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技術 電子機器

出願人 横河電機株式会社
発明者 川元拓也
出願日 2015年3月16日 (5年3ヶ月経過) 出願番号 2015-051925
公開日 2016年2月18日 (4年4ヶ月経過) 公開番号 2016-027457
状態 拒絶査定
技術分野 制御系の試験・監視
主要キーワード 電子測定器 修理メンテナンス 客先指定 シュミットトリガインバータ カレントループ 励磁線 信号絶縁 ユーザー設定値
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重要な関連分野

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図面 (12)

課題

工場出荷時における電子機器機器固有情報を容易にかつ間違いなく的確に電子機器に入力格納することができ、これら格納された機器固有情報を診断結果と比較解析することで電子機器の健全性を確認できる電子機器を提供すること。

解決手段

機器固有情報に基づき機器の健全性を確認するように構成された電子機器において、 前記電子機器の工場出荷時における機器固有情報をその電子機器に自動的に設定入力する手段を設けたことを特徴とするもの。

概要

背景

電子機器一種に、たとえばプラントを制御するために測定対象の流量や温度や圧力などの情報を測定するように構成されたフィールド機器がある。図10は、従来のフィールド機器の一例を示す構成説明図である。図10において、検出器1と変換器2は分離されていて、これら検出器1と変換器2は信号・励磁用ケーブル3を介して接続されている。

検出器1は流体が流れる配管4に設置され、流量に応じた信号が信号・励磁用ケーブル3を介して変換器2に出力される。

このような検出器1の機器固有情報としては、工場出荷時や機器の設置時などに定められる、
・口径
製造番号
製造年月日
客先指定情報
流量補正係数
ゼロ点調整
コイル絶縁抵抗値
コイル抵抗値
信号絶縁抵抗値
などがある。

ここで、ゼロ点調整値とは、機器の外部要因によらず、ある期間にわたって装置の入出力の関係に起こる望ましくない緩慢ゼロ点の変化や移動を、工場出荷時もしくは設置時にオフセットした値である。ゼロ点の値は、励磁回路周辺の不具合などで変動する。

コイル絶縁抵抗値とは、通常数MΩ程度あるコイル-コモン間やコイル-信号間の絶縁抵抗値のことである。絶縁抵抗値は、検出器の劣化などで低下する。

コイル抵抗値とは、励磁線間の抵抗のことである。口径やライニングでそれぞれ異なる値となっていて、通常±10%以内の抵抗値を示す。抵抗値は、コイル異常や流体/雰囲気温度変化などで変動する。

信号絶縁抵抗値とは、通常数百MΩ程度ある信号-コモン間や信号-信号間の絶縁抵抗値のことである。前述のように、絶縁抵抗値は、検出器の劣化などで低下する。

これらの機器固有情報は、たとえば検出器1の銘板11に記載されていて、作業者はこれらの機器固有情報を目視確認して変換器2へ入力する。

図11は従来からフィールド機器として用いられている電磁流量計基本構成図であって、図10と共通する部分には同一の符号を付けている。図11において、流路を形成する管4の接液部は、電気的絶縁性を有する材料で形成されている。管4の外周には対向するように磁性体からなるヨーク1aが設けられ、各ヨーク1aにはそれぞれコイル1bが巻きつけられている。これらのコイル1bは、励磁部1cにより励磁される。

管4の内周には、ヨーク1aとコイル1bで形成される磁場と流量信号に比例した信号を検出するための測定電極1dが対向するように設けられるとともに、アース電極1eも設けられている。

測定電極1dから出力される信号は、バッファ1fによりインピーダンス変換されて差動アンプ1gに入力される。差動アンプ1gは、1対の測定電極1dに共通に発生する外来ノイズを除去するとともに所望の振幅レベル増幅してA/D変換器1hに入力する。

A/D変換器1hは、測定電極1dに発生したアナログ信号デジタル値で読めるようにA/D変換を行う。

CPU1iは、回路全体の制御を行うのをはじめ、A/D変換器1hのA/D変換値を使用して流速値積算値を算出したり、各部を診断するための演算などを行う。また、これらの演算結果の情報を出力回路1jへ伝達して出力回路1jに流量出力値や診断結果の表示を指示するとともに、A/D変換器1kのA/D変換値を使用して励磁部1cを制御する。

