JP2001034301A

JP2001034301A - フィールドバスシステム

Info

Publication number: JP2001034301A
Application number: JP2000173881A
Authority: JP
Inventors: Masao Fukunaga; 正雄福永
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 2000-06-09
Publication date: 2001-02-09
Anticipated expiration: 2017-07-29
Also published as: JP3307916B2

Abstract

(57)【要約】【課題】システム立ち上げ時の自由性、応答性が高く、
更に動作信頼性も高いフィールドバスシステムを提供す
る。【解決手段】複数のループ３のいずれにおいても、トラ
ンスミッタ４はプロセス変量を計測して電気信号に変換
し、その計測値をシリアル通信により出力する。その出
力信号は当該ループ内の演算・制御部６に伝送され、同
時に中継器８を通してフィールドバス７上に出力され、
バスラインに接続されるすべての機器に伝送される。こ
のため、上位機器２を介設することなくフィールド側の
みで制御動作を実行することができる。従って、計器室
側でトラブルが発生しても、フィールド側のみで安定し
て動作することができ、システム立ち上げ時の自由性、
応答性が高く、更に動作信頼性も高いフィールドバスシ
ステムを提供することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はフィールドバスシス
テムに係り、特に工業用計測制御システムに適用され、
計器室側の故障に対して強く安定して動作すると共にシ
ステム新設のための試運転を簡易に行い得るフィールド
バスシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図５を参照して従来の代表的なシステム
構成について説明する。フィールドバスシステムは計器
室側とフィールド側から構成され、計器室にはシステム
全体を制御・管理する上位機器５１が配設され、フィー
ルドには検出と制御動作を実行する多数の各種の検出・
制御用ブロック５２が配設される。ブロック５２は上位
機器とによって制御ループを形成する。上位機器５１と
各ブロック５２はフィールドバス５３で接続される。ブ
ロック５２の接続構成については、上位機器５１から見
るとマルチドロップ構成となっている。上位機器５１の
内部には演算・制御部５１ａと通信・バス制御部５１ｂ
と電源部５１ｃが設けられる。また各ブロック５２は、
検出端装置であるトランスミッタ５４と操作端装置であ
るアクチュエータ５５とを備える。各ブロック５２にお
ける５６は中継器である。

【０００３】上記構成を有するシステムでは、トランス
ミッタ５４からの検出信号はフィールドバス５３を介し
た通信により上位機器５１に伝達され、演算・制御部５
１ａで検出データに基づいて制御信号が生成され、この
制御信号はフィールドバス５３を介してアクチュエータ
５５に伝送され、所要の制御操作が行われる。必要に応
じてアクチュエータ５５はアンサバック信号をフィール
ドバス５３を介して上位機器５１に返送する。

【０００４】上記の各動作は多数のブロックのそれぞれ
が適宜なタイミングで上位機器５１に対して行う。従っ
て、フィールドバス５３には上位機器５１及び各ブロッ
ク５２からの各種データが頻繁に流れる。このフィール
ドバス５３におけるデータの流れの制御は、上位機器５
１の通信・バス制御部５１ｂが実行し、各構成要素間の
通信権の調停が行われる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のフィールドバス
システムの構成では、通信及び制御実行において上位機
器としてのディジタル分散形制御システム（ＤＣＳ）が
重要な位置を占め、フィールドバス全体の信号の流れの
制御、バスラインの管理・制御等の動作を行っている。
この構成自体は、従来の計測制御システムの延長として
存在するものであり、ごく自然なシステム構成であると
考えられる。

【０００６】しかしながら、従来のシステム構成では次
のような問題が提起される。

【０００７】先ず第１に、検出端と操作端を含んでなる
ループの制御を行う場合に、その演算及び制御の処理に
計器室側の上位機器が介在するため、上位機器が動作し
なければシステム全体が動作せず、システム全体が動か
なくなるという確率が高くなる。すなわち計器室側の故
障に対してシステム全体が弱いという特性を有する。

