JPH0964796A - Communication system of field bus - Google Patents

Communication system of field bus

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JPH0964796A
JPH0964796A JP21704595A JP21704595A JPH0964796A JP H0964796 A JPH0964796 A JP H0964796A JP 21704595 A JP21704595 A JP 21704595A JP 21704595 A JP21704595 A JP 21704595A JP H0964796 A JPH0964796 A JP H0964796A
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JP
Japan
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signal
communication
current
field device
amplitude
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JP21704595A
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Japanese (ja)
Inventor
Makoto Kogure
誠 小暮
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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  • Cable Transmission Systems, Equalization Of Radio And Reduction Of Echo (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the extension in the condition range in which a connection is possible under the condition of an intrinsic safe explosion protection by changing the amplitude of the signal waveform of a transmission signal and current consumption of a field equipment. SOLUTION: A decoding processing is performed for the communication signal from a transmission line in a reception circuit 113, the coded signal is converted, the signal is taken out as the form of a digital signal string and the signal string is inputted in a controller 40. The signal inputted in the controller 104 is taken out as received data by a microprocessor 101. At this stage, the conditions of a constant current circuit 110 and the internal circuit of a driver 111 are simultaneously switched to plural stages via an I/O interface 106 by the instruction of the microprocessor 101. Under the condition of an intrinsic safe explosion protection the number of field equipment 1 which can be connected is made twice by simultaneously reducing the current consumption of the field equipment 1 and the signal amplitude of a transmission current signal to half so as not to flow the output current of the field equipment 1 backward in the relation of the constant current circuit 110 and the driver 111.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、一対の伝送路上で信号
伝送を行うフィールドバスシステムに係り、特に、簡単
な回路構成でフィールド機器の低消費電力化と、本質安
全防爆条件下における接続可能な機器台数の拡大が行え
るフィールドバスの通信方式、および、その装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fieldbus system for transmitting signals on a pair of transmission lines, and in particular, it enables low power consumption of field devices and connection under intrinsically safe explosion-proof conditions with a simple circuit configuration. The present invention relates to a fieldbus communication method capable of expanding the number of various devices and its device.

【0002】[0002]

【従来の技術】いわゆるフィールド機器と称される機器
は各種プラントの圧力,温度,流量などの物理量を検出
し、その値を電気信号に変換し、伝送路を介して上位計
器へ伝送したり、また、逆に、上位計器から伝送される
制御信号を受信し、プラントのバルブなどを制御してい
るのが通常である。
2. Description of the Related Art A so-called field device detects a physical quantity such as pressure, temperature and flow rate of various plants, converts the value into an electric signal, and transmits the electric signal to a host instrument through a transmission line. On the contrary, it is normal to receive the control signal transmitted from the host instrument and control the valve of the plant.

【0003】そして、該電気信号の伝送は、信号がアナ
ログ信号の場合に、規格化されており、フィールド機器
と上位計器との間は、4〜20mAのアナログ電流信号
の伝送が行われている。また、一般的にはフィールド機
器と上位計器との間は、アナログ信号での一方向通信が
行われていた。
The transmission of the electric signal is standardized when the signal is an analog signal, and an analog current signal of 4 to 20 mA is transmitted between the field device and the host instrument. . In addition, generally, one-way communication with an analog signal is performed between the field device and the host instrument.

【0004】しかし、近年、半導体集積回路技術の向上
により、マイクロプロセッサ内蔵のフィールド機器が開
発され実用化されてきている。これによれば、前記伝送
路上で一方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向の
ディジタル信号の通信を行い、フィールド機器のレンジ
設定,自己診断などを遠隔から指令できるようになって
きている。
However, in recent years, with the improvement of semiconductor integrated circuit technology, field devices incorporating a microprocessor have been developed and put into practical use. According to this, in addition to unidirectional analog signal communication on the transmission line, bidirectional digital signal communication is performed, and range setting and self-diagnosis of field devices can be remotely commanded. .

【0005】また、最近、複数台のフィールド機器を同
一伝送路上にマルチドロップで接続し、双方向のディジ
タル信号だけで通信を行うシステムとしてフィールドバ
スシステムが提案されている。
Further, recently, a field bus system has been proposed as a system in which a plurality of field devices are connected on the same transmission line by multi-drop and communication is performed only by bidirectional digital signals.

【0006】フィールドバスシステムの代表的な構成例
を図2を用いて説明する。同図は、複数台のフィールド
機器と上位計器とが伝送路を介してツリー形に接続され
た装置構成例を示している。
A typical configuration example of the fieldbus system will be described with reference to FIG. The figure shows a device configuration example in which a plurality of field devices and upper-level instruments are connected in a tree shape via a transmission path.

【0007】フィールド機器1a,1b,1cは、伝送
路5を介して、外部電源4から供給される電力により動
作し、伝送路5を介して、順番に上位計器3とディジタ
ル信号で双方向の通信を行い、検出した物理量の送信,
制御値の受信などの処理を行う。
The field devices 1a, 1b, 1c are operated by the electric power supplied from the external power source 4 via the transmission line 5, and are bidirectionally transmitted in sequence with the host instrument 3 via the transmission line 5 by digital signals. Communicate and send detected physical quantity,
Performs processing such as receiving control values.

