JP4547614B2 - フィールドバスシステム - Google Patents

Description

本発明は、フィールドバスに接続されたフィールド機器にエンジニアリングデータをダウンロードするフィールドバスシステムに関するものである。

図１１は、エンジニアリングデータをフィールド機器にダウンロードする従来のフィールドバスシステムを階層型のプロセス制御システムに適用した一例を示す機能ブロック図である。

１は上位装置であり、制御バス２に接続されている。３は制御バス２に接続されているフィールドコントロールステーションであり、上位装置１と通信すると共にＩ／Ｏバス４を介してフィールドバスに接続されたフィールド機器を制御する。

Ｉ／Ｏバス４には２個のインターフェイスカード５１, ５２が接続されている。インターフェイスカードは一般に複数のセグメントを有し、セグメント単位でフィールドバスが接続可能とされている。セグメントは、フィールドバスに接続している機器の物理的なまとまりである。

インターフェイスカード５１のセグメントにはフィールドバス６１及び６２が接続され、夫々にはフィールド機器７１及び７２が接続されている。同様に、インターフェイスカード５２のセグメントにはフィールドバス６３及び６４が接続され、夫々にはフィールド機器７３及び７４が接続されている。

８は、上位装置１が接続されるイーサネット（登録商標）で代表される汎用通信バスである。９はフィールド機器７１乃至７４を稼動させるためのエンジニアリングデータを生成するエンジニアリングステーションであり、制御バス２及び汎用通信バス８に接続されている。

エンジニアリングステーション９において、９１はプロジェクトデータベースであり、ダウンロードすべきエンジニアリングデータ（アプリケーションプログラムも含む）が保存される。９２は機器登録を行なうフィールドバスビルダ、９３は制御ループを作成するドローイングビルダ、９４はブロックパラメータ値を設定する詳細ビルダ、９５はセグメントに接続されたフィールド機器の情報を表示する表示装置である。

図１２は、エンジニアリング作業の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１でプロジェクトが作成されると、ステップＳ２でフィールドバスビルダ９２にて機器登録が行なわれ、ステップＳ３でプロジェクトデータベース９１に上書き保存される。

更にステップＳ４ではドローイングビルダ９３にて制御ループが作成され、ステップＳ５では詳細ビルダ９４によりブロックパラメータ値が設定され、これらデータはステップＳ６でプロジェクトデータベース９１に上書き保存される。

エンジニアリング作業の大きな流れは、オフライン（ネットワークから切り離された状態）で全てのエンジニアリングデータ（コンフィギュレーションデータ）を作成しておき、現場におけるスタートアップ時に全データをフィールド機器にダウンロードする。

エンジニアリング作業が終了すると、プロジェクトデータベース９１に保存されたエンジニアリングデータをフィールド機器にダウンロードするスタートアップ作業が実施される。スタートアップ作業には、ダウンロードに当っての前作業が含まれる。

図１３は、スタートアップ作業の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１でセグメントに接続された実機を確認（ベンダ名、機器タイプ）し、ステップＳ２でソフトウェアレビジョンを認識する。これらの作業はエンジニアリングステーションの表示装置９５でフィールド機器と通信して確認できる。

ステップＳ３で機器のタグ及びアドレスをアサインし、ステップＳ４で機器の通信能力を決めるクラスを設定する。更に機器の接続状態を確認するループチェック、機器のゼロ調整、レンジ調整、等値化等を実施する。ここまでが前作業であり、この作業が終了するとステップＳ５でオフラインロードが実行される。

オフラインロードでは、機器の制御を一旦停止してエンジニアリングデータをダウンロードした後に稼動をスタートさせる。ステップＳ６では稼動がスタートした機器のパラメータ調整が実行され、一連のスタートアップ作業が終了する。

前述の前作業は特にその作業が強制あるいは自動化されているわけではないが、ダウンロードを正常に終了させるためには必須の作業である。しかしながら、その作業がしばしば抜けてしまう場合がある。

又オフラインロードでは、前述のようにダウンロードが終了すると即制御が開始するようになっており、ある状況下においては機器の制御の開始を明示的に管理できる仕組みが望ましい場合がある。

特開２００３−１２４９３７号公報

フィールド機器へのエンジニアリングデータのダウンロード前の実機確認等の前作業は、エンジニアリングの手順を記述したマニュアルでは明示されており、そのためのツール（表示装置９５）も用意されている。

