熱電対の異常検知システムおよびその方法
【課題】熱電対の異常を好適に検知することができる熱電対の異常検知システムおよびその方法を提供する。
【解決手段】シース３１〜３３に収容された複数の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂを有する複数の熱電対２１〜２３と、熱電対素線２１ａ〜２３ａにより生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂと、伝送信号変換手段４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂより出力された伝送信号を送信する送信手段５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂとを備える。異常検知回路６０は、送信された伝送信号のうち、各熱電対２１〜２３が有する複数の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂから得られる伝送信号を比較し、各熱電対２１〜２３の異常を検知する。
【解決手段】シース３１〜３３に収容された複数の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂを有する複数の熱電対２１〜２３と、熱電対素線２１ａ〜２３ａにより生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂと、伝送信号変換手段４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂより出力された伝送信号を送信する送信手段５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂとを備える。異常検知回路６０は、送信された伝送信号のうち、各熱電対２１〜２３が有する複数の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂから得られる伝送信号を比較し、各熱電対２１〜２３の異常を検知する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、産業プラントに設けられる熱電対の異常検知システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラントにおいては、熱電対が設けられ、熱電対から得られる温度情報は、産業プラントの性能の指標となる。熱電対が生成した熱起電力は、監視制御装置に入力され温度監視や温度制御に利用される。
【０００３】
熱電対は、温度変化による膨張・収縮の繰り返しに起因するストレスに晒されて、徐々に劣化する。熱電対は、劣化を検知するシステムを備え、このシステムにより劣化が検知された場合には、プラント保守員などにより熱電対を交換するなどの措置が取られる。
【０００４】
従来の検知システムの一例として、常用／予備の熱電対からなる２本の熱電対を備えた検知システムが知られている。この従来の検知システムは、２本の熱電対の検出信号の差分を監視することにより、予備側の熱電対の異常の監視ができるなどのメリットを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】平２−１４７９２７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業プラントによっては、１００本〜３００本という多数の熱電対が設置され得る。常用に加えて予備用の熱電対を備える多数の熱電対を設ける場合、１００本〜３００本の熱電対に加えて、さらに予備用の熱電対を１００本〜３００本設ける必要がある。
【０００７】
これは、熱電対を設置するための施工作業や、設置コストを膨大にする。さらに、各熱電対から監視制御装置に検出信号を送信するために熱電対を延長したり、電気信号に変換された熱起電力を送信するケーブルを布設したりする必要もあり、現実的には不可能であった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、熱電対の異常を好適に検知することができる熱電対の異常検知システムおよびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱電対の異常検知システムの実施形態は、上述した課題を解決するために、シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対と、熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段と、伝送信号変換手段より出力された伝送信号を送信する送信手段とを備える。異常検知回路は、送信された伝送信号のうち、各熱電対が有する複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各熱電対の異常を検知する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第１実施形態の構成図。
【図２】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【図３】第１実施形態における熱電対の異常検知システムの一比較例としての異常検知システムの構成図。
【図４】第１実施形態における熱電対の異常検知システムの変形例を示す構成図。
【図５】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第２実施形態の構成図。
【図６】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【図７】（Ａ）は多数の熱電対が設けられる場合における、第２実施形態における熱電対の異常検知システムの構成図、（Ｂ）は図７（Ａ）の熱電対の異常検知システムに対する比較例としての熱電対の異常検知システムの構成図。
【図８】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第３実施形態の構成図。
【図９】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第１実施形態の構成図である。
【００１３】
第１実施形態における熱電対の異常検知システム（異常検知システム）１は、例えば火力発電プラント、原子力発電プラント、化学プラント、各種工場などの産業プラントに設けられる。
【００１４】
異常検知システム１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置１１と、温度計測システム１０と監視制御装置１１とを接続する伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆとを有する。
【００１５】
一対の熱電対は、産業プラント２内に例えば１００〜３００体設けられる（例えば全計器センサが５００体設けられる場合）。第１実施形態においては、説明の便宜上３対の熱電対２１〜２３を図示して説明する。各一対の熱電対（熱電対）２１〜２３は、機器設置現場エリアなどの所定の測定エリアに設けられる。
【００１６】
機器設置現場エリアは、ポンプ、ファン、タービン、弁などの設備機器や配管などが配置される産業プラント２内のエリアである。機器設置現場エリアは、産業プラント２の中でも主要な設備機器が特に集中的に配置されるエリアである。なお、機器設置現場エリアは、他のエリアと明確な区切りや線引きされるわけではなく、他のエリアにおいても一部の設備機器などは設置される。
【００１７】
一対の熱電対２１〜２３はほぼ同様の構成を有するため、一対の熱電対２１のみ説明し、他の熱電対２２、２３の説明は省略する。
【００１８】
一対の熱電対２１は、熱電対素線２１ａ（第１の熱電対）、および熱電対素線２１ｂ（第２の熱電対）を有する。一対の熱電対２１は、シース３１に収容される（いわゆるダブルエレメント熱電対）。シース（ｓｈｅａｔｈ）３１は、筒状であり、外側が耐熱合金で形成されることにより、内部の熱電対素線２１ａ、２１ｂを保護する。シース３１は、酸化マグネシウムなどの充填剤で熱電対素線２１ａ、２１ｂを固着し絶縁する。
【００１９】
熱電対素線２１ａ、２１ｂは、先端部に計測箇所であるホットジャンクション、計測箇所とは逆の終端部にコールドジャンクション（ヘッド部）を有する。熱電対素線２１ａ、２１ｂは、コールドジャンクションにＡ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂおよびアダプタ５１ａ、５１ｂを順次有する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂ（伝送信号変換手段）は、熱電対素線２１ａ、２１ｂが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ５１ａ、５１ｂ（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂより送信される伝送信号を伝送ケーブル１２ａ、１２ｂにそれぞれ送信する。
【００２１】
なお、熱電対２１〜２３は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂとアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂとを一体にした機器をコールドジャンクションなどに内蔵してもよい。伝送信号は、監視制御装置１１とアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂの間に設けられる中継機器を介して監視制御装置１１に送信されてもよい。
【００２２】
伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、例えば光ケーブルであり、アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂより送信された伝送信号を監視制御装置１１に送信する。
【００２３】
伝送ケーブル１２ａは、アダプタ５１ａと監視制御装置１１とを接続する。伝送ケーブル１２ｂは、一対の熱電対２１に設けられるアダプタ５１ａ、５１ｂ、すなわち、一対の熱電対２１のアダプタ５１ａ、５１ｂ間を接続する。伝送ケーブル１２ｃは、一対の熱電対２１のアダプタ５１ｂと一対の熱電対２２のアダプタ５２ａとを接続する。
【００２４】
同様に、伝送ケーブル１２ｄは、一対の熱電対２２間のアダプタ５２ａ、５２ｂを接続し、伝送ケーブル１２ｆは、一対の熱電対２３間のアダプタ５３ａ、５３ｂを接続する。伝送ケーブル１２ｅは、一対の熱電対２２のアダプタ５２ｂと一対の熱電対２３のアダプタ５３ａとを接続する。
【００２５】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル１２ａは、熱電対２１ａ（アダプタ５１ａ）と監視制御装置１１（異常検知回路６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、隣接する複数の熱電対２１〜２３（アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ）間を接続する。
【００２６】
伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ５２ａ、５３ａ、５１ｂ〜５３ｂより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆを順次通り、アダプタ５１ａへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル１２ａを通り、伝送信号Ｐとして監視制御装置１１へ送信される。
【００２７】
Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式においては、監視制御装置１１と接続する長い距離（一般的には２００ｍから４００ｍの長さ）に布設される伝送ケーブル（第２の接続手段）は、伝送ケーブル１２ａの１本だけである。伝送ケーブル１２ａ以外の伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、隣同士のアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂが接続できればよく、ケーブル長は極短いもの（一般的には長くても１０ｍ〜２０ｍ程度）でよい。
【００２８】
熱電対の台数が増加した場合であっても隣同士のアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ間で短い伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆを布設すればよいので、ケーブル物量の削減の観点からＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式は有利である。
【００２９】
なお、伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、１芯のケーブルまたは２芯のケーブルのいずれであってもよい。２芯のケーブルを適用した場合、伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは伝送信号の送信に加え、監視制御装置１１からＡ／Ｄ変換器４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂやアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂへの電源供給を兼ねる。この伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、プラス電圧を供給する１芯とマイナス電源を与える１芯とがペアとなり、所定の機能が満たされて１本のケーブルを構成する。
【００３０】
監視制御装置１１は、熱電対２１〜２３で計測され現場伝送により送信される伝送信号に基づいて計測値を監視する。監視制御装置１１は、異常検知回路６０を有する。
【００３１】
図２は、監視制御装置１１の内部に設けられる異常検知回路６０の内部構成図である。
【００３２】
異常検知回路６０は、伝送ケーブル１２ａより供給された伝送信号Ｐを各熱電対２１〜２３から出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａ、ｐ１ｂ〜ｐ３ｂとして各減算器６１〜６３に供給する。
【００３３】
減算器６１〜６３、絶対値変換器７１〜７３、比較器８１〜８３、タイマ９１〜９３はほぼ同様の構成を有するため、減算器６１、絶対値変換器７１、比較器８１、およびタイマ９１のみ説明し、他の減算器６２、６３、絶対値変換器７２、７３、比較器８２、８３、およびタイマ９２、９３の説明は省略する。
【００３４】
減算器６１は、一対の熱電対２１（熱電対素線２１ａ、２１ｂ）から出力された伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂに対して減算処理し、偏差ｅ１を算出する。絶対値変換器７１は、偏差ｅ１の絶対値を変換し、絶対偏差ｆ１を算出する。絶対偏差ｆ１は、伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂの大小関係に係わらず正値となる。
【００３５】
比較器８１は、絶対偏差ｆ１と予め設定されたしきい値αとを比較する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１がしきい値αより大きい場合には出力ｇ１を出力する。しきい値αは、例えば、最大の熱起電力が生成されたときの伝送信号の値を１００％とした場合、その伝送信号の５％程度の値が選択される。
【００３６】
タイマ９１は、出力ｇ１が所定の時間（例えば１５秒間）継続して出力された場合、異常信号ｈ１を発信する。タイマ９１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂの応答速度の相違に起因する偏差ｅ１の一時的な増加により、異常信号ｈ１が多発されることを防止する。
