JP2004021877A

JP2004021877A - フィールド機器

Info

Publication number: JP2004021877A
Application number: JP2002179328A
Authority: JP
Inventors: Ikumitsu Ishikawa; 石川　郁光; Tsuyoshi Nishijima; 西島　剛志; Norihiro Shukutani; 宿谷　憲弘; Yoji Saito; 齋藤　洋二; Makoto Takeuchi; 竹内　誠; Yasuaki Horio; 堀尾　康明; Akira Inoue; 井上　晃
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2002-06-20
Filing date: 2002-06-20
Publication date: 2004-01-22

Abstract

【課題】フィールド機器の設置の融通性、コスト、診断を容易に実現できるようにすること。
【解決手段】プロセス現場に設置され、センサを備えるとともに外部と信号を授受するフィールド機器において、前記センサからの信号を外部へ出力する複数の信号出力手段と、前記外部からの信号を入力する複数の信号入力手段との何れかの手段を備えることを特徴とするフィールド機器。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、石油化学、食薬品、上下水道、製鉄等の各種プラントの現場に設置されるフィールド機器の改善に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、フィールド機器は、石油化学、食薬品、上下水道、製鉄等の各種のプロセス配管現場等に設置され、配管の温度、圧力、流量等の物理量を検出し、検出した信号を離れた場所に設置される制御機器に送信し（センサ機器等）、または、制御機器から送信された信号を受信して動作する（アクチュエータ等）ものであり、例えば、圧力・差圧伝送器、流量計、温度計、バルブ・ポジショナ等が挙げられる。
【０００３】
これらのフィールド機器は、その入出力機能毎に、制御ループを構築する必要がある。例えば、２線式伝送方式を採用するフィールド機器であれば、２本の信号線に電源信号及び４−２０ｍＡ検出信号を伝送することにより制御機器との間で信号入出力を実現し、双方向ディジタル通信フィールド・バスに接続するフィールド機器であれば、信号送受信にディジタル信号を利用する。その他、フィールド機器の信号送受信方式には、詳述しないが、いくつかの方式が存在する。
【０００４】
このように、フィールド機器にはさまざまな信号送受信方式が存在し、そのフィールド機器が採用する方式を考慮しつつプロセスを構築しなければならない。例えば、ディジタル信号送受信が必要な箇所に、ある物理量を検出するフィールド機器を設置しようとしてもそのような仕様を満足するフィールド機器が存在するとは限らず、プロセス構築に融通性がなく、支障をきたしていた。
【０００５】
また、コストの問題により、プロセスのある場所ではアナログ信号線によるフィールド機器の接続、更に異なる場所ではディジタル信号線によるフィールド機器の接続、あるいは無線手段を採用するフィールド機器の接続等、同様のフィールド機器を設置するにしても統一性がとれないということもあった。
【０００６】
更に、既設のフィールド機器の診断を目的としてそのフィールド機器の周辺に新たに診断のためのフィールド機器を設置する場合があるが、アナログ伝送線対応のようなフィールド機器であると、新たにケーブル敷設等の作業が発生し、設置コスト、配線コストが増大する、という問題もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような問題を解決するものであり、フィールド機器の設置の融通性、コスト、診断を容易に実現できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成する本発明は、次の通りである。
