(57)【要約】【課題】通信状態のメンテナンスの容易性を向上させる。【解決手段】４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号の論理を異なる周波数信号に割り当てて表される交流信号を重畳して生成したＨＡＲＴ通信信号をＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に送信する信号送信処理部１４と、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から送信されたＨＡＲＴ通信信号を受信し、この受信したＨＡＲＴ通信信号を直流信号および交流信号に分離する信号受信処理部１１と、信号受信処理部１１により分離された交流信号の信号レベルを測定する信号レベル測定部１２と、を備え、信号送信処理部１４は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から受信したＨＡＲＴ通信信号に対する応答信号に、信号レベル測定部１２による測定結果に関する測定結果情報を含める。【選択図】図２
2012205270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号の論理を異なる周波数信号に割り当てて表される交流信号を重畳して生成したＨＡＲＴ通信信号を外部装置に送信する信号送信処理部と、
前記外部装置から送信された前記ＨＡＲＴ通信信号を受信し、当該受信した前記ＨＡＲＴ通信信号を前記直流信号および前記交流信号に分離する信号受信処理部と、
前記信号受信処理部により分離された前記交流信号の信号レベルを測定する信号レベル測定部と、を備え、
前記信号送信処理部は、前記外部装置から受信した前記ＨＡＲＴ通信信号に対する応答信号に、前記信号レベル測定部による測定結果に関する測定結果情報を含める、
ことを特徴とするＨＡＲＴ通信対応機器。
【請求項２】
前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルと、予め定められた基準レベルとを比較し、前記外部装置から受信した前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰しているか否かを判定する減衰判定部を、さらに備え、
前記信号送信処理部は、前記減衰判定部によって前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰していると判定された場合に、前記測定結果情報として前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを示す情報を前記応答信号に含める、
ことを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信対応機器。
【請求項３】
前記信号レベル測定部は、前記交流信号に含まれる周波数信号ごとに信号レベルを測定し、
前記減衰判定部は、前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルと前記周波数信号ごとの前記基準レベルとを比較する、
ことを特徴とする請求項２記載のＨＡＲＴ通信対応機器。
【請求項４】
前記信号送信処理部は、前記測定結果情報として前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルを前記応答信号に含める、
ことを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信対応機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＨＡＲＴ通信対応機器に関する。
【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、デジタル信号の論理を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に割り当て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】
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に、例えば絶縁用のアイソレータや防爆用のツェナーバリア等を設置する場合がある。このような場合、ＨＡＲＴ通信信号に含まれる交流信号のレベルが、アイソレータやツェナーバリアの影響を受けて減衰してしまうことがある。また、ＨＡＲＴ通信対応機器と通信モジュールとの間の距離が長いと、配線抵抗や配線容量が増加し、ＨＡＲＴ通信信号に含まれる交流信号のレベルが減衰してしまうことがある。交流信号のレベルが減衰してしまうと、通信エラーや通信不能を招来するおそれがある。
【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、通信状態のメンテナンスの容易性を向上させることができるＨＡＲＴ通信対応機器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通信対応機器は、４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号の論理を異なる周波数信号に割り当てて表される交流信号を重畳して生成したＨＡＲＴ通信信号を外部装置に送信する信号送信処理部と、前記外部装置から送信された前記ＨＡＲＴ通信信号を受信し、当該受信した前記ＨＡＲＴ通信信号を前記直流信号および前記交流信号に分離する信号受信処理部と、前記信号受信処理部により分離された前記交流信号の信号レベルを測定する信号レベル測定部と、を備え、前記信号送信処理部は、前記外部装置から受信した前記ＨＡＲＴ通信信号に対する応答信号に、前記信号レベル測定部による測定結果に関する測定結果情報を含める。
【０００７】
かかる構成を採用することで、外部装置から受信したＨＡＲＴ通信信号の信号レベルを測定し、その測定結果に関する測定結果情報を含めた応答信号を外部装置に送信することができるため、応答信号を受信した外部装置側では、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器で測定された信号レベルを外部装置側の基準レベルと比較することで、外部装置からＨＡＲＴ通信対応機器に送信した信号が減衰しているか否かを判定することが可能となる。
【０００８】
また、前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルと、予め定められた基準レベルとを比較し、前記外部装置から受信した前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰しているか否かを判定する減衰判定部を、さらに備え、前記信号送信処理部は、前記減衰判定部によって前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰していると判定された場合に、前記測定結果情報として前記ＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを示す情報を前記応答信号に含めることとしてもよい。