ここで、検出器1と変換器2との組み合わせが固定化されていれば、変換器2に検出器1の機器固有情報を入力しておけばよいが、現実には検出器1と変換器2との組み合わせは必ずしも固定化されていない。

すなわち、検出器1と変換器2との組み合わせは、フィールド機器の設置時や修理メンテナンスなどで変更されることがある。検出器1と変換器2との組み合わせが変更された場合には、変更された検出器1の機器固有情報を、実際にその検出器1が接続される変換器2へ入力する必要がある。

特許文献1には、目視による機器固有パラメータの誤入力を防止でき、複数の電子機器のデータ更新が効率よく行える技術が記載されている。

概要

工場出荷時における電子機器の機器固有情報を容易にかつ間違いなく的確に電子機器に入力格納することができ、これら格納された機器固有情報を診断結果と比較解析することで電子機器の健全性を確認できる電子機器を提供すること。機器固有情報に基づき機器の健全性を確認するように構成された電子機器において、 前記電子機器の工場出荷時における機器固有情報をその電子機器に自動的に設定入力する手段を設けたことを特徴とするもの。

目的

本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、工場出荷時や測定現場での設置時や保守時や校正時などにおける電子機器の機器固有情報を容易にかつ間違いなく的確に電子機器に入力格納することができ、これら格納された機器固有情報を診断結果と比較解析することで電子機器の健全性を確認できる電子機器を提供する

効果

実績

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請求項1

機器固有情報に基づき機器健全性を確認するように構成された電子機器において、前記電子機器の工場出荷時における機器固有情報をその電子機器に自動的に設定入力する手段を設けたことを特徴とする電子機器。

請求項2

前記機器固有情報は、前記電子機器に着脱可能なメモリカードに格納されていることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。

請求項3

前記機器固有情報は、インターネットを介して提供されることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。

請求項4

前記電子機器は、プラントを制御するフィールド機器であることを特徴とする請求項3に記載の電子機器。

請求項5

前記電子機器の健全性確認結果に基づきアラームを出力する手段を設けたことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子機器。

請求項6

前記機器固有情報は、2次元コードを介して提供されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子機器。

請求項7

前記工場出荷時における機器固有情報に代えて、前記機器の設置時における機器固有情報が設定入力されることを特徴とする請求項1に記載の電子機器。

請求項8

前記アラームは、前記機器固有情報の各基準測定値に対する変化量に基づき出力されることを特徴とする請求項5に記載の電子機器。

技術分野

0001

本発明は、電子機器に関し、詳しくは、電子機器に固有の各種情報の管理に関するものである。

背景技術

0002

電子機器の一種に、たとえばプラントを制御するために測定対象の流量や温度や圧力などの情報を測定するように構成されたフィールド機器がある。図10は、従来のフィールド機器の一例を示す構成説明図である。図10において、検出器1と変換器2は分離されていて、これら検出器1と変換器2は信号・励磁用ケーブル3を介して接続されている。

0003

検出器1は流体が流れる配管4に設置され、流量に応じた信号が信号・励磁用ケーブル3を介して変換器2に出力される。

0004

このような検出器1の機器固有情報としては、工場出荷時や機器の設置時などに定められる、
・口径
製造番号
製造年月日
客先指定情報
流量補正係数
ゼロ点調整
コイル絶縁抵抗値
コイル抵抗値
信号絶縁抵抗値
などがある。

0005

ここで、ゼロ点調整値とは、機器の外部要因によらず、ある期間にわたって装置の入出力の関係に起こる望ましくない緩慢ゼロ点の変化や移動を、工場出荷時もしくは設置時にオフセットした値である。ゼロ点の値は、励磁回路周辺の不具合などで変動する。