【０００８】第２にシステムの新設においては、最初に
各ローカル機器の据付けを行い、その動作を確認し、そ
の後に上位機器を据え付けてローカル機器と上位機器と
を接続し、システム全体の動作確認を行うようにしてい
る。ローカル機器であるフィールド計器は、一般的に各
ブロックごとに工事の進行具合が異なるので、すべての
フィールド計器の動作確認を完了し、これらと上位機器
との組合わせによる動作確認を行うのは時間的にかなり
遅れることになる。上位機器に接続されるまでの間、各
フィールド計器は上位機器がない状態で試運転を行わな
ければならないが、この場合上位機器に相当するシミュ
レータを使用する。このシミュレータは実時間制御のも
のであり、かなり大がかりなものとなる。加えて、シミ
ュレーションによる動作確認がうまくいっても実動作の
充分な保証とならず、これによって実際のフィールド機
器の運転を完全に行うことができる訳ではない。

【０００９】第３に、上位機器に故障が生じたり、又は
上位機器とフィールド側中継器との間の通信路がノイズ
で不通になった場合には、システム全体が制御不能とな
り、システムが故障に対して弱いという特性を有する。
特に上記システムでは、上位機器とフィールド側中継器
との間の通信路でトラブルが発生しやすいという不具合
があった。

【００１０】第４に、定常の制御状態において、上位機
器は各制御ループの検出端及び操作端に対して制御ルー
プごとに要求される応答速度で通信データの受信及び送
信を行う必要がある。制御ループの中には応答速度が遅
いものも存在するので、通信負荷が大きくなり、上位機
器の通信に対する負荷が非常に大きくなる。

【００１１】本発明の主要な目的は、前述した諸問題を
解決することにあり、計器室側の上位機器の中に設けら
れた制御ための演算・制御部をフィールド側に又はフィ
ールド側の各ブロックごとに設置し、定常制御動作では
上位機器を介することなくフィールド側の多数のブロッ
クの検出・操作の動作を制御することを可能とし、更に
は各ブロックごとに独立して又は各ブロックごと独立し
つつ相互に通信を行って制御を行うことを可能とし、も
ってシステム立ち上げ時の自由性、応答性が高く、更に
動作信頼性も高いフィールドバスシステムを提供するこ
とである。

【００１２】本発明の他の目的は、計器室側でトラブル
が発生してもその影響がフィールド側に及ばず、システ
ムとしては安定した運転を行うことができ、動作信頼性
の高いフィールドバスシステムを提供することである。

【００１３】本発明の他の目的は、フィールド側に設け
られた演算・制御部の内部の制御パラメータを上位機器
からの指令で設定及び変更でき、更に非定常状態では上
位機器からの制御もできるようにし、システムとして柔
軟な構造を有したフィールドバスシステムを提供するこ
とである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は次のように構成される。（１）計器室側に配置された上位機器と、フィールド側
に配置された複数の検出端装置及び操作端装置と、前記
上位機器と複数の前記検出端装置及び操作端装置を接続
するバスラインとで構成されるフィールドバスシステム
において、フィールド側に設置された任意の前記検出端
装置と操作端装置によって制御ループを構成し、当該制
御ループは、制御ループ内の前記検出端装置が検出する
計測値に基づき制御信号を生成し、当該制御信号で前記
操作端装置の操作を行う演算・制御手段を有する。

【００１５】（２）計器室側に配置された上位機器と、
フィールド側に配置された複数の検出・制御用ブロック
と、前記上位機器と複数の前記ブロックを接続するバス
ラインとで構成されるフィールドバスシステムにおい
て、複数の前記ブロックのそれぞれは検出端装置と操作
端装置とを含んでなり、前記フィールド側に演算・制御
手段が配設され、この演算・制御手段と前記各ブロック
によりフィールド側だけで制御ループを構成し、前記ブ
ロックのいずれかの前記検出端装置が検出する計測値に
基づき、前記演算・制御手段は対応する前記ブロックの
前記操作端装置を操作する。

【００１６】（３）好ましくは、上記（１）又は（２）
において、前記上位機器は前記検出端装置及び前記演算
・制御手段からそれらの出力信号を伝送され、前記出力
信号に基づきフィールド側の検出状態及び制御状態をモ
ニタする。

