JP4483471B2 - フィールドバスシステム - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器に実装されているファンクションブロックを、制御装置に実装されているフェースプレートブロックに割り当てて機能ブロックを生成し、この機能ブロックを結合して制御ループを構築するフィールドバスシステムに関する。

図５は、分散型制御システムのエンジニアリング環境下で、フィールドバス規格（例えば、ファウンデーションフィールドバス規格ＦＦ−Ｈ１）に準拠するフィールド機器を制御する従来のフィールドバスシステムの一例を示す機能ブロック図である。

１は、分散型制御システムにおいて操作監視機能を持つ上位装置であり、制御バス２に接続されている。３は制御バス２に接続された制御装置であり、上位装置１と通信すると共にＩ／Ｏバス４を介してプラントのフィールド機器の制御を担当する。

５はインターフェースカードであり、Ｉ／Ｏバス４とＦＦ−Ｈ１規格のフィールドバス６を接続するゲートウェイ機能を有する。７１，７２，７３，…７ｎは、フィールドバス６に接続されたＦＦ−Ｈ１規格に準拠するフィールド機器であり、夫々のフィールド機器には種々の機能を持ったファンクションブロックＦＢが実装されている。

制御装置３には、既存の分散型制御システムに対応するＦＣＳファンクションブロック３１に加えて、フィールド機器に実装された種々の機能を持つファンクションブロックをその機能毎に割り当てるための複数のＦＦフェースプレートブロック３２が実装されている。

図６は、フィールド機器内に実装される種々の機能を持つファンクションブロックと、これに対応して制御装置３に実装されるＦＦフェースプレートブロックの関係を示すテーブルである。具体的には、Analog Inputブロックに対するFF-AIフェースプレートブロック等である。

ＦＦ−Ｈ１規格に準拠する標準ファンクションブロック数は現在２５であるが、使用頻度と制御装置３のメモリ資源のトレードオフにより、ＦＦフェースプレートブロックに割り当てることが可能な標準ファンクションブロック数は、図６の例では１５に制限されている。

図５に戻り、８は制御バス２に接続されたエンジニアリングステーションであり、ビルダ機能により制御ループを構築して上位装置１、制御装置３、フィールド機器（図示では７３）にダウンロードする。

エンジニアリングステーション８において、８１はエンジニアリングにより生成されるプロジェクトデータベースであり、フィールド機器のタグ名とファンクションブロックの機能名で構成されるブロックタグ名、及びこれが割り当てられるＦＦフェースプレートブロック名、ＦＣＳファンクションブロック名が登録されている。

８２は、プロジェクトデータベース８１の登録情報を元に生成されるフィールドバスブロック一覧であり、ユーザはこれをビルダの画面に呼び出し、必要なフィールドバスブロックを選択してドラッグ＆ドロップして割り当てることで機能ブロックＦＢ−１，ＦＢ−２，ＦＢ−３を生成する。図７は、機能ブロックの構成例を示す模式図である。更に、これら機能ブロックを結合することで制御ループが構築される。

これら機能ブロックは、制御装置３に実装されたＦＦフェースプレートブロック３２に割り当てられたファンクションブロックのみで生成することも、制御装置３に実装されているＦＣＳファンクションブロック３１のみで生成することも、更に両者を混在させて生成することも可能である。

上位装置１では、制御装置３に実装されたＦＦフェースプレートブロック３２に割り当てられたファンクションブロックに対し、ＦＣＳファンクションブロックと同様に操作監視を実施することができる。図８は、上位装置１で操作監視されるＦＦフェースプレートブロックのフェースプレート（計器の顔）とチューニングの画面例である。

特許文献１には、フィールド機器に実装されるファンクションブロックに対して、実行スケジューリングオブジェクトを生成するエンジニアリング装置が記載されている。

特開２００４−７８５７２号公報

従来のフィールドバスシステムでは、次のような問題点がある。
（１）システムが用意している既存のＦＦフェースプレートブロックは、標準ファンクションブロック２５種類の全部に対応するものではなく、例えば１５種類のみに制約されているので、ＦＦフェースプレートブロックに対応していない他の標準ブロックについては、システム内の機能ブロックとして取り扱うことができず、エンジニアリングにより制御ループを構築することができない。

