(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号の入出力先ごとに割り当てられるチャンネルと、
自入出力装置を監視する監視系統側の機器との間で行う通信を制御する制御部と、
前記チャンネルごとに設けられ、前記チャンネルを介して受信した前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出し、当該第２信号に対応するデジタル信号を前記制御部に送信するＨＡＲＴ通信部と、を備え、
前記ＨＡＲＴ通信部は、
前記入出力先宛に送信するリクエスト信号を増幅する増幅部と、
前記リクエスト信号に対する応答信号に含まれる前記入出力先での通信感度に応じて、前記増幅部による増幅率を切り替える第２制御部と、を有する、
ことを特徴とするＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項２】
前記第２制御部は、前記通信感度が所定閾値よりも低い場合に、前記増幅率を大きくする、ことを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項３】
前記増幅部は、複数の前記増幅率に切り替え可能であり、
前記第２制御部は、前記増幅率を大きくする際に、複数の前記増幅率のうち、現在の前記増幅率よりも大きな前記増幅率に切り替える、
ことを特徴とする請求項２記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項４】
前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号により表される交流信号である、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産プロセスを管理する現場では、発信機能を有する各種のフィールド機器（例えばセンサやバルブ等）をプラントに設置し、フィールド機器から発信される信号をシステムに取り込むことで、各種の生産プロセスを管理している。生産プロセスを管理するシステムとして、例えばセンサから取得した流量や温度、圧力等に基づいてバルブの開度等を制御するものがある。近年、このようなプロセス管理システムに接続されるフィールド機器として、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載したもの（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が採用されている。ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値を示す４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号（以下、「ＨＡＲＴ通信信号」という。）を入出力する。つまり、ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値の他に、各種の情報を付加してやりとりすることができる。下記特許文献１および特許文献２には、ＨＡＲＴ通信対応機器を用いたシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８６５０３号公報
【特許文献２】特許第４１２９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
生産プロセスを管理するシステムでは、ＨＡＲＴ通信対応機器と、その上位側にある通信モジュールとの間に、例えば絶縁用のアイソレータや防爆用のツェナーバリア等を設置する場合がある。このような場合、ＨＡＲＴ通信信号に含まれる交流信号のレベルが、アイソレータやツェナーバリアの影響を受けて減衰してしまうことがある。また、ＨＡＲＴ通信対応機器と通信モジュールとの間の距離が長いと、配線抵抗や配線容量が増加し、ＨＡＲＴ通信信号に含まれる交流信号のレベルが減衰してしまうことがある。交流信号のレベルが減衰してしまうと、通信エラーや通信不能を招来するおそれがある。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、通信品質を向上させることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置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】
【０００６】
本発明に係るＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置は、第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号の入出力先ごとに割り当てられるチャンネルと、自入出力装置を監視する監視系統側の機器との間で行う通信を制御する制御部と、前記チャンネルごとに設けられ、前記チャンネルを介して受信した前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出し、当該第２信号に対応するデジタル信号を前記制御部に送信するＨＡＲＴ通信部と、を備え、前記ＨＡＲＴ通信部は、前記入出力先宛に送信するリクエスト信号を増幅する増幅部と、前記リクエスト信号に対する応答結果に基づいて、前記増幅部による増幅率を切り替える第２制御部と、を有する。
【０００７】
かかる構成を採用することで、入出力先宛に送信したリクエスト信号に対する応答結果に応じて、リクエスト信号の増幅率を制御することができるため、例えば、入出力先との間で行われる通信の信号レベルが減衰した場合であっても、リクエスト信号の増幅率を大きくすることが可能となる。
【０００８】
