JP3428331B2 - 分散制御システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器を分散して配
置し、その間を一対の伝送線からなる伝送路で接続して
ネットワークを構成し、分散配置された各機器で制御対
象の制御を行う分散制御システムに係り、特に、１つの
伝送路を用いて、緊急状態を通知するのに好適な分散制
御システムに関する。

【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、プロセスオートメーションの分野では、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コントローラ（上
位機器）へ伝送するセンサ類、また、逆に、上位コント
ローラから伝送される制御信号を受信し、プラントの流
量などを制御するバルブ類などのことを示している。

【０００３】また、ファクトリーオートメーションの分
野では、同様に、上位コントローラが搬送系などの機械
を制御するために必要な機械を駆動するモータ類，位置
検出を行うフォトセンサなどのことを示している。

【０００４】そして、これらの機器の接続形態は、上位
コントローラとフィールド機器とが１対１で接続されて
おり、上位コントローラがフィールド機器を制御してい
る。このため、上位コントローラなしではフィールド機
器の制御を行うことができなかった。

【０００５】また、プロセスオートメーションでは、フ
ィールド機器と上位コントローラとの間の接続は、４〜
２０ｍＡのアナログ電流信号の伝送が規格化され、広く
使われている。

【０００６】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、同一伝送路上に複
数台のフィールド機器をマルチドロップ形態で接続し、
双方向のディジタル信号の通信を行ってネットワークを
構成し、計測・制御情報の伝達以外にフィールド機器の
レンジ設定，自己診断なども遠隔から指令できるように
なってきている。

【０００７】また、これらのネットワークとしてフィー
ルドバス，LonWorks，DeviceNet などが有名であり、様
々な分野においてフィールド機器レベルに分散形ネット
ワークを適用するシステムが構築されている。

【０００８】ここで、フィールドバスシステムの構成例
（特開平4−332099 号）を用いて従来例を説明する。

【０００９】図１０は、複数台のフィールド機器と上位
コントローラとが伝送路を介してバス形に接続された装
置構成例を示しており、代表的なフィールドバスを用い
た計測制御システムである。同図において、フィールド
機器１ａ，１ｂ，１ｎは、伝送路５を介して上位コント
ローラ内の外部電源から供給される電力によって動作
し、伝送路５を介して、順番に上位コントローラ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，制御値の受信などの処理を行っている。

【００１０】次に、図１１を用いて通信信号の伝送手順
について説明する。

【００１１】図１１(ａ)は上位コントローラから送出さ
れるコマンドを、図１１(ｂ)はフィールド機器１ａのレ
スポンスを、図１１(ｃ)はフィールド機器１ｂのレスポ
ンスを、図１１(ｎ)はフィールド機器１ｎのレスポンス
を、図１１(ｚ)は上位コントローラのスキャン周期をそ
れぞれ示している。この動作は、上位コントローラから
伝送路５を介してフィールド機器１ａを呼び出すコマン
ド信号ＣＭＤａを送出すると、フィールド機器１ａはこ
れを検知してステイタスや温度などの測定値をレスポン
スＲＥＳａとして上位コントローラに返送している。こ
れにより、上位コントローラはフィールド機器１ａで測
定したデータを収集している。次に、上位コントローラ
から伝送路５を介してフィールド機器１ｂを呼び出すコ
マンド信号ＣＭＤｂを送出すると、フィールド機器１ｂ
はこれを検知してステイタスや温度などの測定値をレス
ポンスＲＥＳｂとして上位コントローラに返送してい
る。これにより、上位コントローラはフィールド機器１
ｂで測定したデータを収集している。このようにして、
上位コントローラはフィールド機器１ａからフィールド
機器１ｎまでを順番にデータ収集を行うものである。

【００１２】この様な従来例においては、フィールド機
器に異常が発生した場合に、前記通信周期に割り込んで
異常状態の通知ができないという問題があった。このた
め、上記従来例においては、このスケジューリングされ
た通信条件下で緊急に機器の異常を通知する手段とし
て、フィールド機器が通常の通信を行うときとは異なる
通信周波数の信号を、スケジューリングされた一連の通
信を中止するための信号として送出し、上位コントロー
ラがそれを認識して通信を中止した後、中止依頼をした
フィールド機器からＩＤを正規通信方法で連絡し、上位
コントローラが異常機器を特定する方式が提案されてい
る。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の方式で
はフィールド機器の接続台数が多い場合に、フィールド
機器異常情報を上位コントローラに早く伝えるといった
面で効果があったが、以下に示す問題が解決されていな
かった。

