JP4873220B2 - Field communication system - Google Patents

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Description

本発明は、所定のフィールドバス規格、例えばPROFIBUS（登録商標）に従った通信を実行するフィールド通信システムに関する。   The present invention relates to a field communication system that executes communication in accordance with a predetermined fieldbus standard such as PROFIBUS (registered trademark).

プラントに分散配置されたフィールドコントローラを介して、フィールド機器が統合的に制御されるプラント制御システムが知られている。また、このようなプラント制御システムのフィールドバス規格として、PROFIBUS（登録商標）が知られている。   There is known a plant control system in which field devices are controlled in an integrated manner via field controllers distributed in a plant. Further, PROFIBUS (registered trademark) is known as a fieldbus standard for such a plant control system.

このようなフィールドバス規格に従うプラント制御システムでは、フィールドコントローラに接続されるプロセス入出力装置にPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを実装することで、PROFIBUS（登録商標） 通信インターフェースを持つ測定器や操作端末等のフィールド機器に対するPROFIBUS（登録商標） 通信を可能とし、フィールド機器のフィールドデータの授受を行う。上記プロセス入出力装置は、フィールドコントローラ用のバスあるいはフィールドコントローラ用インターフェースを介してフィールドコントローラと直接つながる直結ノードとして機能する。PROFIBUS（登録商標） 通信モジュールは、フィールド機器とPROFIBUS（登録商標） 通信ケーブルにより接続され、フィールド機器に対してフィールドデータの収集・設定を行う。   In a plant control system that complies with such a fieldbus standard, a PROFIBUS (registered trademark) communication module is mounted on a process input / output device connected to the field controller, thereby providing a measuring instrument or operation terminal having a PROFIBUS (registered trademark) communication interface. It enables PROFIBUS (registered trademark) communication to field devices such as, and exchanges field data of field devices. The process input / output device functions as a direct connection node directly connected to the field controller via the field controller bus or the field controller interface. The PROFIBUS (registered trademark) communication module is connected to the field device by a PROFIBUS (registered trademark) communication cable, and collects and sets field data for the field device.

フィールドコントローラは、PROFIBUS（登録商標） 通信モジュールが収集したデータを基にフィールドデータの制御を行い、必要に応じてPROFIBUS（登録商標） 通信モジュール経由でフィールド機器に対してデータ設定を行う。   The field controller controls field data based on the data collected by the PROFIBUS (registered trademark) communication module, and sets data for the field device via the PROFIBUS (registered trademark) communication module as necessary.

特許文献１には、PROFIBUS（登録商標）規格のフィールドバスが敷設された分散型制御装置が記載されている。 Patent Document 1 describes a distributed control device in which a PROFIBUS (registered trademark) standard field bus is laid.

特開２００５−１２２５９２号公報JP 2005-122592 A

しかし、プロセス入出力装置にPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを実装する場合、PROFIBUS（登録商標）フィールドコントローラとPROFIBUS（登録商標）通信モジュールとを近接して設置する必要がある。このため、広範囲に点在するフィールド機器との間でPROFIBUS（登録商標）通信を行う場合には、フィールド機器の近傍にそれぞれフィールドコントローラを分散配置させ、各フィールドコントローラにつながる直結ノードにPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを設置している。したがって、高価なフィールドコントローラの台数増を招き、プラントのコストを押し上げるという問題がある。   However, when the PROFIBUS (registered trademark) communication module is mounted on the process input / output device, it is necessary to install the PROFIBUS (registered trademark) field controller and the PROFIBUS (registered trademark) communication module in the vicinity. For this reason, when performing PROFIBUS (registered trademark) communication with field devices scattered over a wide range, field controllers are distributed in the vicinity of the field devices, and PROFIBUS (registered) is connected to the directly connected nodes connected to each field controller. (Trademark) Communication module is installed. This increases the number of expensive field controllers and raises the cost of the plant.

