CN103631251A - 便携式仪器维护辅助装置、系统及方法 - Google Patents
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Abstract
便携式仪器维护辅助装置，具有对多个协议通用的1组端子，该端子构成为与混合通信网络连接，在其与现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于多个协议中的某一个而进行混合通信。
Description
技术领域
本发明涉及一种便携式仪器维护辅助装置、系统及方法。更详细地说，本发明涉及一种便携式的装置、系统及方法，其适用于对现场仪器的设置场所中的现场仪器进行检查或调整等维护作业。
本申请基于在2012年8月22日申请的日本专利申请第2012－183090号而主张优先权，在此援引其内容。
背景技术
图8是表示现有的测量装置系统50的一个例子的系统结构图。具体来说，图8是表示石油、化学、钢铁、纸浆、气体、LNG、电力、水环境、医药品等的控制车间中的测量装置系统的一个例子的系统结构图。
在图8中，温度传送器、流量计、压力传送器、阀定位器等现场仪器1，经由I/O模块2而与上级的控制系统3（称为上级控制系统）连接。
用于检测各物理量的现场仪器1进行过程值的传送。例如，现场仪器1利用复合信号进行混合通信，该复合信号是将包含仪器信息等在内的数字信号叠加在4－20mA的模拟信号上而得到的。
在此，进行混合通信的现场仪器1和控制系统3，基本上以1对1的关系进行连接。控制系统3基于从现场仪器1传送的过程值及仪器信息，对阀等操作器进行控制。
在从控制系统3对现场仪器1所具有的参数进行访问的情况下，或从现场仪器1向控制系统3传送仪器信息等情况下，使用叠加在4－20mA的模拟信号上的数字信号，按照规定的混合通信的传送方式进行期望的数据的发送/接收。
作为混合通信的协议，具有Foundation（注册商标）Fieldbus、Profibus（注册商标）、HART（注册商标）、MODBUS（注册商标）等，按照各自的通信规则进行数据的发送/接收。
在构成图8所示的测量装置系统50的现场仪器1的设置现场，作为用于现场仪器1的检查或调整等维护作业的装置，提出了例如在日本特表2005－522069号公报中记载的便携式诊断通信装置22（图9）。
在图9中，便携式诊断通信装置22具有3个网络连接端子24a、24b、24c。具体来说，便携式诊断通信装置22具有2个正极端子（24a、24c）及1个通用端子（24b）。正极端子24a和通用端子24b用于将便携式诊断通信装置22与HART网络连接。正极端子24c和通用端子24b用于将便携式诊断通信装置22与Foundation Fieldbus（下面简称为FF）网络连接。
在图9中，作为一个例子，示出了现场仪器1的一个端子与正极端子24a连接，现场仪器1的另一个端子与通用端子24b连接的情况。
在便携式诊断通信装置22通过HART处理控制环路连接而进行动作时，必须防止吸入或供给直流电流。因此，HART物理层电路（HARTMAU）26设计为将电压信号向未图示的处理控制环路供给。
另外，便携式诊断通信装置22为了满足FF固有的安全要求，必须防止能量注入处理控制环路。为了满足上述要求，FF物理层电路（现场总线MAU）28例如使用分流电流调整器吸入大约20mA的直流电流，在消息传送中以约±8mA对该电流进行调制。
上述2个协议通信方法本质上不同且彼此冲突。因此，便携式诊断通信装置22的电路构成为，在HART处理控制环路中不发生电流的吸入，在FF的网络中不进行能量注入（电压施加）。
在便携式诊断通信装置22中，为了对应不同的处理控制环路，分别设有各自的连接电路和媒体访问电路（HART物理层电路26、FF物理层电路28）。因此，用户有时可能将便携式诊断通信装置22向与所希望连接的网络不同的网络连接。例如用户有可能将HART物理层电路26向FF网络连接，或将FF网络向HART物理层电路26连接。为了应对用户的错误连接，在便携式诊断通信装置22中，构成为在连接开始时将物理层电路（MAU）的媒体访问单元维持为被动状态，不对网络媒体进行调制。
便携式诊断通信装置22内的测定电路由HART物理层电路26用的1个、和FF物理层电路28用的3个总计4个测定信号调整电路构成。HART测定电路30和现场总线测定电路32形成为能够吸入来自网络的小振幅且短时电流的电路。现场总线测定电路32由3个测定调整电路（统称为现场总线测定电路32）构成，该测定调整电路能够对用于测量DC电压值、通信信号的振幅值、网络或环路的噪声量的FF网络端子（24b、24c）的电压信号进行调整。另外，HART测定电路30由测定网络上的直流电压值的电路构成。上述4个信号调整电路与控制逻辑模块34连接。控制逻辑模块34包含与A/D（模拟/数字）变换器36连接的多路复用器。控制逻辑模块34能够经由16位并行总线40从微处理器38进行访问。
如果向便携式诊断通信装置22接通电源，则根据来自微处理器38的指示，A/D变换器36对HART及FF网络连接端子两方的直流电压交替进行监视。在上述状态时，便携式诊断通信装置22不会对网络（控制处理环路）造成妨碍（电流的吸入或供给、电压的施加等）。
