JP2014112819A - 無線機器、入出力ユニット、無線ユニット、及び無線機器の設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】機器認証を極力少なくすることができるとともに、プラント稼働中であってもオンライン状態を維持しつつ電池交換を容易に行うことが可能な無線機器、入出力ユニット、及び無線ユニット、並びに無線機器の設定方法を提供する。
【解決手段】無線機器１は、センサユニット１０と無線ユニット２０とからなり、センサユニット１０は、プロセスにおける状態量の測定を行う内部センサ１１ａ等と、局所的な通信を行うローカル通信部１３と、内部センサ１１ａ等及びローカル通信部１３に電力を供給する電源部１５とを備え、無線ユニット２０は、無線通信部２１と、ローカル通信部１３との間で局所的な通信を行うローカル通信部２３と、無線通信部２１及びローカル通信部２３に電力を供給する電源部２５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線機器、入出力ユニット、無線ユニット、及び無線機器の設定方法に関する。

従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されている。このような分散制御システムを構成するフィールド機器は、有線通信を行うものが殆どであったが、近年においてはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うもの（無線フィールド機器）も実現されている。

上記の無線フィールド機器は、概して工業プロセスにおける状態量（例えば、圧力、温度、流量等）の測定又は操作を行う入出力部と、上記の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う無線通信部と、無線フィールド機器の動作を統括して制御する制御部とが筐体内に組み込まれており、単一の電源から供給される電力によって各部が動作する。ここで、無線フィールド機器は、通信線又は通信バスに接続する必要がなく、基本的に単独でプラント等に設置されることから、上記の単一の電源として電池を内蔵するものが殆どである。

このような無線フィールド機器では、電池の消耗を極力少なくするために省電力動作が行われる。具体的には、無線通信を行う必要が無い場合には、非動作状態（少なくとも、電力消費を極力少なくするために無線信号の送信及び受信を行わない状態）になっており、無線通信を行う必要が生じた場合にのみ動作状態（無線信号の送信又は受信が可能な状態）に移行して無線信号を送信又は受信する動作が行われる。尚、以下の非特許文献１には、このような従来の無線フィールド機器であって、入出力部（センサ）と無線通信部とが一体となったものが開示されている。

山本周二，他３名，「世界初ＩＳＡ１００．１１ａ準拠無線フィールド機器」，横河技報，Ｖｏｌ．５３，Ｎｏ．２，２０１０

ところで、従来の無線フィールド機器は、上述した通り、工業プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部及び無線通信を行う無線通信部等が筐体内に組み込まれており、これらが単一の電源（電池）から供給される電力によって動作する。このため、従来の無線フィールド機器は、以下の（１）〜（３）に示す問題があった。

（１）無線フィールド機器の種類毎に機器認証が必要
無線フィールド機器に限らず、無線で通信を行う無線機器は、一般的に各国の法令に適合していることの認証（無線規格認証）を受ける必要がある。この無線規格認証は、基本的に無線機器の機種毎に受ける必要があるため、例えば無線通信部は同じであっても入出力部（センサやアクチュエータを含む）の種類や形状が異なる無線フィールド機器は、それぞれ無線規格認証を受ける必要がある。

また、プラント等に設置される無線フィールド機器のように、可燃性のガスが用いられる環境で使用される無線機器は、上記の無線規格認証に加えて防爆規格に適合していることの認証（防爆認証）を受ける必要がある。この防爆認証は、上述の無線規格認証に比べて煩雑な手続が必要になり、認証を得るのに長時間を要する。これら無線規格認証や防爆認証は、国や地域により個別に受ける必要があるため、無線フィールド機器のメーカーやベンダが世界規模で事業を展開しようとすると、膨大な時間、費用、人員が必要になるという問題がある。

（２）電池交換時にオフラインになってしまう
無線フィールド機器は、上述した通り、内蔵されている電池から供給される電力によって動作する。このような無線フィールド機器は、センサやアクチュエータを含む入出力部の寿命よりも内蔵された電池の寿命が短いものが殆どであるため、電池の残容量が少なくなった場合には電池を交換する必要がある。電池の交換時には、無線通信部への電力供給のみならず入出力部への電力供給も停止するため、電池交換中は入出力部が状態量の測定や操作を行うことができない状態（オフライン）になってしまうという問題がある。

（３）プラント稼働中に電池交換ができない
防爆の必要がある場所（防爆エリア）に設置されている無線フィールド機器は、無線フィールド機器及び電池が共に防爆規格を満たしていない限り、プラント稼働中に電池の交換を行うことができない。このため、無線フィールド機器及び電池の少なくとも一方が防爆規格を満たしていない場合に電池を交換する方法としては、点検等のためにプラントが停止していて可燃性のガスが用いられていないときに防爆エリアにて一斉に電池交換を行う方法と、無線フィールド機器を取り外して非防爆エリアにて電池交換を行ってから元の場所に再びフィールド機器を設置する方法とが考えられる。

前者の方法は、電池を交換する機会が、プラントが停止しているときに制限されてしまうとともに、短時間で多数の電池を機械的に交換する必要があることから、残容量が十分な電池であっても交換しなくてはならないという問題がある。また、後者の方法は、無線フィールド機器の取り外し及び設置を行わなければならないため、多くの時間とコストが必要になるという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、機器認証を極力少なくすることができるとともに、プラント稼働中であってもオンライン状態を維持しつつ電池交換を容易に行うことが可能な無線機器、入出力ユニット、及び無線ユニット、並びに無線機器の設定方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の無線機器は、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部（１１ａ、１１ｃ）と、該入出力部の測定結果の送信又は該入出力部に対する操作指示の受信を行う無線通信部（２１）とを備える無線機器（１）において、前記入出力部と、局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示を授受する第１局所通信部（１３）と、前記入出力部及び前記第１局所通信部に電力を供給する第１供給部（１５、１６）とを備える入出力ユニット（１０）と、前記無線通信部と、前記第１局所通信部との間で局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示を授受する第２局所通信部（２３）と、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に電力を供給する第２供給部（２５、２６、２８）とを備える無線ユニット（２０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、入出力ユニットの入出力部で測定されたプロセスにおける状態量は、第１，第２局所通信部を介して無線ユニットに出力されて、無線ユニットの無線通信部から無線ネットワークに送信される一方、無線ネットワーク介して送信されてきたプロセスにおける状態量の操作指示は、無線ユニットの無線通信部で受信された後に、第２，第１局所通信部を介して入出力ユニットに出力され、入出力ユニットの入出力部において、操作指示に基づいた操作が行われる。
また、本発明の無線機器は、前記第１，第２局所通信部が、非接触で前記局所的な通信を行うことを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニットが、少なくとも前記入出力部及び前記第１供給部を収容する第１筐体（Ｃ１）を備えており、前記無線ユニットが、少なくとも前記無線通信部及び前記第２供給部を収容する第２筐体（Ｃ２）を備えていることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第１，第２筐体には、前記第１筐体に収容された前記第１局所通信部と前記第２筐体に収容された前記第２局所通信部との間で授受される信号を通過させる第１，第２信号通過部（Ｗ１、Ｗ２）がそれぞれ形成されており、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第１筐体に形成された前記第１信号通過部と前記第２筐体に形成された前記第２信号通過部とが前記信号を授受可能なように結合されることを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第１，第２筐体の何れか一方には、前記第１筐体に収容された前記第１局所通信部からの信号を通過させる第１信号通過部（Ｗ１）、或いは前記第２筐体に収容された前記第２局所通信部からの信号を通過させる第２信号通過部（Ｗ２）が形成されており、前記第１，第２筐体の何れか他方には、前記第１筐体の外部であって前記第２筐体に形成された前記第２信号通過部の近傍に配置された前記第１局所通信部、或いは前記第２筐体の外部であって前記第１筐体に形成された前記第１信号通過部の近傍に配置された前記第２局所通信部がケーブル（ＣＢ）を介して接続されていることを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットが、前記入出力ユニットに設定される第１設定情報（Ｑ１）と前記無線ユニットに設定される第２設定情報（Ｑ２）との少なくとも一方を記憶する記憶部（１４、２４）を備えることを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記第１，第２局所通信部が、前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示に加えて、前記第１，第２設定情報の授受が可能であることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第１供給部が、前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給される電力の給電を行う第１電源（ＰＳ１）を備え、前記第２供給部が、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給される電力の給電を行う第２電源（ＰＳ２）を備えることを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第１供給部が、前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給される電力の給電を行う第１電源（ＰＳ１）を備え、前記第２供給部が、前記第１電源から給電される電力を受電して前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給することを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第２供給部が、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給される電力の給電を行う第２電源（ＰＳ２）を備え、前記第１供給部が、前記第２電源から給電される電力を受電して前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給することを特徴としている。
或いは、本発明の無線機器は、前記第１，第２供給部が、外部電源（ＰＳ０）から給電される電力を、前記入出力部及び前記第１局所通信部と前記無線通信部及び前記第２局所通信部とにそれぞれ供給することを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記外部電源が、前記第１，第２供給部の双方に給電を行うことを特徴としている。
若しくは、本発明の無線機器は、前記外部電源が、前記第１，第２供給部の何れか一方に給電を行い、前記外部電源からの給電が行われない前記第１，第２供給部の何れか他方は、前記外部電源からの給電が行われる前記第１，第２供給部の何れか一方からの電力を受電することを特徴としている。
また、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット及び前記無線ユニットが、前記第１，第２供給部間における電力の伝送を非接触で行う第１電力伝送部（１７、２７）及び前記外部電源からの受電を非接触で行う第２電力伝送部の少なくとも何れか一方を備えることを特徴としている。
ここで、本発明の無線機器は、前記第１電力伝送部が、前記第１，第２局所通信部と一体化されていることを特徴としている。
若しくは、本発明の無線機器は、前記入出力ユニット或いは前記無線ユニットが、前記第１供給部或いは前記第２供給部で受電された電力を蓄える蓄電部（２９）を備えることを特徴としている。
本発明の入出力ユニットは、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット（１０）であって、前記プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部（１１ａ、１１ｃ）と、局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示の授受が可能な局所通信部（１３）と、内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記入出力部及び前記局所通信部に供給する第１供給部（１５）とを備えることを特徴としている。
本発明の無線ユニットは、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット（２０）において、前記無線ネットワークを介した無線通信を行う無線通信部（２１）と、局所的な通信を行って、前記無線通信部から送信すべき信号又は前記無線通信部で受信した信号の授受が可能な局所通信部（２３）と、内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記無線通信部及び前記局所通信部に供給する第２供給部（２５）とを備えることを特徴としている。
本発明の第１の態様による無線機器の設定方法は、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット（１０）と、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット（２０）とを備える無線機器（１）の設定方法であって、前記入出力ユニットに設定すべき情報であって前記無線ユニットに予め保存されている第１設定情報（Ｑ１）を、前記無線ユニットと前記入出力ユニットとの間で局所的な通信を行って、前記無線ユニットから前記入出力ユニットに送信して設定するステップ（Ｓ１６）を有することを特徴としている。
また、本発明の第２の態様による無線機器の設定方法は、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニット（１０）と、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット（２０）とを備える無線機器（１）の設定方法であって、前記入出力ユニットに設定すべき第１設定情報（Ｑ１）及び前記無線ユニットに設定すべき第２設定情報（Ｑ２）を前記無線ユニットに登録する第１ステップ（Ｓ５１、Ｓ５２）と、前記無線ユニットに登録された前記第１，第２設定情報を前記入出力ユニットに登録する第２ステップ（Ｓ５５、Ｓ５８）と、前記無線ユニットの交換が行われた場合に、前記入出力ユニットに登録された前記第２設定情報を交換後の新たな無線ユニットに設定する第３ステップ（Ｓ６２）とを有することを特徴としている。

