JP2868162B2

JP2868162B2 - 二重化フィールドバスシステム

Info

Publication number: JP2868162B2
Application number: JP3065948A
Authority: JP
Inventors: 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-29
Filing date: 1991-03-29
Publication date: 1999-03-10
Anticipated expiration: 2014-03-10
Also published as: US5412643A; JPH0576077A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、二重化フィールドバス
システムに係り、特に、伝送路を二重化し、各伝送路に
複数のフィールド機器を接続したマルチドロップ接続構
成において、高い信頼性の維持を容易に実現する二重化
フィールドバスシステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】所謂フィールド機器と称される機器は、
通常、各種プラントにおける各部の圧力、温度、流量な
どの物理量を検出し、その値を電気信号に変換し、伝送
路を介して上位計器へ伝送したり、また反対に、上位計
器から伝送される制御信号を受信し、プラントのバルブ
等を制御する。伝送路における計測信号や制御信号等の
電気信号の伝送は、信号がアナログ信号の場合には規格
化されており、フィールド機器と上位計器の間では４〜
２０ｍＡのアナログ電流信号の伝送が行われている。ま
た従来のフィールド機器と上位計器との間の伝送路で
は、一般的に、アナログ信号による一方向通信が行われ
ていた。しかし近年、半導体集積回路技術の向上により
マイクロプロセッサ内蔵のフィールド機器が開発され、
実用化されてきている。このフィールド機器によれば、
伝送路上でアナログ信号による前記一方向通信の他に、
ディジタル信号による双方向通信を行い、フィールド機
器のレンジ設定や自己診断等を遠隔から指令できるよう
になりつつある。この種の装置は、例えば、特開昭５８
−４８１９８号公報、特開昭５９−２０１５３５号公報
等に開示されている。

【０００３】従来の伝送システムの典型例を図６を参照
して具体的に説明する。この図は、外部電源を必要とす
るアナログ電流出力形フィールド機器の装置構成例を示
す。フィールド機器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃは、
伝送路１０２を介して外部電源１０３から供給される電
力により動作し、それぞれで検出した物理量に対応した
電流を伝送路１０２に流す定電流源としてアナログ電流
信号を出力する。上位の受信計器１０４は、伝送路１０
２に対して直列に接続された抵抗（図示せず）を流れる
前記アナログ電流信号（以下アナログ信号という）を、
抵抗の両端電位差として検出することにより受信し、フ
ィールド機器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃの各指示値
として使用する。上位の通信機器１０５は、フィールド
機器１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃと受信計器１０４及
び外部電源１０３との間の任意の箇所に接続される。上
位の通信機器１０５は、各フィールド機器との間でディ
ジタル信号で双方向の通信を行っている。

【０００４】上記の伝送路における信号伝送方式として
は、アナログ信号上にディジタル信号をのせ、アナログ
信号に影響を与えないようにディジタル信号の通信を行
う方式、アナログ信号とディジタル信号を切り換えて信
号伝送する方式、及びディジタル信号のみによる信号伝
送方式などが知られている。

【０００５】また最近では、複数台のフィールド機器を
同一伝送路上にマルチドロップ式で接続し、双方向のデ
ィジタル信号だけで通信を行うフィールドバスシステム
が提案されている。フィールドバスシステムの代表的な
構成例を、図７を用いて説明する。この図は、複数台の
フィールド機器と上位計器とが伝送路を介してツリー形
に接続された装置構成例を示している。フィールド機器
１１１ａ，１１１ｂ、１１１ｃは、伝送路１１２を介し
て外部電源１１３から供給される電力により動作し、ま
た伝送路１１２を介して順番に上位の受信計器１１４と
ディジタル信号で双方向の通信を行い、検出した物理量
の送信、制御値の受信等の処理を行う。上位通信機器１
１５は、フィールド機器１１１ａ，１１１ｂ、１１１ｃ
と受信計器１１４及び外部電源１１３との間に接続さ
れ、各フィールド機器との間でディジタル信号で双方向
の通信を行っている。またターミネータ１１６は、直列
に接続した抵抗とコンデンサで構成され、伝送路１１２
の両端に接続される。

【０００６】図６の既存システムから図７のフィールド
バスシステムへ移行する場合は、上位機器とフィールド
機器をそれぞれフィールドバス対応のものに変更する必
要があるが、伝送路１０２を伝送路１１２としてそのま
ま使用できるため、容易にシステムの移行を行うことが
できる。またフィールドバスシステムでは、伝送路１１
２上に接続するフィールド機器の台数を増せることか
ら、システムの拡張が容易であるという利点を有する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術では、既存システムからフィールドバスシステムへ
の移行を行う際に、１つの伝送路に接続するフィールド
機器の台数が複数台になり且つディジタル通信を行うと
いう点で、フィールドバスシステムは、既存システムに
比べ、耐ノイズに対する信頼性の面での配慮がされてお
らず、更に通信不良が頻繁に発生すると、今まで一定周
期で行われていたフィールド機器の制御が行えないとい
う問題が生じる。特に伝送路の異常の際には、１つの伝
送路に接続されているすべてのフィールド機器への電力
供給が行えず、すべてのフィールド機器がダウンしてし
まう点について何の配慮もされていなかった。また伝送
路の信頼性を向上させる方式として、フィールドバス全
体を二重化する方式が考えられるが、すべての装置機器
が、各伝送路ごとに必要であり、コストパフォーマンス
の点で既存システムから移行するメリットがないという
問題も生じる。

