JP4708834B2 - プロトコル変換装置 - Google Patents

Description

本発明は、プロセス制御技術に関し、特にプロトコル変換装置を用いてフィールドバスに接続されている機器をＬＡＮに接続する際のアドレス設定技術に関する。

プラント監視システムやビル管理システムなど、ネットワークを介して各種フィールド機器を管理する管理システムでは、異なる通信・制御プロトコルのフィールド機器を上位ネットワークに接続する際、プロトコル変換装置が用いられる。
このようなプロトコル変換装置では、例えば上位ネットワークであるイーサネット（登録商標）に、フィールドバスで用いられるフィールドバス機器を接続する際、イーサネットとフィールドバスとの間でデータ通信プロトコルの変換を行う。

管理システムでは、上位管理装置から個々のフィールド機器をアクセスする際、各フィールドバスに予め割り当てたＩＰアドレスを用いて所望のフィールドバス上のフィールドバス機器を指定する。したがって、プロトコル変換装置では、上位管理装置から指定されたＩＰアドレスと自装置のフィールドバスとを対応させる必要がある。

このようなプロトコル変換装置は、フィールドバスを接続する端子ユニットと、イーサネットケーブルが接続されるとともに端子ユニットにコネクタを介して接続される本体とに分離された構成をなしている。設置時には、まず各プロトコル変換装置の端子ユニットをＤＩＮレールに取り付けた後、各本体をそれぞれ対応する端子ユニットに取り付けることにより、設置時の作業性を向上させている。

なお、フィールドバスとは、工場内での計測・制御用機器間の通信に用いるディジタルネットワークのことで、検出端（センサー）または操作端と制御機器との通信、または制御機器同士の通信に特化したネットワークである（例えば、非特許文献１など参照）。従来、これらの機器間はそれぞれスイッチや電磁弁関連のオンオフ信号線、あるいはアナログ信号の配線で接続されていたが、フィールドバスを適用して、配線を共通化し、時分割・多重化、マルチドロップ化することにより配線費用の低減がはかれる。また、フィールド機器がディジタル化されることにより、故障診断、ゼロスパン調節自動化などによって、高信頼化、保守容易化などの効果も期待できる。

特開平６−３０９０１４号公報 http://www.fieldbus.org/About/FoundationTech/Resources/，Fieldbus Foundation

しかしながら、このような従来技術では、各プロトコル変換装置の端子ユニットと本体とをそれぞれ別個に設置するため、その組合せに誤りが生じ、端子ユニットに異なる本体が取り付けてしまう可能性がある。したがって、設置後、すべてのフィールドバス機器について確認作業が必要となり、設置時の作業負担が大きいという問題点があった。また、各プロトコル変換装置のフィールドバスに接続されているフィールドバス機器が異なる場合、上位管理装置からアクセスできないためエラーが発生するため組合せに誤りがあると推定できるものの、異なるフィールドバスに同種のフィールバス機器が接続されている場合は上位管理装置からそのフィールドバス機器に誤アクセスできるためエラーが発生せず、組合せに誤りがあることがわからず、結果として誤ったデータが上位管理装置へ送信されるという問題点もあった。

また、アドレス変換部を設けて、誤った配線接続が所望の接続となるようアドレスを変換する方法も提案されているが（例えば、特許文献１など参照）、これは誤った配線接続の訂正を配線作業ではなく端末装置でのアドレス設定作業で解決できるだけであり、結果的には配線接続と各アドレスとの対応付けが正しいかどうかを複数の作業員により確認する作業が必要となる。また、組をなす端子ユニットと本体とに同一番号のシールを貼り付けておき、本体を取り付ける場合、その本体と同一番号シールの端子ユニットを確認して取り付けるという設置方法も提案されているが、それでも組合せを誤って取り付けてしまう可能性もあり、このような場合には前述と同様の誤アクセスが生じるという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、端子ユニットに対して本体を取り付ける際、その組合せの誤りを容易に確認できるプロトコル変換装置を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかるプロトコル変換装置は、第１のネットワークと第２のネットワークとの間に接続されて、第１のネットワーク上の装置と第２のネットワーク上の機器との間の通信に用いるプロトコルの変換処理を行うプロトコル変換装置であって、第１のネットワークで用いられる当該プロトコル変換装置のアドレスの付与範囲より小さい範囲を示す下位数ビット分に対応する照合値を設定する照合値設定部を有する端子ユニットと、端子ユニットに取り付けられた状態でコネクタを介して端子ユニットと電気的に接続されてプロトコル変換処理を行う本体とを備え、本体は、アドレスを記憶するアドレスメモリと、アドレスメモリから読み取ったアドレスの下位数ビット分とコネクタを介して照合値設定部から読み取った照合値とを照合する自己診断手段と、照合の失敗に応じて端末ユニットと本体との組合せが相違する旨の警報を表示する表示部とを有している。