0006

コイル絶縁抵抗値とは、通常数MΩ程度あるコイル-コモン間やコイル-信号間の絶縁抵抗値のことである。絶縁抵抗値は、検出器の劣化などで低下する。

0007

コイル抵抗値とは、励磁線間の抵抗のことである。口径やライニングでそれぞれ異なる値となっていて、通常±10%以内の抵抗値を示す。抵抗値は、コイル異常や流体/雰囲気温度変化などで変動する。

0008

信号絶縁抵抗値とは、通常数百MΩ程度ある信号-コモン間や信号-信号間の絶縁抵抗値のことである。前述のように、絶縁抵抗値は、検出器の劣化などで低下する。

0009

これらの機器固有情報は、たとえば検出器1の銘板11に記載されていて、作業者はこれらの機器固有情報を目視確認して変換器2へ入力する。

0010

図11は従来からフィールド機器として用いられている電磁流量計基本構成図であって、図10と共通する部分には同一の符号を付けている。図11において、流路を形成する管4の接液部は、電気的絶縁性を有する材料で形成されている。管4の外周には対向するように磁性体からなるヨーク1aが設けられ、各ヨーク1aにはそれぞれコイル1bが巻きつけられている。これらのコイル1bは、励磁部1cにより励磁される。

0011

管4の内周には、ヨーク1aとコイル1bで形成される磁場と流量信号に比例した信号を検出するための測定電極1dが対向するように設けられるとともに、アース電極1eも設けられている。

0012

測定電極1dから出力される信号は、バッファ1fによりインピーダンス変換されて差動アンプ1gに入力される。差動アンプ1gは、1対の測定電極1dに共通に発生する外来ノイズを除去するとともに所望の振幅レベル増幅してA/D変換器1hに入力する。

0013

A/D変換器1hは、測定電極1dに発生したアナログ信号デジタル値で読めるようにA/D変換を行う。

0014

CPU1iは、回路全体の制御を行うのをはじめ、A/D変換器1hのA/D変換値を使用して流速値積算値を算出したり、各部を診断するための演算などを行う。また、これらの演算結果の情報を出力回路1jへ伝達して出力回路1jに流量出力値や診断結果の表示を指示するとともに、A/D変換器1kのA/D変換値を使用して励磁部1cを制御する。

0015

ここで、検出器1と変換器2との組み合わせが固定化されていれば、変換器2に検出器1の機器固有情報を入力しておけばよいが、現実には検出器1と変換器2との組み合わせは必ずしも固定化されていない。

0016

すなわち、検出器1と変換器2との組み合わせは、フィールド機器の設置時や修理メンテナンスなどで変更されることがある。検出器1と変換器2との組み合わせが変更された場合には、変更された検出器1の機器固有情報を、実際にその検出器1が接続される変換器2へ入力する必要がある。

0017

特許文献1には、目視による機器固有パラメータの誤入力を防止でき、複数の電子機器のデータ更新が効率よく行える技術が記載されている。

先行技術

0018

特開2012−37696号公報

発明が解決しようとする課題

0019

ところで、検出器1の機器固有情報を変換器2に入力するのにあたり、誤入力すると測定結果に悪影響を及ぼす恐れがある。

0020

また、検出器1が作業者の手に届かない場所に設置されている場合には、検出器1の機器固有情報を容易に確認できず、確認作業は危険を伴うことになる。

0021

また、経年劣化などで銘板11に記載されている情報の目視確認が困難になると、情報の確認作業に多大の工数が発生したり、場合によっては再校正をしなければならない。

0022

また、検出器1と変換器2との組み合わせが変更されるたびに必要情報再入力しなければならず、必要情報を再入力するための作業工数が発生する。

0023

さらに、作業者が手入力を行う場合には、入力すべき情報量を容易に増やすことは困難であって入力すべき情報量に限界があり、誤記記入忘れなどのヒューマンエラーを生じる可能性も高くなる。

0024

本発明は、これらの問題を解決するものであり、その目的は、工場出荷時や測定現場での設置時や保守時や校正時などにおける電子機器の機器固有情報を容易にかつ間違いなく的確に電子機器に入力格納することができ、これら格納された機器固有情報を診断結果と比較解析することで電子機器の健全性を確認できる電子機器を提供することにある。

