JP2017037598A - 診断方法、ｉｄモジュール及びプロセス制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド信号の通信が不可能なフィールド機器の種別を診断する診断方法、ＩＤモジュール及びプロセス制御システムを提供する。【解決手段】フィールド機器の種別を診断する診断方法は、前記フィールド機器が接続され、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能な複数の接続部を有するＩ／Ｏモジュールの前記接続部を、前記ハイブリッド信号の入力又は出力が可能な状態に設定するステップと、前記接続部を介して得られる前記ハイブリッド信号に含まれるディジタル信号に基づいて、前記Ｉ／Ｏモジュールの前記接続部に接続される前記フィールド機器の種別を診断するステップを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、診断方法、ＩＤモジュール及びプロセス制御システムに関する。より詳しくは、複数の非インテリジェントフィールド機器を制御するプロセス制御システムにおいて、フィールド機器の種別を診断する診断方法、フィールド機器と接続されるＩＤモジュール及びプロセス制御システムに関する。

従来から、プラントや工場等においては、工業プロセスにおける各種の状態量（例えば、圧力、温度、流量等）を制御するプロセス制御システムが構築されており、高度な自動操業が実現されている。プロセス制御システムでは、複数のフィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器または操作器）が備えられている。各々のフィールド機器は、Ｉ／Ｏポート（Ｉ／Ｏ回路、入出力回路）を介してコントローラに接続され、コントローラが測定器（例えばセンサ）の測定結果に応じて操作器（例えばアクチュエータ）を制御する。これによって、各種の状態量が制御される。

プロセス制御システムで用いられるフィールド機器は、測定対象及び操作対象に応じて様々な種類（信号種別）のものが存在し、入出力される信号の信号形式も多様である。例えば、「４〜２０ｍＡ」のアナログ信号の入出力を行うもの、「２４Ｖ」のディジタル信号の入出力を行うもの、接点信号の入出力を行うもの、熱電対信号の出力を行うもの等が存在する。このため、従来のプロセス制御システムでは、フィールド機器に対応するＩ／Ｏ回路（入出力回路）がフィールド機器毎に設けられている。

プロセス制御システムに設けられるフィールド機器の数は、プラント等の規模に応じて増減する。フィールド機器の数は、大規模なプラント等では１万点を超える場合があり、プロセス制御システム全体におけるフィールド機器の配線の手間が膨大となる。従って、配線の手間の削減が、プロセス制御システム全体において、大きなコスト減につながる。

以下の特許文献１は、フィールド機器の大多数を占める上記のアナログ信号の入出力を行うフィールド機器や上記のディジタル信号の入出力を行うフィールド機器を接続可能な回路（以下、ユニバーサル回路という）を開示している。具体的に、特許文献１に開示されたユニバーサル回路は、アナログ信号の入力（Ａ／Ｉ）、アナログ信号の出力（Ａ／Ｏ）、ディジタル信号の入力（Ｄ／Ｉ）、或いは上記ディジタル信号の出力（Ｄ／Ｏ）を行うことが可能な回路である。ユニバーサル回路を複数備えるＩ／Ｏモジュール（入出力モジュール）は複数チャネルを持つ。Ｉ／Ｏモジュールのチャネルの各々にフィールド機器を接続できるため、１つのＩ／Ｏモジュールは複数種類のフィールド機器を接続できる。

最初にフィールド機器とＩ／Ｏモジュールの各チャネルとの間の配線（マーシャリング）を行い、配線が完了した後、Ｉ／Ｏモジュールの各チャネルのＩ／Ｏモード（アナログ信号の入力（Ａ／Ｉ）、アナログ信号の出力（Ａ／Ｏ）、ディジタル信号の入力（Ｄ／Ｉ）、或いは上記ディジタル信号の出力（Ｄ／Ｏ）のいずれか）を、フィールド機器の種別に合わせて切り替える。これによって、フィールド機器が配線接続された端子台とＩ／Ｏモジュール間との配線（マーシャリング）が不要となり、配線作業等の現場作業の効率化が図れる。また、チャネル毎にフィールド機器の種類に対応したＩ／Ｏ回路を設けることと比較して、１つのＩ／Ｏモジュールの複数チャネルに複数種類のフィールド機器を接続することで、コストの低減を期待できる。

以下の特許文献２は、従来よりも多くの種類のフィールド機器を接続することが可能なＩ／Ｏモジュールを開示している。具体的に、特許文献２に開示されたＩ／Ｏモジュールは、複数のフィールド機器が電気的に接続される複数の接続端子を有するベースプレートと、前記複数の接続端子に対応して前記ベースプレートに設けられた複数のユニバーサル回路と、前記ベースプレートに着脱可能に設けられたオプションモジュールとを備える。ベースプレートに装着されたオプションモジュールによって、ベースプレートに設けられた複数の接続端子の何れか１つの接続端子と、この接続端子に対応するユニバーサル回路とを接続し、装着されたオプションモジュールに設けられた第１回路によって、当該接続端子に接続されたフィールド機器と当該ユニバーサル回路とを電気的に接続するようにしているため、従来よりも多くの種類のフィールド機器を接続することが可能である。

