JP2004280344A

JP2004280344A - 電力線通信機能を有するフィールド機器およびそれを用いた制御システム

Info

Publication number: JP2004280344A
Application number: JP2003069413A
Authority: JP
Inventors: Norikazu Osawa; 紀和大沢
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】１つのフィールド機器に対して、電力を供給する電力線と測定したプロセス量を伝送する信号線の計４本のケーブルが必要であるために配線コストや設置工事費が高くなっていたという課題を解決する。
【解決手段】測定したプロセス量をデジタル信号に変換し、プロセス現場に電力を供給する商用電力線に重畳して伝送するようにした。また、通信プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰを用いるようにした。電力線と信号線を共用することができるので配線コストや設置工事費を低減することができる。また、デジタル信号に変換して伝送するので、１対の電力線で多くのプロセス量を伝送することができる。
【選択図】図１

Description

【発明の属する技術分野】
この発明は、流量計や圧力伝送器のようなフィールド機器に関し、特に電力線を介してデータを伝送することができる電力線通信機能を有するフィールド機器およびそれを用いた制御システムに関するものである。
【０００１】
【従来の技術】
図３にフィールド機器と制御機器との接続を示す。電磁流量計７１、コリオリ流量計７２，差圧伝送器７３，渦流量計７４は個別の伝送路によって制御機器９に接続され、プロセス量のデータはこの伝送路を介して制御機器９に伝送される。制御機器９はモニタの場合もある。
【０００２】
差圧伝送器７３や渦流量計７４は消費電力が小さいので、測定値の伝送と電力供給を１対の線で行う２線式伝送器として構成される。従って、これらの機器と制御機器９との間の伝送路は２本の線で接続することができる。しかしながら、電磁流量計７１やコリオリ流量計７２は消費電力が大きいので２線式伝送器とすることができない。そのため、４−２０ｍＡなどの信号を伝送する１対の信号線と電力を供給する電源線の合計４本のケーブルが必要になる。
【０００３】
特許文献１には、測定データの他に測定レンジなどのデータを１対の伝送路で送信する発明が記載されている。この発明は特定の周波数の信号を測定データに重畳し、測定レンジによってこの重畳する信号の周波数を変えることによって、１対の伝送路で測定データと測定レンジの両方を同時に伝送するようにしたものである。
【０００４】
特許文献２には電力線を利用してデータを伝送する発明が記載されている。図４に基づいてこの発明の方式を説明する。図４に示すように、商用電力の半周期をｔ１〜ｔ４の４つの区間に分割し、これらの区間に搬送波を重畳したりしなかったりすることによって、デジタルデータを伝送する。
【０００５】
例えば、区間ｔ２とｔ３のみに搬送波が重畳されているとデータの送出を開始することを表し、区間ｔ２のみに搬送波が重畳されていると‘０’を、区間ｔ２とｔ４のみに搬送波が重畳されていると‘１’を表す。また、区間ｔ２〜ｔ４に搬送波が重畳されていると送出が完了したことを表す。このようにすることにより、ノイズが多い電力線でデジタルデータを伝送することができる。
【特許文献１】
実開昭５６−１７５７６４号明細書
【特許文献２】
特公平１−１７３３６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなデータの伝送方式には次のような課題があった。
【０００７】
図３に示す伝送方式では、電磁流量計７１やコリオリ流量計７２のように消費電力が大きい機器では、測定データの伝送と電力供給のために４本のケーブルが必要である。そのため、配線が煩雑になり、配線や設置工事のコストが高くなってしまうという課題があった。また、２線式伝送器は１対のケーブルで測定データと駆動電力の両方を伝送できるが、機器毎に独立にケーブルを引かなければならず、やはり配線が煩雑になり、コストアップになってしまうという課題があった。
【０００８】
特許文献１に記載された発明は１対のケーブルで複数のデータを伝送することはできるが、電力線は別に配線しなければならないという課題があった。また、周波数を変える方式であるために伝送できるデータ量が限られてしまうという課題もあった。
【０００９】
特許文献２に記載された発明は１対のケーブルで電力とデータの両方を伝送できるという利点はあるが、商用電力の半周期（８〜１０ｍＳ）で１ビットの情報しか伝送することができず、多量のデータを伝送することができないという課題があった。
【００１０】
従って本発明の目的は、１対のケーブルで電力の供給とデータの伝送を同時に行うことができ、かつ１対のケーブルに複数の機器を接続することができる電力線通信機能を有するフィールド機器およびそれを用いた制御システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、プロセス現場に設置され、プロセス量を測定して伝送するフィールド機器であって、前記プロセス量を検出する検出部と、この検出部の出力をデジタル信号に変換する変換部と、この変換部の出力を変調して商用電力線に重畳する電力線モデムとにより構成されるようにしたものである。電力線と信号線を共用できる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電力線モデムを前記変換部から分離できるようにしたものである。設置の自由度が増す。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の発明において、前記伝送するプロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰを用いたものである。信頼性の高い通信ができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１ないし請求項３いずれかに記載の発明において、前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を伝送すると共に、前記商用電力線とは別の通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を伝送するようにしたものである。２重に伝送するので、信頼性が高くなる。
