JP3067604B2 - 本質安全防爆バリア及びフィールドバスシステム - Google Patents
本質安全防爆バリア及びフィールドバスシステムInfo
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- JP3067604B2 JP3067604B2 JP7217046A JP21704695A JP3067604B2 JP 3067604 B2 JP3067604 B2 JP 3067604B2 JP 7217046 A JP7217046 A JP 7217046A JP 21704695 A JP21704695 A JP 21704695A JP 3067604 B2 JP3067604 B2 JP 3067604B2
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H9/00—Emergency protective circuit arrangements for limiting excess current or voltage without disconnection
- H02H9/008—Intrinsically safe circuits
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一対の伝送路上で信号
伝送を行うフィールドバスシステムに係り、特に、簡単
な回路構成で本質安全防爆条件下における通信可能な伝
送距離の拡大が行えるフィールドバス通信対応の本質安
全防爆バリアに関する。
伝送を行うフィールドバスシステムに係り、特に、簡単
な回路構成で本質安全防爆条件下における通信可能な伝
送距離の拡大が行えるフィールドバス通信対応の本質安
全防爆バリアに関する。
【０００２】
【従来の技術】いわゆるフィールド機器と称される機器
は各種プラントの圧力，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、逆に、上位計器から伝送される
制御信号を受信し、プラントのバルブなどを制御してい
るのが通常である。
は各種プラントの圧力，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、逆に、上位計器から伝送される
制御信号を受信し、プラントのバルブなどを制御してい
るのが通常である。
【０００３】そして、該電気信号の伝送は、信号がアナ
ログ信号の場合に、規格化されており、フィールド機器
と上位計器との間は、４〜２０ｍＡのアナログ電流信号
の伝送が行われている。また、一般的にはフィールド機
器と上位計器との間は、アナログ信号での一方向通信が
行われていた。
ログ信号の場合に、規格化されており、フィールド機器
と上位計器との間は、４〜２０ｍＡのアナログ電流信号
の伝送が行われている。また、一般的にはフィールド機
器と上位計器との間は、アナログ信号での一方向通信が
行われていた。
【０００４】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。これによれば、前記伝送
路上で一方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向の
ディジタル信号の通信を行い、フィールド機器のレンジ
設定，自己診断などを遠隔から指令できるようになって
きている。
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。これによれば、前記伝送
路上で一方向のアナログ信号の通信のほかに、双方向の
ディジタル信号の通信を行い、フィールド機器のレンジ
設定，自己診断などを遠隔から指令できるようになって
きている。
【０００５】また、最近、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で接続し、双方向のディジ
タル信号だけで通信を行うシステムとしてフィールドバ
スシステムが提案されている。
一伝送路上にマルチドロップで接続し、双方向のディジ
タル信号だけで通信を行うシステムとしてフィールドバ
スシステムが提案されている。
【０００６】フィールドバス・システムの代表的な構成
例を図２を用いて説明する。
例を図２を用いて説明する。
【０００７】同図は、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１ａ，１ｂ，１ｃは、伝
送路５を介して、外部電源３から供給される電力により
動作し、伝送路５を介して、順番に上位計器４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，制御値の受信などを処理を行う。上位通信機器２
は、フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃと上位計器４，外
部電源３との間に接続され、フィールド機器１ａ，１
ｂ，１ｃなどと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７は、直列に接続した抵抗と
コンデンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。
本質安全防爆の条件下では、危険領域と安全領域との間
にバリア６を設置し、危険領域で使用するエネルギーが
ある一定値を越えないようにしている。フィールドバス
は、ディジタル通信を行うという点で、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必要であ
り、さらに、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
いう問題を含んでいる。
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１ａ，１ｂ，１ｃは、伝
送路５を介して、外部電源３から供給される電力により
動作し、伝送路５を介して、順番に上位計器４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，制御値の受信などを処理を行う。上位通信機器２
は、フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃと上位計器４，外
部電源３との間に接続され、フィールド機器１ａ，１
ｂ，１ｃなどと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７は、直列に接続した抵抗と
コンデンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。
本質安全防爆の条件下では、危険領域と安全領域との間
にバリア６を設置し、危険領域で使用するエネルギーが
ある一定値を越えないようにしている。フィールドバス
は、ディジタル通信を行うという点で、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必要であ
り、さらに、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
いう問題を含んでいる。
【０００８】特に、通常の通信ネットワークに比べ、伝
送距離が長く通信信号の減衰・なまり・歪が条件により
大きく変化するという伝送路の特性や、フィールドに設
置されるというノイズ環境を考慮し、規格においては各
機器の送信信号は０.７５〜１.０Ｖｐ−ｐ と大きな値
にしてあり、受信可能な受信信号の範囲は０.１５〜２.