米国特許第８３９２６２６号明細書 特開２０１５−８７９７５号公報

複数のフィールド機器は、ネットワークを介して、上位装置（機器管理端末）で一元的に管理される。機器管理端末は、各々のフィールド機器の種類及び配置されている場所（配線）を管理し、異常がないか否かを監視する。そのため、機器管理端末は、各々のＩ／Ｏポートにどのフィールド機器が接続されているかを把握する必要がある。そこで、機器管理端末は、各々のＩ／Ｏポートに接続されているフィールド機器の種類に関する情報を保存するデータベースを有する。プラントにおいては、フィールド機器の配置を変更することがしばしばあり、フィールド機器の配置されている場所（配線）を変更するたびに、機器管理端末の有するデータベースを更新する必要がある。

近年、フィールド機器自身が自身に関する情報をネットワーク経由で送信する機能を有するインテリジェントフィールド機器が広く用いられている。このフィールド機器が送信する情報を、Ｉ／Ｏモジュールの情報と合わせることで、配線に関する情報を得ることができる。インテリジェントフィールド機器の配置されている場所（配線）を変更した場合、インテリジェントフィールド機器自身がネットワークを介して自身の種類や配置されている場所（配線）に関する情報を送信するので、機器管理端末はその情報を受信してデータベースを更新することができる。よって、インテリジェントフィールド機器が接続されている場合は、Ｉ／Ｏポートとの接続作業や確認作業の効率を高めることができる。

しかし、インテリジェントフィールド機器のフィールド機器全体に占める割合は、２０１５年現在で５０％程度であり、依然として、非インテリジェントフィールド機器が広く用いられている。非インテリジェントフィールド機器は、通信機能を持たず、制御に関する信号のみを扱うフィールド機器のことをいう。非インテリジェントフィールド機器は自身の種類や配置されている場所（配線）に関する情報を送信しない。そのため、非インテリジェントフィールド機器が接続されている場合、各々のＩ／Ｏポートにどの種別の非インテリジェントフィールド機器が接続されているかを、Ｉ／Ｏポート側では電気的に確認することができず、現場での作業員の目視確認によらざるを得ない。

プラン卜の規模にもよるが、プラントにはおおよそ５，０００〜１０，０００台のフィールド機器が設置される。非インテリジェントフィールド機器の配置されている場所（配線）を変更した場合、作業員が機器管理端末の有するデータベースを更新する必要があり、配線に関する作業効率が低かった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、非インテリジェントフィールド機器が多数配置されたプロセス制御システムにおいて、Ｉ／Ｏポート側で電気的にフィールド機器の機器の種別や信号の種別を確認することが可能な診断方法、ＩＤモジュール及びプロセス制御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、本発明の一態様に係る診断方法は、フィールド機器（１１、１１ａ、１１ｂ）の種別を診断する診断方法であって、前記フィールド機器が接続され、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能な複数の接続部（Ｐ）を有するＩ／Ｏモジュール（１２）の前記接続部を、前記ハイブリッド信号の入力又は出力が可能な状態に設定するステップと、前記接続部を介して得られる前記ハイブリッド信号に含まれるディジタル信号に基づいて、前記Ｉ／Ｏモジュールの前記接続部に接続される前記フィールド機器の種別を診断するステップを有することを特徴としている。

また、本発明の一態様に係る診断方法は、前記フィールド機器の種別の診断結果に応じて、前記フィールド機器が接続された前記接続部を、前記ハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力のうちの何れか１つが可能な状態に設定するステップを更に有してもよい。

また、本発明の一態様に係る診断方法において、前記フィールド機器の種別の診断及び前記接続部の設定は、前記Ｉ／Ｏモジュールと通信可能に接続されて前記フィールド機器を制御するコントローラ、或いは前記Ｉ／Ｏモジュールに接続された携帯端末が行ってもよい。

また、本発明の一態様に係る診断方法において、前記フィールド機器には、前記ハイブリッド信号の通信が可能な第１フィールド機器（１１ａ）と、前記ハイブリッド信号の通信が不可能な第２フィールド機器（１１ｂ）とが含まれ、前記第２フィールド機器に対しては、少なくとも前記第２フィールド機器を識別する識別情報を提供するＩＤモジュール（１０）が並列接続されていてもよい。

また、本発明の一態様に係る診断方法は、前記ＩＤモジュールのメモリ（２５）に、少なくとも前記ＩＤモジュールと接続された前記第２フィールド機器の識別情報を書き込むステップを更に有してもよい。

