを取り出し、各信号変換器のノードアドレス（無線アドレス）毎に分けて格納する。
【００２６】
収集データテーブル５に格納された変換器データは信号変換器からの収集周期毎のデータパケットが来るたびに更新を行う。更新された収集データテーブル５から、各信号変換器のデータを取り出し、過去の変換器データと収集周期の更新番号であるシーケンス番号を削除し、新規に収集した変換器データを計測データテーブル６へ格納する。計測データテーブル６はデータ欠損が問題とならない場合や通信ステータスに異常のない場合の各変換器データの保持に使用する。
【００２７】
ＰＣ、サーバまたはコントローラで構成する上位計算機３とゲートウェイ４は汎用規格のＬＡＮを使用して接続する。各信号変換器の変換器データを収集するため、上位計算機３に監視データ処理部１０を設ける。監視データ処理部１０はＬＡＮ ＩＦ９を介して、センサノードの収集周期とは独立に上位計算機３の更新周期で周期的にゲートウェイ４へポーリングを行い、データ収集コマンドを発行する。ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８を介してデータ収集コマンドを受け、先に計測データテーブル６に格納した更新された各変換器データ（計測データ、ステータスデータ）を取り出し、レスポンスとしてＬＡＮ ＩＦ８介して上位計算機へ返信する。上位計算機３は返信された変換器データを一旦内部ファイルへ格納する。
【００２８】
上位計算機３はファイルに格納された各変換器データを取り出し、ＧＵＩによって温度、圧力、流量、レベル、演算データのトレンドの表示を行い、変換器のステータスの上下限アラーム、センサ異常、自己診断情報で異常時にアラームを出力し、通信ステータスと電波強度で通信状況を表示し、上位計算機３を使用するオペレータに通知する。
【００２９】
次に、各信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、ゲートウェイ４と、上位計算機３の構成について具体的に説明する。
〔信号変換器〕
図２において、熱電対のセンサノードである信号変換器１ａは、熱電対入力部４０で熱電対２ａの温度−熱起電力で決まる熱起電力を入力し、電圧増幅を行う。温度変換部４１は電圧増幅した信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、温度データに変換するとともに、温度が上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。熱電対２ａが断線して、温度データが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。
【００３０】
データ保持部１６は温度データを計測データ０とし、温度変換演算部４１の上下限アラームとセンサ異常、ＲＦ送受信部１９の電波強度、駆動制御部１７の自己診断情報を集合してステータスデータ０を作成する。データ保持部１６は以下の手順で保持している演算データを一つずつシフトし、演算データの更新を行う。
１）計測データ４とステータスデータ４を計測データ５とステータスデータ５へ格納
２）計測データ３とステータスデータ３を計測データ４とステータスデータ４へ格納
３）計測データ２とステータスデータ２を計測データ３とステータスデータ３へ格納
４）計測データ１とステータスデータ１を計測データ２とステータスデータ２へ格納
５）計測データ０とステータスデータ０を計測データ１とステータスデータ１へ格納
本実施例では過去データを４個としたが、５個以上でも同様な手順で実行できる。データ保持部１６はシーケンス番号を１つ毎加算し、格納する。電源部２１は信号変換器１ａ内の各部にＤＣ電源を供給する。Ｃｈ、アドレス設定部２０は無線伝送の周波数チャンネルをＣｈ ＳＷ２３から取込み、自局のノードアドレスをＡＤ ＳＷ２２から取込み保持する。駆動制御部１７は熱電対の入力からデータ保持までの演算周期毎の実行とゲートウェイ７からのデータ収集をＲＦ送受信部１９で受けて、送信間隔タイマ１８に
タイマ時間 ＝ （ノードアドレス−１） × 送信間隔（８ｍｓ）
を設定する。送信間隔タイマ１８はタイマ時間設定後に計時を開始し、タイムアップ信号を出力する。駆動制御部１７はタイムアップでデータ保持部１６に保持している変換器データとシーケンス番号をＲＦ送受信部１９を介して無線出力する。ＲＦ送受信部１９はデータ保持部１６で作成した変換器データを送り先アドレス（Ａｄｄｒｅｓｓ ＩＤ）と無線伝送の制御フィールドを付加して無線伝送データパケットを作成し、ゲートウェイ４へ無線伝送する。
【００３１】
測温抵抗体のセンサノードである信号変換器１ｂは、測温抵抗体入力部４２で測温抵抗体２ｂへ定電流を流し、測温抵抗体２ｂの温度−抵抗値で決まる抵抗値変化を電圧値で入力する。温度変換演算部４３は電圧信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、温度データに変換するとともに、温度が上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。測温抵抗体２ｂが断線して、温度データが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
【００３２】
伝送器、レベル計のセンサノードである信号変換器１ｃは、伝送器入力部４４で伝送器、レベル計２Ｃへ定電圧を供給し、伝送器、レベル計２Ｃの圧力またはレベル変化を４／２０ｍＡ統一信号で入力し、電圧信号に変換する。データ変換演算部４５は電圧信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、圧力またはレベルデータに変換するとともに、圧力またはレベルが上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。伝送器、レベル計２Ｃへの配線が断線した場合、伝送器、レベル計２Ｃの自己診断で、圧力またはレベルデータが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
【００３３】
信号変換器の１種である演算器１ｄは、４／２０ｍＡ １／５Ｖ入力部４６で各センサからの信号を４／２０ｍＡまたは１／５Ｖで入力する。関数演算部４７は信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、フィルタ演算、上下限リミット、セレクタ、バイアス演算、リニアライズ演算、上下限警報演算などの関数演算を実行し演算データを出力する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
〔ゲートウェイ〕
ゲートウェイ４は無線ＩＦ７で信号変換器から無線データ伝送パケットを受信し、無線ＩＦ７は受信した無線データ伝送パケットの制御フィールドを削除して、データパケットを出力する。収集データ格納判定部１５はデータパケットを受けて、データパケットに含まれる発信元アドレス（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ）を信号変換器のノードアドレスとして、計測データテーブル６の該当するノードアドレスのシーケンス番号とデータパケット中のシーケンス番号の差分を計算し、シーケンス番号の変化分を算出する。次いでシーケンス番号変化分と周期判定部１２の収集周期とを比較する。
【００３４】
収集周期 ＞ ｛｜シーケンス番号変化分｜×演算周期（演算器）×ｎ｝
（ｎは２以上で設定する）
