JP2022155008A - フィールド機器 - Google Patents

Abstract

【課題】フィールド機器の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能なフィールド機器を提供する。【解決手段】フィールド機器１０は、物理量を計測して計測値を示す計測信号を出力するセンサ１１と、前記計測信号に対して予め定められた変換処理を行う変換部１２，１５，１６と、前記変換処理が行われた前記計測信号に応じた出力信号を出力する処理部１７と、を備え、前記処理部１７は、前記変換処理が行われた計測信号が予め定められた条件を充足する場合に、前記変換部１２，１５，１６の動作の健全性の検証を開始し、前記変換部１２，１５，１６の動作の健全性が検証されている間は、前記変換部１２，１５，１６の動作の健全性が検証される直前に取得された前記変換処理が行われた計測信号に応じた信号、又は、前記センサ１１の予め定められた計測値を示す前記計測信号に応じた信号を前記出力信号として出力する。【選択図】図４

Description

本開示は、フィールド機器に関する。

フィールド機器は、プラントにおいてセンサにより物理量を測定したり、測定した物理量を他の装置へ伝送したりする装置である。フィールド機器はプラントの配管等に取り付けて使用されることが多いため、配管等に取り付けた状態でその動作の健全性を確認できることが望ましい。特許文献１には、自装置の動作の健全性を検証するための構成を備えたフィールド機器が記載されている。特許文献１の構成によれば、配管に取り付けた状態でその動作の健全性を確認できることが可能である。

特開２０１７－１０２７８０号公報

特許文献１の構成は、センサが出力する測定値の信号を模擬信号に切り替えて、その模擬信号を、測定値を処理するための処理系に入力することで、処理系の動作の健全性を確認する。そのため、特許文献１の構成は、健全性の確認を行っている間は物理量の測定値を出力することができなかった。

本開示の目的は、フィールド機器の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能なフィールド機器を提供することである。

幾つかの実施形態に係るフィールド機器によれば、物理量を計測して計測値を示す計測信号を出力するセンサと、前記計測信号に対して予め定められた変換処理を行う変換部と、前記変換処理が行われた前記計測信号に応じた出力信号を出力する処理部と、を備え、前記処理部は、前記変換処理が行われた計測信号が予め定められた条件を充足する場合に、前記変換部の動作の健全性の検証を開始し、前記変換部の動作の健全性が検証されている間は、前記変換部の動作の健全性が検証される直前に取得された前記変換処理が行われた計測信号に応じた信号、又は、前記センサの予め定められた計測値を示す前記計測信号に応じた信号を前記出力信号として出力する。このように、処理部は、変換処理が行われた計測信号が予め定められた条件を充足する場合に、変換部の動作の健全性の検証を開始する。変換部の動作の健全性が検証されている間は、処理部は、動作検証の直前に取得された変換処理が行われた計測信号、又は、前記センサの予め定められた計測値を示す前記計測信号に応じた信号に応じた信号を出力信号として出力する。したがって、フィールド機器の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記予め定められた条件として、前記変換処理が行われた計測信号の信号レベルが予め定められた閾値未満である時間が、予め定められた基準時間、継続した場合に、前記変換部の動作の健全性の検証を開始する。したがって、センサが計測した物理量が０と考えられる時間が基準時間継続したことに応じて、フィールド機器の動作の健全性の検証を自動的に開始することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記処理部は、前記変換部の動作の健全性
が検証されている間は、前記計測値が０であることを示す前記計測信号に応じた信号を前記出力信号として出力する。センサが計測した物理量が０である状態が一定時間継続する場合、健全性の検証が行われる比較的短い時間では物理量は直ちに変化しないことが一般的である。したがって、フィールド機器の動作の健全性の検証している間も物理量を反映した値を出力することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記処理部は、予め定められた波形の模擬信号を出力する模擬信号発生回路の出力が前記変換部へ入力されている状態における、前記変換部から出力される信号の波形に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する。したがって、簡易な処理によりフィールド機器の動作の健全性を検証することが可能である。また、模擬信号発生回路からの模擬信号は、一定の周波数の信号ではなく、特定パターンで周波数が変動する信号であってもよい。これにより、フィールド機器の回路が、偶然、故障により模擬信号の周波数と同一の周波数で発振したような場合であっても、このような故障に起因する発振信号と模擬信号に基づく信号とが区別できなくなる事態を防ぐことができ、検証の信頼度を向上させることが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記処理部は、予め定められた周波数の信号を前記模擬信号として出力する前記模擬信号発生回路の出力が前記変換部へ入力されている状態における、前記変換部から出力される信号の周波数に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する。したがって、簡易な処理によりフィールド機器の動作の健全性を検証することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記処理部は、前記変換部への入力を、前記センサの出力から、前記模擬信号発生回路の出力へ切り替えて、前記変換部から出力される前記信号に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する。したがって、変換部への入力を切り替えるだけで変換部の動作の健全性を検証することができ、簡易な処理によりフィールド機器の動作の健全性を検証することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記処理部は、前記変換部の動作の健全性を検証したことにより異常が検知された場合は、その旨を示す信号を前記出力信号として出力する。したがって、そのような異常検知の信号の出力に応じてユーザに通知されることにより、ユーザは故障を容易に知ることができる。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記変換処理には、前記計測信号を増幅する処理と、前記計測信号の周波数帯域を制限する処理と、前記計測信号をアナログ／デジタル変換する処理と、の少なくともいずれかが含まれる。したがって、フィールド機器によれば、計測信号を増幅する処理と、計測信号の周波数帯域を制限する処理と、計測信号をアナログ／デジタル変換する処理とを実行する少なくともいずれかの部分の動作を検証することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、前記センサは、前記物理量として流体に発生する渦を計測する。したがって、フィールド機器は渦流量計に適用することが可能である。

一実施形態に係るフィールド機器において、第１及び第２の前記センサと、前記第１のセンサから出力された第１の前記計測信号に対して予め定められた第１の前記変換処理を行う第１の変換部と、前記第２のセンサから出力された第２の前記計測信号に対して予め定められた第２の前記変換処理を行う第２の変換部と、を備え、前記処理部は、前記第１の変換部により前記第１の変換処理が行われた前記第１の計測信号の信号レベルと、前記第２の変換部により前記第２の変換処理が行われた前記第２の計測信号の信号レベルとの
比が予め定められた前記条件を充足する場合に、前記第１の変換部及び前記第２の変換部の動作の健全性の検証を開始する。したがって、計測信号のレベル比が正常動作時に取り得る値から外れていることから、故障の発生が疑われるタイミングにおいて自動的にフィールド機器の動作の健全性を検証することができる。

本開示によれば、フィールド機器の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することができる。

比較例に係るフィールド機器の構成を示す図である。 第１実施形態に係るフィールド機器の構成例を示す図である。 フィールド機器における入出力信号の時間的推移の一例を示す図である。 フィールド機器の動作例を示すフローチャートである。 第２実施形態に係るフィールド機器の構成例を示す図である。 模擬信号発生回路の出力の一例を示す図である。 模擬信号発生回路の出力の一例を示す図である。

＜比較例＞
図１は、比較例に係るフィールド機器９０の構成を示す図である。フィールド機器９０は、センサ９１、バッファ回路９２、増幅／帯域制限回路９３、Ａ／Ｄ（Analog-to-Digital）変換回路９４、処理部９５、メモリ９６、操作表示部９７、Ｄ／Ａ（Digital-to-Analog）変換回路９８、及び出力回路９９を備える。

