JP2006065385A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】 既設のフィールド機器の無線化、機能の向上等を容易に行なえるようにすること。
【解決手段】 各種プロセスの現場に設置され上位の制御コンピュータ・システムに信号線を介して接続するフィールド機器において、内部の機能モジュールに、外部と送受信する無線端子を設置したことを特徴とするフィールド機器。
【選択図】 図１

Description

本発明は、プラント、工場等に分散配置されている圧力／差圧伝送器、各種流量計、温度計、バルブ・ポジショナ等のフィールド機器に関し、特に、このフィールド機器と接続される制御コンピュータ・システム等との間の信号送受信動作を改善するものである。

本発明は、上記したような、プラント、工場等に分散配置されている、圧力／差圧伝送器、各種流量計、温度計、バルブ・ポジショナ等のフィールド機器を対象とするものである。

このようなフィールド機器は、２線式信号線等で上位に設置される制御コンピュータ・システムと接続し、４−２０ｍＡの電流信号を送受信することにより、電源を生成するとともに、収集したデータを上位に送信する。

近年になっては、無線手段をフィールド機器に組み込んで、検知、収集したデータを制御コンピュータ・システム側へ送信するような提案もあり、本発明に関連する先行技術文献としては、次のようなものがある。

特表平１０−５０８１２９公報 特開２００３−１３４０３０号公報 特開２００３−１３４２６１号公報 米国特許第５６８２４７６号明細書 米国特許第６２３６３３４号明細書

図４は、このような従来のフィールド機器が接続される全体システムの例を表わす図である。この図で、各種の流体が流れるパイプＱに、各種のフィールド機器として、バルブＶ及びポジショナＰ、流量計Ｆ、オリフィスｏを含む差圧伝送器Ｄが接続されている。

それぞれのフィールド機器Ｐ，Ｆ，Ｄは、制御ユニットＦＣと、入出力装置Ｉ／Ｏを介してそれぞれ２線式信号伝送線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３により接続され、４−２０ｍＡ電流信号により電源を供給され、検知した物理量信号（流量信号、圧力信号等）を送信する。

更に、それぞれのフィールド機器Ｐ，Ｆ，Ｄに無線通信手段を内蔵させ、検知した物理量信号を無線信号に変換して無線局（図示せず）に送信する方式も提案されている。

またその一方では、それぞれのフィールド機器を診断するため上位に診断ツールＭＭＩを設置する、あるいは、診断センサを既設のフィールド機器に設置して、上記の２線式伝送線の他に信号線を新たに敷設してフィールド機器の診断を行なうようなシステムも提案されている。

以上のようなフィールド機器の一般的な構成ブロックを図５に表わす。
図５にあって、フィールド機器１０は、各種流体の物理量を検知するセンサＳ等を含み、センサＳからの値をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換部１１、Ａ／Ｄ変換部１１からの値について各種演算処理を実行するＣＰＵ、メモリ等の演算手段１２、演算手段１２の演算結果をＤ／Ａ変換して２線式信号伝送線Ｌに出力するＤ／Ａ変換部１３、２線式信号伝送線Ｌから各種の指示信号、設定信号等を受信して演算手段１２に送出する受信部１４を備える。

尚、図４に示した入出力装置Ｉ／Ｏは、端的には、図５に示す、２線式信号線Ｌに電源を供給する電源Ｂ、抵抗Ｒ、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）を備えるブロックである。

このような構成にあって、センサＳで検知した物理量は、各種演算が施され、４−２０ｍＡ電流信号として２線式信号伝送線Ｌに出力される。

入出力装置Ｉ／Ｏは、この４−２０ｍＡ電流信号を受信して上位の制御ユニット（コントローラ）ＦＣまたは診断ツールＭＭＩへ送出する。

しかしながら、フィールド機器の診断、信号伝送の冗長化等の観点から、フィールド機器の無線化の要求は増大していく一方、一旦、多数台の無線機能を有するフィールド機器の新規設置を実現すると、１システムで多数台設置されている既設のフィールド機器自身の機能の向上、フィールド機器が接続する信号線、バス等の仕様、規格、標準等の変更、更新等の要求への対応が困難をきわめる、という問題があった。