収集データ格納判定部１５はシーケンス番号変化分からの時間が収集周期より小さい場合には、変換器データが更新されないため通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）と出力する。またシーケンス番号変化分からの時間が収集周期より大きい場合には正常／異常ステータスを正常（ＮＯＲＭＡＬ）と出力する。
【００３５】
収集データ格納判定部１５はこのシーケンス番号の更新判定の他、該当するノードアドレスの変換器種別を比較し、不一致の場合は通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）と出力する。これにより、信号変換器の正常／異常の判別を可能とする。収集データ格納判定部１５は計測データテーブル６のテーブル内の該当するノードアドレスへ変換器データの計測データとステータスデータを格納する。
【００３６】
収集データテーブル５はテーブルデータを出力する。計測データテーブル６は出力されたテーブルデータから過去の演算器データと演算周期の更新番号であるシーケンス番号を削除して格納する。周期判定部１２はデータ収集周期をデータ収集収集タイマ１１に設定するとともに、データ収集収集タイマ１１のタイムアップを受けて、無線ＩＦ７にデータ収集を出力し、無線ＩＦ７はデータ収集を各信号変換器に無線出力する。これをタイムアップ毎に繰り返し実行する。Ｃｈ設定部７は無線伝送の周波数チャンネルを設定する。
〔上位計算機〕
上位計算機３の無線データ処理部１０のデータ収集警報チェック部２６は各変換器データを収集するため、ＬＡＮ ＩＦ９を介して収集するノードアドレスを含むデータ収集コマンドを発行する。ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８介してデータ収集コマンドを受ける。ＬＡＮ ＩＦ８はコマンド処理部１４に上位計算機からのデータ収集コマンドを出力する。コマンド処理部１４は上位計算機のコマンドの種類を判定し、計測データテーブル６または収集データテーブル５より該当するノードアドレスの計測データとステータスデータを読み出し、ＬＡＮ ＩＦ８介して上位計算機へ返信する。データ収集警報チェック部２６は返信された変換器データをＬＡＮ ＩＦ９を介し受け取り、ＲＴＣ２５の計時出力とともに計測データ記録ファイル２７へ格納する。
【００３７】
ＧＵＩ３０は計測データファイル２７に格納された各変換器データを取り出し、温度、圧力、流量、レベル、演算データのトレンドの表示を行い、変換器のステータスの上下限アラーム、センサ異常、自己診断情報で異常時にアラーム表示を行う。また通信ステータスが異常の場合、センサノードの故障のアラーム表示を行う。
【００３８】
上位計算機３はゲートウェイ４と信号変換器の接続情報を予め登録し、データ収集を行うため、ＩＤ設定部２８を設ける。ＩＤ設定部２８は上位計算機に「ゲートウェイ／信号変換器のＩＤ新規、追加、削除と収集周期設定」のために設けているマンマシンＧＵＩ３１からシステムとして構成を行うノードＩＤに対する各ノード種別（信号変換器種別）とノードアドレスを入力し、ノード登録ＩＤファイル２９に格納する。センサデータ収集部２６はデータ収集するノードＩＤをＩＤ設定部２８を介して、ノード登録ＩＤファイル２９から読み出す。ＩＤ設定部２８はノード登録ＩＤファイル２９をＬＡＮ ＩＦ９を介して、ノード登録ＩＤファイルを含むノード登録コマンドを発行する。
【００３９】
ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８を介してノード登録コマンドを受ける。ＬＡＮ ＩＦ８はコマンド処理部１４に上位計算機からのノード登録コマンドを出力する。コマンド処理部１４は上位計算機のコマンドの種類を判定し、収集データテーブル５へ、信号変換器種別とノードアドレスを書き込む。これにより、ゲートウェイの電源ＯＮ後の初期化時における収集データテーブル５の各ノードのＩＤを指定可能とする。
〔無線データ伝送〕
図３は無線データ伝送のタイムチャートを示す。ゲートウェイ４の周期判定部１２が所定の収集周期でデータ収集パケットを送信する。Ｎｏ．１変換器からＮｏ２４演算器はデータ収集パケットを受信し、各信号変換器は送信間隔タイマ１８に（ノードアドレス−１）×送信間隔（８ｍｓ）のタイマ時間を設定する。ここでは信号変換器が２４個の場合について説明する。Ｎｏ．１変換器の送信間隔タイマ１８は直ちにタイムアップし、変換器データの「ＳＤ＋データフィールド＋ＥＤ」のデータパケットを送信する。次にＮｏ．３変換器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。次にＮｏ．２変換器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。
【００４０】
以下同様に動作を繰り返し、Ｎｏ．２４演算器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。無線データ伝送の特長であるブロードキャスト性を活かし、ゲートウェイ４からの一回のデータ収集パケットを全ての信号変換器で差異無く同時に受信し、送信間隔タイマ１８を起動する。各アドレスに比例してタイマ時間を変更することにより、信号変換器同士の送信したデータパケットが重複してエラーとなることはない。上記方式は、ポーリング方式と比較しゲートウェイからの信号変換器個別にデータ収集パケットの送信不要のため、、短時間ですべての変換器データを収集可能となる。これにより、収集周期を短くして細かい計測データをサンプルし、プロセスの監視をすることができる。
〔データパケット〕
図４は無線伝送のデータパケットと収集データテーブル５の関係を示す。無線伝送のデータパケットは制御フィールドとデータフィールドで構成する。同期をとるためのＰｒｅａｍｂｌｅｓに加え、制御フィールドはパケットの開始を示すＳＤ（Ｓｔａｒｔ ｏｆ Ｆｒａｍｅ Ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）と、以下のパケット長を示すＦｒａｍｅ Ｌｅｎｇｔｈと、パケットの種類を示すＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌと、パケットの番号を示すＳｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｏと、送り先アドレスを示すＡｄｄｒｅｓｓ ＩＤと、パケットの末尾に付けてＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌからデータフィールドまでのビット誤りチェックを行うＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）、およびＥＤからなる。
【００４１】
データフィールドはデータフィールドの以下の長さを示すＤａｔａ Ｌｅｎｇｔｈと、最終の受け取り手のアドレスを示すＴａｒｇｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓと、データパケットの送信元のアドレスを示すＳｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓと、データパケットの種別を示すＤａｔａ Ｔｙｐｅと、送信元の種別を示す信号変換器種別と、信号変換器の演算周期で更新するシーケンス番号からなるデータヘッダと、データ収集した時点の計測データ１及び上下限アラーム、センサ異常、電波強度、自己診断情報からなるステータスデータ１、及び過去のデータである計測データ２／ステータスデータ２〜計測データ５／ステータスデータ５と、変換器種別からステータスデータ５の自己診断情報までのチェックを行うバイト加算または排他的論理和の演算結果のデータを示すＳｕｍ_Ｃｈｅｃｋで構成する。
【００４２】
