JP5673183B2 - パルス出力型フィールド機器およびそのチェック方法 - Google Patents

Description

本発明は、パルス信号が正確に出力されているかどうかをチェックする機能を有するパルス出力型フィールド機器、およびそのチェック方法に関するものである。

フィールド機器は、プロセス現場に設置され、このプロセス現場の物理量（プロセス量）を測定して、この測定値を外部に出力する機器である。図３に、パルス信号を出力し、かつこのパルス信号が正確に出力されているかをチェックすることができるフィールド機器の構成を示す。

図３において、１０はパルス信号を出力するパルス出力型のフィールド機器であり、物理量を測定するセンサ部１１、センサ部１１の出力をデジタルデータに変換するＡＤ変換部１２、ＡＤ変換部１２の出力データから物理量を表すデジタルデータを算出する物理量算出部１３、物理量算出部１３の出力値を積算する積算部１４、積算部１４の積算値を表示する積算値表示部１５、ＡＤ変換部１２の出力データから出力するパルス信号のパルスレートを算出するパルスレート算出部１６、パルスレート算出部１６が算出したパルスレートでパルス信号を出力するパルス出力部１７で構成される。

物理量算出部１３、積算部１４、積算値表示部１５、パルスレート算出部１６、パルス出力部１７は、マイクロプロセッサ上で動作するソフトウエアで構成される。なお、パルス出力部１７はハードウエアロジックやＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）を用いる構成であってもよい。

測定する物理量はセンサ部１１で検出される。この検出信号はＡＤ変換器１２でデジタルデータに変換され、物理量算出部１３とパルスレート算出部１６に出力される。

物理量算出部１３は、入力されたデジタルデータを所定の演算周期で物理量に対応するデジタルデータに変換して積算部１４に出力する。この出力デジタルデータのフルスケール（変換レート）は可変できるようになっている。積算部１４はこのデジタルデータを積算する。この積算値は積算値表示部１５に表示される。

パルスレート算出部１６にはＡＤ変換部１２が出力するデジタルデータが入力される。パルスレート算出部１６は入力されたデジタルデータに基づいて出力するパルスのパルスレートを算出し、このパルスレートをパルス出力部１７に出力する。パルス出力部１７は入力されたパルスレートでパルス信号を出力する。

なお、フィールド機器によっては、物理量算出部１３の出力をアナログ信号に変換して出力し、またフィールドバスを介してデジタルデータを出力する機能を備えているものもあるが、本願発明とは直接関係がないので、記載を省略する。

２０はカウンタであり、フィールド機器１０の外部に配置される。カウンタ２０にはフィールド機器１０が出力するパルス信号が入力される。カウンタ２０はこのパルス信号をカウントする。

パルスレート算出部１６あるいはパルス出力部１７に異常が発生し、また伝送途中でノイズが混入するなどの理由で、パルス信号が正確に伝送されないことがある。このため、パルス信号が正確に伝送されているかチェックする必要がある。

図４に、パルス信号が正確に伝送されているかどうかをチェックする手順を示す。図４において、工程（Ｐ４−１）で物理量算出部１３の変換レートとパルスレート算出部１６のパルスレートが一致するように、物理量算出部１３の変換レートを設定する。すなわち、１演算周期間に出力されるパルス数を、物理量算出部１３が積算部１４に出力するデジタルデータに一致するようにする。カウンタ２０のカウント値と積算値表示部１５に表示される値を比較しやすくするためである。

次に、工程（Ｐ４−２）で積算部１４の積算値とカウンタ２０をゼロにリセットする。初期状態を一致させることにより、カウンタ２０のカウント値と積算値表示部１５に表示される値の比較を容易にするためである。

次に、工程（Ｐ４−３）で信号入力を開始する。積算部１４は演算周期毎に物理量算出部１３の出力デジタルデータの積算を開始し、カウンタ２０はフィールド機器１０の出力パルス信号のカウントを開始する。

