JP6723516B2 - フィールド機器、フィールドシステム、汎用モジュールおよびパラメータ管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、フィールド機器に関し、特に、専用ユニットと汎用ユニットとを組み合わせたフィールド機器における汎用ユニット側のパラメータ管理に関する。

プラントや工場等で用いられる分散制御システムにおいて、フィールド機器は、それぞれが制御機能を有し、フィールドバス等によって相互に通信し監視を行なう。このようなフィールド機器では、例えば、センサ処理のような専用処理に特化したＣＰＵと、通信処理や表示処理のような汎用処理に特化したＣＰＵとを組み合わせて構成する場合が多い。

例えば、通信ＣＰＵとセンサＣＰＵとを組み合わせた場合、通信ＣＰＵを含む通信部とセンサＣＰＵを含むセンサ部とでフィールド機器を構成する。

この場合、通信部は、通信処理の制御を行なう通信ＣＰＵと、プログラムを格納するＲＯＭと、変数やデータを保持するＲＡＭと、データ等を不揮発的に保持するＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリと、採用する通信方式に対応した通信モジュールとで構成することができる。

また、センサ部は、センサ処理を制御するセンサＣＰＵと、プログラムを格納するＲＯＭと、変数やデータを保持するＲＡＭと、データ等を不揮発的に保持するＥＥＰＲＯＭ等の書き換え可能な不揮発性メモリと、測定値等を表示するＬＣＤ等の表示部と、操作を受け付ける入力部と、通信部とセンサ部の各機能部に電力を供給する電源部と、測定を実行するセンサ測定モジュールで構成することができる。

通信部とセンサ部とのデータ送受信のため、通信ＣＰＵとセンサＣＰＵとはＵＡＲＴ等の汎用シリアル通信で結線する。なお、表示部、入力部、電源部は、通信部に設ける場合もある。

センサ部のセンサＣＰＵは、センサ測定モジュールが外部から取得した信号を測定値に変換するための演算を行なう。演算結果は、表示部に表示したり、シリアル通信により通信部に転送する。また、一部のデータや異常状態が発生したときに記録するログ情報、入力部等を介した設定情報は不揮発メモリに保持する。

通信部は、通信プロトコルに対応した各種制御を行ない、ホストシステムとの初期化処理や、リクエストに対する応答、センサ部から取得した測定値の定期的な送信、発生したアラーム情報の送信等を行なう。

一般に、フィールドバスでは、機能ブロックという機能的モデルが用いられている。機能ブロックは、アナログ入力（ＡＩ）、アナログ出力（ＡＯ）、ＰＩＤ制御（ＰＩＤ）といった分散制御システムで使用される機能を一般化した概念である。計測と制御アプリケーションは、必要な機能ブロックを結合することにより構築することができる。

機能ブロックでは、多数のパラメータが定義されており、機能ブロックの動作は、パラメータの値に依存する。機能ブロックは、仕様化された標準ブロックの他、標準ブロックに必要なパラメータや演算機能を追加した機能ブロック、ベンダーが独自に設計した機能ブロック等が用いられている。

機能ブロックごとのパラメータの定義情報（「パラメータ基礎情報」と称する）は、プログラムに組み込まれており、ファームウェアとしてＲＯＭや不揮発性メモリに格納している。

パラメータ基礎情報で、必要なパラメータを適宜定義することができるため、同じ機能ブロックであっても、バージョンが異なると、追加修正等により機能ブロック内で定義されているパラメータの内容が異なる場合がある。

特願２０１４−１６７７０５号公報

汎用的な処理を行なう通信部は、異なるセンサ部に対応できるように構成することが好ましい。例えば、通信部を、差圧伝送器用のセンサ部と温度伝送器用のセンサ部との両方に対応させることにより、通信部の汎用性を高めることができる。

しかしながら、組み合わせるセンサ部が異なると、必要な演算処理や単位等が異なるため、通信部で定義すべきパラメータも異なることになる。

このため、通信部のファームウェアでは、プログラム内に複数種のパラメータ基礎情報を用意しておき、どの種類のセンサ部と組み合わせられているかを識別して、対応するパラメータ基礎情報で起動するようにしている。すなわち、通信部では、組み合わせられるセンサ部に対応したパラメータ基礎情報をすべて含んだファームウェアを格納している。

