(57)【要約】【課題】故障発生時のメンテナンスを容易にする。【解決手段】４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成されるＨＡＲＴ通信信号を、ＨＡＲＴ通信対応機器１０から配線２０を介して受信し、この受信したＨＡＲＴ通信信号を４〜２０ｍＡの直流信号および交流信号に分離するＨＡＲＴ通信部１１１と、ＨＡＲＴ通信部１１１により分離された４〜２０ｍＡの直流信号および交流信号に基づいて、自ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１からＨＡＲＴ通信対応機器１０までの状態を診断する診断部１１２と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号を外部の機器から配線を介して受信し、当該受信した前記ＨＡＲＴ通信信号を前記第１信号および前記第２信号に分離するＨＡＲＴ通信部と、
前記ＨＡＲＴ通信部により分離された前記第１信号および前記第２信号に基づいて、自装置から前記外部の機器までの状態を診断する診断部と、
を備えることを特徴とするＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項２】
前記診断部は、前記第１信号の値および前記第２信号の値を比較することで、前記外部の機器および前記配線の状態を診断する、
ことを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項３】
前記診断部は、前記配線の状態が、正常または配線異常のいずれに該当するのかを特定することで、前記配線の状態を診断する、
ことを特徴とする請求項２記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項４】
前記診断部は、前記診断の結果に対応するデジタル信号を、自装置を監視する監視系統側の機器宛に送信する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項５】
前記診断部は、前記第２信号に対応するデジタル信号を、自装置を監視する監視系統側の機器宛に送信する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【請求項６】
前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号で表される交流信号であ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ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
生産プロセスを管理する現場では、発信機能を有する各種のフィールド機器（例えばセンサやバルブ等）をプラントに設置し、フィールド機器から発信される信号をシステムに取り込むことで、各種の生産プロセスを管理している。生産プロセスを管理するシステムとして、例えばセンサから取得した流量や温度、圧力等に基づいてバルブの開度等を制御するものがある。近年、このようなプロセス管理システムに接続されるフィールド機器として、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載したもの（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が採用されている。ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値を示す４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号（以下、「ＨＡＲＴ通信信号」という。）を入出力する。つまり、ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値の他に、各種の情報を付加してやりとりすることができる。下記特許文献１および特許文献２には、ＨＡＲＴ通信対応機器を用いたシステムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−１８６５０３号公報
【特許文献２】特許第４１２９７１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した生産プロセスを管理するシステムでは、ＨＡＲＴ通信対応機器と、その上位側にある通信モジュールとの間で故障が発生した場合に、故障の内容や発生した箇所を特定する手段がないため、故障発生時のメンテナンスに時間を要してしまう。
【０００５】
本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、故障発生時のメンテナンスを容易にすることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置は、第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号を外部の機器から配線を介して受信し、当該受信した前記ＨＡＲＴ通信信号を前記第１信号および前記第２信号に分離するＨＡＲＴ通信部と、前記ＨＡＲＴ通信部により分離された前記第１信号および前記第２信号に基づいて、自装置から前記外部の機器までの状態を診断する診断部と、を備える。
【０００７】
かかる構成を採用することで、外部の機器から配線を介して送信され、ＨＡＲＴ通信部により分離された第１信号および第２信号に基づいて、自装置から外部の機器までの状態を診断することが可能となる。
【０００８】
前記診断部は、前記第１信号の値および前記第２信号の値を比較することで、前記外部の機器および前記配線の状態を診断することとしてもよい。また、前記診断部は、前記配線の状態が、正常または配線異常のいずれに該当するのかを特定することで、前記配線の状態を診断することとしてもよい。