【００３７】
次に、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１の作用について説明する。
【００３８】
熱電対素線は、温度変化による膨張・収縮によるストレスに晒され、徐々に劣化が進行する。例えば、熱電対素線２１ｂの劣化進行が熱電対素線２１ａより早く正常な熱起電力を生成できなくなった場合、伝送信号ｐ１ｂは異常値を示す。
【００３９】
一方、熱電対素線２１ａは、熱電対素線２１ｂに比べて正常であるため、伝送信号ｐ１ａは正常値を示す。伝送信号ｐ１ａと伝送信号ｐ１ｂとを比較すると、絶対偏差ｆ１は大きくなる。最終的に、異常検知回路６０は異常信号ｈ１を発信し、異常を検知する。
【００４０】
プラント運転員はこの異常検知により異常の発生を知ることができ、何れの熱電対素線が異常であるかを特定する。異常の特定は、例えば例えば伝送信号ｐ１ａおよび伝送信号ｐ１ｂのトレンドグラフの読み取りなどにより行われる。
【００４１】
ここで、第１実施形態における異常検知システム１の優位性を、比較例としての異常検知システムを用いて説明する。
【００４２】
図３は、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１の一比較例としての異常検知システム１０１の構成図である。
【００４３】
異常検知システム１０１は、温度計測システム１１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置１１１とを有する。
【００４４】
温度計測システム１１０は、ダブルエレメント熱電対である一対の熱電対１２１〜１２３を有する。一対の熱電対１２１〜１２３はほぼ同様の構成を有するため、一対の熱電対１２１のみ説明し、他の熱電対１２２、１２３の説明は省略する。
【００４５】
熱電対素線１２１ａ、熱電対素線１２１ｂは、シース１３１に収容される。熱電対素線１２１ａ、１２１ｂは、コールドジャンクションに端子ボックス１４１を有する。端子ボックス１４１は、熱電対素線１２１ａ、１２１ｂが生成した熱起電力（小さい熱起電力）を補償導線１５１に供給する。
【００４６】
補償導線１５１は、一対の熱電対１２１のうち一方の熱電対素線（図３においては熱電対素線１２１ａ）と接続される。
【００４７】
監視制御装置１１１は、Ｉ／Ｏボード１６０を有する。Ｉ／Ｏボード１６０は、補償導線１５１〜１５３から熱電対１２１〜１２３の熱起電力を入力する。
【００４８】
なお、熱電対１２１〜１２３は、Ｉ／Ｏボード１６０に直接接続してもよい。しかし、Ｉ／Ｏボード１６０と熱電対１２１〜１２３との間の距離は、大きい（例えば２００ｍ〜４００ｍ）ため、長大な熱電対１２１〜１２３が必要となり高コストになってしまう。このため、熱電対１２１〜１２３とＩ／Ｏボード１６０は、補償導線１５１〜１５３により接続される。
【００４９】
Ｉ／Ｏボード１６０は、断線検出回路を有する。断線検出回路は、所定周期（３分〜４分）毎に熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂに電圧を印加する電源を備える。熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂが断線すると、印加電圧が入力部にチャージされて電圧が大きく上昇する現象（バーンアウト）が発生し、断線検出回路は、断線を検知する。
【００５０】
熱電対１２１〜１２３のホットジャンクションには、シース１３１〜１３３を介して計測対象部位の温度が伝達される。このとき、熱電対１２１〜１２３は急激な温度変化を繰り返し受ける。熱電対１２１〜１２３は、膨張・収縮のストレスに晒されて徐々に劣化して、遂には断線（すなわち切断）に至る。
【００５１】
例えば、熱電対素線１２２ａの断線が検出されると、断線した熱電対素線１２２ａは、プラント保守員により端子ボックス１４２の中で結線が外される。対をなす熱電対素線１２２ｂは、端子ボックス１４２内で補償導線１５２と結線される（図３においては点線で図示）。この結果、交換された熱電対素線１２２ｂは、熱起電力をＩ／Ｏボード１６０に伝える。
【００５２】
シース１３１〜１３３の中に１本の熱電対素線（例えば１２１ａ〜１２３ａ）を収納するシングルエレメント熱電対であれば、熱電対素線１２１ａ〜１２３ａの断線時には、断線した熱電対素線１２１ａ〜１２３ａの代替となる新しい熱電対が必要となる。シングルエレメント熱電対は、断線時の交換作業や費用を発生させてしまう。
【００５３】
これに対し、図３のダブルエレメント熱電対は、端子ボックス内での結線を変える簡単な作業で交換できる。すなわち、この熱電対１２１〜１２３の異常検知システム１０１は、故障時の予備を主眼に、一対の熱電対１２１〜１２３（ダブルエレメント熱電対）を備える。
【００５４】
ここで、実際の産業プラントには、１００本〜３００本という多数のダブルエレメント熱電対１２１〜１２３が設置される。このため、ダブルエレメント熱電対１２１〜１２３のうち、双方の熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂから得られる熱起電力を監視制御装置１１１に入力することは施工作業およびコストにおいて非現実的であった。
【００５５】
具体的には、比較例としての熱電対の異常検知システム１０１がダブルエレメント熱電対１２１〜１２３のうち双方の熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂから熱起電力をＩ／Ｏボード１６０に入力する場合、各熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂに対して２本の補償導線１５１〜１５３が必要となる。すなわち、補償導線１５１〜１５３は、２倍の本数が必要となり、施工作業、コストも増加してしまう。
【００５６】
また、補償導線１５１〜１５３の本数が２倍になると、Ｉ／Ｏボード１６０の入力点も２倍となる。さらに、熱起電力を監視制御装置１１１内に取り込むためには電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理なども必要となり、監視制御装置１１１の演算負荷が増加してしまう。
【００５７】
これに対し、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１は、熱電対２１〜２３が生成する熱起電力を伝送信号に変換して監視制御装置１１に送信する現場伝送を使用する。熱電対２１〜２３の異常検知システム１は、ダブルエレメント熱電対２１〜２３のメリットを生かしつつ、好適に熱電対２１〜２３の異常を検知することができる。すなわち、異常検知システム１は、２本の熱電対２１〜２３の測定結果から、断線前の劣化の途中段階において劣化を早期に的確に検知することができる。
【００５８】
熱電対の異常検知システム１においては、異常検知回路６０（監視制御装置１１）と接続される伝送ケーブルは伝送ケーブル１２ａのみであり、これを経由して伝送信号Ｐが送信される。これにより、比較例としての異常検知システム１０１のように、長いケーブル（補償導線１５１〜１５３）を熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂの数に対応して必要とする場合に比べて、ケーブルの布設作業の手間や時間およびコストを低減することができる。
【００５９】
異常検知システム１は、現場伝送技術を利用することにより監視制御装置１１にはデジタル信号である伝送送信Ｐを送信する。このため、監視制御装置１１がＡ／Ｄ変換処理を行うという演算の負荷が低減される。
【００６０】
一対の熱電対２１〜２３における熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ同士、および隣接する熱電対２１〜２３の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ同士を接続するための伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、伝送ケーブル１２ａに比べて極めて短いケーブル長である。このため、異常検知システム１は、ケーブル布設作業やコストに負荷がかからない点でも有効である。
【００６１】
すなわち、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１は、従来の熱電対の異常検知システムと比較して、温度計測システムの設置作業やコストを低減させることができる。
【００６２】
また、同一のシースに収容された一対の熱電対（ダブルエレメント熱電対）より互いに極近傍の温度の計測結果を得ることができる。このため、２本のシングルエレメント熱電対から個別に２つの温度計測結果を得る場合に比べて、異常検知システム１は位置に依存する温度の計測誤差がない。このため、異常検知システム１は、精度よく異常検知を行うことができる。
【００６３】
なお、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３およびアダプタ２５１〜２５３は一対の熱電対２１〜２３ごとに１つずつ設けてもよい。また、熱電対２３は、中継手段２６３を介してＡ／Ｄ変換器２４３と接続してもよい。さらに、異常検知回路２６０（監視制御装置２１１）は、２本の伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄ（第２の接続手段）から伝送信号を受信してもよい。また、伝送ケーブル２１２ｂ、２１２ｃは、周囲環境からの保護の観点から筐体２８０に収容してもよい。以下、図を用いて詳細に説明する。
【００６４】
図４は、第１実施形態における熱電対の異常検知システムの変形例を示す構成図である。
【００６５】
第１実施形態の熱電対の異常検知システム１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６６】
異常検知システム２０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム２１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置２１１と、温度計測システム２１０と監視制御装置２１１とを接続する伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄとを有する。
【００６７】
Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３およびアダプタ２５１〜２５３はほぼ同様の構成を有するため、Ａ／Ｄ変換器２４１およびアダプタ２５１のみ説明し、他のＡ／Ｄ変換器２４２、２４３およびアダプタ２５２、２５３の説明は省略する。
【００６８】
Ａ／Ｄ変換器２４１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂに対して共通に設けられる。Ａ／Ｄ変換器２４１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ２５１（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器２４１より送信される伝送信号を伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｂにそれぞれ送信する。
【００６９】
熱電対２３の熱電対素線２３ａ、２３ｂは、コールドジャンクションで中継手段としての端子ボックス２６３に接続される。端子ボックス２６３は、高温環境下に設置可能なように構成される。端子ボックス２６３は、熱電対２３と補償導線２７３ａ、２７３ｂとを接続する。端子ボックス２６３は、熱電対２３が生成した熱起電力（小さい熱起電力）を補償導線２７３ａ、２７３ｂ（第３の接続手段）に供給する。補償導線２７３ａ、２７３ｂは、熱起電力をＡ／Ｄ変換器２４３に供給する。
【００７０】
伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄは、例えば光ケーブルであり、アダプタ２５１〜２５３より送信された伝送信号を監視制御装置２１１に送信する。
【００７１】
伝送ケーブル２１２ａは、熱電対２１に設けられるアダプタ２５１と監視制御装置２１１とを接続する。伝送ケーブル２１２ｂは、熱電対２１に設けられるアダプタ２５１と熱電対２２に設けられるアダプタ２５２とを接続する。伝送ケーブル２１２ｃは、熱電対２２に設けられるアダプタ２５２と熱電対２３に設けられるアダプタ２５３とを接続する。伝送ケーブル２１２ｄは、熱電対２３に設けられるアダプタ２５３と監視制御装置２１１とを接続する。
【００７２】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄは、熱電対２１、２３（アダプタ２５１、２５３）と監視制御装置２１１（異常検知回路２６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル２１２ｃ、２１２ｄは、隣接する複数の熱電対２１〜２３（アダプタ２５１〜２５３）間を接続する。
【００７３】
伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ２５１〜２５３）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ２５１〜２５３は、接続される２本の伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄにそれぞれ伝送信号を送信する。各伝送信号は、所要の伝送ケーブル２１２ｂ、２１２ｃを順次通り、最終的には伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄを通り、伝送信号Ｐ、Ｐ´として監視制御装置２１１へ送信される。
【００７４】
筐体２８０（収容手段）は、例えば鉄製やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の閉鎖性を有する筐体である。筐体２８０は、高所に設置される場合などには、ＦＲＰ製にすることで軽量化されるのが好ましい。筐体２８０は、筐体２８０に収容される熱電対２１〜２３の数に応じた寸法を有する。
【００７５】
筐体２８０は、伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄ（伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄの一部）、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３、アダプタ２５１〜２５３、熱電対２１、２２がＡ／Ｄ変換器２４１、２４２と接続するコールドジャンクション、および補償導線２７３ａ、２７３ｂのＡ／Ｄ変換器２４３との接続点を収容する。
【００７６】
筐体２８０は、伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄと、熱電対２１、２２、補償導線２７３ａ、２７３ｂを貫通させる。筐体２８０は、例えば、温度計測エリアの周囲環境からの熱水・蒸気・ガスや人間活動から、内部に設置された機器を充分保護し得る、所要の防護性を有する。
【００７７】
なお、筐体２８０は伝送ケーブルを周囲環境から保護することを目的とするため、少なくとも伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄを収容すればよい。
【００７８】
監視制御装置２１１は、異常検知回路２６０を有する。異常検知回路２６０の構成は、各伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａ、ｐ１ｂ〜ｐ３ｂが２つの伝送信号Ｐ、Ｐ´から取り出される点以外は図２の異常検知回路６０とほぼ同様であるため、説明および図示を省略する。
【００７９】
