JP2007336332A - 伝送器 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能な伝送器を実現する。
【解決手段】 ディジタル通信を用いた伝送器において、フィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路と、フィールドバスとの間で信号の送受信を行うと共にフィールドバスから動作に必要な電力の供給を受けるＭＡＵと、ディジタル通信を行うモデム手段と、入力段回路から出力される信号電圧や送出信号電流を計測するバス信号計測手段と、物理量を測定するセンサ手段と、センサ手段を制御して測定された値を取得し、バス信号計測手段を制御して信号電圧や送出信号電流を取得し、モデム手段を制御して取得したデータをＭＡＵを介してフィールドバス上に伝送させる演算制御手段とを設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、Foundation Field Bus（以下、単にフィールドバスと呼ぶ。）（登録商標）やPROFIBUS（登録商標）等のディジタル通信を用いた差圧伝送器等の伝送器に関し、特にフィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能な伝送器に関する。

従来のディジタル通信を用いた伝送器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。

特開平０５−２６０５６８号公報 特開平０６−１１２８６９号公報 特開２００４−１２６６８８号公報

図４はこのような従来の伝送器を用いた計装システムの一例を示す構成ブロック図である。図４において１は各伝送器における測定データの管理等を行いフィールドバスのインターフェースデバイスを有するホスト装置、２及び３はフィールドバスの基幹ケーブルの両端を終端するターミネータ、４，５，６及び７はディジタル通信を用いた差圧伝送器等の伝送器である。

図４中”ＭＣ０１”に示すフィールドバスの基幹ケーブルの両端はターミネータ２及び３によって終端され、フィールドバスの通信路を構成する。そして、ホスト装置１はフィールドバスのインターフェースデバイスにより、図４中”ＭＣ０１”に示す基幹ケーブルに相互に接続される。

伝送器４，５，６及び伝送器７はそれぞれ図４中”ＢＣ０１”、”ＢＣ０２”、”ＢＣ０３”及び”ＢＣ０４”に示す分岐ケーブルによって図４中”ＭＣ０１”に示す基幹ケーブル（以下、基幹ケーブル及び分岐ケーブルで構成される通信路を、単にフィールドバスと呼ぶ。）に相互に接続され、フィールドバスの通信路を構成する。

ここで、図４に示す従来例の動作を説明する。図４中”ＢＣ０１”、”ＢＣ０２”、”ＢＣ０３”及び”ＢＣ０４”に示す分岐ケーブルとしては一対のより線（ツイストペアケーブル）が用いられ、全ての伝送器４〜７はフィールドバスに並列接続され、ディジタル通信によって通信を行うと共に、各伝送器４〜７はフィールドバスから動作に必要とされる電力の供給（いわゆる、バス給電）を受ける。

このような状態で、各伝送器４〜７からは差圧等の測定値の情報がフィールドバスを介してホスト装置１にそれぞれ送信され、ホスト装置１では受信した各伝送器４〜７の測定値の情報を表示手段に表示することにより、操作者は計装システムを構成する各伝送器の状況を把握することができる。

一方、操作者が各伝送器４〜７の測定レンジ等の設定条件を変更しようとした場合、操作者はホスト装置１を操作して設定条件をフィールドバスを介して特定の伝送器に送信させ、伝送器は受信した設定条件を上書き保存することにより設定条件を変更する。

この結果、伝送器をフィールドバスに並列接続させてディジタル通信を行わせると共にフィールドバスから動作に必要な電力を各伝送器に供給させることにより、１つの通信線により電力の給電が可能で、ホスト装置との間で相互通信を可能とすることができる。

しかし、図４に示す従来例では複数の伝送器が同一の信号線であるフィールドバスを共用してディジタル通信を行うため、当該フィールドバスに接続された伝送器の異常や、フィールドバス自体の障害が生じた場合には、フィールドバスに接続された全ての伝送器に影響を与えてしまうもののその原因特定が困難であると言った問題点があった。

例えば、伝送器に供給される電源電圧や送受信する信号波形がフィールドバスの電気的規格を逸脱したことにより、通信品質の低下や伝送器の異常動作が生じた場合であっても、電気抵抗、線間容量の影響、通信線と伝送器の接続抵抗等の値は各々の伝送器端で異なるため、原因を特定するためには多くの箇所で信号波形等の特性測定が必要となり、非常に煩雑な作業となり、原因特定が困難になってしまう。

また、例えば、伝送器が設置される環境としては、本質安全防爆が要求される危険地区が想定され、或いは、特性測定のための測定器の接続困難な狭い場所や高い場所が想定され、この場合には、作業者が伝送器の設置場所に赴き計測器を用いて特性の測定することが容易ではなく、実質的に原因特定が困難になってしまう。