本発明の目的は、フィールド機器が分散配置される場合に低コストでシステム構築できるフィールド通信システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a field communication system capable of constructing a system at low cost when field devices are distributedly arranged.

本発明のフィールド通信システムは、所定のフィールドバス規格に従った通信を実行するフィールド通信システムにおいて、
フィールドコントローラに直結されるノードとは別のノードを構成するリモートノードと、
前記フィールドコントローラおよび前記リモートノードを接続する通信回線と、
前記リモートノードおよびフィールド機器間を接続するバスと、
前記フィールドコントローラおよび前記フィールド機器間の通信に要する通信時間を計測する計測手段と、
前記計測手段による通信時間が閾値を越えると通信異常と判定する判定手段と、
前記閾値を任意の値に設定する設定手段と、
を備え、
前記バスは所定規格通信ケーブルを用いて構成され、
前記通信回線は前記所定規格通信ケーブル以外のケーブルを用いて構成され、
前記通信回線と接続される前記フィールドコントローラと、前記バスと接続される前記フィールド機器は、互いに前記リモートノードを介して通信可能に構成されていることを特徴とする。
このフィールド通信システムによれば、リモートノードを介して、フィールド機器とフ
ィールドコントローラとが接続されるので、フィールド機器を分散配置した場合でも、リ
モートノードの設置によりフィールドコントローラを共通化できる。
そして、フィールドコントローラおよびフィールド機器間の通信に要する通信時間を計測でき、通信時間が閾値を超えた場合には通信異常と判断できる。
さらに、フィールド通信システムの構成やシステムの状況に応じて、ユーザが自由に閾値を選択できる。
The field communication system of the present invention is a field communication system that performs communication according to a predetermined fieldbus standard.
A remote node constituting a node different from the node directly connected to the field controller;
A communication line connecting the field controller and the remote node;
A bus connecting the remote node and the field device;
Measuring means for measuring communication time required for communication between the field controller and the field device;
Determining means for determining a communication abnormality when the communication time by the measuring means exceeds a threshold;
Setting means for setting the threshold value to an arbitrary value;
With
The bus is configured using a predetermined standard communication cable,
The communication line is configured using a cable other than the predetermined standard communication cable,
The field controller connected to the communication line and the field device connected to the bus are configured to be able to communicate with each other via the remote node.
According to this field communication system, since field devices and field controllers are connected via remote nodes, field controllers can be shared by installing remote nodes even when field devices are distributed.
The communication time required for communication between the field controller and the field device can be measured, and when the communication time exceeds the threshold, it can be determined that the communication is abnormal.
Furthermore, the user can freely select a threshold according to the configuration of the field communication system and the system status.

前記通信回線はイーサネット（登録商標）を用いて構成されてもよい。   The communication line may be configured using Ethernet (registered trademark).

前記所定のフィールドバス規格は、PROFIBUS（登録商標）規格であってもよい。 The predetermined fieldbus standard may be a PROFIBUS (registered trademark) standard.

本発明のフィールド通信システムによれば、リモートノードを介して、フィールド機器とフィールドコントローラとが接続されるので、フィールド機器を分散配置した場合でも、リモートノードの設置によりフィールドコントローラを共通化できる。   According to the field communication system of the present invention, the field device and the field controller are connected via the remote node. Therefore, even when the field device is distributed, the field controller can be shared by installing the remote node.

図１は本発明によるフィールド通信システムを機能的に示すブロック図である。   FIG. 1 is a block diagram functionally showing a field communication system according to the present invention.

図１において、リモートノード１０１は、フィールドコントローラ１０２に直結されるノードとは別のノードを構成する。通信回線１０３は、フィールドコントローラ１０２およびリモートノード１０１間を接続する。PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル１０４は、リモートノード１０１およびフィールド機器１０５間を接続する。   In FIG. 1, a remote node 101 constitutes a node different from the node directly connected to the field controller 102. A communication line 103 connects the field controller 102 and the remote node 101. A PROFIBUS (registered trademark) communication cable 104 connects between the remote node 101 and the field device 105.