課題を解決するための手段

0025

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項1記載の発明は、
機器固有情報に基づき機器の健全性を確認するように構成された電子機器において、
前記電子機器の工場出荷時における機器固有情報をその電子機器に自動的に設定入力する手段を設けたことを特徴とする。

0026

請求項2記載の発明は、請求項1に記載の電子機器において、
前記機器固有情報は、前記電子機器に着脱可能なメモリカードに格納されていることを特徴とする。

0027

請求項3記載の発明は、請求項1に記載の電子機器において、
前記機器固有情報は、インターネットを介して提供されることを特徴とする。

0028

請求項4記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の電子機器において、
前記電子機器は、プラントを制御するフィールド機器であることを特徴とする。

0029

請求項5記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれかに記載の電子機器において、
前記電子機器の健全性確認結果に基づきアラームを出力する手段、
を設けたことを特徴とする。

0030

請求項6記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれかに記載の電子機器において、
前記機器固有情報は、2次元コードを介して提供されることを特徴とする。

0031

請求項7記載の発明は、請求項1に記載の電子機器において、
前記工場出荷時における機器固有情報に代えて、前記機器の設置時における機器固有情報が設定入力されることを特徴とする。

0032

請求項8記載の発明は、請求項5に記載の電子機器において、
前記アラームは、前記機器固有情報の各基準測定値に対する変化量に基づき出力されることを特徴とする。

発明の効果

0033

これらにより、電子機器の健全性を精度よく的確に確認できる。

図面の簡単な説明

0034

本発明の一実施例を示す構成図である。
ID基板12に実装されるデータ格納メモリ部の具体例を示すブロック図である。
メモリFM転送格納された機器固有情報に基づく診断の流れを説明するフローチャートである。
推定時間とリスクレベルの関係の具体例を示す説明図である。
診断結果と閾値の説明図である。
特性の変化曲線例図である。
本発明の他の実施例を示す構成説明図である。
本発明の他の実施例を示す構成説明図である。
本発明の他の実施例を示す構成説明図である。
従来のフィールド機器の一例を示す構成説明図である。
従来の電磁流量計の基本構成図である。

実施例

0035

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図1は本発明の一実施例を示す構成説明図であり、図10と共通する部分には同一の符号を付けている。

0036

図1において、検出器1にはID基板12が設けられていて、ID基板12はID用通信電源ケーブル5を介して変換器2と接続されている。

0037

図2は、ID基板12に実装されるデータ格納メモリ部の具体例を示すブロック図である。検出器1と変換器2との間では、BUSラインによるシリアルインターフェース方式でデータ通信が行われる。電源は変換器2から供給される。なお、図2では、各信号名の先頭に「X」を付加することで負論理信号を識別表示している。

0038

検出器1には変換器2から、チップセレクト信号XCSと、シリアルデータXSIと、シリアルクロックXSCLKが入力される。変換器2へは、シリアルデータSDOが出力される。

0039

ID基板12の入出力インターフェース部は、電源供給オフ時におけるIC入力オープン対策として、抵抗R1〜R3を介して電源に対するプルアップ処理を行う。また、静電破壊対策として、電源とGND間にダイオードD1とD2、D3とD4、D5とD6、D7とD8の直列回路よりなるクランプ回路を接続している。なお、電源は、変換器2から供給される。

0040

メモリとしてはたとえばフラッシュメモリFMを用い、データのリードライトをSPI(Serial Peripheral InterfaceModule)方式により行う。

0041

変換器2との入力信号インターフェースは負論理で行うため、メモリFMへの入力前にインバータINV1〜INV4を接続して信号を論理反転させる。ただし、XCS信号はメモリ側も負論理信号のため再度論理反転させる。なお、これらインバータINV1〜INV4は、シュミットトリガインバータを使用することにより、ケーブルなどの外部要因に起因する波形パルスの緩やかな立ち上がり立下りなどを整形す役割も兼ねている。