０Ｖｐ−ｐ と広範囲にしてある。フィールド機器の場
合、伝送路を介して動作電力を受給するため、この送信
信号が１５〜２０ｍＡｐ−ｐの電流信号になる。この送
信電流信号は、通信時には上下方向に均等な振幅で送信
される。従って、通信時に電流が逆流するのを防ぐこと
から、フィールド機器の消費電流は約８ｍＡ以上（送信
信号が１５ｍＡの場合）の値にする必要があった。
送距離が長く通信信号の減衰・なまり・歪が条件により
大きく変化するという伝送路の特性や、フィールドに設
置されるというノイズ環境を考慮し、規格においては各
機器の送信信号は０.７５〜１.０Ｖｐ−ｐ と大きな値
にしてあり、受信可能な受信信号の範囲は０.１５〜２.
０Ｖｐ−ｐ と広範囲にしてある。フィールド機器の場
合、伝送路を介して動作電力を受給するため、この送信
信号が１５〜２０ｍＡｐ−ｐの電流信号になる。この送
信電流信号は、通信時には上下方向に均等な振幅で送信
される。従って、通信時に電流が逆流するのを防ぐこと
から、フィールド機器の消費電流は約８ｍＡ以上（送信
信号が１５ｍＡの場合）の値にする必要があった。
【０００９】既存のアナログ信号のシステムからフィー
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５をそのまま使用できるため、容易にシ
ステムの移行が行え、かつ、伝送路５上に接続するフィ
ールド機器の台数が増やせることからシステムの拡張が
容易であるとされている。
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５をそのまま使用できるため、容易にシ
ステムの移行が行え、かつ、伝送路５上に接続するフィ
ールド機器の台数が増やせることからシステムの拡張が
容易であるとされている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術にあっては、本質安全防爆の条件下においては、１
つの伝送路で使用するエネルギーに制限があり、結果と
して、フィールド機器１台当たりの消費電流を８ｍＡと
した場合、１つの伝送路に接続できるフィールド機器の
台数が最大でも４台くらいしか接続できないという問題
があった。この問題を解決する方法として、特開平5−4
1709号などにおいてフィールド機器の消費電流を下げる
方式が提案されている。
技術にあっては、本質安全防爆の条件下においては、１
つの伝送路で使用するエネルギーに制限があり、結果と
して、フィールド機器１台当たりの消費電流を８ｍＡと
した場合、１つの伝送路に接続できるフィールド機器の
台数が最大でも４台くらいしか接続できないという問題
があった。この問題を解決する方法として、特開平5−4
1709号などにおいてフィールド機器の消費電流を下げる
方式が提案されている。
【００１１】上記方式において、１つの伝送路に接続で
きるフィールド機器の台数を増やすことができるが、バ
リア６内の内部抵抗が抵抗６１とヒューズ６３との合計
で約１２０Ωあり、これが通信上、仮想的に伝送路５の
長さを長くしたように写り、上位機器とフィールド機器
との間で通信する信号の減衰を大きくしていた。
きるフィールド機器の台数を増やすことができるが、バ
リア６内の内部抵抗が抵抗６１とヒューズ６３との合計
で約１２０Ωあり、これが通信上、仮想的に伝送路５の
長さを長くしたように写り、上位機器とフィールド機器
との間で通信する信号の減衰を大きくしていた。
【００１２】例えば、断面積が１.２５mm2 の伝送線を
用いた場合、伝送線のループ抵抗が３５Ω／ｋｍであ
り、フィールドバス規格で定められている最大伝送路長
1800ｍを越える約３.５ｋｍ 分の抵抗がバリア６内で発
生している。
用いた場合、伝送線のループ抵抗が３５Ω／ｋｍであ
り、フィールドバス規格で定められている最大伝送路長
1800ｍを越える約３.５ｋｍ 分の抵抗がバリア６内で発
生している。
【００１３】このため、通信の信頼性の面で、実際に使
用できる伝送路の長さや、接続できるフィールド機器の
台数に制限があるという問題があった。
用できる伝送路の長さや、接続できるフィールド機器の
台数に制限があるという問題があった。
【００１４】図３に示すフィールドバスシステムの従来
例においては、上記問題点を解決するため、ターミネー
タ７と上位計器４を危険領域に接続する方式としている
が、この方式には以下に示す別の問題がある。
例においては、上記問題点を解決するため、ターミネー
タ７と上位計器４を危険領域に接続する方式としている
が、この方式には以下に示す別の問題がある。
【００１５】１．ターミネータを危険領域に２個接続す
ることになり、キャパシタンスが増加するため、本質安
全防爆システムを構成しにくくなる。
ることになり、キャパシタンスが増加するため、本質安
全防爆システムを構成しにくくなる。
【００１６】２．上位計器４と伝送路との間に別のバリ
ア９を設置しなければならない。
ア９を設置しなければならない。
【００１７】３．上位通信機器２は、安全領域に接続す
るため、上記問題点を解決できない。危険領域に接続す
るためには、２項と同じく個別にバリアを設置する必要
がある。
るため、上記問題点を解決できない。危険領域に接続す
るためには、２項と同じく個別にバリアを設置する必要
がある。
【００１８】本発明は、簡単な回路構成で上記問題を解
決し、本質安全防爆の条件下で、通信可能な伝送路の長
さや、接続が可能なフィールド機器の接続台数条件範囲
を拡大できるフィールドバス対応のバリアを提供するこ
とを目的としている。
決し、本質安全防爆の条件下で、通信可能な伝送路の長
さや、接続が可能なフィールド機器の接続台数条件範囲
を拡大できるフィールドバス対応のバリアを提供するこ
とを目的としている。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の特徴は、一対の伝送線からなる伝送路上に危
険領域で接続され、当該伝送路から動作電力を得る少な
くとも一台のフィールド機器と、安全領域に配置され、
当該フィールド機器と前記伝送路を介して通信を行う少
なくとも一台の上位機器と、前記伝送路を介して前記フ
ィールド機器に動作電力を供給する外部電源とを有する
フィールドバスシステムであって、前記危険領域と安全
領域に跨って配置される前記伝送路上に設置され、ツェ
ナーダイオードと負荷抵抗とからなる回路により危険領
域で使用する電圧と電流を制限する本質安全防爆バリア