上位計算機のＩＤ設定部よりＬＡＮ ＩＦを介してノード登録ファイル２９のノードＩＤのノードアドレスと信号変換器種別がテーブル部５に書き込まれる。ステップ(1)で無線データパケットの受信でデータパケットのＳｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓと一致する収集データテーブル５のノードアドレスを検索する。(2)で一致したノードアドレスの項番の信号変換器種別とサンプル番号の変化分を確認する。(3)で(2)で一致した項番にデータフィールドのシーケンス番号から計測データ５の自己診断情報までを書き込む。
【００４３】
以下同様に無線伝送データパケットが来る度に処理を実行する。収集データ格納判定部１５はノードアドレス毎に収集データテーブル５と受信してデータパケットのシーケンス番号との変化分から計算した時間と周期判定部１２の収集周期を比較し、更新チェックを実行する。更新されない場合は通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）に設定する。次に、(4)で収集データテーブル５は計測データテーブル６へデータを格納する。
〔データ伝送手順〕
図５は伝送手順（フロー）の各ステップを示す。上位計算機は(1)の起動でイニシャルを実行する。(2)でイニシャル終了後、ＬＡＮを介して、ゲートウェイリセットを発行する。ゲートウェイ（以下図中でＧＷとする）は(1)の電源ＯＮまたは上位計算機からのゲートウェイリセットでイニシャルを実行する。信号変換器は(1)の電源ＯＮでイニシャルを実行し、Ｃｈデータとアドレスデータを設定する。ゲートウェイは(1)のイニシャル時に収集データテーブルのクリアを行い、通信ステータスをクリア（Ｎｕｌｌ）とする。ゲートウェイは自身の通信ステータスをＩＮＩＴへ設定する。
【００４４】
上位計算機は(3)でゲートウェイステータス確認をＬＡＮを介して行う。ゲートウェイはテーブル部よりゲートウェイの通信ステータスを読み取りＩＮＩＴを返す。上位計算機はゲートウェイのステータスがＩＮＩＴのとき以下の(4)を実行する。(4)でＩＤ設定部からノード登録ファイルを読込み、ゲートウェイへ設定する。ゲートウェイはノード登録ファイルのデータを収集データテーブルへ設定する。ゲートウェイはデータ収集タイマを起動し、自身の通信ステータスをＮＯＲＭＡＬ（正常）に設定する。以上で上位計算機からのゲートウェイ、信号変換器のイニシャルからの起動を終了する。
【００４５】
信号変換器は(1)のイニシャル終了後(2)でセンサデータの収集を開始し、計測データ０とステースデータ０を作成する。(3)でデータ格納部のデータを移動した後、計測データ０とステータスデータ０を格納し、シーケンス番号を＋１加算する。信号変換器は(2)、(3)を演算周期毎に繰り返す。ゲートウェイは(3)で収集周期の判定を行い、収集周期で(4)を実行する。ゲートウェイは(4)でデータ収集パケットを送信する。信号変換器はデータ収集受信で(5)の送信間隔タイマを起動する。信号変換器は送信間隔タイマのアップでデータパケットを送信する。ゲートウェイは(5)で信号変換器のデータパケットから、該当するノードアドレスの収集データテーブルのデータを更新する。また、更新したノードアドレスの信号変換器の通信ステータスをシーケンス番号の変化をチェック後、ＮＯＲＭＡＬ（正常）とする。ゲートウェイは(6)で受信しなかったノードアドレスの通信ステータスをＥＲＲＯＲ（異常）に設定する。ゲートウェイは(7)で収集データテーブルのデータを計測データテーブルに保存する。ゲートウェイは(4)〜(7)を周期的に実行する。
【００４６】
上位計算機はゲートウェイの収集データテーブルに格納された変換器データを以下の手順で読出し、処理を行う。(5)でゲートウェイのステータスを確認する。ゲートウェイは収集データテーブルのゲートウェイの通信ステータスを返す。上位計算機はゲートウェイのステータスがＮＯＲＭＡＬの時は(6)を行い、ＩＮＩＴ時は(4)を実行する。ＥＲＲＯＲの時は(2)を実行する。(6)でゲートウェイの計測データテーブルまたは収集データテーブルのデータを読み取る。ゲートウェイは指定されたノードアドレスのテーブルのデータを返信する。(7)でゲートウェイ、信号変換器の通信ステータスがＥＲＲＯＲ（異常）でないかチェックし、異常の場合はアラームを出力する。また、ステータスの上下限警報、センサ異常及び自己診断情報でアラームを出力する。(8)で変換器データを計測データ記録ファイルへデータを保存する。(9)で計測データから、トレンド／グラフなどの表示を行う。上位計算機は(5)〜(9)を繰り返す。
上位計算機が収集データテーブルの過去データを参照する場合は(6)でゲートウェイから収集データテーブルに保存されているテーブルデータを読み出す。読出したデータは計測データ番号に対応する計測データ記録ファイルへ保存する。
【００４７】
図６は計測データとステータスデータ１〜５を収集データテーブルから計測データ記録ファイルへ格納する手順を示す。計測データ１とステータスデータ１をＲＴＣ２５から出力する時刻データとともに現時刻（ｔ）に格納する。計測データとステータスデータの２〜５は信号変換器の演算周期×（データ番号−１）でΔｔを計算し、現時刻ｔからΔｔを引いた（ｔ−Δｔ）時刻に各々格納する。過去のデータを現在データと同一のデータパケットで一括伝送することにより、上位計算機からゲートウェイを介して信号変換器へのデータ収集パケットは不要となり、無線伝送パケットの低減と無線データの伝送手順の簡素化ができる。また過去データを４個以上の場合、平均パケット欠損率を１％ととし、収集周期を０．２ｓとすると５回連続してパケットが欠損するエラーの発生頻度は約３０年に１回となり、信頼性の高い無線データ伝送が実現できる。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ：信号変換器、１ｂ：信号変換器、１ｃ：信号変換器、１ｄ：信号変換器、２ａ：センサ、２ｂ：センサ、２ｃ：センサ、２ｄ：センサ、３：上位計算機、４：ゲートウェイ、５：収集データテーブル、６：計測データテーブル、７：無線ＩＦ、８：ＬＡＮ ＩＦ、９：ＬＡＮ ＩＦ、１０：監視データ処理部、１１：データ収集周期タイマ、１２：周期判定部、１３：Ｃｈ設定部、１４：コマンド処理部、１５：収集データ格納部、１６：データ格納部、１７：駆動制御部、１８：送信間隔タイマ、１９：ＲＦ送受信部、２０：Ｃｈ、アドレス設定部、２１：電源部、２２：ＡＤ ＳＷ、２３：Ｃｈ ＳＷ、２５：ＲＴＣ、２６：データ収集警報チェック部、２７：計測データ記録ファイル、２８：ＩＤ設定部、２９：ノード登録ＩＤファイル、３０：ＧＵＩ（トレンドグラフ、アラーム）、３１：ＧＵＩ ＧＷ（Ｃｈ）／変換器ノード ＩＤ（新規、追加、削除 収集周期設定）、４０：熱電対入力部、４１：温度変換演算部、４２：測温抵抗体入力部、４３：温度変換演算部、４４：伝送器入力部、４５：データ変換演算部、４６：４／２０ｍＡ １／５Ｖ 入力部、４７：関数演算部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱電対、測温抵抗体、伝送器などの各種センサからの信号を変換する信号変換器のデータを無線伝送で上位装置に送信する無線ネットワークプロセス監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、信号変換器はプロセスインターフェースと呼ばれ、センサで計測した温度、湿度、圧力、流量などを直流の４／２０ｍＡ統一信号に変換し、有線にて上位計算機またはコントローラに計測データとセンサステータスデータ（以下、変換器データという）を送信し、プロセスの監視や制御を実行している。
【０００３】