工程（Ｐ４−４）で物理量算出部１３はＡＤ変換部１２の出力デジタルデータから物理量に対応するデジタルデータを算出する。工程（Ｐ４−５）で積算部１４は物理量算出部１３が算出したデジタルデータを積算、保存する。すなわち、積算部１４は保存されている積算値に物理量算出部１３の出力デジタルデータを加算し、この加算した値を新たな積算値として保存する。

パルスレート算出部１６は、工程（Ｐ４−６）でＡＤ変換部１２の出力デジタルデータから、出力するパルス信号のパルスレートを算出してパルス出力部１７に出力する。パルス出力部１７は、入力されたパルスレートになるように、出力パルス信号のパルスレートを変更する。なお、工程（Ｐ４−５）と（Ｐ４−６）は並行して行われる。

次に、工程（Ｐ４−７）でチェックのための測定時間が経過したかどうかを判断し、測定時間内である（ＮＯ）と、次に工程（Ｐ４−８）で１演算周期が経過したかどうかを判断する。１演算周期が経過していないと（ＮＯ）待機し、１演算周期が経過すると（ＹＥＳ）、工程（Ｐ４−４）に戻る。なお、測定時間は演算周期より長い時間であれば、特に制限はない。

すなわち、１演算周期毎に物理量算出部１３は物理量に対応する出力デジタルデータを算出して積算部１４に出力し、積算部１４はこのデジタルデータを積算する。また、パルスレート算出部１６は出力するパルス信号のパルスレートを算出し、パルス出力部１７はこのパルスレートに基づいて出力パルス信号のパルスレートを変更する。

工程（Ｐ４−７）で測定時間が経過した（ＹＥＳ）と判断すると、工程（Ｐ４−９）で積算部１４およびカウンタ２０への信号入力を停止する。そして、工程（Ｐ４−１０）でカウンタ２０のカウント値と積算部１４の積算値を比較する。積算部１４の積算値は積算値表示部１５に表示されているので、簡単に比較することができる。

工程（Ｐ４−１１）で比較結果を判断し、一致している（ＹＥＳ）とパルス信号は正常であると判定し、一致していない（ＮＯ）と異常であると判定する。物理量算出部１３、積算部１４、積算値表示部１５の異常の場合もあるが、不一致であることを検出できることが重要である。

特許文献１には、電流信号、パルス信号、およびデジタル通信信号を出力するフィールド機器が記載されている。特許文献１では、小形化、低コスト化が可能な出力回路を実現することを目的としている。

特開２００６−２６０３５３号公報

しかしながら、このようなパルス信号のチェック手順には、次のような課題があった。
図４のフローチャートから明らかなように、チェックするためにはカウンタ２０、積算部１４のゼロリセット、信号の入力開始、停止のコントロールが必要であり、パルス信号をチェックするための手順が複雑であるという課題があった。

また、チェックの前に積算部１４の積算値をゼロリセットするが、積算部１４の積算値を他の用途に使用する場合には積算値をゼロリセットしたくない場合もあるので、このような要求に応えることができないという課題もあった。

さらに、フィールド機器１０が稼働しているときにパルス信号が正常であるかどうかをチェックすることが困難であるという課題もあった。

特許文献１に記載された発明は、出力回路の小形化、低コスト化が目的であり、出力パルス信号をチェックするものではない。

本発明の目的は、簡単な手順で出力パルス信号のチェックを行うことができ、かつ稼働中にもチェックできるフィールド機器、およびそのチェック方法を実現することにある。

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、
物理量をセンサ部で測定し、このセンサ部の出力から前記物理量に対応するパルスレートを有するパルス信号を出力するフィールド機器において、
前記物理量を検出するセンサ部と、
前記センサ部の出力に基づいて前記パルスレートを算出し、このパルスレートで前記パルス信号を出力するパルス信号出力部と、
前記パルス信号出力部のパルスレートと等しくなるように変換レートを定めると共に、所定の演算周期毎に、前記センサ部の出力に基づいて前記物理量に対応する出力を算出する物理量算出部と、
前記物理量算出部の出力が入力され、この入力値に（基準時間／演算周期）の値を乗算することにより、基準時間における値に変換するデータ変換部と、
前記データ変換部の出力を外部に出力するデータ出力部と、
を備えたものである。簡単に出力パルス信号のチェックができる。