（１）プロセス現場に設置され、センサを備えるとともに外部と信号を授受するフィールド機器において、前記センサからの信号を外部へ出力する複数の信号出力手段と、前記外部からの信号を入力する複数の信号入力手段とのいずれかの手段を備えることを特徴とするフィールド機器。
（２）複数の前記信号出力手段のいずれかと、複数の前記信号入力手段のいずれかとの組み合わせを備えることを特徴とする（１）記載のフィールド機器。
（３）前記信号出力手段は、無線通信回路、ディジタル通信回路、アナログ出力回路のいずれかであることを特徴とする（１）または（２）記載のフィールド機器。
（４）前記信号入力手段は、無線通信回路、ディジタル通信回路、アナログ入力回路のいずれかであることを特徴とする（１）または（２）記載のフィールド機器。
（５）前記プロセス現場に既設のフィールド機器の近傍に備えられ、無線通信回路を前記信号出力手段とすることを特徴とする（１）記載のフィールド機器。
（６）前記無線通信回路は、使用する周波数帯を複数備え、通信相手に対する周波数を順次選択切換えることを特徴とする（４）または（５）記載のフィールド機器。
（７）２線式信号伝送線を採用する既設のフィールド機器の前記２線式信号伝送線に直列に設置され、無線通信回路を前記信号出力手段とすることを特徴とする（１）記載のフィールド機器。
（８）４線式信号伝送線を採用する前記センサを備えるとともに、前記４線式信号伝送線の電源を共有する２線式信号線を備える前記センサを備え、前記４線式信号線を採用する前記センサからの値と、前記２線式信号線を採用する前記センサからの値とを切換えて出力する演算回路を備えることを特徴とする（１）記載のフィールド機器。
（９）前記演算回路は、前記センサ値を外部へ出力する無線回路を備えることを特徴とする（８）記載のフィールド機器。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のフィールド機器について図１を用いて説明する。
この図にあって、本発明のフィールド機器は図１に表わす各ブロックから構成されるものであり、その詳細は次の通りである。
【００１０】
センサ１は、プラント配管等における温度、流量、音響、振動、ガス、圧力／差圧等のプロセス値を取得するセンサ部を備え、検出されたセンサ信号をアナログ・ディジタルするアナログ・ディジタル変換器を内蔵するブロックである。
【００１１】
演算制御回路２は、センサ１から送信されたディジタル値を読み込み、補正演算等を行う回路である。また、センサ１の動作制御も行う。
【００１２】
ディジタル通信回路３は、ディジタル通信するための回路を具備し、演算制御回路２から送信されたデータ（プロセス値、ステイタス値）を次段に設置される各種の通信回路、入出力回路へ送信する。また、外部から与えられるアナログ入力信号、ディジタル通信による入力信号、無線通信による入力信号を所望のアナログ出力信号、ディジタル出力信号、無線通信による出力信号に変換する機能を備える。
【００１３】
尚、演算制御回路２及びディジタル通信回路３を実現するにあたっては、マイクロプロセッサ４を用い、一つの素子で実現するようにしてもよい。
【００１４】
無線通信回路５は、データ入力、データ出力の双方向通信を行うものであり、データ出力先は複数の機器でよく、各々の機器にＩＤ（識別番号）を割り当てておく。これにより、一つの無線通信回路５により、複数の機器に対して、プロセス値（センサ値）、設定値等を送受信する。
【００１５】
ディジタル通信回路６も無線通信回路５と同様に、データ入力、データ出力の双方向通信を行うフィールドバス等であり、データ出力先は複数の機器でよく、各々の機器にＩＤ（識別番号）を割り当てておき、これにより、一つのディジタル通信回路６により、複数の機器に対して、プロセス値（センサ値）、設定値等を送受信する。
【００１６】
アナログ出力回路７は、例えば４−２０ｍＡ電流出力または電圧出力を前提とするものであり、複数機器に対して信号出力することはできず、１対１の通信であり、必要なポート数を設置する。
【００１７】
アナログ入力回路８もアナログ出力回路７と同様であり、例えば４−２０ｍＡ電流出力または電圧出力を前提とし、複数機器からは信号を入力することはできず、１対１の通信であり、必要なポート数を設置する。
【００１８】
