(57)【要約】【課題】マルチケーブルにおけるチャンネル間クロストークの有無を確認する。【解決手段】入出力ユニットと複数のデバイスとの非通信状態において、マルチケーブルを成す第１のケーブルを通じて当該第１のケーブルに接続されたデバイス宛に信号を送信する処理と、前記第１のケーブルとは異なる第２のケーブルを通じて信号が受信されると、前記第１のケーブルへ送信した信号が前記第２のケーブルに干渉していると診断する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のデバイスと、入出力ユニットと、前記複数のデバイスのそれぞれを前記入出力ユニットに通信可能に接続する複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブルと、を備えたシステムに用いられる、前記マルチケーブルの診断装置であって、
前記入出力ユニットと前記複数のデバイスとの非通信状態において、前記マルチケーブルを成す第１のケーブルを通じて当該第１のケーブルに接続されたデバイス宛に信号を送信する送信部と、
前記第１のケーブルとは異なる第２のケーブルを通じて信号が受信されると、前記第１のケーブルへ送信した信号が前記第２のケーブルに干渉していると診断する診断制御部と、
を備えた、マルチケーブルの診断装置。
【請求項２】
前記送信部は、前記マルチケーブルを成すケーブルのすべてについて所定期間をおいて所定順序で前記送信を繰り返し、
前記診断制御部は、前記所定期間のそれぞれにおいて前記受信の有無を監視する、請求項１に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項３】
前記入出力ユニットは、信号の復調部を前記複数のケーブルのそれぞれに対応して備え、
前記診断制御部は、前記第２のケーブルに対応する前記復調部が動作しているか否かを監視することで前記受信の有無を監視する、請求項１又は２に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項４】
前記診断制御部は、前記復調部のキャリア検出信号が受信されると、前記復調部が動作していると判断する、請求項３に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項５】
前記診断制御部は、前記第２のケーブルに対する干渉が生じていると診断すると、
（１）前記第２のケーブルに対応する前記復調部の前記キャリア検出信号の受信感度を低下させる制御、
（２）前記第２のケーブルに対応する前記デバイス宛の信号の送信回数を増やす制御、及び、
（３）前記第２のケーブルに対応する前記デバイス宛の信号の送信周期を延ばす制御
の少なくともいずれかを実施する、請求項４に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項６】
前記入出力ユニットは、前記マルチケーブルを通じて並列的に前記デバイスとＨＡＲＴ通信可能なユニットである、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項７】
前記システムは、前記入出力ユニットと通信可能に接続され、前記入出力ユニットを通じて前記デバイスの状態を監視する機器監視ユニットを更に備え、
前記送信部が前記入出力ユニットに備えられ、
前記送信部は、前記機器監視ユニットからの要求に応じて前記送信の繰り返しを自律的に実行する、請求項２〜６のいずれか１項に記載のマルチケーブルの診断装置。
【請求項８】
複数のデバイスと、入出力ユニットと、前記複数のデバイスのそれぞれを前記入出力ユニットに通信可能に接続する複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブルと、を備えたシステムに用いられる、前記マルチケーブルの診断方法であって、
前記入出力ユニットと前記複数のデバイスとの非通信状態において、前記マルチケーブルを成す第１のケーブルを通じて当該第１のケーブルに接続されたデバイス宛に信号を送信する処理と、
前記第１のケーブルとは異なる第２のケーブルを通じて信号が受信されると、前記第１のケーブルへ送信した信号が前記第２のケーブルに干渉していると診断する処理と、
を有する、マルチケーブルの診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブル内の信号干渉の有無を診断する技術に関する。
【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。
【０００３】
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及び入出力（ＩＯ）ユニットとして、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）（登録商標）通信機能を搭載したものが採用されている。Ｉ／Ｏモジュールには、複数のチャンネル（例えば１６チャンネル等）をサポートし、複数のフィールド機器と同時通信が可能なものもある。Ｉ／Ｏモジュールと複数のフィールド機器との接続には、複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブルが用いられることがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
Ｉ／Ｏモジュールと複数のフィールド機器との接続にマルチケーブルが用いられると、マルチケーブル内の複数のケーブル間（別言すると、チャンネル間）で信号の干渉（クロストーク）が発生する可能性がある。
【０００６】
クロストークの発生要因の一つは、例えば、ケーブル単位長（ｍ）あたりの容量（ｐＦ／ｍ）、ケーブル長、マルチケーブルにおける個別ケーブルの絶縁被覆の誘電率によって決まる容量成分である。例えば、ポリエチレンよりも塩化ビニルの方が誘電率が高いので、個別ケーブルの絶縁被覆に塩化ビニルを用いると、ポリエチレンを用いる場合よりも容量成分が大きくなる。そのため、チャンネル間のクロストークが発生し易くなる。クロストークが発生すると、通信の正常性が妨げられる場合がある。