において、前記伝送路を介して行われる通信で使用され
る通信信号の周波数帯域におけるインピーダンスを低下
させるインピーダンス変換回路を、前記負荷抵抗と並列
に備えたことである。
の本発明の特徴は、一対の伝送線からなる伝送路上に危
険領域で接続され、当該伝送路から動作電力を得る少な
くとも一台のフィールド機器と、安全領域に配置され、
当該フィールド機器と前記伝送路を介して通信を行う少
なくとも一台の上位機器と、前記伝送路を介して前記フ
ィールド機器に動作電力を供給する外部電源とを有する
フィールドバスシステムであって、前記危険領域と安全
領域に跨って配置される前記伝送路上に設置され、ツェ
ナーダイオードと負荷抵抗とからなる回路により危険領
域で使用する電圧と電流を制限する本質安全防爆バリア
において、前記伝送路を介して行われる通信で使用され
る通信信号の周波数帯域におけるインピーダンスを低下
させるインピーダンス変換回路を、前記負荷抵抗と並列
に備えたことである。
【００２０】
【作用】本提案による本質安全防爆バリアを使用したフ
ィールドバスシステムは、危険領域で伝送路を短絡した
ときなどの故障時に、過大な電流が伝送路に流れるのを
抑制するために、バリア内に抵抗を内蔵している。ま
た、フィールドバスの通信は、通信速度が３１.２５kbp
s でマンチェスタコードのようにデータの内容と関係な
く通信で使用する周波数帯域が限定されている。
ィールドバスシステムは、危険領域で伝送路を短絡した
ときなどの故障時に、過大な電流が伝送路に流れるのを
抑制するために、バリア内に抵抗を内蔵している。ま
た、フィールドバスの通信は、通信速度が３１.２５kbp
s でマンチェスタコードのようにデータの内容と関係な
く通信で使用する周波数帯域が限定されている。
【００２１】このため、前記抵抗と並列に通信周波数帯
域におけるインピーダンスを低減する回路を接続するこ
とにより、過大な電流が伝送路に流れるのを抑制するの
と同時に、通信信号が大幅に減衰するのを防ぐことがで
きる。
域におけるインピーダンスを低減する回路を接続するこ
とにより、過大な電流が伝送路に流れるのを抑制するの
と同時に、通信信号が大幅に減衰するのを防ぐことがで
きる。
【００２２】
【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。
明する。
【００２３】図１は、本発明の低インピーダンスバリア
を用いた本質安全防爆対応のフィールドバス・システム
装置構成例である。
を用いた本質安全防爆対応のフィールドバス・システム
装置構成例である。
【００２４】同図において、フィールド機器１ａ，１
ｂ，１ｃは、ディジタル信号で双方向の通信を行うもの
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、また
は、バルブなどの制御量を受信したりするものである。
ｂ，１ｃは、ディジタル信号で双方向の通信を行うもの
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、また
は、バルブなどの制御量を受信したりするものである。
【００２５】フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃは、伝送
路５を介して外部電源３から供給される電力により動作
し、伝送路５の任意の箇所に接続できる。
路５を介して外部電源３から供給される電力により動作
し、伝送路５の任意の箇所に接続できる。
【００２６】本実施例においては、フィールド機器１
ａ，１ｂ，１ｃがフィールド側のジャンクション・ボッ
クス（中継箱）に接続した例を示すが、これは、他の、
例えば伝送路５の中間からであっても問題ない。
ａ，１ｂ，１ｃがフィールド側のジャンクション・ボッ
クス（中継箱）に接続した例を示すが、これは、他の、
例えば伝送路５の中間からであっても問題ない。
【００２７】バリア８は、本質安全防爆の条件下におい
て、危険領域と安全領域との間に接続し、外部電源３か
ら伝送路５を介してフィールド機器側に流れる電流を制
限している。また、フィールド機器の接続台数の最大値
は、バリア８が許容する出力電流とフィールド機器の消
費電流との関係から決まっている。
て、危険領域と安全領域との間に接続し、外部電源３か
ら伝送路５を介してフィールド機器側に流れる電流を制
限している。また、フィールド機器の接続台数の最大値
は、バリア８が許容する出力電流とフィールド機器の消
費電流との関係から決まっている。
【００２８】上位機器４は、フィールド機器１ａ，１
ｂ，１ｃ、上位通信機器２などのフィールドバス対応機
器と伝送路５を介して、ディジタル信号の通信を行い、
フィールド機器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へ制御信号を送信してい
る。
ｂ，１ｃ、上位通信機器２などのフィールドバス対応機
器と伝送路５を介して、ディジタル信号の通信を行い、
フィールド機器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へ制御信号を送信してい
る。
【００２９】上位通信機器２は、伝送路５上の任意の場
所に接続でき、上位通信機器２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、フィールド機器１
ａ，１ｂ，１ｃの出力値のモニタ、調整などの処理を、
伝送路５を介して通信を行い実行する。
所に接続でき、上位通信機器２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、フィールド機器１
ａ，１ｂ，１ｃの出力値のモニタ、調整などの処理を、
伝送路５を介して通信を行い実行する。
【００３０】本質安全防爆の条件下においては、上位通
信機器２は、安全領域に接続している。
信機器２は、安全領域に接続している。
【００３１】ターミネータ７は、直列に接続した抵抗と
コンデンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。
このターミネータは、伝送路５上に接続されるフィール
ド機器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、フィールド機器
の接続箇所、および接続台数などの条件による通信信号
への影響を小さく押さえている。
コンデンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。