この際、照合値設定部として、任意の照合値を記憶する不揮発性のメモリを用いてもよい。

あるいは、照合値設定部として、操作に応じた任意の照合値を設定するスイッチを用いてもよい。

この際、照合値設定部を、開口部を有する箱状をなす端子ユニットのうち、本体が取り付けられた状態で当該プロトコル変換装置外部から覆い隠される内側底部に実装してもよい。

さらに、端子ユニットで、コネクタを介して本体へ電源供給し、自己診断手段で、端子ユニットに対する本体の取り付けに応じた電源供給の開始時に照合を行うようにしてもよい。

本発明によれば、本体の自己診断手段により、アドレスメモリから読み取った当該プロトコル変換装置のアドレスの付与範囲より小さい範囲を示す下位数ビット分とコネクタを介して照合値設定部から読み取った照合値とが照合され、その照合の失敗に応じて端末ユニットと本体との組合せが相違する旨の警報が表示されるため、端子ユニットに対して本体を取り付ける際、その組合せの誤りを容易かつ確実に確認できる。
したがって、各プロトコル変換装置を設置後、すべてのフィールドバス機器について確認作業を行う必要がなくなり、設置時の作業負担を大幅に削減できる。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置が適用される管理システムの構成例を示すブロック図である。
以下では、プロトコル変換装置で、上位ネットワークであるイーサネット（登録商標）に、フィールドバスで用いられるフィールドバス機器を接続する際、イーサネットとフィールドバスとの間で通信・制御プロトコルの変換を行う場合を例として説明する。

図１の管理システムは、ネットワークを介して各種フィールド機器やフィールドバス機器から所望の情報を収集して管理するシステムであり、上位管理装置１、イーサネット（第１のネットワーク）２、コントローラ３、アナログ伝送路３Ａ、フィールド機器４、プロトコル変換装置５、フィールドバス（第２のネットワーク）５Ａ、およびフィールドバス機器６が設けられている。

上位管理装置１は、イーサネット２を介して１つ以上のコントローラ３および１つ以上のプロトコル変換装置５と接続されている。
コントローラ３は、アナログ伝送路３Ａを介して１つ以上のフィールド機器４と接続されている。
プロトコル変換装置５は、フィールドバス５Ａを介して１つ以上のフィールドバス機器６と接続されている。

上位管理装置１は、パーソナルコンピュータなどの情報処理装置からなり、イーサネット２を介してコントローラ３やプロトコル変換装置５とデータ通信を行うことにより、コントローラ３やプロトコル変換装置５で取得した各種データを収集する機能と、これら収集したデータに基づき例えばプラントやビルなどの対象システムの管理を行うための画面を表示する機能とを有している。

コントローラ３は、アナログ伝送路３Ａに接続されたフィールド機器４を制御する制御装置であり、アナログ伝送路３Ａを介してフィールド機器４とデータ通信を行う機能と、所定の手順に基づきフィールド機器４を制御する機能と、イーサネット２を介して上位管理装置１とデータ通信を行う機能と、上位管理装置１からの指示応じて所望のデータを上位管理装置１へ送信する機能とを有している。
フィールド機器４は、流量、温度、圧力、弁開度など任意のプロセス変数を計測する発信器からなり、アナログ伝送路３Ａを介してコントローラ３とデータ通信を行う機能と、上記プロセス変数をコントローラ３へ送信する機能と、コントローラ３からの指示に応じて所望のプロセス変数となるよう機器を制御する機能とを有している。