【００１４】１．上位コントローラ側が異常な場合の処
理を考慮していないため、システムとしての異常処理が
行えない。

【００１５】２．異常処理を行う場合、上位コントロー
ラが介在した複雑な手順のため、迅速な対応ができな
い。

【００１６】３．フィールド機器同士で信号伝送が行え
ないため、フィールド機器間で直接異常情報を伝送し、
システムとしての異常処理を緊急に行うことができな
い。

【００１７】４．フィールド機器内の通信回路が異常な
場合には、異常機器の特定が行えない。

【００１８】本発明は、簡単な回路構成で上記問題を解
決し、伝送路に接続している各フィールド機器間で異常
状態を緊急に通知することを可能とし、信頼性の高い分
散制御システム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、制御対象の計測，制御などを行う複
数のフィールド機器、及び前記フィールド機器との通
信，制御を行う上位機器との間でネットワークを構成
し、各機器間で制御ループを形成する分散制御システム
において、前記フィールド機器は、他の機器との通常の
通信を行うための通常通信手段と、緊急時に通信を行う
緊急通信手段とを備え、前記通常通信手段と前記緊急通
信手段はそれぞれ異なる信号を用いて通信を行い、且つ
前記緊急通信手段は非同期で通信を行い、更に前記フィ
ールド機器の各々は、伝送路上の緊急信号を検出後、独
自に通常の機器の制御動作を中断し、制御対象に対して
安全な方向へ制御動作を変更することである。

【００２０】

【００２１】また好ましくは、前記緊急通信手段は、緊
急信号発生回路と緊急信号検出回路とからなり、前記緊
急信号発生回路と前記緊急信号検出回路は、フィールド
機器のＩ／Ｏインターフェイスを介してフィールド機器
に接続され、緊急信号を前記通常通信手段が用いる信号
とは異なる伝送方式の信号として送受信を行うことであ
る。

【００２２】また好ましくは、緊急信号発生回路は、Ｉ
／Ｏインターフェイスからの緊急信号発生信号を受け、
緊急信号を生成することである。

【００２３】また好ましくは、緊急通信手段は、緊急信
号送信回路と緊急信号受信回路と緊急信号コントローラ
とからなり、前記緊急信号送信回路と前記緊急信号受信
回路は、前記緊急信号コントローラを介してフィールド
機器に接続され、緊急信号をコード化されたデータ列と
して送受信を行うことである。

【００２４】また好ましくは、緊急通信手段は、前記フ
ィールド機器内の前記通常通信手段が異常時にも、その
状態を緊急に通知できる構成にしたことである。

【００２５】本発明による分散形制御システムは、上位
機器側でなくフィールド機器側の各フィールド機器が例
えば制御対象の異常を検出し、緊急に制御対象を安全な
方向に移行させるため、通常の制御を行う通信と関係な
く、異常を検出したフィールド機器が同一伝送路上に緊
急信号を出力し、制御対象を制御するフィールド機器が
その通知を受信し、上位機器を介することなく素早く制
御対象を安全な方向に制御できる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて、本発明の第
１の実施例を説明する。

【００２７】図２は、本発明の分散制御システムを計測
制御システムにおいて実現した例であり、コントロール
ルームに設置されたオペレータズコンソール、上位機器
（コントローラ）およびそれらを結ぶ制御用ネットワー
クなどで構成されたプラント全体を監視・制御する上位
側機器と、フィールド側（プラント現場）に設置された
フィールド機器類とを一対の伝送線からなる伝送路（フ
ィールドバス）で接続し、フィールドネットワークシス
テムを構成している。

【００２８】図３は、図２のフィールドネットワークシ
ステム内のフィールドバスに関係する部分を詳細に示し
た構成例である。

【００２９】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。
また、フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃ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１ａ，１ｂ，１ｃがフィールド側の
ジャンクション・ボックス８（中継箱）に接続した例を
示すが、これは、他の位置、例えば伝送路５の中間に接
続しても問題はない。

【００３０】バリア６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され、外部電源４
から伝送路５を介してフィールド機器側に供給する電
圧、およびフィールド機器側に流れる電流を制限してい
る。ここで、本質安全防爆構造の機器は、爆発性のガス
に囲まれた条件下で、機器の回路が故障しても引火しな
いよう、回路のエネルギーレベルを抑制したシステムで
ある。また、フィールド機器の接続台数の最大値は、バ
リア６が許容する出力電流とフィールド機器の消費電流
との関係により決められる。