また、従来、センサノードと呼ばれる端末で測定した温度、湿度などの計測データを数十秒から数分の計測周期毎に間歇的に動作、サンプリングし、無線伝送を用いてリアルタイムで情報処理装置である上位計算機に取り込むネットワークシステム（以下、センサネットワークシステムという）が検討されている。センサネットワークシステムは、小型で電池動作し計測データを収集して上位計算機等と無線伝送を行うセンサノードと、センシングされたデータを無線伝送で収集して、インターネットなどの有線ネットワークに接続するゲートウェイと、センサノードとゲートウェイ間に距離がある場合などに無線伝送の中継伝送を行う中継器の３種のデバイス（ノードと呼ぶ）で構成される。
【０００４】
従来、センサネットワークシステムにおいて、センサノードとゲートウェイのハードウェア構成を共有化し、基地局（ゲートウェイ）にセンサノードへのコマンドを順次、表として保持するメモリを設け、センサノードの低消費電力化を図るもの（特許文献１）と、上位計算機からの一連のコマンドを簡易言語でスクリプト化し、各ノードであるゲートウェイ、ルータ、センサノードでスクリプトを解析し、実行することにより動的にシステムの動作フローを構築するもの（特許文献２）と、無線伝送の通信規格としてジグビー（ＺｉｇＢｅｅ：登録商標）を利用し、複数のセンサネットワークを情報管理サーバで統合するシステムにおけるサービス情報（信号）の授受に関するもの（特許文献３）が知られている。しかし、上記従来技術では以下の問題があった。
【０００５】
信号変換器を上位計算機またはコントローラと同じ配電盤（キュービクル）内に設置する場合には、有線で接続するためにセンサ一点に対して一本の配線が必要となり、配線スペースや配線コストを要し、配線ミスの発生などの欠点がある。
【０００６】
４／２０ｍＡ統一信号に代わり、センサーネットネットワークシステムの無線伝送を用いると、ゲートウェイは計測周期毎に伝送されてくる複数のセンサノードの計測データを非同期にイベントとして処理する必要があり、高いリアルタイム処理性能が求められる。このため、適用できるハードウェアに制限があり、高速同時で複数非同期処理を可能とするイベント処理ソフトが必要になるという欠点がある。
【０００７】
また、無線伝送は４／２０ｍＡ統一信号の有線伝送と異なり、例えばＩＥＥＥ８０２．１５．４規格で規定受信レベル以上で平均パケット欠損率が１．０％以下と規定されているようにデータ伝送の誤りがある確率以下で発生し、また他のデジタル信号による有線伝送に対しても欠損率が大きい欠点を有する。さらに、信号変換器毎にポーリング方式でデータ収集を行うとパケット量が増えて欠損が増える。これらから、計測データの欠損が問題となる場合には、設置環境の他に伝送方式を考慮する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−２１１４３９号公報
【特許文献２】特開２００６−３４４０１７号公報
【特許文献３】特開２００７−２７２３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記従来技術のプロセス監視システムでは、プロセスインタフェースに有線を用いていた。また、センサネットワークシステムのゲートウェイはセンサノードからの計測データの収集を行うが、計測データの保持および異常を判断することなくこれらを単なるイベントとして上位計算機へ伝送していた。かつデータ伝送を無線化した場合にデータ欠損が発生していた。
【００１０】
本発明は信号変換器にＲＦ送受信部を設けるとともに過去の変換器データと合わせてデータ伝送を行い、ゲートウェイからの１つの指令で複数の信号変換器からの変換器データを無線伝送で受信し、ゲートウェイで変換器データの保持と周期更新と異常判断を行うことにより、プロセス監視システムの簡素化を図るとともに、高信頼化した無線ネットワークプロセス監視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】
【００１１】
本発明は、プロセス状態を計測する複数のセンサと、各センサの計測データとステータスデータを集合して変換器データを含むデータパケットを作成する複数の信号変換器と、前記信号変換器からのデータパケットを無線伝送で収集するとともに接続された上位計算機に前記信号変換器の変換器データを送るゲートウェイと、ゲートウェイからの変換器データによりプロセス状態の監視を行う上位計算機を有する無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は、前記ゲートウェイのデータ収集の際にアドレスに比例した送信間隔でデータパケットをゲートウェイに伝送する送信周期タイマを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは、前記信号変換器のデータパケットの変換器データを格納する収集データテーブルと、前記変換器データのうち周期的に更新された新規な変換器データを格納する計測データテーブルを備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算器データとともに演算周期毎に更新するシーケンス番号を保持するデータ保持部を有し、前記信号変換器はデータ保持部に保持された変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする。
【００１４】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイはシーケンス番号と変換器データ収集周期の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは変換器データと該当するノードアドレスの変換器種別の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする。
【００１６】
さらに、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送し、前記上位計算機は前記信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し、収集した過去の変換器データを保存する計測データ記録ファイルを持つデータ収集警報チェック部を備え、無線伝送時のデータパケット欠損によるデータ欠損を防止することを特徴とする。
【００１７】
さらに、無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去４データ以上の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の無線ネットワークプロセス監視システムは、ゲートウェイの指令で送信間隔毎に各信号変換器から過去の変換器データを含む変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットをゲートウェイに一括伝送することにより、上位計算機からのデータ収集パケットは不要となり、無線伝送パケットの低減と無線データの伝送手順の簡素化ができる。
【００１９】
また、ゲートウェイは上記データパケットのデータを収集データテーブルと計測データテーブルに格納し、収集データテーブルと計測データテーブルのデータの比較から簡易にデータ処理の異常判断ができる。
【００２０】
また、上位計算機はゲートウェイと信号変換器の無線ネットワークの伝送手順を意識することなく、ゲートウェイに対するデータ収集などのコマンドの発行とそのレスポンス受信を実行するのみで簡易にデータ処理ができる。
【００２１】