在便携式诊断通信装置22未与网络连接的情况下，两个环路连接端子上的测定电压值大致为0。如果一个MAU端子经由端子24a和24b或端子24c和24b而与环路连接，则通过该MAU端子测定直流电压，另一个MAU端子不会测定直流电压。在HART处理控制环路连接中，测定大致12至50V的直流电压，在FF环路连接中，测定大致9至32V的直流电压。
关于环路连接端子的机械设计，其设计为无法将HART及FF媒体访问单元（MAU：Media Access Unit）即HART物理层电路26、FF物理层电路28双方同时向处理环路连接。由此，在通过一个媒体访问单元测定直流电压时，另一个单元无法测定直流电压。
在测定直流电压的情况下，为了确认环路连接线是否正确连接，要检测该直流电压的极性。特别地，在通用端子24b与两连接端子24a及24c中的一个之间测量的直流电压为负极性的情况下，表示处理环路连接线为逆向。经由COM－1端子41从微处理器38向主处理器（未图示）发送消息。主处理器显示该消息，向用户通知环路连接处于逆向连接。
在HART及FF处理通信环路这两者中使用的直流动作电压间存在叠加。因此，虽然可靠性高地显示便携式诊断通信装置22所连接的环路的类型，但无法仅使用直流电压。因此，为了判定环路的类型，实际上通过便携式诊断通信装置22测量处理控制环路的（具有相当的直流电压值和正确的连接极性）直流阻抗。
在便携式诊断通信装置22中，通过在5毫秒左右的极短期间吸入1mA的电流，从而能够测定网络的直流阻抗。利用该妨碍信号，在处理控制环路中，产生与该直流阻抗成正比的电压脉冲。在HART及FF处理通信环路之间存在明确的阻抗范围。在对应于该妨碍信号而通过便携式诊断通信装置22观测的信号中，包含有存在于处理控制环路上的HART或FF的通信信号的某一个。通过使用适当的低通滤波器对该通信信号进行滤波处理，从而能够通过便携式诊断通信装置22观测短时脉冲。
通过A/D变换器36测定该妨碍信号的电压振幅。根据该电压测定值能够计算网络的阻抗。对于FF网络的情况，阻抗计算值为约50Ω。对于HART网络的情况，阻抗计算值超过约125Ω。
在所检测出的处理环路的类型与便携式诊断通信装置22所连接的媒体访问单元（MAU）不同的情况下，经由COM－1端子41从微处理器38向主处理器发送消息，向用户传递以将网络连接向正确的媒体访问单元变更。但是，在所检测出的网络即处理控制环路的类型与便携式诊断通信装置22的媒体访问单元相同的情况下，继续通常的通信动作。
在便携式诊断通信装置22与用于通信的处理控制环路连接的期间，便携式诊断通信装置22根据要而进行多次诊断测定。例如，通过微处理器38定期地测量直流环路电压，确认其是否正确且维持恒定。在直流环路电压发生变动的情况下，判定为处理环路中发生问题，或迫近发生问题的状态。
优选使现场总线测定电路32对追加的动作网络或处理控制环路进行测定诊断。可以在通信信号的交流测定电路中设置滤波器，测定现场总线处理控制环路上的消息信号的振幅。还能够通过噪声测定电路测定交流电压，如果具有低通滤波器，则能够测量60至120Hz的噪声的振幅值。
在如上述构成的便携式诊断通信装置22中，自动检测向1对环路连接端子的环路连接。并且，便携式诊断通信装置22自动检测环路连接的不正常的状态，能够向用户发出如将极性反转这样的警告。另外，在便携式诊断通信装置22中，自动检测所连接的处理控制环路的类型，能够进行与其相对应的通信。
另外，能够进行与便携式诊断通信装置22连接的处理环路的多种诊断。特别地，在便携式诊断通信装置22中，能够测定直流网络电压值、FF消息信号的信号振幅值、低频噪声的振幅值。并且，与FF的诊断相关，在便携式诊断通信装置22中测定现场总线信号强度的振幅，并将其从与网络连接的规定装置上断开。用户能够诊断与FF网络或环路连接的装置的健全性，或能够诊断在网络的终端是否存在问题。另外，通过便携式诊断通信装置22还能够进行多个FF诊断。便携式诊断通信装置22能够显示与设在FF网络上的多个终端相关的信息。
便携式诊断通信装置22具有非易失性存储器即ROM42、易失性存储器即RAM44、HART调制解调器45、媒体访问控制器46、COM－2端子47以及调试端子48等。便携式诊断通信装置22内的存储器用于保存全部的重试请求的记录，并保存所检测到的消息信号错误的全部记录。上述错误与处理控制环路上的特定的处理装置或接收器节点相关联。因此，在整个期间收集信息，还对所连接的节点的状态和所述环路的健全性进行显示。
在其他的例子中，使ROM42为闪存，存储对更高级的诊断功能进行简略化的程序指示。在上述高级诊断功能中包含对在FF部分中动作的环路的控制状态进行监视的功能，和/或为辅助网络上的其他装置的问题解决而在控制环路内模拟特定功能模块部的功能。
但是，在日本特表2005－522069号公报中记载的现有装置中，安装有2个不同的通信协议，并具有用于连接基于各通信协议的规定网络的2组端子。因此，作为现场维护作业者等的用户必须采取用于防止错误连接的对策，以将规定网络正确地连接在规定端子上。
如果端子与网络发生错误连接，则无法与现场仪器建立通信连接，在最坏的情况下，有时会破坏现场仪器。
发明内容
