JP2010288046A

JP2010288046A - フィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器

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Publication number: JP2010288046A
Application number: JP2009139956A
Authority: JP
Inventors: Noriaki Kihara; 則明季原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-24
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP5413801B2

Abstract

【課題】フィールド機器間通信の信頼性を向上させること。
【解決手段】他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信する通信手段と、前記シリアル番号の値を初期化する初期化手段とを備えたフィールド機器において、前記シリアル番号の値を初期化すると前記通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信するＳＹＮパケット送信手段と、他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを受信すると前記初期化手段を制御して自機で記憶するパケットの前記シリアル番号の値を初期化し、前記通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する初期化制御手段と、前記ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると前記通信手段を制御して前記フィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する通常通信復帰手段と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信し、異常またはオペレータによる入力等があればシリアル番号の値を初期化するフィールド機器のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器において、特にフィールド通信の信頼性向上に関する。

近年、たとえばインダストリアルオートメーションにおけるプロセス制御システムとして、フィードバック制御などの制御ループを構成する流量計や温度計などのセンサ、アクチュエータ、コントローラを含むフィールド機器をネットワークにより相互に接続し、フィールド制御システムとして構築することが提案されている。このような、フィールド制御システムでは、フィールド機器の動作スケジュールが設定され、フィールド機器で構成される制御ループが計画通りに動作するように構成されている。

図６は従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例を示す構成ブロック図である。図６において、フィールド機器１は、たとえば温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能と、これら物理量の測定値をフィールド機器間通信（以下、フィールド通信という）用プロトコルまたはＩＰ（Internet Protocol）等のプロトコルに基づき伝送する通信機能を有している。フィールド機器２は、たとえばコントローラなどであって、プラントが最適に運転されて、フィールド機器１の測定値が所定の目標値に収束するようにたとえばバルブや調整弁などのアクチュエータであるフィールド機器３を操作制御する。フィールド機器３は、温度や流量などの物理量を制御する制御機能と、データを伝送する通信機能を有している。

これらフィールド機器１（センサ）、フィールド機器２（コントローラ）、フィールド機器３（アクチュエータ）はプラントに設置されていて、フィードバック制御ループを構成している。また、フィールド機器１〜３は、複数のルータやスイッチなどの中継機器を有し複雑な構成である制御バスなどのネットワークＮＷ１００を介して相互に接続されている。

図６において、フィールド機器１の構成ブロック図も示しており、フィールド制御通信手段１１は、主にフィールド機器２、フィールド機器３との間で通信を行うものであり、各部の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御手段１２に接続されている。演算制御部１２は記憶手段１３に接続されている。記憶手段１３には、フィールド機器１をたとえばセンサとして動作させるためのプログラムおよびスケジュール情報などが格納されている。なお、フィールド機器２、３の構成もフィールド機器１とほぼ同様であり、これらの説明は省略する。

このような構成によって、フィールド制御システムは、各フィールド機器がたとえばマクロサイクル内に設定された動作スケジュールに従って動作し、測定データがあらかじめ設定されている目標値に収束するようにアクチュエータ等を制御する。

フィールド機器１を構成する演算制御手段１２は、図示しないが、パケット送受手段、パケット解析手段、パケット生成手段、スケジュール情報格納手段、固有機能実行手段、スケジュール設定手段、初期化手段の各機能を実行するための手段から構成される。

具体的には、パケット送受手段は、パケットの送受信を行う。パケット解析手段は、パケット送受手段で得たパケットの解析を行う。スケジュール情報格納手段は、主にスケジュール情報などを格納する。固有機能実行手段は、スケジュール情報格納手段に格納されたスケジュール情報に基づいて制御処理（たとえば物理量の測定や、測定データの通知、制御データの算出など）を行う。パケット生成手段は、固有機能実行手段で得られた測定値に基づいてネットワークを介しフィールド機器２に送信するためのパケットを生成する。スケジュール設定手段はパケット解析手段で解析した送信先アドレス、送信元アドレスやスケジュール情報などのパケット情報をスケジュール情報格納手段に格納する。初期化手段は、異常またはオペレータによる入力等によりパケット通信に用いるシリアル番号を初期化する。

