(57)【要約】オペレーティングデバイス B 上で動作するオペレーティングプログラム BWの援用によって、フィールドデバイスのオフラインパラメータリングを行う方法において、オペレーティングプログラム BW が、フィールドデバイス F1 上で動作するデバイスソフトウェアプログラムのコピー GS とやりとりする。
2006508429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オペレーティングデバイス(B)上で動作しているオペレーティングプログラム(B)の援用による、プロセスオートメーションフィールドデバイスのオフラインパラメータリングの方法であって、前記オペレーティングプログラムBWがオンラインパラメータリング用のデータバス(D)を介して前記フィールドデバイス(F1)とやりとりすることで、前記フィールドデバイス(F1)のオフラインでの挙動を記述するデバイス記述を前記オペレーティングプログラムが必要としない方法において、
前記オペレーティングプログラム(B)が、前記フィールドデバイス(F1)上で動作しているデバイスソフトウェアプログラムのコピー(GS)とやりとりし、それによりオンラインフィールドデバイスがシミュレートされることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記デバイスソフトウェアプログラムのコピー(GS)と前記オペレーティングプログラム(B)が共に前記オペレーティングデバイス(B)上で実行されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記デバイスソフトウェアプログラムのコピー(GS)と前記オペレーティングプログラム(B)が仮想COMインターフェイスを介してやりとりすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記オペレーティングデバイスがWindows(R) プラットフォームを持つことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記デバイスソフトウェアプログラムのコピー(GS)が、Windows(R)-shell(WS)によって囲まれていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記デバイスソフトウェアプログラムのコピー(GS)が、DTM-shellによって囲まれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記オペレーティングデバイス(B)がノートパソコン（laptop computer unit）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
フィールドデバイスの事前の構成のために、オフラインパラメータリングにおける引数の設定をフィールドデバイスのメーカーへと伝送することを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分で定義されているように、プロセスオートメーション技術で用いられるフィールドデバイスのオフラインパラメータリング（offline-parametering）の方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセスオートメーション技術においては、フィールドデバイスはプロセス変数を自動的に記録し操作する、またはその一方を行う。このようなフィールドデバイスの例としては、液面高さ、質量流量、圧力、温度のプロセス変数に対応するセンサー（それぞれ液面計、質量流量計、圧力計、温度計が対応）、またいわゆるアクチュエーターと呼ばれるもの（たとえばパイプラインの節間の液体流量をコントロールするバルブや、コンテナ中の媒質の液面高さをコントロールするポンプなど）がある。
【０００３】
フィールドデバイスは、適切な伝送接続を介し、さらにフィールドバスの下を経由して、プロセスフローを制御するコントロールユニット（PLC (programmable logic controller)など）に接続して使われることが多い。このコントロールユニットにおいては、さまざまなセンサーの測定値を評価し、適切なアクチュエーターを起動させている。
【０００４】
ほとんどの場合、それに加えてフィールドバスは、制御システムのデータ伝送サーバ（Siemens Simatic S7, Fisher-Rosemount Delta V, ABB Symphonie）と、可能であれば業務システムのサーバ（SAP R/3 など）となる上位の伝送ネットワークに接続している。
【０００５】
制御システムにおいては、プロセスフローがモニタされ、表示される。さらに制御システムは、独立フィールドデバイスに対して操作・仮引数の引渡し（parametering）・構成を行うために直接アクセスすることが可能である。このアクセスによって、フィールドデバイスや呼び出された分析関数の特別なセッティング（引数など）を変えることができる。制御システムを介したアクセスのほか、オペレーティングデバイス（ノートパソコンやハンドヘルドコンピュータなど）を使用する、現場での一時アクセスも可能となっている。
【０００６】
過去においては、各々のフィールドデバイスの製造はオペレーティングツールがそのフィールドデバイスを操作する上で最適になるように行われてきた。これにより、市場にはさまざまに異なったオペレーティングツールが出回った。近年のオペレーティングツールには、それに合わせてつくられたフィールドデバイスのみならず他の製品の操作もできることが求められているため、操作されるフィールドデバイスの関数は使用されている特定のオペレーティングツールが認識できるものにするべきである。通常、フィールドデバイスの関数は、デバイス記述（device description）で書かれている。これに関して、特別に標準化されたデバイス記述言語が利用可能になっている。例として、CAN-EDS（Control Area Network-Electronic Data Shield）、HART-DDL（HART Device Descriptions Language）、FF-DDL（Fieldbus Foundation-Device Descriptions Language）、Profibus-GSD（Profibus-General Station Description）、Profibus-EDD（Profibus-Electronic Device Descriptions）がある。
