(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムにおいて、
前記プラントに設置される複数のフィールド機器を伝送線によって個別に接続可能であり、前記フィールド機器から得られるデータを自律的に送信するＩ／Ｏモジュールと、
前記Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータを一時的に記憶する記憶部を有し、該記憶部に記憶されたデータを予め規定された周期で読み出して前記フィールド機器の制御を行う上位装置と
を備えることを特徴とするプロセス制御システム。
【請求項２】
前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記フィールド機器から得られるデータに加えて、自モジュールで得られるデータを自律的に送信することを特徴とする請求項１記載のプロセス制御システム。
【請求項３】
前記Ｉ／Ｏモジュールは、自モジュールの状態を診断する自己診断部を備えており、該自己診断部で得られる自己診断結果を示すデータを自律的に送信することを特徴とする請求項２記載のプロセス制御システム。
【請求項４】
前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記フィールド機器から自律的に送信されてくるデータを取得する取得部を備えており、該取得部で取得されたデータを自律的に送信することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
【請求項５】
前記取得部は、前記フィールド機器がデータを自律的に送信する機能を有しないものである場合には、該フィールド機器からコマンドレスポンス方式によってデータを取得することを特徴とする請求項４記載のプロセス制御システム。
【請求項６】
前記Ｉ／Ｏモジュールと前記上位装置とは、ネットワークを介して接続されており、
前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記フィールド機器から得られるデータを、前記ネットワークに接続された複数の前記上位装置に向けて自律的に送信する
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
【請求項７】
前記上位装置は、前記Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータを一時的に記憶する前記記憶部を有する信号中継器と、
前記信号中継器の前記記憶部に記憶されたデータを予め規定された周期で読み出して前記フィールド機器の制御を行うコントローラと
を備えることを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
【請求項８】
前記コントローラは、前記信号中継器の前記記憶部に記憶されたデータをコマンドレスポンス方式によって読み出すことを特徴とする請求項７記載のプロセス制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プロセス制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラントや工場等（以下、これらを総称する場合には、単に「プラント」という）においては、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御するプロセス制御システムが構築されており、高度な自動操業が実現されている。このようなプロセス制御システムは、概してフィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）がＩ／Ｏモジュールを介してコントローラに接続された構成であり、コントローラが測定器（例えば、センサ）の測定結果に応じて操作器（例えば、アクチュエータ）を制御することによって上述した各種の状態量が制御される。
【０００３】
ここで、プロセス制御システムで用いられるフィールド機器は、測定対象及び操作対象に応じて様々な種類のものが存在し、入出力される信号の信号形式も多様である。例えば、「４〜２０ｍＡ」信号等のアナログ信号の入出力を行うもの、「２４Ｖ」のディジタル信号の入出力を行うもの、接点信号の入出力を行うもの、熱電対信号の出力を行うもの等が存在する。このため、フィールド機器は、フィールド機器で入出力される信号をコントローラで処理可能な信号に変換するＩ／Ｏモジュールを介してコントローラに接続されている。
【０００４】
以下の特許文献１〜５には、プラントに構築される従来のプロセス制御システムの一例が開示されている。例えば、以下の特許文献１には、仮想メモリを使用する場合に発生するページ・フォールト（page fault）と呼ばれる仮想メモリミスを抑制することによって、プロセス制御システムに設けられる制御装置のパフォーマンスを改善したプロセス制御システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８６７０５号公報
【特許文献２】特開平８−１７９８１６号公報
【特許文献３】特開平７−１３５５１０号公報