このため、例えば、通信部のファームウェアの一部を修正してパラメータ基礎情報を変更した場合であっても、プログラムの修正となるため、対応するすべてのセンサ部との結合試験が必要となる。また、センサ部のファームウェアを更新してパラメータ基礎情報を変更する場合には、通信部のファームウェアも更新しなければならない。さらには、通信部のファームウェアを新たなセンサ部と組み合わせられるように更新した場合、他のセンサ部との組み合わせにおいては、意味のない更新となってしまう、といった問題点がある。

これらの問題点は、通信部とセンサ部のみならず、表示部や入力部のような汎用的な機能ユニットと、空電変換器やバルブポジショナ等の専用的な機能ユニットとを組み合わせる場合にも生じ得る。

そこで、本発明は、専用ユニットと汎用ユニットとを組み合わせるフィールド機器において、汎用ユニット側のパラメータ管理の煩雑性を軽減することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様であるフィールド機器は、専用ユニットと汎用ユニットとを組み合わせたフィールド機器であって、前記専用ユニットは、前記汎用ユニットで使用するパラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備え、前記汎用ユニットは、前記識別情報を格納する第１記憶領域と、前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域と、前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納する制御部とを備えることを特徴とする。
ここで、前記汎用ユニットは、前記パラメータ基礎情報を、前記制御部が実行するプログラムとは独立して前記第２記憶領域に格納することができる。
また、前記汎用ユニットの制御部は、取得した前記識別情報が、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と同じ場合には、前記パラメータ基礎情報を前記専用ユニットから取得しないことが望ましい。
上記課題を解決するため、本発明の第２の態様であるフィールドシステムは、前記汎用ユニットが通信ユニットである上述のフィールド機器と、前記フィールド機器と通信を行なうホストシステムとを備えたフィールドシステムであって、前記ホストシステムが、前記通信ユニットに格納されている前記パラメータ基礎情報を変更可能であることを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第３の態様である汎用ユニットは、パラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備えた専用ユニットと組み合わされてフィールド機器として機能する汎用ユニットであって、前記識別情報を格納する第１記憶領域と、前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域と、前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納する制御部とを備えることを特徴とする。
上記課題を解決するため、本発明の第４の態様であるパラメータ管理方法は、パラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備えた専用ユニットと組み合わされてフィールド機器として機能する汎用ユニットにおけるパラメータ管理方法であって、前記識別情報を格納する第１記憶領域と、前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域とを確保しておき、前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納することを特徴とする。

本発明によれば、専用ユニットと汎用ユニットとを組み合わせるフィールド機器において、汎用ユニット側のパラメータ管理の煩雑性を軽減することができる。

本実施形態に係るフィールド機器の構成を示すブロック図である。 稼働時における通信部とセンサ部の記憶領域を模式的に示す図である。 機器識別情報を説明する図である。 通信部用パラメータ基礎情報のフォーマットを説明する図である。 通信部用パラメータ基礎情報の具体例を説明する図である。 通信部の起動時の動作について説明するフロー図である。 稼働時における通信部とセンサ部の記憶領域の別例を模式的に示す図である。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るフィールド機器１０の構成を示すブロック図である。本図に示すようにフィールド機器１０は、汎用的なユニットである通信部１１０と専用的なユニットであるセンサ部１２０とが組み合わされて構成されている。

通信部１１０は、通信処理の制御を行なう通信ＣＰＵ１１１と、プログラムを格納するＲＯＭ１１２と、変数やデータを保持するＲＡＭ１１３と、データ等を不揮発的に保持する書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１１４と、採用する通信方式に対応した通信モジュール１１５とを備えている。

センサ部１２０は、センサ処理を制御するセンサＣＰＵ１２１と、プログラムを格納するＲＯＭ１２２と、変数やデータを保持するＲＡＭ１２３と、データ等を不揮発的に保持する書き換え可能な不揮発性メモリであるＥＥＰＲＯＭ１２４と、測定値等を表示するＬＣＤ等の表示部１２５と、操作を受け付ける入力部１２６と、通信部とセンサ部の各機能部に電力を供給する電源部１２７と、機種に応じた測定を実行するセンサ測定モジュール１２８を備えている。