【０００７】
新設の設備の場合には、使用するマルチケーブルのケーブル長を制限したり、誘電率のより小さい絶縁被覆を用いたケーブルを選択したりすることで、クロストークを防止あるいは最小にできる。しかし、既設の設備にＨＡＲＴ通信機能を追加、拡張する場合には、既設のマルチケーブルをそのまま使わざるを得ないことがある。その場合、実際に使用（通信）してみないと、クロストークの有無は確認できない。
【０００８】
本発明の目的の一つは、マルチケーブルにおけるチャンネル間クロストークの有無を容易に確認できるようにすることにある。
【０００９】
なお、前記目的に限らず、後述する発明を実施するための形態に示す各構成により導かれる作用効果であって、従来の技術によっては得られない作用効果を奏することも本発明の他の目的の一つとして位置付けることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のマルチケーブルの診断装置の一態様は、複数のデバイスと、入出力ユニットと、前記複数のデバイスのそれぞれを前記入出力ユニットに通信可能に接続する複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブルと、を備えたシステムに用いられる、前記マルチケーブルの診断装置であって、前記複数のデバイスと前記入出力ユニットとの非通信状態において、前記マルチケーブルを成す第１のケーブルを通じて当該第１のケーブルに接続されたデバイス宛に信号を送信する送信部と、前記第１のケーブルとは異なる第２のケーブルを通じて信号が受信されると、前記第１のケーブルへ送信した信号が前記第２のケーブルに干渉していると診断する診断制御部と、を備える。
【００１１】
ここで、前記送信部は、前記マルチケーブルを成すケーブルのすべてについて所定期間をおいて所定順序で前記送信を繰り返し、前記診断制御部は、前記所定期間のそれぞれにおいて前記受信の有無を監視する、こととしてもよい。
【００１２】
また、前記入出力ユニットは、信号の復調部を前記複数のケーブルのそれぞれに対応して備え、前記診断制御部は、前記第２のケーブルに対応する前記復調部が動作しているか否かを監視することで前記受信の有無を監視する、こととしてもよい。
【００１３】
例えば、前記診断制御部は、前記復調部のキャリア検出信号が受信されると、前記復調部が動作していると判断する、こととしてもよい。
【００１４】
また、前記診断制御部は、前記第２のケーブルに対する干渉が生じていると診断すると、（１）前記第２のケーブルに対応する前記復調部の前記キャリア検出信号の受信感度を低下させる制御、（２）前記第２のケーブルに対応する前記デバイス宛の信号の送信回数を増やす制御、及び、（３）前記第２のケーブルに対応する前記デバイス宛の信号の送信周期を延ばす制御、の少なくともいずれかを実施する、こととしてもよい。
【００１５】
さらに、前記入出力ユニットは、前記マルチケーブルを通じて並列的に前記デバイスとＨＡＲＴ通信可能なユニットであってもよい。
【００１６】
また、前記システムは、前記入出力ユニットと通信可能に接続され、前記入出力ユニットを通じて前記デバイスの状態を監視する機器監視ユニットを更に備え、前記送信部が前記入出力ユニットに備えられ、前記送信部は、前記機器監視ユニットからの要求に応じて前記送信の繰り返しを自律的に実行する、こととしてもよい。
【００１７】
次に、本発明のマルチケーブルの診断方法の一態様は、複数のデバイスと、入出力ユニットと、前記複数のデバイスのそれぞれを前記入出力ユニットに通信可能に接続する複数のケーブルが一纏めになったマルチケーブルと、を備えたシステムに用いられる、前記マルチケーブルの診断方法であって、前記複数のデバイスと前記入出力ユニットとの非通信状態において、前記マルチケーブルを成す第１のケーブルを通じて当該第１のケーブルに接続されたデバイス宛に信号を送信する処理と、前記第１のケーブルとは異なる第２のケーブルを通じて信号が受信されると、前記第１のケーブルへ送信した信号が前記第２のケーブルに干渉していると診断する処理と、を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るプロセス管理システムの一例を示す図である。
【図２】図１に例示するＨＡＲＴ通信対応の入出力ユニットの構成例を示すブロック図である。
【図３】図２に例示するスマート通信（ＨＡＲＴ通信）処理部の構成例を示すブロック図である。
【図４】一実施形態に係るマルチケーブルにおける正常時の通信シーケンスを説明する図である。
【図５】一実施形態に係るマルチケーブルにおける異常時の通信シーケンスを説明する図である。
【図６】一実施形態に係るマルチケーブルにおける異常時の通信シーケンスを説明する図である。
【図７】マルチケーブルにおける正常時の通信信号波形を例示する図である。
【図８】マルチケーブルにおいてチャンネル間干渉（クロストーク）が発生した様子を例示する図である。
【図９】チャンネル間クロストークの発生要因の一つを説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。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意図はない。即ち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形（各実施例を組み合わせる等）して実施することができる。また、以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。図面は模式的なものであり、必ずしも実際の寸法や比率等とは一致しない。図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることがある。