ところでフィードバック制御ループを構成するフィールド機器１、フィールド機器２、フィールド機器３の動作時間は、図示しないコンフィギュレータなどによってあらかじめスケジュールを設定されている。たとえば、コンフィギュレータは各フィールド機器の動作スケジュールを設定するスケジュール設定情報を作成して各フィールド機器に送信し、各フィールド機器はそれぞれスケジュール設定情報に基づいてスケジュールを設定する。

なお、各フィールド機器の動作スケジュールは一定周期ごとに繰り返される。この周期をマクロサイクルと呼ぶ。いいかえれば、各フィールド機器はマクロサイクル内に動作するようにスケジューリングされることになる。たとえば、フィールド機器１の実行時間は「Ｔ０〜Ｔ１」、フィールド機器２の実行時間は「Ｔ２〜Ｔ３」、フィールド機器３の実行時間は「Ｔ４〜Ｔ５」として設定される。

以下の（１）〜（６）に、具体的に各フィールド機器の動作を説明する（特に図示しない）。

（１）まず、フィールド機器１の固有機能実行手段は、スケジュール情報格納手段に格納されているあらかじめ定められたスケジュールに基づいて流量や温度などの物理量を測定する。たとえば、フィールド機器１はあらかじめ定められた実行時間「Ｔ０〜Ｔ１」内で流量や温度などの物理量を測定する。

（２）フィールド機器１のパケット生成手段は測定データを含むパケットを生成し、パケット送受手段はフィールド機器２に送信する。たとえば、測定データを含むパケットをフィールド機器２に送信する。なお、フィールド機器１から送信された測定データは、通信時間「Ｔａ（Ｔ１〜Ｔ２）」だけ到達するまでに時間がかかる。なお、制御処理に関わるデータを含むパケットの生成は同等なので以下省略する。

（３）フィールド機器２は、あらかじめ定められたスケジュールに基づいて、受信した測定データを利用してあらかじめ設定されている目標値に収束してプラントが最適に運転されるように、フィールド機器３を制御するための設定情報である「制御データ」を算出する。たとえば、フィールド機器２はあらかじめ定められた実行時間「Ｔ２〜Ｔ３」内で制御データを算出する。

（４）フィールド機器２は、あらかじめ定められたスケジュールに基づいて、算出した制御データを含むパケットをフィールド機器３に送信する。たとえば、フィールド機器２はあらかじめ定められた実行時間「Ｔ２〜Ｔ３」内で図１３のデータ通信ＤＦ１０１の流れに示すように制御データを含むパケットをフィールド機器３に送信する。

（５）フィールド機器３は、あらかじめ定められたスケジュールで、制御データに基づいて動作する。フィールド機器３が制御データに基づいて動作する例として、たとえば、バルブが制御データに基づき開度を変更して流量を調整するという動作などがある。

（６）フィールド機器３は、現在のフィールド機器３の操作状態（たとえばバルブの開度８０％など）などのフィードバックデータを含むパケットをコントローラ２に送信する。たとえば、フィールド機器３はあらかじめ定められた実行時間「Ｔ４〜Ｔ５」内でフィードバックデータを含むパケットをフィールド機器２に送信する。

このように、従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例は、各フィールド機器がマクロサイクル内に設定された動作スケジュールに従って動作し、測定データがあらかじめ設定されている目標値に収束するようにアクチュエータを制御するのでプラントを最適に運転することが可能となる。

このようなフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器に関連する先行技術文献として、下記の特許文献１がある。

特開２００３−１３４２６１号公報

ここで、従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器は、データ通信においては、データをパケット分割して送受信しており、これら分割されたパケットには通し番号（シリアル番号）が付加して送信する。またフィールド機器は、パケットを受信するとパケットのシリアル番号を記録して、シリアル番号の抜けや重複を管理し、正確なデータ通信を実現している。

しかしながら、従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムでは、通信を行う２つのフィールド機器のうち、一方のフィールド機器が異常またはオペレータによる入力等により初期化が行なわる場合に初期化された側のフィールド機器は新しいシリアル番号を発番すると、他方のフィールド機器は相手の初期化を把握していないので、初期化前の番号とはつじつまが合わず初期化前後のシリアル番号のくい違いのために正しいデータ通信を継続することが出来なくなるといった問題点があった。