この熱電対の異常検知システム２０１は、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３とアダプタ２５１〜２５３を一対の熱電対２１〜２３につき１つずつ設けた。熱電対の異常検知システム２０１は、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３とアダプタ２５１〜２５３の個数を削減することができ、施工作業の効率化や経済性の向上を図ることができる。
【００８０】
また、熱電対の異常検知システム２０１は、伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄにより伝送信号を送信するルートが２重化される。例えば、伝送ケーブル２１２ａが切断した場合であっても、伝送ケーブル２１２ｄを経由して伝送信号Ｐ｀が監視制御装置２１１に送信される。よって、熱電対の異常検知システム２０１の信頼性を向上させることができる。
【００８１】
さらに、熱電対の設置位置近傍は、高温であり苛酷な環境である。周囲環境によっては、Ａ／Ｄ変換器やアダプタである電子機器は、熱電対のコールドジャンクションに配置できない場合がある。
【００８２】
このような環境下においては、熱電対の異常検知システム２０１は、熱電対のホットジャンクションに高温環境下に設置可能な端子ボックス２６３および補償導線２７３ａ、２７３ｂを設置する。熱電対２３は、端子ボックス２６３、補償導線２７３ａ、２７３ｂを介してＡ／Ｄ変換器２４３およびアダプタ２５３と接続される。Ａ／Ｄ変換器２４３およびアダプタ２５３は、高温環境から離れた場所（現場）に設置することができ、熱電対の設置環境によらずに好適に温度計測および熱電対の異常検知を行うことができる。
【００８３】
また、熱電対の異常検知システム２０１は、筐体２８０を有することにより、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３、アダプタ２５１〜２５３、伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄを苛酷な周囲環境や人間活動から好適に保護することができる。これにより、熱電対の異常検知システム２０１は、さらに信頼性を向上させることができる。
【００８４】
なお、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３は、Ａ／Ｄ変換を処理するソフトプログラム演算機能も有するため、演算機能を拡張・流用することにより異常検知回路２６０と同等の機能を有してもよい。すなわち、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３に、一対の熱電対２１〜２３から得られる伝送信号を比較して異常検知を判断する回路を設けてもよい。
【００８５】
しかし、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３に異常検知機能を設ける異常検知方法は、例えばアダプタ２５１〜２５３や伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄに故障や機能不全が発生し、伝送信号を正しく配信・送信できないことは検知できない。すなわち、伝送信号は、監視制御装置２１１内の監視や制御に供されるものなので、監視制御装置２１１が受信した伝送信号で異常検知を行うことが好ましい。このような観点から、監視制御装置２１１内に異常検知回路を設ける方がより好ましい。
【００８６】
［第２実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００８７】
図５は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第２実施形態の構成図である。
【００８８】
第１実施形態の熱電対の異常検知システム１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００８９】
第２実施形態における熱電対の異常検知システム３０１が第１実施形態と異なる点は、一対の熱電対２１〜２３で生成される伝送信号を、それぞれ異なる伝送ルートで監視制御装置３１１に送信する点である。
【００９０】
異常検知システム３０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム３１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置３１１と、温度計測システム３１０と監視制御装置３１１とを接続する伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆとを有する。
【００９１】
伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆは、例えば光ケーブルであり、アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂより送信された伝送信号を監視制御装置３１１に送信する。
【００９２】
伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃ（第１の接続手段）は、一対の熱電対２１〜２３の内、第１の熱電対素線としての熱電対素線２１ａ〜２３ａ（アダプタ３５１ａ〜３５３ａ）間を接続する。伝送ケーブル３１２ａ（第２の接続手段）は、熱電対素線２１ａ（アダプタ３５１ａ）と監視制御装置３１１（異常検知回路３６０）とを接続する。
【００９３】
具体的には、伝送ケーブル３１２ｂは、一対の熱電対２１の熱電対素線２１ａと一対の熱電対２２の熱電対素線２２ａ（アダプタ３５１ａ、３５２ａ）との間を接続する。伝送ケーブル３１２ｃは、一対の熱電対２２の熱電対素線２２ａと一対の熱電対２３の熱電対素線２３ａ（アダプタ３５２ａ、３５３ａ）との間を接続する。
【００９４】
伝送ケーブル３１２ｅ、３１２ｆ（第１の接続手段）は、一対の熱電対２１〜２３の内、第２の熱電対素線としての熱電対素線２１ｂ〜２３ｂ（アダプタ３５１ｂ〜３５３ｂ）間を接続する。伝送ケーブル３１２ｄ（第２の接続手段）は、熱電対素線２３ｂ（アダプタ３５３ｂ）と監視制御装置３１１（異常検知回路３６０）とを接続する。
【００９５】
具体的には、伝送ケーブル３１２ｅは、一対の熱電対２２の熱電対素線２２ｂと一対の熱電対２３の熱電対素線２３ｂ（アダプタ３５２ｂ、３５３ｂ）との間を接続する。伝送ケーブル３１２ｆは、一対の熱電対２１の熱電対素線２１ｂと一対の熱電対２２の熱電対素線２２ｂ（アダプタ３５１ｂ、３５２ｂ）との間を接続する。
【００９６】
伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂ）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ３５２ａ、３５３ａより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃを順次通り、アダプタ３５１ａへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル３１２ａを通り、伝送信号Ｐ１として監視制御装置３１１へ送信される。
【００９７】
各アダプタ３５１ｂ、３５２ｂより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル３１２ｆ、３１２ｅを順次通り、アダプタ３５３ｂへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル３１２ｄを通り、伝送信号Ｐ２として監視制御装置３１１へ送信される。
【００９８】
図６は、監視制御装置３１１の内部に設けられる異常検知回路３６０の内部構成図である。
【００９９】
なお、信号ｐ１ａ、ｐ１ｂが入力される回路と、他の信号ｐ２ａ、ｐ２ｂ、ｐ３ａ、ｐ３ｂが入力される回路とはほぼ同様であるため、他の信号ｐ２ａ、ｐ２ｂ、ｐ３ａ、ｐ３ｂが入力される回路の図示および説明を省略する。
【０１００】
異常検知回路３６０は、伝送ケーブル３１２ａより供給された伝送信号Ｐ１を各熱電対素線２１ａ〜２３ａ（第１の熱電対素線）から出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａとして各減算器６１に供給する。異常検知回路３６０は、伝送ケーブル３１２ｄより供給された伝送信号Ｐ２を各熱電対素線２１ｂ〜２１ｂ（第２の熱電対素線）から出力された伝送信号ｐ１ｂ〜ｐ３ｂとして各減算器６１に供給する。
【０１０１】
各減算器６１に入力される伝送信号に施される処理は、第１実施形態とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂは、減算器６１に供給されると同時に、切替選択器３６１に供給される。切替選択器３６１は、熱電対素線２１ａ（第１の熱電対素線）から得られる伝送信号ｐ１ａと、熱電対素線２１ｂ（第２の熱電対素線）から得られる伝送信号ｐ１ｂとの間でＰＩＤ制御演算器３８１に入力する伝送信号を切り替える。切替選択器３６１は、選択した伝送信号をＰＶ値ｋ１として出力する。切替選択器３６１は、プラント保守員により切り替えられる。
【０１０３】
設定器３７１は、予め設定されたＳＶ値ｊ１を保持する。設定器３７１は、ＳＶ値ｊ１をＰＩＤ制御演算器３８１に入力する。
【０１０４】
ＰＩＤ制御演算器３８１（制御手段）は、産業プラント２に設けられる制御対象としての温度調整弁を駆動・制御するためのＰＩＤコントローラである。ＰＩＤ制御演算器３８１は、ＰＶ値ｋ１とＳＶ値ｊ１とに基づいて、温度調整弁の制御に用いるＭＶ値ｎ１を取得する。
【０１０５】
次に、熱電対の異常検知システム３０１の作用を説明する。
【０１０６】
通常運転時、熱電対２１〜２３から得られる温度情報は、熱電対２１〜２３の異常検知に用いられると同時に、温度調整弁の制御に用いられる。
【０１０７】
例えば、熱電対２１に何らかの異常が発生し、異常検知回路３６０により異常信号ｈ１が発信された場合、プラント保守員は、伝送信号ｐ１ａと伝送信号ｐ１ｂとのトレンドグラフの読み取りなどを通じて、異常が発生した熱電対を判断する。
【０１０８】
切替選択器３６１は、正常であると判断された熱電対素線から得られる伝送信号がＰＶ値ｋ１として選択されるよう、プラント保守員の操作に基づいて伝送信号を切り替える。
【０１０９】
第２実施形態における熱電対の異常検知システム３０１は、監視制御装置３１１と接続される伝送ケーブルを２本設けたため、１本の伝送ケーブルが切断した場合であっても、他方の伝送ケーブルを経由して伝送信号を確実に取得することができる。
【０１１０】
すなわち、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対素線２１ａ〜２３ａ（第１の熱電対素線）の伝送信号を送信する現場伝送ルート（Ａ／Ｄ変換器３４１ａ〜３４３ａ、アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｃ）と、熱電対素線２１ｂ〜２３ｂ（第２の熱電対素線）の伝送信号を送信する現場伝送ルート（Ａ／Ｄ変換器３４１ｂ〜３４３ｂ、アダプタ３５１ｂ〜３５３ｂ、伝送ケーブル３１２ｄ〜３１２ｆ）とを完全に分離し、独立させた。これにより、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３自体の異常のみならず、現場伝送ルートの異常も含む確実な異常検知を行うことができる。
【０１１１】
例えば図３の異常検知システム１０１は、熱電対１２１〜１２３の劣化が最終的な段階まで進行して断線に至った後に熱電対１２１〜１２３の異常が検知される。
【０１１２】
これに対し、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３が完全に断線する前段階で異常を検知することができるため、信頼性が高く、より正常な温度情報を判断することができる。このため、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３から得られる温度情報を温度調整弁などの制御に用いることができる。
【０１１３】
また、例えば図３の異常検知システム１０１における断線の検知後、プラント保守員は、測定エリアに出向き端子ボックス１４１〜１４３の結線を変更する作業を行う。また、作業中は、温度調整弁の正常な制御は中断される。
【０１１４】
これに対し、熱電対の異常検知システム３０１においては、断線に至る前の途中段階の熱電対２１〜２３の劣化を異常信号に基づいて認識すると、即時に監視制御装置３１１の内部で伝送信号を切り替えることできる。この結果、熱電対の異常検知システム３０１は、高い作業効率を実現することができる。
【０１１５】
なお、監視制御装置３１１と接続される伝送ケーブル３１２ｄが１本追加され、費用は増加してしまう。しかし、多数の熱電対が設置される場合にはこの費用の増加は解消され、熱電対の異常検知システム３０１は確実な異常検知という優位性を有することができる。
【０１１６】
ここで、多数の熱電対が設けられる場合に、第２実施形態における伝送ケーブルの接続技術を適用することに対する効果を、図面を用いて説明する。
【０１１７】
図７（Ａ）は、多数の熱電対が設けられる場合における、第２実施形態における熱電対の異常検知システム４０１の構成図である。
【０１１８】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の熱電対の異常検知システムに対する比較例としての熱電対の異常検知システム５０１の構成図である。
【０１１９】
異常検知システム４０１は、温度計測システム４１０と、監視制御装置４１１と、温度計測システム４１０と監視制御装置４１１とを接続する伝送ケーブル４１２ａ、４１２ｂとを主に有する。
【０１２０】
異常検知システム５０１は、温度計測システム５１０と、監視制御装置５１１と、温度計測システム５１０と監視制御装置５１１とを接続する伝送ケーブル５１２ａ、５１２ｂとを主に有する。
【０１２１】
Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式においては、伝送ケーブルにより許容される伝送容量は、技術要素による制約条件がある。伝送ケーブルは、接続可能な一対の熱電対（熱電対）数の上限を有する。この熱電対数の上限は、例えば数十〜百前後である。
【０１２２】
図７（Ａ）、（Ｂ）においては、説明の便宜上、接続可能な熱電対数の上限を、６本（１２本の熱電対素線）とする。６本以上の熱電対をＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式で接続する場合、単純に隣接する熱電対素線を接続すると、図７（Ｂ）に示すように、伝送ケーブルを更にもう一式追加する必要がある。
【０１２３】
これに対し、第２実施形態で説明した伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆの接続構成を用いた場合、隣接する熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂを接続するための短い伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｅ、３１２ｆの本数は増加するが、Ａ／Ｄ変換器３４１〜３４３とアダプタ３５１〜３５３、監視制御装置４１１と接続される長い伝送ケーブル４１２ａ、４１２ｂの必要数は同じである。
【０１２４】
よって、接続可能な上限数以上の熱電対が設けられる場合、第２実施形態における熱電対の異常検知システムは、設備費用の増加を招くことなく高い信頼性を有することができる。
【０１２５】
［第３実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第３実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【０１２６】
図８は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第３実施形態の構成図である。
【０１２７】
第１および第２実施形態の熱電対の異常検知システムと対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１２８】