ここで、図１に示す本発明のフィールド機器は、以上の構成により、外部の制御機器等からの入力、外部機器あるいは上位コンピュータ・システムへの出力を図２の表に示すような組み合わせにより実現する。
【００１９】
即ち、外部機器からの入力態様として、アナログ入力が指定されていれば、外部機器（制御システム等）または上位コンピュータシステム（ＰＣ：パーソナル・コンピュータ等）へはディジタル通信または無線通信であり、外部機器からの入力態様がディジタル通信入力であれば、外部機器または上位コンピュータシステムへはアナログ出力ディジタル通信または無線通信であり、外部機器から無線通信入力であれば、外部機器または上位コンピュータシステムへはアナログ出力またはディジタル通信である。
【００２０】
更には、このような組み合わせの一つまたは二つというように通信方式を組み合わせて設定するようにしてもよい。
【００２１】
尚、ディジタル通信については、アナログ出力線または電源線にディジタル信号を直接、重畳するようにしてもよい。
【００２２】
また、無線通信回路５で行う無線通信については、使用する周波数帯を複数備えさせ、プラント内のノイズの状況に応じて、通信相手に対する周波数を順次選択切換えるようにしてもよい。
【００２３】
次に、図３は、本発明のフィールド機器を実際の現場に適用した例を示す図である。
【００２４】
この図にあっては、プラント配管Ｐに、本発明のフィールド機器として、ポジショナＳを備えるバルブＶ、流量計Ｆ、差圧伝送器Ｄが設置される。
【００２５】
それぞれの機器Ｓ，Ｆ，Ｄは、フィールドバス、４−２０ｍＡ伝送線、ディジタル通信線等により、コンピュータ・システムを備える計器室即ち制御システムＣと接続され、信号の授受を行っている。
【００２６】
このような設備に、例えば、各フィールド機器及Ｓ，Ｆ，Ｄ及びパイプＰの周囲状況、環境状況を把握するため、設備診断用のセンサを新たに設置しなければならない場合がある。このような場合には、更に、後述するような無線通信方式を採用する本発明のフィールド機器を用いる。
【００２７】
即ち、バルブＶ及びポジショナＳ周囲には、ポジショナＳの出力を監視する圧力流量センサ１１、バルブ・ステムの振動センサ１２、パッキンリークセンサ１３を設置する。
【００２８】
これらのセンサ１１，１２，１３は、バルブＶ、ポジショナＳに後から外付けするように設置してもよいし、装置内部に組み込む形態で設置するようにしてもよい。これらのセンサ１１，１２，１３は、それぞれ検出したセンサ値をポジショナＳに対して無線送信し、ポジショナＳは、これらのセンサ信号を受信して必要に応じて制御システムＣに送信する。
【００２９】
制御システムＣは受信したセンサ値信号を診断信号として受信し、バルブＶ、ポジショナＳ自身の稼動状況、その周囲状況を把握し、必要な処置を遂行する。
【００３０】
同様にして、流量計Ｆの近傍にも、有毒ガスセンサ１４、温度センサ１５、圧力センサ１６を設ける。センサ１４，１５，１６は、センサ値を流量計Ｆへ無線送信し、流量計Ｆは、これらのセンサ信号を受信して制御システムＣに送信する。
【００３１】
制御システムＣは受信したセンサ値信号を流量計Ｆの診断信号として受信し、その周囲状況を把握し、必要な処置を遂行する。
【００３２】
差圧伝送器Ｄ周辺も同様であり、その周囲にリークセンサ（圧力センサ）１７、有毒ガスセンサ１８を設置する。これにより、センサ１７，１８は、センサ値を差圧伝送器Ｄへ無線送信し、差圧伝送器Ｄは、これらのセンサ信号を制御システムＣに送信する。
【００３３】
制御システムＣは受信した各種のセンサ値信号を診断信号として受信し、その周囲状況を把握し、必要な処置を遂行する。
【００３４】
尚、携帯端末等の表示器１９を準備し、流量計Ｆ、差圧伝送器Ｄ、その他センサからの出力値を無線で受信し、受信した値を表示すれば、現場で種々のフィールド機器、センサの値を把握することができる。
【００３５】
このようにして、本発明のフィールド機器を従来と同様の方式で設置し、制御システムと信号授受する一方で、各フィールド機器の近傍に、必要に応じて比較的小型の本発明によるフィールド機器を無線通信方式で設置することにより、配線コスト、設置コストを大幅に削減でき、プラント診断、温度と流量、温度と圧力というような複合物理量検出を実現することができる。