本发明的几个技术方案提供一种能够可靠地防止网络的错误连接的便携式仪器维护辅助装置、系统及方法。
（1）本发明的第1技术方案为一种便携式仪器维护辅助装置，其具有对多个协议通用的1组端子，该端子构成为与混合通信网络连接，在其与现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信。
（2）在本发明的第1技术方案中，所述多个协议可以包含Foundation Fieldbus、Profibus、HART、MODBUS中的至少2个。
（3）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有阻挡电路，其与所述1组端子连接，并构成为，进行限制以使得经由所述1组端子输入/输出的能量不会达到点火能量。
（4）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有信号处理部，其构成为，对所述复合信号进行频率解析，基于该解析结果判定所述多个协议的规格类别。
（5）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还可以具有：第1通信调制解调器，其构成为，使用作为所述多个协议中的某一个的第1协议进行通信；第2通信调制解调器，其构成为，使用作为所述多个协议中的某一个、且与所述第1协议不同的第2协议进行通信；以及选择器，其构成为，将所述1组端子与所述第1通信调制解调器或所述第2通信调制解调器中的某一个连接。
（6）在本发明的第1技术方案中，所述阻挡电路具有：第1及第2电阻，它们与所述1组端子中的一个串联连接；第3及第4电阻，它们与所述1组端子的另一个串联连接；以及第1及第2二极管，它们在所述第1及第2电阻之间和所述第3及第4电阻之间，彼此逆向地并联连接。
（7）在本发明的第1技术方案中，所述信号处理部构成为，在使用所述多个协议中的初始连接的第1网络的协议时，与使用所述第1网络的协议之外的协议的情况相比，将经由所述1组端子输入/输出的电流控制得较小。
（8）在本发明的第1技术方案中，所述信号处理部构成为，在一定期间进行所述频率解析，计算频谱密度比规定值高的通信频率，基于该计算结果判定所述多个协议的规格类别。
（9）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有控制部，其构成为，控制所述便携式仪器维护辅助装置，所述信号处理部构成为，判定根据所述1组端子的输入电压的最大值及最小值计算出的第1通信振幅，是否落在由通过所述频率解析判定出的规格类别所确定的第2通信振幅的范围内，如果所述第1通信振幅落在所述第2通信振幅的范围内，则所述控制部确定与连接在所述1组端子上的网络进行通信。
（10）在本发明的第1技术方案中，所述信号处理部构成为，判定从所述1组端子输入/输出的信号的波动是否大于规定值，在所述波动大于所述规定值的情况下，所述信号处理部向所述控制部通知判定结果。
（11）在本发明的第1技术方案中，所述信号处理部构成为，在所述波动大于所述规定值的情况下，将输入至所述信号处理部的信号中所含的噪声成分去除而进行波形整形，然后输出至所述控制部。
（12）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有手动开关，其手动切换将所述1组端子与所述第1通信调制解调器和所述第2通信调制解调器中的某一个连接。
（13）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有测定部，其构成为，检测是否经由所述1组端子而输入/输出了帧。
（14）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置具有控制部，其在所述测定部检测到输入/输出了所述帧的情况下，基于所述频率解析的结果，判定所述帧的通信速度是否大于规定值。
（15）在本发明的第1技术方案中，在所述控制部判定出所述帧的通信速度大于所述规定值的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于高速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
（16）在本发明的第1技术方案中，在所述控制部判定出所述帧的通信速度小于所述规定值的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于低速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
（17）在本发明的第1技术方案中，在所述测定部没有检测到输入/输出了所述帧的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于低速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
（18）在本发明的第1技术方案中，该便携式仪器维护辅助装置还具有与所述1组端子连接的输入/输出模块，所述输入/输出模块具有电阻，该电阻仅与所述1组端子连接。