第３実施形態における熱電対の異常検知システム６０１が第１および第２実施形態と異なる点は、熱電対６２１〜６２３が熱電対素線６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃを三本有する、いわゆるトリプルエレメント熱電対である点である。
【０１２９】
異常検知システム６０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム６１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置６１１と、温度計測システム６１０と監視制御装置６１１とを接続する伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃとを有する。
【０１３０】
熱電対６２１〜６２３は、産業プラント２内に例えば１００〜３００体（例えば全計器センサが５００体設けられる場合）設けられる。第３実施形態においては、説明の便宜上３本の熱電対６２１〜６２３を図示して説明する。熱電対６２１〜６２３は、機器設置現場エリアなどの所定の測定エリアに設けられる。
【０１３１】
熱電対６２１、６２２はほぼ同様の構成を有するため、熱電対６２１のみ説明し、熱電対６２２の説明は省略する。
【０１３２】
熱電対６２１は、熱電対素線６２１ａ（第１の熱電対素線）、熱電対素線６２１ｂ（第２の熱電対素線）および熱電対素線６２１ｃ（第３の熱電対素線）を有する。熱電対６２１は、シース６３１に収容される。シース６３１は、筒状であり、外側が耐熱合金で形成されることにより、内部の熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃを保護する。シース６３１は筒、酸化マグネシウムなどの充填剤で熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃを固着し絶縁する。
【０１３３】
熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃは、先端部に計測箇所であるホットジャンクション、計測箇所とは逆の終端部にコールドジャンクション（ヘッド部）を有する。熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃは、コールドジャンクションにＡ／Ｄ変換器６４１およびアダプタ６５１を順次有する。
【０１３４】
Ａ／Ｄ変換器６４１は、熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃに対して共通に設けられる。Ａ／Ｄ変換器６４１は、熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ６５１（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器６４１より送信される伝送信号を伝送ケーブル６１２ａに送信する。
【０１３５】
熱電対６２３は、熱電対素線６２３ａ（第１の熱電対素線）、熱電対素線６２３ｂ（第２の熱電対素線）および熱電対素線６２３ｃ（第３の熱電対素線）を有する。熱電対６２３は、シース６３３に収容される。
【０１３６】
熱電対素線６２３ａ〜６２３ｃは、コールドジャンクションに変換器６７３、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃ、Ａ／Ｄ変換器６４３およびアダプタ６５３を順次有する。
【０１３７】
変換器６７３は、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃによりＡ／Ｄ変換器６４３と接続される。変換器６７３（電流信号変換手段）は、熱電対６２３が生成した熱起電力（小さい熱起電力）を４−２０ｍＡの電流信号（または１−５Ｖの電圧信号）に変換して出力する。電流信号（電圧信号）は、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃを介してＡ／Ｄ変換器６４３に送信される。
【０１３８】
Ａ／Ｄ変換器６４３（伝送信号変換手段）は、送信された熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ６５３（伝送信号変換手段）は、Ａ／Ｄ変換器６４３より送信される伝送信号を伝送ケーブル６１２ｃに送信する。
【０１３９】
伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃは、例えば光ケーブルであり、アダプタ６５１〜６５３より送信された伝送信号を監視制御装置６１１に送信する。
【０１４０】
伝送ケーブル６１２ａは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と監視制御装置６１１とを接続する。伝送ケーブル６１２ｂは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と熱電対６２２（アダプタ６５２）とを接続する。伝送ケーブル６１２ｃは、熱電対６２２（アダプタ６５２）と熱電対６２３（アダプタ６５３）とを接続する。
【０１４１】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル６１２ａは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と監視制御装置６１１（異常検知回路６６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル６１２ｂ、６１２ｃは、隣接する複数の熱電対６２１〜６２３（アダプタ６５１〜６５３）を接続する。
【０１４２】
伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃは、隣接する熱電対６２１〜６２３（アダプタ６５１〜６５３）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ６５２、６５３より送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル６１２ｂ、６１２ｃを順次通り、アダプタ６５１へ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル６１２ａを通り、伝送信号Ｐとして監視制御装置６１１へ送信される。
【０１４３】
監視制御装置６１１は、熱電対６２１〜６２３で計測され現場伝送により送信される伝送信号に基づいて計測値を監視する。監視制御装置６１１は、異常検知回路６６０を有する。
【０１４４】
図９は、監視制御装置６１１の内部に設けられる異常検知回路６６０の内部構成図である。
【０１４５】
なお、信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃが入力される回路と、他の信号ｐ２ａ〜ｐ２ｃ、ｐ３ａ〜ｐ３ｃが入力される回路とはほぼ同様であるため、他の信号ｐ２ａ〜ｐ２ｃ、ｐ３ａ〜ｐ３ｃが入力される回路の図示および説明を省略する。
【０１４６】
異常検知回路６６０は、伝送ケーブル６１２ａより供給された伝送信号Ｐを熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃから出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａとして最大値選択器６６１、最小値選択器６７１、および中間値選択器６８１に供給する。
【０１４７】
最大値選択器６６１は、伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの最大値を選択して最大値ｒ１を出力する。最小値選択器６７１は伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの最小値を選択して最小値ｓ１を出力する。
【０１４８】
減算器６１は、最大値ｒ１と最小値ｓ１とに対して減算処理し、偏差ｅ１を算出する。絶対値変換器７１は、偏差ｅ１の絶対値を変換し、絶対偏差ｆ１を算出する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１と予め設定されたしきい値αとを比較する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１がしきい値αより大きい場合には出力ｇ１を出力する。タイマ９１は、出力ｇ１が所定の時間（例えば１５秒間）継続して出力された場合、異常信号ｈ１を発信する。
【０１４９】
すなわち、異常検知回路６６０は、熱電対素線６２１ａ（第１の熱電対素線）〜熱電対素線６２１ｃ（第３の熱電対素線）から得られる伝送信号を比較し、各伝送信号間の差が所定値よりも大きい場合に熱電対６２１の異常を検知する。
【０１５０】
中間値選択器６８１（中間値選択手段）は、伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの中間値ｋ１を選択する。中間値ｋ１は、ＰＩＤ制御演算器３８１に入力される。設定器３７１、予め設定されたＳＶ値ｊ１を保持する。設定器３７１は、ＳＶ値ｊ１をＰＩＤ制御演算器３８１に入力する。ＰＩＤ制御演算器３８１は、ＰＶ値ｋ１とＳＶ値ｊ１とに基づいて、温度調整弁を制御する。
【０１５１】
すなわち、ＰＩＤ制御演算器３８１は、中間値選択器６８１により選択された伝送信号の中間値を用いて温度調整弁の制御に用いるＭＶ値ｎ１を取得する。
【０１５２】
第３実施形態における熱電対の異常検知システム６０１は、３本の熱電対素線６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃを有する熱電対６２１〜６２３から、それぞれ３つの伝送信号を取得し、異常検知に用いることができる。異常検知システム６０１は、この３つの伝送信号の値を比較して、その差に基づいて断線に至る途中段階の熱電対劣化を的確に検知することができる。
【０１５３】
異常検知システム６０１は、３つの伝送信号の値からこれらの中間値を選択し、温度調整弁などの制御に用いる。これにより異常検知システム６０１は、制御に用いられる温度情報として、正常な値を選択し、提供することができる。
【０１５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５５】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 異常検知システム
２ 産業プラント
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ 温度計測システム
１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１ 監視制御装置
１２ａ〜１２ｆ、２１２ａ〜２１２ｄ、３１２ａ〜３１２ｆ、４１２ａ、４１２ｂ、５１２ａ、５１２ｂ、６１２ａ〜６１２ｃ 伝送ケーブル
２１〜２３、１２１〜１２３、６２１〜６２３ 熱電対
３１〜３３、１３１〜１３３、６３１〜６３３ シース
２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ、１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂ、６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃ 熱電対素線
４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂ、２４１〜２４３、３４１ａ〜３４３ａ、３４１ｂ〜３４３ｂ、６４１〜６４３ Ａ／Ｄ変換器
５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ、２５１〜２５３、３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂ、６５１〜６５３ アダプタ
６０、２６０、３６０、６６０ 異常検知回路
６１〜６３ 減算器
７１〜７３ 絶対値変換器
８１〜８３ 比較器
９１〜９３ タイマ
１４１〜１４３ 端子ボックス
１５１〜１５３ 補償導線
１６０ Ｉ／Ｏボード
２６３ 端子ボックス
２７３ａ、２７３ｂ 補償導線
２８０ 筐体
３６１ 切替選択器
３７１ 設定器
３８１ ＰＩＤ制御演算器
６４１ Ａ／Ｄ変換器
６４３ Ａ／Ｄ変換器
６６１ 最大値選択器
６７１ 最小値選択器
６７３ 変換器
６８１ 中間値選択器
６８３ａ〜６８３ｃ ハードケーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、産業プラントに設けられる熱電対の異常検知システムおよびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業プラントにおいては、熱電対が設けられ、熱電対から得られる温度情報は、産業プラントの性能の指標となる。熱電対が生成した熱起電力は、監視制御装置に入力され温度監視や温度制御に利用される。
【０００３】
熱電対は、温度変化による膨張・収縮の繰り返しに起因するストレスに晒されて、徐々に劣化する。熱電対は、劣化を検知するシステムを備え、このシステムにより劣化が検知された場合には、プラント保守員などにより熱電対を交換するなどの措置が取られる。
【０００４】
従来の検知システムの一例として、常用／予備の熱電対からなる２本の熱電対を備えた検知システムが知られている。この従来の検知システムは、２本の熱電対の検出信号の差分を監視することにより、予備側の熱電対の異常の監視ができるなどのメリットを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】平２−１４７９２７号公報
【特許文献２】特開２００８−２１０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
産業プラントによっては、１００本〜３００本という多数の熱電対が設置され得る。常用に加えて予備用の熱電対を備える多数の熱電対を設ける場合、１００本〜３００本の熱電対に加えて、さらに予備用の熱電対を１００本〜３００本設ける必要がある。
【０００７】
これは、熱電対を設置するための施工作業や、設置コストを膨大にする。さらに、各熱電対から監視制御装置に検出信号を送信するために熱電対を延長したり、電気信号に変換された熱起電力を送信するケーブルを布設したりする必要もあり、現実的には不可能であった。
【０００８】
本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、熱電対の異常を好適に検知することができる熱電対の異常検知システムおよびその方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る熱電対の異常検知システムの実施形態は、上述した課題を解決するために、シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対と、熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段と、伝送信号変換手段より出力された伝送信号を送信する送信手段とを備える。異常検知回路は、送信された伝送信号のうち、各熱電対が有する複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各熱電対の異常を検知する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第１実施形態の構成図。
【図２】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【図３】第１実施形態における熱電対の異常検知システムの一比較例としての異常検知システムの構成図。
【図４】第１実施形態における熱電対の異常検知システムの変形例を示す構成図。
【図５】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第２実施形態の構成図。