本発明は、以上の問題を解決するものであり、フィールド機器の無線化、機能の向上を容易に行なえるようにすることを目的とする。

このような課題を解決した本発明は、次の通りである。
（１）各種プロセスの現場に設置され上位の制御コンピュータ・システムに信号線を介して接続するフィールド機器において、
内部の機能モジュールに、外部と送受信するための無線端子を設置したことを特徴とするフィールド機器。
（２）前記無線端子に、モジュール構成であり、かつ着脱することができる無線通信装置を設置することを特徴とする（１）に記載のフィールド機器。
（３）前記機能モジュールは、演算手段及び出力部を具備することを特徴とする（１）に記載のフィールド機器。
（４）前記無線端子は、前記演算手段に設置した無線端子、もしくは前記出力部に設置した出力端子であることを特徴とする（１）または（３）に記載のフィールド機器。
（５）前記無線通信装置は、プログラムデータを受信して、プログラムを格納または更新する書き換え可能なメモリを備えることを特徴とする（２）に記載のフィールド機器。
（６）前記無線通信装置は、出力すべき無線信号を送信する相手先を定める経路設定手段を備えることを特徴とする（２）に記載のフィールド機器。
（７）前記無線通信装置は、受信した無線信号を送信する相手先を定める経路設定手段を備えることを特徴とする（２）に記載のフィールド機器。

以上説明したことから明らかなように、本発明のフィールド機器によれば次のような効果がある。

無線通信装置をフィールド機器の無線端子に設置することにより、設置したフィールド機器の出力信号を無線で送信することができるので、当該フィールド機器の診断、各種データ処理が容易となる。

無線通信装置は、モジュール構成で無線端子に着脱可能であるので、送受信する無線信号の仕様、規格、標準が変更、更新されても、その無線通信装置を外して、その無線装置を改修して再度、無線端子に設置することができるので、例えば、フィールド・バス信号を無線信号によって送受信していたような場合、フィールド・バス信号の仕様、規格、標準等が変更、更新されても、無線通信装置を外して、この変更、更新に対応する無線通信装置を設置するだけでよいので、このような変更、更新に容易に対応できる。

また、無線通信装置に書き換え可能なメモリを採用したので、送受信する無線信号の規格の変更等に応じたプログラムあるいはデータを無線信号を用いてダウンロードすることができる。

無線通信装置の経路設定部の無線経路設定により、出力信号に対応する無線信号、または、外部から受信した無線信号の送信先を、通常の無線局はもとより、他のフィールド機器に接続する無線通信装置とすることができ、無線の中継点としてこの無線通信装置を活用することができる。

以上述べたように、フィールド機器に無線端子を設置して、モジュール構成の無線通信装置を着脱可能としたので、１システムに多数台設置される既設のフィールド機器に対して、容易に機能更新、機能アップ等のマイグレーションを簡単に実現することができる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明にかかるフィールド機器の構成を表わすブロック図である。

この図にあって、本発明のフィールド機器１００は、センサＳを含み、続点Ｃ１，Ｃ２にて２線式信号線Ｌに結合する。また、このフィールド機器１００にあって、図５に示した従来のフィールド機器１０における符号が同じものはその機能は同じであるので、その詳しい説明は省略する。

尚、出力部Ｚは、Ｄ／Ａ変換部１３及び送受信部１５より構成される。演算手段１２からの信号は、この送受信部１５及びＤ／Ａ変換部１３を介して２線式伝送信号線Ｌに送出され、一方、２線式信号線Ｌからの信号は、送受信部１５で受け、演算手段１２に渡されて処理される。

また、電源Ｅは、このフィールド機器１００の各構成要素に電源を与えるブロックである。

本発明のフィールド機器１００は、外部と送受信する内部の機能モジュールに、無線端子（ａ１，あるいはａ２）を設置し、この無線端子（ａ１，あるいはａ２）に、モジュール構成の無線通信装置２０を外部から着脱可能としたことを特徴とするものである。