【００１７】（４）また、好ましくは、上記（３）にお
いて、前記上位機器によるモニタは定常状態の時に行わ
れると共に、前記上位機器は制御上必要な場合に制御指
令を前記制御ループに与える。

【００１８】（５）また、好ましくは、上記（１）〜
（４）のいずれか１項に記載のフィールドバスシステム
において、前記上位機器とフィールド側の機器との間
には通信バッファが配設され、前記上位機器が配置され
る計器室側で異常が発生したとき前記通信バッファで前
記異常によるフィールド側への影響を遮断し、フィール
ド側の制御動作を正常に保持するようにしたことを特徴
とするフィールドバスシステム。

【００１９】（６）また、好ましくは、上記（５）にお
いて、前記通信バッファは通信異常検出部を有し、この
通信異常検出部が通信異常を検出したときには、フィー
ルド側の機器のみで制御動作を行う。

【００２０】（７）また、好ましくは、上記（１）〜
（６）において、前記演算・制御手段は制御機能の特
性を規定する制御パラメータを有し、当該制御パラメー
タは、前記上位機器により設定及び変更される。

【００２１】（８）また、好ましくは、上記（１）〜
（６）において、前記演算・制御手段は制御機能の特
性を規定する制御パラメータを有し、当該制御パラメー
タは、前記バスラインを介して着脱自在なターミナルに
より設定及び変更される。

【００２２】（９）また、好ましくは、上記（１）〜
（６）において、前記演算・制御手段は制御機能の特
性を規定する制御パラメータを有し、前記演算・制御手
段は、前記制御パラメータを設定及び変更するための調
整部を備える。

【００２３】（１０）また、好ましくは、上記（１）〜
（９）において、前記バスライン上の通信を管理するバ
ス制御部をフィールド側に設ける。

【００２４】（１１）また、好ましくは、上記（１０）
において、前記バス制御部は、複数の前記検出端装置と
複数の前記演算・制御手段と前記上位機器にバス制御権
を与えると共に、相対的に演算・制御手段にバス制御権
を与える頻度を低減する。

【００２５】（１２）また、好ましくは、上記（１０）
又は（１１）において、前記バス制御部は、バス制御権
を与えるバスラインに接続される複数の機器のそれぞれ
に対して巡回的にバス制御権を与える。

【００２６】（１３）また、好ましくは、上記（１２）
において、前記複数の機器間の通信の制御形態にカスケ
ード通信を含む。

【００２７】本発明によるフィールドバスシステムで
は、従来計器室の上位機器の中に設けられていた制御用
の演算・制御部をフィールド側に配設し、各ブロックに
演算・制御部を設けるように構成し、これによって上位
機器とは関係なくフィールド側のみで制御ループを構成
する。これにより、フィールド側の制御動作の自律性を
実現する。また、計器室側とフィールド側という関係、
あるいは上位機器と各制御ブロックという関係の如く制
御機能が分散される。このように、各ブロックの検出端
装置でプロセス量が検出され、これが計測信号として出
力されたときには当該ブロック内の演算・制御部がこれ
を入力し、これの計測信号及び内部に用意された制御パ
ラメータに基づき制御信号を生成し、この制御信号によ
って操作端装置であるアクチュエータを制御操作する。

【００２８】また、フィールド側に設けられた同様な機
能を有する単一の演算・制御部によって同様な制御動作
が実行される。これらの構成では定常状態における制御
動作に関して上位機器は全く関与しない。ただし、上位
機器は所定の内容についてはモニタ機能を実行する。ま
た、非定常状態において必要がある場合には、上位機器
がフィールド側の制御ブロックに対して制御指令を発す
ることも可能である。

【００２９】また、フィールド側と計器室側の上位機器
とのバスラインに通信バッファを配設している。この通
信バッファは基本的にフィールド側と計器室側を遮断す
る機能を有すると共に、更に内部にデータ異常検出部を
設けることにより計器室側で異常が発生したときには、
フィールド側のみで動作することを可能にするものであ
る。これによってシステムの動作安定性を確保する。