また、計測手段１０７は、リモートノード１０１を介する通信に要する通信時間を計測する。判定手段１０８は、計測手段１０７による通信時間が閾値を越えると異常と判定する。設定手段１０９は、閾値をユーザの指示に従って設定する。   The measuring unit 107 measures a communication time required for communication via the remote node 101. The determination unit 108 determines that there is an abnormality when the communication time by the measurement unit 107 exceeds a threshold value. The setting unit 109 sets the threshold according to a user instruction.

以下、図２〜図４を参照して、本発明によるフィールド通信システムの一実施形態について説明する。   Hereinafter, an embodiment of a field communication system according to the present invention will be described with reference to FIGS.

図２は本実施形態のフィールド通信システムが適用されるプラント制御システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a plant control system to which the field communication system of the present embodiment is applied.

図２に示すように、プラント制御システムは、プラントに設置されたフィールド機器１，１，・・・を制御するフィールドコントローラ２，２，・・・と、フィールドコントローラ２，２，・・・を介してフィールド機器１，１，・・・との間で通信を行うことでプラントにおけるプロセスを監視するための監視用端末装置３と、フィールドの管理を行うためのフィールド管理用端末装置４と、を備える。   As shown in FIG. 2, the plant control system includes field controllers 2, 2,... That control field devices 1, 1,. Through the field device 1, 1,... Via the monitoring terminal device 3 for monitoring the process in the plant, the field management terminal device 4 for managing the field, Is provided.

図２に示すように、フィールドコントローラ２には、フィールドコントローラ２用のバス２１を介してプロセス入出力装置２２が接続される。プロセス入出力装置２２には、フィールドコントローラ２との通信を行うためのＩ／Ｆカード２１ａと、リモートノード２３との通信を行うためのＦＩＯモジュール２１ｂとが実装される。   As shown in FIG. 2, a process input / output device 22 is connected to the field controller 2 via a bus 21 for the field controller 2. In the process input / output device 22, an I / F card 21 a for communicating with the field controller 2 and an FIO module 21 b for communicating with the remote node 23 are mounted.

プラントに分散配置されたリモートノード２３は、プロセス入出力装置２２とは別のノードとして構成され、Ethernet（登録商標）ケーブル２４を介してプロセス入出力装置２２のＦＩＯモジュール２１ｂに接続される。図２に示すように、リモートノード２３にはEthernet（登録商標）ケーブル２４が接続されるＩ／Ｆモジュール２３ａと、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂとが接続される。PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル２６を介してフィールド機器１と接続される。   The remote nodes 23 distributed in the plant are configured as nodes different from the process input / output device 22, and are connected to the FIO module 21 b of the process input / output device 22 via the Ethernet (registered trademark) cable 24. As shown in FIG. 2, an I / F module 23 a to which an Ethernet (registered trademark) cable 24 is connected and a PROFIBUS (registered trademark) communication module 23 b are connected to the remote node 23. The PROFIBUS (registered trademark) communication module 23 b is connected to the field device 1 via the PROFIBUS (registered trademark) communication cable 26.

このように構成されたプラント制御システムでは、フィールド機器１に設定されたデータをフィールドコントローラ２で取得する場合、およびフィールドコントローラ２からフィールドコントローラ１にデータを設定する場合には、フィールドコントローラ２とＩ／Ｆカード２１ａの間、ＦＩＯモジュール２１ｂとＩ／Ｆモジュール２３ａの間、および、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂとフィールド機器１の間での通信が必要となる。   In the plant control system configured as described above, when data set in the field device 1 is acquired by the field controller 2 and when data is set from the field controller 2 to the field controller 1, the field controller 2 and I Communication between the / F card 21a, between the FIO module 21b and the I / F module 23a, and between the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b and the field device 1 is required.