【０００８】本発明の目的は、上記の各問題に鑑み、少
なくとも伝送路は二重化し、二重化しないフィールド機
器などの装置を二重化された伝送路の両方に接続し、種
々の仮想的な二重化機能を持たせることにより、容易に
信頼性の高い伝送システムが実現できる二重化フィール
ドバスシステムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係る第１の二重
化フィールドバスシステムは、上記目的を達成するため
に、計器室側の上位計器及び外部電源と、フィールド側
の複数のフィールド機器と、計器室側とフィールド側を
接続し、フィールド機器への動作電力の供給や上位計器
とフィールド機器との相互通信、複数のフィールド機器
間の相互通信を同一伝送線にて行う伝送路とからなり、
プラントの監視、制御を行うためのネットワークを構成
するフィールドバスシステムであり、伝送路を二重に
し、上位計器と外部電源と少なくとも１台のフィールド
機器は、二重化された伝送路の両方に接続され、両方の
伝送路に接続された少なくとも１台のフィールド機器
は、各伝送路の線間電圧の異常を検出し、異常が検出さ
れた際に、動作電力の受給と相互通信を行う伝送路を切
り替える伝送路異常検出・切り替え手段を有するように
構成される。本発明に係る第２の二重化フィールドバス
システムは、上記同様に、計器室側の上位計器及び外部
電源と、フィールド側の複数のフィールド機器と、計器
室側とフィールド側を接続し、フィールド機器への動作
電力の供給や上位計器とフィールド機器との相互通信、
複数のフィールド機器間の相互通信を同一伝送線にて行
う伝送路とからなり、プラントの監視、制御を行うため
のネットワークを構成するフィールドバスシステムであ
り、更に、伝送路を二重にし、加えて外部電源を両方の
伝送路のそれぞれに設け、上位計器とフィールド機器
は、二重化された伝送路の両方に接続され、伝送路を使
用して通信を行う通信手段と、各伝送路の線間電圧の異
常を検出し、異常が検出された際に、動作電力の受給と
相互通信を行う伝送路を、二重化された伝送路のうちの
異常が検出された伝送路から他の伝送路に切り替える伝
送路異常検出・切り替え手段を備えるように構成され
る。上記の各構成において、外部電源については二重化
し、それぞれの伝送路に対応して、これをフィールド側
と計器室で分散して配置すると共に、フィールド機器に
所定動作に関し所要の制御機能を付加して自律分散型の
制御を行わせることもできる。上記第２の構成におい
て、二重化された伝送路の両方を同時に使用できる構成
とし、且つ各伝送路を利用して異常診断や、それぞれの
伝送路を目的に応じて使い分けすることができる。上記
のように伝送路を二重化することにより、本来の主伝送
路に対し予備伝送路を用意し、この二重化伝送路を有効
に活用して信頼性の向上を図り、それに加えて、少なく
とも１台のフィールド機器等では、２つの伝送路を選択
的に利用できる構成、又は両方を同時に目的に応じて使
用できる構成とすることにより、フィールド機器等を仮
想的に二重化動作させ、伝送路ごとにフィールド機器、
上位計器、外部電源などの装置を設ける必要性をなくし
た。