【０００９】
これにより、外部装置から送信されるＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを示す情報を外部装置側に提供することが可能となる。
【００１０】
前記信号レベル測定部は、前記交流信号に含まれる周波数信号ごとに信号レベルを測定し、前記減衰判定部は、前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルと前記周波数信号ごとの前記基準レベルとを比較することとしてもよい。これにより、減衰の判定精度を向上させることが可能となる。
【００１１】
前記信号送信処理部は、前記測定結果情報として前記信号レベル測定部により測定された前記信号レベルを前記応答信号に含めることとしてもよい。これにより、ＨＡＲＴ通信対応機器の構成を簡素化することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、通信状態のメンテナンスの容易性を向上させることができるＨＡＲＴ通信対応機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態におけるＨＡＲＴ通信対応機器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】実施形態におけるＨＡＲＴ通信対応機器の機能構成を例示する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
まず、図１を参照して、実施形態におけるＨＡＲＴ通信対応機器を含む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は、ＨＡＲＴ通信対応機器１と、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。）２と、ＨＵＢ３と、機器監視装置４と、コントローラ５と、運転操作装置６と、を有する。
【００１６】
本実施形態では、ＨＵＢ３および機器監視装置４が、ＨＡＲＴ通信対応機器１の状態等を監視する監視系統を構成し、コントローラ５および運転操作装置６が、プロセスを制御する制御系統を構成する。
【００１７】
監視系統を構成するＨＵＢ３とＨＡＲＴ−ＩＯユニット２との間は、例えば、イーサネット（登録商標）規格の通信ケーブル８で接続される。制御系統を構成するコントローラ５とＨＡＲＴ−ＩＯユニット２との間は、例えば、通信バス９で接続される。
【００１８】
ＨＡＲＴ通信対応機器１は、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器である。フィールド機器としては、例えば、流量センサ、圧力センサおよび温度センサ等の各種センサ、流量制御弁および圧力制御弁等の各種バルブ、ならびに、ポンプおよびファン等の各種アクチュエータを用いることができる。
【００１９】
ＨＡＲＴ通信対応機器１は、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、デジタル信号の論理を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に割り当て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。
【００２０】
上記４〜２０ｍＡの直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器１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１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１におけるプロセス情報や、ＨＡＲＴ通信対応機器１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１の測定値や制御値を、上記各種のデータに含めることとしてもよい。
【００２１】
ＨＡＲＴ通信対応機器１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１は、例えば１と０とで表されるデジタル信号を、それぞれ１２００Ｈｚの周波数信号と２２００Ｈｚの周波数信号とに割り当てて交流信号に変換する。続いて、ＨＡＲＴ通信対応機器１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。
【００２２】
ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２は、ＨＡＲＴ通信対応機器１との間でケーブル７を介して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２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２は、受信したＨＡＲＴ通信信号を、１２００Ｈｚの周波数信号および２２００Ｈｚの周波数信号の組み合わせ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２は、分離後の交流信号を、１と０とで表されるデジタル信号に変換する。
【００２３】
機器監視装置４は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から出力されたデジタル信号を、ＨＵＢ３を介して受信する。機器監視装置４は、受信したデジタル信号に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器１でのプロセスの実行状況や、ＨＡＲＴ通信対応機器１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１のメンテナンスおよび修理の必要時期等を診断する。機器監視装置４は、診断結果等をモニタ（不図示）に表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器１を監視することができる。
【００２４】
コントローラ５は、ＨＡＲＴ通信対応機器１を監視、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５は、例えばセンサであるＨＡＲＴ通信対応機器１の４〜２０ｍＡの直流信号から取得した流量や圧力等の測定値に基づいて、例えばバルブであるＨＡＲＴ通信対応機器１を４〜２０ｍＡの直流信号で制御することにより、バルブの開度等を調節する。
【００２５】
運転操作装置６は、コントローラ５で受信した４〜２０ｍＡの直流信号に基づいてＨＡＲＴ通信対応機器１の運転内容をモニタ（不図示）に表示するとともに、コントローラ５で処理された警報を監視する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器１の運転内容を把握することが可能となる。運転操作装置６は、運用者の操作指示に従って、ＨＡＲＴ通信対応機器１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、バルブの開度等の調節、機器の起動操作や停止操作等が該当する。
