(57)【要約】【課題】光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子が実際に発光した総累積時間を通信波形に基づき測定計算し、発光素子の動作寿命が近づいた場合には発光時間を削減して発光素子が組み込まれたフィールド機器の長寿命化を図ること。【解決手段】複数のボード間で光通信手段を介してデータ通信を行うように構成されたフィールド機器において、前記光通信手段を構成する発光素子の発光総累積時間を測定する発光総累積時間測定手段と、前記発光素子の動作寿命の閾値を格納する動作寿命閾値格納手段と、前記発光素子の発光総累積時間と前記動作寿命の閾値とを比較する比較手段と、前記比較手段の比較結果に基づき前記発光素子を所定の周期で駆動する発光素子駆動手段、とを設けたことを特徴とするもの。【選択図】図１
2014158155.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のボード間で光通信手段を介してデータ通信を行うように構成されたフィールド機器において、
前記光通信手段を構成する発光素子の発光総累積時間を測定する発光総累積時間測定手段と、
前記発光素子の動作寿命の閾値を格納する動作寿命閾値格納手段と、
前記発光素子の発光総累積時間と前記動作寿命の閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき前記発光素子を所定の周期で駆動する発光素子駆動手段、
とを設けたことを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
送信ボード側に前記送信データの発光ビット数が非発光ビット数よりも多い場合は送信データを反転して送信する反転送信手段を設け、
受信ボード側には受信データを再度反転して元の送信データに戻す反転受信手段、
を設けた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】
前記送信ボード側に前記発光素子の発光総累積時間が前記動作寿命閾値を超えた場合にアラームを出力表示するアラーム手段を設けた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、機器内部のボード間におけるデータ通信を光通信手段を介して行うように構成されたフィールド機器における発光素子の長寿命化に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス計装システムなどで用いられる近年のフィールド機器は、高機能化に伴い、たとえば図５に示すように、機器内部に複数のボードが搭載されているものが多い。
【０００３】
図５において、第１フィールド機器部１のセンサ入力ブロック２にはプロセスより伝送線３を介してセンサ信号ＳＡが入力される。ＣＰＵ手段を有する演算処理部４は、センサ入力ブロック２からの信号を演算処理する。電源ユニット５には、外部電源ＰＷが給電線６を介して供給される。
【０００４】
演算処理部４に接続される第１通信ブロック７は、スマート機器が標準装備する方向通信機能を有するＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信ブロックで実現される。スマート機器単体では、このＨＡＲＴ通信ブロックを介して上位装置からの信号を演算処理部４に渡し、処理結果を上位装置に発信する。
【０００５】
フィールド機器全体８は、スマート機器をベースとした第１フィールド機器部１のプリント基板に、これとは別体に追加された第２フィールド機器部９のプリント基板の２枚の組み合わせで構成されている。
【０００６】
第２フィールド機器部９において、第２通信ブロック１０は、ＨＡＲＴプロトコルにより汎用通信線１１を介して第１フィールド機器部１の第１通信ブロック７と通信する。通信処理部１２は、第１フィールド機器部１の情報を処理してディジタル通信ユニット１３及び伝送線１４を介して上位装置にディジタル情報を発信するとともに、上位装置からの情報を処理して第１フィールド機器部１に発信する。
【０００７】
特許文献１には、第１フィールド機器部１が実装されたプリント基板と、これとは別体の第２フィールド機器部９が実装されたプリント基板との２枚の組み合わせで構成されたフィールド機器が記載されている。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２４４２７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、このようなフィールド機器８では、第１フィールド機器部１の第１通信ブロック７と第２フィールド機器部９の第２通信ブロック１０を接続する汎用通信線１１として発光素子と受光素子を組み合わせたフォトカプラなどの光通信手段を用い、第１フィールド機器部１と第２フィールド機器部９を直流的に絶縁することも行われている。
【００１０】
しかし、光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子は総点灯時間が限られていることから、製品寿命が発光素子の寿命に依存してしまうという問題がある。
【００１１】
発光素子を含む部品類は、製品としての正常動作期間を保証する製品寿命の保証期間よりも十分長い動作寿命の保証期間を有するものを選定しているが、プロセス計装システムなどで用いられるフィールド機器は、製品寿命の保証期間よりもかなり長い期間使われることが多い。
【００１２】
一般的に、発光素子は、その動作寿命の保証期間を超えてしまうと、いつ発光しなくなるかわからない。すなわち、フィールド機器のユーザーは、光通信手段がいつ通信不能になってフィールド機器が正常動作をしなくなるかわからない。なお、発光素子は、例外的にその動作寿命の保証期間を超える前に発光しなくなることもあるが、ここではそのような例外は対象としない。
【００１３】