【特許文献４】特表２００１−５１４４０６号公報
【特許文献５】特許第４８６０６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、上述したプロセス制御システムで行われる通信は、プロセス制御のためのデータを授受する通信（以下、「制御データ通信」という）と、フィールド機器等の健全性を把握するためのデータを授受する通信（以下、「機器データ通信」）とに大別される。制御データ通信は、コントローラとフィールド機器との間において定周期で行われる通信であり、プロセス値をリアルタイムで制御する必要があることから、機器データ通信よりも高い優先度に設定されている。これに対し、機器データ通信は、コントローラを介して機器管理装置（プロセス制御システムの健全性を把握するための装置）とフィールド機器との間で行われる通信であり、機器データ通信のようなリアルタイム性が要求されないため、制御データ通信に影響を与えないように制御データ通信よりも低い優先度に設定されている。
【０００７】
従来、上述した制御データ通信及び機器データ通信は何れも、コントローラとＩ／Ｏモジュールとの間でコマンドレスポンス方式による通信が行われることによって実現されていた。つまり、上述した制御データ通信は、コントローラがＩ／Ｏモジュールに対してデータ（例えば、センサの測定データ）の送信を要求するコマンドを送信し、このコマンドで要求されたデータをＩ／Ｏモジュールがコントローラに返信することによって実現されていた。同様に、上述した機器データ通信は、コントローラがＩ／Ｏモジュールに対してデータ（例えば、フィールド機器の健全性を示すデータ）の送信を要求するコマンドを送信し、このコマンドで要求されたデータをＩ／Ｏモジュールがコントローラに返信することによって実現されていた。
【０００８】
ここで、近年のフィールド機器は、インテリジェント化が図られており、例えば自身の状態を診断する自己診断機能を備えるものが多くなっている。このような機能を備える多数のフィールド機器から得られる多種多様なデータをリアルタイムに収集するためには、少なくとも上述した制御データ通信に影響が及ばないように、コントローラとＩ／Ｏモジュールとの間でコマンドレスポンス方式による通信の周期を短くする必要があり、通信負荷及びコントローラの負荷が大きくなるという問題がある。かかる問題に対処すべく、高速な通信ネットワーク及び処理能力の高い高性能なコントローラを用意すると、飛躍的にコストが増加してしまうという問題がある。
【０００９】
また、上記の自己診断機能を備えるフィールド機器の中には、自己診断結果や自機内で生じた異常や変化を示すデータを自律的に上位に通知することが可能なものがある。このようなフィールド機器を用いれば、フィールド機器からの情報がＩ／Ｏモジュールを介してコントローラに自律的に送信されるため、上記のコマンドレスポンス方式による通信を省略して、コントローラの負荷を低減することができるとも考えられる。
【００１０】
ここで、従来のＩ／Ｏモジュールは全て、マスター・スレーブ通信におけるスレーブ側の機能しか備えていないため、フィールド機器から自律的に送信されてくるデータをコントローラに効率良く通知するためには、Ｉ／Ｏモジュールにもデータを自律的に通知する機能が必要になる。しかしながら、このような自律的な通知は、コントローラにとっては非定周期の割り込みとなるため、却ってコントローラの負荷が増大してしまい、制御データ通信に影響が生ずる可能性も考えられるという問題がある。
【００１１】
更に、プロセス制御システムにおいては、複数のコントローラが特定のＩ／Ｏモジュールからのデータを必要とする場合がある。例えば、あるＩ／Ｏモジュールから出力されて上流プロセスの制御を行うコントローラで用いられた測定データを、下流プロセスの制御を行うコントローラでも用いるといった場合である。このような場合には、特定のＩ／Ｏモジュールからのデータを複数のコントローラに送信する必要があるが、リアルタイム性（プロセス制御に支障をきたす程の遅延が生じないこと）が損なわれたり、コントローラとＩ／Ｏモジュールとの間の通信負荷が増大してしまったりするという問題がある。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、大幅な処理負荷及びコストの増大を招くことなくフィールド機器から得られる各種情報を取得することが可能なプロセス制御システムを提供することを目的とする。
