JPH01283700A - フイールド計器の通信方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種プラントにおける圧力、流量。

温度などの物理量を検出して上位計器へ、その信号を伝
送するフィールド計器に係り、特に、フィールド計器と
上位計器間の通信方式に関する。

〔従来の技術〕

従来より、フィールド計器と呼ばれている計器類は、セ
ンサを内蔵して物理量を検出し、その値を電気信号に変
換して、上位受信計器へ伝送している。この電気信号の
伝送は、規格として統一されており、フィールド計器が
２線式の伝送路に４〜２０ｍＡのアナログ電流信号を出
力して、上位計器がそのアナログ信号を受信するもので
ある。

ここでは、フィールド計器から上位計器への一方向の通
信が行なわれていた。

近年、半導体集積回路技術の向上により、マイクロプロ
セッサ内蔵のフィールド計器が開発され実用化されてい
る。ここでは、前記２線式の伝送路上で、一方向のアナ
ログ信号通信の他に双方向にディジタル信号通信を行な
い、フィールド計器のレンジ設定、自己診断などを遠隔
にて操作が可能となってきている。

例えば、特開昭５８−４９１９８号公報に示されたもの
は、外部電源を必要とするフィールド計器に関する装置
構成例である。この構成において、フィールド計器は、
外部電源から供給される電圧によリ、検出した物理量に
対応した電流を２線式の伝送路に流す定電流源としてア
ナログ信号を出力し、上位受信計器は、このアナログ信
号を受信してフィールド計器の指示値として使用する。

上位通信計器は、フィールド計器と上位受信器、外部電
源との間に接続され、フィールド計器とディジタル信号
で通信を行なう６また、特開昭５９−２０１５３５号公
報に示されたものは、外部電源を必要としないフィール
ド計器に関する装置構成例である。この構成において、
フィールド計器は、検出した物理量に対応した電流を２
線式の伝送路に流す定電流源として動作し、上位受信計
器、上位通信計器は前者と同様の動作をする。

前者の例では、ディジタル信号を出力する際のディジタ
ル信号パターンの内容により、アナログ信号値に補正を
加えるものであり、後者の例では、ディジタル信号パタ
ーンを正負のパターンにするものであり、両者とも、デ
ィジタル信号出力によるアナログ信号への影響を少なく
するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術において、前者の例は、通信速度が遅い場
合、および連続してディジタル信号を通信する場合につ
いて配慮がされておらず、上記状態においてはアナログ
信号値の誤差が大きくなるという問題があった。また、
上位通信計器から送るディジタル信号の同様な影響につ
いては、何らの配慮がなされていなかった。

後者の例は、上位通信計器よりディジタル信号を送る場
合、流れている電流信号をディジタル的に正負の方向へ
変化させる必要があり、これを実現させるためには、フ
ィールド計器の伝送路へ供給する電圧源以上の電圧源を
持たなければならないという問題があり、実装したとき
の回路規模について配慮されていなかった。ここで、市
場にて使われるすべてのフィールド計器に適用できるこ
とを考えると、約５０Ｖ以上の電圧源が必要であり、特
に持ち運びの可能であるポータプルな上位通信計器には
、実装が困難であった。

本発明の目的は、簡素化された回路構成で、ディジタル
信号の通信が行なえ、かつ、アナログ信号を受信する上
位受信計器への影響を少なくできる通信方法を提供する
にある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、フィールド計器と上位通信計器がディジタ
ル信号の通信を行なう際に、上位通信計器側は、伝送路
中の電流を常に一定量消費し、その値を中心とし前記一
定量を超えない範囲の正負方向のディジタル信号変化を
起こして、ディジタル信号を送信し、フィールド計器側
は、前記消費された一定量の電流値を補正してアナログ
信号を出力することにより、達成される。

〔作用〕

本発明による通信方法においては、上位通信計器は、伝
送路中の電流を消費するだけとなるため、伝送路中へ電
流を流し込む必要がなくなる。この結果、上位通信計器
は大容量の電圧源を内蔵する必要がなくなる。

