JP2015185931A - 機器アダプタ、機器システム、及び起動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】防爆規格を満たしつつ複数台のフィールド機器を動作させることが可能な機器アダプタ、該機器アダプタを備える機器システム、及び起動制御方法を提供する。【解決手段】機器システム１は、複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃと機器アダプタ２０とを備えており、機器アダプタ２０は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃを複数接続可能なインターフェイス部２１と、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃに電力を供給する電源部２４と、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃで消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行う起動制御部２５とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、機器アダプタ、機器システム、及び起動制御方法に関する。

従来から、プラントや工場等においては、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの制御を行う制御装置とが通信手段を介して接続された分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されており、高度な自動操業が実現されている。このような分散制御システムを構成するフィールド機器は、有線通信を行うものが殆どであったが、近年においてはＩＳＡ１００．１１ａやＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）等の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行うもの（無線フィールド機器）も実現されている。

上記の無線フィールド機器は、概して各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）の測定又は操作を行う入出力部と、上記の産業用無線通信規格に準拠した無線通信を行う無線通信部と、無線フィールド機器の動作を統括して制御する制御部とが筐体内に組み込まれており、単一の電源から供給される電力によって各部が動作する。ここで、無線フィールド機器は、従来のフィールド機器のように通信線又は通信バスに接続する必要がなく、基本的に単独でプラント等に設置されることから、上記の単一の電源として電池を内蔵するものが殆どである。

以下の特許文献１には、無線通信部を有しない従来のフィールド機器に取り付けられて、従来のフィールド機器を上記の無線フィールド機器として動作させることが可能な無線モジュールが開示されている。具体的に、以下の特許文献１に開示された無線モジュールは、従来のフィールド機器に接続されるインターフェイス部と、無線通信を行う無線通信部と、インターフェイス部を介して従来のフィールド機器に電力を供給する電源部とを備える。この無線モジュールは、フィールド機器からの信号がインターフェイス部を介して入力されてきた場合には、その信号を無線通信部から送信先（例えば、上位のコントローラ）に向けて送信し、フィールド機器宛ての信号を無線通信部で受信した場合には、インターフェイス部を介して受信した信号をフィールド機器に出力する。

米国特許出願公開第２００８／０２１１６６４号明細書

ところで、上述した特許文献１に開示された無線モジュールは、基本的には１つのフィールド機器に取り付けられて、その１つのフィールド機器を無線フィールド機器として動作させるものである。ここで、プラント等に設けられるフィールド機器の数は、おおむねプラント等の規模に応じて増減し、大規模なプラント等では１万台を超える場合がある。このようなフィールド機器を全て無線フィールド機器として動作させるためには、上述した特許文献１に開示された無線モジュールを、全てのフィールド機器に取り付ける必要があることから、コストが飛躍的に増大してしまうという問題がある。

そこで、複数台のフィールド機器に対して１つの無線モジュールを取り付け可能にすれば、必要となる無線モジュールの総数を減らすことができるため、コストの低減を図ることができるとも考えられる。しかしながら、無線モジュールは、上述した通り、フィールド機器に電力を供給していることから、接続されるフィールド機器の数が増大すると無線モジュールからフィールド機器に供給する必要のある電力の合計が増大し、防爆の観点からの問題が生じてしまう。