さらに、フィールドバスや伝送器の経年変化等に起因して、電源電圧の低下、信号波形の歪、フィールドバスの電気的規格の逸脱の兆候等が発生した場合であっても、直ちにこれらの状況を把握することはできず、事前に保全処置を行ったり対策を講じることが困難であると言った問題点があった。
従って本発明が解決しようとする課題は、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能な伝送器を実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ディジタル通信を用いた伝送器において、
フィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路と、前記フィールドバスとの間で信号の送受信を行うと共に前記フィールドバスから動作に必要な電力の供給を受けるＭＡＵと、ディジタル通信を行うモデム手段と、前記入力段回路から出力される前記信号電圧や前記送出信号電流を計測するバス信号計測手段と、物理量を測定するセンサ手段と、前記センサ手段を制御して測定された値を取得し、前記バス信号計測手段を制御して前記信号電圧や前記送出信号電流を取得し、前記モデム手段を制御して取得したデータを前記ＭＡＵを介して前記フィールドバス上に伝送させる演算制御手段とを備えたことにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

請求項２記載の発明は、
請求項１記載の発明である伝送器において、
前記入力段回路が
フィールドバスの前記信号電圧を分圧して出力させる分圧抵抗と、前記送出信号電流を検出して出力させる電流検出抵抗とから構成されたことにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

請求項３記載の発明は、
請求項１記載の発明である伝送器において、
前記バス信号計測手段が、
前記入力段回路から出力される前記信号電圧若しくは前記送出信号電流を選択して出力するマルチプレクサ回路と、このマルチプレクサ回路の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回路の出力をディジタル信号に変換して前記演算制御手段に出力するＡ／Ｄ変換回路と、タイミング信号を発生させて前記サンプルホールド回路及び前記Ａ／Ｄ変換回路に印加するタイミング発生回路とから構成されたことにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

請求項４記載の発明は、
請求項１記載の発明である伝送器において、
前記演算制御手段が、
前記信号電圧や前記送出信号電流と予め設定した基準値とを比較して異常が発生、或いは、異常が発生する兆候を検出したと判断した場合にその旨の通知を前記フィールドバス上に伝送させることにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。また、通信負荷の低減を図ることができる。

請求項５記載の発明は、
請求項４記載の発明である伝送器において、
前記演算制御手段が、
異常が発生したと判断した場合に伝送器自体の動作を停止させることにより、フィールドバスに接続された全ての伝送器に影響を与えてしまうことを防止することができる。

請求項６記載の発明は、
請求項１記載の発明である伝送器において、
前記演算制御手段が、
連続的、定期的、若しくは、不定期に前記信号電圧や前記送出信号電流を取得することにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２，３及び請求項６の発明によれば、フィールバス通信を用いた伝送器にフィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路と分圧信号や検出された電流信号を計測するバス信号計測手段を設けることにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

また、このような伝送器を用いて計装システムを構築することにより、原因を特定するために作業者が伝送器の設置場所に赴くことなく、多くの伝送器端で信号波形等の特性測定が不要となる。

さらに、フィールドバスや伝送器の経年変化等に起因して、電源電圧の低下、信号波形の歪、フィールドバスの電気的規格の逸脱の兆候等を測定することが可能になる。

また、請求項４の発明によれば、演算制御手段が、信号電圧や送出信号電流と予め設定した基準値とを比較して異常が発生、或いは、異常が発生する兆候を検出したと判断した場合にその旨の通知をフィールドバス上に伝送させることにより、フィールドバス通信の供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。また、通信負荷の低減を図ることができる。

また、請求項５の発明によれば、演算制御手段が、異常が発生したと判断した場合に伝送器自体の動作を停止させることにより、フィールドバスに接続された全ての伝送器に影響を与えてしまうことを防止することができる。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る伝送器の一実施例を示す構成ブロック図である。

図１において８はフィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路、９はフィールドバスとの間で信号の送受信を行うと共にフィールドバスから動作に必要とされる電力の供給を受けるＭＡＵ（Medium Attachment Unit）、１０はディジタル通信を行うモデム手段、１１はフィールドバスの信号電圧や送出信号電流等を計測するバス信号計測手段、１２はＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等で構成されるマイクロコントローラ等の演算制御手段、１３は差圧等の物理量を測定するセンサ手段である。

図１中”ＦＢ１１”に示すフィールドバスは入力段回路８を介してＭＡＵ９に相互に接続され、ＭＡＵ９の入出力はモデム手段１０に接続される。一方、図１中”ＳＧ１１”及び”ＳＧ１２”に示す入力段回路８の出力信号はそれぞれバス信号計測手段１１に供給される。

