JP2012182720A - 集線装置及び通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができる集線装置、及び当該集線装置を備える通信システムを提供する。
【解決手段】集線装置としての通信ノード１２は、フィールド機器に接続されるケーブルＣを集線しており、ケーブルＣを介してフィールド機器と一対一に接続されて対応するフィールド機器への電源供給を行う複数の電源供給部２１と、複数の電源供給部２１から対応するフィールド機器への電源供給を行うか否かを個別に制御する制御部２２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、フィールド機器に接続される接続線を集線する集線装置、及び当該集線装置を備える通信システムに関する。

従来から、プラントや工場等においては、高度な自動操業を実現すべく、フィールド機器と呼ばれる現場機器(測定器、操作器)と、これらの管理及び制御を行う機器管理装置とが接続線によって接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されている。このような分散制御システムが構築されているプラント等では、フィールド機器と機器管理装置との接続を簡素化するために、フィールド機器と機器管理装置との間にリモートＩＯと呼ばれる集線装置を設置し、或いは、通信バスを介してフィールド機器をバス接続している。

上記のリモートＩＯと呼ばれる集線装置は、フィールド機器が接続されるＩＯモジュールと、機器管理装置との間で通信を行う通信インターフェイスとを備えており、フィールド機器の測定情報（例えば、流量の測定結果を示す情報）を収集して機器管理装置に送信するとともに、機器管理装置からの制御情報をフィールド機器に出力する。尚、リモートＩＯは、フィールド機器とＩＯモジュールとを接続する接続線を介してフィールド機器に対する電源供給を行う。プラント等では可燃性のガスが用いられる場合があるため、リモートＩＯは、防爆型ボックスに収容されて設置されることが多い。

フィールド機器が通信バス（例えば、フィールドバス）を介してバス接続される態様においては、ジャンクションボックスと呼ばれる集線装置が用いられる。このジャンクションボックスは、機器管理装置に接続される通信バスを、その内部で分岐して各々のフィールド機器に接続する装置である。ここで、フィールド機器を接続する通信バスには電源供給が行われており、ジャンクションボックスの内部で分岐された通信バスを介して各フィールド機器に対する電源供給が行われる。尚、以下の特許文献１には、ジャンクションボックスが用いられるシステムの一例が開示されている。

特開平１０−９６７３１号公報

ところで、プラント等に設置されたフィールド機器を保守のために交換する際には、上述したリモートＩＯやジャンクションボックス等の集線装置、或いは、フィールド機器から接続線を取り外す必要がある。上述した通り、フィールド機器に対する電源供給は、集線装置とフィールド機器とを接続する接続線を介して行われているため、例えば可燃性のガスが用いられる場所のような危険場所に設置された集線装置やフィールド機器から接続線を取り外す際に、作業者が誤って接続線をショートさせてしまうと可燃性ガスに引火する危険性が考えられる。

ここで、保守を行う際にプラント等の操業停止、或いは可燃性ガスの除去（危険雰囲気の除去）等の対処を行えば、上記の危険性を排除することができると考えられる。しかしながら、このような対処を行うと、フィールド機器の交換等に要するコスト以外のコストが発生するため保守のコストが上昇するという問題がある。特に、プラント等の操業を停止してしまうと機会損失が加わるため保守のコストが大幅に上昇するという問題がある。

コストの大幅な上昇を伴うことなく、可燃性ガスへの引火等の危険性を排除するためには、保守の対象である交換すべきフィールド機器への電源供給のみを停止させればよいと考えられる。しかしながら、既存のリモートＩＯやジャンクションボックスは、接続された全てのフィールド機器に対する電源供給を一括して停止することはできるものの、特定のフィールド機器に対する電源供給を個別に停止させることができないという問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができる集線装置、及び当該集線装置を備える通信システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の集線装置は、フィールド機器（１１）に接続される接続線（Ｃ）を集線する集線装置（１２、１６、１７）において、前記接続線を介して前記フィールド機器と一対一に接続され、対応するフィールド機器への電源供給を行う複数の電源供給部（２１）と、前記複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給を行うか否かを個別に制御する電源制御部（２２）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、フィールド機器と一対一に接続された複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給を行うか否かが、電源制御部によって個別に制御される。
また、本発明の集線装置は、前記複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給がそれぞれ行われているか否かを表示する表示部（２３）を備えることを特徴としている。
また、本発明の集線装置は、前記表示部の表示を外部から視認可能な密閉された筐体（Ｂ、Ｂ１）を備えることを特徴としている。
また、本発明の集線装置は、無線又は赤外線により通信を行う通信部（２４）を備えており、前記電源制御部が、前記通信部で受信される制御信号に基づいて前記複数の電源供給部に対する制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の集線装置は、前記電源制御部が、集線装置が接続されるネットワーク（Ｎ、Ｎ１、Ｎ２）を介した通信が可能であり、該ネットワークを介して送信されてきた制御信号に基づいて前記複数の電源供給部に対する制御を行うことを特徴としている。
本発明の通信システムは、フィールド機器（１１）がネットワーク（Ｎ、Ｎ１、Ｎ２）に接続されてなる通信システム（１、２）において、前記フィールド機器に接続される接続線（Ｃ）を集線するとともに、前記ネットワークに接続される上記の集線装置と、前記ネットワークに接続されて、前記集線装置が備える前記複数の電源供給部を制御する制御信号を前記ネットワーク介して前記集線装置に送信する送信装置（１４、１５）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、フィールド機器と一対一に接続された複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給を行うか否かを電源制御部が個別に制御しており、フィールド機器毎に電源の供給や停止が行われるため、コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができるという効果がある。