具体的には、上記の機能ブロックとして、演算手段１２に無線端子ａ１を設ける、あるいは出力部Ｚに出力端子ａ２を設け、これらの無線端子ａ１，あるいはａ２に、モジュールとしての無線通信部２０を任意に設置することを特徴とする。

この無線通信部２０は、無線送受信部２１を備え、更には、演算部２２、書き換え可能なメモリ手段ｍを備え、フィールド機器１００における端子ａ１，ａ２に対して、着脱可能なモジュール構成である。

このような構成の本発明のフィールド機器１００は、次のように作用する。

センサＳからの温度、流量、圧力等の物理量信号はＡ／Ｄ変換部１１にてＡ／Ｄ変換され、演算手段１２にて演算処理され、Ｄ／Ａ変換部１３及び送受信部１５により、４−２０ｍＡ電流信号として端子Ｃ１，Ｃ２から２線式信号伝送線Ｌに送出される。

また、２線式信号線Ｌから受信した信号は、電源Ｅに与えられ、このフィールド機器１００内の各要素に電源として与えられる。

更に、２線式信号線Ｌにハンドヘルド・ターミナル等が設置された場合は、このハンドヘルド・ターミナルから設定変更信号等を送受信部１５にて受信し、演算手段１２にその設定変更信号等を与える。

このような状態にあって、このフィールド機器１００を、無線信号対応の機器に更新するような場合に、演算手段１２の無線端子ａ１、あるいは出力部Ｚの出力端ａ２とに、モジュールとしての無線通信部２０を外部から必要に応じて設置する。

これにより、当該フィールド機器１００は、無線対応のフィールド機器に更新でき、演算手段１２からの出力信号、あるいはＤ／Ａ変換部１３からの出力信号は、この無線通信部２０内の無線送受信部２１より外部へ無線信号として送出される。

このとき、２線式信号線Ｌに信号送出するのと同時に、または、無線信号のみを当該フィールド機器１００の出力信号として無線通信装置２０から送出することができる。

また、ハンドヘルド・ターミナル、あるいは、上位側から設定変更信号等を無線信号で受信した場合には、この無線通信部２０で受信し、無線送受信部２１、ＣＰＵ等から構成される演算部２２より演算手段１２へ設定変更信号として供給する。

この無線通信部２０は、演算部２２、メモリｍを備えているので、この無線通信部２０にて受信した無線プロトコルを演算手段１２に対応する設定変更信号の形態と変換することができる。

メモリｍには、受信する無線プロトコル信号と、演算手段１２で処理できる信号形態等をたとえばテーブル形式で格納しておく。

尚また、このフィールド機器１００が設置されるシステム全体が機能アップ、または、送受信する無線信号の仕様、規格、標準が変更になる場合は、この変更に対応する無線通信部２０をそのまま外し、新しい無線通信モジュールを端子ａ１，ａ２に設置するようにすれば、直ちに、この設定更新に対応できる。

あるいは、メモリｍを書き換え可能なものとすることにより、送受信する無線信号の仕様、規格、標準が変更、更新されても、無線プロトコル及び演算手段１２が処理できる信号の形態のテーブルをダウンロード方式で書き換えればよく、一旦、この無線通信装置２０をモジュールとして設置すれば、その後の更新にも対応することができる。

例えば、２線式信号線Ｌに代わって、フィールド・バス信号を無線通信部２０にてこのフィールド機器１００が送受信している場合、フィールド・バスの信号の仕様、規格、標準に新しいものが追加、更新されるような場合でも、この無線通信装置２０をモジュールとして着脱する、または、設定の更新を無線でダウンロードすることができる。

詳しくは、図２に示すように、演算手段１２及び出力部Ｚを含む回路ボード（例えば、円形のプリント板）に、無線通信装置２０も回路ボードとして、端子ａ１及び端子ａ２に着脱可能とする。このようにして、無線通信装置２０のモジュール構成を実現する。

図１に戻り、無線通信装置２０内に、後述するように、複数のフィールド機器１００に設置される無線通信装置２０を相互に経由して上位の無線局へ無線信号を転送する用に無線経路を設定する経路設定部２３を備えるようにしてもよい。