【００１５】
請求項５記載の発明は、プロセス現場に設置され、プロセス量を測定するフィールド機器と、前記プロセス現場に電力を供給する商用電力線と、前記フィールド機器が測定した前記プロセス量に基づいて操作量を演算して出力する制御機器とを有し、前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにしたものである。電力線と信号線を共用できる。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記伝送するプロトコルとして，ＴＣＰ／ＩＰを用いたものである。信頼性のある伝送ができる。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項５または請求項６記載の発明において、前記フィールド機器は、前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を前記制御機器に伝送すると共に、この商用電力線とは異なる通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにしたものである。２重に伝送するのでより信頼性が高くなる。
【発明の実施の形態】
以下に、図に基づいて本発明を詳細に説明する。
図１は本発明に係る電力線通信機能を有するフィールド機器およびそれを用いた制御システムの構成を示したものである。図１において、１１はフィールド機器であり、プロセス量を検出する検出部１１１およびこの検出器１１１が検出したプロセス量をデジタル値に変換して出力する変換器１１２で構成されている。変換器１１２には電力線モデム１１３が内蔵されている。
【００１８】
２はＡＣ１００Ｖ等の商用電力の電力線である。この電力線２には電力を取り出すためのコンセント２１〜２４が設置されている。フィールド機器１１はプラグ１１４およびコンセント２１を介して電力線２に接続されている。
【００１９】
電力線モデム１１３は電力線２から電力を取り出す。この電力は検出器１１１および変換器１１２に電源として供給される。また、変換器１１２内のＣＰＵは電力線モデム１１３に接続される。このＣＰＵは検出器１１１が検出したプロセス量をデジタル値に変換して電力線モデム１１３に出力する。電力線モデム１１３はこのデジタル値を商用電力に重畳して電力線２に出力する。また、電力線２を介して送られてきた設定値などを取り出して変換器１１２内のＣＰＵに出力する。
【００２０】
フィールド機器１２，１３もフィールド機器１１と同様の構成であり、検出器によってプロセス量を検出し、変換器内のＣＰＵでデジタル値に変換して電力線モデムに出力する。電力線モデムはこのデジタル値を重畳して電力線２に出力する。また、電力線２を介して送られてきた設定値などを受け取る。
【００２１】
３は分電盤であり、電力線モデム３１が内蔵されている。４は制御機器としてのＤＣＳ（ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍ）であり、電力線モデム３１と専用線４１で接続されている。電力線モデム３１は電力線２を介してフィールド機器１１〜１３と通信し、プロセス量を得る。このプロセス量は専用線４１を介してＤＣＳ４に送られる。また、ＤＣＳ４は専用線４１，電力線モデム３１を介してフィールド機器１１〜１３に設定値などを送信する。
【００２２】
なお、電力線２は従来から用いられている商用電力線をそのまま用いることができる。また、コンセント２１〜２４にはフィールド機器だけでなく、一般の電気製品あるいはモータなども接続される。また、図１では電力線２は１本のみ描かれているが、実際には多数枝分かれしている。ＤＣＳ４は他の制御機器やモニタが用いられることもある。
【００２３】
図２に本発明の他の実施例を示す。なお、図２と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図２において、５１〜５３はフィールド機器である。フィールド機器５１はプロセス量を検出する検出器５１１，検出器５１１が検出したプロセス量をデジタル値に変換して出力する変換器５１２で構成されている。変換器５１２には電力線モデム５１３が内蔵されている。また、プラグ５１５およびコンセント２１を介して電力線２に接続されている。フィールド機器５２，５３も同様の構成である。
【００２４】
５１４はＤ／Ａ変換器であり、前記デジタル値を４−２０ｍＡ等のアナログ信号に変換する。このアナログ信号は専用のケーブル６１を介してＤＣＳ４に出力される。フィールド機器５２、５３にもＤ／Ａ変換器が内蔵され、前記デジタル値を４−２０ｍＡのアナログ信号に変換する。このアナログ信号は専用ケーブル６２，６３を介してＤＣＳ４に出力される。
【００２５】
この実施例においても、検出器５１１が検出したプロセス量は電力線モデム５１３で電力線２に重畳され、分電盤３を介してＤＣＳ４に入力される。この実施例ではそれに加えて４−２０ｍＡの標準アナログ信号に変換して別系統でＤＣＳ４に送信するようにする。このようにすると、より信頼性の高いシステムを構築することができる。
【００２６】