【００３０】また、フィールド側に設けた演算・制御部
の内部に記憶される制御パラメータを外部より設定・変
更できる構成を明らかにしている。この設定・変更は、
上位機器や専用のターミナルによって行われる。

【００３１】また、フィールド側の演算・制御部自体に
調整部として設けることも可能である。

【００３２】また、本発明によるシステム構成では、制
御機能をフィールド側の各制御ブロック等に分散させる
ように構成したため、複数の制御ブロック及び上位機器
の間の通信の制御として制御バスをフィールド側に設
け、所要の通信制御を行い、円滑な通信を実行してい
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を添付図
面に基づいて説明する。図１は、本発明に係る自律分散
形フィールドバスシステムの一般的な構成を示す。ここ
で用語の意味を明確にする。「自律」はフィールド側単
独で又はフィールド側の各制御ブロックごとで所要の制
御を実行できるという意味であり、「分散形」は制御機
能が任意の単位ごとに分散されているいう意味である。
フィールドバスの配置については、実際上、図示された
もの以外の種々のものを考えることができる。

【００３４】本発明によるフィールドバスシステムは、
境界線１を境に、上側の計器室側と下側のフィールド側
とに分けられる。計器室には上位機器２が配置され、こ
の上位機器２はＣＲＴ表示装置や操作卓を備え、更に内
部に上位装置として機能する演算・制御装置を備えてい
る。上位機器２内の演算・制御装置は定常時にはフィー
ルド側の機器のモニタ（計測・監視）を行い、必要があ
る場合にのみフィールド計器に対して制御パラメータの
設定・変更の指令及び制御指令を出力する。フィールド
側にはそれぞれフィールド計器を構成する多数の制御用
ループ３が配設される。このループは前記従来のシステ
ム構成で説明したブロックに対応する。各ループはそれ
ぞれ割り当てられた固有の機能のための構成を有し、ト
ランスミッタ４とアクチュエータ５と、これらの間に配
設される演算・制御部６とから構成される。演算・制御
部６に与えられる制御機能は一般的には各ループごとで
異なり、例えばＰＩＤコントローラとしての機能が代表
的である。また演算・制御部６はメモリ６ａを有し、こ
のメモリ６ａに制御特性を規定する制御パラメータ等を
記憶している。この構成によって各ループ３では、トラ
ンスミッタ４で検出した計測値を演算・制御部６に送
り、演算・制御部６で各々の制御パラメータに基づき制
御値を求め、この制御値に基づく制御信号をアクチュエ
ータ５に与えて所要の制御のための操作を行う。

【００３５】７はフィールドバスであり、このフィール
ドバス７を介して前述の上位機器２と各ループ３は接続
され、同時にフィールド側ではフィールドバス７によっ
て各ループ３の間も接続されている。各ループ３の入出
力端には中継器８が配置され、各ループ３はこの中継器
８を介してフィールドバス７に接続される。更にフィー
ルドバス７上において上位機器２と各中継器との間の通
信路には通信バッファ９が配設される。この通信バッフ
ァ９の配置位置はフィールド側である。通信バッファ９
の内部にはデータバッファ１０、１１と異常データ検出
部１２が配設される。

【００３６】フィールド側において、フィールドバス７
には更に電源部１３とバス制御部１４が中継器１５を介
して接続される。電源部１３はフィールドバス７に対し
て給電を行う。これは、フィールドバス７に接続される
フィールド計器の中には２線式の計器も含まれるからで
ある。またバス制御部１４はバスラインに接続される機
器から勝手に出力される通信要求（通信権）を調停し、
フィールドバス７におけるデータの流れの管理を行うた
めのものである。電源部１３及びバス制御部１４をフィ
ールド側に配置するのは、フィールド側単独による自律
制御を可能にするためである。