（２）フィールド機器のベンダが任意に作成して実装できるカスタムブロックに対しても、システムが用意しているＦＦフェースプレートブロックに対応していないので、同様にシステム内の機能ブロックとして取り扱うことができず、エンジニアリングにより制御ループを構築することができない。

これらの問題に対しては、既存のＦＦフェースプレートブロックに対応していないファンクションブロック毎に制御装置３内に新規にＦＦフェースプレートブロックを逐一実装することで対処可能であるが、煩雑なＦＦフェースプレートブロックのエンジニアリング作業が発生し、既存の分散型制御システムの標準体系を変更することになり、効率的ではない。

従って、本発明の目的は、既存のＦＦフェースプレートブロックに対応していない標準ファンクションブロック及び機器ベンダが任意に作成するカスタムブロックを、新たなＦＦフェースプレートブロックを逐一実装することなく、制御ループに適用できるフィールドバスシステムを実現することにある。

このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）フィールドバスを介して制御装置と通信する、フィールドバス規格に準拠したフィールド機器に実装されている標準ファンクションブロックを、前記制御装置に実装されているフェースプレートブロックに割り当てて機能ブロックを生成し、この機能ブロックを結合して制御ループを構築するエンジニアリングの結果を前記制御装置及び前記フィールド機器にダウンロードするフィールドバスシステムにおいて、
前記制御装置は、前記フィールド機器に実装されている他の標準ファンクションブロックまたは前記フィールド機器のベンダが任意に作成して前記フィールド機器に実装したカスタムブロックを割り当てるための、前記フェースプレートブロックと同一機能を持つユニバーサルブロックを備えることを特徴とするフィールドバスシステム。

（２）前記制御装置は、演算機能を持つファンクションブロックと他の機能ブロック間の接続情報のみを割り当てるための簡易ユニバーサルブロックを備えることを特徴とする（１）に記載のフィールドバスシステム。

（３）前記フィールドバス規格は、ファウンデーションフィールドバス規格であることを特徴とする（１）または（２）に記載のフィールドバスシステム。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）システム既存のＦＦフェースプレートブロックに対応していない標準ファンクションブロックを汎用フェースプレートブロックに割り当てることにより、機能ブロックが生成可能となり、制御ループに適用できるようになる。

（２）同様に、機器ベンダが任意に作成するカスタムブロックについても汎用フェースプレートブロックに割り当てることにより、機能ブロックが生成可能となり、制御ループに適用できるようになる。

（３）汎用フェースプレートブロックの実装により、既存のＦＦフェースプレートブロックに対して新たなＦＦフェースプレートブロックを逐一実装する変更作業は発生せず、既存の制御システムの変更は発生しない。

（４）汎用フェースプレートブロックとして簡易ユニバーサルブロックを用いることにより、機能制限はあるが制御装置の資源を消費しないシステムを構築することができ、既存の制御システムの資源に変更を発生させない設計が可能となる。

以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用したフィールドバスシステムの一実施形態を示す機能ブロック図である。図５で説明した従来システムと同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。

図１において、１００は制御装置３に追加して実装された汎用フェースプレートブロックであり、ユニバーサルブロック１０１及び簡易ユニバーサルブロック１０２の少なくともいずれかよりなる。

ユニバーサルブロック１０１は、実装済みのＦＦフェースプレートブロックと同様に制御装置３内の1つの機能ブロックとして位置付けられ、ＦＦフェースプレートブロックに対応していない標準ファンクションブロック及び機器ベンダが任意に作成するカスタムブロックを任意に割り当てて機能ブロックを生成することができる汎用的なフェースプレートブロックとして機能する。