したがって、リモートノード２３を使用しない場合と比較するとデータ転送に時間がかかる。とくに、ＦＩＯモジュール２１ｂとＩ／Ｆモジュール２３ａの間では、データの送受信に時間がかかる。このため、本実施形態では、とくにデータ量が大きくデータの送受信時間がかかるアプリケーションプログラムのダウンロード時間を極力短縮できるように、Ｉ／Ｆモジュール２３ａとして、ＦＩＦＯのＩ／Ｆモジュールを使用している。   Therefore, it takes time to transfer data as compared with the case where the remote node 23 is not used. In particular, it takes time to transmit and receive data between the FIO module 21b and the I / F module 23a. For this reason, in the present embodiment, a FIFO I / F module is used as the I / F module 23a so that the download time of an application program that requires a large amount of data and a long data transmission / reception time can be shortened as much as possible.

また、フィールドコントローラ２がフィールド機器１を監視・制御するためのデータの収集時には、ウェイト（Wait）型による読み込みではなく、プロシード（Proceed）型による読み込みを行う。プロシード型による読み込みでは、フィールドコントローラ２からデータの転送を指示した後、フィールド機器１からのデータの受信を待たず、他の処理を実行することができる。このため、データの受信待ち状態による他の制御への悪影響を排除できる。   In addition, when data for the field controller 2 to monitor and control the field device 1 is collected, reading by the Proceed type is performed instead of reading by the wait type. In the reading by the proseed type, after instructing the transfer of data from the field controller 2, other processes can be executed without waiting for the reception of data from the field device 1. For this reason, it is possible to eliminate an adverse effect on other control due to the data reception waiting state.

本実施形態では、PROFIBUS（登録商標）通信における通信異常を検出するため、以下の動作を実行する。図３は動作手順を示す図である。
（１）フィールドコントローラ２は定周期でフィールドコントローラ２内のカウンタ書込値を更新する。
（２）フィールドコントローラ２はPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の所定領域に、この書込値を書き込む。
（３）PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値と、現在のPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の読込値を比較する。
（４）PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、PROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値をPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の読込値としてコピーする。
（５）フィールドコントローラ２は定周期でPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂ内の書込値を読み込み、自身のカウンタ書込値と比較する。 In the present embodiment, the following operation is executed in order to detect a communication abnormality in PROFIBUS (registered trademark) communication. FIG. 3 is a diagram showing an operation procedure.
(1) The field controller 2 updates the counter write value in the field controller 2 at regular intervals.
(2) The field controller 2 writes this write value in a predetermined area in the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b.
(3) The PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b compares the written value in the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b with the read value in the current PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b.
(4) The PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b copies the write value in the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b as the read value in the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b.
(5) The field controller 2 reads the write value in the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b at regular intervals and compares it with its own counter write value.

そして、フィールドコントローラ２およびPROFIBUS（登録商標）通信モジュール２３ｂは、それぞれ自身の書込値および読込値を所定周期で比較した結果（上記（３）および（５））、一定時間にわたり両者が一致しなければ、通信異常と判定する。   Then, the field controller 2 and the PROFIBUS (registered trademark) communication module 23b compare their own written values and read values in a predetermined cycle (above (3) and (5)), and they match for a certain period of time. If not, it is determined that communication is abnormal.

このように、カウンタの書込み、読込みに要する通信時間が所定時間以上となった場合には、通信異常と判定している。しかし、本実施形態では、その通信時間はプラントの構成や通信状況によって変化する。   Thus, when the communication time required for writing and reading the counter exceeds a predetermined time, it is determined that the communication is abnormal. However, in the present embodiment, the communication time varies depending on the plant configuration and communication status.