プロトコル変換装置５は、上位管理装置１とフィールドバス機器６とを相互接続する通信装置やこれらフィールドバス機器６を制御するコントローラであり、フィールドバス５Ａを介してフィールドバス機器６とデータ通信を行う機能と、イーサネット２を介して上位管理装置１とデータ通信を行う機能と、上位管理装置１とフィールドバス機器６との間で通信・制御プロトコルの変換を行う機能と、上位管理装置１からの指示応じて所望のデータを上位管理装置１へ送信する機能とを有している。
フィールドバス機器６は、流量、温度、圧力、弁開度など任意のプロセス変数を計測する発信器からなり、フィールドバス５Ａを介してプロトコル変換装置５とデータ通信を行う機能と、上記プロセス変数をプロトコル変換装置５へ送信する機能と、プロトコル変換装置５からの指示に応じて所望のプロセス変数となるよう機器を制御する機能とを有している。

［プロトコル変換装置］
次に、図２〜図４を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置について詳細に説明する。図２は、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置の構成を示すブロック図である。図３は、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置を示す外観図であり、図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は側面図である。図４は、端子ニットを示す外観図であり、図４（ａ）は平面図、図４（ｂ）は側面図である。

このプロトコル変換装置５は、フィールドバス５Ａを接続する端子ユニット１０と、イーサネット２が接続されるとともに端子ユニット１０にコネクタ３０を介して接続される本体２０とから構成されている。

端子ユニット１０には、フィールドバス５Ａを接続する接続端子１１と、フィールドバス５Ａに割り当てられたイーサネット２のＩＰアドレスの少なくとも一部からなる照合値を設定する照合値設定部１２とが設けられている。
照合値設定部１２の具体例としては、プリント配線基板に実装されるロータリＤＩＰスイッチやＤＩＰスイッチなどの小型のスイッチでもよく、不揮発性のメモリであってもよい。照合値設定部１２の照合値は、当該プロトコル変換装置５の工場出荷時や設置作業時に行われる。

本体２０には、イーサネット２を接続するモジュラー型のコネクタ２１、イーサネットインターフェース部（以下、イーサネットＩ／Ｆ部という）２２、フィールドバスインターフェース部（以下、フィールドバスＩ／Ｆ部という）２３、制御部２４、アドレスメモリ２５、および表示部２６が設けられている。
イーサネットＩ／Ｆ部２２は、イーサネット２を介して上位管理装置１と各種データを送受信する回路部である。フィールドバスＩ／Ｆ部２３は、フィールドバス５Ａを介してフィールドバス機器６と各種データを送受信する回路部である。

制御部２４は、ＣＰＵなどのマイクロプロセッサとその周辺回路を有し、マイクロプロセッサ内や周辺回路のメモリ内に格納されたプログラムを読み込んで実行することにより、上記ハードウェアとプログラムとを協働させて各種機能手段を実現する機能部である。
制御部２４で実現される主な機能手段としては、プロトコル制御手段２４Ａと自己診断手段２４Ｂがある。

プロトコル制御手段２４Ａは、上位管理装置１とフィールドバス機器６との間で通信・制御プロトコルの変換を行う機能と、フィールドバス５Ａを介してフィールドバス機器６を制御する機能とを有している。
自己診断手段２４Ｂは、当該プロトコル変換装置５に対する電源投入時に、端子ユニット１０の照合値設定部１２から読み込んだ照合値と、アドレスメモリ２５に格納されているＩＰアドレスとを照合して、端子ユニット１０と本体２０との組合せの正否を確認する機能を有している。

アドレスメモリ２５は、フラッシュメモリなどの不揮発性のメモリからなり、イーサネット２上における当該プロトコル変換装置５のＩＰアドレスを記憶する機能を有している。このＩＰアドレスは、当該プロトコル変換装置５の工場出荷時や設置作業時に、イーサネット２に接続された外部装置から設定される。
表示部２６は、ＬＥＤやＬＣＤなどの表示器からなり、制御部２４からの指示に応じて、例えば電源供給状態、動作状態、端子ユニット１０と本体２０との組合せによるＩＰアドレスの一致／不一致などの各種情報を表示する機能を有している。