【0008】上位通信機器2は、フィールド機器1a,
1b,1cと上位計器3,外部電源4との間に接続さ
れ、フィールド機器1a,1b,1cなどとディジタル
信号で双方向の通信を行っている。また、ターミネータ
7は、直列に接続した抵抗とコンデンサで構成され、伝
送路5の両端に接続される。
The host communication device 2 includes field devices 1a,
1b, 1c is connected between the upper instrument 3 and the external power source 4, and bidirectional communication is performed with the field devices 1a, 1b, 1c, etc. by digital signals. The terminator 7 includes a resistor and a capacitor connected in series, and is connected to both ends of the transmission path 5.

【0009】既存のアナログ信号のシステムからフィー
ルドバスシステムへ移行する場合は、上位計器とフィー
ルド機器をフィールドバス対応のものに変更する必要が
あるが、伝送路5をそのまま使用できるため、容易にシ
ステムの移行が行え、かつ、伝送路5上に接続するフィ
ールド機器の台数が増やせることからシステムの拡張が
容易であるとされている。
When shifting from the existing analog signal system to the fieldbus system, it is necessary to change the host instrument and the field device to those compatible with the fieldbus, but since the transmission line 5 can be used as it is, the system can be easily used. It is said that the system can be easily expanded because the number of field devices connected to the transmission path 5 can be increased.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術にあっては、既存システムからフィールドバスシス
テムへの移行を行う際に、1つの伝送路に接続するフィ
ールド機器の台数が複数台になり、かつ、ディジタル通
信を行うという点で、既存システムに比べ、耐ノイズに
対する信頼性の面での配慮が必要であり、さらに、通信
不良が頻繁に発生すると、今まで一定周期で行われてい
たフィールド機器の制御が行えないという問題を含んで
いる。
However, in the above-mentioned conventional technique, when the existing system is changed to the fieldbus system, the number of field devices connected to one transmission line becomes plural. In addition, in terms of performing digital communication, it is necessary to consider noise resistance in comparison with the existing system, and if communication failure frequently occurs, it has been performed in a constant cycle until now. It includes the problem that field devices cannot be controlled.

【0011】特に、通常の通信ネットワークに比べ、伝
送距離が長く通信信号の減衰・なまり・歪が条件により
大きく変化するという伝送路の特性や、フィールドに設
置されるというノイズ環境を考慮し、規格においては各
機器の送信信号は0.75 〜1.0Vp-p と大きな値に
してあり、受信可能な受信信号の範囲は0.15〜2.0V
p-p と広範囲にしてある。
Particularly, in consideration of the characteristics of the transmission line that the transmission distance is long and the attenuation, rounding, and distortion of the communication signal largely change depending on the conditions and the noise environment that is installed in the field, the standard , The transmission signal of each device is as large as 0.75 to 1.0Vp-p, and the range of receivable reception signal is 0.15 to 2.0V.
It has a wide range of pp.

【0012】フィールド機器の場合、伝送路を介して動
作電力を受給するため、この送信信号が15〜20mA
p-p の電流信号になる。
In the case of a field device, since the operating power is received via the transmission line, this transmission signal is 15 to 20 mA.
It becomes a current signal of pp.

【0013】ここで、前記送信電流信号は上下方向に均
等な振幅で通信時に電流が逆流するのを防ぐことから、
フィールド機器の消費電流は約8mA以上の値にする必
要があった。このため、エネルギーの制約がある本質安
全防爆の条件下では、接続できるフィールド機器の数に
制限があった。
Here, the transmission current signal has a uniform amplitude in the vertical direction to prevent current from flowing backward during communication.
The current consumption of the field device had to be set to a value of about 8 mA or more. Therefore, there is a limit to the number of field devices that can be connected under the intrinsically safe explosion-proof condition where energy is limited.

【0014】上記問題を解決する方法として、特開平5
−41709号において送信電流信号の振幅が上下方向に均
等であるという条件を取り外し、非通信時の消費電流を
下げる方式が提案されている。この方式においては、消
費電流を下げることは可能であるが、以下に示す問題点
がある。
As a method for solving the above problems, Japanese Patent Laid-Open No.
No. 41709 proposes a method of reducing the current consumption during non-communication by removing the condition that the amplitude of the transmission current signal is uniform in the vertical direction. In this method, it is possible to reduce the current consumption, but there are the following problems.

【0015】1.通信時に伝送路を流れる平均電流が大
きく変動するため、通信の信頼性が低下する。
1. Since the average current flowing through the transmission line during communication greatly fluctuates, the reliability of communication decreases.