【００３１】次に、バリア６の動作について説明する。

【００３２】ツェナーダイオード６２は、外部電源４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３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。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。負
荷抵抗６４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と負荷抵抗６
４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（本質安全防爆で対象としているガス又は蒸気
に点火を生じないレベル）にすることにより、本質安全
防爆システムを実現している。

【００３３】上位機器３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。

【００３４】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
キーボードを用いて、フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃ
の出力値のモニタ、調整などの処理を実行することがで
きる。本質安全防爆の条件下においては、上位通信機器
２は、安全領域側に接続している。

【００３５】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
への影響を小さく抑えている。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。本実施例では、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。

【００３６】次に、上位機器３の内部動作について説明
する。

【００３７】上位機器３は、ＭＰＵ３１に内蔵された通
信プログラムに従い、送受信器３２を介してフィールド
機器１ａ，１ｂのようなプラントの物理量を検出する伝
送器などと通信を行い、プラントの圧力，流量，温度な
どの物理量を受信し、内部でＰＩＤ演算などの処理を行
った後、バルブ等を示すフィールド機器１ｃへプラント
の制御信号を送信し、プラントの制御を行っている。こ
れらの制御動作は、約０.１〜２.０秒の一定周期で行わ
れるようスケジューリングされており、制御動作を行う
ための通信の合間をぬって、フィールド機器の自己診断
情報の受信など、制御動作と関係ない通信を行ってい
る。ＭＰＵ３１では、上位機器３からの通信データの送
信を、伝送路上の他の機器により妨害された場合や、ま
たは、該当するフィールド機器との通信が複数回異常に
なった場合等に、それぞれ伝送路異常，機器異常として
認識し、図２のオペレーターズコンソールの画面にその
情報が表示されるように、制御用ネットワークを介して
その情報を伝達している。

【００３８】次に、図１により、本発明の第１の実施例
のフィールド機器について説明する。尚、ここでは図３
のフィールド機器１ａ，１ｂのようなプラントの物理量
を検出する伝送器の例で説明する。

【００３９】図１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
出し、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している。複合センサ１
０８は、プラントの複数の物理量を検出し、複合センサ
１０８から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。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、マルチプレクサ１０９からの信号は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１
０１は前記Ａ／Ｄ変換器１０５から順次送り込まれるプ
ラントの各物理量と、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、これによりプラ
ントの各物理量の真値を求め、RAM102にその値が格納さ
れる。

【００４０】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。

【００４１】送信動作は、最初に、マイクロプロセッサ
１０１の指令で、RAM102などに格納されているデータな
どを、コントローラ１０４からシリアルのディジタル信
号列として出力する。次にこの信号は、送信回路１１２
でコード化された信号となり、ドライバ１１１に入力さ
れ、ドライバ１１１から伝送路へ通信信号として出力さ
れる。ここで、コード化方式としては、例えば、ベース
バンド信号のマンチェスタ符号に変換する方式やディジ
タル信号の“１”，“０”に対応して異なった周波数信
号を変調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
方式とがあるが、図１は、電流信号で出力する方式であ
る。

【００４２】受信動作は、伝送路からの通信信号を受信
回路１１３でデコード処理を行い、コード化された信号
を前記シリアルのディジタル信号列の形で取り出し、コ
ントローラ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。コントローラ１０４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。

【００４３】ここで、測定対象の異常、またはフィール
ド機器１内部の動作異常を自己診断等で検出した場合の
フィールド機器１の処理について説明する。

【００４４】測定対象の異常、またはフィールド機器１
内部の動作異常を自己診断等で検出した場合、マイクロ
プロセッサ１０１の指示により、Ｉ／Ｏインターフェイ
ス１０６を経由して、緊急信号発生回路１１４へ緊急信
号発生信号が入力され、緊急信号発生信号を受けた緊急
信号発生回路１１４では、緊急信号が生成されドライバ
１１１を介して伝送路上を流れる信号に重畳して送信さ
れる。この緊急信号は、送信回路１１２から送信される
通常の通信信号と同じ伝送方式にする必要はなく、むし
ろ受信側で通信信号と区別するために、通信信号とは異
なる方式としている。例えば、信号をパルス状のトリガ
信号や、特定の周波数のバースト信号にする、などと
し、更にこれらの緊急信号は、一定時間間隔で複数回送
信する、信号の振幅を任意の設定値以上にする、という
ように伝送法に緊急信号としての条件を予め設定してお
く。このようにすることにより、ノイズなどを誤って緊
急信号と認識されることを避けることができる。

