JPH02208799A

JPH02208799A - ４線式フイールド計器装置とその通信方法

Info

Publication number: JPH02208799A
Application number: JP3026989A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kogure; 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1990-08-20
Anticipated expiration: 2009-06-29
Also published as: JPH0650555B2

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４
線式フィールド計器装置およびその通信方法に関する。

（従来の技術〕フィールド計器と呼ばれる計器類は、センサを内蔵して
プロセスの物理量を検出し、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
ィールド計器が信号用の伝送線に４〜２０ｍＡのアナロ
グ電流信号を出力し、上位受信計器がそのアナログ電流
信号を受信するようになっている。

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。これは、２線式の伝送線上において、一方向のアナ
ログ信号通信の他に双方向の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
にて操作できるようにしたものである。

このようなフィールド計器は、外部電源の設置箇所によ
り、２線式フィールド計器と４線式フィールド計器に分
類されている。

第３図は２線式フィールド計器の装置構成例を示してい
る。図において、フィールド計器ＩＡは。

外部型ＷＸ４から供給される電圧により、検出した物理
量に対応した電流を信号用伝送線５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３は、このアナ
ログ信号を受信してフィールド計器ＩＡの指示値として
使用する。上位通信計器２は、フィールド計器ＩＡと上
位受信計器３．外部電源４との間に接続され１．フィー
ルド計器ＬＡとディジタル信号で通信を行なう。

また、第４図は４線式フィールド計器の装置構成例を示
している。図において、フィールド計器１Ｂは、検出し
た物理量に対応した電流を信号用伝送線５に流す定電流
源として動作する。上位受信計器３と上位通信計器２の
動作は、第３図の場合と同様である。なお、フィールド
計器ＩＢには。

伝送線５０を介して外部電源４０が接続されている。

信号用伝送線にアナログ信号とディジタル信号を伝送す
る方法としては、アナログ信号上にディジタル信号をの
せて、アナログ信号値に影響を与えずにディジタル信号
を出力できるようにした技術が提案されている。例えば
、特開昭５８−４８１９８号公報（以下、従来例１とい
う）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
るようにしている。また特開昭５９−２０１５３５号公
報（以下、従来例２という）では、ディジタル信号パタ
ーンを正負のパターンにするようにしている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来技術のうち従来例１では、通信
速度が遅い場合、または連続してディジタル信号を通信
する場合、アナログ信号がディジタル信号の影響を受け
て、アナログ信号値の誤差が大きくなるという問題があ
る。

また、従来例２では、２線式のフィールド計器のみを対
象としており、４線式のフィールド計器については考慮
されていない。すなわち、信号用伝送線の線間電圧が低
い場合、上位通信器側から信号用伝送線上のアナログ信
号にディジタル信号を重畳して通信できないという問題
がある。

本発明の目的は、アナログ信号値にあまり影響すること
なく、信号用伝送線上でディジタル通信が行なえる４線
式のフィールド計器装置およびその通信方法を提供する
ことである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明は、プロセスの物理
量を検出し、その検出値に対応したアナログ信号を出力
するフィールド計器と、前記アナログ信号を受信する上
位受信計器と、前記フィールド計器を制御するためのデ
ィジタル信号を出力する上位通信計器と、伝送線を介し
て前記フィールド計器に電力を供給する外部電源とを備
え、前記フィールド計器と上位受信計器とを信号用伝送
線で接続するとともに、この信号用伝送線に前記上位通
信計器を接続した４線式フィールド計器装置において、
前記信号用伝送線のうち前記上位受信計器側に、該信号
用伝送線の線間電圧を高く保持する手段を配設したもの
である。

また、本発明は、２線式フィールド計器の信号用伝送線
に、前記２線式フィールド計器の代わりに４線式フィー
ルド計器を接続し、前記２線式フィールド計器の信号用
伝送線、上位受信計器および上位通信計器を利用して、
アナログ信号とディジタル信号を伝送し通信を行なう構
成としたものである。

さらに、本発明は、フィールド計器からのアナログ信号
を信号用伝送線を介して上位受信計器で受信するととも
に、上位通信計器からのディジタル信号を前記信号用伝
送線を利用して前記フィールド計器に送信し、該フィー
ルド計器を制御する４線式フィールド計器装置の通信方
法において、前記信号用伝送線の線間電圧を高く保持し
て前記アナログ信号とディジタル信号を伝送し通信を行
なうようにしたことである。