このターミネータは、伝送路５上に接続されるフィール
ド機器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、フィールド機器
の接続箇所、および接続台数などの条件による通信信号
への影響を小さく押さえている。
【００３２】このため、伝送路からターミネータが外れ
た場合に、フィールド機器からみた伝送路のインピーダ
ンスが大きくなり、各フィールド機器からの送信信号
は、大きくなる方向に変化する。
た場合に、フィールド機器からみた伝送路のインピーダ
ンスが大きくなり、各フィールド機器からの送信信号
は、大きくなる方向に変化する。
【００３３】ただし、フィールドバスに接続されるフィ
ールド機器が送信する信号の大きさは、一定であって
も、そのドライバ回路の方式，伝送路の長さ、および、
接続形態などの条件により、伝送路上の各箇所での信号
の大きさは、異なっていて一様ではない。ターミネータ
を設置する位置は、危険領域側でのキャパシタンスを低
くし本質安全防爆システムが構成し易いように、バリア
６に対して安全領域側と危険領域側とに配置し、危険領
域側に２つのターミネータを配置しなくてもよい構成に
している。
ールド機器が送信する信号の大きさは、一定であって
も、そのドライバ回路の方式，伝送路の長さ、および、
接続形態などの条件により、伝送路上の各箇所での信号
の大きさは、異なっていて一様ではない。ターミネータ
を設置する位置は、危険領域側でのキャパシタンスを低
くし本質安全防爆システムが構成し易いように、バリア
６に対して安全領域側と危険領域側とに配置し、危険領
域側に２つのターミネータを配置しなくてもよい構成に
している。
【００３４】次に、バリア６の動作について説明する。
【００３５】ツェナーダイオード６２は、外部電源３か
ら供給される電圧がバリア６を介して伝送路５に出力す
る際に、ある一定電圧値を越えないように制限するもの
であり、通常、図１に示すように１つのツェナーダイオ
ード６２が故障しても、上記機能を満足するように複数
個並列に接続している。
ら供給される電圧がバリア６を介して伝送路５に出力す
る際に、ある一定電圧値を越えないように制限するもの
であり、通常、図１に示すように１つのツェナーダイオ
ード６２が故障しても、上記機能を満足するように複数
個並列に接続している。
【００３６】ヒューズ６３は、故障時にツェナーダイオ
ード６２の過剰電力消費を保護している。
ード６２の過剰電力消費を保護している。
【００３７】抵抗６１は、危険領域で伝送路５を短絡し
たときなどの故障時に、過大な電流が伝送路に流れるの
を抑制している。このため、ツェナーダイオード６２と
抵抗６１によって、伝送路の線間電圧と伝送路を流れる
電流とをある一定値以下に抑えることができ、この結
果、危険領域で使用することができるエネルギーを必ず
ある一定値以下にすることができる。
たときなどの故障時に、過大な電流が伝送路に流れるの
を抑制している。このため、ツェナーダイオード６２と
抵抗６１によって、伝送路の線間電圧と伝送路を流れる
電流とをある一定値以下に抑えることができ、この結
果、危険領域で使用することができるエネルギーを必ず
ある一定値以下にすることができる。
【００３８】前記一定値を対象のガス又は蒸気に点火を
生じないレベルすることにより、本質安全防爆システム
を実現している。
生じないレベルすることにより、本質安全防爆システム
を実現している。
【００３９】上記理由により、本質安全防爆対応のフィ
ールドバスシステムにおいては、伝送路５を介してフィ
ールド機器１が使用する電流に制限があり、接続できる
フィールド機器の台数にも制限がある。このため、フィ
ールド機器の消費電力を下げるための施策を実施して、
接続できるフィールド機器の台数を増やすことが検討さ
れているが、抵抗６１とヒューズ６３とを合わせたバリ
ア６の内部抵抗が原因で通信信号が大幅に減衰するため
に、この理由で、使用できる伝送路５の長さ、および接
続できるフィールド機器の台数に制限がある。
ールドバスシステムにおいては、伝送路５を介してフィ
ールド機器１が使用する電流に制限があり、接続できる
フィールド機器の台数にも制限がある。このため、フィ
ールド機器の消費電力を下げるための施策を実施して、
接続できるフィールド機器の台数を増やすことが検討さ
れているが、抵抗６１とヒューズ６３とを合わせたバリ
ア６の内部抵抗が原因で通信信号が大幅に減衰するため
に、この理由で、使用できる伝送路５の長さ、および接
続できるフィールド機器の台数に制限がある。
【００４０】図４を用いて、上記問題の概要を説明す
る。
る。
【００４１】図４は、図１のシステム構成でバリア６が
ない場合であり、送信電流信号を２０ｍＡｐ−ｐとした
状態において上位機器が設置されている計器室側とフィ
ールド機器が設置されているフィールド側で測定した受
信信号の最大値と最小値とを接続した機器の負荷台数
（３〜５０台）と伝送路長（２００ｍ，１８００ｍ）を
パラメータとして示したものである。
ない場合であり、送信電流信号を２０ｍＡｐ−ｐとした
状態において上位機器が設置されている計器室側とフィ
ールド機器が設置されているフィールド側で測定した受
信信号の最大値と最小値とを接続した機器の負荷台数
（３〜５０台）と伝送路長（２００ｍ，１８００ｍ）を
パラメータとして示したものである。
【００４２】ここで、バリア６内の内部抵抗が抵抗６１
とヒューズ６３との合計の抵抗値は、通常、約１２０Ω
あり、これが通信上、仮想的に伝送路５の長さを長くし
たように写り、上位機器とフィールド機器との間で通信
する信号の減衰を大きくしている。例えば、断面積が
１.２５mm2の伝送線を用いた場合、伝送線のループ抵抗
が約３５Ω／ｋｍであり、フィールドバス規格で定めら
れている最大伝送路長１.８ｋｍを越える約３.５ｋｍ分
の抵抗がバリア６内で発生している。
とヒューズ６３との合計の抵抗値は、通常、約１２０Ω
あり、これが通信上、仮想的に伝送路５の長さを長くし
たように写り、上位機器とフィールド機器との間で通信
する信号の減衰を大きくしている。例えば、断面積が
１.２５mm2の伝送線を用いた場合、伝送線のループ抵抗
が約３５Ω／ｋｍであり、フィールドバス規格で定めら
れている最大伝送路長１.８ｋｍを越える約３.５ｋｍ分
の抵抗がバリア６内で発生している。
【００４３】このため、図４において受信信号の最小値
は、フィールドバス規格で定められている最小受信感度
