JP2010258865A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外部接続される設定ツールを用いることなくフィールド機器にパラメータ設定できると共に、上位機器に保存されたパラメータ情報との間でのデータ等値化を可能とするフィールド機器を実現する。
【解決手段】自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介してホストＰＣと通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器において、
前記第１アドレスとは異なる第２アドレスにより前記フィールドバスを介して前記ホストＰＣと通信すると共に、前記アプリケーションプログラムに対するパラメータ設定を行う、パラメータ設定部を内蔵する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介してホストＰＣと通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器に関するものである。

図６は、従来のパラメータ設定形態の一例を示す機能ブロック図である。フィールドバス１０には、フィールドバス対応のフィールド機器２１，２２，２３が接続されている。上位機器であるホストＰＣ３０及び機器管理ツール４０が、Ｉ／Ｏカード５０及びフィールドバス１０を介してフィールド機器２１，２２，２３と通信する。

これらフィールド機器内に設定されているパラメータを変更する際には、上位機器である機器管理ツール４０からフィールドバス１０を介して設定される。この設定形態では、機器管理ツール４０と通信するホストＰＣ３０に設定内容が通知されるので、フィールド機器内のパラメータ情報とホストＰＣ３０に保存されたパラメータ情報との間でのデータの等値化が実現される。

図７は、従来のパラメータ設定形態の他の例を示す機能ブロック図である。フィールド機器内に設定されているパラメータを変更する際には、ハンドヘルドターミナルや設定機能に特化したＰＣ等で実現される設定ツール６０をフィールドバス１０に接続して設定する。非特許文献１には、この設定形態に使用される設定ツール６０に関する技術開示があり、データの等値化が実現できる。

この設定形態では、ホストＰＣ３０とフィールドバス１０を介して通信可能な設定ツール６０より設定内容がホストＰＣ３０に通知されるので、フィールド機器のパラメータ情報とホストＰＣ３０に保存されたパラメータ情報との間でのデータ等値化が実現される。

図８は、従来のパラメータ設定形態の更に他の例を示す機能ブロック図である。フィールド機器２３内に設定されているパラメータを変更する際には、このフィールド機器に付属する設定機能付き表示器７０の設定スイッチを用いる。

この設定形態では、設定内容がフィールド機器２３のみに反映され上位機器のホストＰＣ３０には通知されないので、フィールド機器２３のパラメータ情報とホストＰＣ３０に保存されたパラメータ情報との間でのデータの等値化ができない。

図９は、従来のフィールド機器の内部アーキテクチャーを、フィールド機器２１を代表として示す機能ブロック図である。フィールド機器２１に搭載されるアプリケーションプログラム２１１は、各種の制御機能を実現するファンクションブロック、診断機能、表示機能を具備している。

このアプリケーションプログラム２１１は、ファンクションブロックＶＦＤ（Virtual Field Device）２１２及びシステムやネットワークを管理するマネジメントＶＦＤ２１３を中継して通信スタック２１４と通信する。通信スタック２１４は、フィールドバスコントローラ２１５を介してフィールドバス１０上の外部機器と通信する。

また、4-20mAの２線式伝送器等に代表されるフィールド機器システムでは、フィールド機器のパラメータの設定手段としては、図６，図７，図８で示した各種の形態がある。

図７で示したハンドヘルドターミナル等の設定ツール６０や、図８で示した設定機能付き表示器７０の設定スイッチによる設定は、主にホストＰＣ３０と設定対象のフィールド機器が１対１で接続されている環境においては有効であった。

昨今、フィールドバス等の普及を背景とした数多くのフィールド機器のデータ管理は、多種多様なパラメータ、設定履歴等の管理が可能という側面から、図６で示した機器管理ツール４０からの１対ｎの設定形態の頻度が高くなっている。

廣岡勲、外３名、「新時代のフィールド機器管理ツールＦｉｅｌｄＭａｔｅ」、横河技報、横河電機株式会社、２００７年５月２０日、Ｖｏｌ．５１ Ｎｏ．２（２００７） ｐ．４５−４８

