JP5635930B2

JP5635930B2 - Ｈａｒｔ通信機能を有する入出力装置

Info

Publication number: JP5635930B2
Application number: JP2011070742A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　伸; 伸鈴木
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2011-03-28
Filing date: 2011-03-28
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2031-03-28
Also published as: JP2012203858A

Description

本発明は、ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置に関する。

生産プロセスを管理する現場では、発信機能を有する各種のフィールド機器（例えばセンサやバルブ等）をプラントに設置し、フィールド機器から発信される信号をシステムに取り込むことで、各種の生産プロセスを管理している。生産プロセスを管理するシステムとして、例えばセンサから取得した流量や温度、圧力等に基づいてバルブの開度等を制御するものがある。近年、このようなプロセス管理システムに接続されるフィールド機器として、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載したもの（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が採用されている。ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値を示す４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号（以下、「ＨＡＲＴ通信信号」という。）を入出力する。つまり、ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値の他に、各種の情報を付加してやりとりすることができる。下記特許文献１および特許文献２には、ＨＡＲＴ通信対応機器を用いたシステムが開示されている。

特開２００３−１８６５０３号公報特許第４１２９７１５号公報

ＨＡＲＴ通信対応機器を用いたシステムでは、ＨＡＲＴ通信対応機器と、その上位側にあるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置（以下、「ＨＡＲＴ−ＩＯユニット」という。）との間に、コミュニケータを自由に接続することができる。コミュニケータは、ＨＡＲＴ通信対応機器とＨＡＲＴ通信信号を用いて通信を行う端末であり、ＨＡＲＴ通信対応機器のパラメータ設定や出力調整、データ確認等を支援する端末である。コミュニケータを用いることで、プラントに設置されているＨＡＲＴ通信対応機器を現場でも監視することが可能となる。

生産プロセスを管理するシステムでは、システム全体を監視する監視系統で各ＨＡＲＴ通信対応機器の設定や状態等を管理している。ところが、コミュニケータは、ＨＡＲＴ通信対応機器のマスタとしてシステムに接続されるため、コミュニケータを使用して変更された内容は、監視系統に通知されない。したがって、現場側で個別にコミュニケータを接続してＨＡＲＴ通信対応機器の設定等を変更してしまうと、システム全体の制御に影響を及ぼすおそれがある。

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、システム全体を的確に統制させることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置は、第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号を用いて通信可能なＨＡＲＴ通信対応機器と当該ＨＡＲＴ通信対応機器を監視する監視系統との間に接続可能なＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置であって、前記ＨＡＲＴ通信信号を前記ＨＡＲＴ通信対応機器側から受信する受信部と、前記受信部により受信された前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出してデジタル信号に変換する信号変換部と、前記信号変換部により変換された前記デジタル信号のうち、前記ＨＡＲＴ通信対応機器から送信されたデータに対応するデジタル信号、および前記ＨＡＲＴ通信対応機器に対して行われた操作に関する操作情報に対応するデジタル信号を、前記監視系統側に送信する送信部と、を備える。

かかる構成を採用することで、例えば外部の端末からＨＡＲＴ通信対応機器に対して何らかの操作が行われた場合に、その操作に関する操作情報を監視系統側に送信することができる。したがって、例えばＨＡＲＴ通信対応機器のある現場で、外部の端末を使用してＨＡＲＴ通信対応機器に不要な操作が行われた場合であっても、その操作内容を監視系統側に通知することができるため、監視系統側では不要な操作に対して迅速かつ的確に対処することが可能となる。

前記操作情報は、当該入出力装置と前記ＨＡＲＴ通信対応機器との間に接続可能な端末から送信されることとしてもよい。前記信号変換部は、前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第１信号を取り出し、前記送信部は、前記信号変換部により取り出された前記第１信号を、前記ＨＡＲＴ通信対応機器のプロセスを制御する制御系統側に送信することとしてもよい。

前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号で表される交流信号であることとしてもよい。

本発明によれば、システム全体を的確に統制させることができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することができる。

実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を採用したプロセス管理システムの構成を例示する図である。本実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置の機能構成を例示する図である。

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

まず、図１を参照して、実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニットを採用したプロセス管理システムの構成について説明する。図１に示すように、プロセス管理システム１は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏと、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏと、フィールド機器１２ｉ、１２ｏと、ＩＯユニット１３ｉ、１３ｏと、ＨＵＢ１４と、機器監視部１５と、コントローラ１７と、運転操作部１９と、を有する。

