(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
HART機器を有する分散型制御システムに用いるHART機器通信装置おいて、
前記分散制御システムのネットワークに接続され、HARTモデムを介した１対１通信に対応したHARTプロトコルに従って前記HART機器をメンテナンスするHART機器ツール手段と、
前記分散制御システムと前記HARTプロトコル上のアドレスをマッピングすると共にプロトコルを変換する機能を有する機器セレクタ手段と、
この機器セレクタ手段と通信し、切り替え接続すべきHART機器をユーザーに選択させる情報を前記機器セレクタ手段より取得して表示させると共に、ユーザーの選択情報を前記機器セレクタ手段に返す機能を有する機器リモコン手段と、
この機器リモコン手段と前記HART機器とをインターフェースするCOMポートドライバ手段と
を具備する分散型制御システムに用いるHART機器通信装置。
【請求項２】
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に機器セレクタ手段が実現された第１プラットフォームと、この第１プラットフォームとネットワークを介して接続され、ソフトウェアとして実現された前記HART機器ツール手段及び前記機器セレクタ手段及び擬似COMポートドライバ手段が実現された第２プラットフォームとよりなる請求項１記載の分散型制御システムに用いるHART機器通信装置。
【請求項３】
前記HART機器ツール手段、前記機器セレクタ手段、前記機器リモコン手段、擬似COMポートドライバ手段とが同一プラットフォーム上に実現され、このプラットフォームがネットワークを介して前記分散型制御システムに接続されてなる請求項１記載の分散型制御システムに用いるHART機器通信装置。
【請求項４】
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に前記機器セレクタ手段、前記機器リモコン手段、COMポートドライバ手段とが同一プラットフォーム上に実現されると共に、前記COMポートドライバ手段にＲＳ２３２Ｃケーブルを介して前記HART機器ツール手段を接続してなる請求項１記載の分散型制御システムに用いるHART機器通信装置。
【請求項５】
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に前記機器セレクタ手段が実現された第１プラットフォームと、この第１プラットフォームとネットワークを介して接続され、前記機器リモコン手段、COMポートドライバ手段とが実現された第２プラットフォームとを有し、前記HART機器ツール手段がＲＳ２３２Ｃケーブルを介して前記COMポートドライバ手段に接続されてなる請求項１記載の分散型制御システムに用いるHART機器通信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信協会が提唱しているフィールドデバイス（以下ＨＡＲＴ機器）を接続する分散型制御システム（以下ＤＣＳ）に用いるＨＡＲＴ機器通信装置おいて、ＨＡＲＴ通信協会が提唱している通信プロトコルにより前記ＨＡＲＴ機器をメンテナンスする機能を有する市販ツール（以下ＨＡＲＴ機器ツール）により、ＤＣＳのネットワークを介して前記ＨＡＲＴ機器と通信するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フィールドデバイスとしてＨＡＲＴ通信協会が提唱しているＨＡＲＴ機器が各社より各種市販されている。ＨＡＲＴ機器は、古くからの業界標準であったアナログ4-20mA信号に、1200Hzと2200Hzで０と１を表す２値のディジタル信号を重ねた信号（以下ＨＡＲＴ信号）によりＨＡＲＴ機器外部と通信を行うことで、ＨＡＲＴ機器からのプロセスバリューの授受やパラメータ設定等を行う。
【０００３】
また、ＨＡＲＴ通信協会が提唱している通信プロトコルにより前記ＨＡＲＴ機器のパラメータ設定等のメンテナンスするための機能を有するＨＡＲＴ機器ツールが用途に合わせて種々の形態（携帯端末、ＰＣプラットフォーム動作のツールアプリケーション）で市販されている。