以上の問題は、複数台のフィールド機器に対して無線モジュールを接続する場合のみならず、複数台のフィールド機器に対して何らかの機能を有するアダプタ（機器アダプタ）を接続する場合にも生ずる問題である。例えば、フィールドバス通信、イーサネット（登録商標）通信、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信、シリアル通信等の無線通信以外の通信機能を有する機器アダプタを接続する場合にも生ずる。更には、表示機能、ユーザインターフェイス機能、データストレージ機能等の通信機能以外の機能を有する機器アダプタを接続する場合にも生ずる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、防爆規格を満たしつつ複数台のフィールド機器を動作させることが可能な機器アダプタ、該機器アダプタを備える機器システム、及び起動制御方法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、本発明の機器アダプタは、フィールド機器（１０ａ〜１０ｃ）に接続される機器アダプタ（２０）であって、前記フィールド機器を複数接続可能なインターフェイス部（２１）と、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器に電力を供給する電源部（２４）と、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器で消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器の起動制御を行う起動制御部（２５）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、インターフェイス部に接続されたフィールド機器で消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、インターフェイス部に接続されたフィールド機器の起動制御が起動制御部で行われる。
また、本発明の機器アダプタは、前記起動制御部が、起動させるべき前記フィールド機器の消費電力の合計を動的に求め、該消費電力の合計が前記防爆規格で許容される範囲を超える場合には、起動させるべき前記フィールド機器の数を動的に変更する制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の機器アダプタは、前記起動制御部が、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器を予め個別に起動させることによって、動作状態にある個々の前記フィールド機器の消費電力を測定することを特徴としている。
また、本発明の機器アダプタは、前記フィールド機器には、一意に定まる第１識別情報がそれぞれ割り当てられており、前記起動制御部が、前記電源部から前記フィールド機器に供給される電力に対し、前記第１識別情報に応じた変調を行うことによって前記フィールド機器の起動制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の機器アダプタは、前記フィールド機器が、消費電力の合計が前記防爆規格で許容される範囲内に収まるように設定された複数のグループに区分されており、前記起動制御部が、前記電源部から前記フィールド機器に供給される電力に対し、前記グループの各々に割り当てられた一意に定まる第２識別情報に応じた変調を行うことによって前記フィールド機器の起動制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の機器アダプタは、前記フィールド機器からの信号を無線信号にして送信し、無線信号で送信されてくる前記フィールド機器への信号を受信する無線通信部（２３）を備えることを特徴としている。
本発明の機器システムは、複数のフィールド機器（１０ａ〜１０ｃ）と、前記複数のフィールド機器が接続可能であって、接続された前記フィールド機器の起動制御を行う上記の何れかに記載の機器アダプタ（２０）とを備えることを特徴としている。
本発明の起動制御方法は、複数のフィールド機器（１０ａ〜１０ｃ）の起動制御を行う起動制御方法であって、前記複数のフィールド機器のうちの起動すべきフィールド機器を特定し、特定したフィールド機器の消費電力の合計を算出する第１ステップ（Ｓ１２）と、前記第１ステップで算出された消費電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように前記複数のフィールド機器の起動制御を行う第２ステップ（Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６）とを有することを特徴としている。

本発明によれば、インターフェイス部に接続されたフィールド機器で消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、起動制御部がインターフェイス部に接続されたフィールド機器の起動制御を行っているため、防爆規格を満たしつつ複数台のフィールド機器を動作させることが可能であるという効果がある。

本発明の一実施形態による機器システムの要部構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態における電力波形の一例を示す図である。 本発明の一実施形態による機器アダプタで用いられる消費電流テーブルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態におけるフィールド機器の起動タイミングを示すタイミングチャートある。 本発明の一実施形態による機器システムの動作を示すフローチャートである。 図４中の各時刻における合計消費電流を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による機器アダプタ、機器システム、及び起動制御方法について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による機器システムの要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の機器システム１は、複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃと機器アダプタ２０とを備えており、フィールド機器１０ａ〜１０ｃから得られる信号を機器アダプタ２０から無線信号にして送信し、無線信号で送信されてくるフィールド機器１０ａ〜１０ｃへの信号を機器アダプタ２０で受信する。

ここで、フィールド機器１０ａ〜１０ｃと機器アダプタ２０とは、ケーブルＣＢを介して互いに接続されている。このケーブルＣＢは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃと機器アダプタ２０との間で授受される各種信号の伝送のみならず、機器アダプタ２０からの電力をフィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給可能である。尚、機器アダプタ２０に接続されるフィールド機器の数は任意であるが、消費電力の合計が防爆規格で規定される範囲を大幅に超えない程度の数に設定される。尚、防爆規格は、機器システム１が用いられる国の法令によって異なるが、最も制限が厳しい例としては、例えば電圧が１．２［Ｖ］以下、電流が１００［ｍＡ］以下、電力が２５［ｍＷ］以下であることが挙げられる。

フィールド機器１０ａ〜１０ｃ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、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、本実施形態では、説明を簡単にするために、フィールド機器１０ａ〜１０ｃは、温度、流量、圧力を測定するセンサ機器であるものとする。

フィールド機器１０ａ〜１０ｃは、センサ部１１、送受信部１２、インターフェイス部１３、電源供給部１４、制御部１５、及び記憶部１６を備える。尚、フィールド機器１０ａ〜１０ｃはおおむね同様の構成であるため、以下では主に、温度の測定を行うフィールド機器１０ａの構成について説明し、フィールド機器１０ｂ，１０ｃの構成の説明は省略する。

センサ部１１は、制御部１５から供給される電力によって動作し、制御部１５の制御の下で測定対象である温度を測定する。送受信部１２は、センサ部１１と同様に制御部１５から供給される電力によって動作し、制御部１５の制御の下で、ケーブルＣＢを介して機器アダプタ２０との間で通信を行う。具体的に、送受信部１２は、センサ部１１の測定結果（温度）を機器アダプタ２０に送信し、機器アダプタ２０からの信号（例えば、センサ部１１の測定レンジを設定する信号）を受信する。

インターフェイス部１３は、ケーブルＣＢを介して機器アダプタ２０をフィールド機器１０ａに接続するためのインターフェイスであり、機器アダプタ２０から供給される電力によって動作する。このインターフェイス部１３は、送受信部１２からの信号（フィールド機器１１ａから機器アダプタ２０に送信される信号）をケーブルＣＢに出力する。また、機器アダプタ２０から供給される電力と、この電力に重畳されている信号（機器アダプタ２０からフィールド機器１１ａに送信される信号）とを分離する。