【０００７】
フィールドデバイスと制御システムの間のデータ伝送は、公知のフィールドバスの国際基準（HART(R)、Foundation Fieldbus FF、Profibus、CAN など）にしたがって行われる。
【０００８】
前述した通り、独立フィールドバスの引数は、適切なオペレーティングプログラムを使って修正することができる。
このような引数の例としては、測定範囲、限界値、単位などがある。
【０００９】
一般に、操作されるフィールドデバイスは、オペレーティングプログラムがインストールされたコンピュータシステム（オペレーティングデバイス、制御システム）にデータバスを介して物理的に接続されている。操作の間、オペレーティングプログラムとフィールドデバイスの間の接続は可能である。これをオンラインオペレーションと呼ぶ。フィールドデバイスから引数を読み出し、修正した後、フィールドデバイスに直接転送し、保存する。サブルーチン（procedure）の実行の間、引数間の関係は直接考慮される。引数の修正によって、他の引数も修正されるか、引数の見える範囲（visibility）か引数の値の範囲が変更されることになる。例を挙げると、引数 "Totalizer Reset"（合計のリセット）が "yes" にセットされた場合、作用 "Set Parameter TotSum to 0" が初期化される。オンラインオペレーションのための応答デバイス記述が読み取る:TotReset の書きこみに続いて、引数 TotSum を読み出す。ここで、デバイスが TotSum をゼロにセットして、求める値を出力する。
【００１０】
しかし、オンラインオペレーションよりも、オフラインオペレーションが望まれる場合もある。例えば、オペレーティングサブルーチン（operating procedure）の間は、フィールドデバイスと接続できなくなる。つまり、オペレーティング時間には応答するフィールドデバイスがデータバスに接続されなくなる、また中断してはならない重要なプロセス関数の実行の瞬間。このようなオフラインパラメータリングは、たとえば Endress+Hauser社のオペレーティングプログラム CommunWin(R) によって可能となる。
【００１１】
特定のフィールドデバイスでオフラインパラメータリングを可能にするためには、それらのフィールドデバイスの既存のデバイス記述を拡張してフィールドデバイスのオフラインでの挙動を追加記述するか、または、フィールドデバイスのオフラインでの挙動を含む新たなデバイス記述をつくる必要がある。単純なフィールドデバイスにおいては、これらの作業は簡単に完了できる。
【００１２】
しかし、広汎な機能を持つゆえに、付帯する従属物による多くの引数を持つフィールドデバイスにおいては、これらの作業は重大なプログラミング労力に見合う経費なしでは不可能である。特に、変数と計算の値の割り当ての記述は非常に難しい。公知のデバイス記述言語のひとつを使って、複合フィールドデバイスのオフラインの挙動を完全に記述するのは不可能であるとよく言われる。たとえば、Endress+Hauser(R) の PNGシリーズのフィールドデバイスの場合、プログラミング労力がかかりすぎるため、オフラインパラメータリングは現在のところ不可能とされている。
【発明の開示】
【００１３】
したがって、本発明の目的は、プロセスオートメーション技術におけるフィールドデバイスのオフラインパラメータリングを、大量のプログラミング労力を必要とせずに、単純かつ経済的に行うことである。
【００１４】
この目的は、請求項１に記載した方法によって達成される。
本発明の本質的アイデアは、オフラインパラメータリングの間、オペレーティングプログラムが、フィールドデバイス中のマイクロプロセッサ上で動作するデバイスソフトウェアプログラムとやりとりする（communicate）のではなく、その代わりに、分離したコンピュータユニット上で動作するデバイスソフトウェアプログラムのコピーとやりとりするということである。その結果、実質的にオペレーティングプログラムがオンラインフィールドデバイスを見ることになるので、フィールドデバイスの特定のオフライン挙動を記述するデバイス記述が不要になる。
【００１５】
本発明のさらなる発展形態においては、オペレーティングプログラムと、デバイスソフトウェアプログラムのコピーが、単一のコンピュータユニットにインストールされる。その結果、それら両方のプログラムを、オペレーティングプログラムの実行中にユーザーの監視を必要とせずに、たとえばノートパソコン上で実行させることができる。
【００１６】
望ましくは、オペレーティングプログラムとデバイスソフトウェアプログラムのコピーは仮想インターフェイス（COM-interface）を通じて接続される。
望ましくは、オペレーティングデバイスは Windows(R) プラットフォームとなる。この目的において、プログラマブルで単純な Windows(R)-shell をデバイスソフトウェアプログラムに必要とする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を、図示された実施例に基づき詳細に説明する。