【００２０】
〔１〕一実施形態の説明
（システム構成）
図１は、一実施形態に係るプロセス管理システムの一例を示す図である。図１に示すプロセス管理システム１は、例示的に、スマート通信に対応した１又は複数のフィールド機器１０や、スマート通信には非対応であるが他の種類の通信に対応した１又は複数のフィールド機器１２を備える。なお、「フィールド機器」は「デバイス」の一例である。
【００２１】
「スマート通信」の一例は、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに準拠したＨＡＲＴ通信やフィールドバス通信プロトコルに準拠したフィールドバス通信である。「他の種類の通信」の一例は、後述するＸｂｕｓ等の独自規格の通信である。ＨＡＲＴ通信、フィールドバス通信及び独自規格の通信は、いずれもデジタル通信の一例である。
【００２２】
フィールド機器１０や１２の一例としては、発信器やポジショナ（アクチュエータ）が挙げられる。発信器の一例は、流量センサ、圧力センサ、温度センサ等の各種センサである。ポジショナの一例は、電気信号を例えば制御目的の空気圧力に応じた信号に変換し、当該信号に従って流量制御弁や圧力制御弁等のバルブの位置制御を行なう。
【００２３】
また、プロセス管理システム１には、ＨＡＲＴ通信対応の１又は複数の入出力（ＩＯ）ユニット（以下「ＨＡＲＴ−ＩＯ」と表記することがある。）１１、ＨＡＲＴ通信非対応の１又は複数の入出力（ＩＯ）ユニット１３、機器監視ユニット１５、リンクモジュール１５Ａ、コントローラ１７、及び、運転操作ユニット１９等を備えることができる。
【００２４】
概略的に、運転操作ユニット１９は、コントローラ１７、ＩＯユニット１１及び１３を介してフィールド機器１０及び１２とそれぞれ通信することができる。当該通信によって、運転操作ユニット１９は、フィールド機器１０及び１２の測定値を取得したり、当該測定値に基づいてフィールド機器１０及び１２へ設定値や制御値を与えたりすることができる。別言すると、コントローラ１７及び運転操作ユニット１９は、ＩＯユニット１１及び１３を経由する第１の通信路を通じてプロセスを制御する制御系統の一例を成す。
【００２５】
これに対し、機器監視ユニット１５は、例えば、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１を介してＨＡＲＴ通信対応のフィールド機器１０と通信することができる。当該通信によって、機器監視ユニット１５は、例えばフィールド機器１０の状態を示す情報（例えば、プロセス情報や故障情報等）を取得することができる。別言すると、機器監視ユニット１５は、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１を経由する第２の通信路を通じてＨＡＲＴ通信に対応したフィールド機器（以下「ＨＡＲＴ通信対応機器」と表記することがある。）１０の状態等を監視する監視系統の一例を成す。
【００２６】
また、機器監視ユニット１５は、ＴＣＰ／ＵＤＰ通信路１６及びＨＡＲＴ−ＩＯ１１を通じてフィールド機器１０と通信し、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１とフィールド機器１０との接続のチャンネル間クロストークの有無を診断する「チャンネル間クロストーク診断制御部」１５１としての機能を具備する。チャンネル間クロストーク診断制御部（以下、単に「診断制御部」ともいう。）１５１は、リンクモジュール１５Ａ内に備えてもよいし、ＩＯユニット１１内（例えば図３により後述する第１制御部２１）に備えてもよい。
【００２７】
ＨＡＲＴ−ＩＯ１１、機器監視ユニット１５、リンクモジュール１５Ａ、コントローラ１７、及び、運転操作ユニット１９は、所定の通信路１６に接続することができる。通信路１６の一例は、ＴＣＰ（Transmission Control Protocol）又はＵＤＰ（User Datagram Protocol）に準拠したデジタル通信が可能なＴＣＰ／ＵＤＰ通信路である。
【００２８】
ＴＣＰ／ＵＤＰ通信路（デジタル通信路）１６の一例としては、イーサネット（登録商標）通信路（ケーブル）が挙げられる。したがって、運転操作ユニット１９は、例えば、機器監視ユニット１５やコントローラ１７等とＴＣＰ／ＵＤＰ通信が可能であり、機器監視ユニット１５は、例えばリンクモジュール１５ＡやＩＯユニット１１等とＴＣＰ／ＵＤＰ通信（例えばイーサネット通信）が可能である。
【００２９】
コントローラ１７には、例示的に、所定の通信路１８を介してＩＯユニット１１及び１３を相互通信可能に接続することができる。通信路１８の一例は、コントローラ１７及びＩＯユニット１３の通信機能に特化した独自規格のＸｂｕｓである。Ｘｂｕｓは、コントローラ１７とＩＯユニット１３との間でデジタル通信を可能にするデジタル通信路の一例である。
【００３０】
ＨＡＲＴ−ＩＯ１１には、ＨＡＲＴ通信対応機器１０を接続することができる。ＨＡＲＴ通信非対応のＩＯユニット１３には、ＨＡＲＴ通信非対応のフィールド機器１２を接続することができる。これらの接続には、アナログ直流信号（例えば、４ｍＡ〜２０ｍＡ）を伝送するアナログ伝送路を用いることができる。
【００３１】
アナログ伝送路には、複数のケーブル（例えば送受信で２５ペアの計５０本）の束を一纏めにしたマルチケーブル１４を用いることができる。マルチケーブル１４を用いると、工事費を安価にできたり、ケーブル管理を容易にできたりする。なお、マルチケーブル１４において例えば送受信で１ペアのケーブルが１チャンネルに相当すると考えることができる。
【００３２】
アナログ直流信号は、フィールド機器１０やフィールド機器１２に応じた変数を表す信号の一例である。変数の一例としては、流量計、圧力計、温度計等のフィールド機器１０で得られる流量、圧力、温度等の測定値や、ポンプやバルブ等の弁開度等の制御値が挙げられる。