【００４５】また、伝送路上に接続された各機器のいず
れかが上記のように緊急信号を発生した場合、同一伝送
路上の他の機器全ては緊急信号を受信することになる。
フィールド機器での緊急信号の受信時においては、伝送
路上を流れる信号に重畳されている緊急信号を、緊急信
号検出回路１１５によって検出し、緊急信号の有無がＩ
／Ｏインターフェイス１０６を介してMPU101に伝えられ
る。

【００４６】尚、伝送路上を流れる信号に重畳された緊
急信号は、誤検出するのを防ぐために、前述のように通
常の通信信号とは異なる伝送方式であるので、緊急信号
検出回路１１５では、予め設定された緊急信号としての
伝送方式のみを検出できるようなフィルタ回路等が組み
込まれている（図示せず）。これは、通常の通信信号を
受信する受信回路１１３にも同様のことが言え、緊急信
号検出回路１１５とは逆に通常の通信信号のみを検出す
るようにしている。

【００４７】本実施例においての緊急信号は、Ｉ／Ｏイ
ンターフェイスを介して送受信するため、基本的には伝
送路上の緊急信号の有無程度しか判別できないが、上記
の緊急信号としての各条件のように、緊急信号の伝送方
式を数パターン用意し、送信したい緊急情報によって数
種の方式を組み合わせて、若しくは単独で送信し、それ
ぞれの伝送方式の組み合わせに予め異常レベル、または
緊急度などの意味を定義付けしておくことにより、ある
程度の情報を送受信することができる。また、各伝送方
式の中の１つのみを用いる緊急信号の場合においても
（例えば、パルス状のトリガ信号のみを緊急信号として
用いる場合でも、）、その中で、信号の間隔を異ならせ
るなどして数パターンの信号をつくることによっても、
ある程度の情報を送信することが可能である。

【００４８】本実施例のフィールド機器が用いられるシ
ステムが、小規模で、且つ緊急情報の詳細な内容を必要
としないような場合には、本実施例の方法で十分であ
り、本実施例の構成であれば、フィールド機器内の回路
もそれほど大幅な変更を施す必要がなく（緊急信号発生
回路・検出回路を追加するのみ）、容易に緊急信号を送
信できる機器を構成することができる。

【００４９】尚、ここではフィールド機器側の緊急信号
の送受信について説明しているが、ここで説明した緊急
信号を送受信するための回路を、上位機器に設けてもよ
く、この場合は、上位機器からフィールドバス上の各機
器や測定対象等の異常状態を随時検出することができ
る。

【００５０】これらの緊急信号を伝送路上の信号に重畳
した場合の一例を、図８に示す。

【００５１】また図９は、図８の緊急信号を詳細に説明
するための図である。図９においては、緊急信号は特定
の周波数の信号を特定の振幅（Ｐｗ），特定の期間（Ｔ
ｗ）として出力され、更に、特定の時間（Ｔｃ）内に再
度、同じ信号を送信するようにしている。受信側は、予
め設定された緊急信号のこれらの条件（特定の振幅（Ｐ
ｗ），特定の期間（Ｔｗ），特定の時間(Ｔｃ)）を全て
満たす信号を受信したとき、初めて緊急信号と認識する
ようにすることにより、通常の通信信号との差別化を図
り、緊急信号検出の信頼性を高めている。

【００５２】また本実施例においては、緊急信号の生
成，検出を通常の制御動作を行うための通信を行う送受
信回路とは別の回路で行うため、一定周期でスケジュー
リングされた制御動作によって通信を行っている通常の
通信信号に割り込みをかけることなく、素早く緊急信号
の伝送が行え、かつ、フィールド機器内の送受信回路に
異常が生じた際にも緊急信号の伝送が行え、結果として
信頼性の高いシステムが構成できる。

【００５３】また、緊急信号の送信，受信、またはその
両方が不必要な、例えば通常の通信信号のモニタのみを
行うようなフィールド機器に対しては、予め上位機器か
らの指令で緊急信号を無視するマスク処理を行えるよう
にしている。即ち、緊急信号発生回路１１４，緊急信号
検出回路１１５の機能を停止させることであるが、この
ようにすれば、そのフィールド機器では必要のない信号
をカットすることにより、より安定な信号処理が行え、
更に信号伝送の信頼性を向上できる。

