(57)【要約】【課題】コストを抑制しつつ信頼性を向上させることができるフィールド通信装置を提供する。【解決手段】シリアル通信信号を通信経路に出力する出力手段と、前記出力手段から前記通信経路に出力された前記シリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることを検出する検出手段と、を備える。前記シリアル通信信号は通常時には前記一定時間よりも短い間隔で複数の値の間で切り替わるとともに、前記複数の値のうち特定の値を維持することにより特定の状態を通知する信号である。【選択図】図１
2011160014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィールド機器と前記フィールド機器を制御する制御システムとの間に挿入されシリアル通信信号を中継するフィールド通信装置において、
前記シリアル通信信号を通信経路に出力する出力手段と、
前記出力手段から前記通信経路に出力された前記シリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることを検出する検出手段と、
を備え、
前記シリアル通信信号は通常時には前記一定時間よりも短い間隔で複数の値の間で切り替わるとともに、前記複数の値のうち特定の値を維持することにより特定の状態を通知する信号であることを特徴とするフィールド通信装置。
【請求項２】
前記出力手段と前記検出手段との中間において、前記通信経路には絶縁素子が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信装置。
【請求項３】
前記出力手段は前記シリアル通信信号を前記制御システムから前記フィールド機器に向けた方向に出力することを特徴とする請求項１または２に記載のフィールド通信装置。
【請求項４】
前記出力手段は前記シリアル通信信号を前記フィールド機器から前記制御システムに向けた方向に出力することを特徴とする請求項１または２に記載のフィールド通信装置。
【請求項５】
前記検出手段により前記シリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることが検出された場合には、前記シリアル通信信号を受信するシステムをリセットすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィールド通信装置。
【請求項６】
前記フィールド通信装置は、複数のフィールド機器が接続される入出力装置における個々の前記通信経路ごとに前記出力手段および前記検出手段を備えて構成されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィールド通信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィールド機器と前記フィールド機器を制御する制御システムとの間に挿入されシリアル通信信号を中継するフィールド通信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フィールド機器と、これを制御する制御システムとの間に挿入され、シリアル通信信号を中継するための機器として、入出力装置が使用されている。図５は従来の入出力装置の構成例を示すブロック図である。
【０００３】
図５に示すように、フロント側システム１００には、コントローラ側システム２００とアナログ機器であるフィールド機器との間でやりとりされる信号をＡ／Ｄ変換またはＤ／Ａ変換するための変換回路１１が設けられている。
【０００４】
フロント側システム１００とコントローラ側システム２００の間ではデジタル信号によるデータの送受信が行われ、コントローラ側システム２００からフロント側システム１００にはシリアル通信によるコマンドが、フロント側システム１００からコントローラ側システム２００にはシリアル通信によるレスポンスが、それぞれ送信される。また、コントローラ側システム２００からフロント側システム１００には、コマンドと独立してリセットが送信される。リセットは、フロント側システム１００のリセットの有無を指定する信号であり、リセットの有無に応じて「Ｌ」および「Ｈ」のいずれかの値をとる。
【０００５】
このように、フロント側システム１００とコントローラ側システム２００の間ではコマンド、レスポンスおよびリセットという３つの信号をやり取りするため、３系統の通信経路が設けられている。しかし、フィールド機器との間は絶縁されているため、各通信経路には、絶縁素子３ａ、３ｂ、３ｃが、それぞれ挿入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１７５２５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