〔作用〕

本発明によれば、４線式フィールド計器の信号用伝送線
を流れるアナログ信号は、国際的に統一された４〜２０
ｍＡの電流信号であり、上位受信計器内の伝送線に直列
接続された抵抗は通常２５０Ωのものが使用されるため
、上位受信計器に加えられる電圧は１〜５ｖの範囲とな
る。したがって、従来例による通信方式では、信号用伝
送線の線間電圧が１〜５■と低電圧になるので、上位通
信計器を信号用伝送線に接続して、上位通信計器からデ
ィジタル信号を伝送することが困難である。

しかし、本発明による通信方式では、外部電源を、例え
ば２１１式フィールド計器と同じく、２４Ｖの定電圧源
を使用したとすると、伝送路の線間電圧は、１９〜２３
Ｖの範囲の比較的に高電圧となるので、上位通信計器は
容易にディジタル信号を伝送できる。

〔実施例〕

以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。

第１図は本発明に係る４線式フィールド計器装置の全体
構成を示している。図において、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、伝送線５０を
介して外部電源４ｏ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線式の信号用伝送１５へ流す
。上位受信計器３は、信号用伝送線５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、信号用伝送ｌ５１５において、フィー
ルド計器１と上位受信計器３．外部電源４１の間に接続
され、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、ＲＯＭＩＯ３にプログラム
された処理により、計器全体がマイクロプロセッサ１０
１によって制御されている。複合センサ１０８は、例え
ば流量センサ、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、更にＩ１０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、ＲＯＭ　１０３、またはＲＡＭ１０２に記憶され
た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ＲＡＭＩ　Ｏ２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。

Ｄ／Ａ変換器１０７の出力値は、加算器１１０において
、変調回路１１２のディジタル出力信号と加算されて、
Ｖ／Ｉ変換器１１１へ送られる。

Ｖ／Ｉ変換器１１１では、その入力信号に見合った電流
（通常４〜２０ｍＡの範囲）が、信号用伝送線５に流れ
るように制御する。ディジタル信号の通信を行なう場合
、送受信回路（ＵＡＲＴ）１０４から出力する送信デー
タは、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１１１７１　、１４　Ｑ　Ｉｔに
対応する２種類の周波数信号に変換される。この信号は
、前述の通り、加算器１１０でアナログ信号出力値と加
算され、Ｖ／Ｉ変換器１１１を通って、アナログ信号に
重畳した形でディジタル信号が信号用伝送線５に送信さ
れる。ここで、変調回路１１２の出力信号は、正負の方
向に同じ振幅の方形波、またはサイン波の信号であれば
、ディジタル信号を出力しても瞬時的なＶ／Ｉ変換器１
１１の出力電流値変化のみで。

アナログ信号には、殆ど影響を与えない。また、ディジ
タル信号を受信する場合、上位通信計器２゜上位受信計
器３からの送信信号は、前記の変調された電流信号と同
様なディジタル信号である。ここで、信号用伝送線５の
線間電圧を高くする手段としての外部電源４１の電圧値
は常に一定であり、信号用伝送線５を流れる電流値が変
化すると、上位受信計器３のアナログ信号検出用の抵抗
３０の両端電圧も、これに応じて変化するため、フィー
ルド計器１に加えられる電圧は、必然的に前記電圧変化
と逆の電圧変化が生じる。復調回路１１３では、この電
圧変化を捕らえて、復調することにより　１Ｅｊ１．ｔ
ｌｏ”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ことができる。また、前述の
フィールド計器１が、ディジタル信号を送信する場合も
同様に、信号用伝送線５を流れる電流値が変化するため
、復調回路１１３を通して、自らが送信した信号を受信
できる。

次に、上位受信計器３の動作について説明する。

信号用伝送線５に対し直列に接続された抵抗３０は、普
通２５０Ωの値のものが用いられ、抵抗の両端の電圧を
アンプ３１により取り出すことにより、信号用伝送線５
を流れているアナログ電流信号（４〜２０ｍＡ）を、１
〜５ｖの変換して上位システムに伝送する。通信器３２
は、フィールド計器１内の送受信回路、変・復調回路と
同じ回路で構成されており、信号用伝送線５に電流信号
を流すことによりディジタル信号を送信し、抵抗３０の
両端電圧の変化により、ディジタル信号を受信する。こ
こで、前述と同じく、上位受信計器３でも自らが送信し
た信号を受信できる。