また、本発明は、リアルタイム性を損なうことなくフィールド機器から得られる各種情報を複数のコントローラに送信することが可能なプロセス制御システムを提供することも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明のプロセス制御システムは、プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システム（１〜４）において、前記プラントに設置される複数のフィールド機器（１０、１１ａ〜１１ｃ、１２ａ〜１２ｃ）を接続可能であり、前記フィールド機器から得られるデータを自律的に送信するＩ／Ｏモジュール（２０、２０ａ〜２０ｃ）と、前記Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータを一時的に記憶する記憶部（３２）を有し、該記憶部に記憶されたデータを予め規定された周期で読み出して前記フィールド機器の制御を行う上位装置（３０、３０ａ〜３０ｎ、４０、４０ａ〜４０ｎ）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータが上位装置の記憶部に一時的に記憶され、この記憶部に記憶されたデータが予め規定された周期で上位装置に読み出されてフィールド機器の制御が行われる。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記Ｉ／Ｏモジュールが、前記フィールド機器から得られるデータに加えて、自モジュールで得られるデータを自律的に送信することを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記Ｉ／Ｏモジュールが、自モジュールの状態を診断する自己診断部（２２）を備えており、該自己診断部で得られる自己診断結果を示すデータを自律的に送信することを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記Ｉ／Ｏモジュールが、前記フィールド機器から自律的に送信されてくるデータを取得する取得部（２１）を備えており、該取得部で取得されたデータを自律的に送信することを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記取得部が、前記フィールド機器がデータを自律的に送信する機能を有しないものである場合には、該フィールド機器からコマンドレスポンス方式によってデータを取得することを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記Ｉ／Ｏモジュールと前記上位装置とは、ネットワーク（Ｎ１）を介して接続されており、前記Ｉ／Ｏモジュールが、前記フィールド機器から得られるデータを、前記ネットワークに接続された複数の前記上位装置に向けて自律的に送信することを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記上位装置が、前記Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータを一時的に記憶する前記記憶部を有する信号中継器（３０、３０ａ〜３０ｎ）と、前記信号中継器の前記記憶部に記憶されたデータを予め規定された周期で読み出して前記フィールド機器の制御を行うコントローラ（４０、４０ａ〜４０ｎ）とを備えることを特徴としている。
また、本発明のプロセス制御システムは、前記コントローラが、前記信号中継器の前記記憶部に記憶されたデータをコマンドレスポンス方式によって読み出すことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、Ｉ／Ｏモジュールから自律的に送信されるデータを上位装置の記憶部に一時的に記憶し、この記憶部に記憶したデータを予め規定された周期で上位装置が読み出してフィールド機器の制御を行うようにしているため、大幅な処理負荷及びコストの増大を招くことなくフィールド機器から得られる各種情報を取得することが可能であるという効果がある。
また、本発明によれば、ネットワークを介してＩ／Ｏモジュールと上位装置とを接続し、Ｉ／Ｏモジュールが、フィールド機器から得られるデータを、ネットワークに接続された複数の上位装置に向けて自律的に送信するようにしているため、リアルタイム性を損なうことなくフィールド機器から得られる各種情報を複数のコントローラに送信することが可能であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１実施形態において用いられる記憶部のメモリマップの一例を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の第３実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の第４実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施形態によるプロセス制御システムについて詳細に説明する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム１は、フィールド機器１０、Ｉ／Ｏモジュール２０、信号中継器３０、コントローラ４０、操作監視端末５０、及び機器管理装置６０を備えており、操作監視端末５０からの指示等に応じてコントローラ４０がフィールド機器１０を制御することによってプラント（図示省略）で実現される工業プロセスの制御を行う。また、本実施形態のプロセス制御システム１は、機器管理装置６０によってプロセス制御システム１の健全性を把握することが可能である。
【００１８】