0042

メモリFMに入力格納されるデータは、たとえば口径、製造番号、製造年月日、客先指定情報、流量補正係数の他、工場出荷時に測定されるゼロ調整値、コイル絶縁抵抗値、コイル抵抗値、信号絶縁抵抗などがあり、変換器2側のレジスタ上に設定されているメモリ領域に対して直接書き込むことにより行う。

0043

変換器2へのシリアルデータSDOは、インバータINV5、INV6を介して正論理信号として出力される。

0044

これら検出器1の機器固有情報は、工場出荷時に変換器2の内部に一旦入力格納された後、検出器1のID基板12に実装されているメモリFMに転送格納される。

0045

図3はメモリFMに転送格納された機器固有情報に基づく診断の流れを説明するフローチャートであり、(A)はゼロ点測定の場合を示し、(B)はコイル絶縁抵抗値測定の場合を示し、(C)はコイル抵抗値測定の場合を示し、(D)は信号絶縁抵抗値測定の場合を示している。これら(A)から(D)のいずれの場合も、それぞれの測定結果に対してあらかじめ工場出荷時に合否判定を行うための基準となる所定の閾値を段階的に設けておき、測定結果がそれぞれの閾値条件を満たさなかった場合には変換器2へアラームを出力して、測定作業者予防保全注意喚起する。

0046

また、機器の工場出荷時や測定現場での設置時における機器固有情報の各基準測定値に対する変化量を求め、これらの変化量を時系列分析して所定の閾値に達するまでの時間を推定し、各リスクレベルに応じてアラームを出力するようにしてもよい。

0047

図4は、このような推定時間とリスクレベルの関係の具体例を示す説明図である。図4の例では、所定の閾値に達するまでの推定時間とリスクレベルの対応関係を以下のように設定している。
推定時間 リスクレベル
20年以上 安全
10年以上20年まで警戒
5年以上10年まで注意
1年以上5年まで 危険

0048

図5は、診断結果と閾値の説明図であり、(A)は従来例を示し、(B)は本発明の実施例を示している。従来の診断結果によれば、図5(A)のように閾値に達するまでアラームを出力しないので、経年劣化などの兆候を察知することができなかった。

0049

また、従来の閾値はメーカー推奨値デフォルト)やユーザー設定値で決定されていたが、閾値が適切な値でない場合には、アラームが頻繁に出力されたり、本来アラームを出力しなければならないのに出力されないなどの不具合が発生するおそれがあった。

0050

これに対し、本発明では図5(B)に示すように機器の工場出荷時や測定現場での設置時における機器固有情報の各基準測定値に対する変化量xaから判定する。

0051

図6は、特性の変化曲線例図である。判定基準は、たとえば図6に示す閾値kを超えるまでの推定時間txを図4のリスクレベルに基づいて管理する。

0052

推定時間txは変化量を直近のデータから近似して近似線を求め、その近似線の傾きから式1のように求める。このとき、全データから近似すると、変化量が複雑な場合には精度が悪くなる。そこで、図6の例では区間t3の変化量に基づいて近似線の傾きを求めて推定時間txを求めることで精度を高めている。なお、近似する期間は任意に変更することができる。

0053

推定時間tx=(閾値k−現在変化量u)/直近の近似線の傾きΔ (1)

0054

変換器のパラメータとしては、リスクレベル以外に、閾値超えまでの推定時間も表示できる。

0055

また、図6では近似線が直線の例を示しているが、直線に限るものではなく、その他、対数多項式累乗などであってもよい。

0056

これらにより、検出器1の機器固有情報を、容易にかつ間違いなく的確に変換器2へ入力することができ、入力した検出器1の機器固有情報を利用して、検出器1の健全性を確認するための診断を実施できる。

0057

そして、機器固有情報の各基準測定値に対する変化量に基づき健全性を確認することにより、検出器1の劣化の兆候を精度よく的確に把握確認でき、計画的に検出器1のメンテナンスが行える。

0058

また、機器固有情報の各基準測定値に対する変化量の大きさから検出器1の劣化の要因絞り込むことができ、メンテナンス時の対応がしやすくなる。

0059

検出器などのフィールド機器を使用していると、時間経過とともに温度、圧力、流体、スラリー振動、衝撃などが要因で、健全性を失う場合がある。健全性が失われると、測定結果の誤差が増大するなどの悪影響を与えることになる。