【００３６】
更に、後づけとなる小型フィールド機器をバッテリ駆動とすることにより、設置コストを低減できる。
【００３７】
また、本発明のフィールド機器は、マルチな通信方式を採用するため、既設の配線、ケーブルの通信方式に左右されることがなく、その分、配線コストを低減できる。
【００３８】
次に、図４（Ａ），（Ｂ）を用いて、本発明のフィールド機器の他の設置例を説明する。
【００３９】
図４（Ａ）は、従来の方式を表わしたものである。この例では、制御システムＣに、４−２０ｍＡ電流信号を利用する２線式伝送方式を採用する従来のフィールド機器Ｆ１が接続されている。ここで、現場側に新たにフィールド機器Ｆ２を接続する場合、全く新規に、同様の２線式の配線ケーブルＫを敷設しなければならず、莫大な配線コストを要する。
【００４０】
その一方、図４（Ｂ）に示すように、本発明のよる無線通信方式を採用するフィールド機器Ｆ３を用いることにより、既設の２線ケーブルをそのまま用い、フィールド機器Ｆ１に直列にフィールド機器Ｆ３を設置することができる。
【００４１】
この場合、フィールド機器Ｆ３は、フィールド機器Ｆ１に対して既設の２線式ケーブルに直列に接続し、電源信号をこの既設のケーブルより受電する。そして、フィールド機器Ｆ３における無線機能を選択し、その信号出力は無線により制御システムＣにより送信する。フィールド機器Ｆ１は、通常の動作状況を維持すればよく、これにより、配線コストを大幅に削減できる。
【００４２】
更に、図５は、２本の電源線及び２本の信号線を備える４線式フィールド機器の例であり、この４線式フィールド機器は、２線式フィールド機器のデータ伝送をサポートする例である。
【００４３】
この図５で、電源回路５１はこの４線式フィールド計器の２本の電源供給線でありセンサ回路５２を駆動する。センサ回路５２は、現場における流量等の物理量を２本の信号線によって検出する回路である。
【００４４】
２線式駆動回路５３は、電源回路５１によって電源を供給され、２線式フィールド機器をサポートする。即ち、図示はしないが、２線信号線によりセンサ部より温度、圧力、流量等の物理量を検知して受信する。そして、ＣＰＵ等よりなる検知した信号を演算回路５４で信号演算する。
【００４５】
即ち、４線の信号線の内、２本の電源信号線を当該回路のセンサ回路５２に割り当て、２線式駆動回路５３で２線式のフィールド計器を駆動する。演算回路５４は、本来の４線式計器におけるセンサ回路５２からのセンサ検出値と、２線式駆動回路５３からの２線信号線からのセンサ値とのいずれかを切り換え選択する。
【００４６】
この例の場合は、出力回路として無線回路５５を選択しているが、これに限らず、図１に示した例のように、ディジタル通信回路、アナログ回路等、何でもよい。
【００４７】
更に、無線通信、ディジタル通信に関しては、複数のフィールド機器にＩＤ（識別番号等）を付与し、一つの送受信回路で他のフィールド機器との通信も可能となる。即ち、複数の機器のプロセス値、設定値のデータの送受信が可能となるので、無線通信、ディジタル通信と、他の出力方式とのデータ二重化転送を実現することもできる。
【００４８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のフィールド機器によれば、複数の入出力機能を備えるようにしたので、フィールド機器が採用する入出力方式を考慮することなく任意にプラントを構築することができ、プラント構築に融通性を持たせることができる。
【００４９】
また、プラント内のある場所にあってはアナログ信号線によるフィールド機器の接続、更に異なる場所にあってはディジタル信号線によるフィールド機器の接続、あるいは無線手段を採用するフィールド機器の接続等、同様のフィールド機器を設置するというようなプラント構築も可能となる。
【００５０】
更に、既設のフィールド機器の診断を目的としてそのフィールド機器の周辺に新たに診断のためのフィールド機器を設置する場合があるが、無線方式を選択することにより、新たなケーブル敷設等の作業を発生することなく、設置コスト、配線コストを削減することができる。