端子ユニット１０は、プラスチック樹脂からなり前方に開口部を有する箱状のケース１５と、接続端子１１や照合値設定部１２を実装するプリント配線基板１６とからなり、ケース１５内にプリント配線基板１６が取り付けられている。
本体２０は、プラスチック樹脂からなり後方に開口部を有する箱状のケース２７と、コネクタ２１、表示部２６、さらには各種回路部を実装するプリント配線基板（図示せず）とからなり、ケース２７内にプリント配線基板１６が取り付けられている。

端子ユニット１０の後方には、端子ユニット１０をＤＩＮレール４０に係合させるための凹部１５Ｃと、係合させた端子ユニット１０をＤＩＮレール４０に係止するためのスライド式のクランプ１５Ｄとが設けられている。
端子ユニット１０の前方下部には、ケース１５の開口端を形成する対向壁部に、上方に向けて突出する係合突起１５Ａと、その係合突起１５Ａの上方位置に開口端から後方に向かう凹部１５Ｂとが形成されている。

本体２０の前面には、コネクタ２１と表示部２６が設けられている。また、本体２０の後方下部には、ケース２７の開口端を形成する対向壁部に、下方に向けて突出する係合突起２７Ａが設けられている。
プロトコル変換装置５を設置する際には、まず、ＤＩＮレール４０に端子ユニット１０を取り付けて、接続端子１１にフィールドバス５Ａを接続するとともに、電源端子１３に電源を接続する。そして、本体２０の係合突起２７を端子ユニット１０の凹部１５Ｂに嵌合させて、係合突起２７が端子ユニット１０の係合突起１５Ａと係合するよう、本体２０を端子ユニット１０に取り付ける。

次に、本体２０のコネクタ２１にイーサネット２を接続した後、図４に示すように、端子ユニット１０のプリント配線基板１６には、本体２０と対向する位置にコネクタ３０が実装されており、端子ユニット１０に対する本体２０の取り付けに応じて、本体２０側のコネクタ３０（図示せず）と嵌合する。
これにより、端子ユニット１０と本体２０とが電気的に接続され、端子ユニット１０の電源端子１３に接続された電源がコネクタ３０を介して本体２０に供給され、プロトコル変換装置５が起動する。

［第１の実施の形態の動作］
次に、図５を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置の動作について説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置の自己診断処理を示すフローチャートである。
プロトコル変換装置５の本体２０に設けられている各回路部には、端子ユニット１０に対する本体２０の取り付けに応じて、コネクタ３０を介して端子ユニット１０から電源が供給される。制御部２４は、この電源供給に応じてプログラムの実行を開始し、図５に示す自己診断処理を最初に実行する。

まず、制御部２４は、自己診断手段２４Ｂにより、端子ユニット１０の照合値設定部１２からコネクタ３０を介して照合値を読み取る（ステップ１００）。次に、自己診断手段２４Ｂは、アドレスメモリ２５からＩＰアドレスを読み取り（ステップ１０１）、このＩＰアドレスと照合値とを照合する（ステップ１０２）。
ここで、照合値がＩＰアドレスの所定部分と一致して照合に成功した場合（ステップ１０３：ＹＥＳ）、端子ユニット１０と本体２０との組合せが正常であると判断でき、一連の自己診断処理を終了し、プロトコル制御手段２４Ａによるデータ転送処理を開始する。

一方、照合値がＩＰアドレスの所定部分と一致せず照合に失敗した場合（ステップ１０３：ＮＯ）、端子ユニット１０と本体２０との組合せに誤りがあると判断でき、表示部２６を制御して、アドレスが相違する旨すなわち組合せが相違する旨の警報を表示し（ステップ１０４）、一連の自己診断処理を終了する。この際、自己診断処理を終了した後、プロトコル制御手段２４Ａによるデータ転送処理を開始しないようにしてもよい。また、フィールドバス５Ａ側のみデータ通信を停止して、イーサネット２側のデータ通信を行うようにしてもよく、これにより上位管理装置１などイーサネット２に接続された外部装置から当該プロトコル変換装置５の状態を確認できる。