前記第２制御部は、前記リクエスト信号に対する応答確率に応じて、前記増幅率を切り替えることとしてもよい。具体的に、前記第２制御部は、前記応答確率が所定閾値よりも低い場合に、前記増幅率を大きくすることとしてもよい。これにより、リクエスト信号に対する応答確率が所定閾値よりも低い場合には、入出力先との間で行われる通信の信号レベルが減衰していると判断し、リクエスト信号の増幅率を大きくすることができる。
【０００９】
前記増幅部は、複数の前記増幅率に切り替え可能であり、前記第２制御部は、前記増幅率を大きくする際に、複数の前記増幅率のうち、現在の前記増幅率よりも大きな前記増幅率に切り替えることとしてもよい。
【００１０】
前記第２制御部は、前記リクエスト信号に対する応答信号に含まれる前記入出力先の状態を示す情報に応じて、前記増幅率を切り替えることとしてもよい。これにより、入出力先の状態が、例えば通信感度を示す内容である場合には、入出力先の通信感度に応じて、リクエスト信号の増幅率を制御することができる。
【００１１】
前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号により表される交流信号であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、通信品質を向上させることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニットの構成を例示する図である。
【図２】変形例における絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯユニットの構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００１５】
まず、図１を参照して、実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置（以下、「ＨＡＲＴ−ＩＯユニット」という。）の構成について説明する。図１に示すように、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１は、第１制御部１１と、ＨＡＲＴ通信部１０ａ〜１０ｐと、チャンネル１６ａ〜１６ｐと、を有する。ＨＡＲＴ通信部１０ａ〜１０ｐは、第２制御部１２ａ〜１２ｐと、変復調部１３ａ〜１３ｐと、増幅部１４ａ〜１４ｐと、分離重畳部１５ａ〜１５ｐと、をそれぞれ含む。
【００１６】
なお、ＨＡＲＴ通信部１０ａ〜１０ｐ、第２制御部１２ａ〜１２ｐ、変復調部１３ａ〜１３ｐ、増幅部１４ａ〜１４ｐ、分離重畳部１５ａ〜１５ｐ、チャンネル１６ａ〜１６ｐおよび下位機器５ａ〜５ｐについては、以下において特に区別して記載する必要がない場合に、それぞれＨＡＲＴ通信部１０、第２制御部１２、変復調部１３、増幅部１４、分離重畳部１５、チャンネル１６および下位機器５と記載する。また、本実施形態では、１６チャンネル分のポートを有するＨＡＲＴ−ＩＯユニットについて説明するが、チャンネル（ポート）数はこれに限定されない。
【００１７】
下位機器５は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１の各チャンネル１６に割り当てられる下位側の機器である。下位機器５としては、例えば、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が該当する。ＨＡＲＴ通信対応機器は、ＨＡＲＴ通信信号を送受信する。ＨＡＲＴ通信信号は、４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号である。
【００１８】
上記直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器ごとに伝達される一つの変数の値を示す信号である。変数の値としては、例えば、流量、圧力、温度等の測定値や、弁開度等の制御値が該当する。上記デジタル信号は、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器内で収集可能な各種のデータを示す信号である。各種のデータとしては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器におけるプロセス情報や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障情報が該当する。なお、ＨＡＲＴ通信対応機器の測定値や制御値を上記各種のデータに含めることとしてもよい。
【００１９】
本実施形態では、１６個のＨＡＲＴ通信部１０を、第１制御部１１の下位側に並列して接続する。ＨＡＲＴ通信部１０は、チャンネル１６を介して受信したＨＡＲＴ通信信号から交流信号を取り出し、この交流信号に対応するデジタル信号を第１制御部１１に送信する。以下において、ＨＡＲＴ通信部１０に含まれる各部について説明する。
【００２０】
分離重畳部１５は、図示しないが、ＨＡＲＴ通信信号を直流信号と交流信号とに分離する分離部と、直流信号に交流信号を重畳してＨＡＲＴ通信信号を生成する重畳部と、を有する。分離重畳部１５は、変復調部１３との間で交流信号を送受信するとともに、直流信号を図示しない外部機器（例えばコントローラ）に伝達する。
【００２１】
変復調部１３は、物理的には、例えばＨＡＲＴモデムで構成する。変復調部１３は、交流信号とデジタル信号との変換処理を実行する。変換処理としては、例えば、０と１とで表されるデジタル信号を、２２００Ｈｚの周波数信号と１２００Ｈｚの周波数信号とで表される交流信号に変換する処理が該当する。また、２２００Ｈｚの周波数信号と１２００Ｈｚの周波数信号とで表される交流信号を、０と１とで表されるデジタル信号に変換する処理が該当する。
【００２２】