【００３３】
したがって、フィールド機器（以下「デバイス」ともいう）１０及び１２は、測定値に応じた電流値（４〜２０ｍＡ）のアナログ直流信号を、ＩＯユニット（以下「ＩＯモジュール」ともいう）１１及び１３を介してコントローラ１７へ送信することができ、また、コントローラ１７からＩＯユニット１１及び１３を介して送信されてくる設定値や制御値等に応じた電流値（４〜２０ｍＡ）のアナログ直流信号を受信することができる。
【００３４】
ここで、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１及びフィールド機器１０は、上記アナログ直流信号にデジタル信号を重畳した信号を互いに伝送することができる。別言すると、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１及びフィールド機器１０は、アナログ直流信号（４〜２０ｍＡ）によるアナログ伝送とデジタル信号によるデジタル通信とを行なうことができる。
【００３５】
アナログ直流信号に重畳されるデジタル信号は、例示的に、ＨＡＲＴ通信対応機器１０において取得可能な各種データを表す信号である。各種データの一例としては、ＨＡＲＴ通信対応機器１０の状態を示す情報（例えば、プロセス情報や機器１０の状態を示す情報等）が挙げられる。なお、ＨＡＲＴ通信対応機器１０の測定値や制御値等を各種データに含めてもよい。
【００３６】
ＨＡＲＴ通信プロトコルでは、４〜２０ｍＡのアナログ直流信号に、２種類の周波数信号（例えば、１２００Ｈｚと２２００Ｈｚ）でデジタル値の０及び１をそれぞれ表すように変換（例えば位相変調）されたデジタル信号を重畳する。
【００３７】
ＨＡＲＴ−ＩＯ１１（又はフィールド機器１０）は、このようにデジタル信号が重畳されたアナログ直流信号をフィールド機器１０（又はＨＡＲＴ−ＩＯ１１）から受信すると、受信した信号をアナログ直流信号とデジタル信号とに分離する。これにより、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１（又はフィールド機器１０）は、分離した信号のそれぞれが示す値やデータを取得することができる。
【００３８】
次に、上述したようなＨＡＲＴ−ＩＯ１１の構成例を図２に示す。図２に示すＨＡＲＴ−ＩＯ１１は、例示的に、Ｘｂｕｓ１８との接続を提供するインターフェース（ＩＦ）１１０、演算部１１１、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）１１２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１３、メモリ１１４、及びスマート通信（ＨＡＲ通信）処理部１１５を備える。
【００３９】
なお、スマート通信（ＨＡＲＴ通信）処理部１１５は、ＩＯユニット１１とは独立した外部ユニットとしてもよい。外部ユニットとすることで、例えば、既存のＨＡＲＴ通信非対応のＩＯユニット１３に当該外部ユニットを接続することで、ＩＯユニット１３を容易にＨＡＲＴ通信に対応させることができる。
【００４０】
概略的に、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１を経由したコントローラ１７とフィールド機器１０との間の通信は、ＩＦ１１０、演算部１１１、ＡＤＣ１１２又はＤＡＣ１１３、及びＨＡＲＴ通信処理部１１５を経由するルートで行なわれる。
【００４１】
なお、演算部１１１は、ＡＤＣ１１２から入力されたデジタル信号とＤＡＣ１１３へ与えるデジタル信号をメモリ１１４に記憶する。別言すると、メモリ１１４には、フィールド機器１０に与える制御値やフィールド機器１０から取得した測定値等の情報を記憶しておくことができる。
【００４２】
コントローラ１７（運転操作ユニット１９）とフィールド機器１０との間の上記通信に対し、ＩＯユニット１１を経由した機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）とフィールド機器１０との間の通信は、ＨＡＲＴ通信処理部１１５を経由するルートで行なわれる。
【００４３】
ＨＡＲＴ通信処理部１１５は、例えば図３に示すように、第１制御部２１と、第２制御部２２−１〜２２−ｎ（ｎはチャンネル数を表わす２以上の整数であり、例えばｎ＝１６である。）と、変復調部２３−１〜２３−ｎと、分離重畳部２４−１〜２４−ｎと、ｎチャンネルに対応したチャンネルスロット（以下単に「スロット」ともいう）２５−１〜２５−ｎと、を備える。なお、第２制御部２２−ｉ（ｉ＝１〜ｎのいずれか）、変復調部２３−ｉ、分離重畳部２４−ｉ、及びスロット２５−ｉのそれぞれについて、特に区別する必要がない場合には、それぞれ単に第２制御部２２、変復調部２３、分離重畳部２４、及びスロット２５と記載する。
【００４４】
第２制御部２２、変復調部２３および分離重畳部２４は、チャンネル毎に設けられ、これらが「ＨＡＲＴ送受信部」を構成する。別言すると、ｎチャンネル分のＨＡＲＴ送受信部を、第１制御部２１の下位側に並列して接続する。ＨＡＲＴ送受信部は、例えばスロット２５を介して受信したＨＡＲＴ通信信号から周波数信号を取り出し、周波数信号に対応するデジタル信号を第１制御部２１に送信する。また、ＨＡＲＴ送受信部は、第１制御部２１から受信したデジタル信号に対応する周波数信号を、フィールド機器１０宛てのアナログ直流信号に重畳してスロット２５へ送信する。
【００４５】
分離重畳部２４は、図示を省略するが、４〜２０ｍＡのアナログ信号を直流信号と周波数信号とに分離する分離部と、直流信号に周波数信号を重畳して４〜２０ｍＡのアナログ信号を生成する重畳部と、を備えてよい。分離重畳部２４は、変復調部２３との間で周波数信号を送受信し、直流信号を、例えば図２に示したＡＤＣ１１２、演算部１１１及びＩＦ１１０を通じて、外部機器の一例であるコントローラ１７に伝達することができる。
【００４６】