センサ９１は、流量、温度、又は圧力等の物理量を測定して測定値を取得する。センサ９１が取得した物理量の測定値はアナログ信号であり、バッファ回路９２に一時的に蓄えられる。バッファ回路９２に蓄えられた測定値は、増幅／帯域制限回路９３において増幅及び周波数帯域の制限の処理が行われる。増幅／帯域制限回路９３における処理の出力は、Ａ／Ｄ変換回路９４においてＡ／Ｄ変換によりデジタル信号に変換され、処理部９５へ出力される。処理部９５は、測定値に関するデータをメモリ９６に記憶させたり、操作表示部９７においてユーザ（プラントの作業員等）により選択された操作に応じて測定値に対して適宜信号処理を行ったりする。処理部９５における処理が行われた信号は、Ｄ／Ａ変換回路９８においてＤ／Ａ変換によりアナログ信号に変換され、出力回路９９を介して外部へ出力される。

比較例に係るフィールド機器９０は自装置の動作の健全性を検証するための構成を備えないため、その動作の健全性を検証するにはプラントの配管等からフィールド機器９０を取り外す必要がある。したがって、フィールド機器９０は、健全性の確認を行っている間は物理量の測定値を出力することができない。

＜本開示の実施形態＞
以下、本開示の実施形態について、図面を参照して説明する。各図面中、同一又は相当する部分には、同一符号を付している。本実施形態の説明において、同一又は相当する部分については、説明を適宜省略又は簡略化する。

（第１実施形態）
図２は、第１実施形態に係るフィールド機器１０の構成例を示す図である。フィールド機器１０は、センサ１１、バッファ回路１２、模擬信号発生回路１３、スイッチ１４、増幅／帯域制限回路１５、Ａ／Ｄ変換回路１６、処理部１７、メモリ１８、操作表示部１９
、Ｄ／Ａ変換回路２０、出力回路２１、入力回路２２、及びＡ／Ｄ変換回路２３を備える。

フィールド機器１０は、工業プラント、資源プラント、発電プラント、又は上下水道に関するプラント等の各種プラント内に配置された設備に設置される現場機器である。本実施形態では、フィールド機器１０が流体に発生する渦を計測して渦流量を測定する渦流量計である場合の例が説明されるが、フィールド機器１０の種類は渦流量計に限られない。例えば、フィールド機器１０は、電磁流量計、コリオリ式流量計、及び超音波流量計等の各種の流量計、差圧・圧力伝送器、温度伝送器、レベル計、各種設備の動作を制御する制御機能を備えた操作器、振動計、騒音計、温度計、腐食検出器、現場指示計、電空変換器、光ファイバ温度センサ、並びに小型圧力センサ等であってもよい。

センサ１１は、フィールド機器１０が設置されている設備における物理量を計測する計測部である。本実施形態に係るフィールド機器１０は渦流量計であるため、センサ１１は、カルマン渦を発生させる渦発生体、及びカルマン渦によって渦発生体に印加される圧力を計測する圧電素子等の圧力センサを備える。センサ１１は、カルマン渦によって変化する圧力の周波数（周期）を計測し、計測した周波数の正弦波信号を、流体速度を表す計測信号としてバッファ回路１２へ出力する。計測信号は一般的には正弦波である。

バッファ回路１２は、センサ１１から出力された計測信号を増幅／帯域制限回路１５に受け渡すための緩衝回路である。バッファ回路１２は、センサ１１から出力された計測信号のインピーダンスを変換し、インピーダンス変換した後の計測信号を増幅／帯域制限回路１５へ出力する変換回路である。

増幅／帯域制限回路１５は、バッファ回路１２から出力されたインピーダンス変換した後の計測信号の信号レベルを変換し、周波数帯域の範囲を制限してＡ／Ｄ変換回路１６へ出力する変換回路である。増幅／帯域制限回路１５は、バッファ回路１２から出力された計測信号を増幅する増幅機能、及び計測信号の周波数帯域を制限する帯域制限機能を備えている。より具体的には、増幅／帯域制限回路１５は、バッファ回路１２から出力された計測信号の信号レベル（例えば、信号振幅）を、Ａ／Ｄ変換回路１６におけるアナログ／デジタル変換のデジタル値の分解能が十分にとれるレベルにレベル変換（増幅）する。また、増幅／帯域制限回路１５は、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）、ハイパスフィルタ（ＨＰＦ：High-Pass Filter）、及びバンドパスフィルタ（ＢＰＦ：Band-Pass Filter）等を用いてバッファ回路１２から出力された計測信号の周波数帯域を制限する。これにより、計測信号に含まれる不要なノイズ成分は除去される。ノイズ成分が除去された後の計測信号は、Ａ／Ｄ変換回路１６へ出力される。以下の説明において、増幅／帯域制限回路１５が出力する計測信号は、「アナログ計測信号」と称される。

Ａ／Ｄ変換回路１６は、増幅／帯域制限回路１５から出力されたアナログ計測信号（アナログ信号）をアナログ／デジタル変換し、センサ１１が計測した計測信号の信号レベルの大きさに応じたデジタル値のデジタル信号（以下、「デジタル計測信号」と称される）を生成する変換回路である。生成されたデジタル計測信号は、処理部１７へ出力される。

処理部１７は、フィールド機器１０の各構成要素を制御する制御部である。処理部１７は、センサ１１からの計測信号の信号レベル（例えば、信号振幅）が、ある閾値を超えたときに流体の存在を認識し、その周波数をカウントする。一方、増幅／帯域制限回路１５においてはそのような信号周波数に最適なバンドパスフィルタが選択される。そこで、処理部１７は、入力されたデジタル計測信号をフーリエ変換し、各周波数スペクトルを算出する（Spectral Signal Processing機能）。この周波数は流量に比例する。処理部１７は、流量を示す信号として周波数に比例したデジタル信号をＤ／Ａ変換回路２０へ出力する
。なお、処理部１７自体も、デジタル計測信号から特定の周波数成分を抽出するデジタルフィルタを備えてもよい。また、処理部１７は、入力されたデジタル計測信号に応じて、流量の測定に適切なバンドパスフィルタを選択して使用してもよい。これにより、処理部１７は、流体の流量を正確に測定することができる。

処理部１７は、例えば、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）等によって構成される。処理部１７は、フィールド機器１０の機能を実現するためのアプリケーションプログラム及びデータに応じて、フィールド機器１０の各構成要素の動作を制御する。また、処理部１７は、実行されたアプリケーションプログラムに応じて、フィールド機器１０が設置されている設備の動作状態を提示するための予め定めた演算処理を行う。例えば、処理部１７は、Ａ／Ｄ変換回路１６から出力されたデジタル計測信号を、設備の動作状態を表す４ｍＡ～２０ｍＡの範囲の値を示すデジタル信号に変換する演算処理を行ってもよい。演算処理した後のデジタル信号は、Ｄ／Ａ変換回路２０へ出力される。また、処理部１７は、演算処理した結果、すなわち、設置されている設備の動作状態を操作表示部１９に表示させるための表示データを生成する演算処理を行ってもよい。演算処理した後の表示データは操作表示部１９へ出力される。このようにして、処理部１７は、操作表示部１９による表示データの表示を制御する。また、処理部１７は、演算処理した後のデジタル信号を、プラント内に専用に構築された通信ネットワークによって、例えば、プラントにおいて設備の運転を制御する制御装置に送信するための制御も行ってもよい。