フィールド機器に対する従来のパラメータ設定形態では、次のような問題がある。

（１）フィールド機器のパラメータ設定には、差圧伝送器のゼロ点調整、電磁流量計のゼロ点調整、渦流量計のノイズ影響除去の調整等といったように、作業員が実際の取り付け場所で指示値を直視しながら実施したい要求がある。

このようなパラメータ設定（調整）を行う場合、図６で示した機器管理ツール４０は、通常制御用のホストＰＣ３０と併設されるため、中央制御室に配置されていることが多く、フィールド機器が稼動している現場での設定作業は不可能である。

また、図７で示したハンドヘルドターミナル等の設定ツール６０を設定の現場で直接フィールドバスに接続して設定する形態において、爆発危険性のある防爆領域や本質安全防爆の環境下では、設定ツール６０をフィールドバス１０に電気的に接続することができない場合が多い。

（２）このため、図８で示したフィールド機器に付属する設定機能付き表示器７０の設定スイッチを用いて設定することになるが、この設定形態では、パラメータ設定がフィールドバス１０を経由しないで直接実施されることから、設定変更がフィールド機器の内部のみで行われるため、ホストＰＣ３０が変更情報を知ることができず、フィールド機器とホストＰＣ３０との間でのデータ不整合が発生する。

本発明の目的は、外部接続される機器管理ツールまたは設定ツールを用いることなくフィールドバス機器にパラメータ設定できると共に、上位機器に保存されたパラメータ情報との間でのデータの等値化を可能とするフィールド機器を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明は次の通りの構成になっている。
（１）自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介して上位機器と通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器において、
前記第１アドレスとは異なる第２アドレスにより前記フィールドバスを介して前記上位機器と通信すると共に、前記アプリケーションプログラムに対するパラメータ設定を行うパラメータ設定部を内蔵することを特徴とするフィールド機器。

（２）前記パラメータ設定部は、設定モード時のみに有効化され、通常動作モード時には無効化されることを特徴とする（１）に記載のフィールド機器。

（３）前記パラメータ設定部は、外部接続される設定機能付き表示機器を介してパラメータ設定されることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィールド機器。

（４）前記パラメータ設定部は、赤外線スイッチまたはマグネットスイッチにより外部からパラメータ設定されることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィールド機器。

（５）自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介して上位機器と通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器において、
前記第１アドレスとは異なる第２アドレスにより前記フィールドバスを介して前記上位機器と通信すると共に、前記フィールドバスに接続された他のフィールド機器に対するパラメータ設定を行うパラメータ設定部を内蔵することを特徴とするフィールド機器。

（６）前記パラメータ設定部は、設定モード時のみに有効化され、通常動作モード時には無効化されることを特徴とする（５）に記載のフィールド機器。

（７）前記パラメータ設定部は、外部接続される設定機能付き表示機器を介してパラメータ設定されることを特徴とする（５）または（６）に記載のフィールド機器。

（８）前記パラメータ設定部は、赤外線スイッチまたはマグネットスイッチにより外部からパラメータ設定されることを特徴とする（５）または（６）に記載のフィールド機器。

本発明によれば、次のような効果を期待することができる。
（１）外部接続の設定ツールを用いることなく、フィールド機器にパラメータ設定できると共に、上位機器に保存されたパラメータ情報との間でのデータ等値化を容易に実現することができる。

（２）設定手段として、既存の設定機能付き表示機器をそのまま利用することができるので、システムのコストダウンに貢献できる。

（３）本発明が適用されたフィールド機器から、フィールドバスに接続された他のフィールド機器に対するパラメータ設定を実行して上位機器とのデータ等値化を実現することができる。

