(57)【要約】      （修正有）【課題】光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子の点灯時間を削減して製品の長寿命化を図る。【解決手段】センサボード１とＣＰＵボード２間で光通信手段１４，１５，２０，２４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、前記センサボード１から前記ＣＰＵボード２に送信するデータのビット数の一部を光通信で発光しない値に変更する送信データビット数変更手段１８を設けた。発光素子の点灯時間が削減できるため長寿命化が図られ、フィールド機器に適用することにより、フィールド機器の長寿命化が実現できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサボードとＣＰＵ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、
前記センサボードから前記ＣＰＵボードに送信するデータのビット数の一部を光通信で発光しない値に変更する送信データビット数変更手段、
を設けたことを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの目標精度に基づき、前記データのビット数の一部を光通信で発光しない値に変更す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】
前記送信データビット数変更手段は、パラメータとして設定された所定のビット数未満のビットを光通信で発光しない値に変更す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４】
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データが所定の閾値を超えたときに前記データのビット数の一部を光通信で発光する値に変更す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５】
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの前回測定時との差分が所定の閾値を超えたときに前記データのビット数の一部を光通信で発光する値に変更す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６】
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの前回測定時との差分を光通信で発光する値に変更することを特徴とする請求項１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フィールド機器には、機器内部のボード間でデータ通信を行うのにあたり、ボード間を直流的に絶縁するために、光通信手段を介して行うように構成されたものがある。
【０００３】
図３は、従来のこのようなフィールド機器の一例を示す構成図である。図３において、センサボード１とＣＰＵボード２は、相互間で光通信を行うように、たとえばフォトカプラよりなる光通信手段ＯＣを介して接続されている。
【０００４】
一方、ＣＰＵボード２とＨＭＩボード３および出力ボード４は、これらボード間を直流的に絶縁することなく、配線パターンや電線などの電気的接続手段ＥＣを介して接続されている。
【０００５】
センサボード１には、流量や圧力や温度などの物理量を電気信号に変換して出力するように構成され外部に設けられているセンサ５が接続されている。
【０００６】
図４は、図３のフィールド機器におけるセンサボード１とＣＰＵボード２の一例を示すブロック図である。図４において、センサボード１のセンサデータ受信部１０は、センサ５から出力される測定対象の物理量に関連した測定情報を取得して信号処理部１１に出力する。
【０００７】
信号処理部１１は、センサデータ受信部１０から取得した測定情報とパラメータ保持部１２に保持されているパラメータを用いてデジタルフィルタ処理や周波数測定処理、位相差測定処理、振幅測定処理など、フィールド機器の種類に応じた信号処理を行い、測定データを算出して送信データ保持部１３に出力する。
【０００８】
送信データ保持部１３は、信号処理部１１で算出された測定データを保持する。送信データ保持部１３に保持された測定データは、センサボードデータ送信部１４を介してＣＰＵボード２に送信される。
【０００９】
ＣＰＵボードデータ受信部１５は、ＣＰＵボード２から送信されてくるデータを受信して、ＣＰＵボードデータ解析部１６に出力する。ＣＰＵボードデータ解析部１６は、ＣＰＵボード２から送信されてくるデータの解析を行い、解析結果に応じてパラメータ保持部１２のパラメータを更新したり、センサボードデータ送信部１４を介してＣＰＵボード２にレスポンスデータを送信したりする。
【００１０】
ＣＰＵボード２は、センサボードデータ送信部１４から送られてくるデータをセンサボードデータ受信部２０で受信し、受信したデータの内容をセンサボードデータ解析部２１で解析する。
【００１１】
解析したセンサデータが演算周期毎に送信される通信データの場合には、センサデータとパラメータ保持部２２で保持しているパラメータを用いて、演算部２３でフィールド機器の種類に応じて温度や体積流量、質量流量、密度などのプロセス値を算出する。
【００１２】
ブロック図には記載していないが、ＣＰＵボード２は、ＰＣ上で動作する機器調整・設定ソフトウェアや、プロセス制御システムとSMART（登録商標）通信やFieldBus（登録商標）通信などによりパラメータの送受信やプロセス値の送受信などを行ったり、ＨＭＩボード３とパラメータやプロセス値の送受信を行ったり、出力ボード４に電流出力値やパルス出力値などに変換したプロセス値を送信したりする。