絶縁素子は比較的高価なうえに一般的に故障率が高い部品である。したがって、システムの信頼性を向上させるとともに、コストダウンを図るために、絶縁素子の使用個数を極力減らすことが望ましい。また、従来の入出力装置では、動作中に絶縁素子がクランプした場合、クランプ故障を検出できないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、コストを抑制しつつ信頼性を向上させることができるフィールド通信装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のフィールド通信装置は、フィールド機器と前記フィールド機器を制御する制御システムとの間に挿入されシリアル通信信号を中継するフィールド通信装置において、前記シリアル通信信号を通信経路に出力する出力手段と、前記出力手段から前記通信経路に
出力された前記シリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることを検出する検出手段と、を備え、前記シリアル通信信号は通常時には前記一定時間よりも短い間隔で複数の値の間で切り替わるとともに、前記複数の値のうち特定の値を維持することにより特定の状態を通知する信号であることを特徴とする。
このフィールド通信装置によれば、通信経路に出力されたシリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることを検出するので、コストを抑制しつつ信頼性を向上させることができる。
【００１０】
前記出力手段と前記検出手段との中間において、前記通信経路には絶縁素子が設けられていてもよい。
【００１１】
前記出力手段は前記シリアル通信信号を前記制御システムから前記フィールド機器に向けた方向に出力してもよい。
【００１２】
前記出力手段は前記シリアル通信信号を前記フィールド機器から前記制御システムに向けた方向に出力してもよい。
【００１３】
前記検出手段により前記シリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることが検出された場合には、前記シリアル通信信号を受信するシステムをリセットしてもよい。
【００１４】
前記フィールド通信装置は、複数のフィールド機器が接続される入出力装置における個々の前記通信経路ごとに前記出力手段および前記検出手段を備えて構成されてもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のフィールド通信装置によれば、通信経路に出力されたシリアル通信信号の値が一定時間にわたり固定されていることを検出するので、コストを抑制しつつ信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】入出力装置の構成等を示す図であり、（ａ）は入出力装置の構成を示すブロック図、（ｂ）はクランプ検出回路の動作を示すフローチャート。
【図２】入出力装置の動作を示す図であり、（ａ）は正常時の動作を、（ｂ）はクランプ発生時の動作を、それぞれ示すタイミングチャート。
【図３】多チャンネルの入出力装置の構成を示すブロック図。
【図４】入出力装置の構成等を示す図であり、（ａ）はレスポンスの通信経路を用いてステータスを送信する構成を示すブロック図、（ｂ）はクランプ検出回路の動作を示すフローチャート。
【図５】従来の入出力装置の構成を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明によるフィールド通信装置の実施形態について説明する。
【００１８】
図１（ａ）は、本実施形態のフィールド通信装置としての入出力（ＩＯ）装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、入出力装置１は、絶縁素子３１および絶縁素子３２を挿入した通信経路により接続されたフロント側システム１０およびコントローラ側システム２０を備える。フロント側システム１０およびコントローラ側システム２０は、この通信経路を介してシリアル通信によりコマンドおよびレスポンスをやりとりする。
【００２０】
図１（ａ）に示すように、フロント側システム１０は、外部アナログ入力端子１１ａ経由で入力されたフィールド機器からのアナログ信号をデジタル信号に変換するとともに、コントローラ側システム２０からのデジタル信号をアナログ信号に変換して外部アナログ出力端子１１ｂを介してフィールド機器に向けて出力する変換回路１１と、通信経路のクランプを検出するクランプ検出回路１２と、を備える。
【００２１】
また、コントローラ側システム２０は、コマンドとリセット出力の論理和を出力するＡＮＤ回路２１を備える。
【００２２】
次に、入出力装置１の動作について説明する。
【００２３】
フロント側システム１０をリセットしない場合、コントローラ側システム２０はリセット出力に「Ｈ」を指定する。この場合、コマンドはＡＮＤ回路２１を介してフロント側システム１０に向けて出力される。コントローラ側システム２０はフロント側システム１０に一定間隔でコマンドを送信し、フロント側システム１０はコマンド受信後にコントローラ側システム２０にレスポンスを返信する。
【００２４】