変復調部２３は、物理的には、例えばＨＡＲＴモデムで構成してよい。変復調部２３は、周波数信号とデジタル信号との変換処理を実行する。変換処理としては、例えば、０と１とで表されるデジタル信号を、２２００Ｈｚの信号と１２００Ｈｚの信号とで表される周波数信号に変換する処理が該当する。また、２２００Ｈｚの信号と１２００Ｈｚの信号とで表される周波数信号を、０と１とで表されるデジタル信号に変換する処理が該当する。
【００４７】
第２制御部２２は、物理的には、例えばＣＰＵおよび周辺デバイスで構成してよい。第２制御部２２は、ＨＡＲＴ送受信部と第１制御部２１との間で行なう信号の送受信を制御する。第２制御部２２と変復調部２３とは、例示的に複数（例えば４本）の信号ライン（図３参照）で接続してよい。第２制御部２２と第１制御部２１との間は、専用バス（例えば１００ｋｂｐｓ）で接続してよい。
【００４８】
第２制御部２２と変復調部２３とを接続する上記信号ラインには、変復調部２３が変復調動作を実施していることを示す出力キャリア検出（ＯＣＤ：Output Carrier Detection）信号ライン、第２制御部２２からみて変復調部２３で復調されたＨＡＲＴ信号（データ）を受信する受信データ（ＲＸＤ）ライン、第２制御部２２から変復調部２３へリクエスト信号を送信するリクエスト送信（ＲＴＳ）信号ライン、及び、第２制御部２２から変復調部２３へＨＡＲＴ信号（データ）を送信する送信データ（ＴＸＤ）ラインが含まれる。なお、図３には、第２制御部２２−１と変復調部２３−１との間についてのみ上記４ラインを代表例として図示している。
【００４９】
第２制御部２２は、ＯＣＤ信号ラインを通じてキャリア検出信号を受信すると、対応する変復調部２３が反応（動作）していることを認識し、その旨を第１制御部２１へ通知（「ＯＣＤ検出イベント通知」ともいう。）することができる。
【００５０】
第１制御部２１は、物理的には、例えばＣＰＵおよび周辺デバイスで構成してよい。第１制御部２１は、上位側の機器の一例である、図２に例示した機器監視ユニット１５（及び／又はリンクモジュール１５Ａ）との間でＴＣＰ／ＵＤＰ通信路１６を通じて行なう通信を制御する。第１制御部２１は、いずれかの第２制御部２２からキャリア検出信号の受信が通知されると、当該第２制御部２２に対応するチャンネルの変復調部２３が動作していることを例えば機器監視ユニット１５の診断制御部１５１に通知することができる。
【００５１】
なお、変復調部２３と分離重畳部２４との間には、両者間の伝送信号を所定の信号レベルに増幅する増幅器（図示省略）を設けてもよい。当該増幅器は利得可変増幅器としてよい。利得可変増幅器を用いれば、変復調部２３への入力信号レベルをチャンネル別に調整することができる。したがって、変復調部２３でのキャリア検出感度をチャンネル別に間接的に調整することができる。もっとも、キャリア検出感度を直接的に調整できるような仕組みを変復調部２３に組み込んでおいてもよい。
【００５２】
上述のごとく構成されたＨＡＲＴ通信処理部１１５では、例えば各種のフィールド機器１０から送信されるＨＡＲＴ信号を、チャンネル毎に設けられたＨＡＲＴ送受信部でそれぞれ処理し、処理後の信号を、第１制御部２１を介して上位側の機器の一例である機器監視ユニット１５に送信することができる。これにより、処理時間を要するＨＡＲＴ送受信部での処理を、複数チャンネルについての処理を並列的に実行することが可能となる。したがって、ＨＡＲＴ通信による処理待ち時間を短縮して、システムの処理遅延を低減することが可能となる。
【００５３】
ここで、複数チャンネルの信号を切り替えて選択的に伝送するマルチプレクサでは、チャンネル間クロストークによる影響は考慮しなくても構わない。しかし、上述のごとく複数チャンネルについての処理を並列的に実行できる場合には考慮した方がよい。ＨＡＲＴ−ＩＯ１１とＨＡＲＴ通信対応機器１０とを接続するマルチケーブル１４において、チャンネル間クロストークが発生すると、正常な通信が妨げられる（例えば、特定のチャンネルにおける通信の周期性が崩れる）おそれがあるからである。
【００５４】
正常な通信が妨げられる場合（通信異常時）の例としては以下の２つの場合が挙げられる。
【００５５】
（１）１つは、干渉の影響を受けるチャンネルが通信状態にある場合で、干渉波形が本来のリクエスト及びレスポンスの一方又は双方に重畳してしまい当該信号の波形が崩れてフレーム破壊が生じる場合である。
【００５６】
（２）もう１つは、干渉の影響を受けるチャンネルが非通信状態にある場合で、干渉波形によりキャリア検出が発生したと変復調部２３が誤動作し、干渉源であるチャンネルにおける本来のタイミング（周期）での信号送信を妨げてしまう場合である。
【００５７】
チャンネル間クロストークの発生要因の一つは、例えば、ケーブル単位長（ｍ）あたりの容量（ｐＦ／ｍ）、ケーブル長、マルチケーブル１４を成す個別ケーブルの絶縁被覆の誘電率によって決まる容量成分である。当該容量成分には、フィールド機器１０のアース間容量が含まれる場合もある（図９参照）。すなわち、フィールド機器１０のアースが共通になっている（例えば、サージ対策等のために同じ配管等に接続されている）と、共通アースを通じて他チャンネルに信号が回り込んでしまう場合がある。
【００５８】
図７に、正常な通信時のチャンネル信号（電圧）波形の一例を示し、図８に、チャンネル間クロストークが発生した様子を模式的に例示する。図７及び図８には、第１チャンネル（ｃｈ１）と第２チャンネル（ｃｈ２）とについての信号（電圧）波形を例示している。
【００５９】
図７に例示する信号波形は、所定周期（例えば１秒周期）で通信が行なわれている（リクエスト信号及びレスポンス信号がそれぞれ所定タイミングで繰り返し伝送されている）様子を例示している。
【００６０】