また、処理部１７は、フィールド機器１０の構成要素の動作の健全性を検証するための処理を制御する動作検証部１７１を備える。処理部１７は、操作表示部１９から入力された検証実行指示信号に応じて動作検証部１７１を起動し、フィールド機器１０の構成要素の動作の健全性を検証する。本実施形態では、バッファ回路１２への入力が、スイッチ１４により、センサ１１の出力と模擬信号発生回路１３の出力との間で切り替えられるように構成される。動作検証部１７１は、スイッチ１４に対してＳＷ（スイッチ）制御信号を出力して、バッファ回路１２の入力をセンサ１１の出力と模擬信号発生回路１３の出力との間で切り替えるようにスイッチ１４の接続を制御する。本実施形態では、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の動作の健全性が検証される。ここで、動作の健全性とは、検証対象が所望の動作を正常に実行可能であることをいう。

動作検証部１７１は、フィールド機器１０の構成要素の動作を検証する際に、動作検証プログラムを実行し、実行した動作検証プログラムに従って、フィールド機器１０の構成要素の動作を制御してもよい。なお、動作検証プログラムは、フィールド機器１０の構成要素の動作を検証するためのアプリケーションプログラムである。動作検証プログラムは、処理部１７に備えた記憶部又はメモリ１８に格納されている。動作検証部１７１は、実行した動作検証プログラムに従って実施した各構成要素の動作の健全性の検証の結果（検証結果）を、検証項目ごとに出力する。また、動作検証部１７１は、全ての検証項目の検証結果を最終的に判定した結果、すなわち、フィールド機器１０の健全性の最終的な検証結果を出力する。処理部１７は、動作検証部１７１が出力した構成要素におけるそれぞれの検証項目ごとの検証結果、及び健全性の最終的な検証結果（以下、それぞれの検証結果を区別せずに表す場合には、単に「検証結果」ともいう）を、メモリ１８に記憶させる。フィールド機器１０の構成要素の検証項目には、例えば、センサ１１の動作の健全性、及びバッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の動作の健全性が含まれてもよい。

処理部１７は、動作検証部１７１が出力した健全性の最終的な検証結果を、表示データとして操作表示部１９へ出力すると共に、操作表示部１９による表示データの表示を制御してもよい。処理部１７は、動作検証部１７１が各構成要素の動作を検証しているときの状態（例えば、進捗度、経過時間、終了予定時間、及び終了通知等のステータス）を、表
示データとして操作表示部１９に表示させてもよい。処理部１７は、動作検証部１７１が出力した各構成要素における各検証項目の検証結果を順次、表示データとして操作表示部１９に表示させてもよい。この場合、処理部１７は、ユーザによって操作された操作表示部１９から入力された検証結果の切り替え指示に応じて、操作表示部１９に表示させる検証結果の検証項目を切り替えてもよい。なお、動作検証プログラムに応じたそれぞれの構成要素の動作の制御、及びフィールド機器１０の健全性の検証方法に関する詳細な説明は、後述する。

メモリ１８は、処理部１７が実行するアプリケーションプログラム、及び実行途中のデータを記憶する記憶部である。メモリ１８は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、又はフラッシュメモリ等の種々のメモリで構成される。メモリ１８は、処理部１７からの制御に応じて、データの記憶（書き込み）及びデータの出力（読み出し）を行う。

また、メモリ１８は、動作検証部１７１が動作検証プログラムに従って実施した、フィールド機器１０の各構成要素の検証結果、及びフィールド機器１０全体の健全性の検証結果を記憶してもよい。メモリ１８には、動作検証部１７１が実行する動作検証プログラムを記憶してもよい。

操作表示部１９は、処理部１７から出力された表示データを表示するための表示部、及びユーザによって操作される操作部を備えたヒューマンマシンインターフェース（ＨＭＩ：Human Machine Interface）である。表示部は、例えば、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）等の表示デバイスである。表示部は、処理部１７から出力された表示データ等を表示することによって、設置されている設備の動作状態、フィールド機器１０の健全性の最終的な検証結果、動作検証を実施したそれぞれの構成要素の検証結果、及び動作検証を行っているときの現在の状態（ステータス）等の情報をユーザに提示する。操作部は、例えば、ボタン又はキーボード類等を備えた操作デバイスである。操作部は、ユーザによる操作を受け付け、受け付けたユーザの操作を表す情報、つまり、ユーザによるフィールド機器１０の動作の指示を表す指示信号を、処理部１７へ出力する。操作部は、ユーザによってフィールド機器１０の健全性の検証を実行する指示の操作がされると、この操作に応じた検証実行指示信号を、処理部１７へ出力する。

なお、操作部は、ボタン又はキーボード類による構成に限定されるものではなく、例えば、表示部内に備えられる押圧センサによって構成されてもよい。すなわち、操作表示部１９は、表示部と操作部とが組み合わされたタッチパネルとして構成されてもよい。この場合、操作表示部１９は、表示部に種々の情報を表示してユーザに提示し、表示部に表示した情報に基づいてユーザが行った各種のタッチ（タップ及びフリック等）操作を操作部が検出してフィールド機器１０に対する動作の指示を受け付ける。操作表示部１９は、受け付けたユーザの操作を表す情報を、処理部１７へ出力する。

Ｄ／Ａ変換回路２０は、処理部１７から出力された演算処理した後のデジタル信号をデジタルアナログ変換し、センサ１１が計測した計測信号の信号レベルの大きさを表すアナログ信号（例えば、４ｍＡ～２０ｍＡの範囲の直流アナログ信号）を生成する。Ｄ／Ａ変換回路２０は、生成したアナログ信号を、出力回路２１へ出力する。なお、Ｄ／Ａ変換回路２０は、デジタルアナログ変換を行う際に、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）変調等を行ってＰＷＭ信号等を出力してもよい。

出力回路２１は、Ｄ／Ａ変換回路２０から出力されたアナログ信号を出力信号として、例えば、プラントにおいて設備の運転を制御する制御装置等のフィールド機器１０の外部へ出力する。出力回路２１は、センサ１１が計測した計測信号の信号レベルを示す出力信
号として、例えば、４ｍＡ～２０ｍＡの範囲の直流アナログ信号を出力する。なお、フィールド機器１０では、処理部１７に備えた動作検証部１７１からの制御に応じて、出力回路２１が出力する出力信号を、不図示のスイッチを介して入力回路２２に入力させてもよい。

なお、フィールド機器１０がプラント内に専用に構築された通信ネットワークによって通信を行う場合、出力回路２１は、処理部１７又は不図示の通信部から出力された通信信号を出力信号に重畳して出力してもよい。処理部１７又は不図示の通信部から出力された通信信号には、操作表示部１９に備えた表示部に表示する情報、つまり、設置されている設備の動作状態、フィールド機器１０の健全性の最終的な検証結果、動作検証を実施したそれぞれの構成要素の検証結果、及び動作検証を行っているときの現在の状態（ステータス）等の情報が含まれていてもよい。出力回路２１は、通信部、又は通信部に備えた送信機能を含んで構成されてもよい。

入力回路２２は、例えば、プラントにおいて設備の運転を制御する制御装置、又は接続された作業端末装置等のフィールド機器１０の外部から入力された入力信号（アナログ信号）を、Ａ／Ｄ変換回路２３へ出力する。なお、入力回路２２に入力される入力信号も、出力回路２１が出力する出力信号と同様に、例えば、４ｍＡ～２０ｍＡの範囲の直流アナログ信号である。入力回路２２に接続される作業端末装置としては、例えば、ユーザによる作業を支援するパーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）、又は携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）の機能を備えた、いわゆる、タブレット端末等の携帯端末機器が考えられる。