請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記フィールド機器はデータを表示する表示部を備え、前記データ出力部はこの表示部に前記データ変換部の出力を表示するようにしたものである。簡単に出力パルス信号のチェックができる。

請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記フィールド機器は通信路を用いて外部にデータを送信する通信ツールを備え、前記データ出力部はこの通信ツールを用いて前記データ変換部の出力を外部に送信するようにしたものである。離れた場所に設置されたフィールド機器の出力パルス信号をチェックできる。

請求項４記載の発明は、
請求項１乃至３いずれかに記載のフィールド機器が出力する前記パルス信号を前記基準時間の間カウントする操作を繰り返すカウンタを用い、
このカウンタのカウント値と前記データ出力部が出力する前記データ変換部の出力のデータを比較することにより、前記パルス信号をチェックするようにしたものである。簡単にかつリアルタイムでパルス信号をチェックできる。

本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２，３および４の発明によれば、演算周期毎に物理量に対応する値を算出する物理量算出部の出力を基準時間に対応する値に変換し、この変換した値を外部に出力するようにした。また、パルス信号を基準時間の間カウントし、このカウント値と前記外部に出力した値を比較して、パルス信号をチェックするようにした。

カウンタおよびフィールド機器内部の積算値のリセットおよび信号入力開始、停止の操作が不要になるので、簡単な操作でパルス信号が正常に伝送されているかをチェックすることができるという効果がある。

また、フィールド機器内部の値を変更せず、信号入力の開始、停止が不要であり、カウンタを接続するだけでチェックを行うことができるので、リアルタイムでチェックを行うことができるという効果もある。

さらに、通信路を経由してデータ変換部の出力を送信することにより、カウンタをフィールド機器から離隔した場所に設置でき、かつ伝送途中のノイズ混入の有無もチェックできるという効果がある。

本発明の一実施例を示した構成図である。 パルス信号のチェック手順を示したフローチャートである。 従来のパルス信号チェック機能を有するフィールド機器の構成図である。 従来のパルス信号のチェック手順を示したフローチャートである。

以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係るフィールド機器の一実施例を示した構成図である。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図１において、３０はパルス信号を出力するフィールド機器であり、物理量を測定するセンサ部１１、センサ部１１の出力をデジタルデータに変換するＡＤ変換部１２、ＡＤ変換部１２の出力データから物理量を表すデジタルデータを算出する物理量算出部１３、物理量算出部１３の出力デジタルデータを、基準時間（例えば１秒）におけるデータに変換するデータ変換部３１、データ変換部３１が変換したデータを表示する表示部３２、ＡＤ変換部１２の出力データから、物理量に対応するパルスレートを算出するパルスレート算出部１６、パルスレート算出部１６が算出したパルスレートでパルス信号を出力するパルス出力部１７で構成される。表示部３２はデータ出力部に相当し、パルスレート算出部１６とパルス出力部１７でパルス信号出力部を構成している。

物理量算出部１３、データ変換部３１、パルスレート算出部１６、パルス出力部１７は、マイクロプロセッサ上で動作するソフトウエアで構成される。なお、パルス出力部１７は、ハードウエアロジック等で構成してもよい。

４０はカウンタであり、フィールド機器３０の外部に配置され、フィールド機器３０が出力するパルス信号をカウントして表示する。カウンタ４０は、前記データ変換部３１が用いる基準時間の間フィールド機器３０の出力パルス信号をカウントし、そのカウント値を表示する動作を繰り返す。基準時間は、演算周期より十分長ければ、特に制限はない。