通信部１１０とセンサ部１２０とのデータ送受信のため、通信ＣＰＵ１１１とセンサＣＰＵ１２１とはＵＡＲＴ等の汎用シリアル通信で結線する。なお、表示部１２５、入力部１２６、電源部１２７は、通信部１１０に設けてもよい。

通信部１１０は、フィールドバス等を介してホストシステム２００と接続しており、相互の通信が可能となっている。これにより、ホストシステム２００から、フィールド機器１０に対して諸設定を行なうことができる。

また、センサ部１２０が測定したデータをホストシステム２００が取得することができる。測定データは、パラメータ値として格納されているため、ホストシステム２００は、パラメータのリクエストをフィールド機器１０に送信する。通信部１１０がこのリクエストを受信すると、通信ＣＰＵ１１１がリクエストのエラーチェックを行ない、適切であれば、センサＣＰＵ１２１にデータのリクエストを送信する。このリクエストに対してセンサＣＰＵ１２１が対応するデータを返答すると、通信ＣＰＵ１１１は、受信したデータをホストシステム２００に返答するためのフレーム生成を行ない、ホストシステム２００に送信する。

図２は、稼働時における通信部１１０とセンサ部１２０の記憶領域を模式的に示す図である。本図に示すように、センサ部１２０のＲＯＭ１２２には、通信部用パラメータ基礎情報を格納する領域とプログラム領域とが形成されており、プログラム領域には機器識別情報が格納されている。また、センサ部１２０のＥＥＰＲＯＭ１２４には、パラメータの静的データ領域が形成されている。

このように、本実施形態では、センサ部１２０がＲＯＭ１２２に通信部用パラメータ基礎情報を格納している。また、格納している通信部用パラメータ基礎情報に関する機器識別情報もＲＯＭ１２２に格納している。ここで、機器識別情報は図３に示すように、機器情報と通信部用パラメータ基礎情報バージョンとを示す情報である。

機器情報は、センサ部１２０の種別を示す情報であり、通信部用パラメータ基礎情報バージョンは、格納している通信部用パラメータ基礎情報のバージョンを示す情報である。このため、機器識別情報は、通信部用パラメータ基礎情報の識別情報として用いることができる。

また、通信部用パラメータ基礎情報は、例えば、図４に示すようなフォーマットで記録されている。本図の例では、ヘッダ部分に機能ブロックの数と、それぞれの機能ブロックの種別を記載し、本体部分に、ブロックごとのパラメータ定義を順番に記載している。パラメータ定義は、例えば、アドレス、パラメータ名称、データ型（データ数）、単位、属性（Read/Write/Hidden/ServiceRead/ServiceWrite）、保存領域、後処理の有無等とすることができる。通信部用パラメータ基礎情報は、パラメータの定義情報であり、パラメータの値そのものを定めるものではない。

図５は、通信部用パラメータ基礎情報の具体例を示している。本図の例では、ＡＩ、ＤＩ、ＰＩＤ、Ｓｐｅｃｉａｌの４つの機能ブロックを有しており、それぞれの機能ブロックについて複数個のパラメータが定義されている。

図２の説明に戻って、通信部１１０のＲＯＭ１１２にはプログラム領域が形成されている。ＲＡＭ１１３には、パラメータ基礎情報格納領域と変数領域とが形成されている。また、ＥＥＰＲＯＭ１１４には、センサ部１２０から取得した通信部用パラメータ基礎情報を格納する領域と、静的データ領域とが形成されている。静的データ領域には、「保有している機器識別情報」が格納されている。

すなわち、本実施形態では、通信部１１０は、ＥＥＰＲＯＭ１１４に、通信部用パラメータ基礎情報を格納する領域をあらかじめ確保しておき、組み合わされたセンサ部１２０から通信部用パラメータ基礎情報を取得して、ＥＥＰＲＯＭ１１４に格納するようにしている。併せて、格納した通信部用パラメータ基礎情報に関する情報を、「保有している機器識別情報」としてＥＥＰＲＯＭ１１４に格納する。

従来の通信部では、組み合わせられるセンサ部に対応したパラメータ基礎情報をすべて含んだファームウェアを他のプログラムと一体化してＲＯＭとＥＥＰＲＯＭに格納していたが、本実施形態では、通信部用パラメータ基礎情報をプログラムから独立させている。通信部１１０は、初期状態では、通信部用パラメータ基礎情報は格納しておらず、組み合わされたセンサ部１２０から必要に応じて通信部用パラメータ基礎情報を取得し、書き換え可能な不揮発性のメモリであるＥＥＰＯＲＭ１１４のあらかじめ確保していた領域に格納する。