図７は、フィールド機器１がフィールド機器２に測定データを含むパケットを送信するデータ通信における問題点の説明図である。

図７において、フィールド機器１が異常またはオペレータによる入力等により初期化を行なう。初期化後、フィールド機器１（初期化されたフィールド機器）の演算制御手段１２は新しいシリアル番号を発番し、最初のパケットとして新たに発番したシリアル番号を付与してパケットを送信する。フィールド機器２はフィールド機器１から送信されたパケットを受信するが、フィールド機器１の初期化前のパケットに付与していたシリアル番号とは連続せず、つじつまが合わないので、正しいデータ通信を継続出来ない、という問題点があった。

このように従来のフィールド通信方法を用いたフィールド機器では、他方のフィールド機器は相手のフィールド機器の初期化を把握できないので、初期化前後のシリアル番号のくい違いのために正しいデータ通信を継続出来ない、という問題点があった。

本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、フィールド通信の信頼性を向上させることにある。

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、
他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信する通信手段と、前記シリアル番号の値を初期化する初期化手段とを備えたフィールド機器において、
前記シリアル番号の値を初期化すると前記通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信するＳＹＮパケット送信手段と、
他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを受信すると前記初期化手段を制御して自機で記憶するパケットの前記シリアル番号の値を初期化し、前記通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する初期化制御手段と、
前記ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると前記通信手段を制御して前記フィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する通常通信復帰手段と、
を備えることを特徴とするフィールド機器である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のフィールド機器において、
通信エラーのために前記他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを未受信である場合に、フィールド制御に係るパケットを再送して通常の通信を持続する前記通信手段と、
前記ＳＹＮ返信パケットを受信するまで前記ＳＹＮパケットを送信する前記ＳＹＮパケット送信手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、
他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信する通信手段と、前記シリアル番号の値を初期化する初期化手段とを備えたフィールド機器間におけるフィールド通信方法であって、
ＳＹＮパケット送信手段が前記シリアル番号の値を初期化すると前記通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信する第１のステップと、
初期化制御手段が他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを受信すると前記初期化手段を制御して自機で記憶するパケットの前記シリアル番号の値を初期化し、前記通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する第２のステップと、
通常通信復帰手段が前記ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると前記通信手段を制御して前記フィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する第３のステップと、
からなるフィールド通信方法。

請求項４記載の発明は、請求項３記載のフィールド通信方法であって、
前記通信手段が通信エラーのために前記他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを未受信である場合に、フィールド制御に係るパケットを再送して通常の通信を持続する第４のステップと、
前記ＳＹＮパケット送信手段が前記ＳＹＮ返信パケットを受信するまで前記ＳＹＮパケットを送信する第５のステップと、
からなることを特徴とする。

このように、本発明によれば、ＳＹＮパケット送信手段がシリアル番号の値が初期化されると通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信し、初期化制御手段が他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると初期化手段を制御して自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してＳＹＮ返信パケットを送信し、通常通信復帰手段がＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させることにより、通信相手が初期化処理を行なったとしても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できる。

本発明に係るフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例を示す構成ブロック図である。本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器によるフィールド通信の動作説明図である。本発明に係るフィールド通信方法を用いるフィールド機器の状態遷移図である。本発明に係るフィールド通信方法で用いるパケットの構造、特にＳＹＮパケットの構造の説明図である。本発明のフィールド通信方法を用いるフィールド機器の動作説明図である。従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例を示す構成ブロック図である。フィールド機器１がフィールド機器２に測定データを含むパケットを送信するデータ通信における問題点の説明図である。

＜実施例１＞
図１は、本発明に係るフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例を示す構成ブロック図であり、図６等と共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図６との相違点は、パケットに付加すべきシリアル番号の値を初期化するとフィールド制御通信手段を制御してＳＹＮ（Synchronize）パケットを送信するＳＹＮパケット送信手段と、他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してフィールド制御通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する初期化制御手段と、ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信するとフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する通常通信復帰手段とを備える点で相違する。