このように、本実施の形態では、端子ユニット１０に照合値設定部１２を設けて、本体２０で記憶しているＩＰアドレスに対応する照合値を設定し、自己診断手段２４Ｂにより、この照合値とＩＰアドレスとを照合し、その照合失敗に応じて端子ユニット１０と本体２０との組合せが相違する旨を警報表示するようにしたので、端子ユニットに対して本体を取り付ける際、その組合せの誤りを容易かつ確実に確認できる。
したがって、各プロトコル変換装置を設置後、すべてのフィールドバス機器について確認作業を行う必要がなくなり、設置時の作業負担を大幅に削減できる。

また、各プロトコル変換装置５は、それぞれイーサネット２上で固有のＩＰアドレスを有していることに着目し、照合値としてＩＰアドレスに対応する値を用いるようにしたので、ＩＰアドレス以外の固有の値を照合値として用いる場合と比較して、その照合値を照合するため検査データを本体２０に設定する必要がなくなり、照合値設定時の作業負担を大幅に軽減できる。

なお、照合値については、ＩＰアドレスに対応する値であればいずれの値を用いてもよく、例えばＩＰアドレスに対して所定の演算処理を施すことにより得られる値であってもよく、ＩＰアドレスをそのまま用いてもよい。また、照合値として各ＩＰアドレスごとに固有の値を用いる必要はなく、同時に設置するプロトコル変換装置５を識別できる値であれば十分であり、ＩＰアドレスの付与範囲（３２ビット幅）より小さい範囲の値、例えばＩＰアドレスの下位数ビット分を用いてもよい。

また、照合値はＩＰアドレスに限定されるものではなく、イーサネット２などの上位ネットワーク上で用いられる各プロトコル変換装置５に固有のアドレスであれば、例えばＭＡＣアドレスなどの他のアドレス値を用いてもよい。

また、照合値設定部１２として、任意の照合値を記憶する不揮発性のメモリを用いることにより、プロトコル変換装置５の出荷時、あるいは設置作業の開始前に、外部装置から容易に所望の照合値を設定することができ、照合値設定部１２としてスイッチなどを用いる場合と比較して、照合値の設定に要する作業負担を大幅に軽減できる。
また、照合値設定部１２として、操作に応じた任意の照合値を設定するスイッチを用いることにより、設置作業時でも容易に照合値を設定できる。

［第２の実施の形態］
次に、前述した図４を参照して、本発明の第２の実施の形態にかかるプロトコル変換装置について説明する。
本実施の形態では、端子ユニット１０の照合値設定部１２として、例えばＤＩＰスイッチのように操作に応じた照合値を設定する回路部品を用いた場合、端子ユニット１０のうち、本体２０が端子ユニット１０に取り付けられた状態でプロトコル変換装置５外部から覆い隠される内側底部１５Ｆに照合値設定部１２を実装するようにしたものである。

例えば、図４に示すように、端子ユニット１０のプリント配線基板１６上すなわち内側底部１５Ｆに、操作部を前方に向けて、ここではロータリＤＩＰスイッチからなる照合値設定部１２を実装する。
これにより、端子ユニット１０に本体２０を取り付けた場合、プロトコル変換装置５外部から照合値設定部１２が覆い隠されて操作することが不可能となり、設置後、誤って照合値設定部１２を操作することを抑止できる。

この際、端子ユニット１０に電源端子１３を設け、端子ユニット１０に対する本体２０の取り付けに応じて電気的に接続されるコネクタ３０を介して、端子ユニット１０から本体２０へ電源供給し、本体２０の起動に応じて照合値とＩＰアドレスとを照合するようにしてもよい。
これにより、照合値設定部１２を設定する際には、必ず本体２０への電源供給を停止でき、電源供給中における照合値変更に応じて発生しうる不具合を回避できる。また、本体２０を取り外してアドレス設定値１２の変更が可能な状態となった場合には、その後の本体２０の取り付け後の起動に応じて、必ず照合値を確認することができ、端子ユニット１０と本体２０との組合せ確認を確実に実行できる。