ここで、フィールド機器１０とＩ／Ｏモジュール２０とは伝送線（例えば、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に使用される伝送線）Ｌによって接続されている。また、Ｉ／Ｏモジュール２０と信号中継器３０とはケーブルＣ１によって接続されており、信号中継器３０とコントローラ４０とはケーブルＣ２によって接続されている。また、コントローラ４０、操作監視端末５０、及び機器管理装置６０は、制御ネットワークＮに接続されている。尚、制御ネットワークＮは、例えばプラントの現場と監視室との間を接続するネットワークである。
【００１９】
フィールド機器１０は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、制御すべき工業プロセスにおける状態量が流体の流量である場合を例に挙げて説明する。このため、図１においては、プラントに設置された複数のフィールド機器１０のうちの流体の流量を測定する２つのセンサ機器１１ａ，１１ｂと流体の流量を制御（操作）する２つのバルブ機器１２ａ，１２ｂとを図示している。
【００２０】
ここで、フィールド機器１０は、自己の状態を診断する自己診断機能を備えており、自己診断機能による診断結果を示す情報（ステータス）やフィールド機器１０で生じた異常を示す情報（アラーム）を自律的に上位の機器（Ｉ／Ｏモジュール２０）に送信する。また、フィールド機器１０は、例えばＨＡＲＴ（登録商標）等のハイブリッド通信が可能である。尚、ハイブリッド通信とは、アナログ信号にディジタル信号を重畳させることによって、アナログ信号とディジタル信号とを同時に通信することが可能な通信方式である。例えば、センサ機器１１ａ，１１ｂは、測定したプロセス値（流体の流量）をアナログ信号で送信し、上記のステータスやアラームをディジタル信号で送信する。
【００２１】
Ｉ／Ｏモジュール２０は、フィールド機器１０と信号中継器３０との間に設けられ、複数のフィールド機器１０が接続可能であり、接続されたフィールド機器１０と信号中継器３０との間で入出力される信号の処理を行う。例えば、フィールド機器１０から得られる信号（「４〜２０ｍＡ」信号等のアナログ信号、及びアナログ信号に重畳されているディジタル信号）を、コントローラ４０が受信可能な信号に変換する処理を行って信号中継器３０に出力する。
【００２２】
このＩ／Ｏモジュール２０は、入出力部２１（取得部）、自己診断部２２、及び自律通知部２３を備えており、フィールド機器１０から得られるデータ及び自モジュールで得られるデータを自律的に上位の機器（信号中継器３０）に送信可能である。入出力部２１は、フィールド機器１０から自律的に送信されてくるデータ（上述したプロセス値、ステータスやアラーム）を取得するとともに、フィールド機器１０に送信すべきデータを伝送線Ｌに出力する。
【００２３】
自己診断部２２は、フィールド機器１０に設けられる自己診断機能と同様のものであり、自モジュールの状態を診断する。自律通知部２３は、入出力部２１で取得されたフィールド機器１０からのデータを自律的に信号中継器３０に送信するとともに、自モジュールで得られるデータを自律的に信号中継器３０に送信する。尚、上記の自モジュールで得られるデータは、例えば自己診断部２２で得られる情報（ステータスやアラーム等）である。自律通知部２３は、フィールド機器１０からのデータが入出力部２１で取得されたタイミング、或いは自己診断部２２でステータスやアラーム等が得られたタイミングで、データを自律的に信号中継器３０に送信する。
【００２４】
上記構成のＩ／Ｏモジュール２０は、プラントに設置されるフィールド機器１０の数に応じて複数設けられる。尚、図１においては、図示の複雑化を避けるために、プラントに設けられた複数のＩ／Ｏモジュール２０のうちの２つのＩ／Ｏモジュール２０ａ，２０ｂのみを図示している。図１に示す通り、Ｉ／Ｏモジュール２０ａにはセンサ機器１１ａ及びバルブ機器１２ａが接続され、Ｉ／Ｏモジュール２０ｂにはセンサ機器１１ｂ及びバルブ機器１２ｂが接続されるとする。
【００２５】
信号中継器３０は、Ｉ／Ｏモジュール２０とコントローラ４０との間に設けられ、Ｉ／Ｏモジュール２０とコントローラ４０との間で授受されるデータの中継を行う。具体的に、信号中継器３０は、入出力部３１、記憶部３２、及び入出力部３３を備えており、Ｉ／Ｏモジュール２０から自律的に送信されてくるデータを一時的に記憶し、記憶したデータをコントローラ４０の要求に応じてコントローラ４０に受け渡すとともに、コントローラ４０からのデータをＩ／Ｏモジュール２０に受け渡す。
【００２６】
入出力部３１は、ケーブルＣ１を介してＩ／Ｏモジュール２０（Ｉ／Ｏモジュール２０ａ，２０ｂ）に接続され、Ｉ／Ｏモジュール２０から自律的に送信されてくるデータを受信して記憶部３２に出力するとともに、Ｉ／Ｏモジュール２０に送信すべきデータをケーブルＣ１に出力する。入出力部３３は、ケーブルＣ２を介してコントローラ４０に接続され、コントローラ４０からのデータを受信して記憶部３２に出力するとともに、コントローラ４０に送信すべきデータをケーブルＣ２に出力する。
【００２７】