詳しくは、経路設定部２３は、この無線通信装置２０の無線信号の送信先となる上位の無線局を指定する、または、他のフィールド機器１００に設置される無線通信装置２０を中継点として指定する、更に、その中継点となる無線通信装置２０が故障、異常のときは、他の無線通信装置２０を指定するようなアルゴリズムを設定する回路部である。

即ち、この無線通信装置２０から無線信号を送出する相手が故障していた場合、異常が発生していた場合等は、無線信号を送出する相手を変更する、あるいは、単に無線信号の中継点として、受信した無線信号を他のフィールド機器に付加される無線通信装置へ転送する無線経路が設定される。

図３は、このような無線通信装置を付加するフィールド機器を備える全体システムの例である。この例は、図４に示した従来の全体システムにおけるそれぞれのフィールド機器Ｐ，Ｆ，Ｄに、無線通信装置ＰＭ，ＦＭ，ＤＭをモジュールとして外部から接続、付加した例である。

このような構成により、各フィールド機器Ｐ，Ｆ，Ｄは、無線通信装置ＰＭ，ＦＭ，ＤＭを介在し、２線式信号伝送線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３に送出する信号を無線信号ｍ１，ｍ２，ｍ３として無線局ＳＴへ送信することができる。または、無線方式のハンドヘルド・ターミナルＨＨＴと無線信号ｍ６により通信するようにしてもよい。

また、フィールド機器Ｐ，Ｆ，Ｄまたは無線通信装置ＰＭ，ＦＭ，ＤＭの設置状況によっては、無線が無線局ＳＴへ届かない場合もあるので、無線経路を、例えば、無線通信装置ＤＭから無線通信装置ＦＭへ無線信号ｍ４を送信し、無線通信装置ＦＭを中継点とし、無線通信装置ＦＭから無線信号ｍ５を無線通信装置ＰＭへ送信させ、無線通信装置ＰＭから無線局ＳＴから無線信号ｍ１を送信する、という無線経路を設定してもよい。

あるいは、上記の経路とは逆の経路を設定するようにしてもよい。または、中継点の無線通信装置が故障していたような場合には、中継点を変更するように無線経路を変更するようにしてもよい。

本発明によれば、以上のようにして、フィールド機器に関連する信号を無線送信、無線受信、無線信号による設定変更等を実現することができる。

本発明のフィールド機器全体構成を表わす図である。 本発明のフィールド機器をモジュール構成として表わした図である。 本発明のフィールド機器を用いた全体システムの図である。 従来のフィールド機器を用いた全体システムの図である。 従来のフィールド機器の構成ブロック図である。

符号の説明

１００ フィールド機器
１１ Ａ／Ｄ変換部
１２ 演算手段
１３ Ｄ／Ａ変換部
１５ 送受信部
Ｓ センサ
２０ 無線通信装置
２１ 無線送受信部
２２ 演算部
２３ 経路設定手段
Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３ ２線式信号線

Claims (7)

1. 各種プロセスの現場に設置され上位の制御コンピュータ・システムに信号線を介して接続するフィールド機器において、
   内部の機能モジュールに、外部と送受信するための無線端子を設置したことを特徴とするフィールド機器。
2. 前記無線端子に、モジュール構成であり、かつ着脱することができる無線通信装置を設置することを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記機能モジュールは、演算手段及び出力部を具備することを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
4. 前記無線端子は、前記演算手段に設置した無線端子、もしくは前記出力部に設置した出力端子であることを特徴とする請求項１または請求項３に記載のフィールド機器。
5. 前記無線通信装置は、プログラムデータを受信して、プログラムを格納または更新する書き換え可能なメモリを備えることを特徴とする請求項２に記載のフィールド機器。
6. 前記無線通信装置は、出力すべき無線信号を送信する相手先を定める経路設定手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のフィールド機器。
7. 前記無線通信装置は、受信した無線信号を送信する相手先を定める経路設定手段を備えることを特徴とする請求項２に記載のフィールド機器。
   

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