本発明の第１実施形態による通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態よる集線装置としての通信ノードの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による通信システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態よる集線装置としての通信ノードの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態よる集線装置としての通信ノードの外観を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による集線装置及び通信システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による通信システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の通信システム１は、複数のフィールド機器１１、通信ノード１２（集線装置）、コントローラ１３、及び端末装置１４（送信装置）を備えており、通信ノード１２を介してフィールド機器１１とコントローラ１３又は端末装置１４との間の通信が可能である。

フィールド機器１１は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントや工場の現場に設置される機器であり、例えば流量、温度、弁の開度、モータの回転数等を測定して測定値として出力する。このフィールド機器１１は、プラント等に複数設置されており、その動作がコントローラ１３によって制御される。

通信ノード１２は、フィールド機器１１の各々に接続されるケーブルＣ（接続線）を集線するとともにネットワークＮに接続されて、フィールド機器１１又はコントローラ１３や端末装置１４との間で行われる通信を中継する装置である。この通信ノード１２は、フィールド機器１１と同様に、プラント等の現場に設置される。また、通信ノード１２は、ケーブルＣを介してフィールド機器１１の各々に対する電源供給も行う。尚、通信ノード１２の詳細については後述する。

コントローラ１３は、ネットワークＮに接続されており、フィールド機器１１の制御を行う。具体的に、コントローラ１３は、ネットワークＮ及び通信ノード１２を介してフィールド機器１１に制御信号を送信して各種制御（例えば、弁の開閉等の制御）を行う。また、通信ノード１２及びネットワークＮを介してフィールド機器１１で測定された測定値の収集等を行う。尚、ネットワークＮは、例えばフィールドネットワークである。

端末装置１４は、コントローラ１３と同様にネットワークＮに接続されており、フィールド機器１１や通信ノード１２の管理を行うための各種指示を行い、或いは、コントローラ１３で収集される情報の解析等を行うために用いられる装置である。この端末装置１４は、キーボード等の入力装置及び液晶表示装置等の表示装置を備えるデスクトップ型又はノート型のパーソナルコンピュータ等で実現され、例えばシステム管理者によって操作される。

次に、通信ノード１２について詳細に説明する。図２は、本発明の第１実施形態よる集線装置としての通信ノードの要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、通信ノード１２は、複数の電源供給部２１、制御部２２（電源制御部）、及び複数の発光素子２３（表示部）が筐体Ｂに収容された構成である。筐体Ｂは、例えば高剛性アルミニウム等の剛性の高い金属によって形成された中空の箱部材である。通信ノード１２は、例えば可燃性のガスが用いられる場所のような危険場所に設置されることがあるため、防爆要件を満たすために密閉構造とされている。

電源供給部２１は、接続線Ｃを介してフィールド機器１１と一対一に接続され、制御部２２の制御の下で、対応するフィールド機器１１に電源を供給し、或いは、対応するフィールド機器１１に供給している電源の停止を行う。フィールド機器１１に供給する電源は、電源供給部２１の各々が生成しても良く、ネットワークＮを介して供給される電力を用いて生成しても良い。

制御部２２は、電源供給部２１から対応するフィールド機器１１への電源供給を行うか否かを個別に制御する。具体的に、制御部２２は、ネットワークＮを介した通信が可能であり、ネットワークＮを介して送信されてきた制御コマンド（制御信号）に基づいて電源供給部２１に対する制御を行う。尚、ネットワークＮを介して制御部２２に受信される制御コマンドは、図１中の端末装置１２から送信される。

