JP2006270660A - 通信バスシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 通信バスの断線に適切に対処しうる通信バスシステムを提供する。
【解決手段】 断線検出手段１０１は、通信バスの断線を検出する。接続手段１０２は、断線検出手段１０１により断線が検出された場合に、通信バスの両端間を接続する。終端抵抗切断手段１０３は、接続手段１０２により通信バスの両端間が接続された場合に、通信バスの両端にそれぞれ接続された終端抵抗を通信バスから切断する。また、第１の制御手段１０４Ａは、通信バスの一端側に接続され、通信バスを介してフィールド機器を制御する。第２の制御手段１０４Ｂは、通信バスの他端側に接続され、通信バスを介してフィールド機器を制御する。断線検出手段１０５は、通信バスの断線を検出する。等値化手段１０６は、断線検出手段１０５により断線が検出された場合に、第１の制御手段１０４Ａおよび第２の制御手段１０４Ｂによる制御を等値化する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器を共通の通信バスにより接続して構成された通信バスシステムに関し、とくに、通信バスの断線に対処可能な通信バスシステムに関する。

プラント各部に設定されるバルブやセンサ等のフィールド機器を、通信バスを介して接続するシステムとして、FOUNDATION Fieldbus 仕様に準拠するフィールドバスシステムが知られている。

特開平０５−２１８９０８号公報

フィールドバスを介してフィールド機器と上位システムとの間、あるいはフィールド機器間での通信を実行可能とすることで、複雑なプロセス制御におけるオートメーション化を効果的に促進できる。しかし、フィールドバスが切断された場合には通信が途絶え、制御不能となるため、通信の迅速な復帰が望まれる。

本発明の目的は、通信バスの断線に適切に対処しうる通信バスシステムを提供することにある。

本発明の通信バスシステムは、フィールド機器を共通の通信バスにより接続して構成された通信バスシステムにおいて、前記通信バスの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出された場合に、前記通信バスの両端間を接続する接続手段と、を備えることを特徴とする。
この通信バスシステムによれば、断線が検出された場合に、通信バスの両端間を接続するので、通信バスの機能を迅速に復活させることができる。

前記通信バスの両端にはそれぞれ終端抵抗が接続され、前記接続手段により前記通信バスの両端間が接続された場合に、前記終端抵抗を前記通信バスから切断する終端抵抗切断手段を備えてもよい。

本発明の通信バスシステムは、フィールド機器を共通の通信バスにより接続して構成された通信バスシステムにおいて、前記通信バスの一端側に接続され、前記通信バスを介して前記フィールド機器を制御する第１の制御手段と、前記通信バスの他端側に接続され、前記通信バスを介して前記フィールド機器を制御する第２の制御手段と、前記通信バスの断線を検出する断線検出手段と、前記断線検出手段により断線が検出された場合に、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段による制御を等値化する等値化手段と、を備えることを特徴とする。
この通信バスシステムによれば、断線が検出された場合に、第１の制御手段および第２の制御手段による制御を等値化するので、システムの通信機能を迅速に復活させることができる。

前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号を比較することにより、断線を検出してもよい。

前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号波形に基づき、断線を検出してもよい。

前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号が示す情報に基づき、断線を検出してもよい。

本発明の通信バスシステムによれば、断線が検出された場合に、通信バスの両端間を接続するので、通信バスの機能を迅速に復活させることができる。また、本発明の通信バスシステムによれば、断線が検出された場合に等値化制御を実行するので、システムの通信機能を迅速に復活させることができる。

図１は本発明による通信バスシステムを機能的に示すブロック図である。

図１（ａ）において、断線検出手段１０１は、通信バスの断線を検出する。接続手段１０２は、断線検出手段１０１により断線が検出された場合に、通信バスの両端間を接続する。

終端抵抗切断手段１０３は、接続手段１０２により通信バスの両端間が接続された場合に、通信バスの両端にそれぞれ接続された終端抵抗を通信バスから切断する。

図１（ｂ）において、第１の制御手段１０４Ａは、通信バスの一端側に接続され、通信バスを介してフィールド機器を制御する。第２の制御手段１０４Ｂは、通信バスの他端側に接続され、通信バスを介してフィールド機器を制御する。

断線検出手段１０５は、通信バスの断線を検出する。等値化手段１０６は、断線検出手段１０５により断線が検出された場合に、第１の制御手段１０４Ａおよび第２の制御手段１０４Ｂによる制御を等値化する。