電源供給部１４は、インターフェイス部１３で分離された電力を一時的に蓄え、蓄えた電力をフィールド機器１０ａで用いるのに適した電圧に変換して制御部１５に供給する。また、電源供給部１４は、機器アダプタ２０から供給されてくる電力がパルス状に変調されている場合（詳細は後述する）には、そのパルスの数を計数して計数結果を制御部１５に出力する。尚、この電源供給部１４も機器アダプタ２０から供給される電力によって動作する。

制御部１５は、電源供給部１４から供給される電力によって動作し、センサ部１１及び送受信部１２を制御する。具体的に、制御部１５は、電源供給部１４から出力されるパルス数の計数結果が記憶部１６に記憶された機器ＩＤ又はグループＩＤ（詳細は後述する）に一致するか否かを判断し、一致する場合にはセンサ部１１及び送受信部１２に電力を供給して動作させる（フィールド機器１０ａを起動させる）。これに対し、電源供給部１４からのパルス数の計数結果が記憶部１６に記憶された機器ＩＤ及びグループＩＤの何れにも一致しない場合には、センサ部１１及び送受信部１２に電力を供給しない（フィールド機器１０ａを起動させない）。

記憶部１６は、例えばフラッシュＲＯＭ（Read Only Memory）或いはＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable and Programmable ＲＯＭ）等の不揮発性のメモリを備えており、機器ＩＤ（第１識別情報）及びグループＩＤ（第２識別情報）を記憶する。ここで、機器ＩＤは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの各々に割り当てられた一意に定まる識別情報であり、グループＩＤは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃが属するグループの各々に割り当てられた一意に定まる識別情報である。フィールド機器１０ａ〜１０ｃは、複数のグループに区分されており、各々のグループに上記のグループＩＤが割り当てられている。ここで、グループの区分方法は任意であるが、例えば消費電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように設定された複数のグループに区分される。

上記の機器ＩＤは、フィールド機器１０ａ〜１０ａ毎に割り当てられるものであるため、記憶部１６には機器ＩＤが１つのみ記憶される。これに対し、上記のグループＩＤは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃが属するグループ毎に割り当てられるものであり、フィールド機器１０ａ〜１０ｃは複数のグループに属するようにすることが可能であるため、記憶部１６には複数のグループＩＤが記憶され得る。

例えば、フィールド機器１０ａは、３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃが属する第１グループ、２つのフィールド機器１０ａ，１０ｂが属する第２グループ、及び２つのフィールド機器１０ａ，１０ｃが属する第３グループに属することが可能である。このような第１〜第３グループにフィールド機器１０ａが属している場合には、フィールド機器１０ａの記憶部１６には、上記第１〜第３グループに割り当てられた３つのグループＩＤが記憶される。

機器アダプタ２０は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃからケーブルＣＢを介して送信されてくる信号を無線信号にして送信し、無線信号で送信されてくるフィールド機器１０ａ〜１０ｃへの信号を受信してケーブルＣＢを介してフィールド機器１０ａ〜１０ｃに送信する。尚、機器アダプタ２０から送信される無線信号の送信先、及びフィールド機器１０ａ〜１０ｃへの信号を無線信号として送信する送信元は、例えば上位のコントローラ（図示省略）である。また、機器アダプタ２０は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに電力を供給するとともに、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行う。

機器アダプタ２０は、インターフェイス部２１、送受信部２２、無線通信部２３、電源部２４、起動制御部２５、及び記憶部２６を備える。インターフェイス部２１は、ケーブルＣＢを介して複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃを接続可能なインターフェイスである。このインターフェイス部２１は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給すべき電力（起動制御部２５からの電力）に対し、送受信部２２からの信号（フィールド機器１０ａ〜１０ｃに送信すべき信号）を重畳させてケーブルＣＢに出力する。また、ケーブルＣＢを介して送信されてくるフィールド機器１０ａ〜１０ｃからの信号を受信して送受信部２２に出力する。

送受信部２２は、電源部２４から供給される電力によって動作し、ケーブルＣＢを介してフィールド機器１０ａ〜１０ｃとの間で通信を行う。具体的に、送受信部２２は、ケーブルＣＢを介してフィールド機器１０ａ〜１０ｃから送信されてくる信号（例えば、温度の測定結果）を受信して無線通信部２３に出力するとともに、無線通信部２３で受信された信号をフィールド機器１０ａ〜１０ｃに送信する。