コントローラ側システム２０はフィールド機器に与えられるべき出力値をコマンドに指定し、コマンドを受け取ったフロント側システム１０では変換回路１１によりコマンドをアナログ変換し、外部アナログ出力端子１１ｂを介してフィールド機器に与える。
【００２５】
フロント側システム１０は外部アナログ入力端子１１ａを介して入力されたアナログ量を変換回路１１においてデジタル値（入力値）に変換し、レスポンスにこの値を付加してフロント側システム１０に向けて送信する。
【００２６】
また、フロント側システム１０はクランプ検出回路１２においてコマンドを監視し、一定時間コマンドが受信されなければコマンド異常を検出する。コマンド異常時は、異常状態をレスポンスに付加する。この場合、コントローラ側システム２０は後述の方法でフロント側システム１０をリセットする。
【００２７】
フロント側システム１０をリセットする場合には、コントローラ側システム２０はリセット出力に「Ｌ」を指定する。これによって、コマンドと無関係に絶縁素子３２には「Ｌ」信号が印加される。なお、コントローラ側システム２０でフロント側システム１０からのレスポンスが受信できない場合に、フロント側システム１０をリセットすることもできる。
【００２８】
フロント側システム１０のリセットを解除する場合には、コントローラ側システム２０はリセット出力に「Ｈ」を指定する。これによって、コマンドの送信が再開され、絶縁素子３２には「Ｌ」信号および「Ｈ」信号が交互に印加される。
【００２９】
次に、クランプ検出回路１２の動作について説明する。
【００３０】
図１（ｂ）はクランプ検出回路１２の動作を示すフローチャートである。
【００３１】
図１（ｂ）のステップＳ１では、クランプ検出回路１２から変換回路１１にリセットを通知する。この場合、フロント側システム１０はリセットされ、フィールド機器がシャットダウンされる。また、プラントの状態が安全側に設定される。
【００３２】
次に、ステップＳ２では、通信経路３３の電圧値について「Ｌ」信号および「Ｈ」信号の間での切り替わり（トグル）があるか否か判断する。判断が肯定されればステップＳ３へ進み、判断が否定されればステップＳ１へ戻る。
【００３３】
ステップＳ３では、クランプ検出回路１２から変換回路１１にリセットの解除を通知する。この場合、フロント側システム１０のリセットが解除されてフィールド機器が起動し、プラントは通常の稼動状態に戻る。
【００３４】
次に、ステップＳ４では、クランプ検出回路１２のタイマの計時をゼロにリセットし、計時を開始する。次に、ステップＳ５では、通信経路３３の電圧値について「Ｌ」信号および「Ｈ」信号の間での切り替わり（トグル）があるか否か判断する。判断が肯定されればステップＳ４へ戻り、判断が否定されればステップＳ６へ進む。
【００３５】
ステップＳ６では、タイマの計時が時間Ｔを越えたか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ１へ戻り、判断が否定されればステップＳ５へ戻る。
【００３６】
図２は入出力装置１の動作を示す図であり、図２（ａ）は正常時の動作を、図２（ｂ）はクランプ発生時の動作を、それぞれ示すタイミングチャートである。
【００３７】
図２（ａ）に示すように、クランプの発生していない正常時には、リセット出力の値が「Ｈ」のときにコマンドがクランプ検出回路１２に入力され、リセット解除の状態となる。このとき、コマンドの信号は常時、頻繁に「Ｈ」、「Ｌ」の間で切り替わるため、タイマの計時が時間Ｔに到達（ステップＳ６）することはない。
【００３８】
リセット出力の値が「Ｌ」の場合には、コマンドがクランプ検出回路１２に入力されず、コマンドが無入力の状態が時間Ｔだけ継続すると、リセット状態となる（図１（ｂ）のステップＳ５、ステップＳ６およびステップＳ１）。
【００３９】
一方、図２（ｂ）に示すように、絶縁素子３２においてクランプが発生した場合には、リセット出力の値が「Ｈ」であっても、通信経路３３の電圧値が固定されるためコマンドがクランプ検出回路１２に入力されず、コマンドが無入力の状態が時間Ｔだけ継続すると、リセット状態となる（図１（ｂ）のステップＳ５、ステップＳ６およびステップＳ１）。図２（ｂ）の例では、「Ｈ」側にクランプされた場合を示しているが、「Ｌ」側にクランプされた場合も同様にリセットされる。
【００４０】
このように、本実施形態のフィールド通信装置によれば、リセット出力の伝送経路をコマンドのシリアル通信と共通化することにより、クランプ故障時に必ずリセットを発生させることができる。このため、クランプ故障の検出を確実に行うことができるとともに、故障発生時の処置を適切なものとすることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００４１】
また、絶縁素子の使用個数を減らすことができるため、装置のコストダウンを図ることができる。さらに、絶縁素子の故障を減らすことができるので、この点においても装置の信頼性の向上を図ることができる。
【００４２】