また、本発明の一態様に係る診断方法は、前記ＩＤモジュールが、前記ＩＤモジュールのメモリに書きこまれている情報を更新するステップを更に有してもよい。

また、本発明の一態様に係る診断方法は、前記ＩＤモジュールのメモリに書きこまれている情報を、データベース（１６）から取得するステップを更に有してもよい。

本発明の一態様に係るＩＤモジュールは、少なくともフィールド機器（１１、１１ａ、１１ｂ）を識別する識別情報を提供するＩＤモジュールであって、前記フィールド機器が接続される配線（Ｃ１）から動作に必要な電源を得る電源回路（２６）と、前記識別情報を記憶するメモリ（２５）と、前記メモリに記憶された前記識別情報を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信する通信部（２３）とを備えることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係るＩＤモジュールにおいて、前記通信部は、前記配線を介するアナログ信号に重畳されて送信されてくる前記識別情報の送信要求を受信した場合に、前記識別情報を示すディジタル信号を送信してもよい。

また、本発明の一態様に係るＩＤモジュールは、前記配線の電圧を検出する電圧検出回路（２７）を更に備え、前記通信部は、前記電圧検出回路の検出結果を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信してもよい。

また、本発明の一態様に係るＩＤモジュールは、前記電圧検出回路の検出結果に基づいて前記フィールド機器の動作回数を求める計数部（２８）を更に備え、前記通信部は、前記計数部で求められた前記動作回数を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信してもよい。

また、本発明の一態様に係るＩＤモジュールは、前記配線に接続される端子部（２１）を更に備え、前記電源回路は、前記端子部に接続され、前記通信部は、コンデンサ（２２）を介して前記端子部に接続されてもよい。

本発明の一態様に係るプロセス制御システム（１）は、工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムであって、複数のフィールド機器（１１、１１ａ、１１ｂ）と、前記フィールド機器が接続され、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能な複数の接続部（Ｐ）を有するＩ／Ｏモジュール（１２）と、前記フィールド機器に対して並列接続される請求項８から請求項１２の何れか一項に記載のＩＤモジュール（１０）と、前記Ｉ／Ｏモジュールと通信可能に接続され、前記Ｉ／Ｏモジュールを制御して、Ｉ／Ｏモジュールの前記接続部に接続される前記フィールド機器の種別を診断する上位装置（１４、１５、１７）とを備えることを特徴とする。

本発明の各態様に係るプロセス制御システムによれば、プラントの立ち上げや増設時の工事において、非インテリジェントフィールド機器についても、フィールド機器の機器ＩＤ、ステータス情報などを、Ｉ／Ｏポート側で電気的に確認することが可能となる。これにより、上位装置（計装室）側が、各フィールド機器の機器の種別や信号の種別、回線状態の確認及びステータス（状態）の把握を行うことが可能となり、保守などの際に、異なるフィールド機器にアクセスしてしまうようなミスを低減することができる。

プラン卜で用いられている自動的な機器診断では、ディジタル通信を利用して各種のフィールド機器を診断している。本発明の各態様に係るプロセス制御システムによれば、非インテリジェントフィールド機器をインテリジェントフィールド機器と同様に扱うことができるため、機器診断が可能なフィールド機器が増え、プラントの安全操業および故障時の早急な解析に寄与することができる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおけるＩＤモジュールの構成例を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおけるフィールド機器の種別を判断するフローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態の変形例に係るプロセス制御システムにおけるフィールド機器の種別を判断するフローを示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおけるＩＤモジュールの構成例を示す回路図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおいて、フィールド機器の種別を診断する診断方法、フィールド機器と接続されるＩＤモジュール及びプロセス制御システムについて詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るプロセス制御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、プロセス制御システム１は、ＩＤモジュール（機器特定モジュールまたは機器識別モジュール）１０、フィールド機器１１、Ｉ／Ｏモジュール（入出力モジュール）１２、コントローラ１３、操作監視端末１４、機器管理端末１５、及び計装データベース（データベース）１６を備える。操作監視端末１４からの指示等に応じてコントローラ１３がフィールド機器１１を制御することによってプラント（図示省略）で実現される工業プロセスの制御が行われる。

フィールド機器１１とＩ／Ｏモジュール１２とは伝送線Ｃ１によって接続されている。具体的には、Ｉ／Ｏモジュール１２は複数のＩ／Ｏポート（接続部）Ｐを有し、各々のＩ／ＯポートＰから２本の配線からなる伝送路Ｃ１が出ている。そして、伝送路Ｃ１の配線端Ｃ１１に、フィールド機器１１が接続される。

フィールド機器１１は、測定器（例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器）、操作器（例えば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）、その他のプラントの現場に設置される機器である。また、フィールド機器１１は、アナログデータ（アナログ信号）を出力するものと、アナログデータ（アナログ信号）を入力するものと、ディジタルデータ（ディジタル信号）を出力するものと、ディジタルデータ（ディジタル信号）を入力するものとがある。

フィールド機器１１は、インテリジェントフィールド機器（第１フィールド機器）１１ａと非インテリジェントフィールド機器（第２フィールド機器）１１ｂのいずれであってもよい。インテリジェントフィールド機器１１ａは、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の通信が可能なフィールド機器である。非インテリジェントフィールド機器１１ｂは前記ハイブリッド信号の通信が不可能なフィールド機器である。