（19）本发明的第2技术方案为一种便携式仪器维护辅助系统，其具有：现场仪器，其用于检测物理量；以及便携式仪器维护辅助装置，其具有对多个协议通用的1组端子，该端子构成为与混合通信网络连接，在其与所述现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信。
（20）本发明的第3技术方案为一种便携式仪器维护辅助方法，在该方法中，在便携式仪器维护辅助装置中，设置对多个协议通用的1组端子，该端子与混合通信网络连接，在其与现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信，使用所述1组端子，经由所述混合通信网络，进行所述现场仪器的维护检查。
根据本发明的几个技术方案，不会与网络错误连接，能够准确地判定复合信号的协议。
附图说明
图1是本发明的第1实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助系统的结构图。
图2是图1中的阻挡电路的具体电路图。
图3是说明图1的便携式仪器维护辅助装置的动作的流程图。
图4是说明在图3的步骤S7的处理结束后的便携式仪器维护辅助装置的动作状态的框图。
图5是说明在图3的步骤S10的处理结束后的便携式仪器维护辅助装置的动作状态的框图。
图6是本发明的第2实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助系统的结构图。
图7是图6中的输入/输出模块的具体电路图。
图8是表示现有的测量装置系统的一个例子的系统结构图。
图9是表示现有的便携式诊断通信装置的一个例子的框图。
具体实施方式
下面，参照附图，说明本发明的第1及第2实施方式。针对本发明的第1及第2实施方式的以下说明仅对由附加的权利要求所规定的发明及其等同物进行了具体说明，并不以对其进行限定为目的，这基于本公开内容对于本领域技术人员来说是明确的。
首先，对本发明的第1实施方式进行说明。
图1是本发明的第1实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助系统1000的结构图。便携式仪器维护辅助系统1000具有便携式仪器维护辅助装置100a和现场仪器200。
便携式仪器维护辅助装置100a具有：端子101、连接端子S101至S108、通信调制解调器102及103、CPU104、阻挡（barrier）电路105、选择器106及107、测定电路108、A/D变换器109、信号处理部110、手动开关111、或门112、显示部113、操作部114、时钟输出部115、电源部116、ROM142、RAM144。
在图1中，端子101用于与通信网络连接，具有正极端子P+和负极端子P－。该端子101对多个规格的通信网络通用。在图1中，正极端子P+与现场仪器200的一个端子连接，负极端子P－与现场仪器200的另一个端子连接。
通信调制解调器102、103均在现场仪器的网络通信中使用。通信调制解调器102与上述的FF、Profibus、HART、MODBUS等通信网络中的HART网络相对应。通信调制解调器103与FF网络相对应。此外，所谓混合通信网络是指切换使用FF、Profibus、HART、MODBUS等协议的多个通信网络，使用上述协议中的某一个进行通信的网络。
此外，在第1实施方式中，示出了设有2个通信调制解调器102、103的例子，但也可以设置3个或大于3个的通信调制解调器。上述通信调制解调器102、103的输出端子与CPU104连接。
CPU104基于经由通信调制解调器102、103输入的信息、和从信号处理部110输入的信息，进行通信网络的规格类别的自动判别。CPU104经由或门112将该判别结果作为选择器106、107的控制信号进行反馈。此外，CPU104主要进行应用层的处理，但根据需要也进行数据链路层的处理。
阻挡电路105限制能量（电压/电流/电力）的输入/输出，在考虑本质安全防爆规格的适用的情况下，与端子101的次级连接。即，阻挡电路105配置在端子101和选择器106及107之间。此外，所谓本质安全防爆规格，在日本，是指对适于在被指定为本质安全防爆区域的区域中使用的无线仪器所要求的规格。阻挡电路105设计为针对相对应的全部网络通信规格，即使施加最大额定的输入也不会对部件造成损伤。
图2是阻挡电路105的具体电路图。阻挡电路105具有：电阻105a、105b、105c、105d、105g、105i、105k、105n、二极管105e、105f、105p、105m、105j、105h。
在图2中示出了在阻挡电路105中设有8个连接端子S101至S108的例子。
在连接端子S101、S102之间串联连接有电阻105a和105b，它们用作电流限制元件而将电流降低至不会因点火能量而着火的程度。在连接端子S103、S104之间串联连接有电阻105c和105d，它们用作电流限制元件。
在电阻105a和105b的连接点和电阻105c和105d的连接点之间连接有并联电路。该并联电路由并联连接的2个二极管105e、105f构成。二极管105e、105f以彼此成为逆极性的方式并联连接。二极管105e、105f用作电压限制元件而将电压降低至不因点火能量而着火的程度。