一方、図８では、第２チャンネルの信号が第１チャンネルに干渉し、且つ、第１チャンネルの信号が第２チャンネルの信号に干渉している。図８から分かるように、チャンネル間クロストークが発生すると、図７に例示する本来の通信の周期性（例えば１秒周期の通信）が図８に例示するように崩れてしまう。結果として、所定の周期が守れなくなり、正常な通信が妨げられる場合が生じる。
【００６１】
なお、図８の例は、両チャンネル間で相互に干渉が発生し、両チャンネルについての通信の周期性が崩れてしまっている例であるが、一方のチャンネルについての通信の周期性のみが崩れてしまう場合もある。
【００６２】
また、図７及び図８では、第１チャンネル（ｃｈ１）と第２チャンネル（ｃｈ２）とで信号波形の振幅（最大振幅）に差があるが、これは各チャンネルに異なるデバイス１０が接続されて受信インピーダンス等が異なることに起因している。したがって、例えば、各チャンネルに同じフィールド機器１０を接続すれば、各チャンネルの信号波形の振幅差は最小（理想的にはゼロ）にできる。
【００６３】
以上に説明したようなマルチケーブル１４におけるチャンネル間クロストークの発生を鑑みて、本実施形態では、チャンネル間クロストーク診断制御部１５１を用いる。すなわち、当該診断制御部１５１を用いて、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１とＨＡＲＴ通信対応機器１０とを接続するマルチケーブル１４内においてチャンネル間クロストークが発生するか否かを診断する。
【００６４】
以下、診断制御部１５１による診断手順について説明する。
【００６５】
図４は、正常時のコマンド（リクエスト及びレスポンス）送受信状態の一例を示す。図４の各横軸は時間を示す。図４（ａ）は、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）と第１制御部２１との間の通信状態を示すチャートである。図４（ｂ）は、ＴＣＰ／ＵＤＰ通信路１６を通じたイーサネット通信の状態を示すチャートである。
【００６６】
図４（ｃ）は、第１制御部２１での処理状態を示すチャートである。図４（ｄ）は、第１制御部２１と第２制御部２２との間の通信（チップ間通信）の状態を示すチャートである。図４（ｅ）は、第２制御部２２（例えば、第２制御部２２−１）での処理状態を示すチャートである。図４（ｆ）は、例えば“ｃｈ１”のＨＡＲＴ通信／処理状態を示すチャートである。
【００６７】
図４において、“１”は、“ｃｈ１”用の処理（例えばリクエストの送信、当該リクエストに対するレスポンスの送信等）であることを模式的に示している。すなわち、図４においては、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）から送信された“ｃｈ１”のリクエスト信号が、イーサネット通信、第１制御部２１、チップ間通信、第２制御部２２−１、ＨＡＲＴ通信の順に伝送され、当該リクエスト信号に対する応答信号が、逆順に機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）へ伝送される様子を例示している。なお、エラー判断は、第１制御部２１や第２制御部２２で行ない、イベントやステータスのみを機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）に送信するようにしてもよい。
【００６８】
これに対し、図５及び図６には、異常時のコマンド送受信状態の一例をそれぞれ示す。図５及び図６の各横軸は時間を示す。図５（ａ）及び図６（ａ）は、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）と第１制御部２１との間の通信状態を示すチャートである。図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、ＴＣＰ／ＵＤＰ通信路１６を通じたイーサネット通信の状態を示すチャートである。
【００６９】
図５（ｃ）及び図６（ｃ）は、第１制御部２１での処理状態を示すチャートである。図５（ｄ）及び図６（ｄ）は、第１制御部２１と第２制御部２２との間の通信（チップ間通信）の状態を示すチャートである。図５（ｅ）及び図６（ｅ）は、第２制御部２２（例えば、“ｃｈ１”に対応する第２制御部２２−１）での処理状態を示すチャートであり、図５（ｆ）及び図６（ｆ）は、他のチャンネルに対応する第２制御部２２（例えば“ｃｈ２”に対応する第２制御部２２−２）での処理状態を示すチャートである。図５（ｇ）及び図６（ｇ）は、例えば“ｃｈ１”のＨＡＲＴ通信／処理状態を示すチャートであり、図５（ｈ）及び図６（ｈ）は、例えば“ｃｈ２”のＨＡＲＴ通信／処理状態を示すチャートである。
【００７０】
ここで、「異常時」とは、例えば、図４に例示したような周期的な通信に遅延等が発生する場合を意味し、既述のように、或るチャンネルから干渉を受けるチャンネルが通信状態に無い場合と有る場合とでそれぞれ発生し得る。
【００７１】
すなわち、（１）干渉の影響を受けるチャンネルが通信状態にある場合で、干渉波形が本来のリクエスト及びレスポンスの一方又は双方に重畳してしまい当該信号の波形が崩れてフレーム破壊が生じる場合と、（２）干渉の影響を受けるチャンネルが非通信状態にある場合で、干渉波形によりキャリア検出が発生したと変復調部２３が誤動作し、本来のタイミング（周期）での信号送信を妨げてしまう場合とがある。
【００７２】
上記（１）の場合の通信シーケンス例が図６に、上記（２）の場合の通信シーケンス例が図５に、それぞれ例示されている。
【００７３】
まず、図５について説明する。第２チャンネルが非通信状態にある時に、図５（ｈ）に例示するように、第１チャンネル（ｃｈ１）のリクエスト信号及びレスポンス信号それぞれに起因する干渉信号４０１及び４０２が第２チャンネル（ｃｈ２）のＨＡＲＴ通信に発生したとする。
【００７４】
すると、第２チャンネルに対応する変復調部２３−２において干渉信号４０１及び４０２のそれぞれについてキャリア誤検出が発生する。これにより、第２制御部２２−２において機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）宛の信号（図５において“２′”及び“２″”で示す。）が誤って生成、送信されてしまう。