また、ディジタル信号を通信することにより生じる上位
受信計器で受信するアナログ受信値の誤差は、上位受信
計器で受信するアナログ信号に合成されているディジタ
ル信号が、正負に変化する形で受信されるため、上位受
信計器に内蔵されているローパスフィルタなどにより、
はとんど問題にならないほど少なくすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は１本発明の通信方法を構成する装置の構成図で
ある。本構成における各装置の動作を説明すると、フィ
ールド計器１は各種プラントにおける圧力、流量、温度
などの物理量を検出するものであり、外部電源４により
供給される電力で動作し、前記物理量に対応した電流を
２線式伝送路５へ流す。上位受信計器３は、２線式伝送
路３を流れる電流により、フィールド計器１が検出した
物理量を受信する。上位通信計器２は、２線式伝送路５
中の、フィールド計器１と上位受信計器３゜外部電源４
の間に接続し、フィールド計器１とディジタル信号で通
信を行ない、フィールド計器１のレンジ設定、自己診断
などの処理をする。

フィールド計器１の内部は、ＲＯＭ１０３にブログラム
された処理により、計器全体がマイクロプロッサ１０１
により制御されている。複合センサ１０８は、例えば、
差圧センサ、静圧センサ。

温度センサなどの複数センサからなり、それぞれのセン
サ出力信号は、マルチプレクサ１０９へ導びかれ、Ｉ１
０インターフェイス１０６の入力選択信号により、Ａ／
Ｄ変換器１０５へ送るセンサ信号の選択が行なわれる。

マイクロプロセッサ１０１は、Ａ／Ｄ変換器１０５から
順次送り込まれる前記複合センサの信号と、ＲＯＭＩＯ
３、または、ＲＡＭ　１０２にある種々の補正係数とを
比較して補正を行ない、真値を求め、事前にＲＡＭ１０
２に設定されている出力レンジにより、正規化された出
力値をＤ／Ａ変換器１０７へ出力する。

通常状態においては、ディジタル信号の通信が行なわれ
ておらず、出力補正回路１１０、および変調回路１１２
の出力は零であり、前記Ｄ／Ａ変換器１０７の出力値は
、減算器１１１．加算器１１３を通過して、そのままＶ
／Ｉ変換器１１４へ送られ、Ｖ／Ｉ変換器では、そのＤ
／Ａ変換器１０７の出力値に見合った電流が、２線式伝
送路へ流れるように制御する。

次に、ディジタル信号の通信が行なわれるときの動作を
説明する。上位通信計器２が、２線式伝送路５に接続さ
れ、ディジタル信号の通信を開始するのには、まず最初
に、フィールド計器１と上位通信計器２の間で同期をと
り各々の出力電流ｉｔ、ｉｃを変化させる。この同期を
、例えば、１゜２バイトのディジタル信号を交互に送り
、受信することなどにより行なう、同期をとった後に工
１０インターフェイス１０６の出力補正信号により、出
力補正回路１１０は、一定の補正値が出力されるように
選択されるため、減算器１１１の出力は、出力補正回路
１１０により補正された値になり、その値がＶ／Ｉ変換
器１１３へ入力される。そのため、フィールド計器１の
出力電流値ｉｔは、前記出力電流から一定量差し引いた
値になる。この状態において、ディジタル信号の送受信
は、フィールド計器１より、上位通信計器２ヘデータを
送信する場合、送受信回路１０４から出力する送信デー
タを変調回路１１２により、例えば、周波数変調のよう
に、ディジタル信号のパ１”　　ＩＩ　Ｑ　Ｈに対応す
る２種類の周波数の信号に変換される。

この信号は、加算器１１３でアナログ信号出力値と加算
され、Ｖ／Ｉ変換器１１４を通って、ディジタル信号が
送信される。ここで、変調回路１１２が、正負に同じ振
幅の方形波、またはサイ波の変調を行なえば、ディジタ
ル信号を出力しても、瞬時的なＶ／Ｉ変換器１１４の出
力電流値変化のみで、アナログ信号値には、はとんど影
響を与えない。次に、上位通信計器２からの送信データ
をフィールド計器１が受信する動作を説明する。上位通
信計器２からは、前記の変調された電流信号と同様なデ
ィジタル信号を２線式伝送路５へ流す。

ここで、２線式伝送路５へ電圧を供給する外部電源４の
電圧値は常に一定であり、この伝送路を流れる電流値が
変化すると、上位受信計器３の抵抗の両端電圧も変化す
るため、必然的にフィールド計器１に加えられる電圧は
、前記電圧変化と逆の電圧変化が生じる。復調回路１１
５では、この電圧変化を涌らえて、復調することにより
、１（ｌ　ＩＩ。