そして、稼働時にはＥＥＰＥＯＭ１１４に格納されている通信部用パラメータ基礎情報をＲＡＭ１１３に転送して、通信ＣＰＵ１１１が参照できるようにする。

通信部用パラメータ基礎情報は、通信部１１０が保有している機器識別情報と組み合わされたセンサ部１２０の機器識別情報とが一致しない場合に、組み合わされたセンサ部１２０から取得すればよい。

通信部用パラメータ基礎情報をプログラムから独立させ、センサ部１２０から取得してＥＥＰＲＯＭ１１４に格納するようにしたことにより、通信部用パラメータを修正した場合であっても、修正後の通信部用パラメータ基礎情報はセンサ部１２０に格納すればよいため、対応するすべてのセンサ部との結合試験を行なう必要がなくなる。

また、センサ部１２０のファーム部を更新した場合であっても、そのセンサ部１２０に格納した通信部用パラメータ基礎情報を更新すればよいため、通信部１１０のファームウェア更新は不要となる。さらに、新たな組み合わせに対応させる場合に、通信部１１０のファームウェアを新たなセンサ部１２０と組み合わせられるように更新する必要もなくなる。このため、通信部１１０側のパラメータ管理の煩雑性を軽減することができる。

次に、通信部１１０の起動時の動作について図６のフロー図を参照して説明する。この動作は、主として通信ＣＰＵ１１１の制御により行なわれる。

組み合わされたセンサ部１２０の電源部１２７から電源を供給され、通信部１１０が起動すると、センサ部１２０に対して機器識別情報を要求する（Ｓ１０１）。センサ部１２０は、この要求に対して、ＲＯＭ１２２のプログラム領域に格納している機器識別情報を通信部１１０に送信する。

通信部１１０は、センサ部１２０から機器識別情報を受信すると（Ｓ１０２）、ＥＥＰＲＯＭ１１４に記録されている「保有している機器識別情報」と一致するかどうかを判定する（Ｓ１０３）。ここで、一致とは、機器識別情報に含まれる機器情報、通信部用パラメータ基礎情報バージョンの両方が同一である場合を意味する。初期状態では、「保有している機器識別情報」は存在しないため、不一致となる。

判定結果が不一致である場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）には、センサ部１２０に通信部用パラメータ基礎情報を要求する（Ｓ１０４）。センサ部１２０は、この要求に対して、ＲＯＭ１２２に格納している通信部用パラメータ基礎情報を通信部１１０に送信する。

通信部１１０は、通信部用パラメータ基礎情報を受信すると（Ｓ１０５）、受信した情報をＥＥＰＲＯＭ１１４に格納する（Ｓ１０６）。具体的には、処理（Ｓ１０５）で受信した通信部用パラメータ基礎情報をセンサ部からの通信部用パラメータ基礎情報として格納し、処理（Ｓ１０２）で受信した機器識別情報を「保有している機器識別情報」として格納する。過去の情報が格納されている場合には上書きを行なう。ただし、履歴情報を記録したり、異なる機器識別情報に対応した複数セットの通信部用パラメータ基礎情報を格納してもよい。

そして、ＥＥＰＲＯＭ１１４に格納した通信部用パラメータ基礎情報をＲＡＭ１１３に転送して（Ｓ１０７）、通常の稼働を開始する。なお、複数セットの通信部用パラメータ基礎情報を格納している場合には、センサ部１２０に対応した通信部用パラメータ基礎情報をＲＡＭ１１３に転送する。

一方、判定結果が一致である場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）は、パラメータ基礎情報を更新する必要がないため、ＥＥＰＲＯＭ１１４に格納されている通信部用パラメータ基礎情報をＲＡＭ１１３に転送して（Ｓ１０７）、通常の稼働を開始する。このため、速やかな稼働開始が可能である。

上述した本実施形態では、通信部１１０は、通信部用パラメータ基礎情報をプログラムの一部としてではなく、プログラムから独立させてＥＥＰＲＯＭ１１４に格納するようにしている。このため、ホストシステム２００から、通信部用パラメータ基礎情報の一部を変更するという運用が可能となる。