無線通信部２３は、電源部２４から供給される電力によって動作し、送受信部２２から出力される信号（フィールド機器１０ａ〜１０ｃから機器アダプタ２０に送信された信号）を無線信号にして送信するとともに、無線信号で送信されてくる信号（フィールド機器１０ａ〜１０ｃ宛ての信号）を受信して送受信部２２に出力する。この無線通信部２３で行われる無線通信は、例えば無線通信規格ＩＳＡ１００．１１ａに準拠したものである。

電源部２４は、給電を行う電源（図示省略）と、電源からの電力を機器アダプタ２０で用いる電力に適したものに変換する電源回路（図示省略）とを備えており、送受信部２２、無線通信部２３、及び起動制御部２５に電力を供給する。ここで、上記の電源は、電池（例えば、塩化チオニルリチウム電池等の自己放電が極めて少ない一次電池）、或いは環境発電（所謂、太陽電池等のエナジーハーベスト）を行う発電回路等である。

起動制御部２５は、電源部２４から供給される電力によって動作し、インターフェイス部２１に接続された複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行う。具体的には、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃで消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行う。このような起動制御を行うのは、機器アダプタ２０に接続された複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃを、防爆規格を満たしつつ動作させるためである。

より具体的に、起動制御部２５は、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃのうちの起動させるべきフィールド機器の消費電力の合計を動的に求め、求めた消費電力の合計が防爆規格で許容される範囲を超える場合には、起動させるべきフィールド機器の数を動的に変更する（減ずる）制御を行う。例えば、起動させるべきフィールド機器がフィールド機器１０ａ〜１０ｃである場合に、これらフィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電力の合計が防爆規格で許容される範囲を超える場合には、フィールド機器１０ｃを除外してフィールド機器１０ａ，１０ｂのみを起動させる。尚、除外したフィールド機器１０ｃは、例えばフィールド機器１０ａ，１０ｂを起動させるタイミングとは異なるタイミングで別個に起動させる。

ここで、起動させるべきフィールド機器から何れのフィールド機器を除外するかを決定する基準（上記の例では、フィールド機器１０ｃを除外する基準）は、任意の基準を用いることができる。例えば、消費電力の大きさを基準として除外するフィールド機器を決定し、起動周期の長さを基準として除外するフィールド機器を決定し、或いは、予め起動すべきフィールド機器に優先度を付しておき、優先度の高さを基準として除外するフィールド機器を決定しても良い。

起動制御部２５は、電源部２４からフィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給される電力（詳細には、フィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が開始される時点の電力）に対し、前述した機器ＩＤ又はグループＩＤに応じた変調を行うことによってフィールド機器の起動制御を行う。例えば、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに割り当てられた機器ＩＤがそれぞれ「１」〜「３」であるとすると、起動制御部２５は、電源部２４からの電力を以下の通り変調する。つまり、フィールド機器１０ａを起動させる場合には１つのパルスが含まれ、フィールド機器１０ｂを起動させる場合には２つのパルスが含まれ、フィールド機器１０ｃを起動させる場合には３つのパルスが含まれるように変調する。

また、例えば、３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃが属する第１グループ、２つのフィールド機器１０ａ，１０ｂが属する第２グループ、及び２つのフィールド機器１０ａ，１０ｃが属する第３グループに割り当てられたグループＩＤがそれぞれ「４」〜「６」であるとすると、起動制御部２５は、電源部２４からの電力を以下の通り変調する。つまり、第１グループに属するフィールド機器１０ａ〜１０ｃを起動させる場合には４つのパルスが含まれ、第２グループに属するフィールド機器１０ａ，１０ｂを起動させる場合には５つのパルスが含まれ、第３グループに属するフィールド機器１０ａ，１０ｃを起動させる場合には６つのパルスが含まれるように変調する。

図２は、本発明の一実施形態における電力波形の一例を示す図である。尚、図２中において、符号ＷＦ１で指し示された波形は、機器アダプタ２０からフィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給される電力の波形を示しており、符号ＷＦ２で指し示された波形は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃで受電された電力の波形を示している。図２において、期間Ｔ１は、機器アダプタ２０からフィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が行われない期間であり、期間Ｔ２は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が開始されて前述した機器ＩＤ又はグループＩＤに応じた変調が行われる期間であり、期間Ｔ３は、連続的な電力供給が行われる期間である。

図２に例示する電力波形ＷＦ１は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が開始された直後の期間Ｔ２において、３つのパルスが含まれるように変調されている。このため、図２に示す電力がフィールド機器１０ａ〜１０ｃで受電された場合には、フィールド機器１０ｃのみが起動され、フィールド機器１０ａ，１０ｂは起動されない。また、フィールド機器１０ａ〜１０ｃで受電された電力は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに設けられた電源供給部１４で一時的に蓄えられる。このため、フィールド機器１０ａ〜１０ｃで受電された電力は、図２中の電力波形ＷＦ２に示す通り、期間Ｔ２においては小さな脈動があるものの、フィールド機器１０ａ〜１０ｃが動作するために必要な電力は得ることができる。

