JP3111529B2

JP3111529B2 - フィールドバス・システム、フィールド機器及びフィールドバス・システムで用いられる上位機器

Info

Publication number: JP3111529B2
Application number: JP23149491A
Authority: JP
Inventors: 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-09-11
Filing date: 1991-09-11
Publication date: 2000-11-27
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JPH0575503A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２線式伝送路上で信号
伝送を行うフィールド機器に係り、特に、受信信号で伝
送路の異常を検出し、伝送路に接続されたフィールド機
器全体が通信不能になるのを防ぐのに好適であるフィー
ルド機器に関する。

【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機
器へ伝送したり、また、逆に、上位機器から伝送される
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、伝送信号が
アナログ信号の場合に、規格化されており、フィールド
機器と上位機器との間は、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
ド機器と上位機器との間は、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。

【０００５】また、最近、複数台のフィールド機器を同
一伝送路上に接続し、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、その仕様の統一のための規格化作業が進められ
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１を用いて説明する。同図は、複数台のフィール
ド機器と上位機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１_a,
１_b,１_cは、伝送路５を介して、外部電源４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
機器３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１_a,１_b,１_cと上位機
器３，外部電源４との間に接続され、フィールド機器１
_a,１_b,１_c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６_a，６_b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。

【０００７】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。

【０００８】また、通信を行う送信回路（以下、ドライ
バと呼ぶ。）の方式として、電圧ドライバと電流ドライ
バとがあるが、その送信信号としてはターミネータを接
続した状態での送信電圧値で規定されている。

【０００９】

【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、各フィールド機器の受信信号レベルの
範囲を規定するのみで、その範囲内で検出できる異常に
ついて配慮されておらず、例えば、伝送路の両端に接続
されたターミネータのどちらか一方が外れた状態におい
ては、伝送路が短い場合に、フィールド機器が上位機器
と通信できる可能性があるが、伝送路の長さ、および、
外れたターミネータとフィールド機器との位置関係など
の条件により、通信不能となるフィールド機器が存在す
る可能性があることについて考慮されていなかった。

【００１０】また、ドライバ回路が電流ドライバである
場合に、両方のターミネータが伝送路から外れたとき、
フィールド機器からみた伝送路のインピーダンスが極度
に大きくなるため、過大な電流が伝送路に流れて、接続
されている他の機器に害を及ぼす可能性があるという問
題についても何の考慮もされていなかった。

【００１１】本発明は、フィールド機器が受信する信号
レベルを検出することにより、ターミネータが伝送路か
ら外れたことなどの異常を認識し、さらに、その後に起
こりうるシステム全体に対する異常が発生することを未
然に防ぐことができるフィールド機器、および、フィー
ルドバス・システムを提供することを目的とする。

【００１２】

【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、フィールドバス・システムの伝送路
に接続される機器が、受信した信号のレベルを検出する
検出手段と、自機器の入力インピーダンスを切り替える
手段とを備え、前記検出手段で異常が検出された場合に
自機器の入力インピーダンスを低くするようにしたこと
である。

【００１３】

【作用】本発明によるフィールド機器は、伝送路の任意
の箇所に直接接続されて通信を行うものである。そのた
め、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。よって、伝送路上のどちらか一方
のターミネータが外れたときも、同様に、伝送路上での
信号レベルは大きくなる方向に変化するが、その変化は
一様でなく、受信可能である箇所もあれば、規定受信範
囲外になる箇所もあり、それらは、前記条件によっても
変わるものである。このため、伝送路上に接続された、
少なくとも１台のフィールド機器が、その異常を検出し
て、外れたターミネータの代わりに、フィールド機器の
入力インピーダンスを低くすることにより、伝送路に接
続された全ての機器で通信可能となり、その異常情報を
通信により他のフィールド機器に知らせれば、フィール
ドバス上の各機器は、異常を認識することができる。

【００１４】特に、上位機器に、この異常情報が伝送さ
れると、コントロールルームのCRT画面などに、その異
常をアラームとして表示することができる。

【００１５】それによって、残りの片方のターミネータ
が外れて、通信不能などの致命的なシステム異常状態に
なることを避けることができる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。