【００５１】
以上まとめると、次の効果を得ることができる。
【００５２】
（１）既設のフィールド機器を診断する場合、診断のための新たなセンサの設置に際しても無線通信方式を採用することにより、配線等が不要であり、センサ設置のコストを削減できる、また、診断をフィールド機器自身が行うことができ、信頼性を向上することができる。
【００５３】
（２）複数の入出力機能を混在させたプラント構築が可能となり、それぞれの入出力の特徴を有効活用することができる。
【００５４】
（３）無線通信、ディジタル通信に関しては、複数のフィールド機器にＩＤ（識別番号等）を付与し、一つの送受信回路で複数の機器のプロセス値、設定値のデータの送受信が可能となるので、他の出力方式とのデータ二重化転送を実現でき、通信の効率化、信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施したフィールド機器を表わす図である。
【図２】本発明のフィールド機器の入出力方式の組み合わせを表わす図である。
【図３】本発明のフィールド機器をプラント現場に適用した場合を表わす図である。
【図４】本発明のフィールド機器をプラント現場に適用した場合を表わす図である。
【図５】
【符号の説明】
１　センサ
２　演算制御回路
３　ディジタル通信回路
４　マイクロプロセッサ
５　無線通信回路
６　ディジタル通信回路
７　アナログ出力回路
８　アナログ入力回路
Ｐ　パイプ
Ｓ　ポジショナ
Ｖ　バルブ
Ｆ　流量計
Ｄ　差圧伝送器
Ｃ　制御システム
１１　圧力／流量センサ
１２　振動センサ
１３　パッキンリークセンサ
１４，１８　有毒ガスセンサ
１５　温度センサ
１６，１７　圧力センサ
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３　フィールド機器
５１　電源回路
５２　センサ回路
５３　２線式駆動回路
５４　演算回路
５５　無線回路

Claims

プロセス現場に設置され、センサを備えるとともに外部と信号を授受するフィールド機器において、前記センサからの信号を外部へ出力する複数の信号出力手段と、前記外部からの信号を入力する複数の信号入力手段とのいずれかの手段を備えることを特徴とするフィールド機器。
複数の前記信号出力手段のいずれかと、複数の前記信号入力手段のいずれかとの組み合わせを備えることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
前記信号出力手段は、無線通信回路、ディジタル通信回路、アナログ出力回路のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のフィールド機器。
前記信号入力手段は、無線通信回路、ディジタル通信回路、アナログ入力回路のいずれかであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のフィールド機器。
前記プロセス現場に既設のフィールド機器の近傍に備えられ、無線通信回路を前記信号出力手段とすることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
前記無線通信回路は、使用する周波数帯を複数備え、通信相手に対する周波数を順次選択切換えることを特徴とする請求項４または請求項５記載のフィールド機器。
２線式信号伝送線を採用する既設のフィールド機器の前記２線式信号伝送線に直列に設置され、無線通信回路を前記信号出力手段とすることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
４線式信号伝送線を採用する前記センサを備えるとともに、前記４線式信号伝送線の電源を共有する２線式信号線を備える前記センサを備え、前記４線式信号線を採用する前記センサからの値と、前記２線式信号線を採用する前記センサからの値とを切換えて出力する演算回路を備えることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
前記演算回路は、前記センサ値を外部へ出力する無線回路を備えることを特徴とする請求項８記載のフィールド機器。