【００３７】次に、上記構成を有するフィールドバスシ
ステムの制御動作について説明する。

【００３８】複数のループ３のいずれにおいても、トラ
ンスミッタ４はプロセス変量を計測して電気信号（ディ
ジタル信号）に変換し、その計測値をシリアル通信によ
り出力する。その出力信号は当該ループ内の演算・制御
部６に伝送されるが、同時に中継器８を通してフィール
ドバス７上にも出力され、バスラインに接続されるすべ
ての機器に伝送される。原則的に同一ループ内に存在す
る演算・制御部６は、トランスミッタ４から伝送されて
きた計測信号を入力し、当該計測信号に基づいて所定の
演算を行い制御信号を生成する。この制御信号を求める
ためには、前述の通りメモリ６ａ内に用意された制御パ
ラメータが使用される。求められた制御信号は同一ルー
プ内のアクチュエータ５に与えられて所定制御のための
駆動操作が実行される。

【００３９】このように１つユニットを形成するループ
３内の構成要素で単独の制御ループが形成される。一
方、他のフィールド計器では、自分以外のループから伝
送されてくる計測信号を利用して、自分自身のループに
おいて必要とされる制御信号を算出することもある。

【００４０】各ループ３のトランスミッタ４からフィー
ルドバス７に伝送された計測信号は、更に通信バッファ
９を通して上位機器２に対して供給される。通信バッフ
ァ９は上位機器２とフィールド計器との間の通信を非同
期で行うためのものであり、更に上位機器２や計器室側
の通信路で障害が発生して異常データが現れたときに、
これを検出し、上位機器２側とフィールド側とを切り離
し、フィールド側の制御動作の健全性を保持するための
ものである。各ループ３のトランスミッタ４から出力さ
れた計測信号は前述の如くフィールドバス７を経由して
上位機器２に伝送されるが、上位機器２は前述の通り定
常動作状態において、伝送されてきた計測信号を入力
し、その内容をモニタする。定常動作では、上位機器２
はモニタを行うのみで、各ループのアクチュエータ５に
対して直接的に制御指令を出力することはない。

【００４１】上位機器２における非定常的な動作とし
て、必要に応じてループ３の演算・制御部６に対し直接
に制御パラメータを指定したり、メモリ６ａに設定され
ている制御パラメータを変更したり、直接に制御指令を
出力することが可能である。上位機器２にはキーボード
入力装置等の入力手段が備えられているため、通常、オ
ペレータによって各種の制御パラメータの値が入力され
る。

【００４２】また演算・制御部６において生成され、更
にアクチュエータ５に与えられる制御量に関する信号、
及び当該制御信号に基づいて動作するアクチュエータ５
における弁開度等のアンサバック信号は、演算・制御部
６からフィールドバス７を介して上位機器２に伝送され
る。上位機器２はこのアンサバック信号を入力してルー
プにおける動作状態をモニタする。

【００４３】フィールド側に設置されたフィールド計器
である多数のループ３は、それぞれ演算・制御部６を内
蔵し、演算・制御部６のメモリ６ａに記憶された制御パ
ラメータ又は制御内容に従って、トランスミッタ４から
の計測信号に対して演算を行って制御信号を求め、制御
信号に基づき制御操作を実行する。各ループ３における
制御の内容及び演算等に使用される制御パラメータはシ
ステム状況や目的に応じて変更される。この変更におい
ては、前記の如く上位機器２が行うこともできるし、ま
た図２に示すように中継器を介してフィールドバス７に
一時的に接続される専用ターミナル１６により通信によ
っても行うことも可能である。制御パラメータ等の変更
については、各ループ３の演算・制御部６に設定部を内
蔵するように構成し、操作員が直接に手動にて設定する
ように構成することもできる。

【００４４】前記動作説明では、複数のループ３のいず
れか１つが制御動作を実行し、同時に上位機器２に対し
て必要な信号を伝送することについて説明したが、複数
のループ３のそれぞれは独立に動作することができるの
で、ループ間での調整が必要となる。バスラインにおけ
るデータの伝送タイミングはバス制御部１４によって制
御される。その制御形態はポーリング方式やトークンパ
ッシング方式のいずれのものを用いることができる。