バス信号計測手段１１の入出力は演算制御手段１２に相互に接続され、また、モデム手段１０及びセンサ手段１３の入出力は演算制御手段１２に相互に接続される。

また、図２は入力段回路８の詳細を示す回路図、図３はバス信号計測手段１１の詳細を示す構成ブロック図である。

図２において８，９、”ＳＧ１１”及び ”ＳＧ１２”は図１と同一符号を付してあり、１４，１５及び１６は抵抗であり、抵抗１４及び抵抗１５は分圧抵抗を、抵抗１６は電流検出抵抗をそれぞれ構成している。

フィールドバスの一方の通信線は直接ＭＡＵ９の一方の入力端子に接続され、フィールドバスの他方の通信線は抵抗１６の一端に接続され、抵抗１６の他端は接地されると共にＭＡＵ９の他方の入力端子に接続される。

また、フィールバスの一方の通信線には抵抗１４の一端が接続され、抵抗１４の他端は出力信号”ＳＧ１１”を出力すると共に抵抗１５の一端に接続される。さらに、抵抗１６の一端は抵抗１５の他端に接続されると共に出力信号”ＳＧ１２”を出力する。

一方、図３において１１、”ＳＧ１１”及び”ＳＧ１２”は図１と同一符号を付してあり、１７はマルチプレクサ回路、１８はサンプルホールド回路、１９はＡ／Ｄ変換回路、２０はタイミング発生回路である。

入力段回路８からの出力信号”ＳＧ１１”及び”ＳＧ１２”はマルチプレクサ回路１７の２つの入力端子にそれぞれ接続され、マルチプレクサ回路１７の出力はサンプルホールド回路１８に接続される。

サンプルホールド回路１８の出力はＡ／Ｄ変換回路１９に接続され、Ａ／Ｄ変換回路１９の出力は図示しない演算制御手段１２に接続される。また、タイミング発生回路のタイミング信号はサンプルホールド回路１８及びＡ／Ｄ変換回路１９にそれぞれ印加される。

ここで、図１に示す実施例の動作を図２及び図３を用いて説明する。通常状態において、演算制御手段１２は、センサ手段１３を制御して測定された値を取得すると共に適宜演算処理等を行い、モデム手段１０を制御してＭＡＵ９を介してフィールドバス上に演算結果であるデータを伝送させて図示しないホスト装置との間で通信を行う。

一方、入力段回路８ではフィールドバスのバス電圧”Ｖ_ＢＵＳ ”を抵抗１４及び抵抗１５で分圧した電圧”Ｖ_ｄｉｖ ”を出力信号”ＳＧ１１”としてバス信号計測手段１１に出力する。また、抵抗１６の両端に発生する電圧”Ｖｓ”、言い換えれば、送出信号電流を電圧に変換した信号を出力信号”ＳＧ１２”としてバス信号計測手段１１に出力する。

特性計測状態において、演算制御手段１２は、マルチプレクサ回路１７を制御して出力信号”ＳＧ１１”若しくは出力信号”ＳＧ１２”のどちらか一方を選択し、サンプルホール回路１８で選択された信号をホールドさせ、Ａ／Ｄ変換回路１９でディジタル信号に変換させた後に取り込む。

また、タイミング回路２０は、所定のクロック信号やモデム手段１０の通信タイミング等を用いて、サンプルホールド回路１８の信号をホールドするタイミング信号やＡ／Ｄ変換回路１９のＡ／Ｄ変換のタイミング信号を生成する。

すなわち、演算制御手段１２は、バス信号計測手段１１を制御して入力段回路８からの出力信号”ＳＧ１１”を受信信号電圧、或いは、自ら送出した送信信号電圧として取り込み、その波形品質を評価する。

また、演算制御手段１２は、バス信号計測手段１１を制御して入力段回路８からの出力信号”ＳＧ１２”を自ら送出した送出信号電流として取り込む。

さらに、演算制御手段１２は、ディジタル通信が行われていない期間でバス信号計測手段１１を制御して入力段回路８からの出力信号”ＳＧ１１”及び”ＳＧ１２”を取り込み、伝送器端のバス供給電圧、定常消費電流、ノイズの混入を測定する。

そして、演算制御手段１２は、モデム手段１０を制御してこのように測定されたデータをディジタル通信によってホスト装置に送信する。ホスト装置では受信したデータを解析して、異常兆候の評価や故障解析を行う。