【0016】2.前記変動の影響を抑えるため、変動と
通信信号とを分離する受信回路のフィルタの特性が複雑
となり、また、通信信号だけを完全には分離できない。 3.上記平均電流の変動により、フィールドバス電源の
出力電圧が発振しないように回路部での配慮が必要であ
る。
2. In order to suppress the influence of the fluctuation, the characteristic of the filter of the receiving circuit that separates the fluctuation and the communication signal becomes complicated, and only the communication signal cannot be completely separated. 3. It is necessary to consider in the circuit section so that the output voltage of the fieldbus power supply does not oscillate due to the fluctuation of the average current.

【0017】このため、上記方式の欠点を補うため、特
願平6−118018 号において、伝送路を流れる平均電流を
一定に保ちつつフィールド機器の消費電流を下げる方式
が提案されている。この方式においては、上記問題点を
すべて解決しているが、信号のパルス幅を変化させる方
式であるため、画期的には消費電力を下げられなかっ
た。
Therefore, in order to make up for the drawbacks of the above method, Japanese Patent Application No. 6-118018 proposes a method of reducing the current consumption of the field device while keeping the average current flowing through the transmission line constant. Although this method solves all of the above-mentioned problems, the power consumption could not be reduced epoch-making because it is a method of changing the pulse width of the signal.

【0018】本発明は、通信の信頼性に問題ない範囲で
送信信号の信号波形の振幅とフィールド機器の消費電流
とを変えることにより、フィールド機器の消費電流を低
くし、結果として、本質安全防爆の条件下で接続が可能
な条件範囲を拡大できる通信方式、およびその装置を提
供することを目的としている。
The present invention reduces the current consumption of the field device by changing the amplitude of the signal waveform of the transmission signal and the current consumption of the field device within the range where communication reliability is not a problem, and as a result, intrinsically safe explosion-proof. It is an object of the present invention to provide a communication method capable of expanding the range of conditions under which connection is possible under the above conditions, and an apparatus therefor.

【0019】[0019]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、フィールド機器,上位計器などの通信装
置の通信方式として、各機器の平均通信電流が、通信時
と非通信時とで同一にし、且つ、フィールド機器の消費
電流を低くするために通信パルスの上下方向のパルス振
幅をフィールド機器の消費電流に応じて小さくすること
により、本質安全防爆の条件下において接続可能な機器
台数を拡大したものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a communication system for a communication device such as a field device and a high-order instrument, in which the average communication current of each device varies depending on whether it is communicating or not. The number of devices that can be connected under intrinsically safe explosion-proof conditions by making the pulse amplitude in the vertical direction of the communication pulse smaller according to the current consumption of the field device in order to reduce the current consumption of the field device. Is an enlargement of.

【0020】[0020]

【作用】本提案によるフィールドバスの通信方式は、上
述のようにフィールド機器などの通信装置が伝送路へ送
信する通信信号を、フィールド機器が動作するための消
費電流に対してパルス状に正負方向に変化させた信号を
重畳した通信信号を用い、前記重畳信号において正負の
各方向のパルス振幅を各方向とで同じとし、電流が逆流
しないようにパルス振幅を前記消費電流より小さな値と
している。フィールドバスの規格においては、バスに接
続できる機器数が最大32台とし、伝送距離も最大1.
9km においても通信可能な通信仕様にしてある。
According to the proposed fieldbus communication method, the communication signal transmitted from the communication device such as the field device to the transmission path as described above is pulsed in the positive and negative directions with respect to the current consumption for operating the field device. In the superposed signal, the pulse amplitude in each of the positive and negative directions is set to be the same in each direction, and the pulse amplitude is set to a value smaller than the consumed current so that the current does not flow backward. According to the fieldbus standard, the maximum number of devices that can be connected to the bus is 32, and the maximum transmission distance is 1.
The communication specifications allow communication even at 9 km.

【0021】よって、本質安全防爆条件下では、フィー
ルド機器の消費電流が8mAの場合、4台くらいしか接
続できず、通信信号の信号振幅の減衰の度合が小さく充
分余裕があるため、通信信号のパルス振幅を小さくして
も通信可能である。
Therefore, under the intrinsically safe explosion-proof condition, when the current consumption of the field device is 8 mA, only about four units can be connected, the degree of attenuation of the signal amplitude of the communication signal is small, and there is a sufficient margin. Communication is possible even if the pulse amplitude is reduced.

【0022】例えば、接続するフィールド機器の台数を
10台とした場合、前記パルス振幅を1/3にしても、
規格上の受信可能な通信信号範囲内の値になり、さら
に、伝送距離を実用上問題ない範囲で短くすると、前記
パルス振幅は1/4程度にもすることができる。このた
め、前記電流が逆流しない範囲でフィールド機器の消費
電流を通信信号のパルス振幅に合わせて小さな値とする
ことにより、通信の信頼性を維持した状態で、フィール
ド機器が動作するための消費電流を低くできる。よっ
て、バス全体のエネルギーの制限がある本質安全防爆の
条件を満足する範囲で、接続可能なフィールド機器数を
増大することができる。
For example, when the number of field devices to be connected is 10, even if the pulse amplitude is 1/3,
The pulse amplitude can be reduced to about 1/4 by setting the value within the receivable communication signal range according to the standard and shortening the transmission distance within a practically unproblematic range. Therefore, by setting the current consumption of the field device to a small value in accordance with the pulse amplitude of the communication signal in the range where the current does not flow backward, the current consumption for operating the field device while maintaining the reliability of communication. Can be lowered. Therefore, the number of connectable field devices can be increased within a range that satisfies the intrinsically safe explosion-proof condition where the energy of the entire bus is limited.