【００５４】次に、分散制御システム全体の動きを図６
のフローチャートを用いて説明する。

【００５５】図６は、フィールド機器ｉが差圧伝送器と
し、プラントの流量を差圧として検出し、フィールド機
器iiをバルブとし、バルブの開度によりプラントの流量
を制御するプラント制御システムの例である。

【００５６】図６（ａ）に示す差圧伝送器は、通常、タ
イマー割り込みにより一定周期にセンサとしての処理を
行い、通信割り込みにより通信処理を行う。優先順位と
しては、通信割り込みの方が高く、タイマー割り込みと
通信割り込みが並行して発生した場合、通信割り込みの
処理を優先して行う。

【００５７】タイマー割り込みでは、センサ出力を取り
込むと共に、センサ，測定対象、及びフィールド機器自
体に異常がないかチェックを行う。ここで異常が発生し
た場合、前述の通り、伝送路５へ緊急信号を出力する処
理を行う。この緊急信号の送信は、各フィールド機器の
動作電力の受給と通常の通信とを同一伝送路で行ってい
る関係上、これらの信号に重畳することとなるため、通
常の通信と同期をとる必要がなく同時に送信できる。

【００５８】図６（ｂ）に示すバルブは、通信割り込み
にて上位機器から送られてくるバルブ開度としての制御
指令を受信し、バルブの開度制御を行いプラントの流量
を上位機器からの指令通りに制御している。

【００５９】ここで、伝送路５上に差圧伝送器からの緊
急信号が出力され、バルブの緊急信号検出回路がこの緊
急信号を受信した場合、緊急信号の検出動作がマスクさ
れていなければ、緊急信号割り込みが発生し、緊急処理
を行う。本実施例では、バルブを全閉してプラントの流
量をゼロにすることによってプラント全体の状態が安全
な方向になるように制御している。

【００６０】尚、このシステムにおいては通常、緊急信
号割り込み，通信割り込み，タイマー割り込みの順に割
り込みの優先順位を設定している。

【００６１】このことから明らかなように、伝送路に接
続された各フィールド機器は、異常状態を検出すると、
それぞれ独自に緊急信号を伝送路へ出力し、他のフィー
ルド機器はその緊急信号を常に受信することができるの
で、フィールド機器間のみで緊急信号の信号伝送を行う
ことができる。例えば、差圧伝送器でプラントの異常を
検出した後、伝送路上に緊急信号を重畳することで、上
位機器を介することなく、直接同一伝送路上に接続され
たバルブに緊急信号を伝送でき、バルブがプラントの状
態が安全な方向に制御されるように動作させることがで
きるといったシャットダウンループを１つの伝送路で構
成することが可能となる。

【００６２】次に、本発明の第２の実施例を図４を用い
て説明する。

【００６３】本実施例も図２，図３に示すように、計測
制御システムに適用したものであり、フィールドバスシ
ステムの構成も前述の実施例１の説明と同じである。

【００６４】図４において、緊急信号の信号伝送に関係
する部分以外は、図１に示すフィールド機器とその機能
と役割が同じである。図１の実施例と異なる点は、緊急
信号の伝送を、単なる信号伝送ではなく通常の通信と同
様にデータとして伝送することであり、このために通常
の通信信号を送受信するための回路と全く同等の回路
を、緊急信号用に設けたことである。緊急信号の送受信
を行うための専用の回路として設けられたものは、緊急
信号コントローラ１０４′，緊急信号送信回路１１２′
及び緊急信号受信回路１１３′である。このため、送受
信のための回路が通常の２倍必要になるというハード的
な負担は大きくなるものの、緊急信号を単に信号として
ではなく、通信信号のようにデータを含む信号とするこ
とができ、機器名称や異常内容などのデータが盛り込ま
れた詳細な緊急信号を伝送することができ、より高度な
緊急処理を行うことができる。