在连接端子S101、S105之间连接有电阻105g。在电阻105g和连接端子S105的连接点上连接有二极管105h的负极。二极管105h的正极与通用电位点连接。
在连接端子S103、S106之间连接有电阻105i。在电阻105i和连接端子S106的连接点上连接有二极管105j的负极。二极管105j的正极与通用电位点连接。
在电阻105c与105d的连接点和连接端子S107之间连接有电阻105k。在电阻105k和连接端子S107的连接点上连接有二极管105m的负极。二极管105m的正极与通用电位点连接。
在连接端子S103、S108之间连接有电阻105n。在电阻105n和连接端子S108的连接点上连接有二极管105p的负极。二极管105p的正极与通用电位点连接。
在上述结构的阻挡电路105中，连接端子S105、S106作为线电压测定端子起作用。连接端子S107、S108作为线电流测定端子起作用。此外，测定线电压和线电流的点并不限定于连接端子S105、S106、S107、S108，也可以另外设置多个。
在图1中，选择器S106由可动接点a1和固定接点b1、c1构成，选择性地将端子S101与各通信调制解调器102、103连接。选择器S107由可动接点a2和固定接点b2、c2构成，选择性地将端子S101与各通信调制解调器102、103连接。选择器106、107设置在阻挡电路105和各通信调制解调器102、103之间。
选择器106的可动接点a1与连接端子S102连接。固定接点b1与通信调制解调器102的一个输入端子连接。固定接点c1与通信调制解调器103的一个输入端子连接。
选择器107的可动接点a2与连接端子S104连接。固定接点b2与通信调制解调器102的另一个输入端子连接。固定接点c2与通信调制解调器103的另一个输入端子连接。
选择器106、107以在初始状态下仅能够与通信调制解调器102、103中的某一个进行通信的方式，将通信协议的物理层和CPU104连接，通过频率解析进行协议的规格类别自动诊断及通信建立。此外，CPU104使初始连接的一方的通信协议，在与另一方的通信协议协议相比输入/输出电流较小的范围（例如电流为4－20mA）内动作。
测定电路108经由阻挡电路105的连接端子S105至S108而与通信协议的物理层连接。测定电路108的输出端子与A/D变换器109连接。
A/D变换器109具有例如与通信频带相比为10倍左右的高速采样速度。A/D变换器109将阻挡电路105的后段的模拟输出信号变换为数字信号而输出至信号处理部110。A/D变换器109的输出信号成为用于判定与端子101连接的通信网络的规格类别的原始信息。
A/D变换器109经由测定电路108而连接有阻挡电路105的连接端子S105及S106。测定电路108检测与端子101相关联的电压。此外，在检测流过总线的电流时，使用电阻105k、105n和差动放大器（省略图示），该电阻105k、105n与端子101的正极端子P+和负极端子P－的各线串联连接，用于将流过总线的电流变换为电压，该差动放大器用于求出电阻间的电压（连接端子S107、S108间的电位差）。
信号处理部110由DSP或CPU等构成。信号处理部110针对从A/D变换器109变换输出的信号，例如通过FFT运算进行频率解析，或通过数字滤波器进行波形整形处理等。
信号处理部110具体来说，进行以下的处理判定。
（1）进行某一定期间（假定的各通信网络帧的几分之1）的频率解析，计算频谱密度高的通信频率。基于该计算结果判定通信网络的规格类别。即，例如如果是30kHz附近则判定为FF，如果是1至2kHz则判定为HART。
（2）另外，根据A/D变换器109的关于总线电流的电压输入的最大值及最小值，计算通信振幅。与基于上述（1）的频率解析而得到的通信网络中的规格上的通信振幅进行比较，如果在规格范围内，则向CPU104通知，以建立通信。CPU104向选择器106、107发出用于将该通信调制解调器102或103与端子101连接的指示信号。在振幅落在规格范围外的情况下，将通信异常这一情况向CPU104通知。
（3）在上述（2）的处理的同时，确认从端子S101输入/输出的信号的波动，如果波动大于规定值，则将总线的噪声变大而状态变差这一情况向CPU104通知。例如CPU104在波动大于规定值的情况下，决定不使用当前与端子101连接的网络的协议进行通信。
（4）并且，在上述（3）中判定出总线的噪声大于规定值而状态变差的情况下，调整数字滤波器的参数，以去除A/D变换器109的变换输出信号即输入至信号处理部110的信号所包含的噪声成分而进行波形整形。并且，将波形整形处理后的噪声成分少的信号输出至CPU104。由此，CPU104能够确认经由总线传送来的原本的通信信息。
此外，信号处理部110进行上述（1）至（4）的信号处理，但如果CPU104的运算处理能力有富余，则可以通过CPU104进行上述信号处理的一部分。
手动开关111是为了根据需要将通过CPU104进行的自动判别模式设定为手动模式而设置的。即，与端子101连接的通信网络的规格类别的判别，可以基于信号处理部110的处理结果而通过CPU104自动判别，但考虑到要可靠地选择通信，设定为还可以手动切换。例如用户通过手动操作手动开关111，经由或门112切换选择器106及107的连接，将端子101与通信调制解调器102、103的某一个连接。