このため本実施形態では、通信異常と判定される回数の閾値を、ユーザが自由に設定できるようにしている。ユーザは、例えば、フィールド管理用端末装置４を用いて、通信異常と判定するための任意の閾値を設定することができる。閾値は、例えば、正常時における実際の通信時間に基づいて設定してもよい。   For this reason, in this embodiment, the user can freely set a threshold value for the number of times that communication is determined to be abnormal. For example, the user can set an arbitrary threshold for determining a communication abnormality using the field management terminal device 4. For example, the threshold value may be set based on the actual communication time during normal operation.

以上のように、本実施形態によれば、汎用のEthernet（登録商標）ケーブルを使用した安価・高信頼性のリモートノードにPROFIBUS（登録商標）通信モジュールを接続することによって、工場、プラントなどで広範囲に分散・点在する現場機器に対する制御や情報収集を可能としている。また、伝送仕様、通信定義設定などの設定項目やインターフェースについては従来の直結ノードによる場合と同様とすることで、リモートノードの使用を意識させないシステム構築が可能である。   As described above, according to the present embodiment, by connecting a PROFIBUS (registered trademark) communication module to a low-cost and highly reliable remote node using a general-purpose Ethernet (registered trademark) cable, It enables control and information collection for field devices that are widely distributed and scattered. In addition, setting items such as transmission specifications and communication definition settings and interfaces are the same as in the case of a conventional directly connected node, so that a system can be constructed without being aware of the use of a remote node.

また、本実施形態によれば、Ethernet（登録商標）ケーブルを介して接続されるリモートノードを利用して、遠隔地にPROFIBUS（登録商標）通信用の現場機器を分散配置できる。したがって、従来のようにフィールドコントローラを分散配置しなければならない場合に比較し、コスト面での効果が非常に大きい。また、既にリモートノード敷設済みのシステムでは、リモートノードを増設するだけでPROFIBUS（登録商標）通信設備の新設、増設が可能であり、プラントの構築、増設が容易となるとともに、コスト面の効果も大きい。   Further, according to the present embodiment, field devices for PROFIBUS (registered trademark) communication can be distributed and arranged at remote locations using a remote node connected via an Ethernet (registered trademark) cable. Therefore, compared with the conventional case where the field controllers have to be distributed and arranged, the cost effect is very large. In addition, in a system where a remote node has already been installed, PROFIBUS (registered trademark) communication equipment can be newly installed and expanded simply by adding a remote node. large.

上記のように、リモートノードは汎用のEthernet（登録商標）ケーブルにより接続可能である。また、回線上の通信としてはTCP/IPプロトコルを使用できる。この場合には、リモートノードに対し、ネットワーク機器メーカから市販されている一般的なルータやゲートウェイと容易に接続することが可能であり、これらのルータやゲートウェイには広域回線網や無線に対応したものが存在する。このため、図４に示すように、リモートノードをこれらの機器で中継することにより、距離の延長や非接触形通信を実現することが可能となる。図４の例では、プロセス入出力装置２２がルータ６１を介して広域回線網６２に接続されている。また、リモートノード２３がルータ６３およびハブ６４を介して広域回線網６２に接続されている。このように、PROFIBUS（登録商標）通信モジュールを、広域回線網等を介して接続された広域リモートノードに実装することにより、PROFIBUS（登録商標）通信機器の分散配置の更なる拡張が可能となる。   As described above, the remote node can be connected by a general-purpose Ethernet (registered trademark) cable. TCP / IP protocol can be used for communication on the line. In this case, remote nodes can be easily connected to general routers and gateways commercially available from network equipment manufacturers, and these routers and gateways are compatible with wide area networks and radio. Things exist. Therefore, as shown in FIG. 4, it is possible to realize distance extension and non-contact communication by relaying the remote node with these devices. In the example of FIG. 4, the process input / output device 22 is connected to a wide area network 62 via a router 61. The remote node 23 is connected to the wide area network 62 via the router 63 and the hub 64. As described above, by installing the PROFIBUS (registered trademark) communication module in the wide area remote node connected via the wide area network or the like, it is possible to further expand the distributed arrangement of the PROFIBUS (registered trademark) communication devices. .