測定する物理量はセンサ部１１で検出される。この検出信号はＡＤ変換器１２でデジタルデータに変換され、物理量算出部１３とパルスレート算出部１６に入力される。物理量算出部１３は、所定の演算周期で入力されたデジタルデータを物理量に対応するデジタルデータに変換して、データ変換部３１に出力する。例えば、流量を測定する場合は、物理量算出部１３は演算周期内に流れた流体の体積を基準量で換算した値を出力する。この出力デジタルデータのフルスケール（変換レート）は可変できるようになっている。

データ変換部３１は、物理量算出部１３が算出したデジタルデータに（基準時間／演算周期）の値を乗算し、基準時間におけるデータに変換する。例えば、演算周期が１０ｍ秒、基準時間が１秒であると、データ変換部３１は入力されたデジタルデータを１００倍して出力する。データ変換部３１で変換されたデジタルデータは、表示部３２で表示される。表示部３２は外部から見えるように設置されるので、デジタルデータを外部に出力するものと言える。

パルスレート算出部１６にはＡＤ変換部１２が出力するデジタルデータが入力される。パルスレート算出部１６は入力されたデジタルデータに基づいて出力するパルスのパルスレートを算出し、このパルスレートをパルス出力部１７に出力する。パルス出力部１７は入力されたパルスレートでパルス信号を出力する。このパルス信号は、図示しない受信機器で受信される。

例えば、流量を測定するフィールド機器では、パルス１個に対応する流体の体積を決めておき、１演算周期内に流れる流体の体積の個数のパルスが出力されるようにパルスレートを決定する。１パルスを１リットルとし、１演算周期に１０リットルの流体が流れると、１演算周期に１０個のパルスが出力されるようにパルスレートを決定する。

なお、フィールド機器によっては、物理量算出部１３の出力をアナログ信号に変換して出力し、またフィールドバスを介してデジタルデータを出力する通信機能を備えているものもあるが、本願発明とは直接関係がないので、記載を省略する。

次に、図２フローチャートに基づいて、フィールド機器３０から出力されるパルス信号をチェックする手順を説明する。

図２において、（Ａ）は物理量検出のフローを示したフローチャートである。図２（Ａ）において、工程（Ｐ２−１）で物理量算出部１３の変換レートとパルスレート算出部１６のパルスレートが等しくなるように、物理量算出部１３の変換レートを設定する。すなわち、１演算周期間に出力されるパルス数を、物理量算出部１３がデータ変換部３２に出力するデジタルデータに一致するように、物理量算出部１３の変換レートを設定する。この工程は、カウンタ４０のカウント値と表示部３２に表示される値を比較しやすくするために行う。

次に、工程（Ｐ２−２）で物理量算出部１３はＡＤ変換部１２の出力デジタルデータから物理量に対応するデジタルデータを算出する。そして、工程（Ｐ２−３）でデータ変換部３１は入力されたデジタルデータに（基準時間／演算周期）を乗算し、基準時間におけるデータに変換する。変換されたデータは表示部３２に表示される。

工程（Ｐ２−３）と並行して、工程（Ｐ２−４）でパルスレート算出部１６はＡＤ変換部１２の出力デジタルデータから、出力するパルス信号のパルスレートを算出してパルス出力部１７に出力する。パルス出力部１７は、入力されたパルスレートでパルス信号を出力する。

そして、工程（Ｐ２−５）で演算周期が経過するまで待機し、工程（Ｐ２−２）に戻る。すなわち、演算周期毎に表示部３２に表示されるデータとパルス出力部１７が出力するパルスのパルスレートが変更される。

図２（Ｂ）はパルス信号のチェック手順を表したフローチャートである。工程（Ｐ２−６）でカウンタ４０のカウント値と表示部３２に表示される値を比較部（図示しない）によって比較し、工程（Ｐ２−７）で一致しているかどうかを調べる。一致していると（ＹＥＳ）パルス信号は正常であり、一致していない（ＮＯ）とパルス信号は異常であることをパルス信号判定部（図示しない）によって判定できる。