記憶部３２は、例えば揮発性のメモリ又は不揮発性のメモリを備えており、入出力部３１で受信されたデータ（Ｉ／Ｏモジュール２０から自律的に送信されたデータ）及び入出力部３３で受信されたデータ（コントローラ４０から送信されたデータ）を一時的に記憶する。この記憶部３２に一時的に記憶されるデータのうち、前者のデータ（入出力部３１で受信されたデータ）は、コントローラ４０からの要求（コマンド）に応じて読み出される。これに対し、後者のデータ（入出力部３３で受信されたデータ）は、予め規定されたタイミング（Ｉ／Ｏモジュール２０又はフィールド機器１０の固有のタイミング）で読み出される。
図２は、本発明の第１実施形態において用いられる記憶部のメモリマップの一例を示す図である。図２に示す通り、信号中継器３０に設けられる記憶部３２には、フィールド機器毎に記憶領域が用意されている。例えば、センサ機器１１ａに対しては「１０００１０」なる物理アドレスで特定される記憶領域が用意されており、センサ機器１１ｂに対しては「２０００１０」なる物理アドレスで特定される記憶領域が用意されている。各々の記憶領域には、制御データ通信で授受されるデータ（図２中の周期データ）及び機器データ通信で授受されるデータ（図２中の機器管理データ）が記憶される。また、各記憶領域に記憶されるデータには、記憶された時刻を示すタイムスタンプが付される。
【００２８】
コントローラ４０は、操作監視端末５０からの指示等に応じてフィールド機器１０との間でプロセス制御通信を行ってフィールド機器１０の制御を行う。具体的に、コントローラ４０は、あるフィールド機器１０（例えば、センサ機器１１ａ）で測定されたプロセス値を取得し、他のフィールド機器１０（例えば、バルブ機器１２ａ）の操作量を演算して送信することによって、他のフィールド機器１０（例えば、バルブ機器１２ａ）を制御する。
【００２９】
このコントローラ４０は、信号中継器３０の記憶部３２に記憶されたデータを、予め規定された制御周期（例えば、１秒周期）で読み出して、フィールド機器１０の制御を行う。ここで、コントローラ４０は、信号中継器３０の記憶部３２に記憶されたデータの読み出しをコマンドレスポンス方式によって行う。つまり、コントローラ４０が、信号中継器３０に対してデータの読み出しを要求するコマンドを送信し、このコマンドで要求されたデータを信号中継器３０が記憶部３２から読み出してコントローラ４０に対して返信することによって、信号中継器３０の記憶部３２に記憶されたデータがコントローラ４０に読み出される。
【００３０】
操作監視端末５０は、例えばプラント等の運転員によって操作されてプロセスの監視のために用いられる端末である。具体的に、操作監視端末５０は、フィールド機器１０の入出力データをコントローラ４０から取得してプロセス制御システム１を構成するフィールド機器１０やコントローラ４０の挙動を運転員に伝えるとともに、運転員の指示に基づいてコントローラ４０の制御を行う。
【００３１】
機器管理装置６０は、プロセス制御システム１を構成する各種機器（例えば、フィールド機器１０、Ｉ／Ｏモジュール２０、コントローラ４０等）のステータスやアラームを取得して、これら各種機器の健全性を把握し、必要に応じて健全性を示す情報を運転員や保守員に通知する。ここで、機器管理装置６０はフィールド機器１０やＩ／Ｏモジュール２０のステータスやアラームを取得する場合には、信号中継器３０の記憶部３２に記憶されているステータスやアラームをコントローラ４０を介して取得する。これは、コントローラ４０の処理負荷を増大させることなく、機器管理装置６０がフィールド機器１０やＩ／Ｏモジュール２０のステータスやアラームを取得できるようにするためである。
【００３２】
次に、上記構成におけるプロセス制御システム１の動作について説明する。図３は、本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの動作の一例を示すタイミングチャートである。尚、以下では、説明を簡単にするためにセンサ機器１１ａから送信されるデータ（流体の流量を示すデータ）に基づいて、コントローラ４０がバルブ機器１２ａを制御する場合に行われる動作を例に挙げて説明する。
【００３３】
いま、図３に示す通り、流体の流量を示すデータＤ１がセンサ機器１１ａから送信され、これに続いてセンサ機器１１ａの自己診断結果を示すデータＤ２及びアラームを示すデータＤ３がセンサ機器１１ａから自律的に順次送信されるとする。センサ機器１１ａから送信されたデータＤ１〜Ｄ３は、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２０ａに入力され、Ｉ／Ｏモジュール２０ａの入出力部２１で順次取得される。
【００３４】
入出力部２１で取得されたデータＤ１〜Ｄ３は、Ｉ／Ｏモジュール２０ａに設けられた自律通知部２３によって自律的に信号中継器３０に向けて送信される。尚、図３においては図示を省略しているが、Ｉ／Ｏモジュール２０ａに設けられた自己診断部２２で自己診断がなされた場合には、その診断結果を示すデータも、自律通知部２３によって自律的に信号中継器３０に送信される。
【００３５】
Ｉ／Ｏモジュール２０ａから送信されたデータＤ１〜Ｄ３は、ケーブルＣ１を介して信号中継器３０に入力され、信号中継器３０の入出力部３１で順次取得される。そして、入出力部３１によって取得されたデータＤ１〜Ｄ３は、信号中継器３０に設けられた記憶部３２に記憶される。具体的に、これらのデータＤ１〜Ｄ３は、記憶部３２に予め用意されている記憶領域（図２に示す「１０００１０」なる物理アドレスで特定される記憶領域）に記憶される。尚、記憶部３２に記憶されたデータは、入出力部３１で新たなデータが取得される度に直ちに更新される。