【0023】[0023]

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0024】図2は、本発明を用いたフィールドバスシ
ステムの装置構成例である。
FIG. 2 shows a device configuration example of the fieldbus system using the present invention.

【0025】同図において、フィールド機器1a,1
b,1cは、ディジタル信号で双方向の通信を行うもの
であり、各種プラントにおけるプロセスの圧力,温度,
流量などの物理量を検出してその値を送信したり、また
は、バルブなどの制御量を受信したりするものである。
In the figure, field devices 1a, 1
b and 1c perform bidirectional communication by digital signals, and perform process pressure, temperature,
It detects a physical quantity such as a flow rate and transmits the value, or receives a control quantity of a valve or the like.

【0026】フィールド機器1a,1b,1cは、伝送
路5を介して外部電源4から供給される電力により動作
し、伝送路5の任意の箇所に接続できる。
The field devices 1a, 1b, 1c are operated by the electric power supplied from the external power source 4 via the transmission line 5, and can be connected to any place of the transmission line 5.

【0027】本実施例においては、フィールド機器1
a,1b,1cがフィールド側のジャンクション・ボッ
クス(中継箱)に接続した例を示すが、これは、他の、
例えば伝送路5の中間からであっても問題ない。
In this embodiment, the field device 1
The following shows an example in which a, 1b, and 1c are connected to the junction box (relay box) on the field side.
For example, there is no problem even from the middle of the transmission line 5.

【0028】バリア8は、本質安全防爆の条件下におい
て、危険領域と安全領域との間に接続し、外部電源4か
ら伝送路5を介してフィールド機器側に流れる電流を制
限している。
Under the condition of intrinsically safe explosion-proof, the barrier 8 is connected between the dangerous area and the safe area, and limits the current flowing from the external power source 4 to the field device side through the transmission line 5.

【0029】上位計器3は、フィールド機器1a,1
b,1c,上位通信機器2などのフィールドバス対応機
器と伝送路5を介して、ディジタル信号の通信を行い、
フィールド機器の検出した各種物理量(圧力,温度,流
量など)を受信し、また、プラントの制御情報として、
バルブなどのフィールド機器へ制御信号を送信してい
る。
The upper instrument 3 is composed of the field devices 1a, 1
b, 1c, higher-level communication device 2 and other fieldbus-compatible devices through the transmission path 5 to communicate digital signals,
Receives various physical quantities (pressure, temperature, flow rate, etc.) detected by field devices, and as plant control information,
Control signals are sent to field devices such as valves.

【0030】上位通信機器2は、伝送路5上の任意の場
所に接続でき、上位通信機器2内にあるディスプレイや
キーボードを操作することにより、フィールド機器1
a,1b,1cの出力値のモニタ,調整などの処理を、
伝送路5を介して通信を行い実行する。本質安全防爆の
条件下においては、上位通信機器2は、安全領域に接続
している。
The upper communication device 2 can be connected to any place on the transmission path 5, and by operating a display or a keyboard in the upper communication device 2, the field device 1 can be operated.
Processes such as monitoring and adjustment of output values of a, 1b, and 1c
The communication is performed via the transmission path 5 and executed. Under the intrinsically safe condition, the upper communication device 2 is connected to the safe area.

【0031】ターミネータ7は、直列に接続した抵抗と
コンデンサで構成され、伝送路5の両端に接続される。
このターミネータは、伝送路5上に接続されるフィール
ド機器の通信周波数帯域での入力インピーダンスと比べ
て、かなり小さい値にすることにより、フィールド機器
の接続箇所、および接続台数などの条件による通信信号
への影響を小さく抑さえている。
The terminator 7 is composed of a resistor and a capacitor connected in series, and is connected to both ends of the transmission line 5.
By setting this terminator to a value that is considerably smaller than the input impedance in the communication frequency band of the field device connected on the transmission path 5, it becomes possible to change the communication signal depending on the connection location of the field device and the number of connected devices. Suppresses the influence of.

【0032】このため、伝送路からターミネータが外れ
た場合に、フィールド機器からみた伝送路のインピーダ
ンスが大きくなり、各フィールド機器からの送信信号
は、大きくなる方向に変化する。ただし、フィールドバ
スに接続されるフィールド機器が送信する信号の大きさ
は、一定であっても、そのドライバ回路の方式,伝送路
の長さ、および、接続形態などの条件により、伝送路上
の各箇所での信号の大きさは、異なっていて一様ではな
い。
Therefore, when the terminator is disengaged from the transmission line, the impedance of the transmission line as seen from the field device increases, and the transmission signal from each field device changes in the increasing direction. However, even if the magnitude of the signal transmitted by the field device connected to the field bus is constant, each signal on the transmission path depends on conditions such as the type of the driver circuit, the length of the transmission path, and the connection form. The magnitude of the signal at the location is different and not uniform.