“Ｏ”のディジタル信号とし、送受信回路１０４で、こ
のディジタル信号を受信する。

第２図に、上位通信計器２の内部ブロック図を示す。上
位通信計器２は、マイクロプロセッサ２０１で制御され
、Ｉ１０インターフェイス２０５を通して表示装置２０
６に現在の状態を表示し、入内装［ｉ！２０７より入力
される動作指令に対して、フィールド計器とディジタル
通信を行なう。通信部は、送受信回路２０４．変調回路
２０９．復調回路２１２．加算器２１０．Ｖ／Ｉ変換器
２１１で構成され、前記フィールド計器１の例と同様な
動作をする。ここで、変調回路２０９の出力は、前記の
ように正負に同じ振幅の信号であるが、加算器２１０の
出力が負の値になることがないよう。

ディジタル信号通信時には、スイッチ２０８で選択され
た一定量のオフセット値（Ｖｓ　）が加算器２１０に加
えられる。よって、Ｖ／Ｉ変換器２】１の出力電流ｉｃ
は、常に図中の矢印の方向に流れるので、Ｖ／Ｉ変換器
２１１は、２線式伝送路５を流れている電流を消費する
だけとなり、伝送路へ電流を流し込む必要がなくなる。

このため、Ｖ／Ｔ変換器２１１では、従来より必要であ
った外部電源４の電圧以上の電圧源を内蔵しなくてもよ
くなり、さらに、内蔵する定電流回路も、２系統から１
系統と、回路の簡素化が出来るという効果がある。

第１図、第３図で、ディジタル信号を通信する際の各部
を流れる電流について説明する。フィールド計器１を流
れる電流ｉｔは、前述の通り、上位通信計器２と同期を
とった時点ｔｓで、上位通信計器のオフセット電流ｉｓ
だけ少ない電流値になり、ディジタル通信が終了した時
点ｔＥで、同様の同期をとり、元の電流値に戻る。逆に
、上位通信計器２を流れる電流ｉｃは、ディジタル通信
期間中（ｔｓ＜ｔ＜ｔｐ）、オフセット電流値ｉｓにな
るにこで、上位受信計器３を流れる電流ｉｐは、１Ｒ＝
＝ｉＴ＋ｉｃという関係から、同期をとる直前と同じ値
になる。また、第３図に示すように、上位受信計器３を
流れる電流ｉｕは、ディジタル通信していても、その影
響としては、短い間の正負の変化だけである６そのため
、指示値として上位受信計器３が取り出す電圧ＶＲは１
通常９変調信号が通過しないようなローパスフィルタで
、前記影響をほとんどなくすことができるという効果が
ある。

また、別の効果として、ディジタル通信期間を設定する
ため、複数の通信計器よりの混信を防ぐことができると
いう効果もある。

また、本実施例は、外部電源を持つフィールド計器の例
を説明したが、持たなくとも、本発明は。

実現できる。

〔発明の効果〕

以上、本発明によれば、２線式伝送路中にフィールド計
器とディジタル信号の通信を行なう通信計器を接続して
１通信を行なっても伝送路中のアナログ信号には、はと
んど影響を与えることなく、通信ができるという効果が
ある。

また、この通信計器の回路が、簡単な回路構成で実現で
きるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
上位通信計器の内部ブロック図、第３図は２線式伝送路
の各部の信号波形図である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・フィールド計器、２・・・上位通
信計器、３・・・上位受信計器、４・・・外部電源、５
・・・２線式伝送路、１０１，２０１・・・マイクロプ
ロセッサ、１０２，２０２・・・ＲＡＭ、１０３，２０
３・・・ＲＯＭ、１０４，２０４・・・送受信回路、１
０５・・・Ａ／Ｄ変換器、１０６，２０５−Ｉ１０イン
ターフェイス、１０７・・・Ｄ／Ａ変換器、１０８・・
・複合センサ、１０９・・・マルチプレクサ、１１０・
・・出力補正回路、１１１・・・減算器、１１３，２１
０・・・加算器、１１２，２０９・・・変調回路、１１
４，２１１・・・Ｖ／Ｉ変換器、１１５，２１２・・・
復調回路、１１６・・・電源回路、２０６・・・表示装
置、２０７・・・第１図 第２０ 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、プロセスの物理量を検出し、伝送路の電流を変化さ
   せて信号を伝送するフィールド計器と、受信計器、通信
   計器などの上位計器とからなり、伝送路上にアナログデ
   ータとディジタルデータを伝送するデータ通信方式にお
   いて、デイジタル信号を伝送するときに、伝送路上の電
   流を一定量消費する通信計器と、前記消費電流を補正し
   て伝送路へ電流を流すフィールド計器を備えたことを特
   徴とするフィールド計器の通信方法。