の０.１５Ｖｐ−ｐ と比べ十分余裕のある値としておく
必要があることから、図２のシステム構成の場合、実際
の伝送路長が０ｋｍであっても接続台数が１０台になる
と通信の信頼性が問題となる範囲まで信号が減衰する。
は、フィールドバス規格で定められている最小受信感度
の０.１５Ｖｐ−ｐ と比べ十分余裕のある値としておく
必要があることから、図２のシステム構成の場合、実際
の伝送路長が０ｋｍであっても接続台数が１０台になる
と通信の信頼性が問題となる範囲まで信号が減衰する。
【００４４】本発明においては、図１に示すように、抵
抗６１と並列にインダクタ(コイル)とキャパシタ（コン
デンサ）からなるインピーダンス変換回路６４を接続す
ることにより、通信周波数帯域におけるバリア６全体の
インピーダンスを低下させている。これにより、バリア
６により仮想的に伝送路長が長くなり、通信信号が大幅
に減衰するという現象を抑制することができ、本質安全
防爆条件下における使用可能な伝送路長を拡大できる。
また、同様に接続可能なフィールド機器の台数を増やす
ことが可能となる。
抗６１と並列にインダクタ(コイル)とキャパシタ（コン
デンサ）からなるインピーダンス変換回路６４を接続す
ることにより、通信周波数帯域におけるバリア６全体の
インピーダンスを低下させている。これにより、バリア
６により仮想的に伝送路長が長くなり、通信信号が大幅
に減衰するという現象を抑制することができ、本質安全
防爆条件下における使用可能な伝送路長を拡大できる。
また、同様に接続可能なフィールド機器の台数を増やす
ことが可能となる。
【００４５】本発明による他の効果として、通信信号の
減衰を抑えることができることから、通信の信頼性を向
上できることがある。
減衰を抑えることができることから、通信の信頼性を向
上できることがある。
【００４６】フィールドバスでは、通信データにマンチ
ェスタコードを使用し、通信速度が３１.２５kbps であ
るため、このインピーダンスを低下させる周波数帯域
は、マンチェスタコードのパワー分布から、おおよそ９
ｋＨｚから３９ｋＨｚの範囲の帯域である。このため、
図１に示すようなコンデンサとインダクタとそれらの安
全保持部品とでインピーダンス変換回路６４が構成で
き、簡単な回路構成で上記回路が実現できるという効果
もある。
ェスタコードを使用し、通信速度が３１.２５kbps であ
るため、このインピーダンスを低下させる周波数帯域
は、マンチェスタコードのパワー分布から、おおよそ９
ｋＨｚから３９ｋＨｚの範囲の帯域である。このため、
図１に示すようなコンデンサとインダクタとそれらの安
全保持部品とでインピーダンス変換回路６４が構成で
き、簡単な回路構成で上記回路が実現できるという効果
もある。
【００４７】
【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明によるバリアを用いてフィールドバスシステ
ムを構成することにより、エネルギーが制限される本質
安全防爆の条件下においても、接続できる機器数が増大
でき、また、安価な構成で、容易に信頼性の高い通信シ
ステムを構成できるという効果がある。
に、本発明によるバリアを用いてフィールドバスシステ
ムを構成することにより、エネルギーが制限される本質
安全防爆の条件下においても、接続できる機器数が増大
でき、また、安価な構成で、容易に信頼性の高い通信シ
ステムを構成できるという効果がある。
【００４８】また、伝送路長，接続機器台数などの外部
条件に関する通信可能な範囲を拡大できるという別の効
果もある。
条件に関する通信可能な範囲を拡大できるという別の効
果もある。
【図１】本発明による低インピーダンスバリアを使用し
たフィールドバスシステムの構成図である。
たフィールドバスシステムの構成図である。
【図２】従来のバリアを使用したフィールドバスシステ
ムの構成図である。
ムの構成図である。
【図３】従来のバリアを使用したフィールドバスシステ
ムの他の構成図である。
ムの他の構成図である。
【図４】通信信号の減衰特性例を示す図である。
１，１ａ，１ｂ，１ｃ…フィールド機器、２…上位通信
機器、３…外部電源、４…上位機器、５…伝送路、６，
９…バリア、７…ターミネータ。
機器、３…外部電源、４…上位機器、５…伝送路、６，
９…バリア、７…ターミネータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０２Ｈ 9/04 Ｈ０２Ｈ 9/04 Ａ Ｈ０４Ｂ 3/50 Ｈ０４Ｂ 3/50 Ｈ０４Ｌ 12/40 Ｈ０４Ｌ 11/00 ３２０ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04Q 9/00 - 9/16 G08C 19/00 H02H 9/00 - 9/08 H04B 3/50 - 6/60 H04L 12/40 H02J 13/00
Claims (6)
- 【請求項１】一対の伝送線からなる伝送路上に危険領域
で接続され、当該伝送路から動作電力を得る少なくとも
一台のフィールド機器と、安全領域に配置され、当該フ
ィールド機器と前記伝送路を介して通信を行う少なくと
も一台の上位機器と、前記伝送路を介して前記フィール
ド機器に動作電力を供給する外部電源とを有するフィー
ルドバスシステムであって、前記危険領域と安全領域に
跨って配置される前記伝送路上に設置され、ツェナーダ
イオードと負荷抵抗とからなる回路により危険領域で使
用する電圧と電流を制限する本質安全防爆バリアにおい
て、前 記伝送路を介して行われる通信で使用される通信信号
の周波数帯域におけるインピーダンスを低下させるイン
ピーダンス変換回路を、前記負荷抵抗と並列に備えたこ
とを特徴とする本質安全防爆バリア。 - 【請求項２】請求項１において、 前記通信信号として、フィールド機器が動作するための
消費電流に対してパルス状に正負方向に変化させたマン
チェスタコード信号を重畳した信号を用い、前記通信信
号で使用する周波数を通信速度とマンチェスタコードの
パワー分布との関係から決まる帯域とすることを特徴と
する本質安全防爆バリア。 - 【請求項３】請求項１において、 前記安全領域側のターミネータをバリア内に内蔵するこ
とを特徴とする本質安全防爆バリア。 - 【請求項４】請求項１において、 前記インピーダンス変換回路は、インダクタとキャパシ
タからなることを特徴とする本質安全防爆バリア。 - 【請求項５】 危険領域に配置され、プロセスの物理状態