【0033】本発明の通信方式は、フィールド機器1,
上位通信機器2,上位計器3などのフィールドバス対応
機器に共通に使えるものである。
The communication system of the present invention is based on the field device 1,
It can be commonly used for field bus compatible devices such as host communication device 2 and host instrument 3.

【0034】次に、図3を用いて、その代表実施例とし
て、フィールド機器に適用した場合の動作について、詳
細に説明する。
Next, with reference to FIG. 3, as a representative embodiment thereof, the operation when applied to a field device will be described in detail.

【0035】図3において、DC−DCコンバータ10
7は伝送路を介して外部電源より加えられる電圧からフ
ィールド機器1自身が動作するための電圧VDDを作り
出し、定電流回路110は、フィールド機器1全体の消
費電流が一定になるように制御する。
In FIG. 3, the DC-DC converter 10
7 generates a voltage VDD for operating the field device 1 itself from a voltage applied from an external power source via a transmission line, and the constant current circuit 110 controls the current consumption of the entire field device 1 to be constant.

【0036】複合センサ108の各出力はマルチプレク
サ109へ入力されるようになっている。
Each output of the composite sensor 108 is input to the multiplexer 109.

【0037】前記マルチプレクサ109には、I/Oイ
ンターフェイス106からの入力切換信号が入力され、
その信号はA/D変換器105に入力されるようになっ
ている。さらにマイクロプロセッサ101があり、この
マイクロプロセッサ101は前記A/D変換器105か
ら順次、送り込まれる出力と、ROM103,RAM102に格納さ
れている種々の係数を用いて、補正演算を行い、これに
より真値を求め、RAM102にその値が格納される。
An input switching signal from the I / O interface 106 is input to the multiplexer 109,
The signal is input to the A / D converter 105. Further, there is a microprocessor 101, and this microprocessor 101 performs a correction calculation by using the output sequentially sent from the A / D converter 105 and various coefficients stored in the ROM 103 and the RAM 102. A value is calculated and the value is stored in the RAM 102.

【0038】フィールド機器1が通信を行う場合には、
次の動作を行う。
When the field device 1 communicates,
The following operation is performed.

【0039】送信動作は、最初に、マイクロプロセッサ
101の指令で、RAM102などに格納されているデータな
どを、コントローラ104からシリアルのディジタル信
号列を出力する。この信号は、送信回路112でコード
化された信号となり、ドライバ111に入力され、ドラ
イバ111から伝送路へ通信信号として出力される。こ
こで、コード化方式としては、例えば、ベースバンド信
号のマンチェスタ符号に変換する方式,ディジタル信号
の“1”,“0”に対応して異なった周波数信号を変調
する方式などがある。
In the transmission operation, first, in response to a command from the microprocessor 101, data stored in the RAM 102 or the like is output from the controller 104 as a serial digital signal sequence. This signal becomes a signal encoded by the transmission circuit 112, is input to the driver 111, and is output from the driver 111 to the transmission path as a communication signal. Here, as the coding method, for example, there are a method of converting the baseband signal into Manchester code, a method of modulating different frequency signals corresponding to "1" and "0" of the digital signal, and the like.

【0040】また、ドライバの方式としては、電圧信号
で出力する方式と電流信号で出力する方式とがあるが、
図3は、電流信号で出力する方式である。
As a driver system, there are a system for outputting a voltage signal and a system for outputting a current signal.
FIG. 3 shows a method of outputting a current signal.

【0041】受信動作は、伝送路からの通信信号を受信
回路113でデコード処理を行い、コード化された信号
から変換して前記シリアルのディジタル信号列の形で取
り出し、コントローラ104にディジタル信号の
“1”,“0”からなるデータとして入力される。コン
トローラ104に入力された信号は、マイクロプロセッ
サ101により、受信データとして取り出される。ここ
で、マイクロプロセッサ101の指示により、I/Oイ
ンターフェイス106を経由して、定電流回路110と
ドライバ111の内部回路の条件を同時に複数段階に切
替えることができる。
In the receiving operation, the communication signal from the transmission line is decoded by the receiving circuit 113, converted from the coded signal and taken out in the form of the serial digital signal string, and the digital signal is sent to the controller 104. It is input as data consisting of 1 "and" 0 ". The signal input to the controller 104 is extracted by the microprocessor 101 as received data. Here, according to an instruction from the microprocessor 101, the conditions of the internal circuit of the constant current circuit 110 and the driver 111 can be simultaneously switched to a plurality of stages via the I / O interface 106.