【図６】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【図７】（Ａ）は多数の熱電対が設けられる場合における、第２実施形態における熱電対の異常検知システムの構成図、（Ｂ）は図７（Ａ）の熱電対の異常検知システムに対する比較例としての熱電対の異常検知システムの構成図。
【図８】本発明に係る熱電対の異常検知システムの第３実施形態の構成図。
【図９】監視制御装置の内部に設けられる異常検知回路の内部構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［第１実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第１実施形態の構成図である。
【００１３】
第１実施形態における熱電対の異常検知システム（異常検知システム）１は、例えば火力発電プラント、原子力発電プラント、化学プラント、各種工場などの産業プラントに設けられる。
【００１４】
異常検知システム１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置１１と、温度計測システム１０と監視制御装置１１とを接続する伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆとを有する。
【００１５】
一対の熱電対は、産業プラント２内に例えば１００〜３００体設けられる（例えば全計器センサが５００体設けられる場合）。第１実施形態においては、説明の便宜上３対の熱電対２１〜２３を図示して説明する。各一対の熱電対（熱電対）２１〜２３は、機器設置現場エリアなどの所定の測定エリアに設けられる。
【００１６】
機器設置現場エリアは、ポンプ、ファン、タービン、弁などの設備機器や配管などが配置される産業プラント２内のエリアである。機器設置現場エリアは、産業プラント２の中でも主要な設備機器が特に集中的に配置されるエリアである。なお、機器設置現場エリアは、他のエリアと明確な区切りや線引きされるわけではなく、他のエリアにおいても一部の設備機器などは設置される。
【００１７】
一対の熱電対２１〜２３はほぼ同様の構成を有するため、一対の熱電対２１のみ説明し、他の熱電対２２、２３の説明は省略する。
【００１８】
一対の熱電対２１は、熱電対素線２１ａ（第１の熱電対）、および熱電対素線２１ｂ（第２の熱電対）を有する。一対の熱電対２１は、シース３１に収容される（いわゆるダブルエレメント熱電対）。シース（ｓｈｅａｔｈ）３１は、筒状であり、外側が耐熱合金で形成されることにより、内部の熱電対素線２１ａ、２１ｂを保護する。シース３１は、酸化マグネシウムなどの充填剤で熱電対素線２１ａ、２１ｂを固着し絶縁する。
【００１９】
熱電対素線２１ａ、２１ｂは、先端部に計測箇所であるホットジャンクション、計測箇所とは逆の終端部にコールドジャンクション（ヘッド部）を有する。熱電対素線２１ａ、２１ｂは、コールドジャンクションにＡ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂおよびアダプタ５１ａ、５１ｂを順次有する。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂ（伝送信号変換手段）は、熱電対素線２１ａ、２１ｂが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ５１ａ、５１ｂ（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ、４１ｂより送信される伝送信号を伝送ケーブル１２ａ、１２ｂにそれぞれ送信する。
【００２１】
なお、熱電対２１〜２３は、Ａ／Ｄ変換器４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂとアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂとを一体にした機器をコールドジャンクションなどに内蔵してもよい。伝送信号は、監視制御装置１１とアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂの間に設けられる中継機器を介して監視制御装置１１に送信されてもよい。
【００２２】
伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、例えば光ケーブルであり、アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂより送信された伝送信号を監視制御装置１１に送信する。
【００２３】
伝送ケーブル１２ａは、アダプタ５１ａと監視制御装置１１とを接続する。伝送ケーブル１２ｂは、一対の熱電対２１に設けられるアダプタ５１ａ、５１ｂ、すなわち、一対の熱電対２１のアダプタ５１ａ、５１ｂ間を接続する。伝送ケーブル１２ｃは、一対の熱電対２１のアダプタ５１ｂと一対の熱電対２２のアダプタ５２ａとを接続する。
【００２４】
同様に、伝送ケーブル１２ｄは、一対の熱電対２２間のアダプタ５２ａ、５２ｂを接続し、伝送ケーブル１２ｆは、一対の熱電対２３間のアダプタ５３ａ、５３ｂを接続する。伝送ケーブル１２ｅは、一対の熱電対２２のアダプタ５２ｂと一対の熱電対２３のアダプタ５３ａとを接続する。
【００２５】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル１２ａは、熱電対２１ａ（アダプタ５１ａ）と監視制御装置１１（異常検知回路６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、隣接する複数の熱電対２１〜２３（アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ）間を接続する。
【００２６】
伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ５２ａ、５３ａ、５１ｂ〜５３ｂより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆを順次通り、アダプタ５１ａへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル１２ａを通り、伝送信号Ｐとして監視制御装置１１へ送信される。
【００２７】
Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式においては、監視制御装置１１と接続する長い距離（一般的には２００ｍから４００ｍの長さ）に布設される伝送ケーブル（第２の接続手段）は、伝送ケーブル１２ａの１本だけである。伝送ケーブル１２ａ以外の伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、隣同士のアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂが接続できればよく、ケーブル長は極短いもの（一般的には長くても１０ｍ〜２０ｍ程度）でよい。
【００２８】
熱電対の台数が増加した場合であっても隣同士のアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ間で短い伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆを布設すればよいので、ケーブル物量の削減の観点からＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式は有利である。
【００２９】
なお、伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、１芯のケーブルまたは２芯のケーブルのいずれであってもよい。２芯のケーブルを適用した場合、伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは伝送信号の送信に加え、監視制御装置１１からＡ／Ｄ変換器４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂやアダプタ５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂへの電源供給を兼ねる。この伝送ケーブル１２ａ〜１２ｆは、プラス電圧を供給する１芯とマイナス電源を与える１芯とがペアとなり、所定の機能が満たされて１本のケーブルを構成する。
【００３０】
監視制御装置１１は、熱電対２１〜２３で計測され現場伝送により送信される伝送信号に基づいて計測値を監視する。監視制御装置１１は、異常検知回路６０を有する。
【００３１】
図２は、監視制御装置１１の内部に設けられる異常検知回路６０の内部構成図である。
【００３２】
異常検知回路６０は、伝送ケーブル１２ａより供給された伝送信号Ｐを各熱電対２１〜２３から出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａ、ｐ１ｂ〜ｐ３ｂとして各減算器６１〜６３に供給する。
【００３３】
減算器６１〜６３、絶対値変換器７１〜７３、比較器８１〜８３、タイマ９１〜９３はほぼ同様の構成を有するため、減算器６１、絶対値変換器７１、比較器８１、およびタイマ９１のみ説明し、他の減算器６２、６３、絶対値変換器７２、７３、比較器８２、８３、およびタイマ９２、９３の説明は省略する。
【００３４】
減算器６１は、一対の熱電対２１（熱電対素線２１ａ、２１ｂ）から出力された伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂに対して減算処理し、偏差ｅ１を算出する。絶対値変換器７１は、偏差ｅ１の絶対値を変換し、絶対偏差ｆ１を算出する。絶対偏差ｆ１は、伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂの大小関係に係わらず正値となる。
【００３５】
比較器８１は、絶対偏差ｆ１と予め設定されたしきい値αとを比較する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１がしきい値αより大きい場合には出力ｇ１を出力する。しきい値αは、例えば、最大の熱起電力が生成されたときの伝送信号の値を１００％とした場合、その伝送信号の５％程度の値が選択される。
【００３６】
タイマ９１は、出力ｇ１が所定の時間（例えば１５秒間）継続して出力された場合、異常信号ｈ１を発信する。タイマ９１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂの応答速度の相違に起因する偏差ｅ１の一時的な増加により、異常信号ｈ１が多発されることを防止する。
【００３７】
次に、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１の作用について説明する。
【００３８】
熱電対素線は、温度変化による膨張・収縮によるストレスに晒され、徐々に劣化が進行する。例えば、熱電対素線２１ｂの劣化進行が熱電対素線２１ａより早く正常な熱起電力を生成できなくなった場合、伝送信号ｐ１ｂは異常値を示す。
【００３９】
一方、熱電対素線２１ａは、熱電対素線２１ｂに比べて正常であるため、伝送信号ｐ１ａは正常値を示す。伝送信号ｐ１ａと伝送信号ｐ１ｂとを比較すると、絶対偏差ｆ１は大きくなる。最終的に、異常検知回路６０は異常信号ｈ１を発信し、異常を検知する。
【００４０】
プラント運転員はこの異常検知により異常の発生を知ることができ、何れの熱電対素線が異常であるかを特定する。異常の特定は、例えば例えば伝送信号ｐ１ａおよび伝送信号ｐ１ｂのトレンドグラフの読み取りなどにより行われる。
【００４１】
ここで、第１実施形態における異常検知システム１の優位性を、比較例としての異常検知システムを用いて説明する。
【００４２】
図３は、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１の一比較例としての異常検知システム１０１の構成図である。
【００４３】
異常検知システム１０１は、温度計測システム１１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置１１１とを有する。
【００４４】
温度計測システム１１０は、ダブルエレメント熱電対である一対の熱電対１２１〜１２３を有する。一対の熱電対１２１〜１２３はほぼ同様の構成を有するため、一対の熱電対１２１のみ説明し、他の熱電対１２２、１２３の説明は省略する。
【００４５】
熱電対素線１２１ａ、熱電対素線１２１ｂは、シース１３１に収容される。熱電対素線１２１ａ、１２１ｂは、コールドジャンクションに端子ボックス１４１を有する。端子ボックス１４１は、熱電対素線１２１ａ、１２１ｂが生成した熱起電力（小さい熱起電力）を補償導線１５１に供給する。
【００４６】
補償導線１５１は、一対の熱電対１２１のうち一方の熱電対素線（図３においては熱電対素線１２１ａ）と接続される。
【００４７】
監視制御装置１１１は、Ｉ／Ｏボード１６０を有する。Ｉ／Ｏボード１６０は、補償導線１５１〜１５３から熱電対１２１〜１２３の熱起電力を入力する。
【００４８】
なお、熱電対１２１〜１２３は、Ｉ／Ｏボード１６０に直接接続してもよい。しかし、Ｉ／Ｏボード１６０と熱電対１２１〜１２３との間の距離は、大きい（例えば２００ｍ〜４００ｍ）ため、長大な熱電対１２１〜１２３が必要となり高コストになってしまう。このため、熱電対１２１〜１２３とＩ／Ｏボード１６０は、補償導線１５１〜１５３により接続される。
【００４９】
Ｉ／Ｏボード１６０は、断線検出回路を有する。断線検出回路は、所定周期（３分〜４分）毎に熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂに電圧を印加する電源を備える。熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂが断線すると、印加電圧が入力部にチャージされて電圧が大きく上昇する現象（バーンアウト）が発生し、断線検出回路は、断線を検知する。
【００５０】
熱電対１２１〜１２３のホットジャンクションには、シース１３１〜１３３を介して計測対象部位の温度が伝達される。このとき、熱電対１２１〜１２３は急激な温度変化を繰り返し受ける。熱電対１２１〜１２３は、膨張・収縮のストレスに晒されて徐々に劣化して、遂には断線（すなわち切断）に至る。
【００５１】
例えば、熱電対素線１２２ａの断線が検出されると、断線した熱電対素線１２２ａは、プラント保守員により端子ボックス１４２の中で結線が外される。対をなす熱電対素線１２２ｂは、端子ボックス１４２内で補償導線１５２と結線される（図３においては点線で図示）。この結果、交換された熱電対素線１２２ｂは、熱起電力をＩ／Ｏボード１６０に伝える。
【００５２】
シース１３１〜１３３の中に１本の熱電対素線（例えば１２１ａ〜１２３ａ）を収納するシングルエレメント熱電対であれば、熱電対素線１２１ａ〜１２３ａの断線時には、断線した熱電対素線１２１ａ〜１２３ａの代替となる新しい熱電対が必要となる。シングルエレメント熱電対は、断線時の交換作業や費用を発生させてしまう。
【００５３】
これに対し、図３のダブルエレメント熱電対は、端子ボックス内での結線を変える簡単な作業で交換できる。すなわち、この熱電対１２１〜１２３の異常検知システム１０１は、故障時の予備を主眼に、一対の熱電対１２１〜１２３（ダブルエレメント熱電対）を備える。
【００５４】
ここで、実際の産業プラントには、１００本〜３００本という多数のダブルエレメント熱電対１２１〜１２３が設置される。このため、ダブルエレメント熱電対１２１〜１２３のうち、双方の熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂから得られる熱起電力を監視制御装置１１１に入力することは施工作業およびコストにおいて非現実的であった。
【００５５】
具体的には、比較例としての熱電対の異常検知システム１０１がダブルエレメント熱電対１２１〜１２３のうち双方の熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂから熱起電力をＩ／Ｏボード１６０に入力する場合、各熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂに対して２本の補償導線１５１〜１５３が必要となる。すなわち、補償導線１５１〜１５３は、２倍の本数が必要となり、施工作業、コストも増加してしまう。