発光素子２３は、例えばＬＥＤ（Light Emitting Diode）であり、電源供給部２１（ケーブルＣ）の各々に対応して設けられている。ケーブルＣへの電源供給が行われている間だけ、そのケーブルＣに対応して設けられた発光素子２３は点灯する。このため、発光素子２３は、電源供給が行われているフィールド機器１１と電源供給が行われていないフィールド機器１１とを特定するために用いられる。この発光素子２３は、図１に示す通り、筐体Ｂの外部から視認可能なように筐体Ｂに収容されている。

次に、上記構成における通信システム１の動作について説明する。尚、初期状態においては、通信ノード１２から全てのフィールド機器１１への電源供給が行われているとし、作業者が複数のフィールド機器１１のうちの１つを交換する作業を行うものとする。まず、作業者が交換すべきフィールド機器１１が設置されている現場に赴いて、そのフィールド機器１１に接続されているケーブルＣを通信ノード１２の設置場所まで辿り、そのケーブルＣに対応する発光素子２３が点灯しているか否かを確認する。

発光素子２３が点灯していると確認した場合には、作業者は携帯電話等の通信手段を用いて電源供給を停止させるべきフィールド機器をシステム管理者に知らせる。この知らせを受けたシステム管理者は、端末装置１４を操作して、電源供給を停止させるフィールド機器を特定する情報と電源供給を停止させる旨を示す情報とを入力する。すると、端末装置１４からネットワークＮを介して通信ノード１２に特定のフィールド機器１１に対する電源供給を停止させる旨を示す制御コマンドが送信される。

端末装置１４からの制御コマンドを受信すると、制御部２２はその制御コマンドで特定されるフィールド機器１１に対応する電源供給装置２１に対して電源供給を停止させる制御を行う。かかる制御が行われると、ケーブルＣを介したフィールド機器１１への電源供給が停止されることから、そのケーブルＣに対応する発光素子２３が消灯する。これにより、作業者は、交換すべきフィールド機器１１への電源供給が停止されたことを認識することができるため、安心してフィールド機器の交換作業を行うことができる。

交換作業を終了すると、作業者は、携帯電話等の通信手段を用いて交換作業が終了した旨をシステム管理者に知らせる。この知らせを受けたシステム管理者は、端末装置１４を操作して、電源供給を開始させるフィールド機器を特定する情報と電源供給を開始させる旨を示す情報とを入力する。すると、端末装置１４からネットワークＮを介して通信ノード１２に特定のフィールド機器１１に対する電源供給を停止させる旨を示す制御コマンドが送信される。

端末装置１４からの制御コマンドを受信すると、制御部２２はその制御コマンドで特定されるフィールド機器１１に対応する電源供給装置２１に対して電源供給を開始させる制御を行う。かかる制御が行われると、ケーブルＣを介したフィールド機器１１への電源供給が開始され、そのケーブルＣに対応する発光素子２３が点灯する。これにより、作業者は、交換作業を行ったフィールド機器１１への電源供給が開始されたことを認識することができる。

以上の通り、本実施形態では、接続線Ｃを介してフィールド機器１１と一対一に接続される電源供給部２１と、電源供給部２１からフィールド機器１１への電源供給を行うか否かを個別に制御する制御部２２とを有する通信ノード１２を備えているため、交換対象のフィールド機器１１に対する電源供給のみを停止することができる。また、発光素子２３の点灯・消灯により電源供給が行われているフィールド機器１１と電源供給が停止されているフィールド機器１１とを特定することができ。

このため、作業者は、通信ノード１２に直接手を触れる必要がなくなるとともに、誤ってケーブルＣをショートさせることもなくなることから、安全にフィールド機器１１の交換作業を行うことができる。また、フィールド機器１１の交換作業を行う際に、プラント等の操業停止や可燃性ガスの除去等を行う必要が無いことから、コストの大幅な上昇を招くことなく保守を行うことができる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態による通信システムの全体構成を示すブロック図である。尚、図３においては、図１に示すブロックと同じブロックには同一の符号を付してある。図３に示す本実施形態の通信システム２は、図１に示す通信システム１が備える端末装置１４を無線装置１５（送信装置）に代えた構成である。

無線装置１５は、ネットワークＮに接続されており、Ｗｉ−Ｆｉ等による無線通信が可能な装置である。この無線装置１５は、無線アクセスポイントとして機能し、携帯端末装置ＴＭ１と無線通信を行うことによって無線ネットワークを形成することができる。携帯端末装置ＴＭ１は、例えばタブレット型のコンピュータであり、フィールド機器１１の交換作業を行う作業者によって携帯される。この携帯端末装置ＴＭ１は、第１実施形態の通信システム１が備える端末装置１４と同様に、特定のフィールド機器１１に対する電源供給や、電源供給の停止を行う機能を有する。

