JP2009245109A - 無線通信を用いた設備監視システム及びそれに用いる計測装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 複数の計測装置と、該計測装置で得られた情報を収集し記録するデータ収録装置と、該データ収録装置を制御するパソコンとからなる無線通信を用いた設備監視システムにおいて、前記計測装置のうちの所定の1つが、リレー無線通信により前記データ収録装置もしくは前記複数の計測装置の残部と無線通信を行って、間欠送受信による前記計測装置の残部との計測時刻同期および通信経路の調整をするとともに、所定のサンプリング間隔で物理量を計測し、得られた該物理量計測値を前記データ収録装置へ送信する。
【選択図】 図1
Description
従来の設備監視システムは、変状箇所にセンサを設置して、データ収録箇所までケーブルで接続してモニタリングシステムを構築するものであった。(例えば特許文献1)
(1) 広大な範囲、面的な範囲を対象とした場合、膨大なコストが必要となる。
(2) 計測に伴ってケーブルを敷設する必要があるが、公道等ケーブルが横断できない箇所がある。
(3) 地震後等臨時で設備の状態の確認を行いたいときに、安全上立ち入ることが困難な箇所がある。
また、特許文献2に記載の発明は、土木設備等の監視システムとして用いるには以下の問題があった。
(1) ビル内での計測を対象としているため、無線伝送機とデータ収集用コンピュータとが直接送受信できることを前提としており、無線伝送機の配置範囲に限界があった。本発明で主に対象とするのは屋外設備や周辺地盤のモニタリングであり、広範囲を面的に管理する必要があった。
(2) 省電力化や電源の長寿命化について一定の配慮はされているが、屋外設備等の監視システムに耐えうる電源寿命を確保するには至っていなかった。特に狭隈箇所に位置する設備のモニタリングでは、電源交換に係わる人工削減のため、長期間(数年間)の電源寿命を達成する必要があった。さらに、長期的な設備計測用システムとしての信頼性も不足していた。
(3) 親機からの無線伝送要求を受信したときのみ子機で計測する方式を採用しているが、このままでは設備の定期監視には向かない。実用的な電源寿命を達成しつつも、一定サンプリング間隔で確実に定期計測できる技術が必要であった。同時に、緊急時の臨時計測にも対応できる必要があった。
(4) 専用の歪みセンサと無線伝送機を内蔵した計測装置を用いており、歪み以外の計測はできないため、計測可能な物理量の数・種類に制限があった。屋外設備等の維持管理として用いるためには、歪み計だけでなく、伸縮計、亀裂変位計、傾斜計などの設備に係わる物理量や温度計などの環境条件に係わる物理量など多種多様なセンサとの接続性を確保する必要があった。また、物理量を温度補正する必要性などから1つの計測システムで同時に複数の物理量を計測する必要があった。
また、緊急時の臨時計測にも対応でき、かつ信頼性の高い設備監視システムを提供することにある。
さらに、市販センサとの接続性もよい設備監視システム用の計測装置を提供することを目的としている。
前記複数の計測装置がリレー無線通信することで、前記データ収録装置が直接通信できる範囲を超えて計測装置を配置することでき、広範囲を面的に計測することが可能となる。また、間欠送受信により、必要時以外は待機モードにすることで、省電力化による実用的な電源寿命を達成できる。
このことにより、前記計測装置でデータを記憶し、蓄積することで、データ消失のリスクを低減でき、信頼性の高い計測システムを構築することができる。また、データ収録装置へデータ送信する回数を減らすことができ、その分だけ消費電力を抑えることもできる。
このことにより、前記データ収録装置からのトリガ信号により臨時計測や臨時データ送信も可能とすることで、定期計測以外にも必要時に任意のタイミングで計測することができる。また、前記計測装置は、必要最小限の範囲で間欠的にトリガ信号受信モードとなることで、電力消費量を最小限に抑制することができる。
このことにより、前記計測装置の定常時の通信経路やトラブル時の代替通信経路(迂回経路)をあらかじめ定めておくことで、間欠送受信による通信経路の確認が容易となり、通信回数を最小限に抑えることができることから、電力消費量を抑制することができる。