また、起動制御部２５は、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電流を測定する消費電流測定部２５ａを備える。尚、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給される電力の電圧が一定であるとすると、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電流を測定することにより、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電力を測定することもできる。この消費電流測定部２５ａは、インターフェイス部２１からケーブルＣＢに流れる電流を測定することによって、フィールド機器１０ａ〜１０ｃ（正確には、フィールド機器１０ａ〜１０ｃのうちの起動している状態にあるフィールド機器）で消費される電流を測定する。

前述の通り、起動制御部２５は、電源部２４からフィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給される電力に対し、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの各々に割り当てられた機器ＩＤに応じた変調を行うことにより、フィールド機器１０ａ〜１０ｃを個別に起動することができる。このため、フィールド機器１０ａ〜１０ｃを予め個別に起動させた状態で、消費電流測定部２５ａで消費電流を測定することにより、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電流を個別に測定することができる。

記憶部２６は、フィールド機器１０ａの記憶部１６と同様に、例えばフラッシュＲＯＭ或いはＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性のメモリを備えており、消費電流テーブルＴＢを記憶する。この消費電流テーブルＴＢは、動作状態にある個々のフィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電流を示すテーブルである。図３は、本発明の一実施形態による機器アダプタで用いられる消費電流テーブルの一例を示す図である。

図３に示す通り、消費電流テーブルＴＢは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃを特定する情報と消費電流とが対応付けられたテーブルである。図３に例示する消費電流テーブルＴＢでは、フィールド機器１０ａには消費電流１０［ｍＡ］が対応付けられており、フィールド機器１０ｂには消費電流５［ｍＡ］が対応付けられており、フィールド機器１０ｃには消費電流３［ｍＡ］が対応付けられている。この消費電流テーブルＴＢは、例えばフィールド機器１０ａ〜１０ｃを予め個別に起動させた状態で、消費電流測定部２５ａで消費電流を測定することによって作成される。

次に、上記構成における機器システム１の動作について説明する。尚、以下では、図１に示す３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃが機器アダプタ２０に接続されているものとし、これら３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行う場合の動作を例に挙げて説明する。また、これらフィールド機器１０ａ〜１０ｃの消費電流は予め測定されており、図３に示す電流消費テーブルＴＢが機器アダプタ２０の記憶部２６に記憶されているとする。

また、フィールド機器１０ａ〜１０ｃは、起動周期がそれぞれ６０秒、１０秒、及び１秒であり、基本的には図４に示すタイミングチャートに従って起動するものとする。図４は、本発明の一実施形態におけるフィールド機器の起動タイミングを示すタイミングチャートある。ここで、図４を参照すると、起動すべきフィールド機器は、時刻ｔ１ではフィールド機器１０ｃのみであり、時刻ｔ２では２つのフィールド機器１０ｂ，１０ｃであり、時刻ｔ３では３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃである。

図５は、本発明の一実施形態による機器システムの動作を示すフローチャートである。また、図６は、図４中の各時刻における合計消費電流を示す図である。図５に示すフローチャートは、フィールド機器１０ａ〜１０ｃの少なくとも１つを起動させるタイミングが到来する度に開始される。尚、以下では、理解を容易にするために、図４，図５中の時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３が到来した場合の動作を順に説明する。また、以下では、防爆規格で許容される電流の規定値が１２［ｍＡ］以下であるとする。

〈時刻ｔ１が到来した場合の動作〉
図５に示すフローチャートの処理が開始されると、まず起動すべきフィールド機器を示す情報（以下、「一覧リスト」という）の内容を、一時的に用意した仮リストにコピーする処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１１）。ここでは、図４，図６に示す通り、起動すべきフィールド機器がフィールド機器１０ｃのみであるため、フィールド機器１０ｃを示す情報が格納された一覧リストの内容を仮リストにコピーする処理が行われる。

次に、仮リストに含まれるフィールド機器の消費電流の合計値を算出する処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１２：第１ステップ）。具体的には、記憶部２６に記憶された消費電流テーブルＴＢが起動制御部２５に読み出され、この消費電流テーブルＴＢに格納された内容を用いて、仮リストに含まれるフィールド機器の消費電流の合計値を算出する処理が行われる。ここでは、仮リストにはフィールド機器１０ｃを示す情報のみが格納されているため、起動制御部２５は、図６に示す通り、起動すべきフィールド機器の合計消費電流が３［ｍＡ］であると算出する。

次いで、ステップＳ１２で算出した合計消費電流が、防爆規格で許容される電流の規定値を超えるか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１３：第２ステップ）。ここでは、ステップＳ１２で算出された合計消費電流が３［ｍＡ］であり、防爆規格で許容される電流の規定値（１２［ｍＡ］）を超えていないため、ステップＳ１３の判断結果は「ＮＯ」となる。