次に、上記構成における通信システム２の動作について説明する。第１実施形態と同様に、作業者が交換すべきフィールド機器１１が設置されている現場に赴いて、そのフィールド機器１１に接続されているケーブルＣを通信ノード１２の設置場所まで辿り、そのケーブルＣに対応する発光素子２３が点灯しているか否かを確認する。発光素子２３が点灯していると確認した場合には、作業者は携帯端末装置ＴＭ１を操作して電源供給を停止させるフィールド機器を特定する情報と電源供給を停止させる旨を示す情報とを入力する。すると、携帯端末装置ＴＭ１から特定のフィールド機器１１に対する電源供給を停止させる旨を示す制御コマンドが無線通信により送信される。

携帯端末装置ＴＭ１から送信された制御コマンドは、無線装置１５で受信されてネットワークＮを介して通信ノード１２に送信される。この制御コマンドが通信ノード１２の制御部２２で受信されると、第１実施形態と同様に、その制御コマンドで特定されるフィールド機器１１に対応する電源供給装置２１に対して電源供給を停止させる制御が行われる。尚、作業者がフィールド機器１１の交換作業を終了した場合には、携帯端末装置ＴＭ１を操作して電源供給を開始させるフィールド機器を特定する情報と電源供給を開始させる旨を示す情報とを入力すれば、そのフィールド機器に対する電源供給が第１実施形態と同様に開始される。

以上の通り、本実施形態においても、交換対象のフィールド機器１１に対する電源供給のみを停止することができるとともに、発光素子２３の点灯・消灯により電源供給が行われているフィールド機器１１と電源供給が停止されているフィールド機器１１とを特定することができる。このため、作業者が一人で、コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができる。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態よる集線装置としての通信ノードの要部構成を示すブロック図である。尚、図４においては、図２に示すブロックと同じブロックには同一の符号を付してある。図４に示す本実施形態の通信ノード１６は、図２に示す通信ノード１２に通信部２４を設けた構成である。

通信部２４は、通信ノード１６に対して近距離（例えば、十〜数十メートル程度）に位置する携帯端末装置ＴＭ２との間で、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）等の近距離無線通信、或いは、近距離の赤外線通信を行う。携帯端末装置ＴＭ２は、例えばタブレット型のコンピュータや携帯電話機等であり、フィールド機器１１の交換作業を行う作業者によって携帯され、第２実施形態で説明した携帯端末装置ＴＭ１と同様に、特定のフィールド機器１１に対する電源供給や、電源供給の停止を行う機能を有する。

ここで、前述した第２実施形態では、作業者が携帯する携帯端末装置ＴＭ１と無線装置１５との間で無線通信が行われ、特定のフィールド機器１１に対して電源供給を開始させ、或いは停止させる旨を示す制御コマンドが携帯端末装置ＴＭ１から無線装置１５を介して通信ノード１２に送信されていた。これに対し、本実施形態では、作業者が携帯する携帯端末装置ＴＭ２と通信ノード１６に設けられた通信部２４との間で無線通信又は赤外線通信が行われ、上記の制御コマンドが携帯端末装置ＴＭ２から通信ノード１６の通信部２４に直接送信される。そして、通信部２４で受信された制御コマンドに基づいた電源供給部２１に対する制御が制御部２２によって行われる。

以上の通り、本実施形態においても、交換対象のフィールド機器１１に対する電源供給のみを停止することができるとともに、発光素子２３の点灯・消灯により電源供給が行われているフィールド機器１１と電源供給が停止されているフィールド機器１１とを特定することができる。このため、第２実施形態のような無線装置１５が設置されていなくとも、作業者が一人で、コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができる。

〔第４実施形態〕
図５は、本発明の第４実施形態よる集線装置としての通信ノードの外観を示す図である。図５に示す通り、本実施形態の通信ノード１７は、３つの筐体Ｂ１〜Ｂ３からなり、信頼性を高めるために冗長化されたネットワークＮ１，Ｎ２に合わせて冗長化されたものである。ネットワークＮ１，Ｎ２は、コントローラ１３等が接続されるネットワークＮを冗長化したものであり、ネットワークＮ１，Ｎ２の何れか一方に不具合が生じて通信が不能になった場合であっても、残りのネットワークを介した通信が可能である。