【００３６】
以上の動作と並行して、信号中継器３０の記憶部３２に記憶されたデータを、コマンドレスポンス方式により予め規定された制御周期Ｔ（例えば、１秒周期）で読み出す処理がコントローラ４０で行われる。つまり、データの読み出しを要求するコマンドＣＭが上記の制御周期Ｔでコントローラ４０から信号中継器３０に送信され、このコマンドＣＭに基づいて記憶部３２に記憶されたデータＤ１〜Ｄ３が読み出されて、図３中のデータＤ１０として信号中継器３０からコントローラ４０に返信する処理が行われる。
【００３７】
信号中継器３０からのデータＤ１０（データＤ１〜Ｄ３）を取得すると、データＤ１０に含まれる流体の流量を示すデータＤ１に基づいて、バルブ機器１２ａの操作量を算出する処理Ｐ１がコントローラ４０で行われる。尚、信号中継器３０からのデータＤ１０に含まれるデータＤ２，Ｄ３は、コントローラ４０を介して機器管理装置６０に出力されて、センサ機器１１ａ等の健全性を把握するために用いられる。
【００３８】
ここで、コントローラ４０で行われる処理Ｐ１は、図３に示す通り、上述した制御周期Ｔで完了するようにされており、複数の制御周期Ｔに跨がって行われることはない。つまり、コントローラ４０が、信号中継器３０からのデータを取得してから、バルブ機器１２ａの操作量を算出する処理Ｐ１を終了するまでは、１つの制御周期Ｔに収まるようにされている。
【００３９】
コントローラ４０で行われる処理Ｐ１が完了すると、算出されたバルブ機器１２ａの操作量を示すデータＤ１１が、コントローラ４０からバルブ機器１２ａに向けて送信される。コントローラ４０から送信されたデータＤ１１は、ケーブルＣ２を介して信号中継器３０に入力され、信号中継器３０の入出力部３３で取得される。入出力部３３によって取得されたデータＤ１１は、信号中継器３０に設けられた記憶部３２に一時的に記憶され、その後に入出力部３１に入力される。
【００４０】
入出力部３１に入力されたデータＤ１１は、ケーブルＣ１を介してＩ／Ｏモジュール２０ａに入力され、Ｉ／Ｏモジュール２０ａの入出力部２１及び伝送線Ｌを順に介してバルブ機器１２ａに入力される。すると、コントローラ４０からのデータＤ１１に基づいてバルブの開度を調整する操作がバルブ機器１２ａで行われる。以上の制御が繰り返されて、工業プロセスにおける状態量（例えば、流量）の制御が行われる。
【００４１】
以上の通り、本実施形態では、Ｉ／Ｏモジュール２０とコントローラ４０との間に信号中継器３０を設け、Ｉ／Ｏモジュール２０から自律的に送信されてくるデータを記憶部３２に一時的に記憶するととともに、記憶部３２に記憶したデータをコマンドレスポンス方式によりコントローラ４０が得るようにしている。これにより、Ｉ／Ｏモジュール２０から自律的に送信されてくるデータを、従来の制御周期Ｔ（例えば、１秒周期）で取得することができる。このため、本実施形態では、大幅な処理負荷及びコストの増大を招くことなくフィールド機器１０やＩ／Ｏモジュール２０から得られる各種情報をリアルタイムに取得することが可能である。
【００４２】
〔第２実施形態〕
図４は、本発明の第２実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図１に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。また、図４においては、図１中の操作監視端末５０、機器管理装置６０、及び制御ネットワークＮの図示を省略している。
【００４３】
図４に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム２は、フィールド機器１０及びＩ／Ｏモジュール２０に加えて、複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎ及び複数のコントローラ４０ａ〜４０ｎを備えており、Ｉ／Ｏモジュール２０（Ｉ／Ｏモジュール２０ａ，２０ｂ）と複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎとをネットワークＮ１で接続したものである。かかる構成のプロセス制御システム２は、リアルタイム性を損なうことなく特定のＩ／Ｏモジュールから得られるデータを複数のコントローラ４０ａ〜４０ｎに送信可能にしたものである。
【００４４】
信号中継器３０ａ〜３０ｎは、図１に示す信号中継器３０と同様の構成であり、コントローラ４０ａ〜４０ｎに対応して設けられている。これら信号中継器３０ａ〜３０ｎは、Ｉ／Ｏモジュール２０からネットワークＮ１を介して自律的に送信されてくるデータを一時的に記憶する。そして、対応するコントローラの要求に応じて、記憶したデータを対応するコントローラにそれぞれ受け渡すとともに、対応するコントローラからのデータをＩ／Ｏモジュール２０に受け渡す。
【００４５】