本実施形態では、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏの上位側に設けられるコントローラ１７および運転操作部１９が、プロセスを制御する制御系統を構成する。一方、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏの上位側に設けられるＨＵＢ１４および機器監視部１５が、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏの状態等を監視する監視系統を構成する。

制御系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏとコントローラ１７との間は、例えば、低速な通信バス１８で接続される。監視系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏとＨＵＢ１４との間は、例えば、イーサネット（登録商標）規格の通信ケーブル１６で接続される。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉとしては、例えば、流量センサや圧力センサ、温度センサ等の各種センサを用いることができる。一方、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏおよびフィールド機器１２ｏとしては、例えば、流量制御弁や圧力制御弁等のバルブまたはポンプやファン等のアクチュエータを用いることができる。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器であり、ＨＡＲＴ通信信号を入出力する。ＨＡＲＴ通信信号は、４〜２０ｍＡの直流信号に、デジタル信号を１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換して表した交流信号を重畳することで生成される信号である。

上記４〜２０ｍＡの直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器やフィールド機器ごとに設定される一つの変数の値を示す信号である。変数の値としては、例えば、流量、圧力、温度等の測定値や、弁開度等の制御値が該当する。上記デジタル信号は、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器内で収集可能な各種のデータを示す信号である。各種のデータとしては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器におけるプロセス情報や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障情報が該当する。なお、ＨＡＲＴ通信対応機器の測定値や制御値を、各種のデータに含めることとしてもよい。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、例えば、以下にようにしてＨＡＲＴ通信信号を生成する。最初に、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、０と１とで表されるデジタル信号を、２２００Ｈｚの周波数信号と１２００Ｈｚの周波数信号とで表される交流信号に変換する。続いて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、変換後の交流信号を、測定値や制御値等を示す４〜２０ｍＡの直流信号に重畳する。これにより、ＨＡＲＴ通信信号が生成される。

ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏとの間でＨＡＲＴ通信信号を送受信するとともに、制御系統または監視系統との間で４〜２０ｍＡの直流信号またはデジタル信号を送受信する入出力装置である。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、例えば、以下のようにしてＨＡＲＴ通信信号から４〜２０ｍＡの直流信号とデジタル信号とを生成する。最初に、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、受信したＨＡＲＴ通信信号を、１２００Ｈｚの周波数信号および２２００Ｈｚの周波数信号で表される交流信号と４〜２０ｍＡの直流信号とに分離する。続いて、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、分離後の交流信号を、０と１とで表されるデジタル信号に変換する。

ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏとＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏとは、通信線２１で接続されている。通信線２１には、コミュニケータ２０を適宜接続することができる。コミュニケータ２０は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏとＨＡＲＴ通信信号を用いて通信可能な端末である。コミュニケータ２０は、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏのパラメータを設定する機能や出力を調整する機能、データを確認する機能等を有する。

機器監視部１５は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏから出力されたデジタル信号を、ＨＵＢ１４を介して受信する。機器監視部１５は、受信したデジタル信号に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器でのプロセスの実行状況や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障状況、ＨＡＲＴ通信対応機器のメンテナンスおよび修理の必要時期等を診断する。機器監視部１５は、診断結果等をモニタに表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器を監視することができる。

コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏやフィールド機器１２ｉ、１２ｏを制御することで、生産プロセスの実施状態を制御する。具体的に、例えば、コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉまたはフィールド機器１２ｉから取得した流量や圧力等の測定値に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏまたはフィールド機器１２ｏを制御することで、バルブの開度等を調節する。

運転操作部１９は、コントローラ１７で受信した４〜２０ｍＡの直流信号に基づいてＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容をモニタに表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容を把握することが可能となる。運転操作部１９は、運用者の操作指示に従って、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏまたはフィールド機器１２ｉ、１２ｏの運転状態を操作する。運転状態の操作内容としては、例えば、機器の起動操作や停止操作等が該当する。

図２を参照して、本実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１の機能構成について説明する。図２に示すように、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１は、例えば、受信部１１１と、信号変換部１１２と、送信部１１３とを含む。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉまたはＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｏのいずれであってもよい。

受信部１１１は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０からＨＡＲＴ通信信号を受信する。また、受信部１１１は、通信線２１上で送受信されている通信フレームを監視し、通信線２１にコミュニケータ２０が接続されたことを検知した場合に、その後コミュニケータ２０からＨＡＲＴ通信対応機器１０宛に送信されるＨＡＲＴ通信信号を受信する。