本発明を適用したフィールド機器の一実施例を示す機能ブロック図である。 本発明を適用したフィールド機器の動作モードを説明する機能ブロック図である。 本発明を適用したフィールド機器の処理手順を説明するフローチャートである。 本発明による通常動作モード時のフィールドバス状態を説明する機能ブロック図である。 本発明による設定モード時のフィールドバス状態を説明する機能ブロック図である。 従来のパラメータ設定形態の一例を示す機能ブロック図である。 従来のパラメータ設定形態の他の例を示す機能ブロック図である。 従来のパラメータ設定形態の更に他の例を示す機能ブロック図である。 従来のフィールド機器の内部アーキテクチャーを示す機能ブロック図である。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明を適用したフィールド機器の一実施例を示す機能ブロック図である。図９で説明した従来構成と同一要素には同一符号を付して説明を省略する。

本発明を適用したフィールド機器１００として、FOUNDATIONTM Fieldbus（以下、ＦＦと称す）対応のフィールド機器を説明する。フィールド機器１００の領域Ａに搭載されたアプリケーションプログラム１０１、ファンクションブロックＶＦＤ１０２、マネジメントＶＦＤ１０３、通信スタック１０４、フィールドバスコントローラ１０５の機能は、図９で説明した要素２１１〜２１５と同一機能である。

これら要素を備えるフィールド機器１００は、フィールドバス１０上において、自己を特定する第１アドレス0XF7を付与されたＦＦ対応フィールド機器としてホストＰＣ３０に認識される。

本発明の構成上の特徴部は、フィールド機器１００内に設けた領域Ｂに、パラメータ設定部１０６及びこのパラメータ設定部１０６を通信スタック１０４に中継するマネジメントＶＦＤ１０７を内蔵させた構成にある。

パラメータ設定部１０６は、アプリケーションプログラム１０１にアクセスしてパラメータ設定を実行する。パラメータ設定部１０６は、マネジメントＶＦＤ１０７、通信スタック１０４、フィールドバスコントローラ１０５を介してフィールドバス１０上のホスト
ＰＣ３０と通信でき、フィールド機器１００に付与された前記第１アドレス（通常アドレス）0XF7とは異なる、第２アドレス（テンポラリアドレス）0XFCが付与された独立のフィールド機器としてホストＰＣ３０に認識される。

このように、本発明のフィールド機器は、第１アドレス0XF7を付与されたフィールド機器１００内に、パラメータ設定機能に特化された第２アドレス（テンポラリアドレス）0XFCを有するフィールド機器が同居し、ホストＰＣ３０はフィールドバス１０上で、通常アドレス0XF7及びテンポラリアドレス0XFCの２台のフィールド機器を認識することになる。

パラメータ設定部１０６への設定操作手段としては、図８で説明した設定機能付き表示機器７０をフィールド機器１００の接続部に防爆規定に準拠した形態で接続し、設定・表示手段として使用することができる。この使用形態では、既存の機器をそのまま利用することができるので、システムのコストダウンに貢献できる。

パラメータ設定部１０６への他の設定操作手段としては、設定機能付き表示機器７０に形成した、防爆規定に準拠した形態で赤外線スイッチまたはマグネットスイッチにより外部からパラメータ設定することができる。

設定機能付き表示機器７０による設定操作手段では、パラメータ設定の他、フィールド機器１００を通常動作モードとするかパラメータ設定モードとするかの切り替え操作のためのスイッチ手段を備える。

図２は、本発明を適用したフィールド機器の動作モードを説明する機能ブロック図である。図１に示した設定モードに対して図２の状態は、モード切り替え操作によりフィールド機器１００を通常動作モードに切り替えた状態を示しており、領域Ｂに設けた設定部１０６及びマネジメントＶＦＤ１０７の機能が無効化されている。

無効化とする具体的な手法としては、設定機能を実現するプログラムへのアクセスを禁止する手法や、設定モードの時だけ別途フラッシュメモリ等に保持した設定機能に関するプログラムを呼び出してメモリにロードし、通常動作モードに切り替えた時にはこれを消去する等の手法が選択可能である。

図３は、本発明を適用したフィールド機器の処理手順を説明するフローチャートである。ステップＳ１で起動し、ステップＳ２で初期化した後、ステップＳ３で通常アドレスでバスに参加する。