本発明によれば、無線機器を、プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニットと、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニットとに分けて構成し、入出力ユニットに設けられた第１局所通信部と無線ユニットに設けられた第２局所通信部との間で局所的な通信を行うことによって、入出力ユニットと無線ユニットとの間で各種情報の授受を行うようにしている。このため、機器認証を極力少なくすることができるとともに、プラント稼働中であってもオンライン状態を維持しつつ電池交換を容易に行うことが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による無線機器の要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による無線機器を模式的に示す外観斜視図である。 本発明の一実施形態における無線機器の取付時動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態における無線機器の交換時動作を説明するためのタイミングチャートである。 本発明の一実施形態における無線機器の他の動作例を示すタイミングチャートである。 本発明の一実施形態による無線機器の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線機器の他の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線機器の他の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線機器の他の変形例を示す図である。 本発明の一実施形態による無線機器の他の変形例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による無線機器、入出力ユニット、無線ユニット、及び無線機器の設定方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による無線機器の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の無線機器１は、センサユニット１０（入出力ユニット）と無線ユニット２０とを備えており、工業プロセスにおける状態量の測定を行い、その測定結果を無線ネットワーク（図示省略）に送信する。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、無線機器１は、工業プロセスにおける状態量として流体の流量を測定し、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行うフィールド機器であるとする。

センサユニット１０は、内部センサ１１ａ（入出力部）、外部センサ１１ｂ、センサインターフェイス（センサＩ／Ｆ）１１ｃ（入出力部）、制御部１２、ローカル通信部１３（局所通信部、第１局所通信部）、不揮発性メモリ１４（記憶部）、及び電源部１５（第１供給部）を備えており、流体の流量を測定するとともに、その測定結果を無線ユニット２０に出力する。このセンサユニット１０は、上記の構成のうち外部センサ１１ｂ以外の構成（内部センサ１１ａ、センサインターフェイス１１ｃ、制御部１２、ローカル通信部１３、不揮発性メモリ１４、及び電源部１５）が防爆規格を満たす箱形形状の筐体Ｃ１に収容されたものである。

内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂは、制御部１２の制御の下で、測定対象である流体の流量を測定する。例えば、測定対象である流体に対して超音波信号を送信し、流体を介した超音波信号を受信して得られる受信信号から流体の流量を求める。尚、これら内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂは、測定対象に応じて何れか一方が省略される場合もある。センサインターフェイス１１ｃは、内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂと制御部１２との間に介在し、内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂを制御部１２に接続するためのインターフェイスである。

制御部１２は、センサユニット１０の動作を統括して制御する。具体的に、制御部１２は、上述した内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂを制御して予め規定された周期で流体の流量を測定させて、その測定結果を示す情報と測定を行った時刻を示す情報とを対応付けたセンサデータＤを不揮発性メモリ１４或いは揮発性メモリ（図示省略）に記憶させる。尚、時刻を示す情報は、後述する無線センサ交換後に利用するのに有効である。また、制御部１２は、ローカル通信部１３を制御して、予め規定されたタイミングで不揮発性メモリ１４に記憶されたセンサデータＤを無線ユニット２０に出力させる。尚、制御部１２は、ローカル通信部１３を制御して、無線ユニット２０との間でセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２（詳細は後述する）を送受信することも可能である。

また、制御部１２は、電源部１５における電力の消耗を少なくするために、センサユニット１０の各部を制御して省電力動作を行わせる。例えば、流体の流量の測定を行う必要がある場合に、内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂをアクティブ状態（動作状態）にし、それ以外の場合には基本的に内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂをスリープ状態（非動作状態）にする制御を行う。尚、この場合、制御部１２自体が省電力状態（スタンバイ状態等）になることもある。また、制御部１２は、無線ユニット２０の取り付け時或いは交換時以外の通常の動作時において、センサデータＤを無線ユニット２０に出力する必要がある場合にローカル通信部１３をアクティブ状態にし、それ以外の場合には基本的にローカル通信部１３をスリープ状態にする制御を行う。

ローカル通信部１３は、制御部１２の制御の下で、無線ユニット２０に設けられたローカル通信部２３と局所的な通信（例えば、半径十数メートル程度の以内の通信）を行う。具体的に、ローカル通信部１３は、赤外線を用いて通信を行う赤外線通信回路、可視光を用いて通信を行う可視光通信回路、或いは近距離無線通信（Near Field Communication）を行う無線通信回路を備えており、ローカル通信部２３との間の局所的な通信を非接触で行う。無線ユニット２０との間で非接触での通信が可能であれば、通信端子等が外部に露出することがないため、無線機器１が防爆エリアに設置される場合に有利である。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、ローカル通信部１３は、赤外線を用いて局所的な通信を行うものであるとする。