さらに、データ収集した過去の変換器データから計測データの無線伝送時の欠損を補えることから、無線ネットワークプロセス監視システムの高信頼化が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の無線ネットワーク監視システムの基本構成を示すブロック図である。
【図２】各信号変換器とゲートウェイと上位計算機のデータ処理を示す説明図である。
【図３】データ無線伝送のタイムチャートを示す説明図である。
【図４】データ無線伝送のデータパケットと収集データテーブル５の関係を示す説明図である。
【図５】データ伝送手順を示すフロー図である。
【図６】収集データテーブルと計測データ記録ファイルへの蓄積（過去）データの格納を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面を用いて、本発明の一実施例について説明する。
【実施例１】
【００２４】
〔基本構成〕
図１において、複数の信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは、演算周期毎にセンサ２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄにより発電プラント等の各種プロセスにおける、温度、圧力、流量、レベルを計測し、計測データ（温度、圧力、流量、レベル、演算データ等）とセンサのステータスデータ（上下限アラーム、センサ異常、電波強度（ＲＳＳＩ）、自己診断情報等）を集合しデータ処理して変換器データを作成し、これを元に各信号変換器毎に一つのデータパケットを作成する。
【００２５】
ゲートウェイ４はデータ収集コマンドを収集周期毎に信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄに送信し、信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄは予め指定されたアドレスから決められた送信間隔毎に、順々に作成したデータパケットをゲートウェイ４に無線伝送する。ゲートウェイ４はデータパケットを無線ＩＦ７で受信し、取り込んだデータパケットを収集データテーブル５へ格納する。収集データテーブル５は受信したデータパケットから変換器データである計測データとステータスデータを取り出し、各信号変換器のノードアドレス（無線アドレス）毎に分けて格納する。
【００２６】
収集データテーブル５に格納された変換器データは信号変換器からの収集周期毎のデータパケットが来るたびに更新を行う。更新された収集データテーブル５から、各信号変換器のデータを取り出し、過去の変換器データと収集周期の更新番号であるシーケンス番号を削除し、新規に収集した変換器データを計測データテーブル６へ格納する。計測データテーブル６はデータ欠損が問題とならない場合や通信ステータスに異常のない場合の各変換器データの保持に使用する。
【００２７】
ＰＣ、サーバまたはコントローラで構成する上位計算機３とゲートウェイ４は汎用規格のＬＡＮを使用して接続する。各信号変換器の変換器データを収集するため、上位計算機３に監視データ処理部１０を設ける。監視データ処理部１０はＬＡＮ ＩＦ９を介して、センサノードの収集周期とは独立に上位計算機３の更新周期で周期的にゲートウェイ４へポーリングを行い、データ収集コマンドを発行する。ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８を介してデータ収集コマンドを受け、先に計測データテーブル６に格納した更新された各変換器データ（計測データ、ステータスデータ）を取り出し、レスポンスとしてＬＡＮ ＩＦ８介して上位計算機へ返信する。上位計算機３は返信された変換器データを一旦内部ファイルへ格納する。
【００２８】
上位計算機３はファイルに格納された各変換器データを取り出し、ＧＵＩによって温度、圧力、流量、レベル、演算データのトレンドの表示を行い、変換器のステータスの上下限アラーム、センサ異常、自己診断情報で異常時にアラームを出力し、通信ステータスと電波強度で通信状況を表示し、上位計算機３を使用するオペレータに通知する。
【００２９】
次に、各信号変換器１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄと、ゲートウェイ４と、上位計算機３の構成について具体的に説明する。
〔信号変換器〕
図２において、熱電対のセンサノードである信号変換器１ａは、熱電対入力部４０で熱電対２ａの温度−熱起電力で決まる熱起電力を入力し、電圧増幅を行う。温度変換部４１は電圧増幅した信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、温度データに変換するとともに、温度が上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。熱電対２ａが断線して、温度データが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。
【００３０】
データ保持部１６は温度データを計測データ０とし、温度変換演算部４１の上下限アラームとセンサ異常、ＲＦ送受信部１９の電波強度、駆動制御部１７の自己診断情報を集合してステータスデータ０を作成する。データ保持部１６は以下の手順で保持している演算データを一つずつシフトし、演算データの更新を行う。
１）計測データ４とステータスデータ４を計測データ５とステータスデータ５へ格納
２）計測データ３とステータスデータ３を計測データ４とステータスデータ４へ格納
３）計測データ２とステータスデータ２を計測データ３とステータスデータ３へ格納
４）計測データ１とステータスデータ１を計測データ２とステータスデータ２へ格納
５）計測データ０とステータスデータ０を計測データ１とステータスデータ１へ格納
本実施例では過去データを４個としたが、５個以上でも同様な手順で実行できる。データ保持部１６はシーケンス番号を１つ毎加算し、格納する。電源部２１は信号変換器１ａ内の各部にＤＣ電源を供給する。Ｃｈ、アドレス設定部２０は無線伝送の周波数チャンネルをＣｈ ＳＷ２３から取込み、自局のノードアドレスをＡＤ ＳＷ２２から取込み保持する。駆動制御部１７は熱電対の入力からデータ保持までの演算周期毎の実行とゲートウェイ７からのデータ収集をＲＦ送受信部１９で受けて、送信間隔タイマ１８に
タイマ時間 ＝ （ノードアドレス−１） × 送信間隔（８ｍｓ）
を設定する。送信間隔タイマ１８はタイマ時間設定後に計時を開始し、タイムアップ信号を出力する。駆動制御部１７はタイムアップでデータ保持部１６に保持している変換器データとシーケンス番号をＲＦ送受信部１９を介して無線出力する。ＲＦ送受信部１９はデータ保持部１６で作成した変換器データを送り先アドレス（Ａｄｄｒｅｓｓ ＩＤ）と無線伝送の制御フィールドを付加して無線伝送データパケットを作成し、ゲートウェイ４へ無線伝送する。
【００３１】
測温抵抗体のセンサノードである信号変換器１ｂは、測温抵抗体入力部４２で測温抵抗体２ｂへ定電流を流し、測温抵抗体２ｂの温度−抵抗値で決まる抵抗値変化を電圧値で入力する。温度変換演算部４３は電圧信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、温度データに変換するとともに、温度が上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。測温抵抗体２ｂが断線して、温度データが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
【００３２】