【０００４】
ＨＡＲＴ機器ツールによるＨＡＲＴ機器への通信は、ＨＡＲＴモデムを介して実行され、ＨＡＲＴ機器とＨＡＲＴモデム間はRS-232CまたはRS-485規格によるシリアル通信で実行され、通信コマンドは業界標準化されている。ＨＡＲＴモデムは、RS-232C信号をＨＡＲＴ信号に変換する。接続の形態は、ＨＡＲＴプロトコルで提唱されているプライマリーマスタ又はセカンダリーマスタとして動作する。
【０００５】
図７はもっとも基本的な１：１の接続形態を示ものであり、１はＨＡＲＴ機器、２は市販のＨＡＲＴ機器ツール、３はＨＡＲＴモデム、４はRS-232Cケーブルである。このような単純な接続形態では通信上の問題は発生しない。
【０００６】
図８は、本発明の課題である、複数のＨＡＲＴ機器をＤＣＳのフィールド機器とした場合の通信形態を示すネットワーク図である。１ａ, １ｂ, …１ｎは、ＤＣＳ５のフィールド機器として接続されたＨＡＲＴ機器群であり、インターフェース手段６ａ, ６ｂ, …６ｎを介してＤＣＳとＨＡＲＴ信号で通信する。
【０００７】
７はＨＡＲＴ機器メンテナンスネットワークであり、市販のＨＡＲＴ機器ツール２をインターフェース手段６ａ, ６ｂ, …６ｎに導く複数のマルチプレクサ手段８乃至１２による階層化構造となっている。階層化の構造や規模は、取り扱うＨＡＲＴ機器の台数や開発メーカにより夫々異なる。
【０００８】
このように、ＨＡＲＴ信号で通信するＤＣＳ５固有のネットワークとＨＡＲＴ機器メンテナンスネットワーク７とは別体で独立した構成となっている。そして、ＨＡＲＴ機器メンテナンスネットワーク７は、開発メーカによる独自設計で実装され、通信のプロトコルも各社各様である。
【０００９】
一方、ＤＣＳ５側では、ＨＡＲＴ機器を接続する機能は有していても、ＨＡＲＴ通信プロトコルで提唱されているプライマリーマスタ又はセカンダリーマスタに該当するＨＡＲＴ機器ツールを接続する機能は有していない（ＨＡＲＴ機器に対してはＤＣＳそのものがプライマリーマスタ又はセカンダリーマスタに該当する）ので、ＨＡＲＴ機器メンテナンスネットワーク７は、ＤＣＳのネットワークとは独立した２本立て構造とならざるを得ない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ＨＡＲＴ機器ツール２は、プロセス制御のためにＤＣＳなる一種のネットワークシステムに接続されているにもかかわらず、プロセス制御には関係のないＨＡＲＴ機器のメンテナンスのためには、全く別のネットワーク７を構築しなければならない。このために、配線、装置、工事のコストが無駄になっていると共に、配線、装置点数の多さから信頼性が悪化するという問題がある。
【００１１】
また、メンテナンスネットワーク７が無い場合、またはメンテナンスネットワーク７をサポートしていない他のＨＡＲＴ機器ツールを用いたい場合、ＤＣＳ５にこのＨＡＲＴ機器ツールは接続不可能である。従って、用途・目的に関わらずＨＡＲＴ機器が設置されている場所に赴き、あるいは、該当の現場のＨＡＲＴ機器をはずしてＨＡＲＴ機器ツールのあるところまで運搬し直接接続してメンテナンスしなければならない非効率性がある。
【００１２】
このような問題を解決するために、ＤＣＳメーカが独自にＤＣＳ接続用のＨＡＲＴ機器ツールを開発しようとしても、ＨＡＲＴ通信プロトコルは非常に柔軟性が高く、ＨＡＲＴ機器固有の機能が自由に設けられ、校正機能など場合によってはＨＡＲＴ機器固有のノウハウが必要となる。このため、将来に渡りつねに新しいＨＡＲＴ機器（または、ＨＡＲＴ機器のレビジョンアップ）に対応するための特殊な開発（メンテナンス）が要求され、機器メーカサイドでなければより多くのＨＡＲＴ機器へ対応することは難しい。
【００１３】