図１において、フィールド機器１は、たとえば温度や流量などの物理量を測定するセンサ機能と、これら物理量の測定値をフィールド通信用プロトコルまたはＴＣＰ（Transmission Control Protocol）、ＩＰ（Internet Protocol）等のプロトコルに基づき伝送する通信機能を有している。フィールド機器２は、たとえばコントローラなどであって、プラントが最適に運転されて、フィールド機器１の測定値が所定の目標値に収束するようにたとえばバルブや調整弁などのアクチュエータであるフィールド機器３を操作制御する。フィールド機器３は、温度や流量などの物理量を制御する制御機能と、データを伝送する通信機能を有している。

図１において、フィールド機器１の構成ブロック図も示しており、フィールド制御通信手段１１は、主にフィールド機器２、フィールド機器３との間で通信を行うものであり、各部の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御手段１２に接続されている。演算制御部１２は記憶手段１３に接続されている。記憶手段１３には、フィールド機器１をたとえばセンサとして動作させるためのプログラムおよびスケジュール情報などが格納されている。なお、フィールド機器２、３の構成もフィールド機器１とほぼ同様であり、これらの説明は省略する。

フィールド機器１を構成する演算制御手段１２は、ＳＹＮパケット送信手段１２Ａと、初期化制御手段１２Ｂと、通常通信復帰手段１２Ｃ、図示しないが、パケット送受手段、パケット解析手段、パケット生成手段、スケジュール情報格納手段、固有機能実行手段、スケジュール設定手段、初期化手段の各機能を実行するための手段から構成される。

具体的には、ＳＹＮパケット送信手段１２Ａは、パケットに付加すべきシリアル番号の値を初期化するとフィールド制御通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信する。初期化制御手段１２Ｂは、他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してフィールド制御通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する。通常通信復帰手段１２Ｃは、ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信するとフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する。

ここで、ＳＹＮパケットとは、ＴＣＰ／ＩＰ通信にて用いられる３ウェイハンドシェイクにかかるものであって、通信接続を確立する為に、接続先へ最初に送信されるＳＹＮフラグが付与されたパケットをいう。具体的には、（１）あるホストＢは、ＳＹＮパケットを受信すると、その応答(ＡＣＫ)とＳＹＮパケットの送信元ホストＡへの接続要求(ＳＹＮ)を送信する。（２）そしてホストＡがホストＢからの要求に応答(ＡＣＫ)することで、マシン間のコネクションが確立できる。このように通信接続を確立できる。なお本発明に係るＳＹＮパケットは上述の仕組みで通信接続を確立できるものであれば、ＴＣＰ／ＩＰ通信で用いられるものでなくてもよく、フィールド通信プロトコル上の通信における接続の確立を上述の仕組みで行なうためのパケットでもよい。

また、パケット送受手段は、パケットの送受信を行う。パケット解析手段は、パケット送受手段で得たパケットの解析を行う。スケジュール情報格納手段は、主にスケジュール情報などを格納する。固有機能実行手段は、スケジュール情報格納手段に格納されたスケジュール情報に基づいて制御処理（たとえば物理量の測定や、測定データの通知、制御データの算出など）を行う。パケット生成手段は、固有機能実行手段で得られた測定値に基づいてネットワークを介しフィールド機器２に送信するためのパケットを生成する。スケジュール設定手段はパケット解析手段で解析した送信先アドレス、送信元アドレスやスケジュール情報などのパケット情報をスケジュール情報格納手段に格納する。初期化手段は、異常またはオペレータによる入力等によりパケット通信に用いるシリアル番号を初期化する。

このような構成により、本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器は、フィールド制御通信にあたり、通信相手のいずれかが初期化処理を行ったとしても、正常に通信を継続できる動作を行う。以下に動作説明を行なう。

図２は、本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器によるフィールド通信の動作説明図である。以下のＳＱ１〜ＳＱ６に、具体的に各フィールド機器の動作を説明する（なおＳＱ１〜ＳＱ６は図２中のＳＱ１〜ＳＱ６の対応説明である）。