この結果、ディジタル通信を用いた伝送器にフィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路８と分圧信号や検出された電流信号を計測するバス信号計測手段１１を設けることにより、フィールドバスの供給電源及び通信信号の電気的特性を測定することが可能になる。

また、このような伝送器を用いて計装システムを構築することにより、原因を特定するために作業者が伝送器の設置場所に赴くことなく、多くの伝送器端で信号波形等の特性測定が不要となる。

さらに、フィールドバスや伝送器の経年変化等に起因して、電源電圧の低下、信号波形の歪、フィールドバスの電気的規格の逸脱の兆候等を測定することが可能になる。

なお、図１に示す実施例の説明に際しては、演算制御手段１２は、モデム手段１０を制御して測定されたデータをディジタル通信によってホスト装置に送信させているが、定常的に多量のデータを送出するとフィールドバスに負荷を与えることになるので、測定データと予め設定した基準値とを比較して異常が発生した（或いは、異常が発生する兆候を検出）と判断した場合にホスト装置にその旨の通知（異常発生、或いは、異常が発生する兆候を検出）を行わせても構わない。この場合には、通信負荷の低減を図ることができる。

また、演算制御手段１２が致命的な異常が発生したと判断した場合に伝送器自体の動作を停止させ、フィールドバスに接続された全ての伝送器に影響を与えてしまうことを防止しても構わない。

また、図２においては入力段回路８としてその一例を例示しているが、この回路構成に限定されるものではなく、バス電圧を出力でき送出信号電流を検出することが可能な回路構成であれば良い。

また、演算制御手段１２の電気的特性の計測のタイミングは、連続的、定期的、若しくは、不定期の何れであっても構わない。

本発明に係る伝送器の一実施例を示す構成ブロック図である。 入力段回路の詳細を示す回路図である。 バス信号計測手段の詳細を示す構成ブロック図である。 従来の伝送器を用いた計装システムの一例を示す構成ブロック図である。

符号の説明

１ ホスト装置
２，３ ターミネータ
４，５，６，７ 伝送器
８ 入力段回路
９ ＭＡＵ
１０ モデム手段
１１ バス信号計測手段
１２ 演算制御手段
１３ センサ手段
１４，１５，１６ 抵抗
１７ マルチプレクサ回路
１８ サンプルホールド回路
１９ Ａ／Ｄ変換回路
２０ タイミング発生回路

Claims (6)

1. ディジタル通信を用いた伝送器において、
   フィールドバスの信号電圧を取り出し送出信号電流を検出する入力段回路と、
   前記フィールドバスとの間で信号の送受信を行うと共に前記フィールドバスから動作に必要な電力の供給を受けるＭＡＵと、
   ディジタル通信を行うモデム手段と、
   前記入力段回路から出力される前記信号電圧や前記送出信号電流を計測するバス信号計測手段と、
   物理量を測定するセンサ手段と、
   前記センサ手段を制御して測定された値を取得し、前記バス信号計測手段を制御して前記信号電圧や前記送出信号電流を取得し、前記モデム手段を制御して取得したデータを前記ＭＡＵを介して前記フィールドバス上に伝送させる演算制御手段と
   を備えたことを特徴とする伝送器。
2. 前記入力段回路が
   フィールドバスの前記信号電圧を分圧して出力させる分圧抵抗と、
   前記送出信号電流を検出して出力させる電流検出抵抗とから構成されたことを特徴とする
   請求項１記載の伝送器。
3. 前記バス信号計測手段が、
   前記入力段回路から出力される前記信号電圧若しくは前記送出信号電流を選択して出力するマルチプレクサ回路と、
   このマルチプレクサ回路の出力をサンプルホールドするサンプルホールド回路と、
   このサンプルホールド回路の出力をディジタル信号に変換して前記演算制御手段に出力するＡ／Ｄ変換回路と、
   タイミング信号を発生させて前記サンプルホールド回路及び前記Ａ／Ｄ変換回路に印加するタイミング発生回路とから構成されたことを特徴とする
   請求項１記載の伝送器。
4. 前記演算制御手段が、
   前記信号電圧や前記送出信号電流と予め設定した基準値とを比較して異常が発生、或いは、異常が発生する兆候を検出したと判断した場合にその旨の通知を前記フィールドバス上に伝送させることを特徴とする
   請求項１記載の伝送器。
5. 前記演算制御手段が、
   異常が発生したと判断した場合に伝送器自体の動作を停止させることを特徴とする
   請求項４記載の伝送器。
6. 前記演算制御手段が、
   連続的、定期的、若しくは、不定期に前記信号電圧や前記送出信号電流を取得することを特徴とする
   請求項１記載の伝送器。
   

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