Ｉ／ＯポートＰは、フィールド機器１１からの前記ハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能である。Ｉ／ＯポートＰに上記の入出力の何れを行わせるかは、コントローラ１３もしくは携帯端末１７からの指示でＩ／Ｏモジュール１２側に設定される。

Ｉ／Ｏモジュール１２とコントローラ１３とはケーブルＣ２によって接続されている。コントローラ１３、操作監視端末１４、機器管理端末（上位装置）１５、及び計装データベース１６は、制御ネットワークＮに接続されている。制御ネットワークＮは、例えばプラントの現場と監視室との間を接続するネットワークである。

Ｉ／Ｏモジュール１２は、フィールド機器１１とコントローラ１３との間に設けられ、複数のフィールド機器１１が接続可能であり、接続されたフィールド機器１１とコントローラ１３との間で入出力される信号の処理を行う。例えば、フィールド機器１１から得られる信号を、コントローラ１３が受信可能な信号に変換する処理を行う。Ｉ／Ｏモジュール１２は、複数のフィールド機器１１をコントローラ１３に接続し、フィールド機器１１で入出力される信号とコントローラ１３で入出力される信号との中継を行うモジュールであるということもできる。

コントローラ１３は、操作監視端末１４からの指示等に応じてフィールド機器１１との間で通信を行ってフィールド機器１１の制御を行う。具体的に、コントローラ１３は、測定器、例えばセンサ機器などのフィールド機器１１で測定されたプロセス値を取得し、操作器、例えばバルブ機器などのフィールド機器１１の操作量を演算して送信することによって、操作器、例えばバルブ機器などのフィールド機器１１を制御する。

操作監視端末１４は、例えばプラントの運転員によって操作され、プロセスの監視のために用いられる端末である。具体的に、操作監視端末１４は、フィールド機器１１の入出力データをコントローラ１３から取得してプロセス制御システム１を構成するフィールド機器１１やコントローラ１３の挙動を運転員に伝えるとともに、運転員の指示に基づいてコントローラ１３の制御を行う。

機器管理端末１５は、計装データベース１６に格納された設計情報（プロセス制御システム１を含めたプラントの設計情報）に基づいて、フィールド機器１１、Ｉ／Ｏモジュール１２、及びコントローラ１３に設定すべき情報を作成する。機器管理端末１５によって作成される情報としては、フィールド機器１１とＩ／ＯポートＰとの間の入出力に係る情報であるＩ／Ｏリスト（設定情報）が挙げられる。

計装データベース１６は、機器管理端末１５で参照される上記の設計情報や機器の情報を格納する。なお、計装データベース１６は、機器管理端末１５の内部にあってもよい。また、計装データベース１６は、ネットワーク（有線または無線）を介して機器管理端末１５等と接続された外部データベースであってもよい。また、計装データベース１６は、携帯端末１７に含まれるデータベースであってもよい。

携帯端末１７は、Ｉ／Ｏモジュール１２の設置場所に持ち込んだノートＰＣ等の携帯端末であり、Ｉ／Ｏモジュール１２と無線もしくは有線で接続される。携帯端末１７を用いて、Ｉ／Ｏモジュール１２及びフィールド機器１１に対する各種設定を行うことにより、プロセス制御システム１が構築される。携帯端末１７を用いることで、コントローラ１３がＩ／Ｏモジュール１２に接続されていない状態であっても、フィールド機器１１及びＩ／Ｏモジュール１２に対する設定や調整、及びフィールド機器１１とＩ／Ｏモジュール１２との間の接続試験等が可能となる。

ＩＤモジュール１０は、Ｉ／ＯポートＰとフィールド機器１１との間で、伝送路Ｃ１の２本の配線に、フィールド機器１１と並列になるように接続され、少なくとも接続されたフィールド機器１１を識別する識別情報を提供する。なお、本実施形態では、図１のように、Ｉ／ＯポートＰと非インテリジェントフィールド機器１１ｂとの間にのみＩＤモジュール１０を接続し、Ｉ／ＯポートＰとインテリジェントフィールド機器１１ａとの間にはＩＤモジュール１０を接続していないが、Ｉ／ＯポートＰとインテリジェントフィールド機器１１ａとの間にＩＤモジュール１０を接続してもよい。

次に、ＩＤモジュール１０の構成について説明する。図２は、本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおけるＩＤモジュールの構成例を示す回路図である。ＩＤモジュール１０は、端子部２１と、コンデンサ２２と、変復調通信回路（通信部）２３と、演算回路２４と、メモリ２５と、電源回路２６とを備える。

端子部２１は、ＩＤモジュール１０をＩ／ＯポートＰと非インテリジェントフィールド機器１１ｂとの間の配線に接続するための端子である。ＩＤモジュール１０は、非インテリジェントフィールド機器１１ｂと並列に配線に接続される。

