(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アナログ２線式伝送路を介して上位機器との間でデジタル的な通信信号を重畳伝送するように構成されたフィールド機器において、
前記通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチを設け、
前記フィールド機器が電流重畳信号通信を行う重畳型の場合は前記スイッチをＯＮにして前記通信信号系統をＯＮにし、電流重畳信号通信を行わない非重畳型の場合は前記スイッチをＯＦＦにして前記通信信号系統をＯＦＦにすることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記フィールド機器は、信号変換器、伝送器および操作端末のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項３】
前記上位機器は、制御用コンピュータまたはコントローラのいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド機器に関し、詳しくは、アナログ２線式伝送路（以下、２線式伝送路という）を介して上位機器との間でデジタル的な通信信号を重畳伝送するように構成されたフィールド機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス計装システムの一種に、制御プラントの現場に設けられている伝送器や操作端末などのフィールド機器と制御室に設けられている制御用コンピュータやコントローラなどの上位機器とが直流電流信号を伝送する２線式伝送路を介して接続されるとともに、これら２線式伝送路を介してフィールド機器と上位機器との間でデジタル的な通信信号を直流電流信号に重畳して伝送するように構成されたものがある。
【０００３】
図３は、従来のこのようなプロセス計装システムの一例を示す構成図である。図３において、伝送器１は電流重畳型として構成されたものであり、２線式伝送路Ｌ１を介してフィールド機器としての信号変換器２に接続され、信号変換器２は２線式伝送路Ｌ２を介して上位機器３に接続されている。なお、信号変換器２としてはたとえばディストリビュータを用いる。
【０００４】
信号変換器２は、伝送器１から上位機器３に４〜２０ｍＡの直流電流信号を絶縁伝送するとともに、伝送器１と上位機器３との間で双方向にデジタル的な通信信号を直流電流信号に重畳して伝送する。
【０００５】
信号変換器２において、２線式伝送路Ｌ１側にはたとえば通信信号の周波数帯域において十分高いインピーダンスを有するインダクタと直流電流検出抵抗との直列回路よりなる２線式入力部２１が設けられ、２線式伝送路Ｌ２側にはＭＯＳＦＥＴと抵抗の直列回路よりなる２線式出力部２４が設けられている。そして、これら２線式入力部２１と２線式出力部２４の間には、アナログ信号系統としてのアナログ回路２２と通信信号系統としての電流重畳信号通信回路２３が設けられている。
【０００６】
これらアナログ回路２２と電流重畳信号通信回路２３は、それぞれ入力部２２ａ，２３ａと出力部２２ｂ，２３ｂに分割されていて、アナログ回路２２の入力部２２ａと出力部２２ｂはたとえばフォトカプラよりなる絶縁結合部２２ｃを介して絶縁結合され、電流重畳信号通信回路２３の入力部２３ａと出力部２３ｂはトランスよりなる絶縁結合部２３ｃを介して絶縁結合されている。
【０００７】
アナログ回路２２の入力部２２ａはたとえばバッファアンプとパルス幅変調回路で構成され、バッファアンプの入力端子は２線式入力部２１のインダクタと直流電流検出抵抗との接続点に接続されている。出力部２２ｂは、ローパスフィルタと演算増幅器の直列回路で構成されていて、演算増幅器は２線式出力部２４を構成するＭＯＳＦＥＴと抵抗の直列回路とともに定電流回路を構成するように接続されている。
【０００８】
電流重畳信号通信回路２３の入力部２３ａと出力部２３ｂには、それぞれコンデンサが設けられている。入力部２３ａのコンデンサの一端は２線式入力部２１のインダクタの一端に接続され、他端は絶縁結合部２３ｃとして用いるトランスの一次巻線に接続されている。出力部２３ｂのコンデンサの一端は絶縁結合部２３ｃとして用いるトランスの二次巻線に接続され、他端は２線式出力部２４のＭＯＳＦＥＴの一端に接続されている。
【０００９】
図３のように構成することにより、伝送器１から信号変換器２を介して上位機器３に４〜２０ｍＡの直流電流信号が絶縁伝送されるとともに、伝送器１と上位機器３との間でデジタル的な通信信号が直流電流信号に重畳されて双方向に伝送される。
【００１０】
図４は従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図であり、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図４の例では、信号変換器２としてたとえばアイソレータを用いる。そして、２線式伝送路Ｌ１側には上位機器３が接続され、２線式伝送路Ｌ２側には電流重畳型として構成された操作端末としてのアクチュエータ４が接続されている。
【００１１】
図４のように構成することにより、上位機器３から信号変換器２を介してアクチュエータ４に４〜２０ｍＡの直流電流信号が絶縁伝送されるとともに、上位機器３とアクチュエータ４との間でデジタル的な通信信号が直流電流信号に重畳されて双方向に伝送される。
【００１２】