【００４５】次にデータ伝送タイミングを制御する形態
の一例として図３及び図４を参照してトークンパッシン
グ方式を説明する。

【００４６】図３はフィールドバスシステムを簡略的に
示し、一例として、上位機器２と３個のループ３とバス
制御部（ＦＢＣ）１４とが示されている。図中Ｍはマス
タコントローラである上位機器２の演算・制御部、Ｔ１
〜Ｔ３はそれぞれ第１乃至第３のループのトランスミッ
タ、Ｃ１〜Ｃ３はそれぞれ第１乃至第３の演算・制御部
である。図示されていないが、トランスミッタ４はＴ１
〜Ｔｎ、演算・制御部６はＣ１〜Ｃｎ、それぞれ存在す
ると仮定する。

【００４７】上記構成において、図４の表の最上段の欄
に示すように、バス制御部１４によって制御されるトー
クン位置は、Ｔ１，Ｃ１，Ｔ２，Ｃ２…Ｔｎ，Ｃｎ，
Ｍ，Ｔ１，…の順に巡回しているものとする。トランス
ミッタＴ１の位置にトークンがあると仮定すると、トラ
ンスミッタＴ１から計測信号が発信され、同一ループ内
の演算・制御部Ｃ１と上位機器２の演算・制御部Ｍに伝
送される。伝送された計測信号により演算・制御部Ｃ１
は所要の演算を行い、アクチュエータを制御する。上位
機器２の演算・制御部Ｍは計測信号を単に取り込むだけ
である。

【００４８】次に、トークン位置が演算・制御部Ｃ１の
位置に移動すると、演算・制御部Ｃ１は前述の演算結果
で得られた制御量を上位機器２の演算・制御部Ｍに伝送
する。以下同様にして、Ｔ２，Ｃ２…と移動することに
なる。

【００４９】図示例の構成では演算・制御部Ｃ２の場合
にはカスケード制御が行われる。カスケード制御では、
演算・制御部Ｃ２はトランスミッタＴ２の出力する計測
値に基づき制御量を算出するが、当該制御量を上位機器
２の演算・制御部Ｍに伝送すると共に、演算・制御部Ｃ
１でも受信できるように構成されている。

【００５０】演算・制御部Ｃ１は演算・制御部Ｃ２から
のカスケード設定信号を入力し、自己に接続されたアク
チュエータを制御するための信号として利用する。バス
ライン上に接続された機器はバスライン上に発生する信
号をすべて受信できるように構成されている。

【００５１】従って、バスライン上の信号に送信源のア
ドレスが付加されていれば、演算・制御部Ｃ１にとって
自らが必要とする信号のみを選択して受信することが可
能となる。

【００５２】以下同様にして、各トランスミッタ及び各
演算・制御部は送受信をその順番に従って繰り返す。

【００５３】上位機器２の演算・制御部Ｍにトークン位
置が回ってきたときには、上位機器２は各トランスミッ
タ及び各演算・制御部のうち必要な機器に対して設定値
や制御パラメータ等を出力する。上記の一連の動作によ
ってトークンは一巡し、再び同様なシーケンスで通信動
作が実行される。

【００５４】上記の制御システムの通信における制御周
期を従来技術と比較しながら定量的に説明すると次の如
くなる。前述した本実施例の場合の制御システムの制御
周期は、Ｔｃ＝ｎ（Ｔｔ＋Ｔｎ）ここで、Ｔｃ；トークン巡回周期、Ｔｔ；トランスミッ
タ通信時間、Ｔｎ；演算・制御部の通信時間、ｎ；フィ
ールドバスに接続されているループ数である。

【００５５】従来の制御システムの構成では制御周期は
次のようになる。Ｔｃ＝ｎ（Ｔｔ＋Ｔｍ＋Ｔｎ）ここで、Ｔｍ；上位機器の処理時間である。

【００５６】上記のＴｃに関する２つの式を比較すると
明らかなように、本発明による制御システムの構成で
は、上位機器の処理時間に依存しないので、通信時間を
短縮すれば、すなわち伝送速度の高速化及びメッセージ
長の短縮化を行えば、更に応答速度を高めることができ
る。また演算・制御部から伝送される制御量の情報及び
アンサバック信号は計測値に関する信号に比較してそれ
程の応答性を要求されないので、トランスミッタに対し
て相対的に演算・制御部側のトークン占有度を低減する
ことが可能である。この場合には制御周期はＴｃ≒ｎＴ
ｔとなり、非常に改善することができる。