【００７５】
その結果、図５（ｆ）〜図５（ａ）に例示するように、第１チャンネルのレスポンス信号の前に誤って生成された第２チャンネルについて誤って生成された信号が割り込んでしまう。そのため、第１チャンネルの本来の周期通信に遅延が発生し、所定の周期性が守れなくなる（正常な通信が妨げられる）。
【００７６】
一方、例えば図６（ｈ）に符号４０３で示すように、通信状態にある第２チャンネルのレスポンス信号に第１チャンネルのリクエスト信号及びレスポンス信号の一方又は双方の信号波形が干渉したとする。
【００７７】
すると、第２チャンネルのレスポンス信号の一部又は全部（図６（ｈ）の例では後半部分）が破壊（波形変形）される（フレーム破壊）。そのため、例えば図６（ｆ）に示すように、第２チャンネルに対応する第２制御部２２−２において、チェックサム（ＣＳ）エラー等（誤り検出）が発生し、当該レスポンス信号（フレーム）は無効なフレームと判断される。
【００７８】
当該判断の結果として、リトライ信号が生成され、図６（ｆ）〜図６（ａ）の“２′”で例示するように、当該リトライ信号が機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）宛に伝送される。リトライ信号の伝送（割り込み）により、第１チャンネルの本来の周期通信に遅延が発生し、所定の周期性が守れなくなる（正常な通信が妨げられる）。
【００７９】
以上説明したような通信異常の原因となるチャンネル間クロストークの有無を確認するために、本実施形態では、例示的に、以下の手順を実施する。
（１）まず、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１とフィールド機器１０とがマルチケーブル１４によって接続された状態とする。
【００８０】
（２）ＨＡＲＴ−ＩＯ１１（ＨＡＲＴ通信処理部１１５）をマルチケーブル診断モードとする。すなわち、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１と各フィールド機器１０との間のＨＡＲＴ通信をすべて非通信状態とする。
【００８１】
（２−１）機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）の診断制御部１５１は、診断要求コマンドを例えばイーサネット通信によりＨＡＲＴ−ＩＯ１１宛に送信する。
【００８２】
（２−２）診断要求コマンドは、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１のＨＡＲＴ通信処理部１１５（第１制御部２１）で受信される。第１制御部２１は、診断要求コマンドを受信すると、例えば、１６チャンネル（ｃｈ１−ｃｈ１６）分の第２制御部２２−ｉのいずれか１つ（例えばｃｈ１に対応する第１制御部２２−１）にＨＡＲＴ信号（リクエスト信号）をフィールド機器１０宛に出力するよう要求する。残りのチャンネル（例えばｃｈ２−１６ｃｈ）についてはＨＡＲＴ通信を停止するよう第１制御部２１は第２制御部２２に要求する。これにより、第２制御部２２−１（ｃｈ１）に対応するＨＡＲＴ送受信部によりＨＡＲＴ信号が対応するフィールド機器１０へ送信される。
【００８３】
（２−３）その後、第１制御部２１は、ｃｈ１についてのリクエスト信号と当該リクエスト信号に対するフィールド機器１０からのレスポンス信号とが他のチャンネルに干渉していないかどうかを監視する。当該監視は、例示的に、残りのｃｈ２−１６ｃｈにキャリア検出信号が発生し、当該チャンネルに対応するいずれかの変復調部２３−２〜２３−１６が動作（反応）しているか否かを予め決められた期間（一定時間）において監視することで実施する。当該監視期間において変復調部２３−２〜２３−１６のいずれかが動作していれば、例えば第１制御部２１にてｃｈ１以外の信号（レスポンス信号やＯＣＤ検出イベント通知等）が受信されるから、ｃｈ１の信号が対応する他チャンネル（例えば図５に例示したごとくｃｈ２）に干渉していることが確認される。
【００８４】
（２−４）次に、第１制御部２１は、上記監視期間が経過すると、ｃｈ１に対応する第２制御部２２−１とは異なるチャンネル（例えばｃｈ２）に対応する第２制御部２２−２にＨＡＲＴ信号（リクエスト信号）をフィールド機器１０宛に出力するよう要求する。残りのチャンネル（例えばｃｈ１及びｃｈ３−ｃｈ１６）についてはＨＡＲＴ通信を停止するよう第１制御部２１は第２制御部２２に要求する。これにより、第２制御部２２−２（ｃｈ２）に対応するＨＡＲＴ送受信部によりＨＡＲＴ信号が対応するフィールド機器１０へ送信される。
【００８５】
（２−５）その後、第１制御部２１は、ｃｈ２についてのリクエスト信号と当該リクエスト信号に対するフィールド機器１０からのレスポンス信号とが他のｃｈ１及びｃｈ３−ｃｈ１６に干渉していないかどうかを上記（２−３）と同様にして監視する。監視期間において変復調部２３−１及び２３−３〜２３−１６のいずれかが動作していれば、例えば第１制御部２１にてｃｈ２以外の信号（レスポンス信号やＯＣＤ検出イベント通知等）が受信されるから、ｃｈ２の信号が他チャンネルに干渉していると診断（確認）される。
【００８６】
（２−６）以降、第１制御部２１は、すべてのチャンネルについて、上記（２−３）〜（２−５）の処理を繰り返すことにより、干渉の有無を確認する。確認結果のデータは第１制御部２１から診断制御部１５１へ通知される。当該通知は、チャンネル毎に行なってもよいし、複数チャンネル分をまとめて行なってもよい。
【００８７】