前記制御部が、前記計時部からの信号によって駆動を開始し、前記無線送受信部にて受信した信号種類を判別するとともに、判別した信号種類によってあらかじめプログラムされた通りに所定の物理量の計測および無線送受信を制御することを特徴とする無線通信を用いた設備監視システム用の計測装置である。
請求項7に記載の発明は、前記接続部が少なくとも2つの歪み変換式センサと接続できることを特徴とする請求項6に記載の無線通信を用いた設備監視システム用の計測装置である。
一般に、土木計測用センサの8割が歪み変換式センサであることから、歪み変換式センサに対応できるように設定すれば、十分な接続性を満足することができる。また、前記接続部を2個設けることで、例えば同一地点の温度と物理量が同時計測でき、物理量の温度補正も容易となり、計測精度を向上させることができる。
(1)計測困難な箇所(高所や狭隈部等)でも計測可能となる。
(2)計測システム構築コストは大幅(一般に1/5程度)に削減できる。
(3)同コストであれば多地点の計測可能であるため、精度の高い設備診断が可能となる。
(4)ケーブル設置場所の確保等ケーブル設置に係わる業務が省けるため、迅速に計測システムが構築できる。
(5)一旦計測システムを構築した後も、計測地点を容易に追加できる。
(6)自然災害等により計測箇所に変状が発生した後も、ケーブル破断等の影響がないことから、計測を継続しやすい。
(7)子機でもデータ保存することで、信頼性が高い計測を行うことができる。
また、省電力化および電源容量の改善により、電源寿命を実用的なレベルまで延伸したことにより、バッテリー交換頻度を低減でき、交換に係わるメンテナンスコストも削減できる。
さらに、センサ接続性を改善したことにより、多種の汎用センサを使用可能となり、対応できるデータ種類が増加する。また、複数センサと接続することで、1地点で温度計と変位計等の計測が同時に行え、データ精度が向上する。
図1は、本発明の無線通信を用いた設備監視システムの構成図を示したものである。図1において、1はデータ収録装置、2は本発明における計測システム、3は所定の物理量を測定する計測装置、4は所定の物理量を測定するのに適したセンサ、Aは本発明の無線通信を用いた設備監視システムである。
同図に示したように、本実施形態での無線設備監視システムAは、データ収録装置1と計測システム2から構成され、さらに計測システム2は、複数の計測装置3と該計測装置3の各々に対応して接続されるセンサ4(図中では亀裂変位計を図示)から構成されている。
物理量の計測は、各センサ4からの電気的信号を該各センサ4に対応して接続された計測装置3に取り込んでデータ処理することで行う。
前記の各計測装置3がデータ収録装置1の通信範囲外にある場合には、隣接する別の計測装置3を介して、リレー無線通信により、データ収録装置1へデータを転送する。
無線周波数帯は、2.45GH帯の特定小電力無線を用いる。各計測装置3の間の通信距離は200mまで可能である。次に計測装置3の構成を図2示す。図2において、(a)はセンサを接続する接続部が1つの場合、図2(b)は接続部が複数の場合(この場合は2つ)の計測装置3の構成図を表したものである。
前記無線送受信部15は、無線にて、計測装置3からデータや信号を送信したり、外部からデータや信号を受信する機能を有している。無線送受信部15にはアンテナ部(図示なし)を有しており、無線の発送信はアンテナ部を介して行われる。
次に、本発明における計測システムについて、図3に示した計測フロー図を用いて説明する。
図3(a)は、本発明における計測システムの全体フロー図である。本発明における計測システムは、前記各計測装置3への指令が何もなければ通常、待機モードS1の状態となっている。該待機モードS1からは、3つのフロー(時刻同期・通信経路確認フローS2,定期計測・定期データ送信フローS3,臨時計測・臨時データ送信フローS4)に移行することができ、それぞれのフローが完了すると、再度待機モードS1に戻ることになる。
定期計測や定期データ送信の頻度は、電源寿命や計測データ確認頻度などから、適宜設定することができる。また、その設定は、データ収録装置からの指令により変更することもできる。土木計測においては、定期計測は一日に数回の頻度とされ、定期データ送信は一年に数回の頻度とされるのが一般的である。
次に本発明の計測装置におけるモード変換と計測フローについて説明する。