【００１７】図１は、本発明を用いたフィールドバス・
システムの装置構成例である。

【００１８】同図において、フィールド機器１_a，
１_b，１_cは、ディジタル信号で双方向の通信を行なう
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。フィールド機器１_a，１_b，１_cは、伝送路５を介
して外部電源４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。本実施例においては、
フィールド機器１_a，１_b，１_c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。

【００１９】上位機器３は、フィールド機器１_a，
１_b，１_c、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。

【００２０】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，１_b，１_c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。

【００２１】ターミネータ６_a，６_b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。

【００２２】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。

【００２３】伝送路上に接続されたフィールド機器
１_a，１_b，１_c、および、上位機器３は通信信号を受
信する際に、その信号の大きさを検出し、異常であった
場合には、機器自身の入力インピーダンスを低くし、そ
の後、他の機器に、伝送路に異常があることを送信す
る。

【００２４】次に、図２を用いて、フィールド機器の動
作について、詳細に説明する。

【００２５】図２において、ＤＣ−ＤＣコンバータ１０
７は伝送路を介して外部電源より加えられる電圧からフ
ィールド機器１自身が動作するための電圧Ｖ_DDを作りだ
し、定電流回路１１０は、フィールド機器１全体の消費
電流が一定になるように制御する。

【００２６】複合センサ１０８の各出力はマルチプレク
サ１０９へ入力されるようになっている。

【００２７】前記マルチプレクサ１０９には、Ｉ／Ｏイ
ンターフェイス１０６からの入力切換信号が入力され、
その信号はＡ／Ｄ変換器１０５に入力されるようになっ
ている。さらにマイクロプロセッサ１０１があり、この
マイクロプロセッサ１０１は前記Ａ／Ｄ変換器１０５か
ら順次、送り込まれる出力と、ROM103，RAM102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、RAM102にその値が格納される。

【００２８】フィールド機器１が通信を行う場合には、
次の動作を行う。送信動作は、最初に、マイクロプロセ
ッサ１０１の指令で、RAM102に格納されているデータな
どを、送受信回路１０４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１１２で変調され
た信号となり、ドライバ１１１に入力され、ドライバ１
１１から伝送路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、および、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。

【００２９】受信動作は、伝送路からの通信信号を復調
回路１１３で前記シリアルのディジタル信号列で取り出
し、送受信回路１０４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１
０４に入力された信号は、マイクロプロセッサ１０１に
より、受信データとして取り出される。

【００３０】ここで、信号レベル検出回路１０４は、伝
送路上の通信信号を復調回路１１３が受信するのと同じ
信号を受信し、その信号の振幅から規定値より大きい場
合に異常があるとして、異常信号をＩ／Ｏインターフェ
イス１０６に出力する。マイクロプロセッサ１０１は、
Ｉ／Ｏインターフェイス１０６を介して、異常信号を受
け取り、伝送路に接続されている２つのターミネータの
どちらかが伝送路から外れたという異常を認識する。そ
の後、マイクロプロセッサ１０１は、伝送路から外れた
ターミネータの代わりに、フィールド機器１の入力イン
ピーダンスを低くするための制御信号をＩ／Ｏインター
フェイス１０６に出力する。この制御信号は、Ｉ／Ｏイ
ンターフェイス１０６を介してドライバ１１１に伝えら
れ、ドライバ１１１のインピーダンスを低くする。この
ため、フィールド機器１全体の入力インピーダンスも、
それによって低くなり、ターミネータの代替になるた
め、フィールドバスの伝送路上での通信が可能となる。
次に、マイクロプロセッサ１０１は、伝送路に異常があ
ることを通信信号として、他のフィールド機器、およ
び、上位機器へ向かって送信する。

【００３１】前記異常信号が出力されるケースとして
は、過大なノイズが伝送路上に入り込んだケースと、伝
送路の両端に接続されたターミネータが外れたケースが
ある。前者は、一過性のものがほとんどであるため、信
号レベル検出回路１０４で連続して異常が検出されたと
きのみ、異常出力すれば、後者のような本質的な異常の
みを異常として検出することができる。

