JP2007128436A

JP2007128436A - フィールド通信システム

Info

Publication number: JP2007128436A
Application number: JP2005322433A
Authority: JP
Inventors: Saneji Matsuyama; 実嗣松山
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2005-11-07
Publication date: 2007-05-24
Anticipated expiration: 2025-11-07
Also published as: JP4873220B2; DE102006051980B4; DE102006051980A1

Abstract

【課題】フィールド機器が分散配置される場合に低コストでシステム構築できるフィールド通信システムを提供する。
【解決手段】リモートノード１０１は、フィールドコントローラ１０２に直結されるノードとは別のノードを構成する。通信回線１０３は、フィールドコントローラ１０２およびリモートノード１０１間を接続する。PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル１０４は、リモートノード１０１およびフィールド機器１０５間を接続する。また、計測手段１０７は、リモートノード１０１を介する通信に要する通信時間を計測する。判定手段１０８は、計測手段１０７による通信時間が閾値を越えると異常と判定する。設定手段１０９は、閾値をユーザの指示に従って設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のフィールドバス規格、例えばPROFIBUS（登録商標）に従った通信を実行するフィールド通信システムに関する。

プラントに分散配置されたフィールドコントローラを介して、フィールド機器が統合的に制御されるプラント制御システムが知られている。また、このようなプラント制御システムのフィールドバス規格として、PROFIBUS（登録商標）が知られている。

このようなフィールドバス規格に従うプラント制御システムでは、フィールドコントローラに接続されるプロセス入出力装置にPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを実装することで、PROFIBUS（登録商標）通信インターフェースを持つ測定器や操作端末等のフィールド機器に対するPROFIBUS（登録商標）通信を可能とし、フィールド機器のフィールドデータの授受を行う。上記プロセス入出力装置は、フィールドコントローラ用のバスあるいはフィールドコントローラ用インターフェースを介してフィールドコントローラと直接つながる直結ノードとして機能する。PROFIBUS（登録商標）通信モジュールは、フィールド機器とPROFIBUS（登録商標）通信ケーブルにより接続され、フィールド機器に対してフィールドデータの収集・設定を行う。

フィールドコントローラは、PROFIBUS（登録商標）通信モジュールが収集したデータを基にフィールドデータの制御を行い、必要に応じてPROFIBUS（登録商標）通信モジュール経由でフィールド機器に対してデータ設定を行う。

特許文献１には、PROFIBUS（登録商標）規格のフィールドバスが敷設された分散型制御装置が記載されている。

特開２００５−１２２５９２号公報

しかし、プロセス入出力装置にPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを実装する場合、PROFIBUS（登録商標）フィールドコントローラとPROFIBUS（登録商標）通信モジュールとを近接して設置する必要がある。このため、広範囲に点在するフィールド機器との間でPROFIBUS（登録商標）通信を行う場合には、フィールド機器の近傍にそれぞれフィールドコントローラを分散配置させ、各フィールドコントローラにつながる直結ノードにPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを設置している。したがって、高価なフィールドコントローラの台数増を招き、プラントのコストを押し上げるという問題がある。

本発明の目的は、フィールド機器が分散配置される場合に低コストでシステム構築できるフィールド通信システムを提供することにある。

本発明のフィールド通信システムは、所定のフィールドバス規格に従った通信を実行するフィールド通信システムにおいて、
フィールドコントローラに直結されるノードとは別のノードを構成するリモートノードと、
前記フィールドコントローラおよび前記リモートノード間を接続する通信回線と、
前記リモートノードおよびフィールド機器間を接続する所定規格通信ケーブルと、
を備えることを特徴とする。
このフィールド通信システムによれば、リモートノードを介して、フィールド機器とフィールドコントローラとが接続されるので、フィールド機器を分散配置した場合でも、リモートノードの設置によりフィールドコントローラを共通化できる。

前記通信回線はイーサネット（登録商標）を用いて構成されてもよい。

前記リモートノードを介する通信に要する通信時間を計測する計測手段と、前記計測手段による通信時間が閾値を越えると異常と判定する判定手段と、前記閾値が設定される設定手段と、を備えてもよい。
この場合には、フィールド通信システムの構成やシステムの状況に応じて、ユーザが自由に閾値を選択できる。