【００１０】

【作用】本発明による二重化フィールドバスシステムで
は、フィールド機器等の装置は、個別の接続口より、二
重化された伝送路の両方に接続される。両方の伝送路
が、直接的に接続されていないので、一方の使用中の伝
送路に異常が発生して通信不能及びフィールド機器への
動作電力の供給が困難な状態になっても、伝送路を正常
な他方のものに切り替えることにより、正常な動作を継
続することができる。特に二重化された伝送路について
は、各々について、常時正常であるか異常であるかを診
断する構成を設けることにより、異常が発生した時、常
に正常側に切り替わり、安全側での動作が確保される。
特に、この両方の伝送路を別経路で配線すれば、両方の
伝送路に、同時に大きなノイズが混入したり、両方の伝
送路がオープンループになってフィールド機器への動作
電力の供給ができなくなることはほとんど考えられない
ため、更に信頼性が高くなる。また常時、予備の伝送路
を使用して、フィールド機器の診断、通信データのエラ
ーチェック、主伝送路と同等の通信などを行えば、フィ
ールド機器の制御など一定周期での通信を妨げることな
く、フィールド機器の異常予知、通信データの信頼性向
上、通信スループットの向上などの信頼性向上に関する
処理を実施できる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明の実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明による二重化フィールドバス
システムの装置構成例を示す。本図において、区域Ａが
フィールドであり、区域Ｂが計器室である。フィールド
Ａには、所定の箇所に複数台のフィールド機器１が設置
される。フィールド機器１には、バルブや物理量を検出
する検出器等が含まれる。フィールド機器１は、ディジ
タル信号で双方向のシリアル通信を行うものであり、各
種プラントにおけるプロセスの圧力、温度、流量などの
物理量を検出して、その値を送信したり、又はバルブな
どの制御量を受信する。各フィールド機器１は、二重化
された伝送路２Ａ，２Ｂのいずれか一方又は両方に接続
され、伝送路２Ａ，２Ｂを介して計器室Ｂに設置された
外部電源３Ａ，３Ｂから供給される電力により動作す
る。各伝送路２Ａ，２Ｂは例えば二線式伝送路であり、
それぞれ一対の伝送線からなる。そして、例えば、一方
の伝送路２Ａが主伝送路となり、他方の伝送路２Ｂが予
備伝送路となる。実際上、２本の主用伝送線（伝送路２
Ａ）と２本の予備用伝送線（伝送路２Ｂ）からなる組
が、主管ケーブル内に複数配線される。

【００１２】本実施例では、複数台のフィールド機器１
の内、２台のフィールド機器１はジャンクション・ボッ
クス（中継端子盤）４を介して二重化された伝送路２
Ａ，２Ｂの両方に接続され、また１台のフィールド機器
１については、一方の伝送路２Ａの中間の箇所に接続さ
れている。すなわち、重要でないフィールド機器１は、
必ずしも両方の伝送路２Ａ，２Ｂに接続する必要はな
い。逆に、図１には示していないが、両方の伝送路２
Ａ，２Ｂに同種のフィールド機器を接続することや、フ
ィールド機器の動作電力を伝送路以外から供給すること
も可能である。上記の２つの伝送路２Ａ，２Ｂのそれぞ
れに接続されるフィールド機器１は、各伝送路に対応す
る個別の接続口を有する。なお、伝送路２Ａ，２Ｂには
任意の複数台数のフィールド機器１を接続することがで
きる。しかし、この場合、フィールド機器１の台数に応
じて、伝送路２Ａ，２Ｂの長さやジャンクション・ボッ
クス４からフィールド機器１までの線路の長さについ
て、使用制限が生じる。

【００１３】計器室Ｂには、更に上位計器５が設置され
る。この上位計器５は、フィールド機器１との間で、伝
送路２Ａ，２Ｂのいずれかを介して、ディジタル信号の
通信を行い、フィールド機器１の検出した各種物理量
（圧力、温度、流量など）を受信し、また、プラントの
制御情報として、バルブなどのフィールド機器１へ制御
信号を送信する機能を有している。上位計器５は、フィ
ールド機器１と同様に、必ずしも両方の伝送路２Ａ，２
Ｂごとに設置する必要はないが、各伝送路に対応する個
別の接続口を用意しておく必要がある。

【００１４】外部電源３Ａ，３Ｂは、それぞれ、伝送路
２Ａ，２Ｂを介してフィールド機器１が動作するための
電力を供給する。この場合、通信信号への影響を低く押
さえるために、直列にインダクタンスを挿入するなどし
て、通信周波数帯域でのインピーダンスを大きくするよ
うに構成している。外部電源３Ａ，３Ｂは、フィールド
機器１と同様に必ずしも両方の伝送路２Ａ，２Ｂごとに
設置する必要はない。１台の外部電源で２つの伝送路に
電力を供給する場合には、各伝送路に対応する個別の接
続口を用意する必要がある。

【００１５】上位通信機器６は、伝送路２Ａ，２Ｂのい
ずれか一方又は両方の上の任意の箇所に接続される。上
位通信機器６は、上位通信機器６内にあるディスプレイ
やキーボードを操作することにより、伝送路を介した通
信で、フィールド機器１の出力値のモニタや調整などの
処理を実行できる。また上位通信機器６は、適時に伝送
路２Ａ，２Ｂに対し着脱できる。そして、通信プロトコ
ルが例えばトークンパッシングのように一定順序で通信
を行う方式であっても、上位通信機器６は、割り込んで
通信を行えるように構成される。