【００１３】
パラメータ保持部２２には、SMART通信やFieldBus通信などで受信したパラメータやＨＭＩボード３から受信したパラメータ、ＣＰＵボードに予め保持されているパラメータなどが保持されている。なお、ＣＰＵボードデータ送信部２４からセンサボード１に向けて、一定間隔もしくは任意のタイミングでデータ送信を行うことがある。
【００１４】
センサボード１とＣＰＵボード２間における通信にあたっては、非定期のリクエスト・レスポンス通信や、演算周期毎のブロードキャスト通信などが行われる。
【００１５】
センサボードデータ送信部１４とセンサボードデータ受信部２０、もしくは、ＣＰＵボードデータ送信部２４とＣＰＵボードデータ受信部１５における光通信では、発光ダイオードなどの光素子による点灯を「１」、消灯を「０」としてデジタル値のデータの送受信を行う。なお、点灯を「０」、消灯を「１」とする場合もある。
【００１６】
図５は、演算周期毎のブロードキャスト通信でセンサボード１からＣＰＵボード２に送信するデータの具体例図である。Address,Function code,Start register, Register numberは、送信方式や送信データの種類やサイズなどを含むヘッダー情報である。StatusはＤＳＰボードの状態やエラーなどの情報、DataA,DataB,DataCはセンサ５から得られた情報を示している。センサ５から得られる情報としては、たとえばコリオリ流量計の場合、センサ信号の位相差や周波数、温度センサの抵抗値などのプロセス値を測定するためのセンサデータなどが該当する。
【００１７】
特許文献１には、フォトカプラによりアナログ信号入力部とアナログ信号出力部を絶縁結合するように構成されたフィールド機器が記載されている。
【００１８】
【特許文献１】特開２０１２−２２４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
ところで、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。
【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、光通信に用いる発光ダイオードなどの発光素子の点灯時間を削減して製品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】
【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、
センサボードとＣＰＵ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、
前記センサボードから前記ＣＰＵボードに送信するデータのビット数の一部を光通信で発光しない値に変更する送信データビット数変更手段、
を設けたことを特徴とする。
【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、
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの目標精度に基づき、前記データのビット数の一部を光通信で発光しない値に変更することを特徴とする。
【００２３】
請求項３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、
前記送信データビット数変更手段は、パラメータとして設定された所定のビット数未満のビットを光通信で発光しない値に変更することを特徴とする。
【００２４】
請求項４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、
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データが所定の閾値を超えたときに前記データのビット数の一部を光通信で発光する値に変更することを特徴とする。
【００２５】
請求項５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、
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの前回測定時との差分が所定の閾値を超えたときに前記データのビット数の一部を光通信で発光する値に変更することを特徴とする。
【００２６】
請求項６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、
前記送信データビット数変更手段は、前記送信データの前回測定時との差分を光通信で発光する値に変更することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２７】
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点灯時間を削減でき、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】
【００２８】
【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】従来のフィールド機器の一例を示す構成図である。
【図４】図３のフィールド機器におけるセンサボード１とＣＰＵボード２の一例を示すブロック図である。
【図５】図４においてセンサボード１からＣＰＵボード２に送信するデータの具体例図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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４と共通する部分には同一の符号を付けている。図１と図４の相違点は、センサボード１の構成にある。
【００３０】