しかしながら、それらの作業はユーザが直接手動にて実施することになり、状況に応じてその手順が異なる場合もあることから、次のような問題がある。
（１）確認作業を怠ったことで、ダウンロードにてエラーが発生する。
（２）手動作業であることから、作業漏れが発生し復旧に時間を費やす。
（３）ネットワークに接続しているフィールド機器の状態（認識／未認識、登録／未登録、動作／未動作、ダウンロードを必要とするのか否か等）を確認することができない。
（４）すでに調整されているブロックパラメータ値をそのまま使用する手段がない。
（５）以上の操作を自動的にかつ明示的に実施する環境がない。

従って本発明が解決しようとする課題は、以下の機能を有するスタートアップ支援手段を備えたフィールドバスシステムを実現することにある。
（１）オンデマンド通信が可能になるまでの機器認識作業を自動化する。
（２）ネットワークに接続された機器の素性（ベンダ名等の機器情報）を明らかにする。
（３）フィールド機器の状態を明示する。
（４）オンデマンド通信が可能になるまでのエンジニアリングデータをダウンロードする前作業（アサイン、等値化等）を自動化する。
（５）グラフィカルな操作を可能とする。

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）フィールドバスのセグメントに接続されたフィールド機器のスタートアップ時に、エンジニアリングデータを前記フィールド機器にダウンロードするための前作業を自動化するスタートアップ支援手段を具備するフィールドバスシステムにおいて、
前記スタートアップ支援手段は、
前記セグメントに接続されている全ての前記フィールド機器を認識して表示し、認識したフィールド機器に対してオンデマンド通信を可能とするアプリケーションを設定するオンデマンド通信処理手段と、
前記オンデマンド通信による、
前記セグメントに接続されている前記フィールド機器のブロックパラメータの等値化処理手段と、
前記セグメントに接続されている前記フィールド機器に設定されている値または前記エンジニアリングデータの選択処理手段と、
前記セグメントに接続されている前記フィールド機器の健全性チェックまたはキャリブレーション処理手段と、
を備え、
前記ブロックパラメータの等値化処理手段は、論理機器あるいは実機器のどちらのパラメータを前記フィールド機器のブロックパラメータとして採用するかの選択情報を画面表示することを特徴とするフィールドバスシステム。

（２）前記スタートアップ支援手段は、前記エンジニアリングデータを生成するエンジニアリングステーションと通信す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及びフィールド機器は、FOUNDATIONフィールドバス規格に準拠す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）セグメントに接続されている全てのフィールド機器の一覧が自動的に表示され、認識作業ミスを防止できる。
（２）セグメントに接続されている全てのフィールド機器対してオンデマンド通信ができる状態を自動的に実現できる。
（３）全てのブロックパラメータの等値化ができるようになる。データベースの値と実機に設定されている値のどちらの値を使用するのかを自動的に決定できるようになる。
（４）オンデマンド通信が実行可能となった状態にて、機器の健全チェックやキャリブレーション等が実行できるようになる。

更に、フィールド機器のオペレーション時及びメンテナンス時に、スタートアップ支援手段の機能を拡張利用することにより、次のような効果がある。
（１）オペレーションの局面において、ブロックパラメータの設定ができるようになる。
（２）オペレーションの局面において、アラームの解析ができるようになる。
（３）オペレーションの局面およびメンテナンスの局面において、オペレーション対象機器か否か，メンテナンス対象機器か否かを表示／設定できるようになる。
（４）メンテナンスの局面において、エンジニアリング機能を用いることなく、機器の交換作業ができるようになる。
（５）メンテナンスの局面において、新規に接続した機器を調整後、システムに登録することができるようになる。

以下、本発明の構成を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明を階層型の制御システムに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はスタートアップ支援手段であり、制御バス２及び汎用通信バス８に接続されてエンジニアリングステーション９及び上位装置１と通信すると共に、フィールドバス６１乃至６４に接続されたフィールド機器７１乃至７４と通信する。

本発明のスタートアップ支援手段１００は、フィールドバスシステムのスタートアップ時に使用されるものであり、主目的はセグメントに接続されている全ての機器の状態を表示することにある。そして、エンジニアリングしたシステム構成（機器構成）と実機との紐付けを実施することで機器単体のコンフィギュレーションを実施することである。

スタートアップ支援手段１００において、１０１はＯＬＥ（Object Linking and Embedding）起動手段である。この手段は、既存機能のフィールドバスシステムの構築機能であるフィールドバスビルダの諸機能をＯＬＥ化しておき、それを必要に応じて起動する機能を有する。この機能により、スタートアップ支援手段１００側の操作をエンジニアリングステーション９に反映させることができ、種々の機能拡張が可能となる。