従って、このユニバーサルブロック１０１に任意のファンクションブロックが割り当てられてエンジニアリングされて機能ブロックとして登録された場合には、この機能ブロックは上位装置１の監視操作対象となり、制御装置３のメモリ資源を消費する。

簡易ユニバーサルブロック１０２は、ユニバーサルブロック１０１と同様に任意のファンクションブロックを割り当てて機能ブロックを生成するエンジニアリングが可能であるが、機能制限がある。「簡易」という接頭語の意味は、本発明では、結合機能のみを有するユニバーサルブロックという意味である。

つまり、簡易ユニバーサルブロックに任意のファンクションブロックを割り当ててエンジニアリングされた機能ブロックは、見かけ上制御装置３の機能ブロックとしては存在せず、制御装置のメモリ資源を消費しないが、他のＦＦフェースプレートブロックのように上位装置１上で操作監視を実施することができない、という制限付きの機能ブロックとなる。

図２は、エンジニアリングステーション８における制御ループ構築に用いられた機能ブロックのダウンロード遷移図である。ＦＦフェースプレートブロック対応の機能ブロックは、上位装置１，制御装置３，フィールド機器７へダウンロードされるが、簡易ユニバーサルブロック対応の機能ブロックは、フィールド機器７のみにダウンロードされ、制御装置３へは他の機能ブロックへの接続情報のみがダウンロードされる。

このように、制御装置の資源を消費しないという特徴を備える簡易ユニバーサルブロックに基づく機能ブロックは、反面、上位装置からの操作監視の対象とはならない、という機能制限付きとなる。しかし、簡易ユニバーサルブロックに割り当てるファンクションブロックの特徴として「演算ブロック」が多いことが挙げられ、この演算ブロックは、特にそれ自身を操作監視する必要はなく、それに結合する前後の機能ブロックを監視することで制御目的の操作監視は達成できる。

もちろん、内部パラメータ（個々のブロックが有している入出力端子ではないブロックパラメータのこと）の監視は、従来の分散型制御システムがもつプロセス入出力端子に直接結合することで、個別に操作監視は可能である。操作監視を必要としないが、制御装置の資源を有効利用したいという場合に、この簡易ユニバーサルブロックを使用することでその目的を十分に達成できる。

次に、簡易ユニバーサルブロックを用いたエンジニアリングステーション８における制御ループ構築例を説明する。簡易ユニバーサルブロックに任意のファンクションブロックを割り当てた機能ブロックは、上位装置の操作監視の対象とはならないことを除き、他のＦＦフェースプレートブロックと同様に制御ループを構成する要素として使用できる。

プロジェクトデータベース８１に登録され、フィールドバスブロック一覧８２にリスト表示される簡易ユニバーサルブロックを、ビルダ画面にドラッグ＆ドロップし、更にフィールドバスブロック一覧８２にリスト表示される任意のファンクションブロックをドラッグ＆ドロップして簡易ユニバーサルブロックに割り当てることで機能ブロックが生成される。

このように生成された機能ブロックと、他のＦＦフェースプレートブロック３２又はＦＣＳファンクションブロック３１を用いて生成された機能ブロックを結合して任意の制御ループを構築することができる。

図３は、簡易ユニバーサルブロックを使用した簡単な制御ループの構築例である。この例では、フィールド機器内の標準ファンクションブロックであるAnalog Inputブロック（ＡＩブロック）及び演算機能を持つカスタムファンクションブロックであるArithmeticブロック（ＡＲブロック）及び制御装置３が備えているＦＣＳファンクションブロックであるＰＩＤブロックを用いて制御ループを構築することを考える。

ＡＩブロックに対応するＦＦフェースプレートブロックとしてＦＦ−ＡＩブロックを機能ブロックとして定義し、カスタムブロックであるＡＲブロックに対するＦＦフェースプレートブロックとして簡易ユニバーサルブロック（ＦＦ−ＳＵＮＶ）を機能ブロックとして定義する。更に、制御装置３に実装されているＰＩＤブロックを機能ブロックとして定義する。