同一の電力系統を用いる工場やプラントでは、電力線がこの工場やプラントの隅々にまで張り巡らされている。この電力線を用いてパケット通信を用いたデジタル通信を行うことによって、１系統の電力線に複数のフィールド機器を接続して同時に通信することができる。高速の電力線を用いた通信を用い、タイムシェアリングを行うことにより、多数のフィールド機器とほぼリアルタイムで通信することができる。
【００２７】
また、通信プロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰを用いることもできる。このようにすると、既存の機器やソフトウエアを用いることができるので、簡単かつ安価にシステムを構築することができる。
【００２８】
なお、図１、図２の実施例では電力線モデムをフィールド機器内部に設置するようにしたが、フィールド機器の外部に設置し、フィールド機器とは１対の電力搬送用ケーブルおよび１対の測定値伝送用ケーブルで接続してもよい。このようにすると、設置の自由度が増し、かつ電力線通信に対応していないフィールド機器を用いることもできる。
【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効果が期待できる。
請求項１記載の発明によれば、プロセス現場に設置され、プロセス量を測定して伝送するフィールド機器であって、前記プロセス量を検出する検出部と、この検出部の出力をデジタル信号に変換する変換部と、この変換部の出力を変調して商用電力線に重畳する電力線モデムとにより構成されるようにした。
【００２９】
２本の電力線を設置するだけで電力の搬送と信号の伝送ができるため、フィールド機器毎に別々のケーブルを敷設する必要がなくなり、設置工事が大幅に簡単になるために、大幅なコスト低減が可能になるという効果がある。
【００３０】
また、分岐、合流が自由であり、複数のフィールド機器からの配線を１つにまとめて共用することができるという効果もある。また、既設の電力線があれば、その電力線に接続するだけで通信することができるという効果もある。さらに、高速の電力線通信を用いてパケット通信で伝送すると、擬似的なリアルタイム処理が可能になるという効果もある。
【００３１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明において、前記電力線モデムを前記変換部から分離できるようにした。電力線モデムを電力線の近くに設置し、フィールド機器とこの電力モデムの間は専用線で接続するなど、設置の自由度が増すという効果がある。
【００３２】
請求項３記載の発明によれば、請求項１または請求項２記載の発明において、前記伝送するプロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰを用いるようにした。ＴＣＰ／ＩＰは広く用いられているので、既存製品を流用して安価で信頼性の高い通信を行うことができるという効果がある。また、コンピュータと容易に接続できるという効果もある。
【００３３】
請求項４記載の発明によれば、請求項１ないし請求項３いずれかに記載の発明において、前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を伝送すると共に、前記商用電力線とは別の通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を伝送するようにした。
【００３４】
複数の経路で信号を伝送するので、より信頼性の高い通信ができるという効果がある。また、既設の配線があるときはその配線を流用できるので、追加投資なしに信頼性向上を図ることができるという効果もある。
【００３５】
請求項５記載の発明によれば、プロセス現場に設置され、プロセス量を測定するフィールド機器と、前記プロセス現場に電力を供給する商用電力線と、前記フィールド機器が測定した前記プロセス量に基づいて操作量を演算して出力する制御機器とを有し、前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにした。
【００３６】
２本の電力線を設置するだけで電力の搬送と信号の伝送ができるため、フィールド機器毎に別々のケーブルを敷設する必要がなくなり、設置工事が大幅に簡単になるために、大幅なコスト低減が可能になるという効果がある。
【００３７】
また、分岐、合流の自由であり、複数のフィールド機器からの配線を１つにまとめて共用でき、また、既設の電力線があれば、その電力線に接続するだけで通信することができるので、安価にシステムを構築できるという効果もある。さらに、高速の電力線通信を用いてパケット通信で伝送すると、擬似的なリアルタイム制御が可能になるという効果もある。
【００３８】
請求項６記載の発明によれば、請求項５記載の発明において、前記伝送するプロトコルとして，ＴＣＰ／ＩＰを用いるようにした。ＴＣＰ／ＩＰは広く用いられているので、既存製品を流用して安価で信頼性の高い通信を行うことができるという効果がある。また、コンピュータと容易に接続できるという効果もある。
【００３９】
請求項７記載の発明によれば、請求項５または請求項６記載の発明において、前記フィールド機器は、前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を前記制御機器に伝送すると共に、この商用電力線とは異なる通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにした。
【００４０】
複数の経路で信号を伝送するので、より信頼性の高い通信ができるという効果がある。また、既設の配線があるときはその配線を流用できるので、追加投資なしに信頼性向上を図ることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図３】従来の制御システムの構成図である。
【図４】従来の電力線搬送制御方式の動作を説明するための特性図である。
【符号の説明】
１１〜１３、５１〜５３フィールド機器
１１３、３１、５１３電力線モデム
２１〜２４コンセント
３分電盤
４ＤＣＳ
６１〜６３専用ケーブル