１０２はイベント処理手段であり、スタートアップ支援手段１００の画面上の操作を受付けて、論理機器あるいは実機に対する処理を起動する。具体的にはブロックパラメータの等値化処理である。

１０３はセグメント表示手段であり、セグメントに接続されているすべてのフィールド機器の情報を表示する。フィールド機器の情報には、機器タグ、ノードアドレス及び機器レビジョン情報の基本情報と、必要に応じて取得／表示する詳細情報がある。

１０４はプロジェクトデータ表示手段であり、エンジニアリングステーション９でオフラインエンジニアリングにより構築されたシステム構成（機器構成）をツリー形式で表示する。
表示単位は、プロセス制御システムが管理する１つのプロジェクト全体である。

１０５は、オンデマンド通信手段であり、セグメントに接続しているフィールド機器を認識し、自動的に機器へのオンデマンド通信が実行できる状態にする。そして、セグメント表示手段での表示に必要な全ての情報を通信により取得する。また、ブロックパラメータ値を通信により機器に設定する。

１０６はデータベースアクセス手段であり、プロセス制御システムが管理するエンジニアリングステーション９に構築されているプロジェクトデータベース９１にアクセスし、プロジェクトデータを取得してプロジェクトデータ表示手段１０４に渡す。

１０７は処理実行手段であり、このスタートアップ支援手段１００における前述の各種処理を実行する。

図２は、スタートアップ支援手段１００の操作画面のイメージ図を示す。画面左側プロジェクト情報（論理機器構成）をツリー構造で表示する部分であり、画面右側がセグメント情報（実機情報）を表示する部分である。

画面右側のセグメント情報表示部分には、デフォルトでは機器に関する基本情報のみが表示され、必要に応じて詳細情報を別ダイアログにて表示することができる。また、この画面上でドラッグ＆ドロップ操作により実機器を画面左側の論理機器に重ね合わせることで、論理機器と実機器との紐付けが実行される。この操作は、ＯＬＥ起動部１０１によりエンジニアリングステーションのフィールドバスビルダ９２に反映される。

図３は、セグメント情報表示部１０３に機器情報が表示される過程で実行される処理の流れを示すフローチャートである。まず、ステップＳ１でセグメントに接続されている全ての機器を定周期で認識する。

ステップＳ２のチェックで、認識された機器のノードアドレスがテンポラリアドレスである場合には、ステップＳ３で適当な有効アドレスに自動的に設定するアドレスアサインを実行する。

ステップＳ４では、フィールド機器とのオンデマンド通信を可能とするためにアプリケーション用QUB-VCR（Foundationフィールドバス規格に基づくオンデマンド通信環境処理）を設定する。

この状態でオンデマンド通信、つまり、通信を介しての機器のやりとり、具体的には各パラメータ（ブロックパラメータを含む）の読み書きがスタートアップ支援手段１００側から実行できる環境が実現される。ステップＳ１よりＳ４までの処理が機器台数分繰り返され、機器情報が表示される過程で実行される処理が終了する。

図４は、ブロックパラメータの等値化を実行する処理の流れを示すフローチャートである。この処理は、フィールドバスシステムにおけるコミッショニング動作の代表的な処理である。まず、ステップＳ１では論理機器と実機器とを結び付けるいわゆる紐付け作業が実行される。

論理機器と実機器が紐付けされると、ステップＳ２では実機器のブロックパラメータをアップロードする。次にステップＳ３では、論理機器のデータベースにあるブロックパラメータとの比較を実行し、その結果を画面に表示する。

ユーザは表示された比較画面を確認し、ステップＳ４で等値化オプションを設定する。等値化オプションとは、論理機器あるいは実機器のどちらのパラメータ値を採用するのかを決定する選択情報である。選択情報には、機器単位、ブロック単位、パラメータ個別を用意し、夫々デフォルト値を持つ。

デフォルト値で問題がなければステップＳ６に飛んで等値化を実行し、問題があればステップＳ５で個別設定により夫々どちらの値を採用するかの意図を選択した後にステップＳ６で等値化を実行する。

等値化が実行されるとステップＳ７に進み、各ブロックはＭＡＮモード（制御が実行されないモード）に遷移し、一連のパラメータ等値化処理を終了する。

以上説明した実施形態では、ダウンロードに先立つ前作業の必須項目に関する機能を説明したが、本発明の環境を利用すれば種々の機能拡張が可能である。以下、実現可能な機能拡張の例につき説明する。

オペレーションでの使用局面では、本発明の機器状態表示機能を基本として、
（１）パラメータ表示／設定機能
（２）アラーム表示機能
を追加することで、オペレーション時における有用な機能を実現できる。

