JP5578366B2

JP5578366B2 - 通信システム

Info

Publication number: JP5578366B2
Application number: JP2011003904A
Authority: JP
Inventors: 勝司宇佐美
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2011-01-12
Filing date: 2011-01-12
Publication date: 2014-08-27
Anticipated expiration: 2031-01-12
Also published as: JP2012146123A

Description

本発明は、通信システムに関し、詳しくは、ＨＡＲＴ(Highway Addressable Remote Transducer)（登録商標）通信におけるマスタ機能の自動化に関するものである。

プラントに設置されるフィールド機器の一種に、複数のセンサが１つの機器に収容されたマルチセンサ機器があり、このようなマルチセンサ機器にもＨＡＲＴ通信協会が定めたＨＡＲＴ通信機能が組み込まれたものがある。このようなフィールド機器によれば、古くからの業界標準であったアナログ４−２０ｍＡ信号にデジタル信号を重畳することで、外部機器との間でデジタル通信を行うことができる。

ＨＡＲＴ通信では、通信プロトコルの中に、マスタの種類を表す情報（１ｂｉｔの情報であり、２種類のマスタが選択できる）が付加されている。既に通信を行っているマスタと同じ情報では、新たに通信をすることができず、ユーザによるエンジニアリングが必要である。

図５は、従来のＨＡＲＴ通信システムの一例を示す概念構成説明図である。図５において、ＨＡＲＴ通信バス１０には、分散制御システム（以下ＤＣＳという）２０、エンジニアリングツール３０、複数のフィールド機器４０、５０などが接続されている。

ＨＡＲＴ通信バス１０は、４−２０ｍＡ信号にＨＡＲＴ通信協会が定めたデジタル信号が重畳される通信経路である。電流を固定として複数のフィールド機器が接続されるマルチドロップ方式では、全ての通信がデジタルで行われる。

ＤＣＳ２０は、制御ループの監視・制御を行うものである。ＨＡＲＴ通信プロトコルを用いる場合、一般的にはプライマリマスタとなる。

エンジニアリングツール３０は、制御ループの制御は行わず、ＨＡＲＴ通信バス１０を経由してフィールド機器４０や５０のパラメータの調整や設定を行うツールである。ＨＡＲＴ通信プロトコルを用いる場合、一般的にはセカンダリマスタとなる。

フィールド機器４０および５０は、差圧伝送器、温度伝送器、バルブポジショナなどに代表されるものであり、プラントに設置される。

フィールド機器４０は、スレーブとして機能し、ＤＣＳ２０やエンジニアリングツール３０からの通信による要求に対して、自身が持つプロセス値やパラメータなどを送受信する。

フィールド機器５０は、マスタとして機能し、登録されているスレーブとして機能するフィールド機器４０に対して、自発的にクライアントサーバ通信を行う。

図６は、マスタとして機能するフィールド機器５０の一例を示すブロック図である。図６において、ＨＡＲＴパケット送受信部５１は、ＨＡＲＴ通信バス１０に流れるＨＡＲＴ通信パケットを送受信する。具体的には、ＨＡＲＴ通信バス１０から受信したデータは、全てＨＡＲＴパケット解釈部５２へ渡すとともに、タイマ５３を起動する。また、ＨＡＲＴパケット作成部５４から出力されるデータを、タイマ５３によってタイミングを図りながら、ＨＡＲＴ通信バス１０へ送信する。

ＨＡＲＴパケット解釈部５２は、ＨＡＲＴパケット送受信部５１から受け取ったデータをＨＡＲＴ通信プロトコルの仕様に従って解析し、通信に関連する情報とそれ以外の情報に分類する。

通信に関連する情報は、ＨＡＲＴのＤＬ層の情報である機器のアドレス情報、マスタの種類（プライマリまたはセカンダリ）、バーストモードの有無、ＨＡＲＴコマンド番号などであり、ＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５に格納される。一方、通信に関係ないアプリケーション情報などのそれ以外のデータは、アプリケーションアルゴリズム部５６に格納される。

また、フィールド機器自身にとって返信が必要なＨＡＲＴ通信パケットの場合にはタイマ５３に返信する時間データを渡して以降の処理を継続し、返信が不要なＨＡＲＴ通信パケットである場合にはタイマ５３を止めて処理を終了する。

ＨＡＲＴパケット作成部５４は、アプリケーションアルゴリズム部５６から受け取った情報とＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５に格納されているデータに基づいてＨＡＲＴパケットを生成し、生成したＨＡＲＴパケットをＨＡＲＴパケット送受信部５１に出力する。

ＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５は、ＨＡＲＴパケット解釈部５２と、ＨＡＲＴパケット作成部５４の間で共有するデータリンク層のデータを格納する。ＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５に格納されるデータには、受信アドレスや送信アドレス、通信バスの状態やパケットの種類などがある。

アプリケーションアルゴリズム部５６は、フィールド機器を構成する所定のアプリケーションを実行する。具体的には、センシング処理、プロセス値演算、診断処理などの他、ＨＡＲＴパケット解釈部５２経由で送られた通信リクエストに対して必要な処理を行い、処理結果をＨＡＲＴパケット作成部５４経由でレスポンスとして返す。

データ記憶部５７は、アプリケーションアルゴリズム部５６で使用するフィールド機器の各種パラメータや通信プロトコルの情報など、各種のデータを格納する。

自マスタ情報保持部５７１は、データ記憶部５７の中で、マスタ機能付フィールド機器５０のマスタ情報を格納している部分である。この情報は、ＨＡＲＴ通信プロトコル経由で、フィールド機器５０をプライマリかセカンダリのどちらの種類のマスタにするのかがユーザにより設定される。

フィールド機器５０のマスタ機能を使用して、スレーブとして機能するフィールド機器４０とＨＡＲＴ通信を行う動作を説明する。

事前準備として、ＨＡＲＴ通信バス１０に接続されているマスタの種類をユーザが判別する。ここでは、プライマリマスタが接続されているものとする。ユーザは、エンジニアリングツール３０を使用し、ＨＡＲＴ通信経由で、フィールド機器５０の自マスタ情報保持部５７ａに、セカンダリマスタとして動作するように自マスタの情報を格納する。

フィールド機器５０は、ＨＡＲＴ通信プロトコルの仕様に基づき発言ができる時間帯として設定されているセカンダリマスタの所定のタイミングで、スレーブとして機能するフィールド機器４０にリクエストを送信する。なお、リクエストのＨＡＲＴ通信パケットのＤＬ層部分には、自身がセカンダリであることを示す情報が埋め込まれている。

フィールド機器４０は、フィールド機器５０から要求された処理を実行し、レスポンスをフィールド機器５０に返す。

フィールド機器５０は、フィールド機器４０からのレスポンスを受信する。

特許文献１には、ＨＡＲＴ通信の通信コマンドを用いて、マルチセンサ機器との間で通信を行う通信システムおよび通信方法に関する技術が開示されている。

特開２００８−２７２８１号公報

しかし、図５および図６のような従来の構成によれば、ユーザがＨＡＲＴ通信バス１０上に接続されているマスタの種類を把握し、その種類をマスタ機能付のフィールド機器５０に対してエンジニアリングツール３０で設定する必要がある。

また、ＨＡＲＴ通信では、その仕様により、同一ＨＡＲＴ通信バス１０には２種類までのマスタしか許可していないので、既にＨＡＲＴ通信バス１０上に２種類のマスタが存在すると、通信が混信するおそれがある。

さらに、エンジニアリングツール３０を利用したパラメータの設定は、一時的に行われることが多い。このような場合でもＨＡＲＴ通信バス１０上には複数のマスタが存在するため、フィールド機器５０のマスタ機能を一時的にオフにしてパラメータの設定を行い、パラメータの設定が終了した後にフィールド機器５０のマスタ機能を再びオンに戻す必要がある。すなわち、ユーザはＨＡＲＴ通信バス１０のマスタの状態を把握しておかなければならず、メンテナンス性を低下させることになる。

本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、フィールド機器自身がＨＡＲＴ通信バスの状態に基づいて自動的にマスタの種類を設定でき、ＨＡＲＴ通信バス上に既に複数のマスタが存在する場合にはフィールド機器自身が自動的にマスタ機能を停止させ、一方のマスタが存在しなくなった時点でフィールド機器が自動的にマスタの種類を設定してマスタ機能を動作させることができる通信システムを提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ＨＡＲＴ通信の通信コマンドを用いてマスタフィールド機器とスレーブフィールド機器の間でＨＡＲＴパケットのマスタスレーブ通信を行う通信システムにおいて、
前記マスタフィールド機器に、
ＨＡＲＴパケットを解釈して同一バス内におけるマスタの種類を判別するバス内マスタ判別部と、
このバス内マスタ判別部で判別されたマスタの種類と受信した時間の情報を格納するバス内マスタ情報保持部と、
このバス内マスタ情報保持部に格納された情報に基づき、前記ＨＡＲＴパケットに付加して送信するマスタ情報を自動で判断する送信マスタ情報自動判断部、
を設けたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の通信システムにおいて、
有線のＨＡＲＴ通信バスを用いることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の通信システムにおいて、
無線通信を行うことを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システムにおいて、
前記マスタフィールド機器は、コリオリ流量計であることを特徴とする。