なお、フィールド機器１０がプラント内に専用に構築された通信ネットワークによって通信を行う場合、入力回路２２は、入力信号に重畳されて入力された通信信号を分離して、処理部１７又は不図示の通信部へ出力する構成であってもよい。また、入力信号に重畳されて入力される通信信号には、フィールド機器１０の健全性の検証を実行することを表す、操作表示部１９から処理部１７へ出力される検証実行指示信号に相当する指示の情報が含まれていてもよい。入力回路２２は、通信部、又は通信部に備えた受信機能を含んで構成されてもよい。

Ａ／Ｄ変換回路２３は、入力回路２２から出力された入力信号（アナログ信号）をアナログ／デジタル変換し、入力信号の信号レベルの大きさに応じたデジタル値のデジタル信号を生成する。Ａ／Ｄ変換回路２３は、生成したデジタル信号を、処理部１７へ出力する。これにより、処理部１７は、Ａ／Ｄ変換回路２３が出力したデジタル信号、つまり、フィールド機器１０へ入力された入力信号が表す情報に応じた動作及び演算処理を実行する。

なお、フィールド機器１０の構成によっては、入力回路２２及びＡ／Ｄ変換回路２３を備えなくてもよい。

模擬信号発生回路１３は、動作検証部１７１からの制御に応じて、フィールド機器１０の構成要素の動作を検証する際に、センサ１１が出力する計測信号に相当する疑似的な計測信号をスイッチ１４へ出力する。この疑似的な計測信号は「模擬信号」と称される。フィールド機器１０の構成要素の動作を検証する場合、動作検証部１７１は、ＯＮのＳＷ制御信号をスイッチ１４へ出力して、スイッチ１４にバッファ回路１２と模擬信号発生回路１３とを接続させる。この場合、模擬信号発生回路１３は、スイッチ１４を介して模擬信号をバッファ回路１２へ出力する。すなわち、模擬信号発生回路１３は、フィールド機器１０の構成要素の動作を検証する際に、動作検証に必要な信号レベルの計測信号を、センサ１１に代わってバッファ回路１２へ出力する。そして、模擬信号発生回路１３は、動作
検証部１７１からの制御に応じて、模擬信号の信号レベルの大きさを、構成要素の動作範囲を網羅する大きさに調整する。これにより、フィールド機器１０は、構成要素の動作範囲の全体にわたってフィールド機器１０の構成要素の動作を検証すること、すなわち、フィールド機器１０の健全性の検証における網羅度を高めることが可能となる。

前述のようにスイッチ１４は、動作検証部１７１から入力されるＳＷ制御信号に応じて、バッファ回路１２へ出力する計測信号を切り替える。より具体的には、フィールド機器１０が、設置されている設備の動作状態を計測する通常の計測動作を行う場合、スイッチ１４には動作検証部１７１からＯＦＦのＳＷ制御信号が入力され、スイッチ１４は、バッファ回路１２の入力をセンサ１１に接続する。この場合、バッファ回路１２にはセンサ１１から出力された計測信号が入力される。一方、フィールド機器１０が、健全性を検証する検証動作を行う場合、スイッチ１４には動作検証部１７１からＯＮのＳＷ制御信号が入力される。このようなＯＮのＳＷ制御信号が入力されている間、スイッチ１４は、バッファ回路１２の入力を模擬信号発生回路１３へ切り替える。さらに、動作検証部１７１は、模擬信号発生回路１３に模擬信号を出力させる。したがって、検証動作の間、バッファ回路１２には模擬信号発生回路１３から出力された模擬信号が入力される。

このような構成によって、フィールド機器１０では、処理部１７に備えた動作検証部１７１が実行した動作検証プログラムに従って、フィールド機器１０単体で、フィールド機器１０自身の健全性を検証する。言い換えれば、フィールド機器１０は、機器点検端末等の外部の機器を用いることなく、健全性を検証することも可能である。

本実施形態に係るフィールド機器１０は渦流量計であるため、模擬信号発生回路１３は、センサ１１の圧力センサが計測する、カルマン渦によって変化する圧力の変化を模擬した正弦波信号を、模擬信号として出力する。より具体的には、模擬信号発生回路１３は、例えば、ローパスフィルタ等のフィルタ回路を通して正弦波信号を生成し、さらに、生成した正弦波信号を分圧回路によって予め定めた電圧値に分圧して、様々な流体速度を模擬した周波数を有する正弦波信号を模擬信号として生成する。模擬信号発生回路１３は、生成した模擬信号をスイッチ１４へ出力する。なお、圧力の変化を模擬した周波数のクロック信号（矩形波信号）は、例えば、処理部１７が動作するクロック信号を処理部１７に備えた不図示のタイマ回路を利用して分周することによって生成することができる。クロック信号は、クロック回路が発振した原発振クロックの信号、又は原発振クロックを分周した分周クロックの信号等である。つまり、模擬信号発生回路１３は、処理部１７から入力されたクロック信号（矩形波信号）に基づいて正弦波の模擬信号を生成することができる。なお、フィールド機器１０が渦流量計又は振動式の圧力伝送器である場合、圧力の変化を模擬したクロック信号（矩形波信号）の周波数は、例えば、数Ｈｚ～数十ｋＨｚであると考えられる。

なお、上述したセンサ１１の構成、模擬信号発生回路１３の構成及び出力する模擬信号等は一例であり、フィールド機器１０の種類によって様々構成及び模擬信号が採用されてもよい。例えば、フィールド機器１０が電磁流量計の場合、模擬信号発生回路１３は、様々な流体速度を模擬した直流電圧を有する電圧信号を模擬信号として生成する。

図３は、本実施形態に係るフィールド機器１０における入出力信号の時間的推移の一例を示す図である。図３において、「センサ信号」はセンサ１１が出力する計測信号の信号レベルの時間的推移を示す。「ＳＷ制御信号」は、動作検証部１７１からスイッチ１４へ出力されるＳＷ制御信号の信号レベルの時間的推移を示す。「模擬信号」は、模擬信号発生回路１３からスイッチ１４を介してバッファ回路１２へ出力される模擬信号の信号レベルの時間的推移を示す。「Ａ／Ｄ変換回路入力」は、Ａ／Ｄ変換回路１６から処理部１７へ入力される信号の信号レベルの時間的推移を示す。「出力回路出力」は、出力回路２１
から外部へ出力される信号の信号レベルの時間的推移を示す。

図３の例では、センサ信号の信号レベルは時刻ｔ１まで０を超えているが、時刻ｔ１以後０になっている。これは、時刻ｔ１以前は流体の流量が観測されたが、時刻ｔ１以後は流量が０の状態となったことを示している。動作検証部１７１は、配管内の流量が０となり、センサ１１からの計測信号の信号レベルがある閾値を超えない状態（すなわち、配管内の流量が０の状態が続いている状態）は流量０とみなす。流量０とみなすべき信号レベルの閾値は、センサ１１において生じうるノイズに基づき予め設定されている。