メンテナンスでの使用局面では、本発明の機器状態表示機能を基本として、
（３）モード切替え機能
（４）機器交換に伴う再エンジニアリング機能
を追加することでメンテナンス時における有用な機能を実現できる。

更なるエンジニアリングでの拡張機能として、
（５）機器の登録機能
を追加することができ、エンジニアリング時の利便性を向上させることが可能である。

以下追加機能（１）乃至（５）につき、図面により補足説明する。
（１）パラメータ表示／設定機能は、オンデマンド通信可能状態となっていることで容易に実現できる。これは本発明でのパラメータの等値化にて機器のパラメータ値を取得する機能の利用である。

図５はブロックパラメータ等値化の手順を示すフローチャートであり、図４で説明した手順と実質的に同一であるが、ステップＳ６のブロックパラメータの等値化での画面を利用する。図６はブロックパラメータ等値化画面であり、論理機器あるいは実機器のどちらのパラメータ値を採用するのかを選択できる機能がある。この機能を任意のタイミングで利用できるパラメータ表示設定手段を設ける。

選択されている側のパラメータ値が修正可能であり、論理側が選択されている場合は論理側のパラメータ値が、機器側が選択されている場合は機器側のパラメータ値が修正対象となる。

（２）アラーム表示機能は、フィールドバスに接続された機器にコミッショニングによりアプリケーションがダウンロードされるとアラームを発信することが可能となることから、このアラームを上位のスタートアップ支援手段１００で取得し、解釈／表示する機能を追加することは容易である。

図７は、アラームの取得と表示機能のイメージ図である。上位装置１が備えるヒストリカルメッセージ管理より、フィールドバスに関係するすべてのアラームをスタートアップ支援手段１００で取得し、エラーコードなど１６進数などで表現されている情報を，個々の機器に依存した解釈方法を用いて分かり易い文字列として内容を表示する。図８はこのように処理されたアラーム表示画面例である。

（３）モード切り替え機能は、機器交換のために安全に機器を停止するためにあるパラメータを書き替えることで実現できる。オンデマンド通信可能状態となっていることで容易に実現できる。

本機能を使用する作業者に対して、作業制限を設けるために、夫々の機器に対して「オペレーション可能」及び「メンテナンス可能」を設定することができる。「オペレーション可能」に設定された機器は、現在オペレーション中であることを意味し、メンテナンス作業者は操作できない。又、「メンテナンス可能」に設定された機器は、現在メンテナンス中であることを意味し、オペレータは操作できないものとする。

「オペレーション可能」から「メンテナンス可能」への切り替えは、オペレータが実施し、「メンテナンス可能」から「オペレーション可能」への切り替えは、メンテナンス作業者が実施する。夫々各作業者の判断で手動にて実施する。尚、エンジニアはいずれの操作も可能とする。

（４）機器交換に伴う再エンジニアリング機能は、暫定登録状態にある機器に対して既にフィールドバスビルダ９２の機能として実現されている機器登録機能をＯＬＥ起動部１０１で呼び出すことにより、容易に実現することが可能である。これにより、フィールドバスビルダ側の操作なしで機器の登録作業を実施することができ、オンラインエンジニアリングの操作性を向上させることが可能である。

機器の交換（ハード的，ソフト的いずれも）には、再エンジニアリングを伴う。この再エンジニアリング作業が、スタートアップ支援手段１００が備える等値化処理の流れの中で自動的に実施可能となる。図９は、再エンジニアリングの処理手順を示すフローチャートである。

図９の流れを説明すれば、ステップＳ２で交換対象機器に対して作業状態を「メンテナンス可能」に設定する。ステップＳ３で機器を物理的に交換する。ステップＳ４、Ｓ５で機器が再認識された後、論理機器との紐付け作業を実施する。ステップＳ６で等値化処理が実行され，この中で，差分を解消する目的で再エンジニアリングが自動的に実施される。

メンテナンス作業者は、エンジニアに対して交換後の再エンジニアリングを依頼することなく、又、エンジニアリング機能を使用することなく、交換後の再エンジニアリング実施することができるようになる。ただし、メンテナンス作業者がエンジニア権限を有しない場合は、作業の実施はエンジニアが実施するものとする。この場合においても作業自体は同じ操作となる。

（５）更なるエンジニアリングでの拡張機能として機器の新規登録機能を追加することができ、エンジニアリング時の利便性を向上させることが可能である。本発明のスタートアップ支援手段に表示される機器は暫定登録状態にある。つまり、エンジニアリングステーション９のプロジェクトデータベース９１には登録されていない。