の検出又は制御を行う少なくとも一台のフィールド機器
と、安全領域に配置され、当該フィールド機器と通信を
行う少なくとも一台の上位機器と、前記フィールド機器
と前記上位機器が接続される一対の伝送線からなる伝送
路と、安全領域に配置され、当該伝送路を介して前記フ
ィールド機器に動作電力を供給する外部電源とを有する
フィールドバスシステムにおいて、 危険領域と安全領域とに跨って配置される前記伝送路
に、危険領域で使用する伝送路の線間電圧と電流を制限
する本質安全防爆バリアを設置し、当該本質安全防爆バ
リアは、前記伝送路を介して行われる通信で使用される
通信信号の周波数帯域におけるインピーダンスを低下さ
せるインピーダンス変換回路を備えたことを特徴とする
フィールドバスシステム。 - 【請求項６】 請求項５において、 インピーダンスを前記低下させる周波数帯域は、約９ｋ
Ｈｚ〜３９ｋＨｚの間であることを特徴とするフィール
ドバスシステム。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7217046A JP3067604B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 本質安全防爆バリア及びフィールドバスシステム |
| US08/699,829 US5835534A (en) | 1995-08-25 | 1996-08-20 | Intrinsically safe barrier and field bus system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7217046A JP3067604B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 本質安全防爆バリア及びフィールドバスシステム |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0965441A JPH0965441A (ja) | 1997-03-07 |
| JP3067604B2 true JP3067604B2 (ja) | 2000-07-17 |
Family
ID=16697993
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7217046A Expired - Lifetime JP3067604B2 (ja) | 1995-08-25 | 1995-08-25 | 本質安全防爆バリア及びフィールドバスシステム |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5835534A (ja) |
| JP (1) | JP3067604B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110268453A (zh) * | 2017-02-09 | 2019-09-20 | 横河电机株式会社 | 耐压输入本质安全输出传送器 |
Families Citing this family (47)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19512372A1 (de) * | 1995-04-01 | 1996-10-10 | Abb Patent Gmbh | Einrichtung zur eigensicheren Signalanpassung |
| JP3370252B2 (ja) * | 1997-03-05 | 2003-01-27 | 株式会社日立製作所 | フィールド機器 |
| DE29722065U1 (de) * | 1997-12-13 | 1998-02-12 | Weidmueller Interface | Bussystem-Anordnung insbesondere für Meßgeräte |
| US6233285B1 (en) * | 1997-12-23 | 2001-05-15 | Honeywell International Inc. | Intrinsically safe cable drive circuit |
| WO1999045621A1 (de) * | 1998-03-06 | 1999-09-10 | Abb Patent Gmbh | Feldbusanordnung mit einem feldbusverteiler |
| US6885949B2 (en) * | 2002-07-24 | 2005-04-26 | Smar Research Corporation | System and method for measuring system parameters and process variables using multiple sensors which are isolated by an intrinsically safe barrier |
| US20040080890A1 (en) * | 2002-10-25 | 2004-04-29 | Hawke Cable Glands Limited | Digital instrumentation |
| WO2004094892A2 (en) * | 2003-04-22 | 2004-11-04 | Linli Zhou | Inherently safe system for supplying energy to and exchanging signals with field devices in hazardous areas |
| US7236342B2 (en) * | 2003-07-28 | 2007-06-26 | Rockwell Automation Technologies, Inc. | In-line passive barrier for intrinsically safe communication network |
| DE10335203A1 (de) * | 2003-07-30 | 2005-03-10 | Flowtec Ag | Service-Interface zum Anschluß an Feldgeräte der Prozeßautomation |