これらにより、ＨＡＲＴ通信におけるマスタ機能処理の自動化が実現できる。

本発明の一実施例を示すブロック図である。ＨＡＲＴ通信バス１０の監視動作の流れを説明するフローチャートである。ＨＡＲＴマスタ通信の送信動作の流れを説明するフローチャートである。本発明の他の実施例を示すブロック図である。従来のＨＡＲＴ通信システムの一例を示す概念構成説明図である。マスタとして機能するフィールド機器５０の一例を示すブロック図である。

以下、本発明について、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図６と共通する部分には同一の符号を付けている。図１において、ＨＡＲＴパケット解釈部５２には通信データからＨＡＲＴマスタの種類を判別するバス内マスタ判別部５２１を付加し、ＨＡＲＴパケット生成部５４にはＨＡＲＴ通信バス１０上に存在するマスタの情報に基づいてどの種類のマスタ信号でデータを送信するかを判断する送信マスタ情報自動判断部５４１を付加している。さらに、バス内マスタ判別部５２１と送信マスタ情報自動判断部５４１の情報を伝達するために、ＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５内に、バス内マスタ情報保持部５５１を付加している。

ＨＡＲＴパケット解釈部５２に付加されたバス内マスタ判別部５２１は、ＨＡＲＴパケット送受信部５１から受信したデータに含まれているマスタの種類を示すデータおよび受信時間を判別して格納する。

ＨＡＲＴパケット生成部５４に付加された送信マスタ情報自動判断部５４１は、バス内マスタ判別部５２１に格納されているバス内マスタ情報保持部５５１の情報から、送信するＨＡＲＴパケットに付加するマスタ情報を自動で判断する。ＨＡＲＴパケット作成部５４はこの情報を使用してＨＡＲＴパケットを生成する。

ＨＡＲＴパケット関連データ格納部５５に付加されているバス内マスタ情報保持部５５１は、バス内マスタ判別部５２１から送信出力されるデータを格納する。バス内マスタ情報保持部５５１に格納されたデータは送信マスタ情報自動判断部５４１で使用される。

図２は、図１におけるＨＡＲＴ通信バス１０の監視動作の流れを説明するフローチャートである。なお、この場合、事前準備として、マスタ機能付きフィールド機器５０のマスタ機能を有効にしておく。

フィールド機器５０が起動されて、ＨＡＲＴパケット送受信部５１におけるＨＡＲＴ通信パケットフレームの受信が完了すると（ステップＳ１）、ＨＡＲＴパケット解釈部５２により受信したデータのデータリンク層の解析が行われる（ステップＳ２）。

ここで、受信フレームのソースアドレスがマスタ機器の場合には次のステップＳ４に進み、マスタ機器ではなくスレーブ機器の場合はステップＳ１に戻る（ステップＳ３）。

ＨＡＲＴパケット解釈部５２は、ステップＳ２における解析結果であるマスタの種類と受信時刻データをバス内マスタ情報保持部５５１に格納する（ステップＳ４）。

そして、受信したデータが自機宛の場合は次のステップＳ６に進み、他機宛の場合はステップＳ１に戻る（ステップＳ５）。

受信したデータが自機宛の場合、アプリケーションアルゴリズム部５６で、要求されたアプリケーションを実行する（ステップＳ６）。

続いて、ＨＡＲＴパケット作成部５４は、アプリケーションアルゴリズム部５６の実行結果を元に、返信パケットを作成する（ステップＳ７）。

ＨＡＲＴパケット送受信部５１は、ＨＡＲＴパケット作成部５４で作成された返信パケットフレームを送信する（ステップＳ８）。

これにより、ステップＳ１でＨＡＲＴパケット送受信部５１が受信完了したフレームに対する一連の処理を終了する。

図３は、ＨＡＲＴマスタ通信の送信動作の流れを説明するフローチャートである。
はじめに、マスタフレーム送信のための周期タイマ５３が起動されたか否かを判断し（ステップＳ１）、周期タイマ５３が起動された場合は次のステップＳ２に進む。