ＳＱ１）フィールド機器１の初期化手段１２Ａは、異常またはオペレータによる入力等により、（たとえば、Power ON Reset発生等）により、内部状態を初期化する。このとき初期化手段は、特にパケット通信に用いるパケットに付加すべきシリアル番号を初期化する。

ＳＱ２）フィールド機器１のＳＹＮパケット送信手段１２Ａは、フィールド制御通信手段を制御して、初期化手段によりパケットに付加すべきシリアル番号の値が初期化されるＳＱ１）とフィールド制御通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信する。なおＳＹＮパケットの構造については後述図４にて説明する。

ＳＱ３）フィールド機器２の初期化制御手段１２Ｂは、フィールド機器１からＳＹＮパケットを受信すると自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化する。

ＳＱ４）フィールド機器２の初期化制御手段１２Ｂは、フィールド制御通信手段を制御してＳＹＮパケットを返信する。フィールド機器２の初期化制御手段１２Ｂにより返信されるＳＹＮパケットの構造については後述図４にて説明する。初期化制御手段１２Ｂにより返信されるＳＹＮパケットについては、以降ＳＹＮ返信パケットという。

ＳＱ５）フィールド機器２の通常通信復帰手段は、フィールド機器１にＳＹＮ返信パケットを送信するとフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させる。

ＳＱ６）フィールド機器１の通常通信復帰手段１２Ｃは、フィールド機器１からＳＹＮ返信パケットを受信するとフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させる。

以降、フィールド機器１、２間は、通常のフィールド制御通信を行い、フィールド制御データをパケット分割して送受信し、これら分割されたパケットに通し番号（シリアル番号）を付加して送信する。また、各フィールド機器は、パケットを受信するとパケットのシリアル番号を記録して、シリアル番号の抜けや重複を管理し、正確なデータ通信を実現できる。

この結果、本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器は、ＳＹＮパケット送信手段がシリアル番号の値が初期化されると通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信し、初期化制御手段が他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると初期化手段を制御して自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してＳＹＮ返信パケットを送信し、通常通信復帰手段がＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させることにより、通信相手が初期化処理を行なったとしても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できる。

図３は、本発明に係るフィールド通信方法を用いるフィールド機器の状態遷移図であり、各フィールド機器は以下のように、図３中の状態１〜状態４の状態に遷移する。

状態１）フィールド機器の初期化手段は、異常またはオペレータによる入力等により、（たとえば、Power ON Reset発生等）により、内部状態を初期化し、初期状態となる。このとき初期化手段は、特にパケット通信に用いるパケットに付加すべきシリアル番号を初期化する。

状態１→状態２
フィールド機器は、初期化した状態である「状態１」で、トークンを保有していれば、ＳＹＮ送信手段がＳＹＮパケットを通信相手に送信して、通信相手からのＳＹＮパケットの応答を待つためのＳＹＮ応答待ち状態「状態２」へ遷移する。なお、トークンは、ＬＡＳやコンフィギュレータなどから交付されるものであって、このトークンを有するフィールド機器のみがデータ送信またはフィールド機器の機能ブロックを実行することが可能になる。

状態２→状態４
フィールド機器は、ＳＹＮ応答待ち状態「状態２」で、他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると、通常通信復帰手段がフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを通常通り送受信できる、通常通信状態「状態４」へ遷移する。

状態１→状態３
フィールド機器は、初期化した状態である「状態１」で、他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると、初期化制御手段が自機の記憶手段で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化して、初期化・ＳＹＮ送信状態「状態３」へ遷移する。
なお本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器において、状態１→状態２への遷移と状態１→状態３への遷移は、それぞれＳＹＮパケットの送信する、またはＳＹＮパケットの他機からの受信のうち、いずれか早く事象が発生した方を優先して状態遷移が行なわれる。

状態３→状態４
フィールド機器は、初期化・ＳＹＮ送信状態「状態３」で、通常通信復帰手段が他機にＳＹＮ返信パケットを送信するとフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを通常通り送受信できる、通常通信状態「状態４」へ遷移する。