【００１６】伝送路２Ａ，２Ｂのそれぞれの両端部に接
続された７ａ，７ｂはターミネータである。ターミネー
タ７ａ，７ｂは、直列に接続した抵抗とコンデンサで構
成される。このターミネータ７ａ，７ｂは、伝送路２
Ａ，２Ｂ上に接続されるフィールド機器１、上位計器
５、上位通信機器６の通信周波数帯域での入力インピー
ダンスと比べてかなり小さい値にすることにより、各装
置の接続箇所及び接続台数などの条件による通信信号へ
の影響を低く押さえている。このため伝送路からいずれ
か一方のターミネータが外れた場合に、各装置からみた
伝送路の通信周波数帯域でのインピーダンスが倍増し、
各フィールド機器からの送信信号が電流ドライブである
場合、電圧信号で受信すると、信号電圧は倍増する方向
に変化する。また逆に、伝送路に接続する各装置の台数
が増加すると、各装置からみた伝送路の通信周波数帯域
でのインピーダンスが減少し、信号電圧は減少する方向
に変化する。よって各装置は、受信できる信号の範囲を
余裕を持って広げておく必要があり、これがノイズマー
ジンを狭くし、通信の信頼性を低下させる要因となって
いる。

【００１７】次に、上記構成におけるフィールド機器
１、上位計器５、上位通信機器６の各装置の動作につい
て説明する。各装置の通信動作としては、通常、伝送路
２Ａを使用して各種物理量、バルブなどの制御量の情報
をデータとして一定周期で通信している。この通信周期
は、上位通信機器６を伝送路２Ａに接続し、これにより
割り込んで通信を行う場合、あるいはマージンを超える
ノイズの発生などにより通信エラーが発生した場合を除
き、一定に保たれる。このため、頻繁に通信エラーが発
生したり、長期間、通信不能状態が続いたりした場合に
は、システム異常の状態になるのを避けるために、フィ
ールドバスに接続されている装置の中で、通信の主導権
を握ることができる装置の指示により、各装置が使用す
る伝送路を、瞬時に、伝送路２Ａから伝送路２Ｂに切り
替える動作を行う。この切り替え動作は、伝送路２Ａを
介して各フィールド機器１に供給される電力に異常が発
生した場合にも、適用される。ここで、フィールド機器
１や上位計器５などの装置で、両方の伝送路２Ａ，２Ｂ
に接続されているものは、伝送路の異常検出及び使用す
る伝送路の切り替えを、瞬時に行うことにより、フィー
ルド機器への動作電力の供給などが途絶えることないの
で、連続して装置内の動作を行うことができる。

【００１８】上記実施例の構成によれば、伝送路２Ａ，
２Ｂにノイズが混入したり、フィールド機器１のための
動作電力の供給が途絶えるといった伝送路２Ａ，２Ｂの
異常が発生しても、両方の伝送路が同時に異常状態にな
らなければ、上記切り替え動作を行うことにより、フィ
ールドバスの通信周期を乱すことなく、連続して通信を
行うことができる。また伝送路以外の部分については、
二重の構成にしなくとも、システムを構成できるため、
信頼性の高いシステムが容易に実現でき、コストパフォ
ーマンスの面での効果も生じる。

【００１９】また前記の各装置に自己診断装置を設け、
自身が定期的に発生する指令で、又は外部からの指令
で、伝送路を介して通信する信号の信頼性に関する確認
を両方の伝送路において実施するように構成し、使用し
ていない伝送路等の異常を事前に認識しているようにす
る。これによって、両方の伝送路が異常になる前に、各
装置が異常を確認することができるので、フィールド機
器１が動作不能になるという状態を未然に避けることが
できる。

【００２０】次に、上記実施例で使用されるフィールド
機器１の代表例として、図２図を参照して、差圧伝送器
の内部構成とその動作を説明する。差圧伝送器１０で
は、その内部回路と二重化された伝送路２Ａ，２Ｂとが
切り替えスイッチ部１１を介して接続されている。図示
例で、切り替えスイッチ部１１は、伝送路２Ａに接続さ
れている。１２はＤＣ−ＤＣコンバータであり、このＤ
Ｃ−ＤＣコンバータ１２は、伝送路２Ａを介して前記外
部電源３Ａより与えられる電圧から差圧伝送器１０自身
の内部回路が動作するための電圧Ｖ_DDを作りだす。定電
流回路１３は、前記内部回路全体の消費電流が一定にな
るように制御する。これにより、差圧伝送器１０の全体
で消費する電流は、一定値である内部回路の消費電流
に、通信信号のための電流を加えた値になる。

【００２１】差圧伝送器１０の内部回路の詳細構成と動
作について説明する。複合センサ１４からの差圧、静
圧、温度などの各出力は、マルチプレクサ（ＭＰＸ）１
５に入力される。このマルチプレクサ１５には、Ｉ／Ｏ
インターフェイス１６からの入力切換信号が入力され
る。マルチプレクサ１５において、入力切換信号が入力
されると、それによって対応する入力信号が選択され、
出力される。マルチプレクサ１５の出力信号は、Ａ／Ｄ
変換器１７に入力され、ここでディジタル値に変換され
る。更に、この信号は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）
１８により、Ａ／Ｄ変換器１７から順次に送り込まれる
出力と、ＲＯＭ１９及びＲＡＭ２０に格納されている種
々の係数を用いて、補正演算を行い、これにより真値を
求め、ＲＡＭ２０にその値が格納される。