図6は、本発明の計測装置3のモード変換と、図3に示した計測フローとの関係を示したものである。
同図に示すように、計測装置3は何も処理がない場合には待機モードS1になっている。待機モードS1は、動作電流として計時部11を稼働させる電流のみが必要であり、最も消費電力を抑えた状態である。一般に最大使用電流は10μA以下である。
外部信号により送受信モードS7へも移行する。その際、データ収録装置と送受信して、保存データの転送、計測制御方法などの動作設定の変更などを行う。保存データの送信を行うため、最大使用電流は100mAを超えることもある。
一般に、対象構造物は鉄筋コンクリート製のオープントレンチである。このトレンチでは、平面的に数百メートルの大きさの地すべりブロックが存在しており、この地すべりブロックを横切ってオープントレンチが存在していることから、地すべりによってコンクリートにはひび割れ等の変状が生じている。
次に、当該地点における計測項目と使用センサの例を図9に示す。同表に示すように、無線通信の経路1では、伸縮計、一軸亀裂変位計、温度計を用いて、地すべり変位、コンクリートひび割れ幅、気温、コンクリート温度の計測を行っている。経路2では、傾斜計、二軸亀裂変位計、温度計を用いて、傾斜角度、コンクリートひび割れ幅、気温、コンクリート温度の計測を行っている。
2 計測システム
3 計測装置
4 センサ
11 計時部
12 電源部
13 制御部
14 記憶部
15 無線送受信部
16 変換部
17 接続部
A 設備監視システム
S1 待機モード
S2 時刻同期・通信経路確認フロー
S3 定期計測・定期データ送信フロー
S4 臨時計測・臨時データ送信フロー
S5 外部トリガ受信モード
S6 計測モード
S7 送受信モード
Claims (7)
- 所定の物理量を計測する複数の計測装置と、該計測装置で得られた情報を収集し記録するデータ収録装置と、該データ収録装置を制御するパソコンとからなる無線通信を用いた設備監視システムにおいて、
前記複数の計測装置のうちの所定の1つが、リレー無線通信により前記データ収録装置もしくは前記複数の計測装置の残部と無線通信を行って、間欠送受信による前記計測装置の残部との計測時刻同期および通信経路の調整をするとともに、所定のサンプリング間隔で物理量を計測し、得られた該物理量計測値を前記データ収録装置へ送信することを特徴とする無線通信を用いた設備監視システム。 - 前記計測装置が、所定の物理量の計測データを記憶した後に、該計測データを前記データ収録装置へ送信することを特徴とする請求項1に記載の無線通信を用いた設備監視システム。
- 前記計測装置のうちの所定の1つは、所定の間隔で所定の時間継続してトリガ信号受信モードとなり、前記データ収録装置からのトリガ信号もしくは前記計測装置の残部から転送されたトリガ信号を受信したタイミングで物理量の計測を行い、その結果を前記データ収録装置へ送信することを特徴とする請求項2に記載の無線通信を用いた設備監視システム。
- 前記計測装置は、該各々の計測装置が通信可能時の通信経路および通信不可能な場合の代替通信経路をあらかじめ定めておくことを特徴とする請求項3に記載の無線通信を用いた設備監視システム。
- 所定の物理量を検出するセンサと、
該センサを取り付けるための接続部と、
前記センサからの検出信号を増幅するとともにデジタル信号へと変換する変換部と、
電力を出力する電源部と、
外部と無線で信号およびデータを送受信する無線送受信部と、
所定の一定間隔で信号を発信する計時部と、
所定の物理量の計測および無線送受信を制御する制御部とからなる無線を用いた設備監視用の計測装置において、
前記制御部は、前記計時部からの信号によって駆動を開始し、前記無線送受信部にて受信した信号種類を判別するとともに、判別した信号種類によってあらかじめプログラムされた通りに所定の物理量の計測および無線送受信を制御することを特徴とする無線を用いた設備監視システム用の計測装置。 - 前記制御部は、所定の物理量の計測結果を記憶するデータ記憶部を有することを特徴とする請求項5に記載の無線を用いた設備監視システム用の計測装置。
- 前記接続部は、少なくとも2つの歪み変換式センサと接続できることを特徴とする請求項6に記載の無線を用いた設備監視システム用の計測装置。
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