変復調通信回路２３は、端子部２１と、直流成分カットのためのコンデンサ２２を介して接続される。変復調通信回路２３は、伝送路Ｃ１及び端子部２１を介して受信／送信する電気信号の変復調を行う。具体的には、変復調通信回路２３は、配線を介するアナログ信号に重畳されて上位装置から送信されてくる識別情報の送信要求を受信した場合に、メモリ２５に記憶された非インテリジェントフィールド機器１１ｂの識別情報を示すディジタル信号を、配線を介するアナログ信号に重畳させて送信する。なお、変復調通信回路２３の一例として、ＨＡＲＴ（登録商標）通信機能を備える、すなわち、ＨＡＲＴ（登録商標）通信仕様に基づいた通信を行うことができるＨＡＲＴ（登録商標）通信回路を用いても良い。

演算回路２４は、変復調通信回路２３で復調した情報（コマンド）に基づき、演算を行う。また、演算回路２４は、演算結果を、変復調通信回路２３及び端子部２１を介して、配線に送信する。

メモリ２５は、演算回路２４に接続される。メモリ２５は、対応する非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別、機器名（機器ＩＤ）、シリアル番号、タグ名、その他ステータス情報などの識別情報を記憶する。

電源回路２６は、端子部２１から得た直流電圧を、変復調通信回路２３、演算回路２４、メモリ２５などの内部回路の動作に必要な電力に変換し、（図示していない）配線を介して内部回路に供給する。

次に、プロセス制御システムにおける非インテリジェントフィールド機器の信号種別を判断する流れについて説明する。図３は、本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおけるフィールド機器の信号種別を判断するフローを示すフローチャートである。

（ステップＳ１１）フィールド機器１１への配線がされた後、ＩＤモジュール１０を非インテリジェントフィールド機器１１ｂの直近に接続する。なお、ＩＤモジュール１０は予め工場などで非インテリジェントフィールド機器１１ｂに接続されていても良い。ＩＤモジュール１０のメモリ２５は、少なくとも、対応する非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別が判断できる情報を含む識別情報を記憶している必要がある。ＩＤモジュール１０のメモリ２５は、さらに、非インテリジェントフィールド機器１１ｂの機器名、シリアル番号、タグ名などを記憶していても良い。なお、非インテリジェントフィールド機器１１ｂの工場出荷時に、予め、当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの情報（機器名、シリアル番号等）を書き込み済みのＩＤモジュール１０を取り付けた状態で出荷してもよい。

（ステップＳ１２）機器管理端末１５が、接続されているフィールド機器１１の信号種別に関わらず、Ｉ／ＯポートＰのＩ／Ｏモードを、Ａ／Ｉモード（もしくはＡ／Ｏモード）に切り替える。ここで、Ａ／Ｉモードはアナログ入力モードであり、アナログデータ（アナログ信号）を出力するフィールド機器（測定器など）からアナログ値の測定データをＩ／ＯポートＰに取り込むＡ／Ｉ機能を行うためのモードである。Ａ／Ｏモードはアナログ出力モードであり、アナログ値のデータをＩ／ＯポートＰからアナログデータ（アナログ信号）を入力するフィールド機器（操作器など）へ出力するＡ／Ｏ機能を行うためのモードである。

すなわち、ステップＳ１２において、Ｉ／ＯポートＰは、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力又は出力が可能な状態に設定される。なお、このＩ／ＯポートＰのＩ／Ｏモードの切り替えは、Ｉ／ＯポートＰが自動で行うように構成されていてもよい。Ｉ／ＯポートＰのＡ／Ｉモードを行うＡ／Ｉ機能及びＡ／Ｏモードを行うＡ／Ｏ機能には、変復調信号を使用する変復調通信機能（例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）通信機能）が含まれている必要がある。

（ステップＳ１３）機器管理端末１５が、Ｉ／Ｏモジュール１２を介して、変復調信号を用い、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に記録されている、対応する非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別、機器名（機器ＩＤ）、シリアル番号、タグ名、その他ステータス情報などの識別情報を読み出す。具体的には、ＩＤモジュール１０の変復調通信回路２３が、メモリ２５に記憶された識別情報を示すディジタル信号を、配線を介するアナログ信号に重畳させたハイブリッド信号として送信し、機器管理端末１５がハイブリッド信号から識別情報を読み出す。

（ステップＳ１４）機器管理端末１５が、ＩＤモジュール１０のメモリ２５から読み出した識別情報を、計装データベース１６に記憶されている情報と比較し、当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別を診断する。上述のように、計装データベース１６は、機器管理端末１５の内部にあってもよい。また、計装データベース１６は、ネットワーク（有線または無線）を介して機器管理端末１５等と接続された外部データベースであってもよい。また、計装データベース１６は、Ｉ／Ｏモジュール１２の設置場所に持ち込んだノートＰＣ等の携帯端末１７に含まれるデータベースであってもよい。