【００５７】前記実施例では、フィールド側の各ループ
に演算・制御部を内蔵した構造であったが、演算・制御
部については各ループに個別に設けるのではなく、例え
ば、図１の破線で示すようにフィールド側に単一の演算
・制御部１７を設けるように構成することもできる。こ
の実施例においても、その他の構成及び基本的制御動作
は同じである。このような構成であっても、演算・制御
部１７はフィールド側に配設されているため、前記実施
例の場合と同様に、分散形であり、且つ計器室側に対し
て自律性を有しているということができ、更に計器室側
で発生する故障に対して非常に強く、動作安定性を有し
ている。

【００５８】つまり、本発明は、制御・演算部がフィー
ルド側の任意の位置に配設されていれば、分散形であ
り、且つ計測器側に対して自律性を有することとなる。

【００５９】したがって、本発明においては、上述した
例のように、フィールド側に、単一の制御・演算部を配
設し得る他、各ループ３のトランスミッタ４やアクチュ
エータ５等のフィールド計器に、制御・演算部を内蔵す
ることも可能である。

【００６０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明に
よれば、従来上位機器の内部に設けられていた演算・制
御装置をフィールド側に設け、それに関連して必然的に
電源やバス制御部もフィールド側に設けるようにしたた
め、上位機器を介設することなくフィールド側のみで制
御動作を実行することができる。従って、計器室側でト
ラブルが発生しても、フィールド側のみで安定して動作
することができる。

【００６１】またシステムの新設の場合には、フィール
ド側のみを構成し、一時的に接続された専用ターミナル
を利用して制御パラメータを設定すれば、システムを立
ち上げることができる。この状態において、その後上位
機器を設置して稼働を開始すれば、その時点からシステ
ム全体を統合監視及び操作が可能となり、スムーズなシ
ステムの立ち上がりを行うことができる。

【００６２】また上位機器は定常運転状態ではフィール
ド機器の動作状態をモニタするのみであり、非定常状態
では制御指令をフィールド機器に出力することも可能で
あり、更にフィールド側の演算・制御部に記憶される制
御パラメータの設定・変更を実行することもでき、もっ
てシステムの融通性を高めている。

【００６３】計器室とフィールドとの間のフィールドバ
スには通信バッファを設置し、これによって計器室とフ
ィールドとの間の通信路に外来ノイズやクロストーク等
の障害が発生し、通信が困難になったとき通信バッファ
で異常を検出して上位機器をフィールドから切離すよう
に構成されているため、通信の信頼性を高め、且つ計器
室側の異常がフィールド側に影響するのを排除すること
ができる。従って、フィールド側は制御動作の健全性を
維持することができる。

【００６４】また、実時間の応答性が要求される制御動
作に上位機器が直接的に関与しないため、上位機器の負
荷が軽減されるという効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自律分散形フィールドバスシステ
ムの一実施例を示す構成図である。