【0042】本質安全防爆の条件下においては、伝送路
に接続された各機器が伝送路を介して受給する電力に制
限があるため、フィールド機器1全体が消費する電流を
低く抑えることにより、同一伝送路に接続できるフィー
ルド機器の台数を増やすことができる。例えば、定電流
回路110とドライバ111との関係をフィールド機器
1の出力電流が逆流しないように、フィールド機器の消
費電流と送信電流信号の信号振幅とを同時に1/2にす
ることにより、接続できるフィールド機器の台数を2倍
にすることができる。
Under the condition of intrinsically safe explosion-proof, each device connected to the transmission line has a limit to the electric power received through the transmission line. Therefore, the current consumed by the entire field device 1 is suppressed to be the same. The number of field devices that can be connected to the transmission path can be increased. For example, the constant current circuit 110 and the driver 111 can be connected by simultaneously reducing the current consumption of the field device and the signal amplitude of the transmission current signal to 1/2 so that the output current of the field device 1 does not flow backward. The number of field devices can be doubled.

【0043】また、前記切替えは、伝送路を介して他の
機器から通信データによる指令で行うことや、フィール
ド機器1の内部にハード的なディップスイッチ114を
設け、マイクロプロセッサ101がパワーオン時にその
スイッチの設定状態を読み取り、その設定状態に応じて
行うことができる。
Further, the switching is performed by a command from the other device via the transmission line by the communication data, or a hardware-like DIP switch 114 is provided inside the field device 1 so that the microprocessor 101 is powered on. It is possible to read the setting state of the switch and carry out according to the setting state.

【0044】その他にも、前記フィールド機器の処理を
低速で実施した場合、スリープモードのように一時的に
MPUなどの各回路の動作を停止する場合など、フィー
ルド機器の消費電流を低下させることができるため、フ
ィールド機器の消費電流に応じて、前記切替えを実施す
ることができる。
In addition, when the processing of the field device is performed at a low speed, when the operation of each circuit such as the MPU is temporarily stopped as in the sleep mode, the current consumption of the field device can be reduced. Therefore, the switching can be performed according to the current consumption of the field device.

【0045】図1において、本発明の通信方式の通信波
形の実施例として、マンチェスタコードを使用した場合
について説明する。
Referring to FIG. 1, the case of using a Manchester code will be described as an example of the communication waveform of the communication system of the present invention.

【0046】図5に示すようにマンチェスタコードは1
ビットタイムの前半と後半で情報ビットを変えることに
より、“1”,“0”を判定しているため、非データの
信号以外は必ず情報ビットの“1”と“0”との時間が
同一となる。
As shown in FIG. 5, the Manchester code is 1
Since "1" and "0" are determined by changing the information bit in the first half and the second half of the bit time, the time between the information bit "1" and "0" is always the same except for the non-data signal. Becomes

【0047】図6に通信データの構成例を示す。FIG. 6 shows an example of the structure of communication data.

【0048】通信の動作としては、最初に受信するデー
タであるプリアンブルにより、連続して送られてくるデ
ータの1ビット毎の同期タイミングを作成し、以後のデ
ータに対し、マンチェスタコードのデコード処理を行
う。次に、スタートデリミッタの検出を行い、通信デー
タの1バイト毎の同期タイミングを作成し、それ以後の
データをエンドデリミッタの信号パターンが検出される
まで、有効データとして取り出す。
As a communication operation, a synchronization timing for each bit of continuously transmitted data is created by a preamble which is the first received data, and a Manchester code decoding process is performed on the subsequent data. To do. Next, the start delimiter is detected, the synchronization timing for each byte of communication data is created, and the data after that is taken out as valid data until the signal pattern of the end delimiter is detected.

【0049】本発明では、図1に示すように平均電流値
(フィールド機器1の消費電流)に対して重畳する通信
信号の振幅を正負の方向で、均等に、かつ、通信時のフ
ィールド機器の出力電流が逆流しない範囲の値としてい
る。ここで、例えば1ビットタイムの期間における正負
の方向信号振幅が同一であり、かつ、1ビットタイムの
前半と後半との時間幅が同一とすることにより、通信時
に前記平均電流値が乱れることはない。
In the present invention, as shown in FIG. 1, the amplitude of the communication signal to be superimposed on the average current value (current consumption of the field device 1) is positive and negative in the positive and negative directions, and the amplitude of the field device during communication is uniform. The value is set so that the output current does not flow backward. Here, for example, the positive and negative directional signal amplitudes during the 1-bit time period are the same, and the time widths of the first half and the second half of the 1-bit time are the same, so that the average current value is not disturbed during communication. Absent.