以下、図２〜図９を参照して、本発明による通信バスシステムの実施例について説明する。

図２は実施例１の通信バスシステムの構成を示すブロック図である。

図２に示すように、本実施例の通信バスシステムは、フィールド機器１，１，・・・を共通に接続するフィールドバス２と、フィールドバス２を介してフィールド機器１，１，・・・に接続されるインターフェースモジュール３と、を備える。図２に示すように、各フィールド機器１は端子台１１を介してフィールドバス２に接続される。また、フィールドバス２はインターフェースモジュール３を介して制御ステーション５に接続される。制御ステーション５は、フィールドバス２およびインターフェースモジュール３を介してフィールド機器１，１，・・・と通信することで、フィールド機器１，１，・・・を制御する。また、フィールド機器１，１，・・・は、フィールドバス２を介して互いに通信可能とされている。図２に示すように、通信バス２の両端には、正常な通信状態を確保するための終端抵抗７が設けられている。このように、フィールドバス２は通信バスとして機能する。

また、フィールドバス２には、電源ライン２２および電源ライン２３を介して電源装置２０が接続されている。このように、フィールドバス２は電源バスとしても機能し、電源、通信兼用のバスとして使用される。フィールドバス２では、電源電圧に通信データ（デジタル信号）を重畳することで上記通信を実行している。

また、本実施例では、フィールドバス２の両端の信号を比較してフィールドバス２の断線を検出する断線検出装置８と、フィールドバス２の両端を接続するスイッチ９と、が設けられている。断線検出装置８は、常時フィールドバス２の両端の信号波形を比較し、その信号波形の差分を検知した場合、フィールドバス２が断線したものと判断し、スイッチ９を切り替える。断線検出装置８によりフィールドバス２の断線が検出された場合、スイッチ９は、フィールドバス２の両端から終端抵抗７を切り離すとともに、フィールドバス２の両端を互いに接続する。

さらに、端子台１１には終端抵抗が内蔵されており、フィールドバス２の切断時には切断部位の近傍で終端抵抗をフィールドバス２に接続する機能を有する。

また、図２に示すように、電源部２０にはフィールドバス２の断線を独自に検出する断線検出部２１が設けられている。

次に、本実施例の動作について説明する。

図２に示すように、フィールドバス２の正常時には、インターフェースモジュール３と、すべてのフィールド機器１とが、フィールドバス２によって互いに接続されている。また、電源装置２０は電源ライン２２の側のみ機能（オン）しており、フィールドバス２を介してすべてのフィールド機器１に電源電圧が供給される。

図３は、通信バス２の部位Ｐ（図２）に断線が発生した直後の状態を示すブロック図、図４は仮復旧した状態を示すブロック図である。

図３に示すように、断線が発生した場合、フィールドバス２が２つのセグメントに分断される。このため、フィールド機器１Ａはインターフェースモジュール３および他のフィールド機器１から切り離され、通信不能となる。しかし、電源装置２０の断線検出部２１は断線発生直後に断線を検出するため、電源ライン２３の側が迅速に機能し、電源ライン２３を介してフィールド機器１Ａに電源電圧が供給される。フィールド機器１には短時間の電源供給停止の影響を回避する機能が備わっているため、フィールド機器１Ａを含めてフィールド機器１が機能停止状態に陥ることはない。

また、図３に示すように、フィールドバス２が切断されると、切断部位Ｐの近傍の端子台１１がフィールドバス２の切断を検知して、終端抵抗１１ａをフィールドバス２に接続する。

断線検出装置８がフィールドバス２の信号波形に基づきフィールドバス２の断線を検出すると、図４に示すように、スイッチ９を切り替える。このため、フィールドバス２の両端が互いに接続されるとともに、終端抵抗７がフィールドバス２から切り離される。

図４の状態では、スイッチ９およびフィールドバス２を介して、インターフェースモジュール３およびすべてのフィールド機器１が互いに接続される。したがって、正常な通信状態に復帰する。また、断線検出部２１では、スイッチ９の切り替えによりフィールドバス２の切断状態が解消されたことを検知して、電源ライン２３の側の機能を停止する。したがって、正常時と同様、電源ライン２２の側がすべてのフィールド機器１に対して、電源電圧を供給する状態となる。

上記のように、図３の状態では、正常な通信を実行できない。しかし、フィールド機器１Ａを含めて、すべてのフィールド機器１に対する電源装置２０による電源供給が実質的に継続される。このため、通信状態が復帰するまでの間、フィールド機器１は、フィールド機器１が有するフェイルセイフ機能により、最終出力値の保持等の所定の処理を実行し、安全状態を確保することができる。

以上のように、本実施例では、フィールドバス２の切断が検出されると、スイッチ９によりフィールドバス２の両端を接続するので、フィールドバス２の通信バスとしての機能を迅速に復活させることができる。