不揮発性メモリ１４は、フラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）或いはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ＲＯＭ）等のメモリであり、内部センサ１１ａ及び外部センサ１１ｂの測定結果であるセンサデータＤ、及びセンサユニット１０に設定されるセンサユニット設定情報Ｑ１（第１設定情報）を記憶する。ここで、センサユニット設定情報Ｑ１は、センサユニット１０の動作を規定する情報であって、例えば流体の流量を測定する間隔や条件等を示す情報が含まれる。尚、図１では、１つの不揮発性メモリ１４のみを図示しているが、複数の不揮発性メモリを設けてセンサデータＤとセンサユニット設定情報Ｑ１とを異なる不揮発性メモリにそれぞれ記憶するようにしても良い。

電源部１５は、給電を行う電源ＰＳ１（第１電源）と、電源ＰＳ１からの電力をセンサユニット１０で用いる電力に適したものに変換する電源回路（図示省略）とを備えており、制御部１２の制御の下で、センサユニット１０の各部に電力を供給する。ここで、上記の電源ＰＳ１は、電池（例えば、塩化チオニルリチウム電池等の自己放電が極めて少ない一次電池）、或いは環境発電（所謂、太陽電池等のエナジーハーベスト）を行う発電回路等である。

無線ユニット２０は、無線通信部２１、制御部２２、ローカル通信部２３（局所通信部、第２局所通信部）、不揮発性メモリ２４（記憶部）、及び電源部２５（第２供給部）を備えており、センサユニット１０からのセンサデータＤを不図示の無線ネットワークに送信する。この無線ユニット２０は、上記の構成（無線通信部２１、制御部２２、ローカル通信部２３、不揮発性メモリ２４、及び電源部２５）が防爆規格を満たす箱形形状の筐体Ｃ２に収容されたものである。

無線通信部２１は、制御部２２の制御の下で、不図示の無線ネットワークを介した無線通信を行う。具体的に、無線通信部２１は、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う。尚、本実施形態では、無線通信部２１が、専らセンサユニット１０からのセンサデータＤを無線ネットワークに送信するものとして説明するが、無線通信部２１は、無線ネットワークを介して送信されてくる各種データを受信することも可能である。

制御部２２は、無線ユニット２０の動作を統括して制御する。具体的に、制御部２２は、上記の無線通信部２１を制御して、センサユニット１０からのセンサデータＤを無線ネットワークに送信させる。また、制御部２２は、ローカル通信部２３を制御して、センサユニット１０のローカル通信部１３から出力されるセンサデータＤを受信させる。尚、制御部２２は、ローカル通信部２３を制御して、センサユニット１０との間でセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２（詳細は後述する）を送受信することも可能である。

また、制御部２２は、センサユニット１０に設けられた制御部１２と同様に、電源部２５における電力の消耗を少なくするために、無線ユニット２０の各部を制御して省電力動作を行わせる。例えば、無線ユニット２０の取り付け時或いは交換時以外の通常の動作時において、センサデータＤを送信する必要がある場合に、無線通信部２１及びローカル通信部２３をアクティブ状態（動作状態）にし、それ以外の場合には基本的に無線通信部２１及びローカル通信部２３をスリープ状態（非動作状態）にする制御を行う。尚、この場合、制御部２２自体が省電力状態（スタンバイ状態等）になることもある。

ローカル通信部２３は、制御部２２の制御の下で、センサユニット１０に設けられたローカル通信部１３と局所的な通信を行う。具体的に、ローカル通信部２３は、ローカル通信部１３と同様に、赤外線を用いて通信を行う赤外線通信回路、可視光を用いて通信を行う可視光通信回路、或いは近距離無線通信（Near Field Communication）を行う無線通信回路を備えており、ローカル通信部１３との間の局所的な通信を非接触で行う。尚、ローカル通信部２３は、ローカル通信部１３と同様に、赤外線を用いて局所的な通信を行うものであるとする。

不揮発性メモリ２４は、センサユニット１０に設けられた不揮発性メモリ１４と同様のメモリであり、センサユニット１０に設定されるセンサユニット設定情報Ｑ１、及び無線ユニット２０に設定される無線ユニット設定情報Ｑ２（第２設定情報）を記憶する。ここで、無線ユニット設定情報Ｑ２は、無線ユニット２０の動作を規定する情報であって、例えば無線通信を行うタイミングや通信相手等を示す情報が含まれる。

電源部２５は、給電を行う電源ＰＳ２（第２電源）と、電源ＰＳ２からの電力を無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換する電源回路（図示省略）とを備えており、制御部２２の制御の下で、無線ユニット２０の各部に電力を供給する。ここで、上記の電源ＰＳ２は、電池（例えば、塩化チオニルリチウム電池等の自己放電が極めて少ない一次電池）、或いは環境発電（所謂、太陽電池等のエナジーハーベスト）を行う発電回路等である。

図２は、本発明の一実施形態による無線機器を模式的に示す外観斜視図であって、（ａ）はセンサユニット１０と無線ユニット２０とが結合している状態を示す外観斜視図であり、（ｂ）はセンサユニット１０の平面斜視図であり、（ｃ）は無線ユニット２０の底面斜視図である。図２（ａ）に示す通り、無線機器１は、センサユニット１０の上方に無線ユニット２０が積層された状態で結合されて一体化されたものである。尚、ここでは、センサユニット１０及び無線ユニット２０の積層方向が上下方向である例について説明するが、センサユニット１０及び無線ユニット２０の積層方向は任意である。

図２（ｂ）に示す通り、センサユニット１０の一部をなす筐体Ｃ１の上面Ｐ１には、その中央部に矩形形状の窓部Ｗ１（第１信号通過部）が形成されている。同様に、図２（ｃ）に示す通り、無線ユニット２０の一部をなす筐体Ｃ２の底面Ｐ２には、その中央部に矩形形状の窓部Ｗ２（第２信号通過部）が形成されている。これら窓部Ｗ１，Ｗ２は、筐体Ｃ１に収容されたローカル通信部１３と筐体Ｃ２に収容されたローカル通信部２３との間で送受信される赤外線を通過させるために設けられる。

具体的に、窓部Ｗ１は、筐体Ｃ１の上面Ｐ１の中央部に形成された矩形形状の開口内に、赤外線を通過させる透明部材（例えば、ガラスや強化プラスチック等）を設けたものである。同様に、窓部Ｗ２は、筐体Ｃ２の底面Ｐ２の中央部に形成された矩形形状の開口内に、同様の透明部材を設けたものである。このように、筐体Ｃ１の上面Ｐ１及び筐体Ｃ２の底面に形成された開口内に透明部材を設けることで筐体Ｃ１，Ｃ２の内部が密閉されるため、防爆規格が満たされる。

図２（ｂ）に示すセンサユニット１０と図２（ｃ）に示す無線ユニット２０とは、筐体Ｃ１の上面Ｐ１と筐体Ｃ２の底面Ｐ２とを向かい合わせ、筐体Ｃ１の上面Ｐ１に形成された窓部Ｗ１と、筐体Ｃ２の底面Ｐ２に形成された窓部Ｗ２とが対向するように結合される。これにより、筐体Ｃ１に収容されたローカル通信部１３から射出された赤外線は、窓部Ｗ１，Ｗ２を順に介して筐体Ｃ２に収容されたローカル通信部２３で受光され、筐体Ｃ２に収容されたローカル通信部２３から射出された赤外線は窓部Ｗ２，Ｗ１を順に介して筐体Ｃ１に収容されたローカル通信部１３で受光される。また、外部からの赤外光が窓部Ｗ１，Ｗ２に入射することを防止することもできる。

ここで、センサユニット１０は、外気温等を測定する簡易なものを除いて、測定対象である設備（例えば、流体が流れる配管）に取り付けられ、或いは設備と一体化構造にされる。このため、センサユニット１０の取り付けは、設備導入時或いは改修時にプラントが停止している状態で行われるのが殆どであると考えられる。これに対し、無線ユニット２０は、図２を用いて説明した通り、センサユニット１０に結合されるものであり、センサユニット１０及び無線ユニット２０は共に防爆規格を満たすものであるため、プラントの稼働中でも無線ユニット２０の取り付けや交換を自由に行うことが可能である。

次に、上記構成における無線機器の動作について説明する。尚、以下では、設備への取り付けが行われたセンサユニット１０に対して新たに無線ユニット２０が取り付けられる場合の動作（取付時動作）と、センサユニット１０に取り付けられている無線ユニット２０の交換が行われる場合の動作（交換時動作）とを順に説明する。