動作検証部１７１は、流量０が基準時間ｔｄの間継続した場合、ＯＮのＳＷ制御信号を出力する。基準時間ｔｄは予め定められた設定値である。図３では、時刻ｔ１から基準時間ｔｄ経過した時刻ｔ２から一定期間、動作検証部１７１によりＯＮのＳＷ制御信号が出力されている。ＯＮのＳＷ制御信号が出力されている間、スイッチ１４は、バッファ回路１２の入力の接続をセンサ１１から模擬信号発生回路１３へ切り替える。さらに、動作検証部１７１は、模擬信号発生回路１３に模擬信号を出力させる。これにより、動作検証中においては、バッファ回路１２に模擬信号が入力される。

動作検証部１７１は、スイッチ１４に対してＯＮのＳＷ制御信号を出力している間、模擬信号発生回路１３に特定の周波数ｆ１（＞０）の模擬信号を出力させる。センサ１１が出力する計測信号は正弦波である。これに対して、模擬信号発生回路１３の信号は、正弦波又は方形波でもよい。図３は、縦軸をＤＣ（直流）レベルのように記載しているが、模擬信号については正弦波又は方形波の振幅を示す。模擬信号発生回路１３は特定の周波数ｆ１［Ｈｚ］の模擬信号を出力する。図３に示すように、模擬信号の周期は、図３においてＳＷ制御信号がＯＮに設定されている期間よりも十分短い。模擬信号の信号波の詳細については、図６Ａ及び図６Ｂを参照して後述する。模擬信号はＡ／Ｄ変換回路１６においてアナログ／デジタル変換され、動作検証部１７１において模擬信号の周波数が判定される。

図３に示すように、Ａ／Ｄ変換回路１６から処理部１７への入力信号は、バッファ回路１２の入力がセンサ１１に接続されている間はセンサ１１が出力する計測信号の波形に類似した波形を示す。ＯＮのＳＷ制御信号が出力されて、バッファ回路１２の入力が模擬信号を出力する模擬信号発生回路１３に接続されていると、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力信号は模擬信号の波形に類似した波形を示す。

流体が流れている状態、すなわち、計測信号の信号レベルが流量０と判定すべき閾値を超える状態では、動作検証部１７１は診断を実施しない。これは、センサ１１からの信号と模擬信号発生回路１３からの信号を処理部１７が区別することができないことがあるためである。一方で、配管内の流量が０の時、センサ１１の出力の周波数は０Ｈｚであるため、模擬信号の周波数ｆ１を０Ｈｚではないように設定しておけば、動作検証部１７１は、センサ１１からの出力と模擬信号発生回路１３からの出力を区別することができる。ここで、処理部１７の動作検証部１７１は、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力信号のレベルが予め定められた閾値未満のときは、センサ１１で計測された流量が０であると判定してもよい。そこで、動作検証部１７１は、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力信号がセンサ１１の出力に基づく場合は、その信号レベルに応じた信号をそのままＤ／Ａ変換回路２０へ出力する。一方、動作検証部１７１は、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力信号が模擬信号発生回路１３の出力に基づく場合は、模擬信号の波形に関わらず信号レベル０の信号をＤ／Ａ変換回路２０へ出力する。これは時刻ｔ１からｔ２までの間においてセンサ１１で計測された流量が０であるためである。処理部１７は、ｔ２以降も同じ状態の流量０を示す信号をＤ／Ａ変換回路２０へ出力することで、フィールド機器１０の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが継続できる。このようにバッファ回路１２へ模擬
信号が入力されている場合に、処理部１７からＤ／Ａ変換回路２０へ出力する信号のレベルを特定の値（ここでの例では直前の測定値である「０」）に固定する処理は、出力回路のマスクと称される。出力回路のマスクにより、出力回路２１の出力は、図３のように、流量が０を超える間はセンサ１１の出力信号の波形を反映したものとなり、流量が０となり模擬信号発生回路１３がバッファ回路１２に接続している間は模擬信号の波形に関わらず０に固定される。なお、出力回路のマスクは出力回路２１の出力の信号レベル「０」を固定するものに限られず、他の直前の測定値に固定してもよい。例えば、処理部１７は、流量の時間的変動が小さい場合（例えば、単位時間当たりの流量の変動が予め定められた閾値未満の場合）に、正の直前の測定値によりマスクを行ってもよい。また、処理部１７は、健全性検証の直前の流量の測定値にかかわらず、健全性検証の間はセンサ１１の予め定められた計測値（例えば、流量０）によりマスクを行うようにしてもよい。

このように、本実施形態では、模擬信号発生回路１３がバッファ回路１２へ接続されてから、動作検証部１７１で判断している間、出力回路２１の出力を流量０相当の出力に固定する。このようにしても、配管内の流量が０の状態が続いているので、出力回路２１の出力はセンサ１１で測定されるはずの物理量を反映している。したがって、本実施形態によれば、フィールド機器１０の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能となる。

さらに、動作検証部１７１は、模擬信号発生回路１３がバッファ回路１２へ接続されている間（すなわち、ＳＷ制御信号がＯＮの間）に、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力される信号の周波数に基づき、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の健全性を検証する。すなわち、動作検証部１７１は、模擬信号発生回路１３がバッファ回路１２へ接続されている間に、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力される信号の周波数がｆ１であれば正常、ｆ１でなければ異常と判断する。図３の例では、時刻ｔ３から一定期間、ＳＷ制御信号がＯＮになっているにもかかわらず、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力される信号の信号レベルは０である。このような場合、動作検証部１７１は、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の少なくともいずれかに異常があると判断する。

このような検証の結果、正常と判断された場合、動作検証部１７１は、ＳＷ制御信号をＯＦＦに戻し、センサ１１の出力をバッファ回路１２へ接続する。また、動作検証部１７１は、出力回路２１の出力固定のマスクを解除する。一方、異常と判断された場合、動作検証部１７１は、出力回路２１の出力をバーンアウトさせたり、ステータス異常を上位の機器に通知したりする。バーンアウトとは、フィールド機器１０の構成要素に異常が発覚した場合に、規格（例えば、４ｍＡ～２０ｍＡ）外の信号を出力する（例えば、３．６ｍＡ以下、又は、２１．６ｍＡ以上）ことで異常を通知することをいう。図３の例では、時刻ｔ３にＳＷ制御信号をＯＮにしたにもかかわらず、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力は０であるため、動作検証部１７１は異常を検知する。そこで、動作検証部１７１は、時刻ｔ４に出力回路２１が３．６ｍＡ未満の信号を出力してバーンアウトを行っている。このように、動作検証部１７１は、模擬信号が入力されているにもかかわらず、それに応じた出力がなされていない場合に異常を検知し、そのことを他の装置等に通知することが可能である。

図４は、フィールド機器１０の動作例を示すフローチャートである。図４の各ステップは処理部１７の制御に基づき実行される。以下の処理の前提として、ＳＷ制御信号はＯＦＦであり、スイッチ１４によりバッファ回路１２にセンサ１１が接続されて、物理量の測定が行われている場合について説明される。

ステップＳ１において、処理部１７は、Ａ／Ｄ変換回路１６からの入力信号のレベルが
予め定められた閾値未満である時間がＴｄだけ継続したか否かを判定する。この閾値は、計測信号の信号レベルを流量０と判定すべき上限の値である。処理部１７は、入力信号のレベルが閾値未満である時間がＴｄだけ継続した場合（ステップＳ１でＹＥＳ）はステップＳ２へ進み、そうでない場合（ステップＳ１でＮＯ）はステップＳ１の処理を継続する。なお、本実施形態に係るフィールド機器１０は、流量が０の場合に動作の健全性を検証するが、これに代えて、流量が特定の値を一定時間継続して出力する場合に健全性が検証されてもよい。