コントローラ４０ａ〜４０ｎは、図１に示すコントローラ４０と同様の構成であり、対応する信号中継器３０ａ〜３０ｎに記憶されたデータを予め規定された制御周期（例えば、１秒周期）で読み出して、フィールド機器１０の制御を行う。尚、Ｉ／Ｏモジュール２０と複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎとを接続するネットワークＮ１は、例えばイーサネット（登録商標）等のネットワークで実現することが可能である。
【００４６】
次に、上記構成におけるプロセス制御システム２の動作について簡単に説明する。ここでは理解を容易にするために、図３に示す例と同様に、流体の流量を示すデータＤ１がセンサ機器１１ａから送信され、これに続いてセンサ機器１１ａの自己診断結果を示すデータＤ２及びアラームを示すデータＤ３がセンサ機器１１ａから自律的に順次送信されたとする。
【００４７】
センサ機器１１ａから送信されたデータＤ１〜Ｄ３は、伝送線Ｌを介してＩ／Ｏモジュール２０ａに入力される。そして、これらのデータＤ１〜Ｄ３は、Ｉ／Ｏモジュール２０ａに設けられた自律通知部２３（図４では図示省略：図１参照）によって、ネットワークＮ１に接続された複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎに向けて自律的に送信される。ここで、Ｉ／Ｏモジュール２０ａに設けられた自律通知部２３が、例えばネットワークＮ１に対してブロードキャストを行うことにより、データＤ１〜Ｄ３が複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎに向けて送信される。
【００４８】
Ｉ／Ｏモジュール２０ａから送信されたデータＤ１〜Ｄ３は、ネットワークＮ１を介して信号中継器３０ａ〜３０ｎでそれぞれ受信されて一時的に記憶される。そして、信号中継器３０ａ〜３０ｎに一時的に記憶されたデータＤ１〜Ｄ３は、対応するコントローラ４０ａ〜４０ｎによってコマンドレスポンス方式に読み出される。このようにして、特定のＩ／Ｏモジュール（例えば、Ｉ／Ｏモジュール２０ａ）から得られるデータが、複数のコントローラ４０ａ〜４０ｎに送信される。尚、コントローラ４０ａ〜４０ｎで算出されたデータ（バルブ機器１２ａ，１２ｂ等の操作量を示すデータ）は、ネットワークＮ１を介してバルブ機器１２ａ，１２ｂ等に送信される点を除いて第１実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略する。
【００４９】
以上の通り、本実施形態では、複数のコントローラ４０ａ〜４０ｎに対応させて複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎを設け、Ｉ／Ｏモジュール２０（Ｉ／Ｏモジュール２０ａ，２０ｂ）と複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎとをネットワークＮ１で接続し、Ｉ／Ｏモジュール２０がフィールド機器１０から得られるデータを、ネットワークＮ１に接続された複数の信号中継器３０ａ〜３０ｎに向けて自律的に送信するようにしている。このため、リアルタイム性を損なうことなく特定のＩ／Ｏモジュールから得られるデータを複数のコントローラ４０ａ〜４０ｎで共有することが可能であり、ユーザは、コントローラ４０ａ〜４０ｎとＩ／Ｏモジュール２０の物理的な接続関係を意識することなく、制御データを扱える（エンジニアリングできる）ようになる。
【００５０】
〔第３実施形態〕
図５は、本発明の第３実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。尚、図５においては、図４と同様に、図１に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。図５に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム３は、図１に示すプロセス制御システム１のセンサ機器１１ｂ及びバルブ機器１２ｂに代えてセンサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃをそれぞれ設け、Ｉ／Ｏモジュール２０ｂに代えてＩ／Ｏモジュール２０ｃを設けた構成である。かかる構成のプロセス制御システム３は、自律的にデータの送信を行う機能を有していないフィールド機器にも対応したものである。
【００５１】
センサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃは、自律的にデータの送信を行う機能を備えない点を除いて、それぞれ図１に示すセンサ機器１１ｂ及びバルブ機器１２ｂと同様のものである。Ｉ／Ｏモジュール２０ｃは、図１に示すＩ／Ｏモジュール２０ｂとほぼ同様のものであるが、入出力部２１にポーリング部２１ａが設けられている点が相違する。このポーリング部２１ａは、センサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃと通信（例えば、一定周期の通信）を行い、コマンドレスポンス方式でセンサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃからデータを取得する。つまり、ポーリング部２１ａは、データの送信要求を示すコマンドを、センサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃにそれぞれ送信し、このコマンドに対する応答（レスポンス）としてセンサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃからそれぞれ送信されてくるデータを取得する。