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、光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子が実際に発光した総累積時間を通信波形に基づき測定計算し、発光素子の動作寿命が近づいた場合には発光時間を削減して発光素子が組み込まれたフィールド機器の長寿命化を図ることにある。
【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、本発明のうち請求項１記載の発明は、
複数のボード間で光通信手段を介してデータ通信を行うように構成されたフィールド機器において、
前記光通信手段を構成する発光素子の発光総累積時間を測定する発光総累積時間測定手段と、
前記発光素子の動作寿命の閾値を格納する動作寿命閾値格納手段と、
前記発光素子の発光総累積時間と前記動作寿命の閾値とを比較する比較手段と、
前記比較手段の比較結果に基づき前記発光素子を所定の周期で駆動する発光素子駆動手段、
とを設けたことを特徴とする。
【００１５】
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、
送信ボード側に前記送信データの発光ビット数が非発光ビット数よりも多い場合は送信データを反転して送信する反転送信手段を設け、
受信ボード側には受信データを再度反転して元の送信データに戻す反転受信手段、
を設けたことを特徴とする。
【００１６】
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、
前記送信ボード側に前記発光素子の発光総累積時間が前記動作寿命閾値を超えた場合にアラームを出力表示するアラーム手段を設けたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
これらにより、光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子の長寿命化に伴い製品の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】図１の動作の流れを示すフローチャートである。
【図３】発光素子の駆動波形例図である。
【図４】発光素子の他の駆動波形例図である。
【図５】従来のフィールド機器の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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る。図１において、フィールド機器２０は、表示設定ボード３０とセンサボード４０との２枚のボードで構成されている。
【００２０】
表示設定ボード３０にはＣＰＵ３１が設けられ、ＣＰＵ３１にはホスト側との通信を行う通信部３２が接続されている。
【００２１】
また、ＣＰＵ３１には表示器ドライバ３３を介して表示器３４が接続され、センサボード４０と通信を行う通信ドライバ３５も接続され、さらにメモリ３６も接続されている。
【００２２】
センサボード４０にもＣＰＵ４１が設けられ、ＣＰＵ４１にはホスト側との通信を行う通信部４２が接続されている。
【００２３】
また、ＣＰＵ４１には図示しないセンサから測定値が入力されるセンサモジュール４３が接続され、表示設定ボード３０と通信を行う通信ドライバ４４も接続され、さらにメモリ４５も接続されている。
【００２４】
センサの測定出力は、センサモジュール４３で電流信号やパルス信号などの所定の信号形態の測定データに変換され、通信部４２を介してホスト側に送信されるとともにメモリ４５に格納され、さらに通信ドライバ４４を介して表示設定ボード３０にも送信される。
【００２５】
表示設定ボード３０の表示器３４はセンサボード４０から送信される各種の測定データを表示するとともに、各種の設定なども行うことができる。表示設定ボード３０のメモリ３６はたとえば不揮発メモリであり、フィールド機器固有の属性情報などが格納される。
【００２６】
図１のように複数枚のボード３０、４０を有するフィールド機器２０では、センサの測定値を取り込んで演算し測定データとして出力するまでの処理を、各ボード３０、４０で分散して行う。これは、フィールド機器の場合、１枚のボード（ＣＰＵ）だけではクロックや処理能力、メモリ容量などに制限があるためである。
【００２７】
このようなボード間の通信にあたっては、たとえばフォトカプラなどの光通信手段５０が用いられる。この場合、前述のように、発光素子の発光時間に寿命があることから、フィールド機器の製品寿命として一般的に公表している期間に合わせて発光素子の発光時間の寿命である発光総時間を十分余裕をもって計算（通常、寿命は想定される最悪条件をもとに算出される）したとしても、フィールド機器の場合はフィールド機器の製品寿命を大きく超えて使用されることも多々あるため、発光素子の発光時間が想定寿命を超えてしまうことは否定できない。
【００２８】
そして、現状では、突発的に、しかも、同時期に購入したフィールド機器が複数台あった場合は同時に発光素子が発光しなくなって正常な通信が行われなくなる状況が発生することが想定され、フィールド機器の設置現場で問題が顕在化することが考えられる。
【００２９】
そこで本発明では、たとえば表示設定ボード３０に設けられているＣＰＵ３１に以下の各機能を追加するが、場合によってはセンサボード４０に設けられているＣＰＵ４１にこれらの機能を追加してもよい。
【００３０】
１）光通信手段５０を構成する発光素子の発光総累積時間を測定する発光総累積時間測定機能
２）発光素子の動作寿命の閾値を設定格納する動作寿命閾値設定格納機能
３）発光素子の発光総累積時間と動作寿命の閾値とを比較する比較機能
４）比較手段の比較結果に基づき発光素子を所定の周期で駆動する発光素子駆動機能
【００３１】