【００５６】
また、補償導線１５１〜１５３の本数が２倍になると、Ｉ／Ｏボード１６０の入力点も２倍となる。さらに、熱起電力を監視制御装置１１１内に取り込むためには電圧のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換処理なども必要となり、監視制御装置１１１の演算負荷が増加してしまう。
【００５７】
これに対し、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１は、熱電対２１〜２３が生成する熱起電力を伝送信号に変換して監視制御装置１１に送信する現場伝送を使用する。熱電対２１〜２３の異常検知システム１は、ダブルエレメント熱電対２１〜２３のメリットを生かしつつ、好適に熱電対２１〜２３の異常を検知することができる。すなわち、異常検知システム１は、２本の熱電対２１〜２３の測定結果から、断線前の劣化の途中段階において劣化を早期に的確に検知することができる。
【００５８】
熱電対の異常検知システム１においては、異常検知回路６０（監視制御装置１１）と接続される伝送ケーブルは伝送ケーブル１２ａのみであり、これを経由して伝送信号Ｐが送信される。これにより、比較例としての異常検知システム１０１のように、長いケーブル（補償導線１５１〜１５３）を熱電対素線１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂの数に対応して必要とする場合に比べて、ケーブルの布設作業の手間や時間およびコストを低減することができる。
【００５９】
異常検知システム１は、現場伝送技術を利用することにより監視制御装置１１にはデジタル信号である伝送送信Ｐを送信する。このため、監視制御装置１１がＡ／Ｄ変換処理を行うという演算の負荷が低減される。
【００６０】
一対の熱電対２１〜２３における熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ同士、および隣接する熱電対２１〜２３の熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ同士を接続するための伝送ケーブル１２ｂ〜１２ｆは、伝送ケーブル１２ａに比べて極めて短いケーブル長である。このため、異常検知システム１は、ケーブル布設作業やコストに負荷がかからない点でも有効である。
【００６１】
すなわち、第１実施形態における熱電対の異常検知システム１は、従来の熱電対の異常検知システムと比較して、温度計測システムの設置作業やコストを低減させることができる。
【００６２】
また、同一のシースに収容された一対の熱電対（ダブルエレメント熱電対）より互いに極近傍の温度の計測結果を得ることができる。このため、２本のシングルエレメント熱電対から個別に２つの温度計測結果を得る場合に比べて、異常検知システム１は位置に依存する温度の計測誤差がない。このため、異常検知システム１は、精度よく異常検知を行うことができる。
【００６３】
なお、図４に示すように、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３およびアダプタ２５１〜２５３は一対の熱電対２１〜２３ごとに１つずつ設けてもよい。また、熱電対２３は、中継手段２６３を介してＡ／Ｄ変換器２４３と接続してもよい。さらに、異常検知回路２６０（監視制御装置２１１）は、２本の伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄ（第２の接続手段）から伝送信号を受信してもよい。また、伝送ケーブル２１２ｂ、２１２ｃは、周囲環境からの保護の観点から筐体２８０に収容してもよい。以下、図を用いて詳細に説明する。
【００６４】
図４は、第１実施形態における熱電対の異常検知システムの変形例を示す構成図である。
【００６５】
第１実施形態の熱電対の異常検知システム１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００６６】
異常検知システム２０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム２１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置２１１と、温度計測システム２１０と監視制御装置２１１とを接続する伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄとを有する。
【００６７】
Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３およびアダプタ２５１〜２５３はほぼ同様の構成を有するため、Ａ／Ｄ変換器２４１およびアダプタ２５１のみ説明し、他のＡ／Ｄ変換器２４２、２４３およびアダプタ２５２、２５３の説明は省略する。
【００６８】
Ａ／Ｄ変換器２４１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂに対して共通に設けられる。Ａ／Ｄ変換器２４１は、熱電対素線２１ａ、２１ｂが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ２５１（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器２４１より送信される伝送信号を伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｂにそれぞれ送信する。
【００６９】
熱電対２３の熱電対素線２３ａ、２３ｂは、コールドジャンクションで中継手段としての端子ボックス２６３に接続される。端子ボックス２６３は、高温環境下に設置可能なように構成される。端子ボックス２６３は、熱電対２３と補償導線２７３ａ、２７３ｂとを接続する。端子ボックス２６３は、熱電対２３が生成した熱起電力（小さい熱起電力）を補償導線２７３ａ、２７３ｂ（第３の接続手段）に供給する。補償導線２７３ａ、２７３ｂは、熱起電力をＡ／Ｄ変換器２４３に供給する。
【００７０】
伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄは、例えば光ケーブルであり、アダプタ２５１〜２５３より送信された伝送信号を監視制御装置２１１に送信する。
【００７１】
伝送ケーブル２１２ａは、熱電対２１に設けられるアダプタ２５１と監視制御装置２１１とを接続する。伝送ケーブル２１２ｂは、熱電対２１に設けられるアダプタ２５１と熱電対２２に設けられるアダプタ２５２とを接続する。伝送ケーブル２１２ｃは、熱電対２２に設けられるアダプタ２５２と熱電対２３に設けられるアダプタ２５３とを接続する。伝送ケーブル２１２ｄは、熱電対２３に設けられるアダプタ２５３と監視制御装置２１１とを接続する。
【００７２】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄは、熱電対２１、２３（アダプタ２５１、２５３）と監視制御装置２１１（異常検知回路２６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル２１２ｃ、２１２ｄは、隣接する複数の熱電対２１〜２３（アダプタ２５１〜２５３）間を接続する。
【００７３】
伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ２５１〜２５３）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ２５１〜２５３は、接続される２本の伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄにそれぞれ伝送信号を送信する。各伝送信号は、所要の伝送ケーブル２１２ｂ、２１２ｃを順次通り、最終的には伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄを通り、伝送信号Ｐ、Ｐ´として監視制御装置２１１へ送信される。
【００７４】
筐体２８０（収容手段）は、例えば鉄製やＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）製の閉鎖性を有する筐体である。筐体２８０は、高所に設置される場合などには、ＦＲＰ製にすることで軽量化されるのが好ましい。筐体２８０は、筐体２８０に収容される熱電対２１〜２３の数に応じた寸法を有する。
【００７５】
筐体２８０は、伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄ（伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄの一部）、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３、アダプタ２５１〜２５３、熱電対２１、２２がＡ／Ｄ変換器２４１、２４２と接続するコールドジャンクション、および補償導線２７３ａ、２７３ｂのＡ／Ｄ変換器２４３との接続点を収容する。
【００７６】
筐体２８０は、伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄと、熱電対２１、２２、補償導線２７３ａ、２７３ｂを貫通させる。筐体２８０は、例えば、温度計測エリアの周囲環境からの熱水・蒸気・ガスや人間活動から、内部に設置された機器を充分保護し得る、所要の防護性を有する。
【００７７】
なお、筐体２８０は伝送ケーブルを周囲環境から保護することを目的とするため、少なくとも伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄを収容すればよい。
【００７８】
監視制御装置２１１は、異常検知回路２６０を有する。異常検知回路２６０の構成は、各伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａ、ｐ１ｂ〜ｐ３ｂが２つの伝送信号Ｐ、Ｐ´から取り出される点以外は図２の異常検知回路６０とほぼ同様であるため、説明および図示を省略する。
【００７９】
この熱電対の異常検知システム２０１は、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３とアダプタ２５１〜２５３を一対の熱電対２１〜２３につき１つずつ設けた。熱電対の異常検知システム２０１は、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３とアダプタ２５１〜２５３の個数を削減することができ、施工作業の効率化や経済性の向上を図ることができる。
【００８０】
また、熱電対の異常検知システム２０１は、伝送ケーブル２１２ａ、２１２ｄにより伝送信号を送信するルートが２重化される。例えば、伝送ケーブル２１２ａが切断した場合であっても、伝送ケーブル２１２ｄを経由して伝送信号Ｐ｀が監視制御装置２１１に送信される。よって、熱電対の異常検知システム２０１の信頼性を向上させることができる。
【００８１】
さらに、熱電対の設置位置近傍は、高温であり苛酷な環境である。周囲環境によっては、Ａ／Ｄ変換器やアダプタである電子機器は、熱電対のコールドジャンクションに配置できない場合がある。
【００８２】
このような環境下においては、熱電対の異常検知システム２０１は、熱電対のホットジャンクションに高温環境下に設置可能な端子ボックス２６３および補償導線２７３ａ、２７３ｂを設置する。熱電対２３は、端子ボックス２６３、補償導線２７３ａ、２７３ｂを介してＡ／Ｄ変換器２４３およびアダプタ２５３と接続される。Ａ／Ｄ変換器２４３およびアダプタ２５３は、高温環境から離れた場所（現場）に設置することができ、熱電対の設置環境によらずに好適に温度計測および熱電対の異常検知を行うことができる。
【００８３】
また、熱電対の異常検知システム２０１は、筐体２８０を有することにより、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３、アダプタ２５１〜２５３、伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄを苛酷な周囲環境や人間活動から好適に保護することができる。これにより、熱電対の異常検知システム２０１は、さらに信頼性を向上させることができる。
【００８４】
なお、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３は、Ａ／Ｄ変換を処理するソフトプログラム演算機能も有するため、演算機能を拡張・流用することにより異常検知回路２６０と同等の機能を有してもよい。すなわち、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３に、一対の熱電対２１〜２３から得られる伝送信号を比較して異常検知を判断する回路を設けてもよい。
【００８５】
しかし、Ａ／Ｄ変換器２４１〜２４３に異常検知機能を設ける異常検知方法は、例えばアダプタ２５１〜２５３や伝送ケーブル２１２ａ〜２１２ｄに故障や機能不全が発生し、伝送信号を正しく配信・送信できないことは検知できない。すなわち、伝送信号は、監視制御装置２１１内の監視や制御に供されるものなので、監視制御装置２１１が受信した伝送信号で異常検知を行うことが好ましい。このような観点から、監視制御装置２１１内に異常検知回路を設ける方がより好ましい。
【００８６】
［第２実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第２実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００８７】
図５は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第２実施形態の構成図である。
【００８８】
第１実施形態の熱電対の異常検知システム１と対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００８９】
第２実施形態における熱電対の異常検知システム３０１が第１実施形態と異なる点は、一対の熱電対２１〜２３で生成される伝送信号を、それぞれ異なる伝送ルートで監視制御装置３１１に送信する点である。
【００９０】
異常検知システム３０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム３１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置３１１と、温度計測システム３１０と監視制御装置３１１とを接続する伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆとを有する。
【００９１】
伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆは、例えば光ケーブルであり、アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂより送信された伝送信号を監視制御装置３１１に送信する。
【００９２】
伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃ（第１の接続手段）は、一対の熱電対２１〜２３の内、第１の熱電対素線としての熱電対素線２１ａ〜２３ａ（アダプタ３５１ａ〜３５３ａ）間を接続する。伝送ケーブル３１２ａ（第２の接続手段）は、熱電対素線２１ａ（アダプタ３５１ａ）と監視制御装置３１１（異常検知回路３６０）とを接続する。
【００９３】
具体的には、伝送ケーブル３１２ｂは、一対の熱電対２１の熱電対素線２１ａと一対の熱電対２２の熱電対素線２２ａ（アダプタ３５１ａ、３５２ａ）との間を接続する。伝送ケーブル３１２ｃは、一対の熱電対２２の熱電対素線２２ａと一対の熱電対２３の熱電対素線２３ａ（アダプタ３５２ａ、３５３ａ）との間を接続する。
【００９４】