【0050】図1の例では、通常フィールドバス規格か
ら送信信号電流は15〜20mAp-pの範囲の信号である
ため、上下方向に均等であり、かつ、フィールド機器の
出力電流が逆流しないという条件から、フィールド機器
の消費電流は、約8mA以上必要であるが、前記実施例
を用い、フィールド機器の消費電流を前記標準モードか
らパワーダウンモードにして4mAに低減しているもの
である。
In the example of FIG. 1, since the transmission signal current is a signal in the range of 15 to 20 mAp-p according to the normal fieldbus standard, it is uniform in the vertical direction and the output current of the field device does not flow backward. Therefore, although the current consumption of the field device needs to be about 8 mA or more, the current consumption of the field device is reduced from the standard mode to the power down mode to 4 mA by using the embodiment.

【0051】また、図1の例では、前記切替え指令は、
伝送路を介して他の機器から通信で行い、オンラインの
状態でモードを標準モードからパワーダウンモードにし
た例である。本例においては、標準モードとパワーダウ
ンモードの二段階に切替える例を示したが、これが複数
段階に切替える例もある。
In the example of FIG. 1, the switching command is
In this example, communication is performed from another device via the transmission path, and the mode is changed from the standard mode to the power down mode in the online state. In this example, an example of switching to two stages of the standard mode and the power-down mode is shown, but there is also an example of switching to multiple stages.

【0052】前記パワーダウンモードにした場合、図1
の例では、送信信号電流が15mAp-p から7mAp-p
とフィールドバス規格の仕様範囲外となっているが、本
質安全防爆条件下においては、標準モードで約4台、図
1のパワーダウンモードの例で約8台までのフィールド
機器しか接続できないため、フィールドバス規格の最大
32台と比べ、約1/4であり十分余裕があり、通信の
信頼性が維持できている。図4を用いて、その内容を詳
細に説明する。
When the power down mode is set, as shown in FIG.
, The transmission signal current is 15 mAp-p to 7 mAp-p
However, under the intrinsically safe explosion-proof condition, only about 4 field devices can be connected in the standard mode, and up to about 8 field devices can be connected in the power-down mode example of Fig. 1. Compared with the maximum 32 units of the fieldbus standard, it is about 1/4 and has a sufficient margin, and communication reliability can be maintained. The contents will be described in detail with reference to FIG.

【0053】図4は、送信電流信号を20mAp-p とし
た状態において上位計器が設置されている計器室側とフ
ィールド機器が設置されているフィールド側で測定した
受信信号の最大値と最小値とを接続した機器の負荷台数
(3〜50台)と伝送路長(200m,1800m)を
パラメータとして示したものである。ここで、送信電流
信号を20mAp-p の半分にした場合、受信信号レベル
も単純に半分となるが、接続負荷台数が最大10台とし
たならば、受信信号の最小値は、フィールドバス規格で
定められている最小受信感度の0.15Vp-pと比べ十分
余裕のある0.28Vp-p である。
FIG. 4 shows the maximum value and the minimum value of the reception signal measured in the instrument room side where the host instrument is installed and the field side where the field device is installed in the state where the transmission current signal is 20 mAp-p. The number of loaded devices (3 to 50) and the transmission path length (200 m, 1800 m) are shown as parameters. Here, when the transmission current signal is halved of 20 mAp-p, the reception signal level is also halved, but if the maximum number of connected loads is 10, the minimum value of the reception signal is the fieldbus standard. It is 0.28 Vp-p with a sufficient margin as compared with the specified minimum receiving sensitivity of 0.15 Vp-p.

【0054】これから、送信電流信号は、接続負荷台数
が最大10台としたならば、6mAp-p まで小さくして
も各機器間の通信は可能であり、さらに、伝送路の長さ
を1800mでなく実用上問題のない範囲(例えば、2
00m以下)で使用すると限定するならば、送信電流信
号は約4mAp-p まで小さくすることができる。よっ
て、フィールド機器の消費電流も、それに応じて小さく
することができ、伝送路全体で使用する電力制限がある
本質安全防爆の条件下において、接続することのできる
機器台数を増やすことができるという効果がある。
From this, if the maximum number of connected loads is 10, the transmission current signal can be communicated between the devices even if it is reduced to 6 mAp-p, and the length of the transmission path is 1800 m. Without any practical problem (eg 2
The transmission current signal can be reduced to about 4 mAp-p, if it is limited to the range of 100 m or less). Therefore, it is possible to reduce the current consumption of the field device accordingly, and it is possible to increase the number of devices that can be connected under the intrinsically safe explosion-proof condition where there is a power limitation for the entire transmission path. There is.

【0055】また、標準モードとパワーダウンモードと
を切替えて使用することができるので、フィールドバス
システムの使用用途に応じて、最適な条件を使用できる
という別の効果もある。
Since the standard mode and the power down mode can be switched and used, there is another effect that the optimum condition can be used according to the usage of the fieldbus system.