特許文献１には、パルス幅のアナログ信号に制御信号を重畳して伝送する構成が記載されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００９−１５３０１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、伝送器１やアクチュエータ４には、電流重畳伝送には対応しない非重畳型もある。
【００１５】
図５は伝送器１として非重畳型のものを用いた例であり、図３と共通する部分には同一の符号を付けている。図６はアクチュエータ４として非重畳型のものを用いた例であり、図４と共通する部分には同一の符号を付けている。
【００１６】
これら図５や図６の構成において、アナログ信号がデジタル的な通信信号の周波数および振幅と同等な状態で変化すると、電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂで共振が発生して通信信号にリンギングを発生させてしまうことがある。
【００１７】
さらに、図７に示すように、アクチュエータ４として非重畳型のものを用いた例において、アクチュエータ４の内部インダクタンス成分が大きい場合には、電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂに実装されたコンデンサと共振を起こし、ハンチングを発生させてしまうこともある。
【００１８】
これらリンギングやハンチングの発生は、制御プラントの現場に設けられている伝送器１や操作端末４の安定動作を阻害するノイズになり、制御プラントに対する正しい制御ができなくなってしまう。
【００１９】
このような不都合を解決するためには、制御プラントが電流重畳信号通信型として構成されている場合には制御プラントを構築しているこれら伝送器１と信号変換器２および操作端末４を含むすべてのフィールド機器を重畳型に交換し、制御プラントが非電流重畳信号通信型として構成されている場合には制御プラントを構築しているこれら伝送器１と信号変換器２および操作端末４を含むすべてのフィールド機器を非重畳型に交換する必要があるが、これらの交換には多大の作業工数および費用が発生することになり、現実的ではない。
【００２０】
本発明は、このような問題を解決するものであり、その目的は、電流重畳信号通信型と非電流重畳信号通信型のいずれにも共用でき、制御プラントの正しい制御が行えるフィールド機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
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、
アナログ２線式伝送路を介して上位機器との間でデジタル的な通信信号を重畳伝送するように構成されたフィールド機器において、
前記通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチを設け、
前記フィールド機器が電流重畳信号通信を行う重畳型の場合は前記スイッチをＯＮにして前記通信信号系統をＯＮにし、電流重畳信号通信を行わない非重畳型の場合は前記スイッチをＯＦＦにして前記通信信号系統をＯＦＦにすることを特徴とする。
【００２２】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載のフィールド機器において、
前記フィールド機器は、信号変換器、伝送器および操作端末のいずれかであることを特徴とする。
【００２３】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のフィールド機器において、
前記上位機器は、制御用コンピュータまたはコントローラのいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
このようなフィールド機器を用いることにより、電流重畳信号通信型と非電流重畳信号通信型のいずれの制御プラントでも共用でき、制御プラントの正しい制御が行える。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】従来のプロセス計装システムの一例を示す構成図である。
【図４】従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図である。
【図５】従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図である。
【図６】従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図である。
【図７】従来のプロセス計装システムの他の例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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図であって、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図５の相違点は、図１では、電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂと２線式出力部２４との間に、通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ２５が直列接続されていることである。
【００２７】