なお、以上の各実施の形態では、プロトコル変換装置５で、イーサネット２上の上位管理装置１とフィールドバス５Ａ上のフィールドバス機器６との間の通信に用いるプロトコルを変換する場合を例として説明したが、プロトコル変換するネットワークについては、イーサネット２やフィールドバス５Ａに限定されるものではなく、他のネットワークのプロトコルを変換する場合にも各実施の形態を同様にして適用でき、同様の作用効果が得られる。

また、以上の各実施の形態では、本体２０にコネクタ２１を設けてイーサネット２を接続する場合を例として説明したが、これに限定されるものではなく、端子ユニット１０にコネクタ２１を設けてイーサネット２を接続し、コネクタ３０あるいは新たなコネクタを介して端子ユニット１０から本体２０へイーサネット２を接続するようにしてもよい。

本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置が適用される管理システムの構成例を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置を示す外観図である。 端子ニットを示す外観図である。 本発明の第１の実施の形態にかかるプロトコル変換装置の自己診断処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１…上位管理装置、２…イーサネット、３…コントローラ、３Ａ…アナログ伝送路、４…フィールド機器、５…プロトコル変換装置、５Ａ…フィールドバス、６…フィールドバス機器、１０…端子ユニット、１１…接続端子、１２…照合値設定部、１３…電源端子、１５…ケース、１５Ａ…係合突起、１５Ｂ…凹部、１５Ｃ…凹部、１５Ｄ…クランプ、１５Ｆ…内側底部、１６…プリント配線基板、２０…本体、２１…コネクタ、２２…イーサネットＩ／Ｆ部、２３…フィールドバスＩ／Ｆ部、２４…制御部、２４Ａ…プロトコル制御手段、２４Ｂ…自己診断手段、２５…アドレスメモリ、２６…表示部、３０…コネクタ、４０…ＤＩＮレール。

Claims (5)

1. 第１のネットワークと第２のネットワークとの間に接続されて、前記第１のネットワーク上の装置と前記第２のネットワーク上の機器との間の通信に用いるプロトコルの変換処理を行うプロトコル変換装置であって、
   前記第１のネットワークで用いられる当該プロトコル変換装置のアドレスの付与範囲より小さい範囲を示す下位数ビット分に対応する照合値を設定する照合値設定部を有する端子ユニットと、
   前記端子ユニットに取り付けられた状態でコネクタを介して前記端子ユニットと電気的に接続されて前記プロトコル変換処理を行う本体と
   を備え、
   前記本体は、前記アドレスを記憶するアドレスメモリと、前記アドレスメモリから読み取ったアドレスの前記下位数ビット分と前記コネクタを介して前記照合値設定部から読み取った照合値とを照合する自己診断手段と、前記照合の失敗に応じて前記端末ユニットと前記本体との組合せが相違する旨の警報を表示する表示部とを有する
   ことを特徴とするプロトコル変換装置。
2. 請求項１に記載のプロトコル変換装置において、
   前記照合値設定部は、任意の照合値を記憶する不揮発性のメモリからなることを特徴とするプロトコル変換装置。
3. 請求項１に記載のプロトコル変換装置において、
   前記照合値設定部は、操作に応じた任意の照合値を設定するスイッチからなることを特徴とするプロトコル変換装置。
4. 請求項３に記載のプロトコル変換装置において、
   前記照合値設定部は、開口部を有する箱状をなす前記端子ユニットのうち、前記本体が取り付けられた状態で当該プロトコル変換装置外部から覆い隠される内側底部に実装されていることを特徴とするプロトコル変換装置。
5. 請求項４に記載のプロトコル変換装置において、
   前記端子ユニットは、前記コネクタを介して前記本体へ電源供給し、
   前記自己診断手段は、前記端子ユニットに対する前記本体の取り付けに応じた電源供給の開始時に前記照合を行う
   ことを特徴とするプロトコル変換装置。

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