0060

これに対して、従来は、たとえば誤差が露見してからその原因を調査していたが、本発明では基準値としてたとえば工場出荷時や設置時の値を設定しておき、現在の各要素の測定値を設定されている基準値と比較して各基準測定値に対する変化量の大きさを求めることにより、現時点における検出器の健全性を認識することができる。

0061

図7は、本発明の他の実施例を示す構成説明図である。図2の実施例ではメモリFMを使用して機器固有情報を変換器2へ伝えていたが、図7の実施例はDIPスイッチを使用して実現したものであり、図7では32ビット分の情報を変換器2へ伝える例を示している。

0062

図7において、各DIPスイッチDIPSW1〜DIPSW4の固定接点側はGNDと接続されており、各ビットに対応するスイッチの可動接点を閉じてON状態に設定することにより経路がGNDに短絡され、ONしたビットのデータがLレベルに設定(負論理)される。IDの各ビット信号は変換器2の入力端でHレベルに抵抗でプルアップされており、検出器側がOPEN状態の場合にはHレベルに設定される。構成および設定後の診断処理は、上記図2と実質的に同様である。

0063

図8も、本発明の他の実施例を示す構成説明図である。図8において、検出器1にはたとえばQRコード登録商標)などの2次元コード13が貼り付けられている。標準的なサイズのQRコードの場合、バイナリであれば2953バイト、英数字であれば4296文字分の情報を持たせることができ、従来の銘板に文字記号により記載される情報量に対して格段に大量の情報を書き込むことができる。

0064

検出器1の機器固有情報をこの2次元コード13に変換して書き込んでおき、機器設置時に専用の読み取り機で2次元コード情報読み取り、変換器2へ入力する。変換器2への入力方法としては、たとえば赤外線などの専用通信や、広く工業分野で使用されている4−20mAカレントループによるアナログ信号通信や、アナログ信号にデジタル信号重畳させたHART(Highway Addressable Remote Transducer)などのハイブリッド通信や、フィールドバスなどのデジタル通信などを用いることができる。

0065

なお、2次元コード13は、従来と同様に検出器1の外部に設けられている主版に貼り付けあるいは印字記録してもよいし、経年劣化による視認エラーを防止するためには検出器1の内部に貼り付けるようにしてもよい。設定後の診断処理は、上記図2と実質的に同様である。

0066

図9も、本発明の他の実施例を示す構成説明図である。図9において、変換器2にはメモリカード21が設けられている。このメモリカード21には工場出荷時に検出器1の機器固有情報が入力格納され、検出器1の付属品としてセットで出荷される。

0067

なお、メモリカード21は紛失する可能性もあるので、工場出荷時のデータは製造元が管理しておき、問い合わせに応じて機器固有情報を再提供したり、インターネット上にセキュリティ管理した上で公開しておきユーザーが直接参照できるようにしてもよい。機器固有情報の参照にあたっては、たとえば主銘版に記載されている機器製造番号からも追尾可能とする。

0068

また、上記実施例では、電子機器として、プラント制御システムで用いられる電磁流量計の例について説明したが、本発明は電磁流量計に限るものではなく、家電機器電子事務機電子測定器など、電子機器の健全性を確認することを必要とするその他の各種の電子機器にも有効である。

0069

さらに、電子機器の機器固有情報は、たとえばQRコード(登録商標)などの2次元バーコードとして提供してもよい。

0070

以上説明したように、本発明によれば、工場出荷時や測定現場での設置時や保守時や校正時などにおける電子機器の機器固有情報を容易にかつ間違いなく的確に電子機器に入力格納することができ、これら格納された機器固有情報と機器固有情報の各基準測定値に対する変化量とを解析することで電子機器の健全性を精度よく的確に確認できるので、たとえば電磁流量計などのフィールド機器にも好適である。

0071

1検出器
11銘板
12 ID基板
13 2次元コード
2変換器
21メモリカード
3 信号・励磁用ケーブル
4配管
5 ID用通信・電源ケーブル

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