（ステップＳ１５）必要に応じて、機器管理端末１５が、計装データベース１６に記憶されている当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの識別情報を、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に書き込んでもよい。例えば、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に最初は当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの機器名とシリアル番号のみしか記憶されていなかった場合、機器管理端末１５が、計装データベース１６を参照することによって判明した当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂのタグ名を、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に書き込んでもよい。ＩＤモジュール１０のメモリ２５への書き込み情報には、当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂがどのプロセス機器に設置されているかや、当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの位置情報などを含めて書き込んでもよい。当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂの位置情報としてＧＰＳ情報を使用してもよい。

なお、ＩＤモジュール１０が、メモリ２５に書きこまれている情報を更新する機能を備えていてもよい。また、計装データベース１６が、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に書きこまれている情報を取得できるように構成されていてもよい。

（ステップＳ１６）機器管理端末１５が、ステップＳ４で判断した非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別に合わせて、Ｉ／ＯポートＰのＩ／Ｏモードを切り替える。すなわち、機器管理端末１５が、非インテリジェントフィールド機器１１ｂの信号種別の診断結果に応じて、当該非インテリジェントフィールド機器１１ｂが接続されたＩ／ＯポートＰを、前記ハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力のうちの何れか１つが可能な状態に設定する。

以上のステップＳ１１〜Ｓ１６のフローにより、本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムにおいて、非インテリジェントフィールド機器の信号種別が判断される。

なお、上述の説明では、機器管理端末１５がステップＳ１２〜Ｓ１６を行うものとして説明したが、機器管理端末１５の代わりに操作監視端末１４、コントローラ１３あるいは携帯端末１７が上記のステップＳ１２〜Ｓ１６を行ってもよい。

上述の実施形態では、Ｉ／ＯポートＰのＩ／Ｏモードの切り替え、ＩＤモジュール１０のメモリ２５の読み書き、フィールド機器１１の信号種別の判断等を、コントローラ１３経由で機器管理端末１５が行う場合について説明した。しかし、Ｉ／ＯポートＰのＩ／Ｏモードの切り替え、ＩＤモジュール１０のメモリ２５の読み書き、フィールド機器１１の信号種別の判断等を、コントローラ１３経由ではなく、Ｉ／Ｏモジュール１２に接続したノートＰＣ等の携帯端末１７から行っても良い。

次に、バーコードを利用した本発明の一実施形態の変形例について説明する。バーコードは例えばＱＲ（登録商標）コードである。変形例に係るプロセス制御システムにおいては、フィールド機器１１に、あらかじめ、当該フィールド機器１１の情報を有するデータベースのアドレスを示すバーコードなどを貼っておく。そして、携帯端末１７が、このバーコードを読み込み、データベースのアドレスを機器管理端末１５に送信する。機器管理端末１５は、データベースに接続し、接続したデータベースから当該フィールド機器１１の情報（機器名、シリアル番号、タグ名等）を獲得する。そして、機器管理端末１５は、獲得した当該フィールド機器１１の情報を、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に書き込む。

バーコードを利用した本発明の一実施形態の変形例に係るプロセス制御システムにおけるフィールド機器の信号種別を判断する流れについて説明する。図４は、バーコードを利用した本発明の一実施形態の変形例に係るプロセス制御システムにおけるフィールド機器の信号種別の判断フローを示すフローチャートである。

（ステップＳ２１）まず、フィールド機器１１の情報（機器名、シリアル番号、タグ名等）を保存するデータベースのアドレスを示すバーコードを作成する。バーコードとしては、アドレス情報の記録再生が可能なバーコード、ＲＦＩＤ等を用いてもよい。

（ステップＳ２２）次に、フィールド機器１１の工場などで、出荷前に、バーコードを当該フィールド機器１１に貼付する。なお、プラントに設置済のフィールド機器１１にバーコードを貼付してもよい。

（ステップＳ２３）フィールド機器１１及びＩＤモジュール１０を、プラントに設置する。

（ステップＳ２４）携帯端末１７等が、バーコードを読み込む。

（ステップＳ２５）携帯端末１７等が、バーコードからデータベースのアドレスを読み出し、読み出したデータベースのアドレスを無線等で機器管理端末１５に送信する。

（ステップＳ２６）機器管理端末１５は、受信したデータベースのアドレスを基にデータベースに接続し、接続したデータベースから当該フィールド機器１１の情報（機器名、シリアル番号、タグ名等）を獲得する。

（ステップＳ２７）そして、機器管理端末１５は、獲得した当該フィールド機器１１の情報を、ネットワークＮ、コントローラ１３、Ｉ／Ｏモジュール１２を介して、ＩＤモジュール１０のメモリ２５に書き込む。その後は、図３のステップＳ１４以降と同じである。

なお、上述の説明では、機器管理端末１５がステップＳ２５〜Ｓ２７を行っていたが、機器管理端末１５の代わりに操作監視端末１４、コントローラ１３あるいは携帯端末１７がステップＳ２５〜Ｓ２７を行ってもよい。

本発明の他の実施形態について説明する。本実施形態では、ＩＤモジュールの構成が上述の実施形態と異なる。図５は、本発明の他の実施形態に係るプロセス制御システムにおけるＩＤモジュールの構成例を示す回路図である。