Claims

プロセス現場に設置され、プロセス量を測定して伝送するフィールド機器において、
前記プロセス量を検出する検出部と、この検出部の出力をデジタル信号に変換する変換部と、この変換部の出力を変調して商用電力線に重畳する電力線モデムとを有することを特徴とする電力線通信機能を有するフィールド機器。
前記電力線モデムを前記変換部から分離できるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の電力線通信機能を有するフィールド機器。
前記伝送するプロトコルとしてＴＣＰ／ＩＰ（ＴｒａｎｓｍｉｓｓｏｎＣｏｎｔｒｏｌＰｒｏｔｏｃｏｌ／ＩｎｔｅｒｎｅｔＰｒｏｔｏｃｏｌ）を用いたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の電力線通信機能を有するフィールド機器。
前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を伝送すると共に、前記商用電力線とは別の通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を伝送するようにしたことを特徴とする請求項１ないし請求項３いずれかに記載の電力線通信機能を有するフィールド機器。
プロセス現場に設置され、プロセス量を測定するフィールド機器と、前記プロセス現場に電力を供給する商用電力線と、前記フィールド機器が測定した前記プロセス量に基づいて操作量を演算して出力する制御機器とを有し、前記フィールド機器は前記商用電力線を用いて前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにしたことを特徴とする制御システム。
前記伝送するプロトコルとして，ＴＣＰ／ＩＰを用いたことを特徴とする請求項５記載の制御システム。
前記フィールド機器は、前記商用電力線を用いて前記測定したプロセス量を前記制御機器に伝送すると共に、この商用電力線とは異なる通信線を用いてアナログ信号により前記プロセス量を前記制御機器に伝送するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６記載の制御システム。