続いて、仮リストに含まれるフィールド機器を起動して測定結果を取得する制御が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１４：第２ステップ）。具体的には、図２に示すように、フィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が開始される時点の電力を、起動させるフィールド機器（ここでは、フィールド機器１１ｃ）に割り当てられた機器ＩＤに応じて変調する処理が起動制御部２５によって行われる。かかる処理が行われると、フィールド機器１１ｃに割り当てられた機器ＩＤで変調された電力が、ケーブルＣＢを介してフィールド機器１０ａ〜１０ｃに供給される。

ケーブルＣＢを介して供給されてくる電力がフィールド機器１０ａ〜１０ｃで受電されると、フィールド機器１０ａ〜１０ｃに設けられた電源供給部１４において、電力に含まれるパルスの数がそれぞれ計数される。そして、計数されたパルス数と同じ機器ＩＤが割り当てられているフィールド機器１０ｃにおいて、制御部１５の制御によって、ケーブルＣＢを介して供給されてきた電力がセンサ部１１及び送受信部１２に供給され、これによりフィールド機器１０ｃが起動する。尚、他のフィールド機器１０ａ，１０ｂでは、ケーブルＣＢを介して供給されてきた電力が制御部１５の制御によってセンサ部１１及び送受信部１２には供給されないため、フィールド機器１０ａ，１０ｂは起動しない。

フィールド機器１０ｃが起動すると、フィールド機器１０ｃのセンサ部１１において圧力が測定され、その測定結果が送受信部１２によって機器アダプタ２０に向けて送信される。送受信部１２から送信された測定結果は、フィールド機器１０ｃのインターフェイス部１３、ケーブルＣＢ、及び機器アダプタ２０のインターフェイス部２１を順に介して機器アダプタ２０の送受信部２２で受信され、無線通信部２３から無線信号として送信される。

以上の処理が終了すると、一覧リストに含まれる全てのフィールド機器の測定結果を取得したか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１５）。ここでは、一覧リストに含まれるフィールド機器は、フィールド機器１０ｃのみであるため、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、図５に示す一連の処理が終了する。すると、図２に示す電力波形ＷＦ１における期間Ｔ３経過後のように、機器アダプタ２０からの電力供給が停止するため、フィールド機器１０ｃの動作が停止する。その後は、１秒間隔で上述した起動処理が繰り返し行われる。

〈時刻ｔ２が到来した場合の動作〉
次に、現在の時刻が図４，図６に示す時刻ｔ２になったとする。すると、図５に示すフローチャートの処理が開始され、一覧リストの内容を仮リストにコピーする処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１１）。ここでは、起動すべきフィールド機器が２つのフィールド機器１０ｂ，１０ｃであるため、これらフィールド機器１０ｂ，１０ｃを示す情報が格納された一覧リストの内容を仮リストにコピーする処理が行われる。

次に、仮リストに含まれるフィールド機器の消費電流の合計値を算出する処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１２）。ここでは、仮リストにフィールド機器１０ｂ，１０ｃを示す情報が格納されているため、起動制御部２５は、図６に示す通り、起動すべきフィールド機器の合計消費電流が８［ｍＡ］であると算出する。

次いで、ステップＳ１２で算出した合計消費電流が、防爆規格で許容される電流の規定値を超えるか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１３）。ここでは、ステップＳ１２で算出された合計消費電流が８［ｍＡ］であり、防爆規格で許容される電流の規定値（１２［ｍＡ］）を超えていないため、ステップＳ１３の判断結果は「ＮＯ」となる。

続いて、仮リストに含まれるフィールド機器１０ｂ，１０ｃを起動して測定結果（流量及び圧力の測定結果）を取得する制御が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１４）。ここで、起動制御部２５は、フィールド機器１０ｂ，１０ｃを同時に起動させる場合には、フィールド機器１０ａ〜１０ｃへの電力供給が開始される時点の電力を、フィールド機器１０ｂ，１０ｃが属するグループに割り当てられたグループＩＤに応じて変調する処理を行う。これにより、機器アダプタ２０に接続された３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃのうちの２つのフィールド機器１０ｂ，１０ｃが起動する。

以上の処理が終了すると、一覧リストに含まれる全てのフィールド機器の測定結果を取得したか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１５）。ここでは、一覧リストに含まれるフィールド機器は、２つのフィールド機器１０ｂ，１０ｃであるため、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、図５に示す一連の処理が終了する。すると、図２に示す電力波形ＷＦ１における期間Ｔ３経過後のように、機器アダプタ２０からの電力供給が停止するため、フィールド機器１０ｂ，１０ｃの動作が停止する。その後、フィールド機器１０ｃは１秒間隔で、フィールド機器１０ｂは１０秒間隔で上述した起動処理がそれぞれ繰り返し行われる。