【００２２】差圧伝送器１０における通信は、次の通り
行われる。先ず、送信動作では、最初に、マイクロプロ
セッサ１８の指令で、ＲＡＭ２０に格納されているデー
タなどを、送受信回路（ＵＡＲＴ）２１からシリアルの
ディジタル信号列を出力する。この信号は、変調回路２
２で変調された所定の変調信号となり、ドライバ２３に
入力され、ドライバ２３から切り替えスイッチ１１を介
して、伝送路２Ａへ通信信号として出力される。ここで
変調方式としては、例えばディジタル信号の“１”，
“０”に対応する２種類の周波数で変調する周波数変調
方式、あるいはベースバンド信号のマンチェスタ符号に
変換する方式などがある。またドライバの方式として
は、電圧信号で出力する方式と電流信号で出力する方式
とがある。

【００２３】受信動作では、伝送路２Ａからの通信信号
（上記変調方式で変調されている）を、切り替えスイッ
チ１１を介して復調回路２４で復調してシリアルのディ
ジタル信号列にて取り出し、送受信回路２１にディジタ
ル信号の“１”，“０”からなるデータとして入力され
る。送受信回路２１に入力された信号は、マイクロプロ
セッサ１８により、受信データとして取り出される。

【００２４】復調回路２４に対しては並列に電圧レベル
検出回路２５が接続される。この電圧レベル検出回路２
５は、伝送路２Ａの線間電圧を検出し、その電圧が規定
値の範囲外である場合には異常があるとして、異常信号
をＩ／Ｏインターフェイス１６に出力する。マイクロプ
ロセッサ１８は、Ｉ／Ｏインターフェイス１６を介し
て、異常があることを認識し、切り替えスイッチ１１を
切り替える指示をＩ／Ｏインターフェイス１６介して行
う。この切り替え動作により、差圧伝送器１０で使用す
る伝送路を、２Ａから２Ｂへ切り替える。その後、伝送
路２Ａに異常があることを、他のフィールド機器１及び
上位計器５に向かって送信する。上記の動作を実行する
ため、マイクロプロセッサ１８は、その内部に、伝送路
の異常を検出し、この検出に基づいて切り替えスイッチ
１１を切り替える伝送路異常検出・切り替え手段を実現
し、ＲＯＭ２０は伝送路異常検出・切り替え手段のため
のプログラムを格納している。

【００２５】異常信号を検出し、伝送路を切り替える他
の例としては、過大なノイズが伝送路上に入り込んで、
通信エラーが頻繁に発生した例や、長期間通信不能にな
った例などがある。これらの例の場合には、伝送路を切
り替える前にも、異常が発生したことを知らせる信号
を、他の装置に向かって送信する。ここで、通信エラー
が発生する要因には一過性のものがほとんどであるた
め、連続して通信エラーが検出されたときのみ、伝送路
を切り替えるようにすれば、本質的な異常のみを異常と
して検出することができる。

【００２６】よって、上述のようにフィールド機器１は
一般的に、各種異常が起こった場合に、瞬時に使用中の
伝送路を他の予備の伝送路に切り替えて、連続して動作
を続けることができるので、仮想的に二重化処理を行な
い、信頼性を高めることができるという効果がある。

【００２７】また、２つの伝送路２Ａ，２Ｂに接続され
た各装置は、使用する伝送路を切り替えるときには、通
信信号により他の装置に通知したり、又は伝送路への入
力インピーダンスを切り替え時に一時的に低下させて伝
送路の線間電圧を低下させることにより、他の装置が使
用する伝送路も同時に切り替えさせ、装置間の同期を取
るようにしている。

【００２８】また上記実施例で、通常、伝送路２Ａ，２
Ｂは同経路、すなわち同一の主管ケーブルで配線される
が、別経路で配線することも可能である。２つの伝送路
２Ａ，２Ｂを別経路で配線すると、伝送路２Ａ，２Ｂに
同時に大きなノイズが混入したり、伝送路２Ａ，２Ｂの
両方が同時にオープンループになってフィールド機器１
への動作電力の供給ができなくなることが、ほとんど考
えられなくなり、システム的に信頼性を向上できる。特
に、予備として用意される伝送路は、特にノイズの少な
い環境に配設されることが望ましい。

【００２９】次に、本発明の他の実施例を、図３及び図
４を用いて説明する。図３は、基本的に図１と同様な図
であり、例えば外部電源３ＢをフィールドＡ側のジャン
クション・ボックス４内に設置している点を除いて、装
置構成は同じである。従って、同一の構成要素には同一
の符号を付す。