図１において、信号変換器２のスイッチ２５は、信号変換器２を接続する制御プラントの通信型式に応じて選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００２８】
すなわち、制御プラントが電流重畳信号通信を行う重畳型として構築されていて、重畳型の伝送器１が接続されている場合には、この伝送器１に接続されている信号変換器２のスイッチ２５をＯＮにして通信信号系統をＯＮにする。
【００２９】
これにより、信号変換器２は、図３と同様に、伝送器１から上位機器３に４〜２０ｍＡの直流電流信号を絶縁伝送するとともに、伝送器１と上位機器３との間で双方向にデジタル的な通信信号を直流電流信号に重畳して伝送する。
【００３０】
これに対し、制御プラントが電流重畳信号通信を行わない非重畳型として構築されていて、非重畳型の伝送器１が接続されている場合には、この伝送器１に接続されている信号変換器２のスイッチ２５をＯＦＦにして通信信号系統をＯＦＦにする。
【００３１】
これにより、信号変換器２の通信信号系統がＯＦＦになることから、図５に示したように電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂで共振が発生して通信信号にリンギングが発生することはなく、アナログ信号に影響を及ぼすことはない。
【００３２】
図２は本発明の他の実施例を示す構成図であり、図１と図６および図７と共通する部分には同一の符号を付けている。図２と図６および図７の相違点は、図２では、図１と同様に、電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂと２線式出力部２４との間に、通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ２５が直列接続されていることである。
【００３３】
図２においても、信号変換器２のスイッチ２５は、図１と同様に、信号変換器２を接続する制御プラントの通信型式に応じて選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３４】
すなわち、制御プラントが電流重畳信号通信を行う重畳型として構築されていて、重畳型のアクチュエータ４が接続されている場合には、このアクチュエータ４に接続されている信号変換器２のスイッチ２５をＯＮにして通信信号系統をＯＮにする。
【００３５】
これにより、信号変換器２は、図４と同様に、上位機器３から信号変換器２を介してアクチュエータ４に４〜２０ｍＡの直流電流信号が絶縁伝送されるとともに、上位機器３とアクチュエータ４との間でデジタル的な通信信号が直流電流信号に重畳されて双方向に伝送される。
【００３６】
これに対し、制御プラントが電流重畳信号通信を行わない非重畳型として構築されていて、非重畳型のアクチュエータ４が接続されている場合には、このアクチュエータ４に接続されている信号変換器２のスイッチ２５をＯＦＦにして通信信号系統をＯＦＦにする。
【００３７】
これにより、信号変換器２の通信信号系統がＯＦＦになることから、図６および図７に示したように電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂで共振が発生して通信信号にリンギングやハンチングが発生することはなく、アナログ信号に影響を及ぼすことはない。
【００３８】
そして、図１または図２のように、電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂと２線式出力部２４との間に通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ２５が直列接続された信号変換器２を用いて制御プラントを構築することにより、制御プラントが電流重畳信号通信型の場合にはスイッチ２５をＯＮにして非電流重畳信号通信型の場合にはスイッチ２５をＯＦＦにすることでいずれの通信型にも対応することができ、制御プラントの通信型が変更された場合であっても、信号変換器２を制御プラントの通信型に応じて交換することなく、制御プラントの正しい制御が行える。
【００３９】
また、上記実施例では、信号変換器２の電流重畳信号通信回路２３の出力部２３ｂと２線式出力部２４との間に、通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチ２５が直列接続されている例について説明したが、通信信号系統を選択的にＯＮ／ＯＦＦするためのスイッチを設けるのは信号変換器２に限るものではなく、伝送器やアクチュエータなども含む、２線式伝送路を介してと上位機器との間でデジタル的な通信信号を直流電流信号に重畳して伝送するように構成されたフィールド機器に設けるようにしてもよい。
【００４０】
以上説明したように、本発明によれば、電流重畳信号通信型と非電流重畳信号通信型のいずれの制御プラントにも共用でき、制御プラントの正しい制御が行えるフィールド機器が実現できる。
【符号の説明】
【００４１】
１  伝送器
２  信号変換器
２１  ２線式入力部
２２  アナログ回路
２２ａ  入力部
２２ｂ  出力部
２２ｃ  絶縁結合部
２３  電流重畳信号通信回路
２３ａ  入力部
２３ｂ  出力部
２３ｃ  絶縁結合部
２４  ２線式出力部
３  上位機器
４  アクチュエータ（操作端末）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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