状態４→状態２
フィールド機器は、通常通信状態「状態４」で、他機からＳＹＮパケットを受信すると、通常通信復帰手段がフィールド制御通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを通常通り送受信できる、通常通信状態「状態４」へ遷移する。

以上のように、本発明に係るフィールド通信方法を用いるフィールド機器の状態遷移図であり、各フィールド機器は状態１〜状態４の状態に遷移して、通信相手が初期化処理を行なったとしても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できる。

図４は、本発明に係るフィールド通信方法で用いるパケットの構造、特にＳＹＮパケットの構造の説明図であり、本発明で用いるパケットはデータシリアル番号フィールド（４bit）、ＡＣＫシリアル番号フィールド（１bit）、パケット属性フィールド（３bit）、パケットのデータ長フィールド（８bit）から構成される。

データシリアル番号フィールドには、ＳＹＮパケットのときは「００００」が入力され、通常通信時におけるフィールド制御通信で用いられるパケット（ＡＣＫまたはＤＡＴＡ）のときは「００００」〜「１１１１」が用いられる。

ＡＣＫシリアル番号フィールドには、ＳＹＮパケットのときは「０」が入力され、通常通信時におけるフィールド制御通信で用いられるパケット（ＡＣＫまたはＤＡＴＡ）のときは直前受信パケットのデータシリアル番号から下位１桁を転写するものが入力される。

パケット属性フィールドには、ＳＹＮパケットのときは「０００」が入力され、通常通信時におけるフィールド制御通信で用いられるパケット（ＡＣＫまたはＤＡＴＡ）のときは「０００」〜「１１１」が入力される。

パケットのデータ長フィールドには、ＳＹＮまたはＡＣＫパケットのときは「００ｈ」（データ無）が入力され、通常通信時におけるフィールド制御通信で用いられるパケット（ＤＡＴＡ）のときは「０１ｈ」〜「８０ｈ」（バイト数。）が用いられる。

＜実施例２＞

なお、本発明のフィールド通信方法を用いるフィールド機器は、実施例１で示した構成に加えて、フィールド機器１のＳＹＮパケット送信手段１２Ａが初期状態においてＳＹＮパケットを送信しても、通信エラーなどによりフィールド機器２に到達できない場合があるときは、フィールド機器１のＳＹＮパケット送信手段１２Ａは、フィールド機器２からＳＹＮ返信パケットを受信するまではＳＹＮパケットを一定周期で再送する・再送し続けるものであってもよい。

図５は本発明のフィールド通信方法を用いるフィールド機器の動作説明図であって、特にＳＹＮ返信パケットを受信するまでの間、ＳＹＮパケットを一定周期で再送する・再送し続けることを示す説明図である。

図５のＳＱ２において、フィールド機器１からのＳＹＮパケットが通信エラーなどによりフィールド機器２に到達しない場合、本発明のフィールド通信方法を用いるフィールド機器は、ＳＱ２Ａ、ＳＱ２Ｂの動作を行なう。

ＳＱ２Ａにおいて、フィールド機器２は、演算制御手段が一定時間経過してもフィールド機器１からパケットを受信できないと判断すると、フィールド制御通信手段を制御して通常通信の状態で、パケットをフィールド機器１に送信する。

図５のＳＱ２Ｂにおいて、フィールド機器１はフィールド機器２から通常通信の状態によるパケットを受信すると、ＳＹＮ返信パケットを受信するまでの間、ＳＹＮパケット送信手段がＳＹＮパケットを一定周期で再送する、または、再送し続ける。

このため、本発明のフィールド制御通信を用いるフィールド機器は、ＳＹＮパケット送信手段がシリアル番号の値が初期化されると通信手段を制御して通信先からＳＹＮ返信パケットを受信するまでＳＹＮパケットを送信し、初期化制御手段が他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると初期化手段を制御して自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してＳＹＮ返信パケットを送信し、通常通信復帰手段がＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させることにより、通信相手が初期化処理を行なったとしても、かつ、ＳＹＮパケットが途中で通信エラーにより通信先に到達できない場合であっても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できる。