ＩＤモジュール２０は、端子部２１と、コンデンサ２２と、変復調通信回路２３と、演算回路２４と、メモリ２５と、電源回路２６と、電圧検出回路２７と、カウンタ回路２８とを備える。すなわち、ＩＤモジュール１０とＩＤモジュール２０との違いは、電圧検出回路２７と、カウンタ回路２８とが設けられている点であり、それ以外の構成はＩＤモジュール１０とＩＤモジュール２０とは同一である。従って、以下の説明では、電源回路２６と、電圧検出回路２７とについて説明する。なお、ＩＤモジュール２０はカウンタ回路２８を含まなくてもよい。

電圧検出回路２７は、電源回路２６と並列に配線部２１に接続されており、配線間の電圧を測定（検出）する。電圧検出回路２７で検出された配線間の電圧（電圧信号）は、変復調回路２３で変復調信号に変換され、機器管理端末１５に送信される。具体的には、変復調回路２３は、電圧検出回路２７の検出結果を示すディジタル信号を、配線を介するアナログ信号に重畳させてハイブリッド信号として送信し、機器管理端末１５がハイブリッド信号から電圧検出回路２７の検出結果（検出された電圧値）を読み出す。

フィールド機器１１が電圧出力機器の場合、機器管理端末１５は、電圧出力機器のアナログ電圧検出回路で読み取った電圧値と、ＩＤモジュール２０の電圧検出回路２７で測定された電圧値とを比較することにより、電圧出力機器のアナログ電圧検出回路の劣化を把握することができる。

また、電圧検出回路２７は、計装電源からＩＤモジュール２０に供給された供給電圧を測定（検出）する。電圧検出回路２７で検出された供給電圧（電圧信号）は、変復調回路２３で変復調信号に変換され、機器管理端末１５に送信される。具体的には、変復調回路２３は、電圧検出回路２７の検出結果を示すディジタル信号を、配線を介するアナログ信号に重畳させてハイブリッド信号として送信し、機器管理端末１５がハイブリッド信号から電圧検出回路２７の検出結果（検出された電圧値）を読み出す。機器管理端末１５は、電圧値の経時変化などを解析することにより、計装電源の劣化を検知することができる。

フィールド機器１１が、ディジタルデータ（ディジタル信号）を出力するもの（Ｄ／Ｏ）、あるいはディジタルデータ（ディジタル信号）を入力するもの（Ｄ／Ｉ）である場合、カウンタ回路２８は、電圧検出回路２７及び演算回路２４を介して、フィールド機器１１のＯＮ／ＯＦＦ回数等の統計情報をカウントする。カウンタ回路２８でカウントされたフィールド機器１１のＯＮ／ＯＦＦ回数等の統計情報は、変復調回路２３で変復調信号に変換され、機器管理端末１５に送信される。具体的には、変復調回路２３は、カウンタ回路２８のカウント結果（フィールド機器１１のＯＮ／ＯＦＦ回数）を示すディジタル信号を、配線を介するアナログ信号に重畳させてハイブリッド信号として送信し、機器管理端末１５がハイブリッド信号からカウンタ回路２８のカウント結果（フィールド機器１１のＯＮ／ＯＦＦ回数）を読み出す。機器管理端末１５は、フィールド機器１１のＯＮ／ＯＦＦ回数（すなわち、フィールド機器１１の動作回数）に基づいて、フィールド機器１１のメンテナンス時期を判断することができ、予防保全が可能になる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムによれば、非インテリジェントフィールド機器を多数有するプロセス制御システムにおいても、Ｉ／Ｏモジュールによる配線作業の効率が向上する。また、非インテリジェントフィールド機器が接続されている配線の診断（断線確認等）や、非インテリジェントフィールド機器のステータス確認（位置情報、稼働履歴等）を行うことが可能となる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムによれば、非インテリジェントフィールド機器が含まれるプロセス制御システム（計装システム）の建設作業及び保守作業において、フィールド機器やフィールド機器の信号種別が不明な場合であっても、配線後に、Ｉ／Ｏモジュール側でフィールド機器やフィールド機器の信号種別を判断することが可能になる。このため、フィールド機器の信号種別やフィールド機器によらない配線作業を行うことが可能となり、作業効率を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムによれば、従来技術では検査できなかった非インテリジェントフィールド機器に接続されている配線の健全性を診断（配線検査）することが可能となり、より高度にプラントの安全操業を行うことができる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムによれば、非インテリジェントフィールド機器にＩＤモジュールを接続することにより、プロセス制御システムが、非インテリジェントフィールド機器を特定することが可能となる。これを利用して非インテリジェントフィールド機器のプラグアンドプレイが可能となり、プラントにおける工事期間を短縮することができる。

本発明の一実施形態に係るプロセス制御システムによれば、非インテリジェントフィールド機器において配線を短絡または解放しなくても、配線検査ができる。これにより、ループチェックと呼ばれるプラントのトータル機能のチェックにかかる期間を大幅に短縮することができる。