| US7684167B2 (en) * | 2003-09-30 | 2010-03-23 | Fisher-Rosemount Systems, Inc. | Communication bus suitable for use in a hazardous area of a process plant |
| US7152781B2 (en) * | 2003-12-01 | 2006-12-26 | Advanced Technology Materials, Inc. | Manufacturing system with intrinsically safe electric information storage |
| DE10356985A1 (de) * | 2003-12-05 | 2005-07-07 | Cooper Crouse-Hinds Gmbh | Datenübertragungseinrichtung |
| DE102004020577A1 (de) * | 2004-04-27 | 2005-11-24 | Siemens Ag | Elektrisches Feldgerät für die Prozessautomatisierung |
| US8787848B2 (en) * | 2004-06-28 | 2014-07-22 | Rosemount Inc. | RF adapter for field device with low voltage intrinsic safety clamping |
| US7486495B1 (en) * | 2005-05-25 | 2009-02-03 | Cameron International Corporation | Networked series of sensors having distributed measurement and control for use in a hazardous environment |
| US7633733B1 (en) * | 2005-08-18 | 2009-12-15 | Moore Industries International, Inc. | Short circuit detector for fieldbus cable system network |
| JP4855059B2 (ja) | 2005-12-08 | 2012-01-18 | オリンパス株式会社 | 内視鏡装置 |
| JP4757044B2 (ja) | 2006-01-27 | 2011-08-24 | オリンパス株式会社 | 防爆機器駆動装置 |
| GB0709824D0 (en) * | 2007-05-23 | 2007-07-04 | Kitchener Renato | Intrinsically safe power and communication |
| DE102007036964A1 (de) * | 2007-08-04 | 2009-02-05 | Hans Turck Gmbh & Co. Kg | Übertrager für eigensichere Geräte der Datenübertragungstechnik |
| CA2719933C (en) * | 2008-03-28 | 2015-05-05 | Christoper K. Higgins | Burner/injector panel apparatus |
| WO2009124561A1 (de) * | 2008-04-08 | 2009-10-15 | Siemens Aktiengesellschaft | Verfahren zur sicherheitstechnischen fehlerbetrachtung für ein netzwerk und netzwerk |
| US8929948B2 (en) | 2008-06-17 | 2015-01-06 | Rosemount Inc. | Wireless communication adapter for field devices |
| US7940508B2 (en) * | 2008-08-29 | 2011-05-10 | Phoenix Contact Development & Manufacturing, Inc. | Inherently safe modular control system |
| US9258535B2 (en) * | 2009-06-16 | 2016-02-09 | Leonard Pool | Intrinsically safe video inspection system |
| US9674976B2 (en) | 2009-06-16 | 2017-06-06 | Rosemount Inc. | Wireless process communication adapter with improved encapsulation |
| US10761524B2 (en) | 2010-08-12 | 2020-09-01 | Rosemount Inc. | Wireless adapter with process diagnostics |
| JP2012166735A (ja) * | 2011-02-16 | 2012-09-06 | Daido Signal Co Ltd | 単線区間の自動閉そく装置の運転方向リレー回路 |
| US8732489B2 (en) | 2011-09-07 | 2014-05-20 | General Electric Company | Communication system for use in hazardous environments |
| US9310794B2 (en) | 2011-10-27 | 2016-04-12 | Rosemount Inc. | Power supply for industrial process field device |
| US9829526B2 (en) * | 2012-02-21 | 2017-11-28 | Texas Instruments Incorporated | Transmission line pulsing |
| CN104685439B (zh) * | 2012-09-21 | 2017-03-29 | 凤凰通讯发展及制造股份有限公司 | 用于分布式控制系统的限压设备 |