【００２６】
図２を参照して、本実施形態におけるＨＡＲＴ通信対応機器１の機能構成について説明する。図２に示すように、ＨＡＲＴ通信対応機器１は、信号受信処理部１１と、信号レベル測定部１２と、減衰判定部１３と、信号送信処理部１４とを有する。
【００２７】
信号受信処理部１１は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から送信されたＨＡＲＴ通信信号を受信し、この受信したＨＡＲＴ通信信号を直流信号および交流信号に分離する。
【００２８】
信号レベル測定部１２は、信号受信処理部１１によって分離された交流信号のピークを測定することで信号レベルを測定する。ここで、通信の立ち上がりはキャリアが減衰している可能性が高いため、信号レベルを測定する際には、この立ち上がり部分を避けて測定することが望ましい。具体的には、通信フレームのうち、プリアンブル部よりも数バイト後以降に位置する信号を用いて信号レベルを測定する。
【００２９】
測定する信号レベルは、所定信号のピーク値であってもよいし、所定時間内や通信フレーム内の最大ピーク値であってもよい。また、所定時間当たりの平均ピーク値や通信フレーム内での平均ピーク値であってもよい。
【００３０】
減衰判定部１３は、信号レベル測定部１２により測定された信号レベルと、予め定められた基準レベルとを比較し、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から受信したＨＡＲＴ通信信号が減衰しているか否かを判定する。基準レベルには、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２が出力するＨＡＲＴ通信信号の信号レベル規格値（例えば、８００〜１２００ｍＡp-p）を設定する。
【００３１】
信号送信処理部１４は、４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号の論理を異なる周波数信号に割り当てて表される交流信号を重畳してＨＡＲＴ通信信号を生成し、この生成したＨＡＲＴ通信信号をＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に送信する。
【００３２】
信号送信処理部１４は、減衰判定部１３によってＨＡＲＴ通信信号が減衰していると判定された場合に、ＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを示す情報を応答信号に含め、この応答信号をＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に送信する。
【００３３】
ＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを示す情報は、ＨＡＲＴ通信信号が減衰していることを、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に知らせることができる情報であれば、どのような形式の情報であってもよい。例えば、応答信号に減衰フラグを含め、ＨＡＲＴ通信信号が減衰していると判定された場合に、その減衰フラグをＯＮにすることとしてもよい。
【００３４】
上述してきたように、本実施形態におけるＨＡＲＴ通信対応機器１によれば、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２から受信したＨＡＲＴ通信信号の信号レベルを測定し、その測定した信号レベルと、予め設定されているＨＡＲＴ−ＩＯユニット２の基準レベルとを比較することで、ケーブル７を介して送受信されるＨＡＲＴ通信信号の減衰状態を判定することができ、この判定結果を含めた応答信号をＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に送信することができる。これにより、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２は、ケーブル７を介して送受信されるＨＡＲＴ通信信号の減衰状態に関する判定結果情報を取得することができる。
【００３５】
また、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２が取得した判定結果情報は、機器監視装置４に送信されるため、判定結果情報を機器監視装置４のモニタに表示させることができる。これにより、運用者は、判定結果に基づいて、ケーブル７の状態を判断し、例えば、ケーブル７の点検を行うことや、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２からの信号送信レベルを増大させる等の処置を施すことが可能となる。それゆえに、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット２とＨＡＲＴ通信対応機器１との間の通信状態のメンテナンス性を向上させることが可能となる。
【００３６】
[変形例]
なお、上述した実施形態では、信号レベル測定部１２が、交流信号のピークを測定することで信号レベルを測定しているが、ＨＡＲＴ通信信号の交流信号には１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの２種類の周波数信号が含まれるため、周波数信号ごとに信号レベルを測定することとしてもよい。この場合には、それぞれの周波数に応じた基準レベルを設定し、減衰判定部１３は、周波数ごとに基準レベルと比較する。そして、２種類の周波数双方が基準レベルに満たないことが判明した場合に、ＨＡＲＴ通信信号が減衰していると判定する。これにより、減衰の判定精度をより高めることができる。
【００３７】
また、上述した実施形態では、ＨＡＲＴ通信対応機器１が減衰判定部１３を有しているが、減衰判定部１３は省略することができる。この場合には、信号送信処理部１４が、信号レベル測定部１２によって測定された信号レベルを応答信号に含め、この応答信号をＨＡＲＴ−ＩＯユニット２に送信する。そして、この応答信号を受信したＨＡＲＴ−ＩＯユニット２が、応答信号に含まれる信号レベルと、自ユニット２の基準レベルとを比較して、ＨＡＲＴ通信対応機器１に送信したＨＡＲＴ通信信号が減衰しているか否かを判定する。これにより、ＨＡＲＴ通信対応機器１の構成を簡素化することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１…ＨＡＲＴ通信対応機器、２…ＨＡＲＴ−ＩＯユニット、３…ＨＵＢ、４…機器監視装置、５…コントローラ、６…運転操作装置、７…ケーブル、８…通信ケーブル、９…通信バス、１１…信号受信処理部、１２…信号レベル測定部、１３…減衰判定部、１４…信号送信処理部。
【図１】
2012205270.tif 000003
【図２】
2012205270.tif 000004