通信ノード１７を構成する３つの筐体Ｂ１〜Ｂ３は何れも、例えば高剛性アルミニウム等の剛性の高い金属によって形成された中空の箱部材であり、防爆要件を満たすために密閉構造とされている。筐体Ｂ１は、複数の電源供給部２１と複数の発光素子２３とを収容する。尚、筐体Ｂ１は、筐体Ｂ１の外部から発光素子２３を視認可能なように発光素子２３を収容する。筐体Ｂ２，Ｂ３は、制御部２２をそれぞれ収容する。例えば、筐体Ｂ２に収容された制御部２２は現用系として用いられ、筐体Ｂ３に収容された制御部２２は予備系として用いられる。

上記構成において、筐体Ｂ２に収容された制御部２２が正常である場合には、ネットワークＮ１を介して送信されてくる制御コマンドに基づいた電源供給部２１の制御が筐体Ｂ２に収容された制御部２２によって行われる。これに対し、筐体Ｂ２に収容された制御部２２に異常が生じた場合には、ネットワークＮ２を介して送信されてくる制御コマンドに基づいた電源供給部２１の制御が筐体Ｂ３に収容された制御部２２によって行われる。

以上の通り、通信ノード１７は、ケーブルＣ毎に設けられる電源供給部２１及び発光素子２３と電源供給部２１を制御する制御部２２とに分離されており、制御部２２を冗長化した構成である。このため、筐体Ｂ２，Ｂ３に収容されている制御部２２の何れか一方が故障しても、通信ノード１７の動作を止めることなく、故障した制御部２２の交換が可能である。しかも、制御部２２の交換は、故障した制御部２２が収容されている筐体Ｂ２又は筐体Ｂ３を取り外し、正常に動作する制御部２２が収容されている筐体Ｂ２又は筐体Ｂ３を取り付けるだけで良いため、ショートが生ずることもない。

以上の通り、本実施形態においても、交換対象のフィールド機器１１に対する電源供給のみを停止することができるとともに、発光素子２３の点灯・消灯により電源供給が行われているフィールド機器１１と電源供給が停止されているフィールド機器１１とを特定することができる。このため、コストの大幅な上昇を招くことなく安全にフィールド機器の保守を行うことができる。

尚、本実施形態の通信ノード１７は、第１，第２実施形態の通信システム１，２の何れにも適用可能である。また、第３実施形態の通信ノード１６のように、筐体Ｂ２，Ｂ３に通信部２４が設けられた構成にすることも可能である。本実施形態の通信ノード１７を第２実施形態の通信システム２に適用し、或いは、第３実施形態の通信ノード１６のような構成にすることで、作業者が一人でフィールド機器の保守を行うことができる。

以上、本発明の実施形態による集線装置及び通信システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、本発明の集線装置は既存のリモートＩＯやジャンクションボックスの何れにも適用可能である。

１，２ 通信システム
１１ フィールド機器
１２ 通信ノード
１４ 端末装置
１５ 無線装置
１６，１７ 通信ノード
２１ 電源供給部
２２ 制御部
２３ 発光素子
２４ 通信部
Ｂ，Ｂ１ 筐体
Ｃ ケーブル
Ｎ，Ｎ１，Ｎ２ ネットワーク

Claims (6)

1. フィールド機器に接続される接続線を集線する集線装置において、
   前記接続線を介して前記フィールド機器と一対一に接続され、対応するフィールド機器への電源供給を行う複数の電源供給部と、
   前記複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給を行うか否かを個別に制御する電源制御部と
   を備えることを特徴とする集線装置。
2. 前記複数の電源供給部から対応するフィールド機器への電源供給がそれぞれ行われているか否かを表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１記載の集線装置。
3. 前記表示部の表示を外部から視認可能な密閉された筐体を備えることを特徴とする請求項２記載の集線装置。
4. 無線又は赤外線により通信を行う通信部を備えており、
   前記電源制御部は、前記通信部で受信される制御信号に基づいて前記複数の電源供給部に対する制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の集線装置。
5. 前記電源制御部は、集線装置が接続されるネットワークを介した通信が可能であり、該ネットワークを介して送信されてきた制御信号に基づいて前記複数の電源供給部に対する制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の集線装置。
6. フィールド機器がネットワークに接続されてなる通信システムにおいて、
   前記フィールド機器に接続される接続線を集線するとともに、前記ネットワークに接続される請求項５記載の集線装置と、
   前記ネットワークに接続されて、前記集線装置が備える前記複数の電源供給部を制御する制御信号を前記ネットワーク介して前記集線装置に送信する送信装置と
   を備えることを特徴とする通信システム。

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