【００３０】外部電源３ＢをフィールドＡ側のジャンク
ション・ボックス４内に設置するようにしたため、伝送
路２Ａ，２Ｂを配線している主管ケーブルが切断された
り、コネクタが外れたりして両方の伝送路がオープンル
ープになったとしても、フィールド機器の動作電力は、
ジャンクション・ボックス４内に配設した外部電源３Ｂ
から供給できる。更に詳述すると、例えば伝送路２Ａを
使用している状態において、この伝送路２Ａが切断され
る、又はコネクタが外れるなどでオープンループになっ
ても、各フィールド機器１でこの状態を検出し、伝送路
２Ｂの側に接続を切り替えると、伝送路２Ｂ側に設けた
外部電源３Ｂを利用することができるので、各フィール
ド機器１は動作を継続させることができる。また、伝送
路２Ｂを使用している状態で、ジャンクションボックス
４の手前までのいずれかの箇所で伝送路２Ｂの切断等が
発生したとしても、外部電源３Ｂは、フィールド側のジ
ャンクションボックス４の箇所の配設されているので、
動作のための電力供給が停止されることはない。

【００３１】他方、通信面でも、ターミネータ７ｂも伝
送路２Ｂから外れた形になるが、この状態においては、
フィールド機器１からみた伝送路の通信周波数帯におけ
るインピーダンスが倍増し、それにつれて通信信号も大
きくなるけれども、各フィールド機器の受信可能範囲内
であるため、問題なく通信できる。

【００３２】よって、フィールドＡに設置されているフ
ィールド機器１の間のみで、相互通信を行い、各種物理
量（圧力、温度、流量など）の検出、制御演算の遂行、
バルブなどの制御といった制御処理を行う自律的機能を
内蔵するように構成しておけば、前述の致命的な異常事
態においても、プラントには何の影響を与えることな
く、システムとして動作を続けることができるという効
果が発揮される。また上記機能によれば、制御システム
の立ち上げ時に、計器室側の装置を接続しなくとも、各
フィールド機器１の各種初期設定、最適制御条件の見直
しなどの処理を、上位通信機器６を使用して事前に行う
ことができるという効果も生じる。

【００３３】次に図４を参照して、本実施例におけるフ
ィールド機器の内部回路の具体例について説明する。図
２の構成例と比べて、通信に関する構成及びその動作以
外はすべて同じである。図２で示した回路要素と同一の
ものには同一の符号を示す。フィールド機器１内の送受
信回路、変調回路、復調回路、ドライバ、電圧検出回路
は、伝送路２Ａ，２Ｂごとに設けられている。すなわ
ち、伝送路２Ｂ用に、送受信回路３１、変調回路３２、
復調回路３４、ドライバ３３、電圧レベル検出回路３５
が追加されている。この構成によって、同時に両方の伝
送路２Ａ，２Ｂにて送受信動作が可能となる。このた
め、前記第１の実施例で説明した機能に加えて、信頼性
向上、通信処理能力の向上などに関する種々の機能をシ
ステム的に実現できる。この実施例でも前記実施例と同
様に、フィールド機器１として差圧伝送器１０の例につ
いて図示しているものとする。

【００３４】複数のフィールド機器１等の各装置の通信
動作としては、通常状態において、伝送路２Ａ，２Ｂの
両方を使用して、各種物理量、バルブなどの制御量の情
報をデータとして通信できる。どちらの伝送路を選択し
て使用するかについては、ランダムに選択されて送信又
は受信した装置は、その応答を、同じ伝送路を用いて行
う。また、頻繁に通信エラーが発生したり、長期間、通
信不能状態が続いたりした場合には、システム異常の状
態になるのを避けるために、フィールドバスに接続され
ている装置の中で、通信の主導権を握ることができる装
置の指示に基づき、各装置が使用する伝送路を、異常が
無い方の伝送路だけに限定して通信を行う。従って、各
装置は、通信が途絶えさせることはなく、動作を継続で
きる。

【００３５】上記装置構成により、常時、伝送路２Ａ，
２Ｂの両方を使えるので、通信システムとしてのスルー
プッを向上でき、高速制御に適したシステムを構成でき
る。また１つのフィールドバスに接続できるフィールド
機器の台数を増やしても、一定周期で通信を行うことが
できる。

【００３６】また各装置が、両方の伝送路２Ａ，２Ｂに
同じデータを送信し、両方の伝送路２Ａ，２Ｂから受信
したデータを比較して、エラーチェックする動作を行う
ように構成すれば、伝送路２Ａ，２Ｂの状態を診断する
ことができ、通信データの信頼性を、更に高めることが
できる。伝送路２Ａ，２Ｂの異常診断は、各装置の内部
から発生する指令、又は外部の上位機器からの指令に基
づいて、定期的に行うことができる。

【００３７】この他に伝送路２Ａ，２Ｂの一方を制御
用、他方を常に保守用として使用し、フィールド機器の
自己診断、設定データの変更などを行うことにより、フ
ィールド機器の異常予知ができ、フィールド機器自身の
信頼性も向上できる。

【００３８】前記各実施例で、ジャンクションボックス
４内にてフィールド機器側と上位機器側とを絶縁してお
くことにより、主管ケーブルが短絡状態になった場合で
も、各フィールド機器への動作電力の供給を行うことが
可能となる。