〈取付時動作〉
図３は、本発明の一実施形態における無線機器の取付時動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、図３中の管理制御システム３０は、不図示の無線ネットワークを管理するとともに無線機器１の動作を制御するシステムであって、例えばＩＳＡ１００．１１ａで規定されるシステムマネージャ及び分散制御システムの制御装置等を備えるシステムである。ここで、センサユニット１０の不揮発性メモリ１４には、図１に示すセンサユニット設定情報Ｑ１が記憶されていないが、無線ユニット２０の不揮発性メモリ２４には、図１に示すセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２の双方が予め記憶されているものとする。また、センサユニット１０は、初期状態においては、スリープになっているものとする。

スリープ状態にあるセンサユニット１０に対して新たな無線ユニット２０の取り付けが行われると、まず、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対し、センサユニット１０のスリープ状態を解除させるための起床要求が送信される（ステップＳ１１）。無線ユニット２０からの起床要求を受信すると、センサユニット１０では、スリープ状態を解除してアクティブ状態に移行する制御が制御部１２によって行われる（ステップＳ１２）。そして、アクティブ状態への移行が完了すると、センサユニット１０から無線ユニット２０に対し、アクティブ状態へ移行した旨を示す起床通知が送信される（ステップＳ１３）。尚、上記の起床要求及び起床通知の送受信は、センサユニット１０のローカル通信部１３と無線ユニット２０のローカル通信部２３との間で行われる。

次に、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対し、センサユニット１０を特定する情報（センサユニット情報）を得るためのセンサユニット情報照会が送信される（ステップＳ１４）。ここで、上記のセンサユニット情報は、例えばセンサユニット１０の型番、名称、識別子等を示す情報である。このセンサユニット情報照会がセンサユニット１０で受信されると、センサユニット１０から無線ユニット２０に対し、上記のセンサユニット情報が含まれるセンサユニット情報通知が送信される（ステップＳ１５）。尚、上記のセンサユニット情報照会及びセンサユニット情報通知の送受信は、センサユニット１０のローカル通信部１３と無線ユニット２０のローカル通信部２３との間で行われる。

センサユニット情報通知を受信すると、無線ユニット２０では、不揮発性メモリ２４に記憶されたセンサユニット設定情報Ｑ１が、センサユニット１０に適したものであるか否かが制御部２２で判断される。具体的には、上記のセンサユニット情報通知に含まれるセンサユニット情報（センサユニット１０の型番、名称、識別子等を示す情報）に基づいて、センサユニット設定情報Ｑ１がセンサユニット１０に適したものであるか否かが判断される。センサユニット設定情報Ｑ１がセンサユニット１０に適したものであると判断された場合には、不揮発性メモリ２４に記憶されたセンサユニット設定情報Ｑ１がセンサユニット１０に送信されて不揮発性メモリ１４に記憶され、これによりセンサユニット１０にセンサユニット設定情報Ｑ１が設定される（ステップＳ１６）。尚、センサユニット設定情報Ｑ１の送信は、無線ユニット２０のローカル通信部２３によって行われる。また、センサユニット設定情報Ｑ１がセンサユニット１０の型番等別に複数記憶されている場合には、型番等と一致する何れかのセンサユニット設定情報Ｑ１が送信される。

センサユニット設定情報Ｑ１の設定が完了すると、無線ユニット２０から管理制御システム３０に対し、無線ネットワークへの参加要求（ジョイン要求）が送信される（ステップＳ１７）。このジョイン要求が管理制御システム３０で受信されると、ジョイン要求を行った無線機器１（無線ユニット２０）の無線ネットワークへの参加を許可するか否かが判断される。そして、無線ネットワークへの参加を許可すると判断された場合には、管理制御システム３０から無線ユニット２０に対し、参加通知が送信される（ステップＳ１８）。この参加通知によって、無線機器１（無線ユニット２０）は、無線ネットワークを介した無線通信が可能になる。尚、上記のジョイン要求の送信及び参加通知の受信は、無線ユニット２０の無線通信部２１によって行われる。

以上の処理が完了すると、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対し、流体の流量の測定を開始させるための測定開始要求が送信される（ステップＳ１９）。この測定開始要求を受信すると、センサユニット１０は、ステップＳ１６で設定されたセンサユニット設定情報Ｑ１で規定される周期でアクティブ状態になって流体の流量を測定し（ステップＳ２０）、測定によって得られたセンサデータＤを、ローカル通信部１３を介して無線ユニット２０に出力する（ステップＳ２１）。センサユニット１０からのセンサデータＤが入力されると、無線ユニット２０は、無線通信部２１を介してセンサデータＤを管理制御システム３０に送信する（ステップＳ２２）。

以上の通り、設備への取り付けが行われたセンサユニット１０に無線ユニット２０を取り付ける場合には、センサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２が記憶された無線ユニット２０を取り付けるだけで、センサユニット１０に対するセンサユニット設定情報Ｑ１の設定及び無線ネットワークへの参加が自動的に行われた上で、流体の流量の測定が自動的に開始される。これにより、従来必要であった現場での設定作業が不要になるため、設定作業に要していた時間やコストを大幅に削減することができる。

〈交換時動作〉
図４は、本発明の一実施形態における無線機器の交換時動作を説明するためのタイミングチャートである。尚、センサユニット１０に取り付けられている無線ユニット２０の交換は、例えば無線ユニット２０に故障が生じた場合、無線ユニット２０の電源部２５に設けられている電池の残容量が低下した場合、或いは無線ユニット２０の脱離等によってセンサユニット１０と無線ユニット２０との間の通信（ローカル通信部１３，２３間の通信）ができなくなった場合等に行われる。以下では、電池の残容量の低下によって無線ユニット２０が交換される場合を例に挙げて説明する。

まず、無線ユニット２０の交換が行われる前の通常状態においては、予め規定された周期でセンサユニット１０がアクティブ状態になり、流体の流量を測定（ステップＳ３０）するとともに、測定によって得られたセンサデータＤを、ローカル通信部１３を介して無線ユニット２０に出力する動作が行われている（ステップＳ３１）。尚、センサユニット１０から無線ユニット２０に出力されたセンサデータＤは、無線ユニット２０の無線通信部２１から管理制御システム３０に送信される（ステップＳ３２）。

無線ユニット２０の電源部２５に設けられた電池の残容量の低下のため、無線ユニット２０の交換が必要であると判断されると、作業者によって無線ユニット２０をセンサユニット１０から取り外す作業が行われる（ステップＳ３３）。センサユニット１０は、無線ユニット２０が取り外された後も予め規定された周期でアクティブ状態になり、流体の流量を測定して得られたセンサデータＤを、ローカル通信部１３を介して無線ユニット２０に出力する（ステップＳ３４）。

ここでは、センサユニット１０から無線ユニット２０が取り外されており、ローカル通信部１３から出力されたセンサデータＤは、無線ユニット２０で受信されない。これにより、センサユニット１０では無線ユニット２０との間の通信エラーが検出され（ステップＳ３５）、センサユニット１０の制御部１２は、ローカル通信部１３を介した通信を停止する（ステップＳ３６）。尚、無線ユニット２０の取り外しが行われた場合には、取り外された無線ユニット２０を無線ネットワークから離脱させる処理が管理制御システム３０で行われる（ステップＳ３７）。

ここで、センサユニット１０は、無線ユニット２０との間の通信を停止した後も、予め規定された周期でアクティブ状態になり、流体の流量を測定してセンサデータＤを得る動作を継続する。但し、無線ユニット２０が取り外されているため、センサユニット１０の制御部１２は、取得したセンサデータＤを不揮発性メモリ１４に記憶させて保存する（ステップＳ３８）。このセンサデータＤは、流体の流量の測定結果を示す情報と測定を行った時刻を示す情報とが対応付けられたものである。尚、無線ユニット２０との間の通信を停止した後は、流体の流量を測定せずにスリープ状態を維持しても良い。

以上の動作（予め規定された周期で流体の流量を測定してセンサデータＤを不揮発性メモリ１４に記憶させる動作）がセンサユニット１０によって行われている間に、作業者によって新たな無線ユニット２０を取り付ける作業が行われたとする（ステップＳ３９）。尚、新たな無線ユニット２０の不揮発性メモリ２４には、図１に示すセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２の双方が予め記憶されているものとする。また、新たな無線ユニット２０の取り付けが行われたときには、センサユニット１０は、スリープになっているものとする。