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールドバス規格であるPROFIBUS（登録商標）に従った通信を実行するフィールド通信システムに対し、広く適用することができる。   The scope of application of the present invention is not limited to the above embodiment. The present invention can be widely applied to a field communication system that performs communication according to PROFIBUS (registered trademark), which is a fieldbus standard.

本発明によるフィールド通信システムを機能的に示すブロック図。1 is a block diagram functionally showing a field communication system according to the present invention. FIG. 本実施形態のフィールド通信システムが適用されるプラント制御システムの構成を示すブロック図。The block diagram which shows the structure of the plant control system with which the field communication system of this embodiment is applied. 異常検出のための動作手順を示す図。The figure which shows the operation | movement procedure for abnormality detection. 広域回線網を利用したフィールド通信システムの構成例を示す図。The figure which shows the structural example of the field communication system using a wide area network.

符号の説明Explanation of symbols

１ フィールド機器
２ フィールドコントローラ（計測手段、判定手段）
４ フィールド管理用端末装置（設定手段）
２３ リモートノード
２３ｂ PROFIBUS（登録商標）通信モジュール（計測手段）
２４ イーサネット（登録商標）ケーブル（通信回線）
１０１ リモートノード
１０２ フィールドコントローラ
１０３ 通信回線
１０４ PROFIBUS（登録商標）通信ケーブル
１０５ フィールド機器
１０７ 計測手段
１０８ 判定手段
１０９ 設定手段
1 Field device 2 Field controller (measuring means, judging means)
4 Field management terminal device (setting means)
23 Remote node 23b PROFIBUS (registered trademark) communication module (measurement means)
24 Ethernet (registered trademark) cable (communication line)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Remote node 102 Field controller 103 Communication line 104 PROFIBUS (trademark) communication cable 105 Field apparatus 107 Measuring means 108 Judging means 109 Setting means

Claims (3)

所定のフィールドバス規格に従った通信を実行するフィールド通信システムにおいて、
フィールドコントローラに直結されるノードとは別のノードを構成するリモートノードと、
前記フィールドコントローラおよび前記リモートノードを接続する通信回線と、
前記リモートノードおよびフィールド機器間を接続するバスと、
前記フィールドコントローラおよび前記フィールド機器間の通信に要する通信時間を計測する計測手段と、
前記計測手段による通信時間が閾値を越えると通信異常と判定する判定手段と、
前記閾値を任意の値に設定する設定手段と、
を備え、
前記バスは所定規格通信ケーブルを用いて構成され、
前記通信回線は前記所定規格通信ケーブル以外のケーブルを用いて構成され、
前記通信回線と接続される前記フィールドコントローラと、前記バスと接続される前記フィールド機器は、互いに前記リモートノードを介して通信可能に構成されていることを特徴とするフィールド通信システム。 In a field communication system that performs communication in accordance with a predetermined fieldbus standard,
A remote node constituting a node different from the node directly connected to the field controller;
A communication line connecting the field controller and the remote node;
A bus connecting the remote node and the field device;
Measuring means for measuring communication time required for communication between the field controller and the field device;
Determining means for determining a communication abnormality when the communication time by the measuring means exceeds a threshold;
Setting means for setting the threshold value to an arbitrary value;
With
The bus is configured using a predetermined standard communication cable,
The communication line is configured using a cable other than the predetermined standard communication cable,
The field communication system, wherein the field controller connected to the communication line and the field device connected to the bus are configured to be able to communicate with each other via the remote node. 前記通信回線はイーサネット（登録商標）を用いて構成されることを特徴とする請求項１に記載のフィールド通信システム。   The field communication system according to claim 1, wherein the communication line is configured using Ethernet (registered trademark). 前記所定のフィールドバス規格は、PROFIBUS（登録商標）規格であることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のフィールド通信システム。 It said predetermined field bus standard, PROFIBUS (R) field communication system according to claim 1 or 2 characterized in that it is a standard.
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