【００６５】以下にその通信動作を図４を用いて説明す
る。

【００６６】フィールド機器１が通常の通信を行う場合
には、次の動作を行う。

【００６７】送信動作は、最初に、マイクロプロセッサ
１０１の指令で、RAM102などに格納されているデータな
どを、コントローラ１０４からシリアルのディジタル信
号列として出力する。次にこの信号は、送信回路１１２
でコード化された信号となり、ドライバ１１１に入力さ
れ、ドライバ１１１から伝送路へ通信信号として出力さ
れる。ここで、コード化方式としては、例えば、ベース
バンド信号のマンチェスタ符号に変換する方式，ディジ
タル信号の“１”，“０”に対応して異なった周波数信
号を変調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
方式とがあるが、図４は、電流信号で出力する方式であ
る。

【００６８】受信動作は、伝送路からの通信信号を受信
回路１１３でデコード処理を行い、コード化された信号
から変換して前記のシリアルのディジタル信号列の形で
取り出し、コントローラ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。コン
トローラ１０４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。

【００６９】次に緊急情報を伝送する場合の通信動作を
説明する。

【００７０】マイクロプロセッサ１０１の指示により、
測定対象の異常、またはフィールド機器１内部の動作異
常を自己診断等で検出した場合、緊急信号コントローラ
１０４′を経由して、緊急信号送信回路１１２′からド
ライバ１１１を介して伝送路へ緊急信号を送信する。こ
の緊急信号を送信することで、伝送路上の通信データは
それぞれの信号が重畳された形となるが、緊急信号は送
信回路１１２から送信される通信信号とは異なった伝送
方式の信号とすることにより、緊急信号と通信信号とを
同時に通信しても、伝送路上に接続されるフィールド機
器のそれぞれの緊急信号受信回路１１３′では通常の通
信信号と緊急信号とをフィルタ（図示せず）等を介する
ことにより切り分けて認識することができる。

【００７１】本実施例においては、通常の制御動作を行
う通信をするための回路と緊急信号の通信をするための
回路とをそれぞれ独立して構成しているため、一定周期
でスケジューリングされた制御動作を行うための通信を
行っている通常の通信信号の伝送と関係なく素早く緊急
信号の伝送が行え、且つ、通常の通信信号を伝送する通
信回路異常時にも緊急信号の伝送が行え、結果として信
頼性の高いシステムを構成することができる。

【００７２】また、受信回路１１３と緊急信号受信回路
１１３′、及びコントローラ１０４と緊急信号コントロ
ーラ１０４′は、それぞれ同等の機能を持つ回路であ
り、通信信号と緊急信号は常に両方の回路に入力される
ので、通信信号を緊急信号受信回路１１３′と緊急信号
コントローラ１０４′とを介して受信処理することもで
きる（受信回路１１３と緊急信号受信回路１１３′のそ
れぞれに、通信信号を検出する、若しくは緊急信号を検
出するための２つのフィルタ等の回路を設け、状況に応
じて切り替えるようにすれば、容易に実現できる。）。
これは、受信回路の二重化であり、仮に受信回路１１３
やコントローラ１０４が故障したとしてもフィールド機
器の処理を停止することなく他の機器と通信を継続する
ことができ、機器として、またシステムとしての信頼性
を高めることができる。また、逆に言えば、緊急信号に
対しても受信回路を二重化したことにも成り、緊急通信
に関しても信頼性を高めることができると言える。ま
た、このように通信系の回路が二重化されているため、
受信側で両方の受信データの照合が行え、ネットワーク
として信頼性の高いシステムを構成することが可能であ
る。

【００７３】また、緊急信号の伝送方式として具体例を
挙げれば、例えば、通信信号の使用する通信周波数帯域
とは異なった帯域を使用することなどにより、両方の通
信を同時に行えるようにすることもできる。

【００７４】分散制御システム全体の動きは、第１の実
施例の説明で用いた図６のフローチャートに示したもの
と同じであるが、本実施例においては、それに付け加
え、緊急信号の詳細な内容を識別することが可能とな
る。このため、フィールド機器から出力された緊急信号
は、伝送路上に接続される全ての機器で受信可能である
が、緊急信号をデータとして受信できるので、緊急信号
を特定の機器のみに伝送することも、異常状態の具体的
な内容を伝送することもできる。よって、異常状態に応
じて必要なフィールド機器のみが緊急処理を行うことが
でき、より効率の良い制御を行うことができる。また、
緊急の度合に応じて種々の緊急処理を容易に実施するこ
とも可能となる。