スリープ状態にあるセンサユニット１０に対して新たな無線ユニット２０の取り付けが行われると、前述した取付時動作と同様の動作が行われる。つまり、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対して起床要求が送信されてセンサユニット１０がアクティブ状態に移行し（ステップＳ１１〜Ｓ１３）、センサユニット情報の照会（ステップＳ１４，Ｓ１５）及びセンサユニット１０に対するセンサユニット設定情報Ｑ１の設定が行われる（ステップＳ１６）。そして、これらの処理が終了すると、無線ネットワークへの参加が行われる（ステップＳ１７，Ｓ１８）。

無線ネットワークへの参加が完了すると、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対し、流体の流量の測定を開始させるための測定開始要求が送信される（ステップＳ１９）。この測定開始要求を受信すると、センサユニット１０の制御部１２は、不揮発性メモリ１４に記憶されているセンサデータＤ（無線ユニット２０の交換が行われている最中に得られたセンサデータＤ）を読み出し、ローカル通信部１３を制御して無線ユニット２０に出力する（ステップＳ４１）。尚、センサユニット１０から無線ユニット２０に出力されたセンサデータＤは、無線ユニット２０の無線通信部２１から管理制御システム３０に送信される（ステップＳ４２）。

不揮発性メモリ１４に記憶されているセンサデータＤの出力が完了すると、センサユニット１０は、ステップＳ１６で設定されたセンサユニット設定情報Ｑ１で規定される周期でアクティブ状態になって流体の流量を測定し（ステップＳ２０）、測定によって得られたセンサデータＤを、ローカル通信部１３を介して無線ユニット２０に出力する（ステップＳ２１）。尚、センサユニット１０から無線ユニット２０に出力されたセンサデータＤは、無線ユニット２０の無線通信部２１から管理制御システム３０に送信される（ステップＳ２２）。

以上の通り、センサユニット１０に取り付けられている無線ユニット２０を交換する場合にも、センサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２が記憶された無線ユニット２０を取り付けるだけで、センサユニット１０に対するセンサユニット設定情報Ｑ１の設定及び無線ネットワークへの参入が自動的に行われた上で、流体の流量の測定が自動的に開始される。これにより、従来必要であった現場での設定作業が不要になるため、設定作業に要していた時間やコストを大幅に削減することができる。

ここで、上述した取付時動作及び交換時動作では何れも、新たに取り付けられる無線ユニット２０に記憶されたセンサユニット設定情報Ｑ１をセンサユニット１０に設定する動作が行われていた（図３，図４中のステップＳ１６）。しかしながら、これとは逆に、センサユニット１０に記憶された無線ユニット設定情報Ｑ２を無線ユニット２０に設定することも可能である。

図５は、本発明の一実施形態における無線機器の他の動作例を示すタイミングチャートである。尚、図５中の登録システム４０は、無線ユニット２０に対する各種登録（例えば、センサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２の登録）を行うためのシステムである。この登録システム４０は、無線ユニット２０との間で、無線通信部２１を介した無線通信、或いはローカル通信部２３及び内部の通信ポート（図示省略）を介した局所的な通信が可能であり、例えばパーソナルコンピュータ等で実現される。

まず、各種登録を行うための無線ユニット２０が登録システム４０の設置場所（例えば、プラントの管理室）に搬入され、登録システム４０による各種登録が行われる。具体的には、作業者によって登録システム４０が操作され、無線ユニット設定情報Ｑ２が無線ユニット２０に登録される（ステップＳ５１：第１ステップ）とともに、センサユニット設定情報Ｑ１が無線ユニット２０に登録される（ステップＳ５２：第１ステップ）。尚、登録されたセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２は、無線ユニット２０の不揮発性メモリ２４に記憶される。

以上の登録が完了すると、登録が行われた無線ユニット２０が、登録システム４０の設置場所から現場（センサユニット１０の設置場所）に搬送されてセンサユニット１０に取り付けられる（ステップＳ５３）。センサユニット１０に対する無線ユニット２０の取り付けが行われると、無線ユニット２０からセンサユニット１０に対してセンサユニット設定情報Ｑ１が送信される（ステップＳ５４）。尚、センサユニット設定情報Ｑ１の送信は、無線ユニット２０のローカル通信部２３によって行われる。

無線ユニット２０からのセンサユニット設定情報Ｑ１を受信すると、センサユニット１０の制御部１２は、受信したセンサユニット設定情報Ｑ１を不揮発性メモリ１４に記憶させて、センサユニット設定情報Ｑ１に基づいた設定処理を行う（ステップＳ５５：第２ステップ）。この設定処理が完了すると、センサユニット１０の制御部１２は、ローカル通信部１３を制御して、設定が完了した旨を示す設定完了通知を無線ユニット２０に送信する（ステップＳ５６）。

センサユニット１０からの設定完了通知を受信すると、無線ユニット２０の制御部２２は、不揮発性メモリ２４から無線ユニット設定情報Ｑ２を読み出し、ローカル通信部２３を制御してセンサユニット１０に送信する（ステップＳ５７）。無線ユニット２０からの無線ユニット設定情報Ｑ２を受信すると、センサユニット１０の制御部１２は、受信した無線ユニット設定情報Ｑ２を不揮発性メモリ１４に記憶させて保存する（ステップＳ５８：第２ステップ）。この設定処理が完了すると、センサユニット１０の制御部１２は、ローカル通信部１３を制御して、保存が完了した旨を示す保存完了通知を無線ユニット２０に送信する（ステップＳ５９）。

以上の処理が終了すると、無線機器１では、センサユニット１０に設けられた制御部１２及び無線ユニット２０に設けられた制御部２２の制御の下で通常の動作が行われる。つまり、予め規定された周期でアクティブ状態になって、センサユニット１０で流体の流量が測定され、測定によって得られたセンサデータＤがセンサユニット１０から無線ユニット２０に出力されて不図示の無線ネットワークに送信される動作が行われる。

以上の動作が行われている最中に、例えば無線ユニット２０の電源部２５に設けられた電池の残容量の低下のため、無線ユニット２０が新たな無線ユニット２０に交換されたとする（ステップＳ６０）。尚、新たな無線ユニット２０の不揮発性メモリ２４には、図１に示すセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２の何れも記憶されていないものとする。

無線ユニット２０の交換行われると、センサユニット１０の制御部１２は、上記のステップＳ５３の処理で不揮発性メモリ１４に保存した無線ユニット設定情報Ｑ２を読み出し、ローカル通信部１３を制御して無線ユニット２０に送信する（ステップＳ６１）。センサユニット１０からの無線ユニット設定情報Ｑ２を受信すると、無線ユニット２０の制御部２２は、受信した無線ユニット設定情報Ｑ２を不揮発性メモリ２４に記憶させて、無線ユニット設定情報Ｑ２に基づいた設定処理を行う（ステップＳ６２：第３ステップ）。この設定処理が完了すると、無線ユニット２０は、無線ユニット設定情報Ｑ２で規定される動作を行うことが可能になる。

このように、図５に示す例では、無線ユニット２０に登録されたセンサユニット設定情報Ｑ１に基づいてセンサユニット１０の設定が行われるとともに、無線ユニット２０に登録された無線ユニット設定情報Ｑ２がセンサユニット１０の不揮発性メモリ１４に保存される。そして、無線ユニット２０の交換が行われた際に、センサユニット１０に保存された無線ユニット設定情報Ｑ２が無線ユニット２０に送信されて、無線ユニット設定情報Ｑ２に基づいた無線ユニット２０の設定が行われる。このため、無線ユニット２０の交換を行う場合には、センサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２の設定や登録が行われない無線ユニット２０を取り付けるだけで良いため、無線ユニット２０の交換に要する手間、時間、及びコストを大幅に削減することができる。

以上の通り、本実施形態では、無線機器１を、流体の流量を測定するセンサユニット１０と無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニット２０とに分けて構成し、センサユニット１０に設けられたローカル通信部１３と無線ユニット２０に設けられたローカル通信部２３との間で局所的な通信を行うことによって、センサユニット１０と無線ユニット２０との間で各種情報の授受を行うようにしている。これにより、種々のセンサユニット１０に対して無線ユニット２０を共通化することができ、各国で無線機器認証を一度だけ受ければ良くなるため、無線機器１の機器認証を極力少なくすることができる。加えて、無線ユニット２０が共通化されるため、量産効果による低コスト化が可能である。