【００５２】
上記構成におけるプロセス制御システム３は、自律的にデータの送信を行う機能を有していないフィールド機器（センサ機器１１ｃ及びバルブ機器１２ｃ）からのデータをＩ／Ｏモジュール２０ｃが取得する点を除いて、基本的に第１実施形態のプロセス制御システム１と同様の動作が行われる。このため、本実施形態においても、大幅な処理負荷及びコストの増大を招くことなくフィールド機器１０やＩ／Ｏモジュール２０から得られる各種情報を取得することが可能である。尚、本実施形態は、第２実施形態にも適用可能である。
【００５３】
ここで、本実施形態では、機器管理装置６０が、従来のようにポーリングによって全てのフィールド機器１０の健全性の確認を行う必要は無い。また、各Ｉ／Ｏモジュール２０は、フィールド機器１０に異常が生じたときにのみデータを自律的に通知すれば良く、機器管理装置６０は、Ｉ／Ｏモジュール２０からの通知があった場合にのみ信号中継器３０の記憶部３２に記憶されたデータを取得すれば良くなる。これにより、機器管理装置６０及びネットワークＮの負荷が軽減されるとともに、ポーリングを行う場合に比べてフィールド機器１０の異常等の検知レスポンスが良くなる。尚、ネットワークＮの負荷が軽減されるとネットワークＮを高速化する必要が無くなるため、コストの低減に繋がる。
【００５４】
また、本実施形態では、機器管理装置６０は、フィールド機器１０が自律的にデータの送信を行う機能を備えるか否かに拘わらず、同様の機能を有するものとしてフィールド機器を認識することになる。このため、機器管理装置６０は、フィールド機器１０の種別によって健全性を確認する方法を変える必要がない。これにより、例えばフィールド機器１０が、自律的にデータの送信を行う機能を備えるものから備えないものに交換された場合、及び自律的にデータの送信を行う機能を備えないものから備えるものに交換された場合の何れの場合であっても、機器管理装置６０は、健全性を確認する方法を変える必要はない。
【００５５】
〔第４実施形態〕
図６は、本発明の第４実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。尚、図６においては、図４，５と同様に、図１に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。図６に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム４は、図１に示す信号中継器３０の機能をコントローラ４０に集約したものである。
【００５６】
つまり、本実施形態のプロセス制御システム４は、図６に示す通り、信号中継器３０を省略し、信号中継器３０と同様に記憶部３２を有していて、信号中継器３０と同様の機能を有する信号中継部４１をコントローラ４０に設けた構成である。尚、信号中継器３０が省略されたことに伴い、Ｉ／Ｏモジュール２０（Ｉ／Ｏモジュール２０ａ，２０ｂ）は、ケーブルＣ３を介してコントローラ４０に接続されている。
【００５７】
本実施形態のプロセス制御システム４は、信号中継器３０の機能がコントローラ４０に集約された点を除いて、基本的には第１実施形態のプロセス制御システム１と同じである。このため、本実施形態においても、大幅な処理負荷及びコストの増大を招くことなくフィールド機器１０やＩ／Ｏモジュール２０から得られる各種情報を取得することが可能である。
【００５８】
以上、本発明の実施形態によるプロセス制御システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、信号中継器３０が１つの記憶部３２を備える構成であったが、複数の記憶部３２を備える構成であっても良い。また、信号中継器３０は、複数のコントローラ４０に対して１つ設けられていても良く、１つのコントローラ４０に対して複数設けられていても良い。
【符号の説明】
【００５９】
１〜４            プロセス制御システム
１０              フィールド機器
１１ａ〜１１ｃ    センサ機器
１２ａ〜１２ｃ    バルブ機器
２０              Ｉ／Ｏモジュール
２０ａ〜２０ｃ    Ｉ／Ｏモジュール
２１              入出力部
２２              自己診断部
３０              信号中継器
３０ａ〜３０ｎ    信号中継器
３２              記憶部
４０              コントローラ
４０ａ〜４０ｎ    コントローラ
Ｎ１              ネットワーク
【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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