セグメントに新規に接続した機器の情報が表示される機能は、スタートアップ支援手段１００の機能としてすでに存在するが、その機器は暫定登録状態にあるだけである。つまり、エンジニアリングステーション９のプロジェクトデータベース９１には登録されてはいない。本機能は、暫定登録状態にある機器を、プロジェクトデータベース９１に登録できるものである。

図１０は、新規登録の処理手順を示すフローチャートである。この処理の流れを説明すれば、ステップＳ２の論理機器のセグメントへのドラッグ＆ドロップを実行すると、ステップＳ３で機器自動登録処理が実行され、ステップＳ４でジェネレーション機能が実行される。

更にステップＳ５でダウンロード機能が実行され、ステップＳ６でブロックパラメータの等値化指定が起動され、採用するパラメータを選択し、ステップＳ７エンジニアリング機能が備える機器へのオフラインロードが実行される。

本機能は、エンジニアリング機能にて、新規に接続した機器を登録する作業を実施することなく、同様な等値化処理の流れの中でプロジェクトデータベース９１に登録することができる。これは、エンジニアリング機能を使用しないメンテナンス作業者が、新規登録作業ができるようになることを意味する。尚、本機能は、エンジニア権限を有するメンテナンス作業者にのみ許される。

以上説明した実施形態では、スタートアップ支援手段１００を制御バス及び汎用通信バスを介して他の構成要素と通信する独立した構成要素として示したが、この機能をエンジニアリングステーション９又は上位装置１内に形成する構成を取ることも可能である。

更に、図１の実施形態では、本発明を階層型の制御システムに適用した場合のフィールドバスシステム構成を示したが、階層構造をとらないフィールドバスシステムにも同様に本発明を適用することが可能である。

本発明を階層型の制御システムに適用した場合のフィールドバスシステム構成を示す機能ブロック図である。 スタートアップ支援手段の操作画面のイメージ図である。 セグメント情報表示手段に機器情報が表示される過程で実行される処理の流れを示すフローチャートである。 ブロックパラメータの等値化を実行する処理の流れを示すフローチャートである。 ブロックパラメータ等値化の手順を示すフローチャートである。 ブロックパラメータ等値化画面である。 アラームの取得と表示機能のイメージ図である。 アラーム表示画面である。 再エンジニアリングの処理手順を示すフローチャートである。 新規登録の処理手順を示すフローチャートである。 従来のフィールドバスシステムを階層型のプロセス制御システムに適用した一例を示す機能ブロック図である。 エンジニアリング作業の流れを示すフローチャートである。 スタートアップ作業の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 上位装置
２ 制御バス
３ フィールドコントロールステーション
４ Ｉ／Ｏバス
５１、５２ インターフェイスカード
６１、６２、６３、６４ フィールドバス
７１、７２、７３、７４ フィールド機器
８ 汎用通信バス
９ エンジニアリングステーション
９１ プロジェクトデータベース
９２ フィールドバスビルダ
９３ ドローイングビルダ
９４ 詳細ビルダ
９５ 表示装置
１００ スタートアップ支援手段
１０１ ＯＬＥ起動手段
１０２ イベント処理手段
１０３ セグメント表示手段
１０４ プロジェクトデータ表示手段
１０５ 機器認識／オンデマンド通信手段
１０６ データベースアクセス手段
１０７ 処理実行手段

Claims (3)

1. フィールドバスのセグメントに接続されたフィールド機器のスタートアップ時に、エンジニアリングデータを前記フィールド機器にダウンロードするための前作業を自動化するスタートアップ支援手段を具備するフィールドバスシステムにおいて、
   前記スタートアップ支援手段は、
   前記セグメントに接続されている全ての前記フィールド機器を認識して表示し、認識したフィールド機器に対してオンデマンド通信を可能とするアプリケーションを設定するオンデマンド通信処理手段と、
   前記オンデマンド通信による、
   前記セグメントに接続されている前記フィールド機器のブロックパラメータの等値化処理手段と、
   前記セグメントに接続されている前記フィールド機器に設定されている値または前記エンジニアリングデータの選択処理手段と、
   前記セグメントに接続されている前記フィールド機器の健全性チェックまたはキャリブレーション処理手段と、
   を備え、
   前記ブロックパラメータの等値化処理手段は、論理機器あるいは実機器のどちらのパラメータをブロックパラメータとして採用するかの選択情報を画面表示することを特徴とするフィールドバスシステム。
2. 前記スタートアップ支援手段は、前記エンジニアリングデータを生成するエンジニアリングステーションと通信す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及びフィールド機器は、FOUNDATIONフィールドバス規格に準拠す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。