図１に示した自動インストールでは、プログラマブルロジックコントローラ PLC（programmable logic controller）がフィールドデバイス F1, F2, F3 とデータバス D を介して接続されていることを示している。フィールドデバイスには圧力計、温度計、流量計などを含むことができる。フィールドデバイス F1, F2, F3 は、フィールドデバイスの機能を決定する、実行されるデバイスソフトウェアプログラムと関連づけられた応答マイクロプロセッサを備えた "intelligent" フィールドデバイスである。
【００１８】
コントローラ PLC はデータバス D を介して、関連するフィールドデバイスとやりとりする。この方法では、フィールドデバイス F1, F2, F3 とコントローラPLC との間にデータを伝送することができる。
【００１９】
データの伝送は、CAN、Profibus、HART(R) などの対応する国際基準に則ってデータバス上で行われる。
データバス D と接続されるオペレーティングデバイス B には、オペレーティングプログラム（Endress+Hauser社の FieldTool(R) など）がインストールされている。
【００２０】
データバス D （前記フィールドバス）は、ゲートウェイ G を介して上位ネットワーク N と接続されている。
上位ネットワーク N には、L1（SCADA）、L2（図示化）、L3（エンジニアリング）といった多様な制御システムが接続されている。上位ネットワーク N には、さらに業務システム（SAP R/3 など）とのネットワーク接続部が含まれている。
【００２１】
図2 は、オペレーティングデバイス B の構造をより詳細に示している。この例では、オペレーティングデバイス B はパーソナルコンピュータ PC（ノートパソコン）で、2つの外部COMポート COM1、COM2 と、PCカードスロット PCMCI（Profibus(R) インターフェイスカードなど）とを備えている。本発明に関連する部分のみに焦点を当てるため、キーボード、画面などのPCの他の外付け部品についてはあえて図示していない。
【００２２】
COMポートおよびインターフェースカード、あるいはそのうちの一方を介して、オペレーティングデバイスはさまざまなデータバスに接続することができる。図の場合、COM1ポート COM1 は HART(R)-modem HM を介して HART(R)-bus H と接続されている。
【００２３】
パーソナルコンピュータ PC にインストールされているのは、オペレーティングプログラム BW とデバイスソフトウェアプログラム GS であり、その双方を Windows(R) オペレーティングシステム上で動作させることができる。オペレーティングプログラム BW は、さまざまなフィールドデバイスのためのデバイス記述を与えるメモリ S1 と、引数の値を格納するメモリ S2 とに接続される。（オペレーティングプログラム BW には）仮想インターフェイス COM8 があり、これはデバイスソフトウェアプログラムの仮想インターフェイス COM9 に接続している。このデバイスソフトウェアプログラム GS は、フィールドデバイス上で動作しているもののコピーである。このソフトウェアは"埋め込みソフトウェア（embedded software）"と呼ばれる。このソフトウェアを Windows上で動作させるため、デバイスソフトウェアプログラム GS は Windows shell WS によって囲まれている。
【００２４】
図3 は、2つのフィールドデバイス F1, F2 と、プロセス制御システム PCS と、サービスコンピュータ SR とサーバコンピュータ S とに接続されたデータバス D の図である。コンピュータ PCS、SR、S 上のフレームアプリケーションとして、それぞれに FDT/DTM 基準に準拠した Endress+Hauser社の FieldCare(R) オペレーティングプログラムを用いている。FDT の仕様は、Profibus-Guidelines Order No.2.162 in the Version 1.2 として得られる。
【００２５】
プロセス制御システム（PCS）とサービスコンピュータ SR 中において、デバイスドライバ F1-DTM, F2-DTM および COM-DTM がデバイス記述として利用可能である。デバイスドライバ F1-DTM はフィールドデバイス F1 に属し、デバイスドライバ F2-DTM はフィールドデバイス F2 に属する。COM-DTM はデータバス D との接続を担う。
【００２６】
COM-DTM と 仮想デバイスドライバ VF-DTM は、或るフィールドデバイス F3 のために、サーバ S 上に存在する。これは、2つのオンラインフィールドデバイス F1, F2 がデータバス D に接続しており、一方フィールドデバイス F3 はデータバス D に物理的には接続しておらず、F3 は仮想デバイスドライバ VF-DTM によってシミュレートされているという意味である。さらに、サーバ S はインターネットを介してデバイスメーカー E+H に接続されている。
【００２７】
本発明におけるオフラインパラメータリングの方法を、フィールドデバイス F1 を例として、より精細に説明する。オペレーティングデバイス上で動作するオペレーティングプログラムのユーザーインターフェイス上でにおいて、フィールドデバイス F1 を（オンラインモードで）操作するか、オフラインパラメータリングモードで操作するかをユーザーが選択する。オンラインモードを選択すると、適切なインターフェイス COM1, COM2 あるいは インターフェイスカードを通じて、フィールドデバイス F1 のマイクロプロセッサ上で動作するデバイスソフトウェアプログラム GS との直接のやりとりが可能になる。
【００２８】