【図２】各ループの演算・制御部の制御パラメータの設
定・変更の仕方を示す構成図である。

【図３】通信方式を説明するための構成図である。

【図４】トークンの巡回と信号の伝送先を示す表を表す
図。

【図５】従来のフィールドバスシステムの一例を示す構
成図である。

【符号の説明】

２・・・・・・上位機器３・・・・・・ループ４・・・・・・トランスミッタ（検出端装置）５・・・・・・アクチュエータ（操作端装置）６・・・・・・演算・制御部７・・・・・・フィールドバス８，１５・・・中継器９・・・・・・通信バッファ１３・・・・・電源部１４・・・・・バス制御部１６・・・・・ターミナル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】計器室側に配置された上位機器と、フィー
ルド側に配置された複数の検出端装置及び操作端装置
と、前記上位機器と複数の前記検出端装置及び操作端装
置を接続するバスラインとで構成されるフィールドバス
システムにおいて、フィールド側に設置された任意の前記検出端装置と操作
端装置によって制御ループを構成し、当該制御ループは、制御ループ内の前記検出端装置が検
出する計測値に基づき制御信号を生成し、当該制御信号
で前記操作端装置の操作を行う演算・制御手段を有する
ことを特徴とするフィールドバスシステム。
【請求項２】計器室側に配置された上位機器と、フィー
ルド側に配置された複数の検出・制御用ブロックと、前
記上位機器と複数の前記ブロックを接続するバスライン
とで構成されるフィールドバスシステムにおいて、複数の前記ブロックのそれぞれは検出端装置と操作端装
置とを含んでなり、前記フィールド側に演算・制御手段
が配設され、この演算・制御手段と前記各ブロックによ
りフィールド側だけで制御ループを構成し、前記ブロッ
クのいずれかの前記検出端装置が検出する計測値に基づ
き、前記演算・制御手段は対応する前記ブロックの前記
操作端装置を操作することを特徴とするフィールドバス
システム。
【請求項３】請求項１又は２記載のフィールドバスシス
テムにおいて、前記上位機器は前記検出端装置及び前記
演算・制御手段からそれらの出力信号を伝送され、前記
出力信号に基づきフィールド側の検出状態及び制御状態
をモニタすることを特徴とするフィールドバスシステ
ム。
【請求項４】請求項３記載のフィールドバスシステムに
おいて、前記上位機器によるモニタは定常状態の時に行
われると共に、前記上位機器は制御上必要な場合に制御
指令を前記制御ループに与えることを特徴とするフィー
ルドバスシステム。
【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィ
ールドバスシステムにおいて、前記上位機器とフィール
ド側の機器との間には通信バッファが配設され、前記上
位機器が配置される計器室側で異常が発生したとき前記
通信バッファで前記異常によるフィールド側への影響を
遮断し、フィールド側の制御動作を正常に保持するよう
にしたことを特徴とするフィールドバスシステム。
【請求項６】請求項５記載のフィールドバスシステムに
おいて、前記通信バッファは通信異常検出部を有し、こ
の通信異常検出部が通信異常を検出したときには、フィ
ールド側の機器のみで制御動作を行うようにしたことを
特徴とするフィールドバスシステム。
【請求項７】請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィ
ールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段は
制御機能の特性を規定する制御パラメータを有し、当該
制御パラメータは、前記上位機器により設定及び変更さ
れることを特徴とするフィールドバスシステム。
【請求項８】請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィ
ールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段は制
御機能の特性を規定する制御パラメータを有し、当該制
御パラメータは、前記バスラインを介して着脱自在なタ
ーミナルにより設定及び変更されることを特徴とするフ
ィールドバスシステム。
【請求項９】請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィ
ールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段は
制御機能の特性を規定する制御パラメータを有し、前記
演算・制御手段は、前記制御パラメータを設定及び変更
するための調整部を備えることを特徴とするフィールド
バスシステム。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか１項に記載のフ
ィールドバスシステムにおいて、前記バスライン上の通
信を管理するバス制御部をフィールド側に設けたことを
特徴とするフィールドバスシステム。
【請求項１１】請求項１０記載のフィールドバスシステ
ムにおいて、前記バス制御部は、複数の前記検出端装置
と複数の前記演算・制御手段と前記上位機器にバス制御
権を与えると共に、相対的に演算・制御手段にバス制御
権を与える頻度を低減したことを特徴とするフィールド
バスシステム。
【請求項１２】請求項１０又は１１記載のフィールドバ
スシステムにおいて、前記バス制御部は、バス制御権を
与えるバスラインに接続される複数の機器のそれぞれに
対して巡回的にバス制御権を与えるようにしたことを特
徴とするフィールドバスシステム。
【請求項１３】請求項１２記載のフィールドバスシステ
ムにおいて、前記複数の機器間の通信の制御形態にカス
ケード通信を含むことを特徴とするフィールドバスシス
テム。