手动开关111可以是插入型指拨开关，也可以在预先已判明所使用的通信协议的情况下，通过短路用开关固定与端子101连接的通信协议。手动开关111的状态经由或门112作为选择器106、107的控制信号输入。
显示部113与CPU104连接，显示CPU104的各种信息。操作部114与CPU104连接，例如用户在观看显示部113的显示画面的同时设定操作CPU104。
时钟输出部115分别将所需频率的时钟输出至CPU104等各模块中。
电源部116分别将所需的规定电压的电力输出至CPU104等各模块中。
ROM142是与CPU104连接的非易失性存储器。ROM142记录便携式仪器维护辅助装置100a所执行的程序等。
RAM144是与CPU104连接的易失性存储器。RAM144暂时存储便携式仪器维护辅助装置100a从现场仪器200接收到的数据等。
图3是说明图1的便携式仪器维护辅助装置100a的动作的流程图。
首先，在步骤S1中，便携式仪器维护辅助装置100a设定为初始状态。在初始状态中，以分别与通信速度较慢的通信调制解调器102（HART）和通信速度较快的通信调制解调器103（FF）相对应的方式，设定时钟输出部115的输出时钟的频率。并且，将通信调制解调器102、103、CPU104、测定电路108、A/D变换器109及信号处理部110设定作为电源部116的电源供给对象。
在步骤S2中，测定电路108、A/D变换器109及信号处理部110检测与端子101连接的通信网络中有无通信，并开始信号频率解析。
在步骤S3中，测定电路108启动用于确定经由端子101输入/输出的帧的规定监视时间的监视定时器。帧的监视时间考虑FF通信特性而设定。通常，FF通信是双向的数字通信，以数毫秒间隔始终发送帧。因此，如果静默状态例如持续1秒，则能够判定出不是进行FF通信，因此，如果将帧的监视时间设为1秒则可视为是足够的时间。等待监视定时器到时间，然后进入步骤S4。
在步骤S4中，测定电路108判定在规定监视时间内是否检测到帧。在检测到帧的情况下进入步骤S5，在没有检测到帧的情况下进入步骤S9。
在步骤S5中，CPU104基于经由测定电路108、A/D变换器109及信号处理部110的系统进行的频率解析的结果，判定在步骤S4中检测到的帧的通信速度与规定值相比为低速还是高速。如果判定为高速则进入步骤S6，如果判定为低速则进入步骤S9。
在步骤S6中，CPU104切换选择器106、107，设为与高速的FF用通信调制解调器103对应的状态。
在步骤S7中，CPU104停止从电源部116向与HART通信系统有关的模块供给电源，而向与FF通信系统有关的模块即通信调制解调器103、CPU104、测定电路108、A/D变换器109及信号处理部110供给电源。
在步骤S8中，CPU104进行设定，以使得时钟输出部115的输出时钟的频率与高速的通信调制解调器103相对应。
在步骤S12中，CPU104使便携式仪器维护辅助装置100a进入作为FF通信仪器的稳定状态，结束启动时的处理。
在步骤S9中，CPU104切换选择器106、107，设为与作为低速的HART用的通信调制解调器102对应的状态。
在步骤S10中，CPU104停止从电源部116向与FF通信系统有关的模块供给电源，而向与HART通信系统有关的模块即通信调制解调器102、CPU104、测定电路108、A/D变换器109及信号处理部110供给电源。
在步骤S11中，CPU104进行设定，以使得时钟输出部115的输出时钟的频率与低速的通信调制解调器102相对应。
图4是说明在步骤S7的处理结束后的便携式仪器维护辅助装置100a的动作状态的框图。在图4中，成为FF通信系统的通信调制解调器103起作用的状态。
与其相对，图5是说明在步骤S10的处理结束后的便携式仪器维护辅助装置100a的动作状态的框图。在图5中，成为HART通信系统的通信调制解调器102起作用的状态。
由上述说明可知，在第1实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助装置100a（图1）中，基于与端子101连接的通信网络中有无通信帧以及信号处理部110的分析结果，自动识别FF通信和HART通信。并且，对应于该识别结果，使便携式仪器维护辅助装置100a作为FF通信仪器或HART通信仪器起作用。
由此，无需对应于各现场仪器的种类而针对每个通信网络的规格类别进行开发，并且不需要进行库存管理等繁琐的作业。
另外，在频率解析后，只要根据是作为FF通信仪器起作用，还是作为HART仪器起作用，而仅针对某一方所需的部位进行时钟及电源的供给即可。因此，能够抑制仪器整体的消耗电力，并能够避免对系统的不良影响。
下面，对本发明的第2实施方式进行说明。
图6是本发明的第2实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助系统2000的结构图。便携式仪器维护辅助系统2000具有便携式仪器维护辅助装置100b和现场仪器200。