伝送器、レベル計のセンサノードである信号変換器１ｃは、伝送器入力部４４で伝送器、レベル計２Ｃへ定電圧を供給し、伝送器、レベル計２Ｃの圧力またはレベル変化を４／２０ｍＡ統一信号で入力し、電圧信号に変換する。データ変換演算部４５は電圧信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、圧力またはレベルデータに変換するとともに、圧力またはレベルが上下限警報値を超えている場合は上下限アラームを設定する。伝送器、レベル計２Ｃへの配線が断線した場合、伝送器、レベル計２Ｃの自己診断で、圧力またはレベルデータが振りきれた場合はセンサ異常を設定する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
【００３３】
信号変換器の１種である演算器１ｄは、４／２０ｍＡ １／５Ｖ入力部４６で各センサからの信号を４／２０ｍＡまたは１／５Ｖで入力する。関数演算部４７は信号を受け、ＡＤ変換でデジタル信号に変換後、フィルタ演算、上下限リミット、セレクタ、バイアス演算、リニアライズ演算、上下限警報演算などの関数演算を実行し演算データを出力する。データ保持部１６以降の処理は信号変換器１ａと同様に構成する。
〔ゲートウェイ〕
ゲートウェイ４は無線ＩＦ７で信号変換器から無線データ伝送パケットを受信し、無線ＩＦ７は受信した無線データ伝送パケットの制御フィールドを削除して、データパケットを出力する。収集データ格納判定部１５はデータパケットを受けて、データパケットに含まれる発信元アドレス（Ｓｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓ）を信号変換器のノードアドレスとして、計測データテーブル６の該当するノードアドレスのシーケンス番号とデータパケット中のシーケンス番号の差分を計算し、シーケンス番号の変化分を算出する。次いでシーケンス番号変化分と周期判定部１２の収集周期とを比較する。
【００３４】
収集周期 ＞ ｛｜シーケンス番号変化分｜×演算周期（演算器）×ｎ｝
（ｎは２以上で設定する）
収集データ格納判定部１５はシーケンス番号変化分からの時間が収集周期より小さい場合には、変換器データが更新されないため通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）と出力する。またシーケンス番号変化分からの時間が収集周期より大きい場合には正常／異常ステータスを正常（ＮＯＲＭＡＬ）と出力する。
【００３５】
収集データ格納判定部１５はこのシーケンス番号の更新判定の他、該当するノードアドレスの変換器種別を比較し、不一致の場合は通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）と出力する。これにより、信号変換器の正常／異常の判別を可能とする。収集データ格納判定部１５は計測データテーブル６のテーブル内の該当するノードアドレスへ変換器データの計測データとステータスデータを格納する。
【００３６】
収集データテーブル５はテーブルデータを出力する。計測データテーブル６は出力されたテーブルデータから過去の演算器データと演算周期の更新番号であるシーケンス番号を削除して格納する。周期判定部１２はデータ収集周期をデータ収集収集タイマ１１に設定するとともに、データ収集収集タイマ１１のタイムアップを受けて、無線ＩＦ７にデータ収集を出力し、無線ＩＦ７はデータ収集を各信号変換器に無線出力する。これをタイムアップ毎に繰り返し実行する。Ｃｈ設定部７は無線伝送の周波数チャンネルを設定する。
〔上位計算機〕
上位計算機３の無線データ処理部１０のデータ収集警報チェック部２６は各変換器データを収集するため、ＬＡＮ ＩＦ９を介して収集するノードアドレスを含むデータ収集コマンドを発行する。ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８介してデータ収集コマンドを受ける。ＬＡＮ ＩＦ８はコマンド処理部１４に上位計算機からのデータ収集コマンドを出力する。コマンド処理部１４は上位計算機のコマンドの種類を判定し、計測データテーブル６または収集データテーブル５より該当するノードアドレスの計測データとステータスデータを読み出し、ＬＡＮ ＩＦ８介して上位計算機へ返信する。データ収集警報チェック部２６は返信された変換器データをＬＡＮ ＩＦ９を介し受け取り、ＲＴＣ２５の計時出力とともに計測データ記録ファイル２７へ格納する。
【００３７】
ＧＵＩ３０は計測データファイル２７に格納された各変換器データを取り出し、温度、圧力、流量、レベル、演算データのトレンドの表示を行い、変換器のステータスの上下限アラーム、センサ異常、自己診断情報で異常時にアラーム表示を行う。また通信ステータスが異常の場合、センサノードの故障のアラーム表示を行う。
【００３８】
上位計算機３はゲートウェイ４と信号変換器の接続情報を予め登録し、データ収集を行うため、ＩＤ設定部２８を設ける。ＩＤ設定部２８は上位計算機に「ゲートウェイ／信号変換器のＩＤ新規、追加、削除と収集周期設定」のために設けているマンマシンＧＵＩ３１からシステムとして構成を行うノードＩＤに対する各ノード種別（信号変換器種別）とノードアドレスを入力し、ノード登録ＩＤファイル２９に格納する。センサデータ収集部２６はデータ収集するノードＩＤをＩＤ設定部２８を介して、ノード登録ＩＤファイル２９から読み出す。ＩＤ設定部２８はノード登録ＩＤファイル２９をＬＡＮ ＩＦ９を介して、ノード登録ＩＤファイルを含むノード登録コマンドを発行する。
【００３９】
ゲートウェイ４はＬＡＮ ＩＦ８を介してノード登録コマンドを受ける。ＬＡＮ ＩＦ８はコマンド処理部１４に上位計算機からのノード登録コマンドを出力する。コマンド処理部１４は上位計算機のコマンドの種類を判定し、収集データテーブル５へ、信号変換器種別とノードアドレスを書き込む。これにより、ゲートウェイの電源ＯＮ後の初期化時における収集データテーブル５の各ノードのＩＤを指定可能とする。
〔無線データ伝送〕
図３は無線データ伝送のタイムチャートを示す。ゲートウェイ４の周期判定部１２が所定の収集周期でデータ収集パケットを送信する。Ｎｏ．１変換器からＮｏ２４演算器はデータ収集パケットを受信し、各信号変換器は送信間隔タイマ１８に（ノードアドレス−１）×送信間隔（８ｍｓ）のタイマ時間を設定する。ここでは信号変換器が２４個の場合について説明する。Ｎｏ．１変換器の送信間隔タイマ１８は直ちにタイムアップし、変換器データの「ＳＤ＋データフィールド＋ＥＤ」のデータパケットを送信する。次にＮｏ．３変換器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。次にＮｏ．２変換器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。
【００４０】
以下同様に動作を繰り返し、Ｎｏ．２４演算器の送信間隔タイマ１８がタイムアップし、変換器データのデータパケットを送信する。無線データ伝送の特長であるブロードキャスト性を活かし、ゲートウェイ４からの一回のデータ収集パケットを全ての信号変換器で差異無く同時に受信し、送信間隔タイマ１８を起動する。各アドレスに比例してタイマ時間を変更することにより、信号変換器同士の送信したデータパケットが重複してエラーとなることはない。上記方式は、ポーリング方式と比較しゲートウェイからの信号変換器個別にデータ収集パケットの送信不要のため、、短時間ですべての変換器データを収集可能となる。これにより、収集周期を短くして細かい計測データをサンプルし、プロセスの監視をすることができる。
〔データパケット〕