図２からわかるように、（Ａ）の物理量検出と（Ｂ）のパルス信号のチェック手順は互いに独立して動作可能である。このため、フィールド機器３０が稼働中にその出力パルス信号のチェックを行うことができる。

また、チェックは表示部３２に表示された値とカウンタ４０のカウント値を比較するのみであり、フィールド機器３０内部の値を変更することはない。このため、物理量算出部１３の出力を積算した値を他の用途に使用することができる。

また、カウンタ４０はフィールド機器３０の出力パルス信号を入力するだけであり、リセット、カウント開始・停止などのコントロールは不要である。このため、簡単にパルス信号のチェックを行うことができる。また、基準時間を１秒等の切りの良い時間とすると、カウンタ４０として通常の周波数カウンタを用いることができる。

なお、パルス信号のチェックのためには表示部３２に表示されている値とカウンタ４０のカウント値を比較しなければならないので、フィールド機器３０とカウンタ４０を近接して配置するか、どちらかのデータを他方に送る必要がある。

このため、フィールド機器３０にＢＲＡＩＮ通信、ＨＡＲＴ（登録商標）通信、ＦＦ通信等通信路を用いてデータを送信する通信ツールが備わっている機器では、送信部によってデータ変換部３１の出力データをこの通信ツールを用いてカウンタ４０が配置されている場所の近くに配置されている機器に送信し、この機器に表示させるようにしてもよい。このようにすると、フィールド機器３０とカウンタ４０を近接させて配置する必要がなくなるので、伝送途中のノイズ混入エラーもチェックできる。この場合、通信ツールを用いてデータを送信させる送信部はデータ出力部に相当する。

また、データ変換部３１の出力データとカウンタ４０のカウント値を、データが比較できる装置に入力し、この装置で一致しているかどうかを判定して、その結果を表示するようにしてもよい。

１１ センサ部
１２ ＡＤ変換部
１３ 物理量算出部
１６ パルスレート算出部
１７ パルス出力部
３０ フィールド機器
３１ データ変換部
３２ 表示部
４０ カウンタ

Claims (4)

1. 物理量をセンサ部で測定し、このセンサ部の出力から前記物理量に対応するパルスレートを有するパルス信号を出力するフィールド機器において、
   前記物理量を検出するセンサ部と、
   前記センサ部の出力に基づいて前記パルスレートを算出し、このパルスレートで前記パルス信号を出力するパルス信号出力部と、
   前記パルス信号出力部のパルスレートと等しくなるように変換レートを定めると共に、所定の演算周期毎に、前記センサ部の出力に基づいて前記物理量に対応する出力を算出する物理量算出部と、
   前記物理量算出部の出力が入力され、この入力値に（基準時間／演算周期）の値を乗算することにより、基準時間における値に変換するデータ変換部と、
   前記データ変換部の出力を外部に出力するデータ出力部と、
   を備えたことを特徴とするパルス出力型フィールド機器。
2. 前記フィールド機器はデータを表示する表示部を備え、前記データ出力部はこの表示部に前記データ変換部の出力を表示するようにしたことを特徴とする請求項１記載のパルス出力型フィールド機器。
3. 前記フィールド機器は通信路を用いて外部にデータを送信する通信ツールを備え、前記データ出力部はこの通信ツールを用いて前記データ変換部の出力を外部に送信するようにしたことを特徴とする請求項１記載のパルス出力型フィールド機器。
4. 請求項１乃至３いずれかに記載のフィールド機器が出力する前記パルス信号を前記基準時間の間カウントする操作を繰り返すカウンタを用い、
   このカウンタのカウント値と前記データ出力部が出力する前記データ変換部の出力のデータを比較することにより、前記パルス信号をチェックするパルス出力型フィールド機器のチェック方法。

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