(57)【要約】【課題】  低消費と省スペースであり且つ拡張性を持った制御機器を実現する。【解決手段】  制御用マイクロプロセッサを有するＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏ用マイクロプロセッサを有するＩ／Ｏモジュールと、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継するモジュール間通信装置とが、同一筐体内に一体に実装され、  前記モジュール間通信装置は、  互いに論理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継する内部通信手段と、  論理層インターフェイス及び物理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールが外部通信バスに接続された外部機器との通信を中継する外部通信手段と、を備える。【選択図】                    図１
2010182174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
制御用マイクロプロセッサを有するＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏ用マイクロプロセッサを有するＩ／Ｏモジュールと、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継するモジュール間通信装置とが、同一筐体内に一体に実装され、
前記モジュール間通信装置は、
互いに論理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継する内部通信手段と、
論理層インターフェイス及び物理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールが外部通信バスに接続された外部機器との通信を中継する外部通信手段と、
を備えることを特徴とするプロセス制御装置。
【請求項２】
前記モジュール間通信装置は、前記前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールと外部機器との通信を無線により中継する無線通信手段を備えることを特徴とする請求項１に記載のプロセス制御装置。
【請求項３】
前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記外部通信バスに接続された拡張Ｉ／Ｏモジュールと通信することを特徴とする請求項１または２に記載のプロセス制御装置。
【請求項４】
前記筐体内に電源モジュールを内蔵することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかにに記載のプロセス制御装置。
【請求項５】
前記電源モジュールを内蔵した前記筐体を、防水容器または耐圧防爆容器としたことを特徴とする請求項４に記載のプロセス制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に省電力（省エネ）と省スペースが求められる用途に有効なプロセス制御装置の構成に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、従来のプロセス制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。プロセス制御装置１０は、フィールド機器の制御を担当するＣＰＵモジュール２０とフィールド機器との入出力をインターフェイスするＩ／Ｏモジュール３０とが、バックボード４０の通信バス５０に接続され相互に通信する構成をとる。
【０００３】
ＣＰＵモジュール２０は、制御用のマイクロプロセッサ２１を備え、論理層通信インターフェイス２２及び物理層通信インターフェイス２３を介して通信バス５０に接続されている。同様に、Ｉ／Ｏモジュール３０は、Ｉ／Ｏ用のマイクロプロセッサ３１を備え、論理層通信インターフェイス３２及び物理層通信インターフェイス３３を介して外部通信バス５０に接続されている。
【０００４】
ここで、Ｉ／Ｏモジュール３０の論理層通信インターフェイス３２及び物理層通信インターフェイス３３の機能について詳しく説明する。なお、ＣＰＵモジュール２０の論理層通信インターフェイス２２は、Ｉ／Ｏモジュール３０の論理層通信インターフェイス３２と同等の機能を備え、ＣＰＵモジュール２０の物理層通信インターフェイス２３は、Ｉ／Ｏモジュール３０の物理層通信インターフェイス３３と同等の機能を備えている。
【０００５】
論理層通信インターフェイス３２は、送信回路（図示せず）と受信回路（図示せず）を備える。