【００３９】次に、図５を用いて、伝送路の使用方法に
関する実施例を説明する。フィールドバスの伝送路とし
ては、より対線が用いられる。しかし、既存システムか
らフィールドバスシステムに移行するときには、既存配
線をそのまま使うため、平行線を使う場合がある。これ
らの平行線では、２芯から約５０芯の範囲のものが主に
使われており、そのナンバリングは、図５に示すように
線束４１の中心層から順に付けられているため、配線
は、径方向の複層において同層の隣合うものを使うよう
にする。また、この平行線は、伝送路間のクロストーク
が大きいので、この面で使用できる伝送路長に制限があ
る。そこで本実施例では、例えば、図５に示すように番
号５〜８の連続したものを使用し、内側の番号６，７の
線を主線（伝送路２Ａ）を割り当て、外側の番号５，８
の線を予備線（伝送路２Ｂ）に割り当てる。これによっ
て、同層内の番号９，１４の線からのクロストークが主
線に影響を与えないようにしている。また、１対の伝送
線を流れる電流の向きは逆であり、隣合う線を１対で使
用するため、隣接した層の線からのクロストークは、ト
ータル的に打ち消し合う。よって本実施例によれば、伝
送路２Ａ，２Ｂに平行線を使用する場合においても、ク
ロストークの影響を低くできるので伝送データの信頼性
が向上でき、また伝送路の使用可能な長さを広げること
ができる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように本発明によ
れば、次の効果を奏する。伝送路を二重化して使用する
ことにより、１つの伝送路で複数のフィールド機器への
給電と通信を行う構成であっても、システム的な信頼性
を向上することができる。またフィールド機器などの装
置は、２つの伝送路のいずれか一方又は両方に接続する
インターフェイス部分のみを設けるだけで足り、必ずし
も伝送路ごとにフィールド機器を設ける必要がなく、容
易に且つ安価な構成で実現できる。更に、両方の伝送路
を有効に使用することにより、通信の信頼性、フィール
ド機器の信頼性、通信のスループットなどを向上するこ
とができ、フィールド機器間で自律して制御する機能を
持たせることにより、システム立ち上げ時、上位側の異
常時にも、フィールド側だけで動作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る二重化フィールドバスシステムの
第１実施例を示す装置構成図である。

【図２】本発明の第１実施例におけるフィールド機器の
内部回路を示すブロック図である。

【図３】本発明に係る二重化フィールドバスシステムの
第２実施例を示す装置構成図である。

【図４】本発明の第２実施例におけるフィールド機器の
内部回路を示すブロック図である。

【図５】本発明による平行線の使用方法を説明するため
の線束の断面図である。

【図６】従来のシステムの例を説明するための装置構成
図である。

【図７】従来のシステムの他の例を説明するための装置
構成図である。

【符号の説明】

１フィールド機器２Ａ，２Ｂ二重化された伝送路３Ａ，３Ｂ外部電源４シャンクションボックス５上位計器６上位通信機器７ａ，７ｂターミネータ１０差圧伝送器１１切り替えスイッチ４１線束