図４は無線伝送のデータパケットと収集データテーブル５の関係を示す。無線伝送のデータパケットは制御フィールドとデータフィールドで構成する。同期をとるためのＰｒｅａｍｂｌｅｓに加え、制御フィールドはパケットの開始を示すＳＤ（Ｓｔａｒｔ ｏｆ Ｆｒａｍｅ Ｄｅｌｉｍｉｔｅｒ）と、以下のパケット長を示すＦｒａｍｅ Ｌｅｎｇｔｈと、パケットの種類を示すＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌと、パケットの番号を示すＳｅｑｕｅｎｃｅ Ｎｏと、送り先アドレスを示すＡｄｄｒｅｓｓ ＩＤと、パケットの末尾に付けてＦｒａｍｅ Ｃｏｎｔｒｏｌからデータフィールドまでのビット誤りチェックを行うＦＣＳ（Ｆｒａｍｅ Ｃｈｅｃｋ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ）、およびＥＤからなる。
【００４１】
データフィールドはデータフィールドの以下の長さを示すＤａｔａ Ｌｅｎｇｔｈと、最終の受け取り手のアドレスを示すＴａｒｇｅｔ Ａｄｄｒｅｓｓと、データパケットの送信元のアドレスを示すＳｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓと、データパケットの種別を示すＤａｔａ Ｔｙｐｅと、送信元の種別を示す信号変換器種別と、信号変換器の演算周期で更新するシーケンス番号からなるデータヘッダと、データ収集した時点の計測データ１及び上下限アラーム、センサ異常、電波強度、自己診断情報からなるステータスデータ１、及び過去のデータである計測データ２／ステータスデータ２〜計測データ５／ステータスデータ５と、変換器種別からステータスデータ５の自己診断情報までのチェックを行うバイト加算または排他的論理和の演算結果のデータを示すＳｕｍ_Ｃｈｅｃｋで構成する。
【００４２】
上位計算機のＩＤ設定部よりＬＡＮ ＩＦを介してノード登録ファイル２９のノードＩＤのノードアドレスと信号変換器種別がテーブル部５に書き込まれる。ステップ(1)で無線データパケットの受信でデータパケットのＳｏｕｒｃｅ Ａｄｄｒｅｓｓと一致する収集データテーブル５のノードアドレスを検索する。(2)で一致したノードアドレスの項番の信号変換器種別とサンプル番号の変化分を確認する。(3)で(2)で一致した項番にデータフィールドのシーケンス番号から計測データ５の自己診断情報までを書き込む。
【００４３】
以下同様に無線伝送データパケットが来る度に処理を実行する。収集データ格納判定部１５はノードアドレス毎に収集データテーブル５と受信してデータパケットのシーケンス番号との変化分から計算した時間と周期判定部１２の収集周期を比較し、更新チェックを実行する。更新されない場合は通信ステータスを異常（ＥＲＲＯＲ）に設定する。次に、(4)で収集データテーブル５は計測データテーブル６へデータを格納する。
〔データ伝送手順〕
図５は伝送手順（フロー）の各ステップを示す。上位計算機は(1)の起動でイニシャルを実行する。(2)でイニシャル終了後、ＬＡＮを介して、ゲートウェイリセットを発行する。ゲートウェイ（以下図中でＧＷとする）は(1)の電源ＯＮまたは上位計算機からのゲートウェイリセットでイニシャルを実行する。信号変換器は(1)の電源ＯＮでイニシャルを実行し、Ｃｈデータとアドレスデータを設定する。ゲートウェイは(1)のイニシャル時に収集データテーブルのクリアを行い、通信ステータスをクリア（Ｎｕｌｌ）とする。ゲートウェイは自身の通信ステータスをＩＮＩＴへ設定する。
【００４４】
上位計算機は(3)でゲートウェイステータス確認をＬＡＮを介して行う。ゲートウェイはテーブル部よりゲートウェイの通信ステータスを読み取りＩＮＩＴを返す。上位計算機はゲートウェイのステータスがＩＮＩＴのとき以下の(4)を実行する。(4)でＩＤ設定部からノード登録ファイルを読込み、ゲートウェイへ設定する。ゲートウェイはノード登録ファイルのデータを収集データテーブルへ設定する。ゲートウェイはデータ収集タイマを起動し、自身の通信ステータスをＮＯＲＭＡＬ（正常）に設定する。以上で上位計算機からのゲートウェイ、信号変換器のイニシャルからの起動を終了する。
【００４５】
信号変換器は(1)のイニシャル終了後(2)でセンサデータの収集を開始し、計測データ０とステースデータ０を作成する。(3)でデータ格納部のデータを移動した後、計測データ０とステータスデータ０を格納し、シーケンス番号を＋１加算する。信号変換器は(2)、(3)を演算周期毎に繰り返す。ゲートウェイは(3)で収集周期の判定を行い、収集周期で(4)を実行する。ゲートウェイは(4)でデータ収集パケットを送信する。信号変換器はデータ収集受信で(5)の送信間隔タイマを起動する。信号変換器は送信間隔タイマのアップでデータパケットを送信する。ゲートウェイは(5)で信号変換器のデータパケットから、該当するノードアドレスの収集データテーブルのデータを更新する。また、更新したノードアドレスの信号変換器の通信ステータスをシーケンス番号の変化をチェック後、ＮＯＲＭＡＬ（正常）とする。ゲートウェイは(6)で受信しなかったノードアドレスの通信ステータスをＥＲＲＯＲ（異常）に設定する。ゲートウェイは(7)で収集データテーブルのデータを計測データテーブルに保存する。ゲートウェイは(4)〜(7)を周期的に実行する。
【００４６】
上位計算機はゲートウェイの収集データテーブルに格納された変換器データを以下の手順で読出し、処理を行う。(5)でゲートウェイのステータスを確認する。ゲートウェイは収集データテーブルのゲートウェイの通信ステータスを返す。上位計算機はゲートウェイのステータスがＮＯＲＭＡＬの時は(6)を行い、ＩＮＩＴ時は(4)を実行する。ＥＲＲＯＲの時は(2)を実行する。(6)でゲートウェイの計測データテーブルまたは収集データテーブルのデータを読み取る。ゲートウェイは指定されたノードアドレスのテーブルのデータを返信する。(7)でゲートウェイ、信号変換器の通信ステータスがＥＲＲＯＲ（異常）でないかチェックし、異常の場合はアラームを出力する。また、ステータスの上下限警報、センサ異常及び自己診断情報でアラームを出力する。(8)で変換器データを計測データ記録ファイルへデータを保存する。(9)で計測データから、トレンド／グラフなどの表示を行う。上位計算機は(5)〜(9)を繰り返す。
上位計算機が収集データテーブルの過去データを参照する場合は(6)でゲートウェイから収集データテーブルに保存されているテーブルデータを読み出す。読出したデータは計測データ番号に対応する計測データ記録ファイルへ保存する。
【００４７】
図６は計測データとステータスデータ１〜５を収集データテーブルから計測データ記録ファイルへ格納する手順を示す。計測データ１とステータスデータ１をＲＴＣ２５から出力する時刻データとともに現時刻（ｔ）に格納する。計測データとステータスデータの２〜５は信号変換器の演算周期×（データ番号−１）でΔｔを計算し、現時刻ｔからΔｔを引いた（ｔ−Δｔ）時刻に各々格納する。過去のデータを現在データと同一のデータパケットで一括伝送することにより、上位計算機からゲートウェイを介して信号変換器へのデータ収集パケットは不要となり、無線伝送パケットの低減と無線データの伝送手順の簡素化ができる。また過去データを４個以上の場合、平均パケット欠損率を１％ととし、収集周期を０．２ｓとすると５回連続してパケットが欠損するエラーの発生頻度は約３０年に１回となり、信頼性の高い無線データ伝送が実現できる。
【符号の説明】
【００４８】