上記実施例では、フィールドバス２の両端の信号波形に基づいてフィールドバス２の断線を検出している。しかし、論理的な信号の比較、すなわち信号が示す情報の比較により断線検出を行ってもよい。例えば、通信フレームの内容をフィールドバス２の両端でそれぞれ取り込んで数値に変換し、その値を比較してもよい。この方法によれば、上記実施例のように信号波形をアナログ的に比較する場合に問題となる可能性のある、ノイズやケーブル長に基づく波形の変形の影響を排除できる。

図５は実施例２の通信バスシステムの構成を示すブロック図である。実施例１と同一要素には同一符号を付している。

図５に示すように、本実施例の通信バスシステムでは、インターフェースモジュール３Ａおよびインターフェースモジュール３Ｂが、それぞれフィールドバス２の両端側に接続されている。

正常時には、インターフェースモジュール３Ａが稼動状態、インターフェースモジュール３Ｂが待機状態にあり、インターフェースモジュール３Ａのみがフィールド機器１の制御を実行する。しかしインターフェースモジュール３Ａのみならず、インターフェースモジュール３Ｂもまた、フィールドバス２の両端においてそれぞれ取得されるセグメント情報を、上位の制御ステーション５に随時送信する。セグメント情報は、フィールドバス２に接続されている機器やそのアドレスを示す情報であり、正常時にはインターフェースモジュール３Ａおよびインターフェースモジュール３Ｂにおいて同一のセグメント情報が共有されるはずである。

制御ステーション５Ａでは、両者のセグメント情報を比較し、相違していればフィールドバス２に断線が発生したと判定する。断線が発生したと判定された場合には、スイッチ９を切り替えることにより、実施例１と同様、通信状態が復帰する。

図６はフィールドバス２の部位Ｐ（図５）に断線が発生した直後の状態を示すブロック図、図７は仮復旧した状態を示すブロック図である。

図６に示すように、断線が発生した場合、フィールドバス２が２つのセグメントに分断され、フィールド機器１Ａはインターフェースモジュール３Ａおよび他のフィールド機器１から切り離される。また、図６に示すように、フィールドバス２が切断されると、切断部位Ｐの近傍の端子台１１がフィールドバス２の切断を検知して、終端抵抗１１ａをフィールドバス２に接続する。

フィールドバス２が切断されると、インターフェースモジュール３Ａが取得するセグメント情報では、２台のフィールド機器１のみが示される。また、インターフェースモジュール３Ｂが取得するセグメント情報では、１台のフィールド機器１Ａのみが示される。このように両者のセグメント情報が相違するため、制御ステーション５Ａでは断線が発生したと判定し、スイッチ９を切り替える。

図７に示すように、スイッチ９の切り替えにより、フィールドバス２の両端が互いに接続されるとともに、終端抵抗７がフィールドバス２から切り離される。図７の状態では、スイッチ９およびフィールドバス２を介して、インターフェースモジュール３およびすべてのフィールド機器１が互いに接続される。したがって、正常な通信状態に復帰する。

なお、本実施例においても、実施例１と同様、電源装置２０が設けられるが、その機能、動作は同一であるため、説明を省略する。

以上のように、本実施例では、実施例１と同様、フィールドバス２の切断が検出されると、スイッチ９によりフィールドバス２の両端を接続するので、フィールドバス２の通信バスとしての機能を迅速に復帰させることができる。

図８は実施例３の通信バスシステムの構成を示すブロック図である。実施例１と同一要素には同一符号を付している。

図８に示すように、本実施例の通信バスシステムでは、インターフェースモジュール３Ａおよびインターフェースモジュール３Ｂが、それぞれフィールドバス２の両端側に接続されている。

図８に示すように、正常時には、電源装置２０は電源ライン２２の側のみが機能しており、フィールドバス２を介してすべてのフィールド機器１に電源電圧が供給される。

また、正常時には、インターフェースモジュール３Ａが稼動状態、インターフェースモジュール３Ｂが待機状態にあり、インターフェースモジュール３Ａのみが稼動している。しかしインターフェースモジュール３Ａおよびインターフェースモジュール３Ｂの両者において、通信バス２の両端においてそれぞれ取得されるセグメント情報を、上位の制御ステーション５に随時送信する。

制御ステーション５Ａでは、両者のセグメント情報を比較し、相違していれば断線が発生したと判定する。断線が発生したと判定された場合には、制御ステーション５Ａの処理により、正常時と同一の動作を実行するように、２つのセグメントの状態を論理的に等値化する。