伝送ケーブル３１２ｅ、３１２ｆ（第１の接続手段）は、一対の熱電対２１〜２３の内、第２の熱電対素線としての熱電対素線２１ｂ〜２３ｂ（アダプタ３５１ｂ〜３５３ｂ）間を接続する。伝送ケーブル３１２ｄ（第２の接続手段）は、熱電対素線２３ｂ（アダプタ３５３ｂ）と監視制御装置３１１（異常検知回路３６０）とを接続する。
【００９５】
具体的には、伝送ケーブル３１２ｅは、一対の熱電対２２の熱電対素線２２ｂと一対の熱電対２３の熱電対素線２３ｂ（アダプタ３５２ｂ、３５３ｂ）との間を接続する。伝送ケーブル３１２ｆは、一対の熱電対２１の熱電対素線２１ｂと一対の熱電対２２の熱電対素線２２ｂ（アダプタ３５１ｂ、３５２ｂ）との間を接続する。
【００９６】
伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆは、隣接する熱電対２１〜２３（アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂ）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ３５２ａ、３５３ａより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃを順次通り、アダプタ３５１ａへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル３１２ａを通り、伝送信号Ｐ１として監視制御装置３１１へ送信される。
【００９７】
各アダプタ３５１ｂ、３５２ｂより送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル３１２ｆ、３１２ｅを順次通り、アダプタ３５３ｂへ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル３１２ｄを通り、伝送信号Ｐ２として監視制御装置３１１へ送信される。
【００９８】
図６は、監視制御装置３１１の内部に設けられる異常検知回路３６０の内部構成図である。
【００９９】
なお、信号ｐ１ａ、ｐ１ｂが入力される回路と、他の信号ｐ２ａ、ｐ２ｂ、ｐ３ａ、ｐ３ｂが入力される回路とはほぼ同様であるため、他の信号ｐ２ａ、ｐ２ｂ、ｐ３ａ、ｐ３ｂが入力される回路の図示および説明を省略する。
【０１００】
異常検知回路３６０は、伝送ケーブル３１２ａより供給された伝送信号Ｐ１を各熱電対素線２１ａ〜２３ａ（第１の熱電対素線）から出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａとして各減算器６１に供給する。異常検知回路３６０は、伝送ケーブル３１２ｄより供給された伝送信号Ｐ２を各熱電対素線２１ｂ〜２１ｂ（第２の熱電対素線）から出力された伝送信号ｐ１ｂ〜ｐ３ｂとして各減算器６１に供給する。
【０１０１】
各減算器６１に入力される伝送信号に施される処理は、第１実施形態とほぼ同様であるため、ここでは説明を省略する。
【０１０２】
伝送信号ｐ１ａ、ｐ１ｂは、減算器６１に供給されると同時に、切替選択器３６１に供給される。切替選択器３６１は、熱電対素線２１ａ（第１の熱電対素線）から得られる伝送信号ｐ１ａと、熱電対素線２１ｂ（第２の熱電対素線）から得られる伝送信号ｐ１ｂとの間でＰＩＤ制御演算器３８１に入力する伝送信号を切り替える。切替選択器３６１は、選択した伝送信号をＰＶ値ｋ１として出力する。切替選択器３６１は、プラント保守員により切り替えられる。
【０１０３】
設定器３７１は、予め設定されたＳＶ値ｊ１を保持する。設定器３７１は、ＳＶ値ｊ１をＰＩＤ制御演算器３８１に入力する。
【０１０４】
ＰＩＤ制御演算器３８１（制御手段）は、産業プラント２に設けられる制御対象としての温度調整弁を駆動・制御するためのＰＩＤコントローラである。ＰＩＤ制御演算器３８１は、ＰＶ値ｋ１とＳＶ値ｊ１とに基づいて、温度調整弁の制御に用いるＭＶ値ｎ１を取得する。
【０１０５】
次に、熱電対の異常検知システム３０１の作用を説明する。
【０１０６】
通常運転時、熱電対２１〜２３から得られる温度情報は、熱電対２１〜２３の異常検知に用いられると同時に、温度調整弁の制御に用いられる。
【０１０７】
例えば、熱電対２１に何らかの異常が発生し、異常検知回路３６０により異常信号ｈ１が発信された場合、プラント保守員は、伝送信号ｐ１ａと伝送信号ｐ１ｂとのトレンドグラフの読み取りなどを通じて、異常が発生した熱電対を判断する。
【０１０８】
切替選択器３６１は、正常であると判断された熱電対素線から得られる伝送信号がＰＶ値ｋ１として選択されるよう、プラント保守員の操作に基づいて伝送信号を切り替える。
【０１０９】
第２実施形態における熱電対の異常検知システム３０１は、監視制御装置３１１と接続される伝送ケーブルを２本設けたため、１本の伝送ケーブルが切断した場合であっても、他方の伝送ケーブルを経由して伝送信号を確実に取得することができる。
【０１１０】
すなわち、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対素線２１ａ〜２３ａ（第１の熱電対素線）の伝送信号を送信する現場伝送ルート（Ａ／Ｄ変換器３４１ａ〜３４３ａ、アダプタ３５１ａ〜３５３ａ、伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｃ）と、熱電対素線２１ｂ〜２３ｂ（第２の熱電対素線）の伝送信号を送信する現場伝送ルート（Ａ／Ｄ変換器３４１ｂ〜３４３ｂ、アダプタ３５１ｂ〜３５３ｂ、伝送ケーブル３１２ｄ〜３１２ｆ）とを完全に分離し、独立させた。これにより、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３自体の異常のみならず、現場伝送ルートの異常も含む確実な異常検知を行うことができる。
【０１１１】
例えば図３の異常検知システム１０１は、熱電対１２１〜１２３の劣化が最終的な段階まで進行して断線に至った後に熱電対１２１〜１２３の異常が検知される。
【０１１２】
これに対し、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３が完全に断線する前段階で異常を検知することができるため、信頼性が高く、より正常な温度情報を判断することができる。このため、熱電対の異常検知システム３０１は、熱電対２１〜２３から得られる温度情報を温度調整弁などの制御に用いることができる。
【０１１３】
また、例えば図３の異常検知システム１０１における断線の検知後、プラント保守員は、測定エリアに出向き端子ボックス１４１〜１４３の結線を変更する作業を行う。また、作業中は、温度調整弁の正常な制御は中断される。
【０１１４】
これに対し、熱電対の異常検知システム３０１においては、断線に至る前の途中段階の熱電対２１〜２３の劣化を異常信号に基づいて認識すると、即時に監視制御装置３１１の内部で伝送信号を切り替えることできる。この結果、熱電対の異常検知システム３０１は、高い作業効率を実現することができる。
【０１１５】
なお、監視制御装置３１１と接続される伝送ケーブル３１２ｄが１本追加され、費用は増加してしまう。しかし、多数の熱電対が設置される場合にはこの費用の増加は解消され、熱電対の異常検知システム３０１は確実な異常検知という優位性を有することができる。
【０１１６】
ここで、多数の熱電対が設けられる場合に、第２実施形態における伝送ケーブルの接続技術を適用することに対する効果を、図面を用いて説明する。
【０１１７】
図７（Ａ）は、多数の熱電対が設けられる場合における、第２実施形態における熱電対の異常検知システム４０１の構成図である。
【０１１８】
図７（Ｂ）は、図７（Ａ）の熱電対の異常検知システムに対する比較例としての熱電対の異常検知システム５０１の構成図である。
【０１１９】
異常検知システム４０１は、温度計測システム４１０と、監視制御装置４１１と、温度計測システム４１０と監視制御装置４１１とを接続する伝送ケーブル４１２ａ、４１２ｂとを主に有する。
【０１２０】
異常検知システム５０１は、温度計測システム５１０と、監視制御装置５１１と、温度計測システム５１０と監視制御装置５１１とを接続する伝送ケーブル５１２ａ、５１２ｂとを主に有する。
【０１２１】
Ｄａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式においては、伝送ケーブルにより許容される伝送容量は、技術要素による制約条件がある。伝送ケーブルは、接続可能な一対の熱電対（熱電対）数の上限を有する。この熱電対数の上限は、例えば数十〜百前後である。
【０１２２】
図７（Ａ）、（Ｂ）においては、説明の便宜上、接続可能な熱電対数の上限を、６本（１２本の熱電対素線）とする。６本以上の熱電対をＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ方式で接続する場合、単純に隣接する熱電対素線を接続すると、図７（Ｂ）に示すように、伝送ケーブルを更にもう一式追加する必要がある。
【０１２３】
これに対し、第２実施形態で説明した伝送ケーブル３１２ａ〜３１２ｆの接続構成を用いた場合、隣接する熱電対素線２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂを接続するための短い伝送ケーブル３１２ｂ、３１２ｃ、３１２ｅ、３１２ｆの本数は増加するが、Ａ／Ｄ変換器３４１〜３４３とアダプタ３５１〜３５３、監視制御装置４１１と接続される長い伝送ケーブル４１２ａ、４１２ｂの必要数は同じである。
【０１２４】
よって、接続可能な上限数以上の熱電対が設けられる場合、第２実施形態における熱電対の異常検知システムは、設備費用の増加を招くことなく高い信頼性を有することができる。
【０１２５】
［第３実施形態］
本発明に係る熱電対の異常検知システムおよびその方法の第３実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【０１２６】
図８は、本発明に係る熱電対の異常検知システムの第３実施形態の構成図である。
【０１２７】
第１および第２実施形態の熱電対の異常検知システムと対応する構成および部分については同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１２８】
第３実施形態における熱電対の異常検知システム６０１が第１および第２実施形態と異なる点は、熱電対６２１〜６２３が熱電対素線６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃを三本有する、いわゆるトリプルエレメント熱電対である点である。
【０１２９】
異常検知システム６０１は、主に産業プラント２内に設けられる温度計測システム６１０と、例えば産業プラント２外に設けられる監視制御装置６１１と、温度計測システム６１０と監視制御装置６１１とを接続する伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃとを有する。
【０１３０】
熱電対６２１〜６２３は、産業プラント２内に例えば１００〜３００体（例えば全計器センサが５００体設けられる場合）設けられる。第３実施形態においては、説明の便宜上３本の熱電対６２１〜６２３を図示して説明する。熱電対６２１〜６２３は、機器設置現場エリアなどの所定の測定エリアに設けられる。
【０１３１】
熱電対６２１、６２２はほぼ同様の構成を有するため、熱電対６２１のみ説明し、熱電対６２２の説明は省略する。
【０１３２】
熱電対６２１は、熱電対素線６２１ａ（第１の熱電対素線）、熱電対素線６２１ｂ（第２の熱電対素線）および熱電対素線６２１ｃ（第３の熱電対素線）を有する。熱電対６２１は、シース６３１に収容される。シース６３１は、筒状であり、外側が耐熱合金で形成されることにより、内部の熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃを保護する。シース６３１は筒、酸化マグネシウムなどの充填剤で熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃを固着し絶縁する。
【０１３３】
熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃは、先端部に計測箇所であるホットジャンクション、計測箇所とは逆の終端部にコールドジャンクション（ヘッド部）を有する。熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃは、コールドジャンクションにＡ／Ｄ変換器６４１およびアダプタ６５１を順次有する。
【０１３４】
Ａ／Ｄ変換器６４１は、熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃに対して共通に設けられる。Ａ／Ｄ変換器６４１は、熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃが生成した熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ６５１（送信手段）は、Ａ／Ｄ変換器６４１より送信される伝送信号を伝送ケーブル６１２ａに送信する。
【０１３５】
熱電対６２３は、熱電対素線６２３ａ（第１の熱電対素線）、熱電対素線６２３ｂ（第２の熱電対素線）および熱電対素線６２３ｃ（第３の熱電対素線）を有する。熱電対６２３は、シース６３３に収容される。
【０１３６】
熱電対素線６２３ａ〜６２３ｃは、コールドジャンクションに変換器６７３、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃ、Ａ／Ｄ変換器６４３およびアダプタ６５３を順次有する。
【０１３７】
変換器６７３は、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃによりＡ／Ｄ変換器６４３と接続される。変換器６７３（電流信号変換手段）は、熱電対６２３が生成した熱起電力（小さい熱起電力）を４−２０ｍＡの電流信号（または１−５Ｖの電圧信号）に変換して出力する。電流信号（電圧信号）は、ハードケーブル６８３ａ〜６８３ｃを介してＡ／Ｄ変換器６４３に送信される。
【０１３８】
Ａ／Ｄ変換器６４３（伝送信号変換手段）は、送信された熱起電力をＡ／Ｄ変換して伝送信号を出力する。アダプタ６５３（伝送信号変換手段）は、Ａ／Ｄ変換器６４３より送信される伝送信号を伝送ケーブル６１２ｃに送信する。
【０１３９】
伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃは、例えば光ケーブルであり、アダプタ６５１〜６５３より送信された伝送信号を監視制御装置６１１に送信する。
【０１４０】
伝送ケーブル６１２ａは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と監視制御装置６１１とを接続する。伝送ケーブル６１２ｂは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と熱電対６２２（アダプタ６５２）とを接続する。伝送ケーブル６１２ｃは、熱電対６２２（アダプタ６５２）と熱電対６２３（アダプタ６５３）とを接続する。
【０１４１】
すなわち、第２の接続手段としての伝送ケーブル６１２ａは、熱電対６２１（アダプタ６５１）と監視制御装置６１１（異常検知回路６６０）とを接続する。第１の接続手段としての伝送ケーブル６１２ｂ、６１２ｃは、隣接する複数の熱電対６２１〜６２３（アダプタ６５１〜６５３）を接続する。
【０１４２】
伝送ケーブル６１２ａ〜６１２ｃは、隣接する熱電対６２１〜６２３（アダプタ６５１〜６５３）を数珠繋ぎにつないでいく配線方式である、いわゆるＤａｉｓｙ Ｃｈａｉｎ（デイジーチェイン）方式で接続される。各アダプタ６５２、６５３より送信される伝送信号は、所要の伝送ケーブル６１２ｂ、６１２ｃを順次通り、アダプタ６５１へ送信される。各伝送信号は、最終的には伝送ケーブル６１２ａを通り、伝送信号Ｐとして監視制御装置６１１へ送信される。
【０１４３】
監視制御装置６１１は、熱電対６２１〜６２３で計測され現場伝送により送信される伝送信号に基づいて計測値を監視する。監視制御装置６１１は、異常検知回路６６０を有する。
【０１４４】
図９は、監視制御装置６１１の内部に設けられる異常検知回路６６０の内部構成図である。
【０１４５】