１…プロセス制御システム、１０…ＩＤモジュール、１１…フィールド機器、１１ａ…インテリジェントフィールド機器、１１ｂ…非インテリジェントフィールド機器、１２…Ｉ／Ｏモジュール、１３…コントローラ、１４…操作監視端末、１５…機器管理端末、１６…計装データベース、１７…携帯端末、２０…ＩＤモジュール、２１…端子部、２２…コンデンサ、２３…変復調通信回路、２４…演算回路、２５…メモリ、２６…電源回路、２７…電圧検出回路、２８…カウンタ回路、Ｃ１…伝送路、Ｃ２…ケーブル、Ｃ１１…配線端、Ｎ…ネットワーク、Ｐ…Ｉ／Ｏポート（接続部）

Claims (13)

1. フィールド機器の種別を診断する診断方法であって、
   前記フィールド機器が接続され、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能な複数の接続部を有するＩ／Ｏモジュールの前記接続部を、前記ハイブリッド信号の入力又は出力が可能な状態に設定するステップと、
   前記接続部を介して得られる前記ハイブリッド信号に含まれるディジタル信号に基づいて、前記Ｉ／Ｏモジュールの前記接続部に接続される前記フィールド機器の種別を診断するステップを有することを特徴とする診断方法。
2. 前記フィールド機器の種別の診断結果に応じて、前記フィールド機器が接続された前記接続部を、前記ハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力のうちの何れか１つが可能な状態に設定するステップを更に有することを特徴とする請求項１記載の診断方法。
3. 前記フィールド機器の種別の診断及び前記接続部の設定は、前記Ｉ／Ｏモジュールと通信可能に接続されて前記フィールド機器を制御するコントローラ、或いは前記Ｉ／Ｏモジュールに接続された携帯端末が行うことを特徴とする請求項２記載の診断方法。
4. 前記フィールド機器には、前記ハイブリッド信号の通信が可能な第１フィールド機器と、前記ハイブリッド信号の通信が不可能な第２フィールド機器とが含まれ、
   前記第２フィールド機器に対しては、少なくとも前記第２フィールド機器を識別する識別情報を提供するＩＤモジュールが並列接続されている
   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診断方法。
5. 前記ＩＤモジュールのメモリに、少なくとも前記ＩＤモジュールと接続された前記第２フィールド機器の識別情報を書き込むステップを更に有することを特徴とする請求項４記載の診断方法。
6. 前記ＩＤモジュールが、前記ＩＤモジュールのメモリに書きこまれている情報を更新するステップを更に有することを特徴とする請求項４記載の診断方法。
7. 前記ＩＤモジュールのメモリに書きこまれている情報を、データベースから取得するステップを更に有することを特徴とする請求項６記載の診断方法。
8. 少なくともフィールド機器を識別する識別情報を提供するＩＤモジュールであって、
   前記フィールド機器が接続される配線から動作に必要な電源を得る電源回路と、
   前記識別情報を記憶するメモリと、
   前記メモリに記憶された前記識別情報を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信する通信部と
   を備えることを特徴とするＩＤモジュール。
9. 前記通信部は、前記配線を介するアナログ信号に重畳されて送信されてくる前記識別情報の送信要求を受信した場合に、前記識別情報を示すディジタル信号を送信することを特徴とする請求項８記載のＩＤモジュール。
10. 前記配線の電圧を検出する電圧検出回路を更に備え、
    前記通信部は、前記電圧検出回路の検出結果を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信する
    ことを特徴とする請求項８又は請求項９記載のＩＤモジュール。
11. 前記電圧検出回路の検出結果に基づいて前記フィールド機器の動作回数を求める計数部を更に備え、
    前記通信部は、前記計数部で求められた前記動作回数を示すディジタル信号を、前記配線を介するアナログ信号に重畳させて送信する
    ことを特徴とする請求項１０記載のＩＤモジュール。
12. 前記配線に接続される端子部を更に備え、
    前記電源回路は、前記端子部に接続され、
    前記通信部は、コンデンサを介して前記端子部に接続される
    ことを特徴とする請求項８から請求項１１の何れか一項に記載のＩＤモジュール。
13. 工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムにおいて、
    複数のフィールド機器と、
    前記フィールド機器が接続され、ディジタル信号が重畳されたアナログ信号であるハイブリッド信号の入力、前記ハイブリッド信号の出力、ディジタル信号の入力、及びディジタル信号の出力を行うことが可能な複数の接続部を有するＩ／Ｏモジュールと、
    前記フィールド機器に対して並列接続される請求項８から請求項１２の何れか一項に記載のＩＤモジュールと、
    前記Ｉ／Ｏモジュールと通信可能に接続され、前記Ｉ／Ｏモジュールを制御して、Ｉ／Ｏモジュールの前記接続部に接続される前記フィールド機器の種別を診断する上位装置と
    を備えることを特徴とするプロセス制御システム。

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