１ａ：信号変換器、１ｂ：信号変換器、１ｃ：信号変換器、１ｄ：信号変換器、２ａ：センサ、２ｂ：センサ、２ｃ：センサ、２ｄ：センサ、３：上位計算機、４：ゲートウェイ、５：収集データテーブル、６：計測データテーブル、７：無線ＩＦ、８：ＬＡＮ ＩＦ、９：ＬＡＮ ＩＦ、１０：監視データ処理部、１１：データ収集周期タイマ、１２：周期判定部、１３：Ｃｈ設定部、１４：コマンド処理部、１５：収集データ格納部、１６：データ格納部、１７：駆動制御部、１８：送信間隔タイマ、１９：ＲＦ送受信部、２０：Ｃｈ、アドレス設定部、２１：電源部、２２：ＡＤ ＳＷ、２３：Ｃｈ ＳＷ、２５：ＲＴＣ、２６：データ収集警報チェック部、２７：計測データ記録ファイル、２８：ＩＤ設定部、２９：ノード登録ＩＤファイル、３０：ＧＵＩ（トレンドグラフ、アラーム）、３１：ＧＵＩ ＧＷ（Ｃｈ）／変換器ノード ＩＤ（新規、追加、削除 収集周期設定）、４０：熱電対入力部、４１：温度変換演算部、４２：測温抵抗体入力部、４３：温度変換演算部、４４：伝送器入力部、４５：データ変換演算部、４６：４／２０ｍＡ １／５Ｖ 入力部、４７：関数演算部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス状態を計測する複数のセンサと、各センサの計測データとステータスデータを集合して変換器データを含むデータパケットを作成する複数の信号変換器と、前記信号変換器からのデータパケットを無線伝送で収集するとともに接続された上位計算機に前記信号変換器の変換器データを送るゲートウェイと、ゲートウェイからの変換器データによりプロセス状態の監視を行う上位計算機を有する無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、
前記信号変換器は、前記ゲートウェイのデータ収集の際にアドレスに比例した送信間隔でデータパケットをゲートウェイに伝送する送信周期タイマを備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは、前記信号変換器のデータパケットの変換器データを格納する収集データテーブルと、前記変換器データのうち周期的に更新された新規な変換器データを格納する計測データテーブルを備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算器データとともに演算周期毎に更新するシーケンス番号を保持するデータ保持部を有し、前記信号変換器はデータ保持部に保持された変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項４】
請求項３に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイはシーケンス番号と変換器データ収集周期の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項５】
請求項３に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは変換器データと該当するノードアドレスの変換器種別の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送し、前記上位計算機は前記信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し、収集した過去の変換器データを保存する計測データ記録ファイルを持つデータ収集警報チェック部を備え、無線伝送時のデータパケット欠損によるデータ欠損を防止することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項７】
請求項６に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去４データ以上の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項１】
プロセス状態を計測する複数のセンサと、各センサの計測データとステータスデータを集合して変換器データを含むデータパケットを作成する複数の信号変換器と、前記信号変換器からのデータパケットを無線伝送で収集するとともに接続された上位計算機に前記信号変換器の変換器データを送るゲートウェイと、ゲートウェイからの変換器データによりプロセス状態の監視を行う上位計算機を有する無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、
前記信号変換器は、前記ゲートウェイのデータ収集の際にアドレスに比例した送信間隔でデータパケットをゲートウェイに伝送する送信周期タイマを備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項２】
請求項１に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは、前記信号変換器のデータパケットの変換器データを格納する収集データテーブルと、前記変換器データのうち周期的に更新された新規な変換器データを格納する計測データテーブルを備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算器データとともに演算周期毎に更新するシーケンス番号を保持するデータ保持部を有し、前記信号変換器はデータ保持部に保持された変換器データとシーケンス番号を含むデータパケットを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項４】
請求項３に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイはシーケンス番号と変換器データ収集周期の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項５】
請求項３に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記ゲートウェイは変換器データと該当するノードアドレスの変換器種別の比較から通信ステータス異常を検出する収集データ格納判定部を備えたことを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項６】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送し、前記上位計算機は前記信号変換器の演算周期から過去の変換器データの時刻を算出し、収集した過去の変換器データを保存する計測データ記録ファイルを持つデータ収集警報チェック部を備え、無線伝送時のデータパケット欠損によるデータ欠損を防止することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【請求項７】
請求項６に記載された無線ネットワークプロセス監視システムにおいて、前記信号変換器は演算周期毎の過去４データ以上の変換器データを保存するデータ保持部を有して過去の変換器データとともに新たな変換器データを前記ゲートウェイに伝送することを特徴とする無線ネットワークプロセス監視システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−２８２２６９（Ｐ２０１０−２８２２６９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３３０１０（Ｐ２００９−１３３０１０）
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００２３３５４９）株式会社日立ハイテクコントロールシステムズ (130)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月１６日（２０１０．１２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月２日（２００９．６．２）
【出願人】（０００２３３５４９）株式会社日立ハイテクコントロールシステムズ (130)
【Ｆターム（参考）】
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