便携式仪器维护辅助装置100b具有：端子101、连接端子S101至S108、通信调制解调器102及103、CPU104、输入/输出模块120、选择器106及107、测定电路108、A/D变换器109、信号处理部110、手动开关111、或门112、显示部113、操作部114、时钟输出部115、电源部116、ROM142、RAM144。
此外，对第2实施方式与第1实施方式相同结构的部分标注相同的标号，并省略说明。
在第1实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助装置100a（图1）中，对考虑本质安全防爆规格的适用而在端子101的次级连接阻挡电路105的例子进行了说明。但是，在考虑非本质安全防爆规格的适用的情况下，例如如图6所示，可以取代阻挡电路105而连接输入/输出模块120。
在图6中，与第1实施方式所涉及的阻挡电路105相同地，在输入/输出模块120中也设有8个连接端子S101至S108。图6的连接端子S101至S108与各部分的连接关系与图1相同。
图7是图6中的输入/输出模块120的具体电路图。输入/输出模块120具有：电阻115a、115b、115d、115f、115h、二极管115i、115g、115e、115c。
在输入/输出模块120中，没有如第1实施方式所涉及的阻挡电路105所示设置用于限制能量（电压/电流/电力）的输入/输出的元件。
即，连接端子S101、S102之间进行直接连接。
在连接端子S103、S104之间连接有电阻115a。
在连接端子S101、S105之间连接有电阻115b。在电阻115b和连接端子S105的连接点上连接有二极管115c的负极。二极管115c的正极与通用电位点连接。
在连接端子S103、S106之间连接有电阻115d。在电阻115d和连接端子S106的连接点上连接有二极管115e的负极。二极管115e的正极与通用电位点连接。
在电阻115a与连接端子S104的连接点和连接端子S107之间连接有电阻115f。在电阻115f和连接端子S107的连接点上连接有二极管115g的负极。二极管115g的正极与通用电位点连接。
在连接端子S103、S108之间连接有电阻115h，在电阻115h和连接端子S108的连接点上连接有二极管115i的负极。二极管115i的正极与通用电位点连接。
在上述结构的输入/输出模块120中，与第1实施方式所涉及的阻挡电路105相同地，连接端子S105、S106作为线电压测定端子起作用。连接端子S107、S108作为线电流测定端子起作用。此外，测定线电压和线电流的点并不限定于连接端子S105、S106、S107、S108，也可以另外设置多个。
此外，在图7中记载为输入/输出模块120的原因是，本发明的第2实施方式所涉及的便携式仪器维护辅助装置100b，例如在对HART通信的网络进行维护检查时，有时从未图示的信号源向HART通信的网络叠加规定的信号。
根据本发明的第1及第2实施方式，由于用于连接通信网络的端子为1组，因此，在进行现场维护检查作业等时，即使在未确认通信网络的协议的情况下，也不考虑其类别而只要简单地进行连接即可，不会发生如日本特表2005－522069号公报中记载的现有装置那样的错误连接问题。
本发明的应用范围并不限定于上述第1及第2实施方式，能够针对具有经由通信线进行的通信功能的现场仪器进行广泛应用。
如以上说明所述，根据本发明的几个技术方案，可提供能够可靠地防止网络的错误连接的便携式仪器维护辅助装置，在即使未确认通信网络的协议的情况下，不考虑其类别而只要简单地进行连接即可，能够大幅度改善作业效率。
Claims (20)
1.一种便携式仪器维护辅助装置，其具有对多个协议通用的1组端子，该端子构成为与混合通信网络连接，在其与现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信。
2.根据权利要求1所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述多个协议包含Foundation Fieldbus、Profibus、HART、MODBUS中的至少2个。
3.根据权利要求1所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
该便携式仪器维护辅助装置还具有阻挡电路，其与所述1组端子连接，并构成为，进行限制以使得经由所述1组端子输入/输出的能量不会达到点火能量。
4.根据权利要求1所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
该便携式仪器维护辅助装置还具有信号处理部，其构成为，对所述复合信号进行频率解析，基于该解析结果判定所述多个协议的规格类别。
5.根据权利要求1所述的便携式仪器维护辅助装置，其还具有：
第1通信调制解调器，其构成为，使用作为所述多个协议中的某一个的第1协议进行通信；
第2通信调制解调器，其构成为，使用作为所述多个协议中的某一个、且与所述第1协议不同的第2协议进行通信；以及
选择器，其构成为，将所述1组端子与所述第1通信调制解调器或所述第2通信调制解调器中的某一个连接。
6.根据权利要求3所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述阻挡电路具有：