【０００９】
前記診断部は、前記診断の結果に対応するデジタル信号を、自装置を監視する監視系統側の機器宛に送信し、前記第２信号に対応するデジタル信号を、自装置を監視する監視系統側の機器宛に送信することとしてもよい。
【００１０】
前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号で表される交流信号であることとしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、故障発生時のメンテナンスを容易にすることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を採用したプロセス管理システムの構成を例示する図である。
【図２】本実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置の機能構成を例示する図である。
【図３】診断結果の具体例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
【００１４】
まず、図１を参照して、実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置（以下、「ＨＡＲＴ−ＩＯユニット」という。）を採用したプロセス管理システムの構成について説明する。図１に示すように、プロセス管理システム１は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏと、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏと、フィールド機器１２ｉ、１２ｏと、ＩＯユニット１３ｉ、１３ｏと、ＨＵＢ１４と、機器監視部１５と、コントローラ１７と、運転操作部１９と、を有する。
【００１５】
ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏの上位側に設けられるコントローラ１７および運転操作部１９が、プロセスを制御する制御系統を構成する。一方、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏの上位側に設けられるＨＵＢ１４および機器監視部１５が、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏの状態等を監視する監視系統を構成する。
【００１６】
制御系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏとコントローラ１７との間は、例えば、低速な通信バス１８で接続される。監視系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏとＨＵＢ１４との間は、イーサネット（登録商標）規格の通信ケーブル１６で接続される。
【００１７】
ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉとしては、例えば、流量センサや圧力センサ、温度センサ等の各種センサを用いることができる。ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏおよびフィールド機器１２ｏとしては、例えば、流量制御弁や圧力制御弁等のバルブまたはポンプやファン等のアクチュエータを用いることができる。
【００１８】
ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器であり、ＨＡＲＴ通信信号を入出力する。ＨＡＲＴ通信信号は、４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号である。
【００１９】
上記直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器やフィールド機器ごとに設定される一つの変数の値を示す信号である。変数の値としては、例えば、流量、圧力、温度等の測定値や、弁開度等の制御値が該当する。上記デジタル信号は、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器内で収集可能な各種のデータを示す信号である。各種のデータとしては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器におけるプロセス情報や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障情報が該当する。なお、ＨＡＲＴ通信対応機器の測定値や制御値を各種のデータに含めることとしてもよい。
【００２０】
ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、例えば、以下にようにしてＨＡＲＴ通信信号を生成する。最初に、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、１と０とで表されるデジタル信号を、１２００Ｈｚの周波数信号と２２００Ｈｚの周波数信号とで表される交流信号に変換する。続いて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、変換後の交流信号を、測定値や制御値等を示す４〜２０ｍＡの直流信号に重畳する。これにより、ＨＡＲＴ通信信号が生成される。
【００２１】
ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏとの間でＨＡＲＴ通信信号を送受信するとともに、制御系統または監視系統との間で４〜２０ｍＡの直流信号またはデジタル信号を送受信する入出力装置である。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、例えば、以下のようにしてＨＡＲＴ通信信号から４〜２０ｍＡの直流信号とデジタル信号とを生成する。最初に、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、受信したＨＡＲＴ通信信号を、１２００Ｈｚの周波数信号および２２００Ｈｚの周波数信号で表される交流信号と４〜２０ｍＡの直流信号とに分離する。続いて、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、分離後の交流信号をデジタル信号に変換する。
【００２２】
機器監視部１５は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏから出力されたデジタル信号を、ＨＵＢ１４を介して受信する。機器監視部１５は、受信したデジタル信号に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器でのプロセスの実行状況や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障状況、ＨＡＲＴ通信対応機器のメンテナンスおよび修理の必要時期等を診断する。機器監視部１５は、診断結果等をモニタに表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器を監視することができる。
【００２３】
コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏやフィールド機器１２ｉ、１２ｏを制御することで、生産プロセスの実施状態を制御する。具体的に、例えば、コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉまたはフィールド機器１２ｉから取得した流量や圧力等の測定値に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏまたはフィールド機器１２ｏを制御することで、バルブの開度等を調節する。
【００２４】
運転操作部１９は、コントローラ１７で受信した４〜２０ｍＡの直流信号に基づいてＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容をモニタに表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容を把握することが可能となる。運転操作部１９は、運用者の操作指示に従って、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏまたはフィールド機器１２ｉ、１２ｏの運転状態を操作する。運転状態の操作内容としては、例えば、機器の起動操作や停止操作等が該当する。
【００２５】
図２を参照して、本実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１の機能構成について説明する。図２に示すように、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１は、ＨＡＲＴ通信部１１１と、診断部１１２とを有する。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉまたはＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｏのいずれであってもよい。
【００２６】
ＨＡＲＴ通信部１１１は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０から受信したＨＡＲＴ通信信号を、４〜２０ｍＡの直流信号と交流信号とに分離し、診断部１１２に送信する。ＨＡＲＴ通信部１１１および診断部１１２は、第１の信号線Ｓ１を介して４〜２０ｍＡの直流信号を送受信し、第２の信号線Ｓ２を介して交流信号を送受信する。
【００２７】
診断部１１２は、物理的には、例えばＣＰＵおよびその周辺デバイスで構成する。診断部１１２は、ＨＡＲＴ通信部１１１から受信した直流信号と交流信号とに基づいて、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１の下位側に配備されている配線２０やＨＡＲＴ通信対応機器１０の状態を診断し、診断結果を機器監視部１５に送信する。下位側の状態としては、例えば、配線の劣化状態や断線状態、ＨＡＲＴ通信対応機器の異常状態等が該当する。
【００２８】
ここで、例えば、配線２０の絶縁等が劣化してリークが発生している場合や、配線２０が断線しかけて直流インピーダンスが増加している場合には、４〜２０ｍＡの直流信号が大きく乱れるのに対し、高周波の周波数信号で構成される交流信号はほとんど乱れることなく、通信が行われる。したがって、４〜２０ｍＡの直流信号の状態と交流信号の状態とを比較することで、配線２０の劣化状態を判定することが可能となる。
【００２９】
図３を参照して、配線２０の劣化状態を判定する際の具体例について説明する。ここで、図３に示す４〜２０ｍＡの直流信号の値は、正常値として取り得る４〜２０ｍＡの値に対応させて０〜１００％で表している。つまり、直流信号が４ｍＡのときには０％で表し、２０ｍＡのときには１００％で表す。交流信号の値も同様に、交流信号の正常値として取り得る値の範囲に対応させて０〜１００％で表している。
【００３０】
また、この説明で用いるＨＡＲＴ通信対応機器１０は、４〜２０ｍＡの直流信号に対する想定誤差の範囲が−０．１％〜０．１％であるものとする。また、このＨＡＲＴ通信対応機器１０には、交流信号の値として６３％が予め設定されているものとする。
【００３１】