〈時刻ｔ３が到来した場合の動作〉
次に、現在の時刻が図４，図６に示す時刻ｔ３になったとする。すると、図５に示すフローチャートの処理が開始され、一覧リストの内容を仮リストにコピーする処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１１）。ここでは、起動すべきフィールド機器が３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃであるため、これらフィールド機器１０ａ〜１０ｃを示す情報が格納された一覧リストの内容を仮リストにコピーする処理が行われる。

次に、仮リストに含まれるフィールド機器の消費電流の合計値を算出する処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１２）。ここでは、仮リストに３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃを示す情報が格納されているため、起動制御部２５は、図６に示す通り、起動すべきフィールド機器の合計消費電流が１８［ｍＡ］であると算出する。

次いで、ステップＳ１２で算出した合計消費電流が、防爆規格で許容される電流の規定値を超えるか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１３）。ここでは、ステップＳ１２で算出された合計消費電流が１８［ｍＡ］であり、防爆規格で許容される電流の規定値（１２［ｍＡ］）を超えているため、ステップＳ１３の判断結果は「ＹＥＳ」となる。

すると、仮リストの内容の一部を補助リスト（仮リストと同様に、一時的に用意したリスト）に移動する処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１６：第２ステップ）。例えば、フィールド機器１０ａ〜１０ｃのうちの消費電流が最も大きなフィールド機器１０ａを、仮リストから補助リストに移動する処理が起動制御部２５で行われる。尚、仮リストに含まれるフィールド機器の何れを補助リストに移動させるかは、消費電流の大きさ以外に、起動周期の長さ、フィールド機器に設定された優先度等に基づいて決定しても良い。

仮リストの内容の一部を補助リストに移動させる処理が終了すると、再び仮リストに含まれるフィールド機器の消費電流の合計値を算出する処理が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１２）。そして、算出した合計消費電流が、防爆規格で許容される電流の規定値を超えるか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１３）。

ここでは、仮リストからフィールド機器１０ａが除外され、仮リストには２つのフィールド機器１０ｂ，１０ｃを示す情報が格納されているため、ステップＳ１２の処理では、図６に示す通り、起動すべきフィールド機器の合計消費電流が８［ｍＡ］であると算出される。このため、ステップＳ１３の判断結果は「ＮＯ」となる。

続いて、時刻ｔ２が到来した場合と同様に、仮リストに含まれるフィールド機器１０ｂ，１０ｃを起動して測定結果（流量及び圧力の測定結果）を取得する制御が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１４）。これによって、時刻ｔ３において起動されるフィールド機器を３つから２つに動的に減少させることができる。そして、一覧リストに含まれる全てのフィールド機器の測定結果を取得したか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１５）。

ここでは、一覧リストに含まれるフィールド機器は、３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃであり、フィールド機器１０ａの測定結果が取得されていないため、ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」になる。尚、測定結果を取得したと判断されたフィールド機器１０ｂ，１０ｃに対する機器アダプタ２０からの電力供給は、図２に示す電力波形ＷＦ１における期間Ｔ３経過後のように停止する。このため、フィールド機器１０ｂ，１０ｃの動作が停止する。

ステップＳ１５の判断結果が「ＮＯ」になると、補助リストの内容で仮リストを上書きする処理が機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１７）。つまり、ステップＳ１６の処理にて仮リストから補助リストに移動されたフィールド機器を仮リストに戻す処理が行われる。かかる処理が終了すると、再びステップＳ１２，Ｓ１３の処理が順に行われる。

ここでは、仮リストには１つのフィールド機器１０ａを示す情報のみが格納されているため、ステップＳ１２の処理では、図６に示す通り、起動すべきフィールド機器の合計消費電流が１０［ｍＡ］であると算出される。このため、ステップＳ１３の判断結果は「ＮＯ」となる。

続いて、仮リストに含まれるフィールド機器１０ａを起動して測定結果（温度の測定結果）を取得する制御が、機器アダプタ２０の起動制御部２５で行われる（ステップＳ１４）。ここで、フィールド機器１０ａは、図４に示す通り、本来起動されるべきであったタイミング（時刻ｔ３）とは異なるタイミング（時刻ｔ４）で起動される。このように、フィールド機器１０ａの起動タイミングを、フィールド機器１０ｂ，１０ｃの起動タイミングからずらすことで、防爆規格を満たしつつ機器アダプタ２０に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃの全てを動作させることができる。