また、センサユニット１０及び無線ユニット２０は、個別の電源（電源部１５，２５）からの電力によって動作するため、無線ユニット２０を交換する場合に、センサユニット１０をオフラインにすることなく流体の流量の測定を継続することが可能である。また、センサユニット１０と無線ユニット２０との間の局所的な通信は、ローカル通信部１３，２３によって非接触で行われるため、防爆規格を満たす上で有利である上に、プラント稼働中であるか否かに拘わらず無線ユニット２０の交換を容易に行うことができる。

また、本実施形態では、センサユニット１０と無線ユニット２０との間で、ローカル通信部１３，２３を介して、センサユニット１０の設定に必要となるセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット２０の設定に必要となる無線ユニット設定値情報Ｑ２の送受信を行うようにしている。これにより、従来必要であった現場での設定作業が不要になるため、設定作業に要していた時間やコストを大幅に削減することができる。

以上、本発明の一実施形態による無線機器、入出力ユニット、無線ユニット、及び無線機器の設定方法について説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態で説明した無線機器１は、センサユニット１０の筐体Ｃ１と無線ユニット２０の筐体Ｃ２とが結合されて一体化されたものであったが、センサユニット１０と無線ユニット２０との間で局所的な通信が可能であれば、必ずしもセンサユニット１０と無線ユニット２０とは結合されていなくとも良い。

図６は、本発明の一実施形態による無線機器の変形例を示す図である。図６（ａ）に示す無線機器は、センサユニット１０と無線ユニット２０とが、筐体Ｃ１に形成された窓部Ｗ１と筐体Ｃ２に形成された窓部Ｗ２とを対向した状態で、ある距離（ローカル通信部１３とローカル通信部２３との間の局所的な通信が可能な範囲内の距離）だけ離間して配置されている。このような配置は、センサユニット１０と無線ユニット２０との間に、障害物Ｚが配置されて、センサユニット１０の筐体Ｃ１と無線ユニット２０の筐体Ｃ２とを結合させることができない場合に有用である。

図６（ｂ）に示す無線機器は、無線ユニット２０が、筐体Ｃ２と補助筐体Ｃ３とを有しており、図１に示す無線通信部２１、制御部２２、ローカル通信部２３、不揮発性メモリ２４、及び電源部２５のうちのローカル通信部２３のみが補助筐体Ｃ３に収容されており、補助筐体Ｃ３がケーブルＣＢを介して筐体Ｃ２に接続されたものである。尚、補助筐体Ｃ３には、図６（ａ）に示す筐体Ｃ２に形成された窓部Ｗ２と同様の窓部Ｗ３が形成されており、補助筐体Ｃ３は、窓部Ｗ３を筐体Ｃ１に形成された窓部Ｗ１に対向させた状態で筐体Ｃ１の近傍に配置されている。このような、無線機器は、例えば無線ユニット２０をセンサユニット１０の上方（例えば、管理制御システム３０と無線通信可能な位置であるプラントの最上位部付近）に配置する場合に有用である。

つまり、図６（ｂ）に示す無線機器は、筐体Ｃ１，Ｃ２のうちの何れか一方の筐体（筐体Ｃ１）には、筐体Ｃ１に収容されたローカル通信部１３からの信号を通過させる窓部Ｗ１が形成されており、筐体Ｃ１，Ｃ２のうちの何れか他方の筐体（筐体Ｃ２）には、筐体Ｃ２の外部であって筐体Ｃ１に形成された窓部Ｗ１の近傍に配置されたローカル通信部２３がケーブルＣＢを介して接続されたものである。

尚、図６（ｂ）に示す例とは逆に、センサユニット１０が、筐体Ｃ１と補助筐体とを有しており、図１に示す内部センサ１１ａ、外部センサ１１ｂ、センサインターフェイス１１ｃ、制御部１２、ローカル通信部１３、不揮発性メモリ１４、及び電源部１５のうちのローカル通信部１３のみが補助筐体に収容されており、補助筐体がケーブルを介して筐体Ｃ１に接続されたものであっても良い。つまり、筐体Ｃ１，Ｃ２のうちの何れか一方の筐体（筐体Ｃ２）には、筐体Ｃ２に収容されたローカル通信部２３からの信号を通過させる窓部Ｗ２が形成されており、筐体Ｃ１，Ｃ２のうちの何れか他方の筐体（筐体Ｃ１）には、筐体Ｃ１の外部であって筐体Ｃ２に形成された窓部Ｗ２の近傍に配置されたローカル通信部１３がケーブルＣＢを介して接続されたものであっても良い。

図６（ｃ）に示す無線機器は、センサユニット１０に設けられたローカル通信部１３及び無線ユニット２０に設けられたローカル通信部２３が共に有線通信を行うものであり、これらがケーブルＣＢを介して接続されたものである。このような、無線機器は、無線ユニット２０の交換を行う際に、ケーブルＣＢの取り外しが必要になるが、防爆規格が満たされるのであれば、このような形態であっても良い。

また、上記実施形態では、センサユニット１０を動作させる電力を給電する電源ＰＳ１がセンサユニット１０の電源部１５に設けられているとともに、無線ユニット２０を動作させる電力を給電する電源ＰＳ２が無線ユニット２０の電源部２５に設けられていた。しかしながら、このような電源は、センサユニット１０及び無線ユニット２０の外部に設けられていても良く、センサユニット１０と無線ユニット２０との何れか一方にのみ設けられていても良い。

図７〜図１０は、本発明の一実施形態による無線機器の他の変形例を示す図である。尚、これら図７〜図１０においては、図１中のブロックと同一のブロック（或いは、相当するブロック）については同一の符号を付してある。図７に示す無線機器は、センサユニット１０が、電源部１５に代えて電源接続部１６（第１供給部）を備えるとともに、無線ユニット２０が、電源部２５に代えて電源接続部２６（第２供給部）を備えており、これら電源接続部１６，２６に外部電源ＰＳ０が接続されたものである。ここで、上記の外部電源ＰＳ０としては、一次電池或いは二次電池等の電池、直流電源、環境発電（所謂、太陽電池等のエナジーハーベスト）を行う発電回路等を用いることができる。

電源接続部１６，２６は、外部電源ＰＳ０からの電力を受ける受電回路、及び受電回路で受けた電力をセンサユニット１０で用いる電力に適したものに変換する変換回路（何れも図示省略）を備える。電源接続部１６は、制御部１２の制御の下で外部電源ＰＳ０からの電力をセンサユニット１０の各部に供給し、電源接続部２６は、制御部２２の制御の下で外部電源ＰＳ０からの電力を無線ユニット２０の各部に供給する。つまり、センサユニット１０及び無線ユニット２０の双方は、センサユニット１０及び無線ユニット２０の外部に設けられた外部電源ＰＳ０から給電される電力によって動作する。

図７に示す無線機器では、外部電源ＰＳ０がセンサユニット１０及び無線ユニット２０の双方に接続されており、外部電源ＰＳ０からの電力がセンサユニット１０及び無線ユニット２０の双方に供給されるため、無線ユニット２０を交換する場合であっても、外部電源ＰＳ０からセンサユニット１０への電力供給は継続される。このため、図７に示す無線機器では、センサユニット１０をオフラインにすることなく流体の流量の測定を継続することが可能である。尚、外部電源ＰＳ０を２つ設けて、各外部電源ＰＳ０からそれぞれセンサユニット１０及び無線ユニット２０に電力を給電しても良い。

図８に示す無線機器は、図７に示す無線機器と同様に、センサユニット１０が電源接続部１６を備えており、無線ユニット２０が電源接続部２６を備えている。但し、図８に示す無線機器では、外部電源ＰＳ０がセンサユニット１０の電源接続部１６にのみ接続されており、センサユニット１０の電源接続部１６と無線ユニット２０の電源接続部２６とが電源線ＰＬによって別途接続されている。

かかる構成の無線機器において、外部電源ＰＳ０からの電力は、電源接続部１６に入力されてセンサユニット１０で用いる電力に適したものに変換されてからセンサユニット１０の各部に供給される。また、電源接続部１６に入力された電力（外部電源ＰＳ０からの電力）の一部は、電源線ＰＬを介して電源接続部２６に入力されて無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換されてから無線ユニット２０の各部に供給される。

このように、図８に示す無線機器では、外部電源ＰＳ０からの電力がセンサユニット１０を介して無線ユニット２０に供給されるため、無線ユニット２０を交換する場合であっても、外部電源ＰＳ０からセンサユニット１０への電力供給は継続される。このため、図８に示す無線機器でも、センサユニット１０をオフラインにすることなく流体の流量の測定を継続することが可能である。