図３は、図１（ａ）に示す入出力装置１をチャンネル数（フィールド機器の数）だけ設けた入出力（ＩＯ）装置１Ａの構成を示すブロック図である。このように、多チャンネルの入出力装置に本発明のフィールド通信装置を適用することにより、絶縁素子の個数を大幅に削減できるため、故障率の低減およびコスト削減について大きな効果が期待できる。
【００４３】
図４（ａ）は、フロント側システム１０からコントローラ側システム２０へのレスポンスの通信経路を用いて、フロント側システム１０からコントローラ側システム２０にフロント側システム１０で検出したステータス（例えば、正常／異常等のステータス）を送信する構成を示す図である。以下、入出力装置１（図１（ａ））との相違点を中心として説明する。
【００４４】
図４（ａ）に示す入出力装置１Ｂでは、フロント側システム１０ＡにＡＮＤ回路１３が、コントローラ側システム２０Ａにクランプ検出回路２２が、それぞれ追加されている。ＡＮＤ回路１３には、レスポンスおよびフロント側システム１０で検出したステータスが変換回路１１Ａから与えられる。
【００４５】
図４（ａ）の場合、例えば、フロント側システム１０Ａにおいて異常が検出された場合にステータスを「Ｌ」とすることにより、異常発生時にＡＮＤ回路１３からのレスポンスの送信が停止される。また、絶縁素子３１にクランプ故障が発生した場合には通信経路３４の電圧値が「Ｌ」または「Ｈ」に固着する。したがって、クランプ検出回路２２において、クランプ故障、またはフロント側システム１０Ａにおいて異常が検出されたことを検知することができる。
【００４６】
次に、クランプ検出回路１２の動作について説明する。
【００４７】
図４（ｂ）はクランプ検出回路２２の動作を示すフローチャートである。
【００４８】
図４（ｂ）のステップＳ１１では、クランプ検出回路２２からの異常通知によりロント側システム１０Ａにおけるステータスを「異常」に設定する。この場合、コントローラ側システム２０Ａからリセットを印加してフロント側システム１０Ａをリセットするようにしてもよい。
【００４９】
次に、ステップＳ１２では、通信経路３４の電圧値について「Ｌ」信号および「Ｈ」信号の間での切り替わり（トグル）があるか否か判断する。判断が肯定されればステップＳ１３へ進み、判断が否定されればステップＳ１１へ戻る。
【００５０】
ステップＳ１３では、クランプ検出回路２２から異常の解消を通知してステータスを「正常」に設定する。この場合、コントローラ側システム２０からのリセット印加を停止し、フロント側システム１０のリセットを解除してもよい。
【００５１】
次に、ステップＳ１４では、クランプ検出回路２２のタイマの計時をゼロにリセットし、計時を開始する。次に、ステップＳ１５では、通信経路３４の電圧値について「Ｌ」信号および「Ｈ」信号の間での切り替わり（トグル）があるか否か判断する。判断が肯定されればステップＳ１４へ戻り、判断が否定されればステップＳ１６へ進む。
【００５２】
ステップＳ１６では、タイマの計時が時間Ｔを越えたか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ１１へ戻り、判断が否定されればステップＳ１５へ戻る。なお、クランプの発生していない正常時には、レスポンスの信号は常時、頻繁に「Ｈ」、「Ｌ」の間で切り替わるため、フロント側システム１０Ａにおいて異常が検出された場合を除き、タイマの計時が時間Ｔに到達（ステップＳ１６）することはない。
【００５３】
このように、図４に示す入出力装置１Ｂによれば、ステータスの伝送経路をレスポンスのシリアル通信と共通化することにより、クランプ故障時に必ず異常を検出することができる。このため、クランプ故障の検出を確実に行うことができるとともに、故障発生時の処置を適切なものとすることができ、装置の信頼性を向上させることができる。
【００５４】
なお、本発明は、絶縁素子を使用する場合に限定されない。また、クランプの原因は絶縁素子に限定されない。本発明のフィールド通信装置によれば、絶縁素子の有無にかかわりなく通信経路の数を抑制することができるとともに、通信経路におけるクランプ故障を適切に検出することができる。
【００５５】
本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器と前記フィールド機器を制御する制御システムとの間に挿入されシリアル通信信号を中継するフィールド通信装置に対し、広く適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１０    フロント側システム（出力手段）
１２    クランプ検出回路（検出手段）
２０Ａ  コントローラ側システム（出力手段）
２２    クランプ検出回路（検出手段）
３１    絶縁素子
３２    絶縁素子
【図１】
2011160014.tif 000003
【図２】
2011160014.tif 000004
【図３】
2011160014.tif 000005
【図４】
2011160014.tif 000006
【図５】
2011160014.tif 000007