【００７５】次に、本発明の第３の実施例を説明する。

【００７６】本実施例は、図５に示すように、複数の医
療用分析装置を検体搬送系で結んだ検体搬送システムに
本発明を適用した例である。

【００７７】検体搬送システムにおいて検体の分析を行
う場合、検体搬送システム内の各医療用分析装置で分析
を行う検体は、まず所定の容器に入れられ検体搬送系５
０４上に載せられる。検体搬送系５０４に載せられた検
体は、検体搬送系５０４の各所に設けられたモータを駆
動することにより、検体搬送系５０４上を移動してい
く。そして、分析を行うべき任意の分析装置５０１の前
に移動してきた時、モータを停止して搬送系の流れを停
止させ、検体を分析装置５０１に運び込む処理を行う。
また、分析が完了した検体を検体搬送系５０４に再び載
せるときも同様に、モータを停止させて検体を搬送系５
０４に載せ、次の分析装置へと送り出す。このように、
モータを制御することにより、検体は所定の各分析装置
へと運ばれる。

【００７８】検体搬送系５０４には複数のモータが存在
するが、これらのモータは検体搬送系５０４の各所に設
置されたモータコントローラ５０３により制御される。
ここで、これらの検体搬送系全体の制御は、搬送系制御
コントローラによって行われるが、この搬送系制御コン
トローラは、各分析装置に内蔵する方式と、分析装置の
外に別個に独立して設ける方式とがあるが、本実施例で
は、前者の分析装置に検体搬送系コントローラを内蔵し
た例により説明する。

【００７９】上述したように、本実施例の検体搬送系の
制御は各分析装置５０１に内蔵された搬送系制御コント
ローラからの指令により行われ、検体の位置検出は検体
搬送系に取り付けられたフォトセンサ５０２により監視
される。フォトセンサ５０２は、搬送系の特定の場所に
設置され、通過する検体の位置などを定期的に検出する
ものである。分析装置５０１,モータコントローラ５０
３,フォトセンサ５０２は、それぞれ一対の伝送線５０
５によって結ばれ、フィールドネットワーク（LonWork
s）を構成している。

【００８０】本実施例では前述の第１及び第２の実施例
において、フォトセンサ５０２がフィールド機器ｉ（差
圧伝送器）に、モータコントローラ５０３がフィールド
機器ii（バルブ）に該当し、分析装置５０１に内蔵され
た搬送系制御コントローラが上位機器に該当している。
尚、本実施例のフィールド機器であるフォトセンサ５０
２，モータコントローラ５０３にも、前述の各実施例と
同様の緊急信号用の回路が適用されている。

【００８１】次に、検体搬送システム全体の動きを図７
のフローチャートにおいて説明する。

【００８２】図７（ａ）において、フォトセンサ５０２
は通常、タイマー割り込みにより一定周期に搬送系の監
視を行い監視センサとしての処理を行っている。またそ
れと並行して、通信割り込みが発生した場合、こちらを
優先し通信処理を行う。

【００８３】ここで、タイマー割り込みでは、搬送系や
センサ自身の異常検出を行っており、搬送系５０４の異
常、またはフォトセンサ５０２自体に異常を検出した場
合、前述の第１及び第２の実施例と同様に、伝送線５０
５へ緊急信号を出力する。この緊急信号も、前述の各実
施例と同様、通信信号と伝送方式を変えたものとしてい
るので、通常の通信信号と同期をとる必要がなく、任意
のタイミングで送信できるものである。

【００８４】図７（ｂ）において、モータコントローラ
５０３は、通信割り込みにて、伝送線５０５上のデータ
を受信し、搬送系制御コントローラから送られてくる検
体を運ぶための移動距離の制御指令であれば、モータ回
転数として受信し、検体を目的位置まで運ぶように搬送
系制御コントローラからの指令通りに制御している。こ
こで、伝送線５０５上に出力されたフォトセンサ５０２
の緊急信号をモータコントローラ５０３内の緊急信号検
出回路で受信した場合、緊急信号の検出動作が予めマス
クされていなければ、緊急信号割り込みが発生し、緊急
処理を行う。本実施例では、モータ駆動中であった場
合、検体に影響を与えないようにモータを徐々に減速さ
せて停止させ、検体搬送システム全体が安全な方向にな
るよう制御するものとしている。

【００８５】このことから明らかなように、本実施例に
おいても、検体を搬送中にフォトセンサ５０２で異常を
検出した場合、フォトセンサ５０２が異常状態を示す緊
急信号を伝送線５０５上に出力することにより、伝送線
５０５に接続される全ての機器で緊急信号の検出が行え
るため（予め緊急信号を無視するマスク処理が行われて
いない場合）、いちいち分析装置内の搬送系制御コント
ローラを介することなく、直ちに搬送系の緊急停止など
の緊急処置を行うことができる。