このような背景には、ＨＡＲＴ通信プロトコルは非常に柔軟性が高く、機器メーカサイドでなければ開発が難しい上、ＨＡＲＴ機器以前の4-20mAアナログ信号だけを利用すれば、とりあえずはプロセス制御としての必要なプロセスバリューは得られる。一方、ＨＡＲＴ機器への設定や調節は、プロセス制御とは独立して作業でき、必ずしもプロセス制御を司るＤＣＳの機能を必要としない。このため、HART機器ツールは、ＨＡＲＴ機器ツールメーカサイドで独立して発達してきた経緯がある。このような背景のために、両者の間には全く互換性や親和性がないのが現状である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、HART機器をフィールドデバイスに有する分散型制御システムにおいて、
前記分散制御システムのネットワークに接続され、HARTモデムを介した１対１通信に対応したHARTプロトコルに従って前記HART機器をメンテナンスするHART機器ツール手段と、前記分散制御システムと前記HARTプロトコル上のアドレスをマッピングすると共にプロトコルを変換する機能を有する機器セレクタ手段と、この機器セレクタ手段と通信し、切り替え接続すべきHART機器をユーザーに選択させる情報を前記機器セレクタ手段より取得して表示させると共に、ユーザーの選択情報を前記機器セレクタ手段に返す機能を有する機器リモコン手段と、この機器リモコン手段と前記HART機器とをインターフェースするCOMポートドライバ手段とを具備する点にある。
【００１５】
請求項２記載発明の特徴は、
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に機器セレクタ手段が実現された第１プラットフォームと、この第１プラットフォームとネットワークを介して接続され、ソフトウェアとして実現された前記HART機器ツール手段及び前記機器セレクタ手段及び擬似COMポートドライバ手段が実現された第２プラットフォームとよりなる点にある。
【００１６】
請求項３記載発明の特徴は、
前記HART機器ツール手段、前記機器セレクタ手段、前記機器リモコン手段、擬似COMポートドライバ手段とが同一プラットフォーム上に実現され、このプラットフォームがネットワークを介して前記分散型制御システムに接続されてなる点にある。
【００１７】
請求項４記載発明の特徴は、
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に前記機器セレクタ手段、前記機器リモコン手段、COMポートドライバ手段とが同一プラットフォーム上に実現されると共に、前記COMポートドライバ手段にＲＳ２３２Ｃケーブルを介して前記HART機器ツール手段を接続してなる点にある。
【００１８】
請求項５記載の発明は、
前記分散型制御システムにネットワークを介して接続されると共に前記機器セレクタ手段が実現された第１プラットフォームと、この第１プラットフォームとネットワークを介して接続され、前記機器リモコン手段、COMポートドライバ手段とが実現された第２プラットフォームとを有し、前記HART機器ツール手段がＲＳ２３２Ｃケーブルを介して前記COMポートドライバ手段に接続されてなる点にある。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明実施態様を、図面を用いて説明する。図１はＤＣＳに本発明を適用した全体概念図であり、本発明装置を実現する付加機能１３は、市販HART機器ツール１を直接ＤＣＳ５に中継する。本発明の適用により、図８で説明した従来のＨＡＲＴ機器メンテナンスネットワーク７は不要となる。
【００２０】
図２により本発明装置による機能の基本要素と作用を説明する。１４は仮想的に表したインターフェース境界である。上部の点線ブロックＡは、図７で示した基本接続形態を示す。以下、本発明装置の適用でHART機器ツールをＤＣＳに直結する形態がＡと等価であることを説明する。
【００２１】
本発明の付加機能1３は、インターフェース境界１４を跨いで形成される。ＤＣＳ５側において、１５は、ＤＣＳ５と通信する機器管理ツールであり、機器セレクタ手段１６を有する。１７はHART機器ツール１側に形成された機器リモコン手段である。
【００２２】
機器セレクタ手段１６は、ＤＣＳ５上のHART機器１を選択する機能と、ＤＣＳとHARTプロトコル上のアドレスをマッピングする機能と、プロトコルを変換する機能とを有し、ソケット通信によりETHERNET又はRS-232Cを介してHART機器ツール１側の機器リモコン手段１７と通信する。