ここで、図８に示す無線機器では、外部電源ＰＳ０からの電力がセンサユニット１０を介して無線ユニット２０に供給されるため、電源接続部２６の変換回路（電源接続部２６の受電回路で受けた電力を無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換する回路）を、センサユニット１０に設けることができる。このようにすることで、交換が行われないセンサユニット１０のコストは若干上昇するものの、交換が行われる無線ユニット２０のコストを低減することができる。尚、図８に示す例とは逆に、外部電源ＰＳ０を電源接続部２６に接続して、外部電源ＰＳ０からの電力が無線ユニット２０を介してセンサユニット１０に供給されるようにしても良い。

図９に示す無線機器は、センサユニット１０が、電源部１５（第１供給部）に加えて電源接続端ＴＭを備えており、センサユニット１０の電源接続端ＴＭと無線ユニット２０の電源接続部２６とが電源線ＰＬによって接続されている。尚、無線ユニット２０は、図７，図８に示すものと同様の構成である。電源接続端ＴＭは、電源部１５に設けられた電源ＰＳ１（第１電源）から給電される電力を、外部（電源線ＰＬにより接続された無線ユニット２０）へ供給するための端子である。

かかる構成の無線機器において、電源部１５に設けられた電源ＰＳ１の電力は、図１に示すセンサユニット１０と同様に、電源部１５に設けられた不図示の電源回路によってセンサユニット１０で用いる電力に適したものに変換されてからセンサユニット１０の各部に供給される。また、この電源ＰＳ１の電力の一部は、電源接続端ＴＭ及び電源線ＰＬを介して電源接続部２６に入力されて無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換されてから無線ユニット２０の各部に供給される。

このように、図９に示す無線機器では、センサユニット１０に設けられた電源ＰＳ１の電力がセンサユニット１０に供給されるとともに、電源接続端ＴＭ及び電源線ＰＬを介して無線ユニット２０に供給されるため、無線ユニット２０を交換する場合であっても、電源ＰＳ１からセンサユニット１０への電力供給は継続される。このため、図９に示す無線機器でも、センサユニット１０をオフラインにすることなく流体の流量の測定を継続することが可能である。

ここで、図９に示す無線機器では、センサユニット１０に設けられた電源ＰＳ１の電力が電源接続端ＴＭ及び電源線ＰＬを介して無線ユニット２０に供給されるため、図８に示す無線機器と同様に、電源接続部２６の変換回路をセンサユニット１０に設けることができる。これにより無線ユニット２０のコストを低減することができる。尚、図９に示す例とは逆に、無線ユニット２０に電源部２５（第２供給部：図１参照）及び電源接続端ＴＭを設けて、無線ユニット２０の電源接続端ＴＭとセンサユニット１０（図７，図８に示すセンサユニット１０）とを電源線ＰＬによって接続した構成にしても良い。かかる構成の場合には、無線ユニット２０に設けられた電源ＰＳ２（第２電源）の電力が無線ユニット２０に供給されるとともに、電源接続端ＴＭ及び電源線ＰＬを介してセンサユニット１０に供給される。

図１０に示す無線機器は、センサユニット１０が、電源部１５（第１供給部）に加えて非接触電力伝送ユニット１７（電力伝送部）を備えており、無線ユニット２０が、電源部２５に代えて非接触電力伝送ユニット２７（電力伝送部）、電力供給部２８（第２供給部）、及び蓄電部２９を備えている。かかる構成の無線機器は、センサユニット１０から無線ユニット２０への電力伝送を非接触で行うものである。

非接触電力伝送ユニット１７は、例えば直流電力を交流電力に変換するインバータ及びインバータに接続された送電コイル（何れも図示省略）を備えており、電源ＰＳ１からの電力（直流電力）を交流電力に変換して送電する。非接触電力伝送ユニット２７は、例えば受電コイル及び受電コイルで受電された電力（交流電力）を直流電力に変換するコンバータ（何れも図示省略）を備えており、非接触電力伝送ユニット１７から送電された電力を受電して直流電力に変換する。

これら非接触電力伝送ユニット１７，２７は、電力の伝送効率を高めるため、送電コイルと受電コイルとが近接するように配置される。尚、センサユニット１０の筐体Ｃ１及び無線ユニット２０の筐体Ｃ２が、鉄合金等の磁性材料によって形成されている場合には、図２に示す窓部Ｗ１，Ｗ２と同様の窓部を形成し、送電コイルと受電コイルとの間に磁性材料が配置されないようにする。

電力供給部２８は、非接触電力伝送ユニット２７からの電力（直流電力）を、無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換する変換回路（図示省略）を備えており、制御部２２の制御の下で、上記の変換回路で変換した電力を無線ユニット２０の各部に供給する。蓄電部２９は、例えばコンデンサを備えており、非接触電力伝送ユニット２７からの電力を充電し、或いは蓄えた電力を放電する。この蓄電部２９は、センサユニット１０からの電力供給が一時的に停止した場合に、無線ユニット２０の動作が即座に停止するのを防止するために設けられる。

かかる構成の無線機器において、電源部１５に設けられた電源ＰＳ１の電力は、図１に示すセンサユニット１０と同様に、電源部１５に設けられた不図示の電源回路によってセンサユニット１０で用いる電力に適したものに変換されてからセンサユニット１０の各部に供給される。また、この電源ＰＳ１の電力の一部は、非接触電力伝送ユニット１７から非接触電力伝送ユニット２７に非接触で伝送されて、電力供給部２８において無線ユニット２０で用いる電力に適したものに変換されてから無線ユニット２０の各部に供給される。

このように、図１０に示す無線機器では、図９に示す無線機器と同様に、センサユニット１０に設けられた電源ＰＳ１の電力がセンサユニット１０に供給されるとともに、非接触電力伝送ユニット１７，２７を介して無線ユニット２０に供給されるため、無線ユニット２０を交換する場合であっても、電源ＰＳ１からセンサユニット１０への電力供給は継続される。このため、図１０に示す無線機器でも、センサユニット１０をオフラインにすることなく流体の流量の測定を継続することが可能である。

尚、図１０に示す例とは逆に、無線ユニット２０に電源部２５（第２供給部：図１参照）を設けるとともに、センサユニット１０に電力供給部２８及び蓄電部２９に相当するものを設け、センサユニット１０と無線ユニット２０との間で非接触電力伝送ユニット１７，２７を入れ換えた構成にしても良い。かかる構成の場合には、無線ユニット２０に設けられた電源ＰＳ２（第２電源）の電力が非接触電力伝送ユニット１７，２７を介してセンサユニット１０に供給される。

また、センサユニット１０と無線ユニット２０との間の電力伝送を非接触で行うのみならず、外部電源からセンサユニット１０及び無線ユニット２０の双方への電力伝送、或いは外部電源からセンサユニット１０及び無線ユニット２０の何れか一方への電力伝送を非接触で行うようにしても良い。外部電源からの電力伝送を非接触で行う場合には、外部電源から非接触で送電されてくる電力を受電する受電ユニット（第２電力伝送部）を、センサユニット１０及び無線ユニット２０の双方、或いはセンサユニット１０及び無線ユニット２０の何れか一方に設ければ良い。

また、図１０に示す無線機器では、センサユニット１０内において、ローカル通信部１３と非接触電力伝送ユニット１７とが別体として設けられるとともに、無線ユニット２０内において、ローカル通信部２３と非接触電力伝送ユニット２７とが別体として設けられていた。しかしながら、ローカル通信部１３と非接触電力伝送ユニット１７とがセンサユニット１０内において一体化されて１つのコンポーネントとされていても良く、ローカル通信部２３と非接触電力伝送ユニット２７とが無線ユニット２０内において一体化されて１つのコンポーネントとされていても良い。

また、上記実施形態では、無線ユニット２０に対してセンサユニット設定情報Ｑ１及び無線ユニット設定情報Ｑ２を登録（記憶）させる例について説明したが、例えばセンサユニット１０のファームウェア或いはセンサ自身のファームウェアを記憶させるようにしても良い。このファームウェアを記憶させることで、例えばセンサユニット１０に対して無線ユニット２０が取り付けられたときに、無線ユニット２０がセンサユニット１０のファームウェアの更新が必要か否かを判断し、更新が必要であると判断した場合に、自動更新させることができる。