＜その他の実施例＞
また、本発明のフィールド通信システムを用いたフィールド機器から構成されるフィールド制御システムは、上述の構成によって、各フィールド機器がたとえばマクロサイクル内に設定された動作スケジュールに従って動作し、測定データがあらかじめ設定されている目標値に収束するようにアクチュエータ等を制御するものでもよい。

フィードバック制御ループを構成するフィールド機器１、フィールド機器２、フィールド機器３の動作時間は、図示しないコンフィギュレータなどによってあらかじめスケジュールを設定されている。たとえば、コンフィギュレータは各フィールド機器の動作スケジュールを設定するスケジュール設定情報を作成して各フィールド機器に送信し、各フィールド機器はそれぞれスケジュール設定情報に基づいてスケジュールを設定する。

このように、従来のフィールド通信方法およびこれを用いたフィールド機器により構成されるフィールド制御システムの一例は、各フィールド機器がマクロサイクル内に設定された動作スケジュールに従って動作し、測定データがあらかじめ設定されている目標値に収束するようにアクチュエータを制御するのでプラントを最適に運転することが可能となり、かつ、通信相手が初期化処理を行なったとしても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できる。

以上説明したように、本発明のフィールド通信方法を用いたフィールド機器は、ＳＹＮパケット送信手段がシリアル番号の値が初期化されると通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信し、初期化制御手段が他のフィールド機器からＳＹＮパケットを受信すると初期化手段を制御して自機で記憶するパケットのシリアル番号の値を初期化してＳＹＮ返信パケットを送信し、通常通信復帰手段がＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると通信手段を制御してフィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰させることにより、通信相手が初期化処理を行なったとしても、シリアル番号を記録しシリアル番号の抜けや重複を管理して正確なデータ通信を実現でき、フィールド通信の信頼性を向上できるので、プロセス制御システムの信頼性向上へも貢献できる。

１、２、３フィールド機器
１１フィールド制御通信手段
１２演算制御手段
１２ＡＳＹＮパケット送信手段
１２Ｂ初期化制御手段
１２Ｃ通常通信復帰手段
１３記憶手段
１４センサ手段

Claims

他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信する通信手段と、前記シリアル番号の値を初期化する初期化手段とを備えたフィールド機器において、
前記シリアル番号の値を初期化すると前記通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信するＳＹＮパケット送信手段と、
他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを受信すると前記初期化手段を制御して自機で記憶するパケットの前記シリアル番号の値を初期化し、前記通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する初期化制御手段と、
前記ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると前記通信手段を制御して前記フィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する通常通信復帰手段と、
を備えることを特徴とするフィールド機器。
通信エラーのために前記他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを未受信である場合に、フィールド制御に係るパケットを再送して通常の通信を持続する前記通信手段と、
前記ＳＹＮ返信パケットを受信するまで前記ＳＹＮパケットを送信する前記ＳＹＮパケット送信手段と、
を備えることを特徴とする請求項１記載のフィールド機器。
他のフィールド機器からフィールド制御に係るパケットを受信すると当該パケットのシリアル番号を記録してパケット通信する通信手段と、前記シリアル番号の値を初期化する初期化手段とを備えたフィールド機器間におけるフィールド通信方法であって、
ＳＹＮパケット送信手段が前記シリアル番号の値を初期化すると前記通信手段を制御してＳＹＮパケットを送信する第１のステップと、
初期化制御手段が他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを受信すると前記初期化手段を制御して自機で記憶するパケットの前記シリアル番号の値を初期化し、前記通信手段を制御してＳＹＮ返信パケットを送信する第２のステップと、
通常通信復帰手段が前記ＳＹＮ返信パケットを他のフィールド機器から受信すると前記通信手段を制御して前記フィールド制御に係るパケットを送信し通常の通信に復帰する第３のステップと、
からなるフィールド通信方法。
前記通信手段が通信エラーのために前記他のフィールド機器から前記ＳＹＮパケットを未受信である場合に、フィールド制御に係るパケットを再送して通常の通信を持続する第４のステップと、
前記ＳＹＮパケット送信手段が前記ＳＹＮ返信パケットを受信するまで前記ＳＹＮパケットを送信する第５のステップと、
からなることを特徴とする請求項３記載のフィールド通信方法。