上位通信計器２の内部ブロック図を第２図に示す。上位
通信計器２はマイクロプロセッサ２０１で制御され、Ｉ
１０インターフェイス２０５を通して表示装置２０６に
現在の状態を表示し、入力装置２０７より入力される動
作指令に対して、フィールド計器１とディジタル信号の
通信を行なう。

通信部は、送受信回路２０４．変調回路２ｏ９゜復調回
路２１２．Ｖ／Ｉ変換器２１１で構成され、前記フィー
ルド計器１と同様な動作をする。ここで、変調回路２０
９の出力は、前記のように正負に同じ振幅の信号であり
、Ｖ／工変換器２１１１こ入力される。Ｖ／Ｉ変換器２
１１では、信号用伝送線５に流れている電流に、前記の
変調されたディジタル信号に対応した電流を重畳して、
フィールド計器１と通信を行なっている。

このＶ／Ｉ変換器２１１の特性として、入力信号に対応
した電流信号を出力することから、その定電流回路をト
ランジスタ等で構成する場合、１個のトランジスタのコ
レクターエミッタ間の電圧だけでも１ｖ以上必要であり
、回路が正常に動作するには少なくとも、その２．３倍
は必要である。

したがって、信号用伝送線５の線間電圧が低い場合、上
位通信計器２が、ディジタル信号を出力するには、複雑
な定電流回路でＶ／Ｉ変換器２１１を構成しなければな
らないが、本実施例では、外部電源４１より、信号用伝
送線５の線間電圧を十分高く保持することができるので
、上位通信計器２の回路が、安価でかつ簡単な構成で、
ディジタル信号の通信ができるという効果がある。

また、フィールド計器１以外の上位計器側の装置構成を
、２線式のフィールド計器と同一にできるため、共用化
が行なえるという効果がある。

〔発明の効果〕

以上説明したように２本発明によれば、信号用伝送線の
線間電圧を高電圧に保持できるので、アナログ信号に影
響を与えることなくディジタル信号の通信を行なうこと
ができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の４線式フィールド計器装置の全体構成
図、第２図は第１図に示す上位通信計器の内部ブロック
図、第３図は２線式フィールド計器装置の全体構成図、
第４図は従来の４線式フィールド計器装置の全体構成図
である。１・・・フィールド計器、２・・・上位通信計器、３・
・・上位受信計器、５・・・信号用伝送線、４０．４１
・・・外部電源、５ｏ・・・伝送線。

Claims

【特許請求の範囲】１、プロセスの物理量を検出し、その検出値に対応した
アナログ信号を出力するフィールド計器と、前記アナロ
グ信号を受信する上位受信計器と、前記フィールド計器
を制御するためのディジタル信号を出力する上位通信計
器と、伝送線を介して前記フィールド計器に電力を供給
する外部電源とを備え、前記フィールド計器と上位受信
計器とを信号用伝送線で接続するとともに、この信号用
伝送線に前記上位通信計器を接続した４線式フィールド
計器装置において、前記信号用伝送線のうち前記上位受
信計器側に、該信号用伝送線の線間電圧を高く保持する
手段を配設したことを特徴とする４線式フィールド計器
装置。２、請求項１記載の４線式フィールド計器装置において
、前記手段は前記信号用伝送線の高電位側に配設されて
いることを特徴とする４線式フィールド計器装置。３、請求項１記載の４線式フィールド計器装置において
、前記手段は前記信号用伝送線の低電位側に配設されて
いることを特徴とする４線式フィールド計器装置。４、２線式フィールド計器の信号用伝送線に、前記２線
式フィールド計器の代わりに４線式フィールド計器を接
続し、前記２線式フィールド計器の信号用伝送線、上位
受信計器および上位通信計器を利用して、アナログ信号
とディジタル信号を伝送し通信を行なう構成としたこと
を特徴とする４線式フィールド計器装置。５、フィールド計器からのアナログ信号を信号用伝送線
を介して上位受信計器で受信するとともに、上位通信計
器からのディジタル信号を前記信号用伝送線を利用して
前記フィールド計器に送信し、該フィールド計器を制御
する４線式フィールド計器装置の通信方法において、前
記信号用伝送線の線間電圧を高く保持して前記アナログ
信号とディジタル信号を伝送し通信を行なうことを特徴
とする４線式フィールド計器装置の通信方法。