送信回路は、論理層通信インターフェイス３２に接続されたＩ／Ｏ用マイクロプロセッサ３１から送信データと送信宛先を受け取り、物理層通信インターフェイス３３に渡す。
受信回路は、物理層通信インターフェイス３３から受信データと受信宛先を受け取り、受信宛先が論理層通信インターフェイス３２に接続されたＩ／Ｏ用マイクロプロセッサ３１なら受信データと受信宛先をＩ／Ｏ用マイクロプロセッサ３１に渡し、そうでなければ受信データと受信宛先を破棄する。
【０００６】
物理層通信インターフェイス３３は、論理層通信インターフェイス３２の送信回路から受け取った送信データ及び送信宛先を外部通信バス５０に渡す機能と、外部通信バス５０から受け取った送信データ及び送信宛先を、論理層通信インターフェイス３２の受信回路に受信データ及び受信宛先として渡す機能を備える。
【０００７】
即ち、ＣＰＵモジュール２０とＩ／Ｏモジュール３０は、夫々独立した通信インターフェイスにより外部のバックボードの通信バス５０に接続されてデータ送受信を行うシステム構成である。
【０００８】
このような構成において、ＣＰＵモジュール２０とＩ／Ｏモジュール３０が通信バス５０を通してプロセス値を送受信し、ＣＰＵモジュール２０のマイクロプロセッサ２１による演算から得た結果をＩ／Ｏモジュール３０が取得し、Ｉ／Ｏモジュール３０に接続されたでフィールド機器を制御する。
【０００９】
このように、ＣＰＵモジュール２０とＩ／Ｏモジュール３０は、互いに独立した固有の機能を持ち，それらを組み合わせることで制御システムを構築する。このような構成は、フィールド機器の増加に対応するＩ／Ｏモジュールの拡張性を重視した大規模な制御システム志向の構成である。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−２３６５０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
石油井戸元向けの計装では、小規模プラントが遠隔地に分散設置されるため、ローカルな電力事情が悪く、また小規模な井戸であることが多く、制御機器を設置する設備も小サイズである場合が多い。
【００１２】
このため、石油井戸元向け計装用の制御機器には、省電力と省スペースが重要な課題として求められるが、大規模なプラント計装を志向する従来のプロセス制御装置の構成では、このニーズに応えられない。
【００１３】
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、省電力と省スペースを実現すると共に、外部機器との通信を可能とする拡張性を備えたプロセス制御装置の実現を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）制御用マイクロプロセッサを有するＣＰＵモジュールと、Ｉ／Ｏ用マイクロプロセッサを有するＩ／Ｏモジュールと、前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継するモジュール間通信装置とが、同一筐体内に一体に実装され、
前記モジュール間通信装置は、
互いに論理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールと前記Ｉ／Ｏモジュール間の通信を中継する内部通信手段と、
論理層インターフェイス及び物理層インターフェイスを介して前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールが外部通信バスに接続された外部機器との通信を中継する外部通信手段と、
を備えることを特徴とするプロセス制御装置。
【００１５】
（２）前記モジュール間通信装置は、前記前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールと外部機器との通信を無線により中継する無線通信手段を備えることを特徴とする（１）に記載のプロセス制御装置。
【００１６】
（３）前記ＣＰＵモジュールまたは前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記外部通信バスに接続された拡張Ｉ／Ｏモジュールと通信することを特徴とする（１）または（２）に記載のプロセス制御装置。
【００１７】
（４）前記筐体内に電源モジュールを内蔵することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかにに記載のプロセス制御装置。
【００１８】