ステップＳ４で、動作モード（Ａ）〜（Ｄ）を監視する。ステップＳ５では、（Ａ）通常動作から設定モードへ移行したか否かをチェックし、移行していなければステップＳ６に進み、（Ｂ）設定モードから設定モードへ移行したか否かをチェックし、移行していなければステップＳ７に進む。

ステップＳ７で、（Ｃ）設定モードから通常動作へ移行したか否かをチェックし、移行していなければステップＳ８に進み、（Ｄ）設定モードかつテンポラリアドレスであるか否かをチェックし、そうでなければステップＳ９で通常処理（演算、診断など）を実行しステップＳ４に戻る。

ステップＳ５において、（Ａ）通常動作から設定モードへ移行したか否かのチェックで移行していれば、ステップＳ１０に進み、テンポラリアドレス用のＶＦＤ１０７を活性化（有効化）し、ステップＳ１１でテンポラリアドレスとしてフィールドバス１０に参加した後、Ｂ１でステップＳ９にジャンプする。

ステップＳ６において、（Ｂ）設定モードから設定モードへ移行したか否かのチェックで移行していれば、無操作のままＢ２でステップＳ９にジャンプする。

ステップＳ７において、（Ｃ）設定モードから通常動作へ移行したか否かのチェックで移行していれば、ステップＳ１２でテンポラリアドレス用のＶＦＤ１０７を非活性化（無効化）した後、Ｂ３でステップＳ９にジャンプする。この状態でフィールドバス機器は通常動作モードになる。

ステップＳ８において、（Ｄ）設定モードかつテンポラリアドレスであるか否かのチェックで、そうであれば、設定モードと認識し、ステップＳ１３で設定受付可能となり、設定機能付き表示機器７０上のスイッチからの割り込み受付が可能となる。この受付が終了すればステップＳ９に進み、通常処理が実行される。

図４は、本発明による通常動作モード時のフィールドバス状態を説明する機能ブロック図である。ＦＦ対応の制御システムでは、ホストＰＣ３０が、接続され動作しているフィールド機器を、フィールド機器のアドレスのライブリストで監視している。

図の例では、アドレス0xF7のフィールド機器１００に対してパラメータを設定する場合、データ管理システムの機器管理ツール４０等からパラメータが設定される際、ホストＰＣ３０のアドレス0x10から設定される。その設定情報は、フィールドバス１０上で確認することが可能であり、データ管理システムの操作履歴管理機能にも保存される。

図５は、本発明による設定モード時のフィールドバス状態を説明する機能ブロック図である。この状態は、設定機能付き表示器７０に設けられたスイッチの長押し操作や複数スイッチの組み合わせ操作等により、設定モードに遷移した際のシステムの状態を示したものである。

本発明が適用されたフィールド機器を用いた場合には、設定モードに遷移した際にはパラメータ設定用に割り振られるアドレス（テンポラリアドレス）0XFCがライブリストに追加表示されることが分かる。

即ち、0xF7というアドレスを持つフィールド機器とは別に、設定機能付き表示器７０により設定可能なテンポラリアドレス0xFCを持ったパラメータ設定用のフィールド機器として、ホストＰＣ３０が仮想的に認識するようなシステム構成となる。

通常、ＦＦ対応機器のフィールドバスコントローラでは、ホストＰＣ３０がフィールドバス１０上の全フレームをチェックし、データリンク層のデータ（DLL PDU(Protocol Data Unit)）内のDestination addressの値で自局あてか否かを判断している。

従って、ホストＰＣ３０は、通常動作時にはフィールド機器としてのアドレスのみを確認し、設定モードでは、さらにテンポラリアドレス宛てのフレーム（図では0xFC）を確認するように構成することが可能である。

これにより、設定機能付き表示器７０からの設定情報がフィールドバス１０上にも送信されることとなり、送信される読み込み、書き込み等の情報がフィールドバス１０上で確認することが可能となり、ホストＰＣ３０に構築されるデータ管理システムの操作履歴管理機能にも保存され、等値化が実現できる。