【００３２】前記ターミネータが伝送路から外れる場合
において、ターミネータは伝送路の両端に接続されてお
り、同時に、両方のターミネータが外れることはほとん
どなく、片方のターミネータが外れた時点で、フィール
ド機器、および、上位機器が異常を検出する。この時点
では、フィルドバス全体が通信不能になるのではなく、
両方のターミネータが外れた時点で、初めてフィールド
バス全体が通信不能になる可能性がでてくるので、検出
した異常は伝送路上の機器に伝えられる。

【００３３】本実施例によれば、伝送路の異常を検出で
きるので、その後に、フィールドバス全体が通信不能に
なるといった致命的なシステム異常状態になることを、
未然に防ぐことができるいう効果がある。

【００３４】また、フィールド機器自身が送信する信号
を受信し、同様な異常検出を行えば、伝送路での信号の
減衰がなく、フィールド機器からみた、伝送路のインピ
ーダンス変化を、受信信号で正確に検出できる。このた
め、前記伝送路の条件に関わりなく、異常が検出できる
という効果がある。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明によるフィールド機器をフィールドバス上に
設置することにより、即座に、通常の通信信号で伝送路
の異常を検出でき、通信可能な状態に復帰して、その異
常情報を通信信号として送信できるので、システム的な
異常になる前に異常対策が行えるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるフィールドバス・システムの一実
施例を示す装置構成図である。

【図２】本発明によるフィールド機器の一実施例を示す
ブロック図である。

【符号の説明】

１，１_a，１_b，１_c…フィールド機器、２…上位通信
機、３…上位機器、４…外部電源、５…伝送路、６_a，
６_b…ターミネータ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】プラント内の各所に配置される複数のフィ
ールド機器と、当該フィールド機器と通信を行う上位機
器とを備え、前記複数のフィールド機器と上位機器は伝
送路にて接続されたフィールドバス・システムにおい
て、前記伝送路に接続される機器は、受信した信号のレベル
を検出する検出手段と、自機器の入力インピーダンスを
切り替える手段とを備え、前記検出手段で異常が検出さ
れた場合に自機器の入力インピーダンスを低くすること
を特徴とするフィールドバス・システム。
【請求項２】請求項１記載のフィールドバス・システム
において、前記検出手段は、受信した信号の振幅が予め定められた
規定値よりも大きい場合に異常と判断することを特徴と
するフィールドバス・システム。
【請求項３】請求項２記載のフィールドバス・システム
において、前記検出手段は、連続して異常が検出された時に、異常
信号を出力することを特徴とするフィールドバス・シス
テム。
【請求項４】請求項１記載のフィールドバス・システム
において、入力インピーダンスを切り替えた機器は、検知した異常
情報を伝送路上の他の機器へ通知することを特徴とする
フィールドバス・システム。
【請求項５】請求項１記載のフィールドバス・システム
において、前記フィールド機器は、自らの送信信号を受信し、受信
信号レベルの異常を検出するようにしたことを特徴とす
るフィールドバス・システム。
【請求項６】プラント内の各所に配置される複数のフィ
ールド機器と、当該フィールド機器と通信を行う上位機
器と、前記複数のフィールド機器と上位機器が接続され
る伝送路とを有するフィールドバス・システムで用いら
れるフィールド機器において、受信した信号のレベルを検出する検出手段と、前記伝送
路に対して通信信号の送受信を行うドライバを備え、前
記検出手段で異常が検出された場合に前記ドライバのイ
ンピーダンスを低くし、異常状態であることを伝送路上
の他の機器へ送信することを特徴とするフィールド機
器。
【請求項７】プラント内の各所に配置される複数のフィ
ールド機器と、当該フィールド機器と通信を行う上位機
器と、前記複数のフィールド機器と上位機器が接続され
る伝送路とを有するフィールドバス・システムで用いら
れる上位機器において、受信した信号のレベルを検出し、予め定められた規定値
を超える振幅の信号であった場合には、自機器のインピ
ーダンスを低くし、異常状態であることを伝送路上のフ
ィールド機器へ送信することを特徴とするフィールドバ
ス・システムで用いられる上位機器。