（５）前記電源モジュールを内蔵した前記筐体を、防水容器または耐圧防爆容器としたことを特徴とする（４）に記載のプロセス制御装置。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の構成によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）ＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュールとこれらモジュール間の通信を中継するモジュール間通信装置とを、同一筐体内に一体に実装させた構成により、モジュール間データを機器内部の通信手段を介して送受信できる。
【００２０】
この構成により、従来モジュールが個別に備えていた通信インターフェイスを省略することができ、省電力化と実装面積削減による機器の小型化による省スペースを実現することができる。
【００２１】
（２）従来通り、外部機器との通信機能を持たせることで、内蔵のＩ／Ｏモジュールでは不足した機能を外部Ｉ／Ｏモジュールに拡張できるので、システム構成の柔軟性と将来の拡張性に幅を持たせることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は、本発明を適用したプロセス制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図３で説明した従来装置と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。
【００２３】
本発明を適用したプロセス制御装置１００は、制御用マイクロプロセッサを有するＣＰＵモジュール２００と、入出力用マイクロプロセッサを有するＩ／Ｏモジュール３００と、これらＣＰＵモジュールとＩ／Ｏモジュール間の通信を中継するモジュール間通信装置４００とが、同一筐体１０１内に一体に実装された構成を特徴とする。
【００２４】
モジュール間通信装置４００は、互いに論理層インターフェイス４０１及び４０２を介してＣＰＵモジュール２００とＩ／Ｏモジュール３００間のデータ通信を中継する内部通信手段４０３を備える。
【００２５】
更に、モジュール間通信装置４００は、論理層インターフェイス４０１または４０２と物理層インターフェイス４０５を介してＣＰＵモジュール２００またはＩ／Ｏモジュール３００が外部通信バス５０に接続された外部機器、例えば拡張Ｉ／Ｏモジュール５００との通信を中継する外部通信手段４０４を備える。
【００２６】
論理層インターフェイス４０１は、送信回路４１１と受信回路４２１を備える。
送信回路４１１は、制御用マイクロプロセッサ２００から送信データと送信宛先を受け取り、送信宛先がプロセス制御装置１００の内部ならば送信データと送信宛先を内部通信手段４０３に渡し、送信宛先が外部通信バス５０に接続された拡張Ｉ／Ｏモジュール５００ならば送信データと送信宛先を外部通信手段４０４に渡し、送信宛先がいずれでもなければ送信データと送信宛先を破棄する。
【００２７】
受信回路４２１は、内部通信手段４０３もしくは外部通信手段４０４から受信データと受信宛先を受け取り、受信宛先が制御用マイクロプロセッサ２００なら受信データと受信宛先を制御用マイクロプロセッサ２００に渡し、そうでなければ受信データと受信宛先を破棄する。
【００２８】
論理層インターフェイス４０２は、送信回路４１２と受信回路４２２を備える。
送信回路４１２は、Ｉ／Ｏ用マイクロプロセッサ３００から送信データと送信宛先を受け取り、送信宛先がプロセス制御装置１００の内部ならば送信データと送信宛先を内部通信手段４０３に渡し、送信宛先が外部通信バス５０に接続された拡張Ｉ／Ｏモジュール５００ならば送信データと送信宛先を外部通信手段４０４に渡し、送信宛先がいずれでもなければ送信データと送信宛先を破棄する。
【００２９】
受信回路４２２は、内部通信手段４０３もしくは外部通信手段４０４から受信データと受信宛先を受け取り、受信宛先がＩ／Ｏマイクロプロセッサ３００なら受信データと受信宛先をＩ／Ｏ用マイクロプロセッサ３００に渡し、そうでなければ受信データと受信宛先を破棄する。
【００３０】
内部通信手段４０３は、一方の論理層インターフェイスから受け取った送信データ及び送信宛先を、他方の論理層インターフェイスに受信データ及び受信宛先として渡す機能を備える。
【００３１】
外部通信手段４０４は、論理層インターフェイス４０１の送信回路４１１もしくは論理インターフェイス４０２の送信回路４１２から受け取った送信データ及び送信宛先を外部通信バス５０に渡す機能と、外部通信バス５０から受け取った送信データ及び送信宛先を、論理層インターフェイス４０１の受信回路４２１及び論理インターフェイス４０２の受信回路４２２に受信データ及び受信宛先として渡す機能を備える。
【００３２】
拡張Ｉ／Ｏモジュール５００は、従来のプロセス制御装置１０のＩ／Ｏモジュール３０と同様のＩ／Ｏモジュールである。
【００３３】
このような構成において、ＣＰＵモジュール２００とＩ／Ｏモジュール３００間は、内部通信手段４０３を介してデータの送受信が実行される。Ｉ／Ｏモジュール３００のマイクロプロセッサが算出したプロセスデータを、ＣＰＵモジュール２００のマイクロプロセッサに送信する。