定義された機能ブロック夫々の端子間を結線する。ＡＲブロックの場合は、入出力端子名として、対応するファンクションブロックの入出力パラメータ名を入力する。ＦＦ−ＳＵＮＶは汎用フェースプレートブロックであることから、端子名は制御ループ構成作成者が決定することになる。

一般に、簡易ユニバーサルブロックには、フィールド機器内のファンクションブロックを任意に割り当てることができる。しかしながら、既存のＦＦフェースプレートブロックに対応する標準ファンクションブロック（図６で示した１５個）については、その割り当てを対象外とする。これは、すでに対応するＦＦフェースプレートブロックが存在するので、簡易ユニバーサルブロックを使用する必要がないからである。

図４は、エンジニアリングステーション８のビルダ機能を用いた制御ループ構築の操作イメージ図である。左側の画面は制御ループ構築機能（制御ドローイングビルダ）の表示画面であり、右側の画面はエンジニアリングされたファンクションブロックの一覧を表示する画面である。

カスタムブロックの制御ループ構築機能への登録は、フィールドバスブロック一覧画面８２からのドラッグ＆ドロップにより、自動的に簡易ユニバーサルブロックを定義し、それにフィールドバスブロック一覧画から該当するカスタムブロックをドラッグ＆ドロップにより割り当てる。又、先に簡易ユニバーサルブロックを定義し、同様にカスタムブロックをドラッグして、既存の簡易ユニバーサルブロック上にドロップすることで割り当てることもできる。

本発明を適用したフィールドバスシステムの一実施形態を示す機能ブロック図である。 エンジニアリングステーションで制御ループ構築に用いられた機能ブロックのダウンロード遷移図である。 簡易ユニバーサルブロックを使用した簡単な制御ループの構築例である。 エンジニアリングステーションのビルダ機能を用いた制御ループ構築の操作イメージ図である。 従来のフィールドバスシステムの一例を示す機能ブロック図である。 フィールド機器内に実装されファンクションブロックと、これに対応して制御装置に実装されるＦＦフェースプレートブロックの関係を示すテーブルである。 機能ブロックの構成例を示す模式図である。 上位装置で操作監視されるＦＦフェースプレートブロックのフェースプレートとチューニングの画面例である。

符号の説明

１ 上位装置
２ 制御バス
３ 制御装置
３１ ＦＣＳファンクションブロック
３２ ＦＦフェースプレートブロック
４ Ｉ／Ｏバス
５ インターフェースカード
６ フィールドバス
７１，７２，７３，…７ｎ フィールド機器
８ エンジニアリングステーション
８１ プロジェクトデータベース
８２ フィールドバスブロック一覧
９ 汎用通信バス
１００ 汎用フェースプレートブロック
１０１ ユニバーサルブロック
１０２ 簡易ユニバーサルブロック
ＦＢ−１，ＦＢ−２，ＦＢ−３ 機能ブロック

Claims (3)

1. フィールドバスを介して制御装置と通信する、フィールドバス規格に準拠したフィールド機器に実装されている標準ファンクションブロックを、前記制御装置に実装されているフェースプレートブロックに割り当てて機能ブロックを生成し、この機能ブロックを結合して制御ループを構築するエンジニアリングの結果を前記制御装置及び前記フィールド機器にダウンロードするフィールドバスシステムにおいて、
   前記制御装置は、前記フィールド機器に実装されている他の標準ファンクションブロックまたは前記フィールド機器のベンダが任意に作成して前記フィールド機器に実装したカスタムブロックを割り当てるための、前記フェースプレートブロックと同一機能を持つユニバーサルブロックを備えることを特徴とするフィールドバスシステム。
2. 前記制御装置は、演算機能を持つファンクションブロックと他の機能ブロック間の接続情報のみを割り当てるための簡易ユニバーサルブロックを備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドバスシステム。
3. 前記フィールドバス規格は、ファウンデーションフィールドバス規格であることを特徴とする請求項１または２に記載のフィールドバスシステム。