図９は通信バス２に断線が発生した後の状態を示すブロック図である。

図９に示すように、断線が発生した場合、フィールドバス２が２つのセグメントに分断される。これにより、２台のフィールド機器１はインターフェースモジュール３Ａに、１台のフィールド機器１Ａはインターフェースモジュール３Ｂにそれぞれ接続される。また、切断部位の近傍の端子台１１がフィールドバス２の切断を検知して、終端抵抗１１ａをフィールドバス２に接続する。

フィールドバス２が切断されると、両者のセグメント情報に基づいて、制御ステーション５Ａで断線が発生したと判定する。また、電源装置２０は断線検出部２１においてフィールドバス２の断線を検出すると、電源ライン２３の側をも機能させ、すべてのフィールド機器１に電源電圧を供給する。

また、制御ステーション５Ａは、インターフェースモジュール３Ａおよびインターフェースモジュール３Ｂを介してフィールドバス２の通信データを制御することで、２つのセグメントの情報を等値化し、正常時と同様の動作を確保する。例えば、両者のセグメント間で実行されるべき通信については、制御ステーション５Ａを介する経路により通信データを転送する。このように、制御ステーション５Ａにより２つのセグメントを論理的に結合させる方法によれば、不特定な箇所で発生する断線を一箇所に集約して管理し、状況に応じた制御を実行できる。

以上のように、本実施例では、実施例１と同様、フィールドバス２の切断が検出されると、制御ステーション５Ａの制御に基づいて、切断された２つのセグメントの状態を論理的に等値化する。このため、フィールドバス２の断線を物理的にスイッチにより修復することなく、通信バスシステムとしての機能を迅速に復帰させることができる。

上記各実施例では、通信バスとして、電源供給用とバスを兼用した例（フィールドバス）を例示したが、本発明はこのようなバスを使用する場合に限定されることはなく、フィールド機器を通信バスにより接続して構成された、あらゆる通信バスシステムについて適用される。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器を通信バスにより接続して構成されたシステムに対し、広く適用することができる。

本発明による通信バスシステムを機能的に示すブロック図。 実施例１の通信バスシステムの構成を示すブロック図。 通信バスに断線が発生した直後の状態を示すブロック図。 仮復旧した状態を示すブロック図。 実施例２の通信バスシステムの構成を示すブロック図。 通信バスに断線が発生した直後の状態を示すブロック図。 仮復旧した状態を示すブロック図。 実施例３の通信バスシステムの構成を示すブロック図。 通信バスに断線が発生した後の状態を示すブロック図。

符号の説明

３Ａ インターフェースモジュール（第１の制御手段）
３Ｂ インターフェースモジュール（第２の制御手段）
５Ａ 制御ステーション（等値化手段、断線検出手段）
８ 断線検出装置（断線検出手段）
９ スイッチ（接続手段、終端抵抗切断手段）
１０１ 断線検出手段
１０２ 接続手段
１０３ 終端抵抗切断手段
１０４Ａ 第１の制御手段
１０４Ｂ 第２の制御手段
１０５ 断線検出手段
１０６ 等値化手段

Claims (6)

1. フィールド機器を共通の通信バスにより接続して構成された通信バスシステムにおいて、
   前記通信バスの断線を検出する断線検出手段と、
   前記断線検出手段により断線が検出された場合に、前記通信バスの両端間を接続する接続手段と、
   を備えることを特徴とする通信バスシステム。
2. 前記通信バスの両端にはそれぞれ終端抵抗が接続され、
   前記接続手段により前記通信バスの両端間が接続された場合に、前記終端抵抗を前記通信バスから切断する終端抵抗切断手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の通信バスシステム。
3. フィールド機器を共通の通信バスにより接続して構成された通信バスシステムにおいて、
   前記通信バスの一端側に接続され、前記通信バスを介して前記フィールド機器を制御する第１の制御手段と、
   前記通信バスの他端側に接続され、前記通信バスを介して前記フィールド機器を制御する第２の制御手段と、
   前記通信バスの断線を検出する断線検出手段と、
   前記断線検出手段により断線が検出された場合に、前記第１の制御手段および前記第２の制御手段による制御を等値化する等値化手段と、
   を備えることを特徴とする通信バスシステム。
4. 前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号を比較することにより、断線を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の通信バスシステム。
5. 前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号波形に基づき、断線を検出することを特徴とする請求項４に記載の通信バスシステム。
6. 前記断線検出手段は、前記通信バスの両端の信号が示す情報に基づき、断線を検出することを特徴とする請求項４に記載の通信バスシステム。
   

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