ＨＡＲＴパケット作成部５４の送信マスタ情報自動判断部５４１は、バス内マスタ情報保持部５５１に確保されている情報を読み出し、直近の指定された時間内に受信したマスタの種類がプライマリとセカンダリの両方か否かを判断する（ステップＳ２）。なお、直近の指定された時間は、たとえば１０秒や１分など、ユーザが任意に設定できる。

ステップＳ２において、受信したマスタがプライマリとセカンダリの両方でないと判断した場合には、続いてセカンダリか否かを判断する（ステップＳ３）。

ステップＳ３において、受信したマスタがセカンダリでないと判断した場合には、ＨＡＲＴパケット送受信部５１は、ＨＡＲＴパケット作成部５４で作成されたフレームをセカンダリマスタとして送信する（ステップＳ４）。

ステップＳ２において、受信したマスタがプライマリとセカンダリの両方であると判断した場合には、ＨＡＲＴパケット送受信部５１は何も送信しない（ステップＳ５）。

ステップＳ３において、受信したマスタがセカンダリと判断した場合には、ＨＡＲＴパケット送受信部５１は、ＨＡＲＴパケット作成部５４で作成されたフレームをプライマリマスタとして送信する（ステップＳ６）。

このように、周期タイマ５３の起動に伴う一連のマスタフレーム送信処理を終了する。

図１のように構成することにより、ユーザが設定操作することなしに、ＨＡＲＴ通信バス１０の状況を自動的に判断し、送信するパケットに自動的にマスタの適切な種類を設定することができるとともに、同一のＨＡＲＴ通信バス１０上に既に複数のマスタが存在する場合には自動的にマスタ機能を停止させることができる。

本発明に基づくマスタ機能を有するフィールド機器としては、たとえば様々な物理量を同時に測定できるコリオリ流量計が考えられる。他のフィールド機器と通信するためのマスタ機能を持つコリオリ流量計の圧力情報を各種物理量の補正に使用することで、高精度の物理量測定データを出力できる。

なお、図１では、有線のＨＡＲＴ通信バス１０を用いる通信システムの実施例を説明したが、ＨＡＲＴパケット送受信部を図４に示すように無線ＨＡＲＴパケット送受信部５８に変更することにより、無線ＨＡＲＴ通信システムとして構築することもできる。

図４の構成によれば、ＨＡＲＴパケット通信方式が有線から無線に変更されることにより、本発明固有の効果に加えて、フィールド機器相互間でＨＡＲＴパケット信号を送受するための信号線路が不要になるという効果も得られる。

以上説明したように、本発明の通信システムによれば、ＨＡＲＴ通信におけるマスタ機能の自動化が実現できる。

１０ＨＡＲＴ通信バス
２０分散制御システム（ＤＣＳ）
３０エンジニアリングツール
４０フィールド機器（スレーブ）
５０フィールド機器（マスタ）
５１ＨＡＲＴパケット送受信部
５２ＨＡＲＴパケット解釈部
５２１バス内マスタ判別部
５３タイマ
５４ＨＡＲＴパケット作成部
５４１送信マスタ情報自動判断部
５５ＨＡＲＴパケット関連データ格納部
５５１バス内マスタ情報保持部
５６アプリケーションアルゴリズム部
５７データ記憶部
５８無線ＨＡＲＴパケット送受信部

Claims

ＨＡＲＴ通信の通信コマンドを用いてマスタフィールド機器とスレーブフィールド機器の間でＨＡＲＴパケットのマスタスレーブ通信を行う通信システムにおいて、
前記マスタフィールド機器に、
ＨＡＲＴパケットを解釈して同一バス内におけるマスタの種類を判別するバス内マスタ判別部と、
このバス内マスタ判別部で判別されたマスタの種類と受信した時間の情報を格納するバス内マスタ情報保持部と、
このバス内マスタ情報保持部に格納された情報に基づき、前記ＨＡＲＴパケットに付加して送信するマスタ情報を自動で判断する送信マスタ情報自動判断部、
を設けたことを特徴とする通信システム。
有線のＨＡＲＴ通信バスを用いることを特徴とする請求項１記載の通信システム。
無線通信を行うことを特徴とする請求項１記載の通信システム。
前記マスタフィールド機器は、コリオリ流量計であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信システム。