ステップＳ２において、処理部１７は、出力回路２１の出力を特定の値（例えば、直前の測定値）でマスクする。センサ１１の測定値が０の場合に健全性の検証する場合、例えば、処理部１７は健全性検証の直前の信号レベル「０」の固定値をＤ／Ａ変換回路２０へ出力してもよい。前述のように、処理部１７は、変換部の動作の健全性が検証される直前に取得された変換処理が行われた計測信号に応じた信号に代えて、センサ１１の予め定められた計測値を示す計測信号に応じた信号を出力するようにしてもよい。

ステップＳ３において、処理部１７は、スイッチ１４へＯＮのＳＷ制御信号を出力して、バッファ回路１２の入力をセンサ１１から模擬信号発生回路１３へ切り替える。

ステップＳ４において、処理部１７は、模擬信号発生回路１３から周波数ｆ１の模擬信号を出力するように制御する。なお、処理部１７は、図３のように、バッファ回路１２の入力がセンサ１１から模擬信号発生回路１３へ切り替わる前から模擬信号発生回路１３から模擬信号を出力するようにしてもよい。

ステップＳ５において、処理部１７は、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力される信号の周波数ｆが模擬信号の周波数ｆ１と同一か否かを判定する。周波数ｆが模擬信号の周波数ｆ１と同一の場合（ステップＳ５でＹＥＳ）はステップＳ６へ進み、そうでない場合（ステップＳ５でＮＯ）はステップＳ９へ進む。バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６が正常に動作しているならば、Ａ／Ｄ変換回路１６から入力される信号の周波数ｆは模擬信号の周波数ｆ１と一致するはずである。したがって、Ｓ６以下の処理は異常が検知されなかった場合の処理に当たり、Ｓ９の処理は異常が検知された場合の処理に当たる。

ステップＳ６において、処理部１７は、模擬信号の周波数が０［Ｈｚ］に変更する。例えば、処理部１７は、模擬信号発生回路１３の出力を０に固定してもよい。

ステップＳ７において、処理部１７は、スイッチ１４へＯＦＦのＳＷ制御信号を出力して、バッファ回路１２の入力を模擬信号発生回路１３からセンサ１１へ切り替える。

ステップＳ８において、処理部１７は、出力回路２１の出力のマスクを解除する。これにより、出力回路２１からはセンサ１１で計測された測定値に応じた信号が出力されることになる。

一方、ステップＳ９において、処理部１７は、バーンアウトを行って他の装置へ警告する。そして、処理部１７はフローチャートの処理を終了する。

以上のように、フィールド機器１０は、物理量を計測して計測値を示す計測信号を出力するセンサ１１と、計測信号に対して予め定められた変換処理を行う変換部と、変換処理が行われた計測信号に応じた出力信号を出力する処理部１７とを備える。ここで、本実施形態に係る変換部は、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６を備える。処理部１７は、変換処理が行われた計測信号が予め定められた条件を充足
する場合に、変換部の動作の健全性の検証を開始する。処理部１７は、変換部の動作の健全性が検証されている間は、動作検証の直前に取得された変換処理が行われた計測信号に応じた信号、又は、センサ１１の予め定められた計測値を示す計測信号に応じた信号を出力信号として出力する。したがって、フィールド機器１０によれば、フィールド機器１０の動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能である。

また、フィールド機器１０の処理部１７は、予め定められた条件として、変換処理が行われた計測信号の信号レベルが予め定められた閾値未満である時間が予め定められた基準時間ｔｄの間継続した場合に、変換部の動作の健全性の検証を開始する。したがって、フィールド機器１０によれば、センサ１１が計測した物理量が０と考えられる時間が基準時間ｔｄだけ継続したことに応じて、フィールド機器１０の動作の健全性の検証を開始することが可能である。よって、ユーザが動作の健全性を検証するために装置の運転停止等を行わなくても、フィールド機器１０は、測定に影響を与えない状況を自動的に判別して、動作の健全性を検証することができる。

また、フィールド機器１０の処理部１７は、変換部の動作の健全性が検証されている間は、計測値が０であることを示す計測信号に応じた信号を出力信号として出力する。センサ１１が計測した物理量が０である状態が一定時間継続する場合、物理量は直ちに変化しないことが一般的である。したがって、フィールド機器１０によれば、フィールド機器１０の動作の健全性の検証している間も物理量を反映した値を出力することが可能である。

また、フィールド機器１０の処理部１７は、予め定められた波形の模擬信号を出力する模擬信号発生回路１３の出力が変換部へ入力されている状態における、変換部から出力される信号の波形に基づき変換部の動作の健全性を検証する。そのような予め定められた波形の模擬信号の一例として、処理部１７は、予め定められた周波数ｆ１の模擬信号を変換部へ入力し、変換部から出力される信号の周波数に基づき変換部の動作の健全性を検証する。例えば、処理部１７は、変換部から出力される信号の周波数が周波数ｆ１と異なる場合に異常を検知してもよい。したがって、フィールド機器１０によれば、簡易な処理によりフィールド機器１０の動作の異常を検知することが可能である。

また、フィールド機器１０の処理部１７は変換部への入力を、センサ１１の出力から、模擬信号発生回路１３の出力へ切り替えて、変換部から出力される信号に基づき変換部の動作の健全性を検証する。したがって、フィールド機器１０によれば、変換部への入力を切り替えるだけで変換部の動作の健全性を検証することができ、簡易な処理によりフィールド機器１０の動作の健全性を検証することが可能である。

また、フィールド機器１０の処理部１７は、変換部の動作の健全性を検証したことにより異常が検知された場合は、その旨を示す信号（例えば、バーンアウトの信号）を出力する。異常が検知されたことを示す信号は、例えば、操作表示部１９に異常検知を示す表示を行わせたり、他の装置に異常検知を通知したりする信号であってもよい。したがって、フィールド機器１０によれば、ユーザは故障を容易に知ることができる。例えば、ユーザは、以降のメーカ側との対応をスムーズに行うことができる。

上記のように、本実施形態に係るフィールド機器１０は、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の健全性を診断して、故障の箇所を特定することができる。すなわち、フィールド機器１０は、変換器又は検出器を取り外したり、個別にテスタ又は外部機器を用いて診断したりすることなく、配管に取り付けた状態又はセンサ１１がとりついた状態で、その動作検証を行うことが可能である。さらに、構成要素の不具合の発生が疑われる場合に、フィールド機器１０は、センサ１１における不具合と、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６における不具合と
を区別することができるため、不具合発生時のユーザの負担を軽減することもできる。

（第２実施形態）
第１実施形態では、センサ１１、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６がいずれも１つ存在するフィールド機器１０の構成例を説明した。しかし、フィールド機器１０の構成はこのようなものに限られず、センサ１１、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６が複数存在してもよい。そのような例として、本実施形態では、センサ１１、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６がいずれも２つずつ存在するフィールド機器３０の構成例を説明する。図５は、第２実施形態に係るフィールド機器３０の構成例を示す図である。図５において、第１実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