一般に、ホストシステム２００は、所定の専用プロトコルにより通信ＣＰＵ１１１と通信を行ない、フィールド機器１０がどのような通信部用パラメータ基礎情報を格納しているかを把握することができる。このため、必要に応じて、例えば、特定のパラメータの属性を非表示に変更したり、パラメータの名称を変更したりすることができるようになる。

ところで、通信部用パラメータ基礎情報で定義されるパラメータは、センサ部１２０の種類に依存しない通信固有の通信パラメータと、センサ部１２０の動作を調整するセンサパラメータに区分することができる。

通信固有の通信パラメータは、修正を考慮してセンサ部１２０で管理する必要がなく、通信部１１０で管理することが可能である。通信パラメータは、一般的に規格に対応して定義されて実装されているため、機器独自のパラメータが存在することはなく、規格自体が更新しない限り変更する必要がないからである。

このため、パラメータ基礎情報をセンサパラメータ基礎情報と通信パラメータ基礎情報とに分割し、図７に示すように、通信パラメータ基礎情報は、あらかじめ通信部１１０のＥＥＰＲＯＭ１１４に格納しておき、センサパラメータ基礎情報のみを必要に応じてセンサ部１２０から取得するようにしてもよい。

この場合、パラメータ基礎情報の開発や管理は、センサパラメータ基礎情報のみを行なえばよいため、工数や管理コストを削減することが可能となる。なお、通信部１１０は、フィールド機器１０の起動時には、センサパラメータ基礎情報の取得の要否を判定し、稼働時には、両方のパラメータ基礎情報ともＲＡＭ１１３に転送する。また、いずれのパラメータ基礎情報もホストシステム２００から変更することができる。

１０…フィールド機器、１１０…通信部、１１１…通信ＣＰＵ、１１２…ＲＯＭ、１１３…ＲＡＭ、１１４ＥＥＰＲＯＭ、１１５…通信モジュール、１２０…センサ部、１２１…センサＣＰＵ、１２２…ＲＯＭ、１２３…ＲＡＭ、１２４…ＥＥＰＲＯＭ、１２５…表示部、１２６…入力部、１２７…電源部、１２８…センサ測定モジュール

Claims (5)

1. 専用ユニットと汎用ユニットとを組み合わせたフィールド機器であって、
   前記専用ユニットは、
   前記汎用ユニットで使用するパラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備え、
   前記汎用ユニットは、
   前記識別情報を格納する第１記憶領域と、
   前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域と、
   前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納する制御部とを備え、
   前記パラメータ基礎情報を、前記制御部が実行するプログラムとは独立して前記第２記憶領域に格納することを特徴とするフィールド機器。
2. 前記汎用ユニットの制御部は、
   取得した前記識別情報が、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と同じ場合には、前記パラメータ基礎情報を前記専用ユニットから取得しないことを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記汎用ユニットが通信ユニットである請求項１に記載のフィールド機器と、前記フィールド機器と通信を行なうホストシステムとを備えたフィールドシステムであって、
   前記ホストシステムが、前記通信ユニットに格納されている前記パラメータ基礎情報を変更可能であることを特徴とするフィールドシステム。
4. パラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備えた専用ユニットと組み合わされてフィールド機器として機能する汎用ユニットであって、
   前記識別情報を格納する第１記憶領域と、
   前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域と、
   前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納する制御部とを備え、
   前記パラメータ基礎情報を、前記制御部が実行するプログラムとは独立して前記第２記憶領域に格納することを特徴とする汎用ユニット。
5. 制御部を備え、パラメータを定義するパラメータ基礎情報と、前記パラメータ基礎情報の識別情報とを格納した記憶領域を備えた専用ユニットと組み合わされてフィールド機器として機能する汎用ユニットにおけるパラメータ管理方法であって、
   前記識別情報を格納する第１記憶領域を確保するとともに、前記パラメータ基礎情報を格納する第２記憶領域を、前記制御部が実行するプログラムを格納した領域とは独立して確保しておき、
   前記専用ユニットから前記識別情報を取得し、前記第１記憶領域に格納されている識別情報と異なる場合に、前記専用ユニットから前記パラメータ基礎情報を取得して前記第２記憶領域に格納するとともに、取得した前記識別情報を前記第１記憶領域に格納することを特徴とするパラメータ管理方法。