【００８６】よって、検体に危害を加えることなく、検
体を搬送できるので、信頼性の高い検体搬送システムを
構築することが可能となる。

【００８７】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明による分散制御システムを用いて各種制御シ
ステムを構成することにより、フィールド機器、または
制御対象の異常をフィールド機器が検出した場合に、伝
送路上に緊急信号を重畳させることで、上位機器を介す
ることなくフィールド機器間のみで、早急に緊急信号の
通知を行うことができるという効果がある。

【００８８】また、緊急信号の伝送が早急に行えること
から、制御対象を素早く安全な方向に制御することがで
きるという効果もある。

【００８９】さらに、通常の通信を行う回路と緊急信号
の送受信を行う回路とを個別に設けることにより、フィ
ールド機器内の回路異常時にも駆動可能な信頼性の高い
分散制御システムが構築できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のフィールド機器のブロ
ック図。

【図２】計測制御システムの構成図。

【図３】フィールドバスシステムの装置構成図。

【図４】本発明の第２の実施例のフィールド機器のブロ
ック図。

【図５】検体搬送システムの構成図。

【図６】計測制御システムでのフィールド機器の動作フ
ローチャート。

【図７】検体搬送システムでのフィールド機器の動作フ
ローチャート。

【図８】伝送路上に緊急信号が出力された場合における
信号状態の例。

【図９】誤検出防止を施した緊急信号の伝送例。

【図１０】フィールドバスシステムの構成図。

【図１１】従来のフィールド機器での信号操作手順。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…フィールド機器、２…上位通信
機器、３…上位機器、４…外部電源、５…伝送路、６…
バリア、７…ターミネータ、１０４…コントローラ、１
０４′…緊急信号コントローラ、１０６…Ｉ／Ｏインタ
ーフェイス、１１２′…緊急信号送信回路、１１３′…
緊急信号受信回路、１１４…緊急信号発生回路、１１５
…緊急信号検出回路、５０１…分析装置、５０２…フォ
トセンサ、５０３…モータコントローラ、５０４…検体
搬送系、５０５…伝送線。

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】制御対象の計測，制御などを行う複数のフ
   ィールド機器、及び前記フィールド機器との通信，制御
   を行う上位機器との間でネットワークを構成し、各機器
   間で制御ループを形成する分散制御システムにおいて、 前記フィールド機器は、他の機器との通常の通信を行う
   ための通常通信手段と、緊急時に通信を行う緊急通信手
   段とを備え、前記通常通信手段と前記緊急通信手段はそ
   れぞれ異なる信号を用いて通信を行い、且つ前記緊急通
   信手段は非同期で通信を行い、 更に前記フィールド機器の各々は、伝送路上の緊急信号
   を検出後、独自に通常の機器の制御動作を中断し、制御
   対象に対して安全な方向へ制御動作を変更する ことを特
   徴とする分散制御システム。
2. 【請求項２】請求項１記載の分散制御システムにおい
   て、 前記緊急通信手段は、緊急信号発生回路と緊急信号検出
   回路とからなり、 前記緊急信号発生回路と前記緊急信号検出回路は、フィ
   ールド機器のＩ／Ｏインターフェイスを介してフィール
   ド機器に接続され、 緊急信号を前記通常通信手段が用いる信号とは異なる伝
   送方式の信号として送受信を行うことを特徴とする分散
   制御システム。
3. 【請求項３】請求項２記載の分散制御システムにおい
   て、 前記緊急信号発生回路は、Ｉ／Ｏインターフェイスから
   の緊急信号発生信号を受け、緊急信号を生成することを
   特徴とする分散制御システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載の分散制御システムにおい
   て、 前記緊急通信手段は、緊急信号送信回路と緊急信号受信
   回路と緊急信号コントローラとからなり、 前記緊急信号送信回路と前記緊急信号受信回路は、前記
   緊急信号コントローラを介してフィールド機器に接続さ
   れ、 緊急信号をコード化されたデータ列として送受信を行う
   ことを特徴とする分散制御システム。
5. 【請求項５】 請求項１記載の分散制御システムにおい
   て、 前記緊急通信手段は、前記フィールド機器内の前記通常
   通信手段が異常時にも、その状態を緊急に通知できる構
   成にしたことを特徴とする分散制御システム。