このことから、従来の問題点であった設定機能付き表示器７０からの設定の際、設定変更情報がフィールド機器の内部のみで行われるために、データ管理システムが変更情報を知ることができず、フィールド機器との間でのデータ不整合が発生するといった問題は解消される。

一通りの設定が終了後、設定機能付き表示器７０のスイッチの長押しや複数スイッチの組み合わせ等により、図２に示すようにテンポラリアドレスに該当する機能を無効化させれば、設定モードから通常運転モードに戻る。

設定機能付き表示器７０表示器に設けられたスイッチを、赤外線スイッチやマグネットスイッチで実現した場合には、ケースを開ける必要がないことから防爆領域、本質安全防爆環境下においてもフィールド機器に対してパラメータ設定することが可能である。

また、設定モード時にはテンポラリアドレスとしてフィールドバス１０上に参加していることから、ＧＵＩやスイッチ等による操作性を向上させることで、図１に示すように、当該フィールド機器１００のみではなく、セグメント内に接続されている他のフィールド機器２２に対してもパラメータ設定と上位機器とのデータ等値化を実現することが可能である。

以上説明した実施例では、ＦＦ対応フィールド機器への適用例を説明したが、本発明はハンドヘルドターミナルのような既存の設定ツールと同等の機能を有していることから、他のフィールドバス規格の機器や通信機能付き２線式フィールド機器へのパラメータ設定においても有効に適用することが可能である。

更に実施例では、既存の設定機能付き表示機器７０をフィールド機器１００の筐体に防爆規定に準拠した形態で接続し、パラメータ設定部１０６の設定・表示手段として使用することでシステムのコストダウンに貢献できる構成を説明したが、専用の設定・表示手段を設計し、フィールド機器と一体に搭載することも可能である。

１０ フィールドバス
２２ フィールド機器
３０ ホストＰＣ
４０ 機器管理ツール
７０ 設定機能付き表示機器
１００ フィールド機器
１０１ アプリケーションプログラム
１０２ ファンクションブロックＶＦＤ
１０３ マネジメントＶＦＤ
１０４ 通信スタック
１０５ フィールドバスコントローラ
１０６ パラメータ設定部
１０７ マネジメントＶＦＤ

Claims (8)

1. 自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介して上位機器と通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器において、
   前記第１アドレスとは異なる第２アドレスにより前記フィールドバスを介して前記上位機器と通信すると共に、前記アプリケーションプログラムに対するパラメータ設定を行うパラメータ設定部を内蔵することを特徴とするフィールド機器。
2. 前記パラメータ設定部は、設定モード時のみに有効化され、通常動作モード時には無効化され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. 前記パラメータ設定部は、外部接続される設定機能付き表示機器を介してパラメータ設定され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機器。
4. 前記パラメータ設定部は、赤外線スイッチまたはマグネットスイッチにより外部からパラメータ設定され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機器。
5. 自己を特定する第１アドレスによりフィールドバスを介して上位機器と通信すると共に、搭載されたアプリケーションプログラムが稼動するフィールド機器において、
   前記第１アドレスとは異なる第２アドレスにより前記フィールドバスを介して前記上位機器と通信すると共に、前記フィールドバスに接続された他のフィールド機器に対するパラメータ設定を行うパラメータ設定部を内蔵することを特徴とするフィールド機器。
6. 前記パラメータ設定部は、設定モード時のみに有効化され、通常動作モード時には無効化されることを特徴とする請求項５に記載のフィールド機器。
7. 前記パラメータ設定部は、外部接続される設定機能付き表示機器を介してパラメータ設定されることを特徴とする請求項５または６に記載のフィールド機器。
8. 前記パラメータ設定部は、赤外線スイッチまたはマグネットスイッチにより外部からパラメータ設定されることを特徴とする請求項５または６に記載のフィールド機器。

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