図１のセンサボード１には、図４のセンサボード１の構成に、送信データビット数演算部１７と送信データ変換部１８が追加されている。
【００３１】
すなわち、送信データビット数演算部１７には、パラメータ保持部１２からパラメータが入力されるとともに送信データ保持部１３から送信データが入力され、その演算出力は送信データ変換部１８に入力されている。
【００３２】
送信データ変換部１８には送信データ保持部１３から送信データも入力され、その変換出力はセンサボード送信部１４に入力されている。
【００３３】
図１の動作を説明する。
センサボード１のセンサデータ受信部１０はセンサ５から情報を取得し、取得した情報を信号処理部１１に出力する。
【００３４】
信号処理部１１は、センサデータ受信部１０を介して取得したセンサ５から情報に対して、パラメータ保持部１２で保持しているパラメータを用いて、デジタルフィルタ処理、周波数測定処理、位相差測定処理、振幅測定処理などのフィールド機器の種類に応じた信号処理を行い、その処理結果を送信データ保持部１３に出力する。
【００３５】
送信データ保持部１３は、信号処理部１１の処理結果を保持するとともに、保持している処理結果を送信データビット数演算部１７および送信データ変換部１８に出力する。
【００３６】
送信データビット数算出部１７は、送信データ保持部１３で保持したセンサ信号の位相差や周波数、温度センサの抵抗値などのデータについて、パラメータ保持部１２で保持している各データの目標精度に適合するようなビット数を算出する。
【００３７】
送信データ変換部１８は、送信データ保持部１３で保持しているデータを送信データビット数算出部１７で算出したビット数未満のビットを光通信で発光しない値に変換する。ここで、パラメータ保持部１２で保持している各データの目標精度は、前もって設定しておいてもよいし、SMART通信やFieldBus通信などにより設定するようにしてもよい。
【００３８】
たとえば、ＤａｔａＡが３２ビットの符号付き固定小数点数Ｑ３１フォーマットで、目標精度が測定値の１%で、必要な最小桁数が５桁の場合は、少なくとも、
０．００００１×０．０１=１．０Ｅ−７
の桁数が必要になる。
【００３９】
ＤａｔａＡの測定値が０．００１の場合には、３２ビットすべてが必要になるわけではなく、
０．００１×０．０１=１．０Ｅ−５
の１０分の１程度の桁数が表現できれば問題ない。そこでたとえば２０ビット目、
２＾−２０＝９．５３６７４Ｅ−７
より下位のビットの発光ダイオードが光らない値に変換する。
【００４０】
たとえば、図２（Ａ）に示すように、ＤａｔａＡが３２ビットのＩＥＥＥ７５４形式単精度浮動小数点数（符号部１ビット、指数部８ビット、仮数部２３ビット)とすると、目標精度が測定値の１％の場合には、図２（Ｂ）に示すように、仮数部の１０ビット目、
（２＾−１０＝９．７６５６２５Ｅ−４）
より下位のビットの発光ダイオードが光らない値に変換する。
【００４１】
送信データビット数算出部１７は、データ形式と測定値と目標精度から、目標精度を十分に表現できるように任意のマージンを含めたビット数を算出する。以上に記載した実施例では、目標精度から１桁下の値を表現できるようにしている。
【００４２】
これにより、図２に示すように、ボード間光通信で使用する発光ダイオードなどの発光素子の点灯時間を削減することができる。
【００４３】
なお、発光させないビット数を目標精度から計算するのではなく、パラメータで直接設定することもできる。パラメータは前もって保持しておいてもよいし、SMART通信やFieldBus通信などにより設定できるようにしてもよい。
【００４４】
これにより、発光させないビット数の計算が不要になり、センサボードの負荷を軽減できる。
【００４５】
また、センサ５から得られた情報（ＤａｔａＡ,ＤａｔａＢ,ＤａｔａＣ）が、任意の閾値を超えたときだけデータを送信するようにしてもよい。
【００４６】
これにより、発光時間をさらに短くできる場合がある。
【００４７】
また、センサ５から得られた情報（ＤａｔａＡ,ＤａｔａＢ,ＤａｔａＣ）の前回測定時との差分が、任意の閾値を超えたときだけデータを送信するようにしてもよい。
【００４８】
これにより、発光時間をさらに短くすることができる場合がある。
【００４９】
さらに、前回送信時のデータとの差分を送信し、受信側ではAddressやFunction codeが０の場合は差分情報が送られてきたと判断してデータの解析を行うようにしてもよい。
【００５０】
これにより、同じ種類の情報を続けて送信する場合、センサから得られた情報以外のAddressやFunctionCodeなどの情報を消灯状態で送信できるようになる。
【００５１】
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。
【００５２】
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の点灯時間を削減して製品の長寿命化を図ることができ、フィールド機器に適用することにより、フィールド機器の長寿命化が実現できる。
【符号の説明】
【００５３】
１  センサボード
１０  センサデータ受信部
１１  信号処理部
１２  パラメータ保持部
１３  送信データ保持部
１４  センサボードデータ送信部
１５  ＣＰＵボードデータ受信部
１６  ＣＰＵボードデータ解析部
１７  送信データビット数演算部
１８  送信データ変換部
２  ＣＰＵボード
２０  センサボードデータ受信部
２１  センサボードデータ解析部
２２  パラメータ保持部
２３  演算部
２４  ＣＰＵボードデータ送信部
５  センサ
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図２】
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