【００３４】
ＣＰＵモジュール２００のマイクロプロセッサは、プログラムに従って制御演算を実行し再度Ｉ／Ｏモジュール３００に演算データを送信する。演算データを受信したＩ／Ｏモジュール３００マイクロプロセッサは、接続されているフィールド機器に演算データを送信して制御する。
【００３５】
ＣＰＵモジュール２００のマイクロプロセッサは、外部通信手段４０４及び物理層インターフェイス４０５を介して外部通信バス５０に接続された拡張Ｉ／Ｏユニット５００と通信し、この拡張Ｉ／Ｏユニット５００に接続されたフィールド機器とデータの送受信を実行してこのフィールド機器の制御を実行することができる。
【００３６】
本発明を適用したプロセス制御装置１００を現場向けの一体型制御機器として強化するために、電源モジュール６００を筐体１に内蔵させる構成を取ることも可能である。更に電源機能を内蔵した筐体１０１を防水ケースまたは耐圧防爆型ケースとすることで、キャビネット不要の現場型制御機器とすることができる。
【００３７】
このように、ＣＰＵモジュール２００と、Ｉ／Ｏモジュール３００と、内部通信手段４０３、外部通信手段４０４及び物理層インターフェイス４０５を備えたモジュール間通信装置４００とが、プロセス制御装置１００の筐体内に一体に実装された構成としたことで、機器の小型化による少スペースを実現するとともに、内部通信手段４０３を備えることで、プロセス制御装置１００内部の通信は物理層インターフェイス４０５や外部通信バス５０を使わないため低消費電力化でき、外部通信手段４０４及び物理層インターフェイス４０５を備えることで、外部通信バス５０に拡張Ｉ／Ｏモジュール５００を追加してシステムを拡張することが可能である。
【００３８】
図２は、本発明を適用したプロセス制御装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。この実施形態の特徴は、モジュール間通信装置４００ａの論理層インターフェイス４０１ａ，４０２ａ間に無線通信手段４０６を設け、アンテナ４０７を介して無線により制御対象のフィールド機器や外部機器との通信を可能としている。
【００３９】
図２の論理層インターフェイス４０１ａ及び４０２ａは、図1の論理層インターフェイス４０１，４０２が備える機能に加え、次に機能を備えている。
【００４０】
送信回路４１１ａ，４１２ａは、送信宛先がプロセス制御装置１００と無線接続された相手ならば、送信データと送信宛先を無線通信手段４０６に渡す。
【００４１】
受信回路４２１ａ，４２２ａは、無線通信手段４０６から受信データと受信宛先を受け取り、受信宛先が論理層インターフェイス４０１ａ，４０２ａに接続されたマイクロプロセッサ２００，３００なら、受信データと受信宛先をこのマイクロプロセッサ２００，３００に渡す。
【００４２】
無線通信手段４０６は、論理層インターフェイス４０１ａもしくは４０２ａの送信回路４１１ａ，４１２ａから受け取った送信データ及び送信宛先を、無線信号に変調してアンテナ４０７から送信する機能と、アンテナ４０７が受け取った無線信号を復調した送信データ及び送信宛先を、論理層インターフェイス４０１ａ及び４０２ａの両者の受信回路４２１ａ，４２２ａに受信データ及び受信宛先として渡す機能を備える。
【００４３】
このように、無線通信手段４０６を備えることで、無線装置を備えたフィールド機器や外部機器と組み合わせた計装が可能になり、配線をなくした省配線計装の実現や、遠隔地や配線困難な場所に分散設置された計装が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明を適用したプロセス制御装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明を適用したプロセス制御装置の他の実施形態を示す機能ブロック図である。
【図３】従来のプロセス制御装置の構成例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
【００４５】
４０  バックボード
５０  外部通信バス
１００  プロセス制御装置
１０１  筐体
２００  ＣＰＵモジュール
３００  Ｉ／Ｏモジュール
４００，４００ａ  モジュール間通信装置
４０１，４０２，４０１ａ，４０２ａ  論理層インターフェイス
４０３  内部通信手段
４０４  外部通信手段
４０５  物理層インターフェイス
５００  拡張Ｉ／Ｏモジュール
６００  電源モジュール
【図１】
2010182174.tif 000003
【図２】
2010182174.tif 000004
【図３】
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