フィールド機器３０は、センサ１１ａ，１１ｂ、バッファ回路１２ａ，１２ｂ、模擬信号発生回路１３、スイッチ１４ａ，１４ｂ、増幅／帯域制限回路１５ａ，１５ｂ、Ａ／Ｄ変換回路１６ａ，１６ｂ、処理部１７、メモリ１８、操作表示部１９、Ｄ／Ａ変換回路２０、出力回路２１、入力回路２２、及びＡ／Ｄ変換回路２３を備える。フィールド機器３０は、センサ１１ａの計測信号とセンサ１１ｂの計測信号とに基づき、ノイズの多い環境下でノイズを相殺するようにしてもよい。あるいは、フィールド機器３０は、センサ１１ａの計測信号とセンサ１１ｂの計測信号とをそれぞれ単一の信号として利用してもよい。

このような構成において、スイッチ１４ａは、動作検証部１７１から入力されるＳＷ制御信号に基づき、バッファ回路１２ａの入力を、センサ１１ａの出力信号及び模擬信号発生回路１３の出力信号との間で切り替える。スイッチ１４ｂは、動作検証部１７１から入力されるＳＷ制御信号に基づき、バッファ回路１２ｂの入力を、センサ１１ｂの出力信号及び模擬信号発生回路１３の出力信号との間で切り替える。

フィールド機器３０の処理部１７は、次の（１）又は（２）の条件を満たす状態が基準時間ｔｄ間だけ継続した場合に、ＳＷ制御信号をＯＦＦからＯＮへ切り替え、模擬信号発生回路１３からバッファ回路１２ａ，１２ｂへ模擬信号を出力する。模擬信号は、予め定められた波形の信号（例えば、予め定められた周波数の信号）である。
（１）センサ１１ａ，１１ｂからの計測信号のいずれかが０とみなせる信号レベルであること。
（２）各センサ１１ａ，１１ｂの計測信号のレベル比（例えば、（センサ１１ａの信号レベル）／（センサ１１ｂの信号レベル））が予め定められた閾値を超えるか、あるいは、予め定められた別の閾値を下回ること。

（１）の条件は、第１実施形態と同様に、例えば、センサ１１ａ，１１ｂからの計測信号のいずれかの信号レベルが予め定められた閾値を超えないことにより検出することができる。（１）の条件を満たす状態が基準時間ｔｄ間だけ継続した場合に計測信号が０となっているセンサ１１ａ又は１１ｂのいずれかの診断を行うとともに、診断中であるセンサ１１ａ又は１１ｂのいずれかの計測信号に応じた出力信号の出力を行う場合に、前述の出力回路２１のマスクを行う。すなわち、処理部１７は、変換部の動作の健全性が検証されている間は、動作の健全性が検証される直前に取得された変換処理が行われた計測信号に応じた信号、又は、センサ１１ａ又は１１ｂの予め定められた計測値を示す計測信号に応じた信号を出力信号として出力する。これにより、フィールド機器１０は、フィールド機器３０の動作の健全性を確認している間も物理量（例えば、流体に発生する渦）の測定値を出力することが可能である。

（２）の条件は、センサ１１ａ、バッファ回路１２ａ、増幅／帯域制限回路１５ａ、及
びＡ／Ｄ変換回路１６ａを含む第１の測定系と、センサ１１ｂ、バッファ回路１２ｂ、増幅／帯域制限回路１５ｂ、及びＡ／Ｄ変換回路１６ｂを含む第２の測定系とのいずれかが故障していることに対応する。（２）の条件における閾値は、センサ１１ａ，１１ｂの計測信号のレベル比が正常動作時に取り得る値の範囲に基づき決定される。このように、フィールド機器３０は、（２）の条件を満たす状態が基準時間ｔｄ間だけ継続した場合に模擬信号をバッファ回路１２ａ，１２ｂへ出力して動作検証を行う。したがって、フィールド機器３０は、計測信号のレベル比が正常動作時に取り得る値から外れていることから故障の発生が疑われるタイミングにおいて、自動的にフィールド機器３０の動作の健全性を検証することができる。また、処理部１７は、健全性の検証中であるセンサ１１ａ又は１１ｂのいずれかの計測信号に応じた出力信号の出力を行う場合に、前述の出力回路２１のマスクを行うことで、動作の健全性を確認している間も物理量の測定値を出力することが可能である。

なお、動作検証部１７１は、信号レベルが０とみなせる計測信号を出力していると考えられるセンサ１１ａ又は１１ｂのいずれかに対応するバッファ回路１２ａ又は１２ｂのいずれかの入力を、模擬信号発生回路１３の出力へ切り替えて動作検証を行ってもよい。例えば、（センサ１１ａの信号レベル）／（センサ１１ｂの信号レベル））が予め定められた第１の閾値を超える場合は、センサ１１ｂの信号レベルは非常に小さいといえる。したがって、そのような場合、動作検証部１７１は、バッファ回路１２ｂの入力に模擬信号発生回路１３の出力が接続するように、スイッチ１４ｂを切り替えてもよい。また、例えば、（センサ１１ａの信号レベル）／（センサ１１ｂの信号レベル））が予め定められた第２の閾値（第２の閾値＜第１の閾値）を下回る場合は、センサ１１ａの信号レベルは非常に小さいといえる。したがって、そのような場合、動作検証部１７１は、バッファ回路１２ａの入力に模擬信号発生回路１３の出力が接続するように、スイッチ１４ａを切り替えてもよい。

また、（２）のセンサ１１ａ，１１ｂの計測信号レベル比として、動作検証部１７１は、フーリエ変換後の最大パワースペクトラムの比を算出してもよい。これにより、動作検証部１７１は、信号レベルだけでなく周波数成分にも基づいて、バッファ回路１２ａ，１２ｂ、増幅／帯域制限回路１５ａ，１５ｂ、及びＡ／Ｄ変換回路１６ａ，１６ｂの健全性を確認して、より信頼度の高い診断を行うことができる。例えば、動作検証部１７１は、センサ１１ａ側はバンド１に最大スペクトラムが観測されるが、センサ１１ｂ側はバンド２に最大スペクトラムが観測されるような状態を異常として判断してもよい。

また、スイッチ１４ａ，１４ｂの種類を変更し、センサ１１ａの信号をバッファ回路１２ｂに接続したり、センサ１１ｂの信号をバッファ回路１２ａに接続したりしてもよい。すなわち、バッファ回路１２ａの入力をセンサ１１ａ及び模擬信号発生回路１３だけでなく、センサ１１ｂとの間でも切り替え可能にし、バッファ回路１２ｂの入力をセンサ１１ｂ及び模擬信号発生回路１３だけでなく、センサ１１ａとの間でも切り替え可能にしてもよい。これにより、バッファ回路１２ａ，１２ｂからＡ／Ｄ変換回路１６ａ，１６ｂまでの異常だけでなく、センサ１１ａ，１１ｂ側の故障をも識別することが可能になる。すなわち、バッファ回路１２ａ，１２ｂからＡ／Ｄ変換回路１６ａ，１６ｂまでの異常は、第１実施形態と同様に、模擬信号をバッファ回路１２ａ，１２ｂを入力した場合のＡ／Ｄ変換回路１６ａ，１６ｂの出力の周波数が模擬信号に適合するか否かに基づき識別することができる。さらに、例えば、バッファ回路１２ａへの入力がセンサ１１ａに接続されている場合と、センサ１１ｂに接続されている場合とで、Ａ／Ｄ変換回路１６ａの出力を比較し、両者が大きく異なる場合は、センサ１１ａ，１１ｂのいずれかに故障が生じていることを判別することができる。なお、異常が検知された場合、処理部１７は、その旨を示す信号を出力信号として出力する点は第１実施形態と同様である。