計測手段は、前記フィールドコントローラおよび前記フィールド機器間の通信に要する通信時間を計測してもよい。

前記所定のフィールドバス規格は、PROFIBUS（登録商標）規格であってもよい。

本発明のフィールド通信システムによれば、リモートノードを介して、フィールド機器とフィールドコントローラとが接続されるので、フィールド機器を分散配置した場合でも、リモートノードの設置によりフィールドコントローラを共通化できる。

図１は本発明によるフィールド通信システムを機能的に示すブロック図である。

図１において、リモートノード１０１は、フィールドコントローラ１０２に直結されるノードとは別のノードを構成する。通信回線１０３は、フィールドコントローラ１０２およびリモートノード１０１間を接続する。PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル１０４は、リモートノード１０１およびフィールド機器１０５間を接続する。

また、計測手段１０７は、リモートノード１０１を介する通信に要する通信時間を計測する。判定手段１０８は、計測手段１０７による通信時間が閾値を越えると異常と判定する。設定手段１０９は、閾値をユーザの指示に従って設定する。

以下、図２〜図４を参照して、本発明によるフィールド通信システムの一実施形態について説明する。

図２は本実施形態のフィールド通信システムが適用されるプラント制御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、プラント制御システムは、プラントに設置されたフィールド機器１，１，・・・を制御するフィールドコントローラ２，２，・・・と、フィールドコントローラ２，２，・・・を介してフィールド機器１，１，・・・との間で通信を行うことでプラントにおけるプロセスを監視するための監視用端末装置３と、フィールドの管理を行うためのフィールド管理用端末装置４と、を備える。

図２に示すように、フィールドコントローラ２には、フィールドコントローラ２用のバス２１を介してプロセス入出力装置２２が接続される。プロセス入出力装置２２には、フィールドコントローラ２との通信を行うためのＩ／Ｆカード２１ａと、リモートノード２３との通信を行うためのＦＩＯモジュール２１ｂとが実装される。

プラントに分散配置されたリモートノード２３は、プロセス入出力装置２２とは別のノードとして構成され、Ethernet（登録商標）ケーブル２４を介してプロセス入出力装置２２のＦＩＯモジュール２１ｂに接続される。図２に示すように、リモートノード２３にはEthernet（登録商標）ケーブル２４が接続されるＩ／Ｆモジュール２３ａと、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂとが接続される。PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル２６を介してフィールド機器１と接続される。

このように構成されたプラント制御システムでは、フィールド機器１に設定されたデータをフィールドコントローラ２で取得する場合、およびフィールドコントローラ２からフィールドコントローラ１にデータを設定する場合には、フィールドコントローラ２とＩ／Ｆカード２１ａの間、ＦＩＯモジュール２１ｂとＩ／Ｆモジュール２３ａの間、および、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂとフィールド機器１の間での通信が必要となる。

したがって、リモートノード２３を使用しない場合と比較するとデータ転送に時間がかかる。とくに、ＦＩＯモジュール２１ｂとＩ／Ｆモジュール２３ａの間では、データの送受信に時間がかかる。このため、本実施形態では、とくにデータ量が大きくデータの送受信時間がかかるアプリケーションプログラムのダウンロード時間を極力短縮できるように、Ｉ／Ｆモジュール２３ａとして、ＦＩＦＯのＩ／Ｆモジュールを使用している。

また、フィールドコントローラ２がフィールド機器１を監視・制御するためのデータの収集時には、ウェイト（Wait）型による読み込みではなく、プロシード（Proceed）型による読み込みを行う。プロシード型による読み込みでは、フィールドコントローラ２からデータの転送を指示した後、フィールド機器１からのデータの受信を待たず、他の処理を実行することができる。このため、データの受信待ち状態による他の制御への悪影響を排除できる。

本実施形態では、PROFIBUS（登録商標）通信における通信異常を検出するため、以下の動作を実行する。図３は動作手順を示す図である。
（１）フィールドコントローラ２は定周期でフィールドコントローラ２内のカウンタ書込値を更新する。
（２）フィールドコントローラ２はPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の所定領域に、この書込値を書き込む。
（３）PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値と、現在のPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の読込値を比較する。
（４）PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値をPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の読込値としてコピーする。
（５）フィールドコントローラ２は定周期でPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値を読み込み、自身のカウンタ書込値と比較する。

そして、フィールドコントローラ２およびPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、それぞれ自身の書込値および読込値を所定周期で比較した結果（上記（３）および（５））、一定時間にわたり両者が一致しなければ、通信異常と判定する。