以上の処理が終了すると、一覧リストに含まれる全てのフィールド機器の測定結果を取得したか否かが、機器アダプタ２０の起動制御部２５で判断される（ステップＳ１５）。ここで、一覧リストに含まれるフィールド機器は３つのフィールド機器１０ａ〜１０ｃであり、以上の処理にてフィールド機器１０ａ〜１０ｃの全ての測定結果を取得しているため、ステップＳ１５の判断結果が「ＹＥＳ」になり、図５に示す一連の処理が終了する。すると、図２に示す電力波形ＷＦ１における期間Ｔ３経過後のように、機器アダプタ２０からの電力供給が停止するため、フィールド機器１０ａの動作が停止する。その後、フィールド機器１０ｃは１秒間隔で、フィールド機器１０ｂは１０秒間隔で、フィールド機器１０ａは６０秒間隔で上述した起動処理がそれぞれ繰り返し行われる。

以上の通り、本実施形態では、機器アダプタ２０のインターフェイス部２１に接続された複数のフィールド機器１０ａ〜１０ｃで消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、機器アダプタ２０の起動制御部２５が、インターフェイス部２１に接続されたフィールド機器１０ａ〜１０ｃの起動制御を行うようにしている。このため、防爆規格を満たしつつ複数台のフィールド機器を動作させることができる。

以上、本発明の一実施形態による機器アダプタ、機器システム、及び起動制御方法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、上記実施形態では、ＩＳＡ１００．１１ａに準拠した無線通信を行う機器アダプタ２０を備える機器システム１を例に挙げて説明したが、本発明はＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）に準拠した無線通信を行う機器アダプタ、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）に準拠した無線通信を行う機器アダプタ、或いはＺｉｇＢｅｅ（登録商標）に準拠した無線通信を行う機器アダプタを備える機器システムにも適用することができる。

また、上記実施形態では、機器アダプタ２０が無線モジュール（フィールド機器１０ａ〜１０ｃからの信号を無線信号にして送信し、無線信号で送信されてくるフィールド機器１０ａ〜１０ｃへの信号を受信するモジュール）である場合を例に挙げたが、機器アダプタ２０は無線モジュール以外であっても良い。例えば、機器アダプタ２０は、フィールドバス通信、イーサネット（登録商標）通信、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）通信、シリアル通信等の無線通信以外の通信機能を有するものであっても良い。更には、機器アダプタ２０は、表示機能、ユーザインターフェイス機能、データストレージ機能等の通信機能以外の機能を有するものであってもよい。また、機器アダプタ２０とフィールド機器とを同一筐体に収納することも可能である。

１０ａ〜１０ｃ フィールド機器
２０ 機器アダプタ
２１ インターフェイス部
２４ 電源部
２５ 起動制御部
２３ 無線通信部

Claims (8)

1. フィールド機器に接続される機器アダプタであって、
   前記フィールド機器を複数接続可能なインターフェイス部と、
   前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器に電力を供給する電源部と、
   前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器で消費される電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器の起動制御を行う起動制御部と
   を備えることを特徴とする機器アダプタ。
2. 前記起動制御部は、起動させるべき前記フィールド機器の消費電力の合計を動的に求め、該消費電力の合計が前記防爆規格で許容される範囲を超える場合には、起動させるべき前記フィールド機器の数を動的に変更する制御を行うことを特徴とする請求項１記載の機器アダプタ。
3. 前記起動制御部は、前記インターフェイス部に接続された前記フィールド機器を予め個別に起動させることによって、動作状態にある個々の前記フィールド機器の消費電力を測定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の機器アダプタ。
4. 前記フィールド機器には、一意に定まる第１識別情報がそれぞれ割り当てられており、
   前記起動制御部は、前記電源部から前記フィールド機器に供給される電力に対し、前記第１識別情報に応じた変調を行うことによって前記フィールド機器の起動制御を行う
   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機器アダプタ。
5. 前記フィールド機器は、消費電力の合計が前記防爆規格で許容される範囲内に収まるように設定された複数のグループに区分されており、
   前記起動制御部は、前記電源部から前記フィールド機器に供給される電力に対し、前記グループの各々に割り当てられた一意に定まる第２識別情報に応じた変調を行うことによって前記フィールド機器の起動制御を行う
   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機器アダプタ。
6. 前記フィールド機器からの信号を無線信号にして送信し、無線信号で送信されてくる前記フィールド機器への信号を受信する無線通信部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の機器アダプタ。
7. 複数のフィールド機器と、
   前記複数のフィールド機器が接続可能であって、接続された前記フィールド機器の起動制御を行う請求項１から請求項６の何れか一項に記載の機器アダプタと
   を備えることを特徴とする機器システム。
8. 複数のフィールド機器の起動制御を行う起動制御方法であって、
   前記複数のフィールド機器のうちの起動すべきフィールド機器を特定し、特定したフィールド機器の消費電力の合計を算出する第１ステップと、
   前記第１ステップで算出された消費電力の合計が防爆規格で許容される範囲内に収まるように前記複数のフィールド機器の起動制御を行う第２ステップと
   を有することを特徴とする起動制御方法。

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