図１のように構成されるフィールド機器の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。まず、寿命が近づいた時の発光素子を用いた通信における、
１）ボーレート
２）演算周期
３）寿命が近づいたときに自動的にボーレートや演算周期を変更するかどうか
について設定する（ステップＳ１）。
【００３２】
通常時のボーレートと演算周期は機器内部で固定化されていることが多いが、通常時のボーレートについては、ユーザが任意に変更できる場合もある。ここでは、通常時のボーレート、演算周期ではなく、発光素子の寿命が近づいた時のボーレート、演算周期の設定を行う。
【００３３】
発光素子の寿命が近づいたときに自動的にボーレートや演算周期を変更するかどうかの設定は、演算周期などが自動的に変わってしまうとバッチ処理などに影響が出る恐れがあるため、デフォルトではオフとなっているが、ユーザによってオンに設定することも可能である。
【００３４】
次に、発光素子の寿命が近いかどうかを判断するための閾値を設定する（ステップＳ２）。この値は、発光素子の製品寿命時間に対する閾値であり、たとえば、製品寿命時間の９０％などを設定する。なお、発光素子が発光した累積時間は、図３および図４の駆動波形に示す「通常時」の例のように、実際の波形と演算周期に基づき、常に内部で計算している（ステップＳ３）。
【００３５】
図３の例では、通常時は（Ａ）に示すようにたとえば１１５．２ｋｂｐｓのボーレートで０（Ｌｏｗ）になった時間に発光素子が発光するが、寿命モード時は（Ｂ）に示すように通常時の２倍のボーレート２３０．４ｋｂｐｓで発光する。
【００３６】
図４の例では、通常時は（Ａ）に示すようにたとえば演算周期５０ｍｓで発光素子が発光するが、寿命モード時は（Ｂ）に示すように通常時の２倍の演算周期１００ｍｓで発光する。
【００３７】
図３および図４の駆動波形例では、０（Ｌｏｗ）が発生する時間が短ければ短いほどよいので、ボーレートを上げたり演算周期を遅くすることで、０（Ｌｏｗ）が発生する時間、すなわち発光素子の発光時間を短くできる。
【００３８】
その後、０（Ｌｏｗ）の総時間と閾値とを比較し（ステップＳ４）、閾値を超えた時にアラームを表示出力する（ステップＳ５）。閾値と０（Ｌｏｗ）の総時間の比較は演算周期ごとに行ってもよいし、任意に設定（＞＝演算周期）してもよい。
【００３９】
また、アラームの表示の有無や表示方法についても、任意に設定できるようにしてもよい。
【００４０】
アラーム表示後、寿命が近づいたときに自動的にボーレートや演算周期を変更するかどうかの設定がオンになっている場合は（ステップＳ６）、自動的にボーレートと演算周期を事前に設定された値に切り替える（ステップＳ７）。オフになっている場合は、ユーザが手動で、ボーレートと演算周期を事前に設定された値に切り替えるかどうかを設定する（ステップＳ８）。
【００４１】
切り替える設定を選択した場合は、ボーレートと演算周期が事前に設定された設定値に変更される（ステップＳ９）。切り替えない設定を選択した場合は、現状のボーレートと演算周期のままで動作する。
【００４２】
ここで、寿命が近づいた時のボーレートや演算周期の設定は、事前に行うのではなく、光っている総時間が閾値を超えてから行うようにしてもよい。
【００４３】
なお、ボーレートや演算周期の設定変更は、両方行うだけではなく、どちらか一方だけを行うことも可能である。どちらか一方だけでも変更すれば、発光素子の寿命延長に効果があるため、プラントのアプリケーションに応じて、どのように変更するかを決定すればよい。
【００４４】
また、実際に通信により送信するデータが、０（Ｌｏｗ）が多いことがわかっている場合は、あらかじめ値を反転して送信し、受信側でも再度反転するようにしてもよい。これを行うことにより、１（Ｈｉｇｈ）が多くなり、発光総時間を減らすことができる。送信側はあらかじめ送るデータを把握できるので、１ビット情報を付与して反転するという情報を付与することもできる。毎回０（Ｌｏｗ）が多いことがわかっていれば、１ビット情報を付与せず、常に反転するようにすることもできる。
【００４５】
本発明は、ハードウェアを変更することなく、ソフトウェアの変更のみで対応できることも大きな特徴である。
【００４６】
上記実施例では、発光素子の寿命に関して説明したが、発光素子に限るものではなく、通信波形から寿命がわかるような他の素子を採用し、ボーレートと演算周期が寿命に影響するような場合にも適用可能である。
【００４７】
また、素子の寿命は温度などの周囲環境にも影響されるため、素子が使用される環境の周囲温度などを測定し、周囲温度に応じて閾値やボーレートや演算周期を変更することにより寿命を延長することも可能である。
【００４８】
また、センサ情報部分も値が緩やかに変化するような場合や一定値を保つような場合には点灯時間を低減できる。
【００４９】
以上説明したように、本発明によれば、光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子が実際に発光した総累積時間を通信波形に基づき測定計算し、発光素子の動作寿命が近づいた場合にはボーレートや演算周期を変更して発光時間を削減して発光素子の寿命を延ばすことができ、発光素子が組み込まれたフィールド機器の長寿命化が実現できる。
【符号の説明】
【００５０】
２０  フィールド機器
３０  表示設定ボード
３１  ＣＰＵ
３２  通信部
３３  表示器ドライバ
３４  表示器
３５  通信ドライバ
３６  メモリ
４０  センサボード
４１  ＣＰＵ
４２  通信部
４３  センサモジュール
４４  通信ドライバ
４５  メモリ
５０  光通信手段（フォトカプラ）
【図１】
2014158155.tif 000003
【図２】
2014158155.tif 000004
【図３】
2014158155.tif 000005
【図４】
2014158155.tif 000006
【図５】
2014158155.tif 000007