増幅部１４は、物理的には、増幅回路で構成する。増幅部１４は、変復調部１３から分離重畳部１５に送信される交流信号の振幅を増大させる。増幅部１４の増幅率は可変であり、第２制御部１２からの切替信号に基づいて増幅率が制御される。この交流信号は、上位側にある監視系統から下位機器５宛に送信されるリクエスト信号に対応する信号となる。監視系統は、下位機器５の状態等を監視する上位側のシステムである。
【００２３】
第２制御部１２は、物理的には、例えばＣＰＵおよびその周辺デバイスで構成する。第２制御部１２は、監視系統から下位機器５宛に送信されたリクエスト信号に対する応答確率に応じて、増幅部１４の増幅率を制御する。具体的に、第２制御部１２は、応答確率が所定閾値よりも低い場合に、増幅率を大きくするように指示する切替信号を増幅部１４に送信する。応答確率は、リクエスト回数に対して正常なレスポンスを受け取った割合により表す。
【００２４】
所定閾値は、使用されるユーザアプリケーションに影響を及ぼさない応答確率を実験等により求め、適宜設定することができる。所定閾値は、第２制御部１２ごとに設定することができる。これにより、下位機器５ごとに異なる通信環境に適応させた閾値を、下位機器５に対応する第２制御部１２に設定することができるため、比較的通信感度が低い下位機器５が接続された場合であっても、通信品質を向上させることが可能となる。
【００２５】
第２制御部１２は、ＨＡＲＴ通信部１０と第１制御部１１との間で行う信号の送受信を制御する。第２制御部１２と第１制御部１１との間は、専用バスで接続される。
【００２６】
第１制御部１１は、物理的には、例えばＣＰＵおよびその周辺デバイスで構成する。第１制御部１１は、上位機器３との間で行う通信を制御する。上位機器３としては、例えば、監視系統に含まれるＨＵＢが該当する。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１とＨＵＢとの間は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格の通信ケーブルで接続される。
【００２７】
監視系統に含まれる機器監視部（不図示）は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１から出力されたデジタル信号を、ＨＵＢを介して受信する。機器監視部は、受信したデジタル信号に基づいて、下位機器５でのプロセスの実行状況や、下位機器５に組み込まれているハードウェアの故障状況、下位機器５のメンテナンスおよび修理の必要時期等を診断する。機器監視部は、診断結果等をモニタに表示する。これにより、運用者は、下位機器５を監視することができる。
【００２８】
上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１によれば、監視系統から下位機器５宛に送信されたリクエスト信号に対する応答確率が所定閾値よりも低くなった場合には、応答確率が所定閾値以上になるまで、徐々に増幅率を大きくして通信レベルを高めていくことが可能となる。また、所定閾値を、下位機器５ごとに異なる値に設定することができるため、下位機器５の通信感度に応じて通信レベルを調整することが可能となる。それゆえに、通信品質を向上させることが可能となる。
【００２９】
[変形例]
なお、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニットを、絶縁型のＨＡＲＴ−ＩＯユニットとして構成してもよい。図２に、絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯユニットの構成を例示する。図２に示す絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１は、図１に示すＨＡＲＴ−ＩＯユニット１が有する第２制御部１２と変復調部１３との間に、絶縁部１７を追加した点で、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１と相違する。絶縁部１７は、例えば、フォトカプラ、トランスを用いることにより、ＨＡＲＴ通信部１０ごとにデジタル信号、電源を絶縁する。絶縁部１７を設けることで、チャンネル間の接地レベル差や静電気による影響を排除することができる。
【００３０】
また、上述した実施形態における増幅部１４は、増幅率を可変するタイプとして説明しているが、これに限定されず、例えば、複数の増幅率を切り替えるタイプであってもよい。この場合、第２制御部１２は、増幅率を大きくする際に、複数ある増幅率のうち、現在の増幅率よりも大きな増幅率に切り替えるように指示する切替信号を増幅部１４に送信する。
【００３１】
また、上述した実施形態において、第２制御部１２は、リクエスト信号に対する応答確率に応じて、増幅部１４の増幅率を制御しているが、これに限定されない。例えば、リクエスト信号に対する応答信号に含まれる下位機器５の状態を示す情報に応じて、増幅部１４の増幅率を制御してもよい。下位機器５の状態としては、例えば、下位機器の通信感度等が該当する。これにより、下位機器５の通信感度に応じて、適宜増幅率を制御することができるため、通信品質を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１…ＨＡＲＴ−ＩＯユニットユニット、３…上位機器、５ａ-５ｐ…下位機器、１０ａ-１０ｐ…ＨＡＲＴ通信部、１１…制御部、１２ａ-１２ｐ…第２制御部、１３ａ-１３ｐ…変復調部、１４ａ-１４ｐ…増幅部、１５ａ-１５ｐ…分離重畳部、１６ａ-１６ｐ…チャンネル、１７…絶縁部。
【図１】
0005643689.tif 000002
【図２】
0005643689.tif 000003