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】計器室に設置された少なくとも１台の上
位計器と、前記計器室に設置された外部電源と、フィー
ルドに設置された複数のフィールド機器と、前記計器室
と前記フィールド機器とを接続し、前記フィールド機器
への動作電力の供給並びに前記上位計器と前記フィール
ド機器との相互通信を行う伝送路とからなり、プラント
の監視、制御を行うためのネットワークを構成するフィ
ールドバスシステムにおいて、前記伝送路を二重にし、前記上位計器と前記外部電源と少なくとも１台の前記フ
ィールド機器は、二重化された前記伝送路の両方に接続
され、前記両方の伝送路に接続された少なくとも１台のフィー
ルド機器は、前記各伝送路の線間電圧の異常を検出し、
異常が検出された際に、動作電力の受給と相互通信を行
う伝送路を切り替える伝送路異常検出・切り替え手段を
有することを特徴とする二重化フィールドバスシステ
ム。
【請求項２】計器室に設置された少なくとも１台の上
位計器と、前記計器室に設置された外部電源と、フィー
ルドに設置された複数のフィールド機器と、前記計器室
と前記フィールド機器とを接続し、前記フィールド機器
への動作電力の供給並びに前記上位計器と前記フィール
ド機器との相互通信を行う伝送路とからなり、プラント
の監視、制御を行うためのネットワークを構成するフィ
ールドバスシステムにおいて、前記伝送路を二重にし、前記外部電源は両方の前記伝送路のそれぞれに設けら
れ、前記上位計器と前記フィールド機器は、二重化された前
記伝送路の両方に接続され、前記伝送路を使用して通信
を行う通信手段と、前記各伝送路の線間電圧の異常を検
出し、異常が検出された際に、動作電力の受給と相互通
信を行う伝送路を、二重化された伝送路のうちの異常が
検出された伝送路から他の伝送路に切り替える伝送路異
常検出・切り替え手段を備えることを特徴とする二重化
フィールドバスシステム。
【請求項３】請求項１又は２記載の二重化フィールド
バスシステムにおいて、前記伝送路異常検出・切り替え
手段は、自身が定期的に発生する指令又は外部から与え
られる指令に基づいて、二重化された前記伝送路の両方
の状態を診断する機能を有することを特徴とする二重化
フィールドバスシステム。
【請求項４】請求項１又は２記載の二重化フィールド
バスシステムにおいて、前記外部電源を二重化してそれ
ぞれの伝送路に接続し、且つ少なくとも１台の前記フィ
ールド機器を二重化された前記伝送路の両方に接続し、
前記フィールド機器内の前記伝送路異常検出・切り替え
手段が、前記各伝送路の線間電圧の異常を検出する手段
と、前記異常の検出に基づき動作電力の受給と相互通信
を行っている伝送路を切り替える手段を備えることを特
徴とする二重化フィールドバスシステム。
【請求項５】請求項１又は２記載の二重化フィールド
バスシステムにおいて、二重化された前記伝送路の両方
に接続された前記装置が、使用する伝送路を切り替える
時に、伝送路への入力インピーダンスを一時的に変化さ
せ、他の前記装置に通知を行う通知手段を備えたことを
特徴とする二重化フィールドバスシステム。
【請求項６】計器室に設置された少なくとも１台の上
位計器と、外部電源と、フィールドに設置された複数の
フィールド機器と、前記計器室と前記フィールド機器と
を接続し、前記フィールド機器への動作電力の供給並び
に前記上位計器と前記フィールド機器との相互通信を行
う伝送路とからなり、プラントの監視、制御を行うため
のネットワークを構成するフィールドバスシステムにお
いて、前記外部電源は、計器室に設置された第１の外部電源
と、フィールドに設置された第２の外部電源とを有し、前記伝送路は、二重化された伝送路であり、前記第１の外部電源は、前記二重化された伝送路の一方
の伝送路に接続され、前記第２の外部電源は、前記二重
化された伝送路の他方の伝送路に接続され前記上位計器と少なくとも１台の前記フィールド機器
は、二重化された前記伝送路の両方に接続され、前記上位機器とフィールド機器は、前記伝送路を使用し
て通信を行う通信手段と、前記伝送路の線間電圧の異常
を検出し、異常が検出された際に、動作電力の受給と相
互通信を行う伝送路を、二重化された伝送路のうちの異
常が検出された伝送路から他の伝送路に切り替える伝送
路異常検出・切り替え手段とを備えることを特徴とする
二重化フィールドバスシステム。
【請求項７】請求項６記載の二重化フィールドバスシ
ステムにおいて、前記フィールドの側に配置する前記外
部電源をジャンクションボックス内に配置したことを特
徴とする二重化フィールドバスシステム。
【請求項８】請求項６又は７記載の二重化フィールド
バスシステムにおいて、前記ジャンクションボックス内
で、前記フィールド側と前記計器室側を電気的に絶縁し
たことを特徴とする二重化フィールドバスシステム。
【請求項９】請求項６記載の二重化フィールドバスシ
ステムにおいて、前記フィールドに設置される前記各フ
ィールド機器間で互いに自律して制御を行う制御手段を
備えたことを特徴とする二重化フィールドバスシステ
ム。
【請求項１０】請求項４記載の二重化フィールドバス
システムにおいて、二重化された前記伝送路の両方に接
続される前記フィールド機器が、伝送路を切り替える前
後に、異常信号を前記伝送路のいずれかに出力する手段
を備えたことを特徴とする二重化フィールドバスシステ
ム。
【請求項１１】請求項２記載の二重化フィールドバス
システムにおいて、二重化された前記伝送路の両方に接
続された前記上位計器と前記フィールド機器は、それぞ
れ、両方の前記伝送路に同じ信号を送信する手段と、両
方の前記伝送路から受信する信号を比較判定する手段を
備えたことを特徴とする二重化フィールドバスシステ
ム。
【請求項１２】請求項２記載の二重化フィールドバス
システムにおいて、二重化された前記伝送路の両方に接
続された前記上位計器と前記フィールド機器は、それぞ
れ、二重化された前記伝送路を制御用と保守用に分けて
使用すると共に、異常時に１つの伝送路で制御と保守を
兼ねて使用する制御手段を備えたことを特徴とする二重
化フィールドバスシステム。
【請求項１３】請求項１又は２記載の二重化フィール
ドバスシステムにおいて、前記伝送路として、２本の主
用伝送線と２本の予備用伝送線からなる平行線の組が複
数隣接して配設された線路束を使用し、前記予備線を両
外側に配置して使用する構成にしたことを特徴とする二
重化フィールドバスシステム。
【請求項１４】請求項１又は２記載の二重化フィール
ドバスシステムにおいて、二重化された前記伝送路のそ
れぞれの配線経路を異ならせたことを特徴とする二重化
フィールドバスシステム。