なお、信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃが入力される回路と、他の信号ｐ２ａ〜ｐ２ｃ、ｐ３ａ〜ｐ３ｃが入力される回路とはほぼ同様であるため、他の信号ｐ２ａ〜ｐ２ｃ、ｐ３ａ〜ｐ３ｃが入力される回路の図示および説明を省略する。
【０１４６】
異常検知回路６６０は、伝送ケーブル６１２ａより供給された伝送信号Ｐを熱電対素線６２１ａ〜６２１ｃから出力された伝送信号ｐ１ａ〜ｐ３ａとして最大値選択器６６１、最小値選択器６７１、および中間値選択器６８１に供給する。
【０１４７】
最大値選択器６６１は、伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの最大値を選択して最大値ｒ１を出力する。最小値選択器６７１は伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの最小値を選択して最小値ｓ１を出力する。
【０１４８】
減算器６１は、最大値ｒ１と最小値ｓ１とに対して減算処理し、偏差ｅ１を算出する。絶対値変換器７１は、偏差ｅ１の絶対値を変換し、絶対偏差ｆ１を算出する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１と予め設定されたしきい値αとを比較する。比較器８１は、絶対偏差ｆ１がしきい値αより大きい場合には出力ｇ１を出力する。タイマ９１は、出力ｇ１が所定の時間（例えば１５秒間）継続して出力された場合、異常信号ｈ１を発信する。
【０１４９】
すなわち、異常検知回路６６０は、熱電対素線６２１ａ（第１の熱電対素線）〜熱電対素線６２１ｃ（第３の熱電対素線）から得られる伝送信号を比較し、各伝送信号間の差が所定値よりも大きい場合に熱電対６２１の異常を検知する。
【０１５０】
中間値選択器６８１（中間値選択手段）は、伝送信号ｐ１ａ〜ｐ１ｃの中間値ｋ１を選択する。中間値ｋ１は、ＰＩＤ制御演算器３８１に入力される。設定器３７１、予め設定されたＳＶ値ｊ１を保持する。設定器３７１は、ＳＶ値ｊ１をＰＩＤ制御演算器３８１に入力する。ＰＩＤ制御演算器３８１は、ＰＶ値ｋ１とＳＶ値ｊ１とに基づいて、温度調整弁を制御する。
【０１５１】
すなわち、ＰＩＤ制御演算器３８１は、中間値選択器６８１により選択された伝送信号の中間値を用いて温度調整弁の制御に用いるＭＶ値ｎ１を取得する。
【０１５２】
第３実施形態における熱電対の異常検知システム６０１は、３本の熱電対素線６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃを有する熱電対６２１〜６２３から、それぞれ３つの伝送信号を取得し、異常検知に用いることができる。異常検知システム６０１は、この３つの伝送信号の値を比較して、その差に基づいて断線に至る途中段階の熱電対劣化を的確に検知することができる。
【０１５３】
異常検知システム６０１は、３つの伝送信号の値からこれらの中間値を選択し、温度調整弁などの制御に用いる。これにより異常検知システム６０１は、制御に用いられる温度情報として、正常な値を選択し、提供することができる。
【０１５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１５５】
１、１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１ 異常検知システム
２ 産業プラント
１０、１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０ 温度計測システム
１１、１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１ 監視制御装置
１２ａ〜１２ｆ、２１２ａ〜２１２ｄ、３１２ａ〜３１２ｆ、４１２ａ、４１２ｂ、５１２ａ、５１２ｂ、６１２ａ〜６１２ｃ 伝送ケーブル
２１〜２３、１２１〜１２３、６２１〜６２３ 熱電対
３１〜３３、１３１〜１３３、６３１〜６３３ シース
２１ａ〜２３ａ、２１ｂ〜２３ｂ、１２１ａ〜１２３ａ、１２１ｂ〜１２３ｂ、６２１ａ〜６２３ａ、６２１ｂ〜６２３ｂ、６２１ｃ〜６２３ｃ 熱電対素線
４１ａ〜４３ａ、４１ｂ〜４３ｂ、２４１〜２４３、３４１ａ〜３４３ａ、３４１ｂ〜３４３ｂ、６４１〜６４３ Ａ／Ｄ変換器
５１ａ〜５３ａ、５１ｂ〜５３ｂ、２５１〜２５３、３５１ａ〜３５３ａ、３５１ｂ〜３５３ｂ、６５１〜６５３ アダプタ
６０、２６０、３６０、６６０ 異常検知回路
６１〜６３ 減算器
７１〜７３ 絶対値変換器
８１〜８３ 比較器
９１〜９３ タイマ
１４１〜１４３ 端子ボックス
１５１〜１５３ 補償導線
１６０ Ｉ／Ｏボード
２６３ 端子ボックス
２７３ａ、２７３ｂ 補償導線
２８０ 筐体
３６１ 切替選択器
３７１ 設定器
３８１ ＰＩＤ制御演算器
６４１ Ａ／Ｄ変換器
６４３ Ａ／Ｄ変換器
６６１ 最大値選択器
６７１ 最小値選択器
６７３ 変換器
６８１ 中間値選択器
６８３ａ〜６８３ｃ ハードケーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対と、
前記熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段と、
前記伝送信号変換手段より出力された前記伝送信号を送信する送信手段と、
送信された前記伝送信号のうち、各前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各前記熱電対の異常を検知する異常検知回路とを備えたことを特徴とする熱電対の異常検知システム。
【請求項２】
複数の前記送信手段間を接続する第１の接続手段と、
一の前記送信手段と前記異常検知回路とを接続する少なくとも一の第２の接続手段とをさらに備え、
前記送信手段は、前記伝送信号が前記第２の接続手段を介して前記異常検知回路に送信されるように前記伝送信号を前記第１の接続手段を介して送信する請求項１記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項３】
前記複数の熱電対素線は、第１の熱電対素線および第２の熱電対素線であり、
前記第１の接続手段は、各前記熱電対の前記第１の熱電対素線に接続される送信手段間と、各前記熱電対の前記第２の熱電対素線に接続される送信手段間とをそれぞれ接続し、
前記第２の接続手段は、一の前記第１の熱電対素線に接続される送信手段および一の前記第２の熱電対素線に接続される送信手段と前記異常検知回路とをそれぞれ接続する請求項２記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項４】
前記伝送信号を用いて制御対象を制御する制御手段と、
前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる複数の伝送信号間で、前記制御手段に入力する伝送信号を切り替える切替手段とをさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項５】
前記複数の熱電対素線は、第１の熱電対素線、第２の熱電対素線および第３の熱電対素線である請求項１記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項６】
前記異常検知回路は、前記第１の熱電対素線、前記第２の熱電対素線および前記第３の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各伝送信号間の差が所定値よりも大きい場合に前記熱電対の異常を検知する請求項５記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項７】
前記前記第１の熱電対素線、前記第２の熱電対素線および前記第３の熱電対素線から得られる伝送信号の中間値を選択する中間値選択手段と、
前記中間値選択手段により選択された前記伝送信号の中間値を用いて制御対象を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項８】
前記伝送信号変換手段は、各前記熱電対が有する複数の熱電対素線に対して共通に設けられる請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項９】
前記送信手段は、各前記熱電対が有する複数の熱電対素線に対して共通に設けられる請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１０】
前記熱電対素線と接続される中継手段と、
前記中継手段と前記伝送信号変換手段とを接続する第３の接続手段とをさらに備えた請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１１】
前記第３の接続手段は、補償導線であり、
前記中継手段は、前記熱起電力を前記補償導線に供給する中継装置である請求項１０記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１２】
前記中継手段は、前記熱電対が生成した熱起電力を電流信号または電圧信号に変換する電流信号変換手段であり、
前記第３の接続手段は、前記電流信号または前記電圧信号を前記伝送信号変換手段に送信するケーブルである請求項１０記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１３】
少なくとも前記第１の接続手段および前記第２の接続手段を収容する収容手段をさらに備えた請求項２記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１４】
シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対を準備するステップと、
前記熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力するステップと、
出力された前記伝送信号を送信するステップと、
送信された前記伝送信号のうち、各前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各前記熱電対の異常を検知するステップとを備えることを特徴とする熱電対の異常検知方法。
【請求項１】
シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対と、
前記熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力する伝送信号変換手段と、
前記伝送信号変換手段より出力された前記伝送信号を送信する送信手段と、
送信された前記伝送信号のうち、各前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各前記熱電対の異常を検知する異常検知回路とを備えたことを特徴とする熱電対の異常検知システム。
【請求項２】
複数の前記送信手段間を接続する第１の接続手段と、
一の前記送信手段と前記異常検知回路とを接続する少なくとも一の第２の接続手段とをさらに備え、
前記送信手段は、前記伝送信号が前記第２の接続手段を介して前記異常検知回路に送信されるように前記伝送信号を前記第１の接続手段を介して送信する請求項１記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項３】
前記複数の熱電対素線は、第１の熱電対素線および第２の熱電対素線であり、
前記第１の接続手段は、各前記熱電対の前記第１の熱電対素線に接続される送信手段間と、各前記熱電対の前記第２の熱電対素線に接続される送信手段間とをそれぞれ接続し、
前記第２の接続手段は、一の前記第１の熱電対素線に接続される送信手段および一の前記第２の熱電対素線に接続される送信手段と前記異常検知回路とをそれぞれ接続する請求項２記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項４】
前記伝送信号を用いて制御対象を制御する制御手段と、
前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる複数の伝送信号間で、前記制御手段に入力する伝送信号を切り替える切替手段とをさらに備えた請求項１〜３のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項５】
前記複数の熱電対素線は、第１の熱電対素線、第２の熱電対素線および第３の熱電対素線である請求項１記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項６】
前記異常検知回路は、前記第１の熱電対素線、前記第２の熱電対素線および前記第３の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各伝送信号間の差が所定値よりも大きい場合に前記熱電対の異常を検知する請求項５記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項７】
前記前記第１の熱電対素線、前記第２の熱電対素線および前記第３の熱電対素線から得られる伝送信号の中間値を選択する中間値選択手段と、
前記中間値選択手段により選択された前記伝送信号の中間値を用いて制御対象を制御する制御手段とをさらに備えたことを特徴とする請求項６記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項８】
前記伝送信号変換手段は、各前記熱電対が有する複数の熱電対素線に対して共通に設けられる請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項９】
前記送信手段は、各前記熱電対が有する複数の熱電対素線に対して共通に設けられる請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１０】
前記熱電対素線と接続される中継手段と、
前記中継手段と前記伝送信号変換手段とを接続する第３の接続手段とをさらに備えた請求項１〜７のいずれか一項記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１１】
前記第３の接続手段は、補償導線であり、
前記中継手段は、前記熱起電力を前記補償導線に供給する中継装置である請求項１０記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１２】
前記中継手段は、前記熱電対が生成した熱起電力を電流信号または電圧信号に変換する電流信号変換手段であり、
前記第３の接続手段は、前記電流信号または前記電圧信号を前記伝送信号変換手段に送信するケーブルである請求項１０記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１３】
少なくとも前記第１の接続手段および前記第２の接続手段を収容する収容手段をさらに備えた請求項２記載の熱電対の異常検知システム。
【請求項１４】
シースに収容された複数の熱電対素線を有する複数の熱電対を準備するステップと、
前記熱電対素線により生成された熱起電力を伝送信号に変換して出力するステップと、
出力された前記伝送信号を送信するステップと、
送信された前記伝送信号のうち、各前記熱電対が有する前記複数の熱電対素線から得られる伝送信号を比較し、各前記熱電対の異常を検知するステップとを備えることを特徴とする熱電対の異常検知方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−２４８１３（Ｐ２０１３−２４８１３Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６２４２６（Ｐ２０１１−１６２４２６）
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２５日（２０１１．７．２５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（３９００１４５６８）東芝プラントシステム株式会社 (273)
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