【００２３】
機器リモコン手段１７は、ＤＣＳ５上のどの部分のHART機器１と接続するかを切り替えるために、ユーザーに選択させるためのＤＣＳの情報を機器セレクタ手段１６から取得してユーザーに表示し選択させるユーザーインターフェースと、これにより選択された結果を機器セレクタ手段１６に伝える機能と、HART通信コマンドを機器セレクタ手段とRS232Cポートドライバ又は擬似ドライバ（図示せず）間で取り持つ機能とを有する。
【００２４】
HART機器ツール２は、図７ではハードウェア的に独立した形態のものをRS-232CケーブルでHARTモデムに接続する例を説明したが、パーソナルコンピュータ（以下ＰＣ）内のアプリケーション空間にソフト的に実現した形態でも同様に使用可能である。この場合は機器リモコンとHART機器ツールとはＰＣ内のカーネル空間に形成された擬似ＣＯＭポートドライバを経由して接続される。
【００２５】
以下図３乃至図６により本発明装置を具体的に実現する場合の実施例を説明する。図３の実施例は、機器セレクタ手段１６を有するプラットフォームＰ１と機器リモコン手段１７を有するプラットフォームＰ２をネットワーク１８で結合した２プラットフォーム型の例である。
【００２６】
各プラットフォームのアーキテクチャは、ハードウェアＬ１、カーネル空間Ｌ２、アプリケーション空間Ｌ３よりなる。プラットフォームＰ２はＰＣで実現され、HART機器ツール1は機器リモコン手段１７と共にアプリケーション空間Ｌ３にソフト的に構成されている。
【００２７】
機器セレクタ手段１６と機器リモコン手段１７とは、夫々のプラットフォームにおけるアプリケーション空間とカーネル空間をインターフェースするネットワークドライバ１９及び２０によりネットワーク１８を介して通信する。
【００２８】
プラットフォームＰ１において、機器管理ツール１５はアプリケーション空間の通信ライブラリ、カーネル空間のドライバ、アダプタを経由し、ＶＬｎｅｔで示した制御バスを介してＤＣＳと通信する。
プラットフォームＰ２において、HART機器ツール１と機器リモコン手段１７はカーネル空間に形成された擬似ＣＯＭポートドライバ１９を介して通信する。
【００２９】
次に、このような構成における動作の手順を説明する。
（１）機器リモコン手段１７が、機器セレクタ手段１６に対してＤＣＳの機器接続情報を要求する。
（２）（１）に応答して、機器セレクタ手段１６が機器リモコン手段１７にＤＣＳの機器接続情報を返送する。
（３）（２）によって、ＤＣＳの機器接続情報を受け取った機器リモコン手段１７は、ＤＣＳの機器接続情報を画面に表示し、操作者がどの機器を選択するかを待つ。
【００３０】
（４）操作者が選択した機機を機器リモコン手段１７が機器セレクタ手段１６に送る。
（５）（４）により機器セレクタ手段１６は、機器リモコン手段１７から送られてくるHARTコマンドに含まれるＩＯポーリングアドレスをＤＣＳの機器接続情報に結び付け、結び付けが完了したことを機器リモコン手段１７に通知する。
（６）（５）によって、機器リモコン手段１７は結び付けが完了したことを知り、HART機器ツール１からのHARTコマンドを受け付ける準備を整える。
【００３１】
（７）HART機器ツール１がHARTコマンドを擬似ＣＯＭポートドライバ１９に送る。
（８）擬似ＣＯＭポートドライバ１９は、機器リモコン手段に（７）のHARTコマンドをそのまま送る。
（９）（７）により、機器リモコン手段１７は、機器セレクタ手段１６にHARTコマンドをそのまま送る。
【００３２】
（10）（９）により、機器セレクタ手段１６は受け取ったHARTコマンドに含まれるＩＯポーリングアドレスからＤＣＳの機器接続情報に結び付ける情報により、HARTコマンドをＤＣＳで取り扱う形に変換する。
（11）機器セレクタ手段６は、逆にＤＣＳを介して送られてきたHART機器からの応答を、HARTプロトコルにのっとったHARTコマンドに変換して機器リモコン手段１７に送る。
（12）（１１）により、機器リモコン手段１７は、擬似ＣＯＭポートドライバ１９にHARTコマンド応答を送る。