第1及第2电阻，它们与所述1组端子中的一个串联连接；
第3及第4电阻，它们与所述1组端子的另一个串联连接；以及
第1及第2二极管，它们在所述第1及第2电阻之间和所述第3及第4电阻之间，彼此逆向地并联连接。
7.根据权利要求4所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述信号处理部构成为，在使用所述多个协议中的初始连接的第1网络的协议时，与使用所述第1网络的协议之外的协议的情况相比，将经由所述1组端子输入/输出的电流控制得较小。
8.根据权利要求4所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述信号处理部构成为，在一定期间进行所述频率解析，计算频谱密度比规定值高的通信频率，基于该计算结果判定所述多个协议的规格类别。
9.根据权利要求8所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
还具有控制部，其构成为，控制所述便携式仪器维护辅助装置，
所述信号处理部构成为，判定根据所述1组端子的输入电压的最大值及最小值计算出的第1通信振幅，是否落在由通过所述频率解析判定出的规格类别所确定的第2通信振幅的范围内，
如果所述第1通信振幅落在所述第2通信振幅的范围内，则所述控制部确定与连接在所述1组端子上的网络进行通信。
10.根据权利要求9所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述信号处理部构成为，判定从所述1组端子输入/输出的信号的波动是否大于规定值，
在所述波动大于所述规定值的情况下，所述信号处理部向所述控制部通知判定结果。
11.根据权利要求10所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
所述信号处理部构成为，在所述波动大于所述规定值的情况下，将输入至所述信号处理部的信号中所含的噪声成分去除而进行波形整形，然后输出至所述控制部。
12.根据权利要求5所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
还具有手动开关，其手动切换将所述1组端子与所述第1通信调制解调器和所述第2通信调制解调器中的某一个连接。
13.根据权利要求4所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
还具有测定部，其构成为，检测是否经由所述1组端子而输入/输出了帧。
14.根据权利要求13所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
具有控制部，其在所述测定部检测到输入/输出了所述帧的情况下，基于所述频率解析的结果，判定所述帧的通信速度是否大于规定值。
15.根据权利要求14所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
在所述控制部判定出所述帧的通信速度大于所述规定值的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于高速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
16.根据权利要求14所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
在所述控制部判定出所述帧的通信速度小于所述规定值的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于低速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
17.根据权利要求13所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
在所述测定部没有检测到输入/输出了所述帧的情况下，所述控制部在所述多个协议中选择对应于低速通信的协议，并使用该选择出的协议经由所述1组端子进行通信。
18.根据权利要求1所述的便携式仪器维护辅助装置，其中，
还具有与所述1组端子连接的输入/输出模块，
所述输入/输出模块具有电阻，该电阻仅与所述1组端子连接。
19.一种便携式仪器维护辅助系统，其具有：
现场仪器，其用于检测物理量；以及
便携式仪器维护辅助装置，其具有对多个协议通用的1组端子，该端子构成为与混合通信网络连接，在其与所述现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信。
20.一种便携式仪器维护辅助方法，在该方法中，
在便携式仪器维护辅助装置中，设置对多个协议通用的1组端子，该端子与混合通信网络连接，在其与现场仪器之间，利用由模拟信号和至少包含仪器信息的数字信号叠加而成的复合信号，基于所述多个协议中的某一个而进行混合通信，
使用所述1组端子，经由所述混合通信网络，进行所述现场仪器的维护检查。
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