オフラインモードでは、オペレーティングプログラム BW は、インターフェイス COM8 と COM9 を介してデバイスソフトウェアプログラムのコピー GS と接続され、これは実質的にはフィールドデバイス F1 とオンラインであることと変わらない。デバイスソフトウェアプログラムのオリジナル GS はフィールドデバイス F1 のマイクロプロセッサ上で通常動作している。ユーザーは引数を通常のやり方で変えることができる。引数の変更はメモリ S2 に格納され、メモリ S2 は（引数の）依存関係を考慮し、フィールドバスを介してフィールドデバイス F1 との再接続が可能になると、即座にフィールドデバイス F1 と格納している引数とを通信し、ユーザーに（Download changed parameters? yes/no）と確認する。デバイスソフトウェアプログラム GS は COM1 インターフェイスも持っているので、オペレーティングプログラム BW とデバイスソフトウェアプログラム GS とは、分離した2つのコンピュータユニット（モデムケーブル無し（仮想モデムケーブル）で接続されている）上で動作させることができる。フィールドデバイス F1 がオペレーティングプログラムにとって未知である場合において、ユーザーはフィールドデバイス F1 のメーカーと型をメニューから選択し、するとメモリ S1 か、あるいはディスケット（可換記録媒体）から、適切なデバイス記述がロードされる。本発明の方法は、オフラインパラメータリングのデバイスソフトウェア（埋め込みソフトウェア）を、PC上で独自に開発しテストでき、その結果、適切なプログラムをとにかく用意できるため、コスト面で有用であると言える。
【００２９】
デバイスソフトウェアプログラム GS を囲むものとしては、Windows shell の代わりに FDT/DTM 基準に従った DTM shell を使うこともできる。デバイスソフトウェア GS と FDT shell を併せて、仮想フィールドデバイス DTM（下記で VF-DTM と呼ぶ）をつくる。このような仮想デバイスドライバ VF-DTM は、FDT フレームアプリケーション（Endress+Hauser社の FieldCare(R) など）と容易に統合できる。オフライン機能のない通常のデバイス DTM と共に、関連づけられたフィールドデバイスはオフラインで完全に操作することができる。したがって、オフラインパラメータリングのためには、デバイス DTM を実物のフィールドデバイスの代わりに仮想デバイスドライバ VF-DTM と接続すればよい。DTM、COM-DTM を介した適切な接続をすることで、仮想デバイスドライバ VF-DTM により、実質的にデータバス D 上のフィールドデバイス VF をシミュレートできる。したがって、プロジェクトプランニング（project planning）の構想において、たとえば複数の実物のフィールドデバイスとひとつ以上の仮想フィールドデバイスのインストールにより、完全に引数の制御が可能になる。このような場合、データバスに接続されていないフィールドデバイスの測定場所の指定、測定点番号（tag-numbers）、バスアドレス（bus addresses）を発行することもできる。このようなデータバスに接続されていないフィールドデバイスの場合、オペレーティングプログラム BW と接続するのは仮想デバイスドライバ VF-DTM だけとなる。
【００３０】
本発明をさらに発展させると、（測定点番号やバスアドレスといった）情報をフィールドデバイスのメーカーに直接転送し、製造プロセス中のフィールドデバイスを事前に構成することもできる。これによって、ユーザーのもとに届けられたフィールドデバイスを即座にデータバス D に接続してインストールすることが可能になる。
【００３１】
本発明の本質的なアイデアは、フィールドデバイスのオフラインパラメータリングのために、適切なオペレーティングプログラム BW が、フィールドデバイス中の独立コンピュータユニット上で動作しているデバイスソフトウェアプログラムのコピー GS とやりとりするということである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】プロセスオートメーション技術のインストールの概略図である。
【図２】フィールドデバイスの概略構造を示す図である。
【図３】複数のフィールドデバイスをつなぐデータバスを示す図である。
【符号の説明】
【００３３】
PLC  プログラマブルロジックコントローラ 
F1,F2,F3  フィールドデバイス 
D  データバス 
G  ゲートウェイ 
N  上位ネットワーク 
L1(SCADA),L2(図示化),L3(エンジニアリング)  制御システム 
B  オペレーティングデバイス 
COM1、COM2  COMポート 
PCMCI   PCカードスロット 
HM   HART(R) モデム 
H   HART(R) バス 
S1  メモリ 
BW  オペレーティングプログラム 
GS  デバイスソフトウェアプログラム 
GS  デバイスソフトウェアプログラムのコピー 
S2  メモリ 
COM8  インターフェイス 
COM9  インターフェイス 
WS   Windows-shell 
【図１】
2006508429.tif 000003
【図２】
2006508429.tif 000004
【図３】
2006508429.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年5月27日(2005.5.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2006508429.tif 000006
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2006508429.tif 000007
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2006508429.tif 000008
【国際調査報告】
2006508429.tif 000009
2006508429.tif 000010
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