【００３３】
（13）（１２）により擬似ＣＯＭポートドライバ１９はあたかもRS-232Cから受信されてきたのと等価な形で、HART機器ツール１にHARTコマンドを送る。
（14）以下、HART機器ツール１がHARTコマンドを擬似ＣＯＭポートドライバ１９に送る度に（７）から（１３）までの手順が繰り返される。
【００３４】
図４の実施例は、１個のプラットフォームＰ３（ＰＣで実現）内に本発明装置を実現する機能を持たせたものであり、動作については図３と全く同様である。この構成はＤＣＳが比較的小規模である場合に有効であり、近接して配置した１台のＰＣでHART機器のメンテナンスができる。
【００３５】
図５の実施例は、図４の場合と同様に１個のプラットフォームＰ３（ＰＣで実現）内に本発明装置を実現する機能を持たせたものであるが、HART機器ツール１を携帯型で実現する場合に好適である。即ち、HART機器ツール１は、図７の場合と同じくハードウェアとして独立構成をとり、RS-232Cケーブル４でＰ３のＣＯＭポート２１に接続され、さらにカーネル空間のＣＯＭポートドライバ２２を介して機器リモコン手段１７と通信する。
【００３６】
更にこの実施例では、機器セレクタ手段１６と機器リモコン手段１７とは同一のプラットフォーム上に形成されるので、ネットワークドライバを経由せずに直接通信する。図示のネットワークドライバ２３は、機器管理ツール１５を外部ネットワークに接続するインターフェースとして用いられる。
【００３７】
図６の実施例は、図３と同様に２個のプラットフォームに分かれて形成された例であるが、HART機器ツール１がＰＣで実現されたプラットフォームＰ２とは独立のツールで提供される場合の接続例である。接続の形態は図５と同様にRS-232Cケーブル４でＰ２のＣＯＭポート２１に接続され、さらにカーネル空間のＣＯＭポートドライバ２２を介して機器リモコン手段１７と通信する。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）HART機器メンテナンスネットワーク（それらを構成する各種装置、接続ケーブル）が不要となる。
（２）ＤＣＳに直接接続してリモート操作が可能となる。
（３）HART機器をRS-232Cで直結できる機能を有するHART機器ツールであれば、ツールの用途やメーカーなどを一切選ばない。
（４）HART機器ツールがＰＣ上のプラットフォームで動作する場合（図３、図４）は、同一プラットフォーム上でマッピング機能を制御することができ、設計が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＤＣＳに本発明を適用した全体概念図である。
【図２】本発明装置による機能の基本要素と作用を説明する図である。
【図３】本発明装置を具体的に実施したシステムの一例を示す構成図である。
【図４】本発明装置を具体的に実施したシステムの第２の例を示す構成図である。
【図５】本発明装置を具体的に実施したシステムの第３の例を示す構成図である。
【図６】本発明装置を具体的に実施したシステムの第４の例を示す構成図である。
【図７】  基本的な１：１の接続形態を示す構成図である。
【図８】  複数のHART機器をＤＣＳのフィールド機器とした場合の通信形態を示すネットワーク図である。
【符号の説明】
１    HART機器
２    HART機器ツール
４    RS-232Cケーブル
５    DCS
１３  本発明による付加機能
１５  機器管理ツール
１６  機器セレクタ手段
１７  機器リモコン手段
【図１】
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【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７】
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【図８】
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