図３の一段目に示すように、第１の信号線Ｓ１を介して受信した４〜２０ｍＡの直流信号の値が６３．１％であり、第２の信号線Ｓ２を介して受信した交流信号の値が６３％である場合、診断部１１２は、配線２０が正常であると判定する。この場合、交流信号の値は上記設定値と同値であるのに対し、直流信号の値は、上記設定値すなわち交流信号の値よりも０．１％高い値となる。しかしながら、この０．１％の誤差は上記想定誤差の範囲内となるため、診断部１１２は、配線２０が正常であると判定する。
【００３２】
図３の二段目に示すように、第１の信号線Ｓ１を介して受信した４〜２０ｍＡの直流信号の値が５８％であり、第２の信号線Ｓ２を介して受信した交流信号の値が６３％である場合、診断部１１２は、配線異常であると判定する。この場合、交流信号の値は上記設定値と同値であるのに対し、直流信号の値は、上記設定値すなわち交流信号の値よりも５％低い値となる。そして、この５％の誤差は上記想定誤差の範囲外となるため、診断部１１２は、配線２０に異常があると判定する。このような状況は、配線２０が劣化している場合に現れる特有な現象となる。
【００３３】
このように、配線２０の劣化状態は、交流信号の値が設定値と同値である場合における直流信号の値と交流信号の値との差に応じて適宜判定することができる。具体的には、交流信号の値と設定値とが同値である場合に、直流信号の値と交流信号の値との差が上記想定誤差の範囲を超えて大きくなる程、配線が劣化していると判定することができる。
【００３４】
また、４〜２０ｍＡの直流信号の値を監視することで、上記配線２０の劣化状態の他に、配線２０の断線状態やＨＡＲＴ通信対応機器１０の異常状態についても判定することができる。例えば、図３の三段目に示すように、第１の信号線Ｓ１を介して受信した４〜２０ｍＡの直流信号の値が“−２５％”つまり０ｍＡである場合には、配線２０が断線していると判定することができる。さらに、図３の四段目に示すように、第１の信号線Ｓ１を介して受信した４〜２０ｍＡの直流信号の値が０〜１００％の範囲外である場合には、ＨＡＲＴ通信対応機器１０に故障等の異常があると判定することができる。なお、断線やＨＡＲＴ通信対応機器１０に異常がある場合には、交流信号は受信されない。
【００３５】
図２に示す診断部１１２は、１２００Ｈｚの周波数信号と２２００Ｈｚの周波数信号とで表される交流信号を、１と０とで表されるデジタル信号に変換してから、機器監視部１５宛に送信する機能と、４〜２０ｍＡの直流信号をコントローラ１７宛に送信する機能と、をさらに有する。なお、これらの機能は、診断部１１２の機能から切り離し、診断部１１２とは別の機能としてＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１内に備えることとしてもよい。
【００３６】
上述してきたように、本実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニットによれば、ＨＡＲＴ通信対応機器１０から配線２０を介して送信され、ＨＡＲＴ通信部１１１により分離された４〜２０ｍＡの直流信号および交流信号に基づいて、配線２０の劣化状態や断線状態、ＨＡＲＴ通信対応機器１０の異常状態を診断することが可能となる。それゆえに、故障が発生したときに、故障の内容や故障の発生個所を特定することができるため、故障発生時のメンテナンスを容易にすることが可能となる。
【００３７】
なお、上述した実施形態では、一つのＣＰＵで診断部１１２を構成する場合について説明したが、二つのＣＰＵで診断部を構成することとしてもよい。この場合には、例えば、第１のＣＰＵに対応する第１の診断部と、第２のＣＰＵに対応する第２の診断部と、を備え、ＨＡＲＴ通信部１１１により分離された４〜２０ｍＡの直流信号を第１の診断部で受信し、ＨＡＲＴ通信部１１１により分離された交流信号を第２の診断部で受信する。第１の診断部および第２の診断部は、ＨＡＲＴ通信部１１１から信号を受信するたびに、信号を受信したことを示す受信通知を相互に送信し合うこととする。これにより、一方の診断部がＨＡＲＴ通信部１１１からの信号を受信したにもかかわらず、他方の診断部からの受信通知を受信できない場合には、他方の診断部、すなわち他方のＣＰＵに故障等の異常があると判定することが可能となる。これにより、ＨＡＲＴ通信部１１１により分離された４〜２０ｍＡの直流信号および交流信号に基づいて、自ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１内からＨＡＲＴ通信対応機器１０内までの状態を診断することが可能となる。
【００３８】
また、上述した実施形態において、ＨＡＲＴ通信対応機器１０が、自機器に特有な情報を診断情報としてＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１に送信することとしてもよい。診断情報としては、例えば、自機器がＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１に送信する値の変化率の上限値等が該当する。これにより、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１では、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ごとに異なる通信品質に応じて配線の劣化状態や機器の異常状態を判定することができるため、診断部による判定精度を向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００３９】
１…プロセス管理システム、１０…通信対応機器、１１…ＨＡＲＴ−ＩＯユニット、１２…フィールド機器、１３…ＩＯユニット、１４…ＨＵＢ、１５…機器監視部、１６…通信ケーブル、１７…コントローラ、１８…通信バス、１９…運転操作部、２０…配線、１１１…ＨＡＲＴ通信部、１１２…診断部。
【図１】
2012203447.tif 000003
【図２】
2012203447.tif 000004
【図３】
2012203447.tif 000005