（２−７）仮に干渉が発生したならば、干渉元のチャンネルと干渉を受けるチャンネルとを特定する。当該特定は、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）における診断制御部１５１で行なってもよいし、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１（ＨＡＲＴ通信処理部１１５）における第１制御部２１で行なって、その結果を診断制御部１５１へ通知してもよい。
【００８８】
（２−８）診断制御部１５１は、特定された干渉元のチャンネル及び干渉を受けるチャンネルの情報に基づいて、対策を例えば機器監視ユニット１５のユーザーに提示する。
【００８９】
なお、上述した例では、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）から診断要求コマンドを受信したＨＡＲＴ−ＩＯ１１（ＨＡＲＴ通信処理部１１５の第１制御部２１）が、すべてチャンネルについての診断を自律的に実施している。
【００９０】
したがって、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）は、診断要求コマンドをＨＡＲＴ−ＩＯ１１宛てに１回だけ送信すればよいので、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）の処理負荷やＴＣＰ／ＵＤＰ通信路１６の通信負荷（トラフィック量）を低減できる。
【００９１】
ただし、機器監視ユニット１５（又はリンクモジュール１５Ａ）から診断要求コマンドをチャンネル毎にＨＡＲＴ−ＩＯ１１宛に送信することを排除するものではない。
【００９２】
マルチケーブル１４においていずれかのチャンネル間で干渉が生じていると診断された場合の対策の一例としては、以下が挙げられる。
【００９３】
（ａ）ケーブルを干渉の発生しないマルチケーブルに交換する。
【００９４】
（ｂ）干渉源のチャンネルについてはマルチケーブルを使用せずに別のツイストケーブルで接続する。
【００９５】
（ｃ）チャンネル毎のマルチケーブル１４内の引き回しを変更して、干渉が発生しない組み合わせを見つける。
【００９６】
（ｄ）ＨＡＲＴ通信を使わないフィールド機器がシステムに含まれるなら、干渉の影響を受けるチャンネル（スロット２５）に当該機器を接続する。別言すると、ＨＡＲＴ通信対応機器は当該チャンネル（スロット２５）に接続しないこととする（接続を制限する）。
【００９７】
（ｅ）干渉の影響を受けるチャンネルについてのリクエスト信号の送信回数（リトライ回数）を増やしたり、送信周期を延ばしたりする制御を実施することで、チャンネル間干渉の発生確率を低減する。
【００９８】
（ｆ）例えば既述のようにキャリア検出感度／増幅器利得をチャンネル別に調整（例えば低く）できる仕組みを実装しておくことで、チャンネル間干渉で変復調部２３が動作して、本来の信号がとれない不適合を未然に防ぐ。
【００９９】
（ｇ）チャンネル間干渉が発生しないように、干渉元のチャンネル又は干渉の影響を受けるチャンネルに対して、絶縁器（アイソレータ）等を接続して当該チャンネル間の結合を切る。
【０１００】
以上の対策は適宜に組み合わせて実施してよい。また、対策（ｅ）及び（ｆ）については、ＨＡＲＴ−ＩＯ１１内（例えば、ＨＡＲＴ通信処理部１１５の第１制御部２１）に実装しておき、自動的に設定を変更し、チャンネル間干渉の影響が生じないシステム構成を自律的に選択できるようにしてもよい。
【０１０１】
以上のように、本実施形態によれば、マルチケーブルにおけるチャンネル間クロストークの有無を容易に確認できるので、例えば、既設の設備にＨＡＲＴ通信機能を追加、拡張等する場合に、プラントの本稼働前に、マルチケーブル１４を用いた通信の健全性を判別することができる。
【０１０２】
現場（プラント）では、マルチケーブル１４の引き回しを変更したり、引き直したりすることは難しく、実際にどのように配線されているかは、施設した担当者しか分からないケースがあり、実際に通信を実施してみないと分からないケースが多い。
【０１０３】
そのようなケースであっても、上述した実施形態を用いることで、マルチケーブル１４を用いた通信の健全性を容易に確認できるので、現場での設備更新の作業効率やコストを大幅に低減できることが期待される。
【符号の説明】
【０１０４】
１…プロセス管理システム、１０…フィールド機器（ＨＡＲＴ通信対応）、１１…入出力（ＩＯ）ユニット（ＨＡＲＴ−ＩＯ）、１２…フィールド機器（ＨＡＲＴ通信非対応）、１３…入出力（ＩＯ）ユニット（ＨＡＲＴ通信非対応）、１４…マルチケーブル、１５…機器監視ユニット、１５Ａ…リンクモジュール、１６…ＴＣＰ／ＵＤＰ通信路（イーサネット等）、１７…コントローラ、１８…通信路（Ｘｂｕｓ等）、１９…運転操作ユニット、２１−１〜２１−ｎ…第１制御部、２２−１〜２２−ｎ…第２制御部、２３−１〜２３−ｎ…変復調部、２４−１〜２４−ｎ…分離重畳部、２５−１〜２５−ｎ…チャンネルスロット、１１０…インターフェース（ＩＦ）１１０、１１１…演算部、１１２…アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）、１１３…デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）、１１４…メモリ、１１５…スマート通信（ＨＡＲＴ通信）処理部、１５１…チャンネル間クロストーク診断制御部、４０１，４０２…干渉信号
【図１】
2013186709.tif 000003
【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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【図９】
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【図７】
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【図８】
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