ファームウェアは、センサデータＤに比べてデータ量が大きいため無線ネットワークを介して送信すると、無線ネットワークの負荷が大きくなり、稼働中のシステムに影響を与える虞が考えられる。上述のように、無線ユニット２０に記憶させれば、ファームウェアがローカル通信部２３，１３を介してセンサユニット１０に送信されるため、稼働中のシステムに影響を与えることなくファームウェアを更新することができる。

また、上記実施形態では、無線機器１が、工業プロセスにおける状態量として流体の流量を測定するものであるとして説明したが、本発明は、他の状態量（例えば、圧力、温度等）を測定する無線機器にも適用することができる。また、上記実施形態では、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う無線機器を例に挙げて説明したが、本発明はＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信を行う無線機器、或いはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠した無線通信を行う無線機器にも適用することができる。

尚、上述した実施形態で説明した無線機器１は、工業プロセスにおける状態量の測定を行うセンサユニット１０と無線通信を行う無線ユニット２０とを備えるものであったが、本発明は、センサユニット１０に代えて工業プロセスにおける状態量の操作を行うアクチュエータユニット（図示省略）を備える無線機器にも適用することができる。この無線機器は、上述した無線機器１とは異なり、無線ネットワークを介して送信されてくる操作指示（アクチュエータユニットに対する指示）を無線ユニット２０の無線通信部２１で受信してローカル通信部２３でアクチュエータユニットに送り、無線ユニット２０から送られてきた操作指示に基づいてアクチュエータユニットが工業プロセスにおける状態量の操作を行う。

また、本発明は、工業プロセス以外のプロセスにおける状態量の測定又は操作を行う場合にも適用することができる。工業プロセス以外のプロセスとしては、例えば電力、ビル、水、農業等に関連する制御（オートメーション）等が挙げられる。

１ 無線機器
１０ センサユニット
１１ａ 内部センサ
１１ｂ 外部センサ
１１ｃ センサインターフェイス
１３ ローカル通信部
１４ 不揮発性メモリ
１５ 電源部
１６ 電源接続部
１７ 非接触電力伝送ユニット
２０ 無線ユニット
２１ 無線通信部
２３ ローカル通信部
２４ 不揮発性メモリ
２５ 電源部
２６ 電源接続部
２７ 非接触電力伝送ユニット
２９ 蓄電部
Ｃ１，Ｃ２ 筐体
ＣＢ ケーブル
Ｑ１ センサユニット設定情報
Ｑ２ 無線ユニット設定情報
Ｗ１，Ｗ２ 窓部

Claims (20)

1. プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部と、該入出力部の測定結果の送信又は該入出力部に対する操作指示の受信を行う無線通信部とを備える無線機器において、
   前記入出力部と、局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示を授受する第１局所通信部と、前記入出力部及び前記第１局所通信部に電力を供給する第１供給部とを備える入出力ユニットと、
   前記無線通信部と、前記第１局所通信部との間で局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示を授受する第２局所通信部と、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に電力を供給する第２供給部とを備える無線ユニットと
   を備えることを特徴とする無線機器。
2. 前記第１，第２局所通信部は、非接触で前記局所的な通信を行うことを特徴とする請求項１記載の無線機器。
3. 前記入出力ユニットは、少なくとも前記入出力部及び前記第１供給部を収容する第１筐体を備えており、
   前記無線ユニットは、少なくとも前記無線通信部及び前記第２供給部を収容する第２筐体を備えている
   ことを特徴とする請求項２記載の無線機器。
4. 前記第１，第２筐体には、前記第１筐体に収容された前記第１局所通信部と前記第２筐体に収容された前記第２局所通信部との間で授受される信号を通過させる第１，第２信号通過部がそれぞれ形成されており、
   前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第１筐体に形成された前記第１信号通過部と前記第２筐体に形成された前記第２信号通過部とが前記信号を授受可能なように結合される
   ことを特徴とする請求項３記載の無線機器。
5. 前記第１，第２筐体の何れか一方には、前記第１筐体に収容された前記第１局所通信部からの信号を通過させる第１信号通過部、或いは前記第２筐体に収容された前記第２局所通信部からの信号を通過させる第２信号通過部が形成されており、
   前記第１，第２筐体の何れか他方には、前記第１筐体の外部であって前記第２筐体に形成された前記第２信号通過部の近傍に配置された前記第１局所通信部、或いは前記第２筐体の外部であって前記第１筐体に形成された前記第１信号通過部の近傍に配置された前記第２局所通信部がケーブルを介して接続されている
   ことを特徴とする請求項３記載の無線機器。
6. 前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記入出力ユニットに設定される第１設定情報と前記無線ユニットに設定される第２設定情報との少なくとも一方を記憶する記憶部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の無線機器。
7. 前記第１，第２局所通信部は、前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示に加えて、前記第１，第２設定情報の授受が可能であることを特徴とする請求項６記載の無線機器。
8. 前記第１供給部は、前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給される電力の給電を行う第１電源を備え、
   前記第２供給部は、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給される電力の給電を行う第２電源を備える
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の無線機器。
9. 前記第１供給部は、前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給される電力の給電を行う第１電源を備え、
   前記第２供給部は、前記第１電源から給電される電力を受電して前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給する
   ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の無線機器。
10. 前記第２供給部は、前記無線通信部及び前記第２局所通信部に供給される電力の給電を行う第２電源を備え、
    前記第１供給部は、前記第２電源から給電される電力を受電して前記入出力部及び前記第１局所通信部に供給する
    ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の無線機器。
11. 前記第１，第２供給部は、外部電源から給電される電力を、前記入出力部及び前記第１局所通信部と前記無線通信部及び前記第２局所通信部とにそれぞれ供給することを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の無線機器。
12. 前記外部電源は、前記第１，第２供給部の双方に給電を行うことを特徴とする請求項１１記載の無線機器。
13. 前記外部電源は、前記第１，第２供給部の何れか一方に給電を行い、
    前記外部電源からの給電が行われない前記第１，第２供給部の何れか他方は、前記外部電源からの給電が行われる前記第１，第２供給部の何れか一方からの電力を受電する
    ことを特徴とする請求項１１記載の無線機器。
14. 前記入出力ユニット及び前記無線ユニットは、前記第１，第２供給部間における電力の伝送を非接触で行う第１電力伝送部及び前記外部電源からの受電を非接触で行う第２電力伝送部の少なくとも何れか一方を備えることを特徴とする請求項９から請求項１３の何れか一項に記載の無線機器。
15. 前記第１電力伝送部は、前記第１，第２局所通信部と一体化されていることを特徴とする請求項１４記載の無線機器。
16. 前記入出力ユニット或いは前記無線ユニットは、前記第１供給部或いは前記第２供給部で受電された電力を蓄える蓄電部を備えることを特徴とする請求項１４又は請求項１５記載の無線機器。
17. プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニットであって、
    前記プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力部と、
    局所的な通信を行って前記入出力部の測定結果又は前記入出力部に対する操作指示の授受が可能な局所通信部と、
    内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記入出力部及び前記局所通信部に供給する第１供給部と
    を備えることを特徴とする入出力ユニット。
18. 無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニットにおいて、
    前記無線ネットワークを介した無線通信を行う無線通信部と、
    局所的な通信を行って、前記無線通信部から送信すべき信号又は前記無線通信部で受信した信号の授受が可能な局所通信部と、
    内部に設けられた電源からの電力又は外部からの電力を前記無線通信部及び前記局所通信部に供給する第２供給部と
    を備えることを特徴とする無線ユニット。
19. プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニットと、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニットとを備える無線機器の設定方法であって、
    前記入出力ユニットに設定すべき情報であって前記無線ユニットに予め保存されている第１設定情報を、前記無線ユニットと前記入出力ユニットとの間で局所的な通信を行って、前記無線ユニットから前記入出力ユニットに送信して設定するステップを有することを特徴とする無線機器の設定方法。
20. プロセスにおける状態量の測定又は操作を行う入出力ユニットと、無線ネットワークを介した無線通信を行う無線ユニットとを備える無線機器の設定方法であって、
    前記入出力ユニットに設定すべき第１設定情報及び前記無線ユニットに設定すべき第２設定情報を前記無線ユニットに登録する第１ステップと、
    前記無線ユニットに登録された前記第１，第２設定情報を前記入出力ユニットに登録する第２ステップと、
    前記無線ユニットの交換が行われた場合に、前記入出力ユニットに登録された前記第２設定情報を交換後の新たな無線ユニットに設定する第３ステップと
    を有することを特徴とする無線機器の設定方法。

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