このように、カウンタの書込み、読込みに要する通信時間が所定時間以上となった場合には、通信異常と判定している。しかし、本実施形態では、その通信時間はプラントの構成や通信状況によって変化する。

このため本実施形態では、通信異常と判定される回数の閾値を、ユーザが自由に設定できるようにしている。ユーザは、例えば、フィールド管理用端末装置４を用いて、通信異常と判定するための任意の閾値を設定することができる。閾値は、例えば、正常時における実際の通信時間に基づいて設定してもよい。

以上のように、本実施形態によれば、汎用のEthernet（登録商標）ケーブルを使用した安価・高信頼性のリモートノードにPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを接続することによって、工場、プラントなどで広範囲に分散・点在する現場機器に対する制御や情報収集を可能としている。また、伝送仕様、通信定義設定などの設定項目やインターフェースについては従来の直結ノードによる場合と同様とすることで、リモートノードの使用を意識させないシステム構築が可能である。

また、本実施形態によれば、Ethernet（登録商標）ケーブルを介して接続されるリモートノードを利用して、遠隔地にPROFIBUS（登録商標）通信用の現場機器を分散配置できる。したがって、従来のようにフィールドコントローラを分散配置しなければならない場合に比較し、コスト面での効果が非常に大きい。また、既にリモートノード敷設済みのシステムでは、リモートノードを増設するだけでPROFIBUS（登録商標）通信設備の新設、増設が可能であり、プラントの構築、増設が容易となるとともに、コスト面の効果も大きい。

上記のように、リモートノードは汎用のEthernet（登録商標）ケーブルにより接続可能である。また、回線上の通信としてはTCP/IPプロトコルを使用できる。この場合には、リモートノードに対し、ネットワーク機器メーカから市販されている一般的なルータやゲートウェイと容易に接続することが可能であり、これらのルータやゲートウェイには広域回線網や無線に対応したものが存在する。このため、図４に示すように、リモートノードをこれらの機器で中継することにより、距離の延長や非接触形通信を実現することが可能となる。図４の例では、プロセス入出力装置２２がルータ６１を介して広域回線網６２に接続されている。また、リモートノード２３がルータ６３およびハブ６４を介して広域回線網６２に接続されている。このように、PROFIBUS（登録商標）通信モジュールを、広域回線網等を介して接続された広域リモートノードに実装することにより、PROFIBUS（登録商標）通信機器の分散配置の更なる拡張が可能となる。

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、フィールドバス規格であるPROFIBUS（登録商標）に従った通信を実行するフィールド通信システムに対し、広く適用することができる。

本発明によるフィールド通信システムを機能的に示すブロック図。本実施形態のフィールド通信システムが適用されるプラント制御システムの構成を示すブロック図。異常検出のための動作手順を示す図。広域回線網を利用したフィールド通信システムの構成例を示す図。

符号の説明

１フィールド機器
２フィールドコントローラ（計測手段、判定手段）
４フィールド管理用端末装置（設定手段）
２３リモートノード
２３ｂ PROFIBUS（登録商標）通信モジュール（計測手段）
２４イーサネット（登録商標）ケーブル（通信回線）
１０１リモートノード
１０２フィールドコントローラ
１０３通信回線
１０４ PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル
１０５フィールド機器
１０７計測手段
１０８判定手段
１０９設定手段

Claims

所定のフィールドバス規格に従った通信を実行するフィールド通信システムにおいて、
フィールドコントローラに直結されるノードとは別のノードを構成するリモートノードと、
前記フィールドコントローラおよび前記リモートノード間を接続する通信回線と、
前記リモートノードおよびフィールド機器間を接続する所定規格通信ケーブルと、
を備えることを特徴とするフィールド通信システム。
前記通信回線はイーサネット（登録商標）を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信システム。
前記リモートノードを介する通信に要する通信時間を計測する計測手段と、
前記計測手段による通信時間が閾値を越えると異常と判定する判定手段と、
前記閾値が設定される設定手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載のフィールド通信システム。
前記計測手段は、前記フィールドコントローラおよび前記フィールド機器間の通信に要する通信時間を計測することを特徴とする請求項３に記載のフィールド通信システム。
前記所定のフィールドバス規格は、PROFIBUS（登録商標）規格であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のフィールド通信システム。