【0056】以上に説明したように、本発明によれば、
簡単な回路構成で容易に信頼性の高い通信システムが実
現できるという効果がある。
As described above, according to the present invention,
There is an effect that a highly reliable communication system can be easily realized with a simple circuit configuration.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明による通信方式を用いたフィールド機器,上
位計器などフィールドバスシステムを構成することによ
り、エネルギーが制限される本質安全防爆の条件下にお
いても、接続できる機器数が増大でき、また、安価な構
成で、容易に信頼性の高い通信システムを構成できると
いう効果がある。
As is apparent from the above description, by configuring a fieldbus system such as a field device and a host instrument using the communication system according to the present invention, the intrinsically safe explosion-proof condition in which energy is limited is constituted. Also in the above, there is an effect that the number of connectable devices can be increased and a highly reliable communication system can be easily configured with an inexpensive configuration.

【0058】また、伝送路長,接続機器台数などの外部
条件に関する通信可能な範囲を拡大できるという別の効
果もある。
Further, there is another effect that the communicable range concerning external conditions such as the transmission path length and the number of connected devices can be expanded.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による通信波形の一実施例を示す図であ
る。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a communication waveform according to the present invention.

【図2】フィールドバスシステムの機器構成図である。FIG. 2 is a device configuration diagram of a fieldbus system.

【図3】本発明による通信方式のフィールド機器への実
施例を示す内部ブロック図である。
FIG. 3 is an internal block diagram showing an embodiment of a communication method field device according to the present invention.

【図4】通信信号の減衰特性例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of attenuation characteristics of a communication signal.

【図5】マンチェスタコードの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a Manchester code.

【図6】通信信号のデータ構成図である。FIG. 6 is a data configuration diagram of a communication signal.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b,1c…フィールド機器、2…上位通信
機器、3…上位計器、4…外部電源、5…伝送路、7…
ターミネータ。
1, 1a, 1b, 1c ... Field device, 2 ... Host communication device, 3 ... Host instrument, 4 ... External power supply, 5 ... Transmission line, 7 ...
terminator.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】一対の伝送線からなるフィールドバスの伝
送路上に接続された少なくとも各1台のフィールド機器
と上位計器との間で通信を行い、上記各機器間の通信信
号として、上記フィールド機器が動作するための消費電
流に対してパルス状に正負方向に変化させた信号を重畳
した通信信号(以下、重畳信号)を用いるフィールドバ
スシステムの通信方式において、 上記重畳信号の通信パルスの上下方向のパルス振幅を上
記各フィールド機器の消費電流に応じて小さくする手段
と、 上記消費電流と上記重畳信号の振幅とを少なくとも二段
階に切替える手段とを備え、 上記各フィールド機器、及び上位計器の平均通信電流
が、通信時と非通信時とで同一であることを特徴とする
フィールドバスの通信方式。
Claim: What is claimed is: 1. At least one field device connected on a transmission path of a field bus composed of a pair of transmission lines communicates with a host instrument, and the field device is used as a communication signal between the respective devices. In the communication method of the fieldbus system, which uses a communication signal (hereinafter, a superposition signal) in which a signal changed in positive and negative directions in a pulse shape with respect to the current consumption for operating the Means for reducing the pulse amplitude in accordance with the current consumption of each of the field devices, and means for switching the current consumption and the amplitude of the superimposed signal in at least two stages, the average of each of the field devices and the host instrument A fieldbus communication method in which the communication current is the same during communication and during non-communication.
【請求項2】請求項1記載の通信方式において、 前記フィールド機器が、伝送路上に接続された他のフィ
ールド機器及び上位計器からの通信データによる指令に
より、前記消費電流と前記重畳信号の振幅とを切替える
手段を備え、前記消費電流と前記重畳信号の振幅とを同
時に切替えることを特徴とするフィールドバスの通信方
式。
2. The communication system according to claim 1, wherein the field device determines the consumption current and the amplitude of the superimposed signal in response to a command from communication data from another field device connected to a transmission path and a host instrument. A fieldbus communication method, characterized in that it comprises means for switching between the current consumption and the amplitude of the superimposed signal at the same time.
【請求項3】請求項1記載の通信方式において、 前記フィールド機器が、ハードスイッチを内蔵し、前記
スイッチの設定状態に対応して、前記消費電流と前記重
畳信号の振幅とを切替える手段を備え、フィールド機器
及び上位計器の通電開始時に前記切替えを行うことを特
徴とするフィールドバスの通信方式。
3. The communication system according to claim 1, wherein the field device has a built-in hard switch, and comprises means for switching between the consumption current and the amplitude of the superimposed signal in accordance with a setting state of the switch. A field bus communication method, wherein the switching is performed when the power supply to the field device and the host instrument is started.
【請求項4】請求項1記載の通信方式において、 前記フィールド機器が少なくとも二段階の重畳信号振幅
を切替える機能を備え、かつ、機器から流れる電流を必
ず一方向の電流とする関係を維持した状態で、機器の消
費電流に対応して、前記重畳信号振幅を選択する機能を
備えたことを特徴とするフィールドバスの通信方式。
4. The communication system according to claim 1, wherein the field device has a function of switching superposed signal amplitude in at least two stages, and a state in which a current flowing from the device is always a unidirectional current is maintained. The fieldbus communication method is provided with a function of selecting the superimposed signal amplitude according to the current consumption of the device.
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