| DE102013215077A1 (de) * | 2013-08-01 | 2015-02-05 | Siemens Aktiengesellschaft | Feldgerät zur Prozessinstrumentierung |
| US9343899B2 (en) * | 2013-10-03 | 2016-05-17 | Fisher Controls International Llc | Intrinsically safe voltage limiting shunt regulator circuit |
| WO2015168351A1 (en) | 2014-05-02 | 2015-11-05 | Swagelok Company | Fluid sample system and method |
| JP6413344B2 (ja) * | 2014-05-22 | 2018-10-31 | 横河電機株式会社 | 接点信号変換装置における防爆バリア |
| US20150362533A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Solcon Industries Ltd. | Method and system for monitoring equipment at medium voltage |
| DE102014112452B4 (de) * | 2014-08-29 | 2022-03-31 | Endress + Hauser Flowtec Ag | Explosionsschutzschaltung mit Impedanzanpassung |
| EP3163820B1 (de) * | 2015-10-30 | 2018-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Buskoppler zum ankoppeln von feldgeräten |
| JP6666591B2 (ja) * | 2016-06-01 | 2020-03-18 | 横河電機株式会社 | 中継装置、中継装置を用いた無線システム |
| US20180101156A1 (en) * | 2016-10-06 | 2018-04-12 | Honeywell International Inc. | Energy limiting barrier for universal io in intrisically safe industrial applications |
| US10942499B2 (en) | 2017-08-16 | 2021-03-09 | Honeywell International Inc. | Intrinsic safety (IS) barrier with associated energy limiting apparatus |
| US11063426B2 (en) | 2017-10-19 | 2021-07-13 | Honeywell International Inc. | Intrinsic safety (IS) barriers mountable on terminal blocks of input/output (I/O) modules or other devices |
| US10749426B1 (en) | 2019-04-11 | 2020-08-18 | Graco Minnesota Inc. | Trapezoidal power-supply barrier between hazardous and normal locations |
| US11507042B2 (en) * | 2019-08-26 | 2022-11-22 | Rockwell Automation Asia Pacific Business Centre Pte. Ltd. | High current and power limiting circuit for I/O modules with internal output power support |
| US11044115B1 (en) | 2019-12-20 | 2021-06-22 | Motorola Solutions, Inc. | System, method, and apparatus providing isolation for a high-speed communication interface with optimized signal integrity |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3973170A (en) * | 1974-09-09 | 1976-08-03 | Honeywell Inc. | Intrinsic safety barrier |
| US5144517A (en) * | 1989-10-20 | 1992-09-01 | Pepperl + Fuchs, Inc. | Intrinsically safe barrier device |
| JP3021803B2 (ja) * | 1991-05-30 | 2000-03-15 | 富士電機株式会社 | 信号伝送方法 |
| US5684831A (en) * | 1995-03-17 | 1997-11-04 | Delco Electronics Corp. | Data bus with noise immunity |
-
1995
- 1995-08-25 JP JP7217046A patent/JP3067604B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1996
- 1996-08-20 US US08/699,829 patent/US5835534A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110268453A (zh) * | 2017-02-09 | 2019-09-20 | 横河电机株式会社 | 耐压输入本质安全输出传送器 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5835534A (en) | 1998-11-10 |
| JPH0965441A (ja) | 1997-03-07 |
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