ここで、通信フレームのヘッダ情報には、通信フレームを送信した発信元を特定する情報が含まれる。したがって、各通信フレームのヘッダ情報を監視することで、コミュニケータ２０からＨＡＲＴ通信対応機器１０宛に送信されるＨＡＲＴ通信信号を受信することができる。

コミュニケータ２０から送信されるＨＡＲＴ通信信号には、コミュニケータ２０がＨＡＲＴ通信対応機器１０に対して行う各種の操作に関する操作情報が含まれる。各種の操作としては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器１０のパラメータの変更操作や、ＨＡＲＴ通信対応機器１０の出力の調整操作等が該当する。操作情報には、例えば、変更後のパラメータ値や調整後の出力値等が含まれる。

信号変換部１１２は、受信部１１１により受信されたＨＡＲＴ通信信号を直流信号と交流信号とに分離し、分離した交流信号をデジタル信号に変換する。

送信部１１３は、信号変換部１１２により変換されたデジタル信号のうち、ＨＡＲＴ通信対応機器１０によって送信されたＨＡＲＴ通信信号に対応するデジタル信号、およびコミュニケータ２０によって送信されたＨＡＲＴ通信信号に対応するデジタル信号を、機器監視部１５宛に送信する。つまり、送信部１１３は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０におけるプロセス情報や故障情報等を含む各種のデータと、コミュニケータ２０によるパラメータの変更操作や出力の調整操作等に関する操作情報と、を機器監視部１５宛に送信する。

なお、送信部１１３は、コミュニケータ２０による操作情報をログ情報として蓄積しておき、機器監視部１５との間の通信状況に応じて、蓄積した操作情報を適宜送信することとしてもよい。これにより、ＨＡＲＴ通信対応機器１０における各種のデータを優先して機器監視部１５に送信することができ、各種のデータの送信に支障を来さない範囲で操作情報を送信することが可能となる。

送信部１１３は、信号変換部１１２により分離された４〜２０ｍＡの直流信号をコントローラ１７宛に送信する。

上述してきたように、本実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１によれば、コミュニケータ２０からＨＡＲＴ通信対応機器１０に対して操作が行われた場合に、その操作に関する操作情報を機器監視部１５に送信することができる。これにより、例えば、現場でコミュニケータ２０を使用してＨＡＲＴ通信対応機器１０に対して不要な操作が行われた場合であっても、その操作内容を機器監視部１５に通知することができる。したがって、監視系統の運用者は、不要な操作に対して迅速かつ的確な処置を施すことが可能となる。それゆえに、システム全体を的確に統制させることが可能となる。

１…プロセス管理システム、１０…通信対応機器、１１…ＨＡＲＴ−ＩＯユニット、１２…フィールド機器、１３…ＩＯユニット、１４…ＨＵＢ、１５…機器監視部、１６…通信ケーブル、１７…コントローラ、１８…通信バス、１９…運転操作部、２０…コミュニケータ、２１…通信線、１１１…受信部、１１２…信号変換部、１１３…送信部。

Claims

第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号を用いて通信可能なＨＡＲＴ通信対応機器と当該ＨＡＲＴ通信対応機器を監視する監視系統との間に接続可能なＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置であって、
前記ＨＡＲＴ通信信号を前記ＨＡＲＴ通信対応機器側から受信する受信部と、
前記受信部により受信された前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出してデジタル信号に変換する信号変換部と、
前記信号変換部により変換された前記デジタル信号のうち、前記ＨＡＲＴ通信対応機器から送信されたデータに対応するデジタル信号、および前記ＨＡＲＴ通信対応機器に対して行われた操作に関する操作情報に対応するデジタル信号を、前記監視系統側に送信する送信部と、
を備え、
前記受信部は、当該入出力装置と前記ＨＡＲＴ通信対応機器との間を接続する通信線を用いて送受信される通信フレームを監視し、前記通信線に接続可能な端末から前記ＨＡＲＴ通信対応機器宛に送信された前記操作情報を含む前記ＨＡＲＴ通信信号を受信する、
ことを特徴とするＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
前記信号変換部は、前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第１信号を取り出し、
前記送信部は、前記信号変換部により取り出された前記第１信号を、前記ＨＡＲＴ通信対応機器のプロセスを制御する制御系統側に送信する、
ことを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。
前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号で表される交流信号である、ことを特徴とする請求項１または２記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。