（その他の実施形態）
第１及び第２実施形態では、予め定められた周波数の信号を模擬信号として出力する模擬信号発生回路１３の出力が変換部へ入力されている状態における、変換部から出力される信号の周波数に基づき変換部の動作の健全性を検証する例を説明した。しかし、模擬信号発生回路１３からの模擬信号は、一定の周波数の信号ではなく、特定パターンで周波数が変動する信号であってもよい。模擬信号を特定のパターンで周波数が変動する信号とすることで、診断の信頼度を向上させることができる。図６Ａ及び図６Ｂは、模擬信号発生回路１３の出力の一例を示す図である。

図６Ａは、周波数が一定の模擬信号の一例を示している。図６Ｂは、予め定められた特定のパターンの波形で変動する模擬信号の一例を示している。図６Ａのように、模擬信号の周波数が一定の場合、フィールド機器１０，３０の回路が偶然その周波数と同一の周波数で発振する故障をしているときは、そのような故障に起因する発振信号と模擬信号に基づく信号とを区別できない場合がある。そのような場合、フィールド機器１０，３０は、バッファ回路１２、増幅／帯域制限回路１５、及びＡ／Ｄ変換回路１６の動作の異常を検知することができないおそれがある。これに対して、模擬信号の波形が予め定められた特定のパターンで変動する場合、フィールド機器１０，３０の回路が故障に起因してそのパターンと同一の波形で発信する可能性は極めて低いため、回路の発信により動作の健全性を検証できなくなることを防止することができる。したがって、模擬信号として予め定められた複雑なパターンの波形を有する信号を用いて、その波形と一致するか否かによって動作の健全性を検証することで、検証の信頼度を向上させることが可能となる。なお、信号の波形が一致するか否かの判定は、波形を直接比較したり、あるいは、信号の周波数スペクトルを比較したりして行ってもよい。

このような模擬信号は、例えば、フィールド機器１０，３０について過去に認識された各類型の故障モードを解析し、故障に基づく発振により観察される信号の波形と区別可能な信号を選択することにより決定してもよい。あるいは、模擬信号は、フィールド機器１０，３０の利用形態に応じて、液相における気泡混入、配管衝撃、又は配管振動等に応じて特定の波形の信号が発生することが分かっている場合、そのような信号の波形と区別可能な信号を選択することにより決定してもよい。

また、動作検証部１７１がＯＮのＳＷ制御信号を出力して模擬信号により動作検証を行う条件を、流量０の状態が一定時間継続した場合だけでなく、次のように設定してもよい。
・特定の時刻あるいは特定の期間にＳＷ制御信号をＯＮとする（例えば、予め流量が０になる事が分かっている時刻においてＳＷ制御信号をＯＮにする。）。
・特定の診断アラームの発生によりＳＷ制御信号をＯＮにする。
・外部からのステータス信号の入力によりＳＷ制御信号をＯＮにする（例えば、プラントにおいて流体の放出を停止したことを示すステータス信号の入力に応じて、ＳＷ制御信号をＯＮにする。）。
これにより、ユーザが所望とするタイミングでフィールド機器１０，３０の動作の健全性を検証することができる。

本開示は上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、ブロック図に記載の複数のブロックは統合されてもよいし、又は１つのブロックは分割されてもよい。フローチャートに記載の複数のステップは、記述に従って時系列に実行する代わりに、各ステップを実行する装置の処理能力に応じて、又は必要に応じて、並列的に又は異なる順序で実行されてもよい。その他、本開示の趣旨を逸脱しない範囲での変更が可能である。

１０ フィールド機器
１１ センサ
１２ バッファ回路
１３ 模擬信号発生回路
１４ スイッチ
１５ 増幅／帯域制限回路
１６ Ａ／Ｄ変換回路
１７ 処理部
１７１ 動作検証部
１８ メモリ
１９ 操作表示部
２０ Ｄ／Ａ変換回路
２１ 出力回路
２２ 入力回路
２３ Ａ／Ｄ変換回路
３０ フィールド機器
９０ フィールド機器
９１ センサ
９２ バッファ回路
９３ 増幅／帯域制限回路
９４ Ａ／Ｄ変換回路
９５ 処理部
９６ メモリ
９７ 操作表示部
９８ Ｄ／Ａ変換回路
９９ 出力回路

Claims (10)

1. 物理量を計測して計測値を示す計測信号を出力するセンサと、
   前記計測信号に対して予め定められた変換処理を行う変換部と、
   前記変換処理が行われた前記計測信号に応じた出力信号を出力する処理部と、
   を備え、
   前記処理部は、
   前記変換処理が行われた計測信号が予め定められた条件を充足する場合に、前記変換部の動作の健全性の検証を開始し、
   前記変換部の動作の健全性が検証されている間は、前記変換部の動作の健全性が検証される直前に取得された前記変換処理が行われた計測信号に応じた信号、又は、前記センサの予め定められた計測値を示す前記計測信号に応じた信号を前記出力信号として出力する、
   フィールド機器。
2. 前記処理部は、前記予め定められた条件として、前記変換処理が行われた計測信号の信号レベルが予め定められた閾値未満である時間が、予め定められた基準時間、継続した場合に、前記変換部の動作の健全性の検証を開始する、請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記処理部は、前記変換部の動作の健全性が検証されている間は、前記計測値が０であることを示す前記計測信号に応じた信号を前記出力信号として出力する、請求項２に記載のフィールド機器。
4. 前記処理部は、予め定められた波形の模擬信号を出力する模擬信号発生回路の出力が前記変換部へ入力されている状態における、前記変換部から出力される信号の波形に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する、請求項１から３のいずれか一項に記載のフィールド機器。
5. 前記処理部は、予め定められた周波数の信号を前記模擬信号として出力する前記模擬信号発生回路の出力が前記変換部へ入力されている状態における、前記変換部から出力される信号の周波数に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する、請求項４に記載のフィールド機器。
6. 前記処理部は、前記変換部への入力を、前記センサの出力から、前記模擬信号発生回路の出力へ切り替えて、前記変換部から出力される前記信号に基づき前記変換部の動作の健全性を検証する、請求項４又は５に記載のフィールド機器。
7. 前記処理部は、前記変換部の動作の健全性を検証したことにより異常が検知された場合は、その旨を示す信号を前記出力信号として出力する、請求項１から６のいずれか一項に記載のフィールド機器。
8. 前記変換処理には、前記計測信号を増幅する処理と、前記計測信号の周波数帯域を制限する処理と、前記計測信号をアナログ／デジタル変換する処理と、の少なくともいずれかが含まれる、請求項１から７のいずれか１項に記載のフィールド機器。
9. 前記センサは、前記物理量として流体に発生する渦を計測する、請求項１から８のいずれか一項に記載のフィールド機器。
10. 第１及び第２の前記センサと、
    前記第１のセンサから出力された第１の前記計測信号に対して予め定められた第１の前
    記変換処理を行う第１の変換部と、
    前記第２のセンサから出力された第２の前記計測信号に対して予め定められた第２の前記変換処理を行う第２の変換部と、
    を備え、
    前記処理部は、前記第１の変換部により前記第１の変換処理が行われた前記第１の計測信号の信号レベルと、前記第２の変換部により前記第２の変換処理が行われた前記第２の計測信号の信号レベルとの比が予め定められた前記条件を充足する場合に、前記第１の変換部及び前記第２の変換部の動作の健全性の検証を開始する、
    請求項１に記載のフィールド機器。
    

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