JPH04170824A

JPH04170824A - フイールド機器及びフィールドバス・システム

Info

Publication number: JPH04170824A
Application number: JP2297322A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kogure; 誠小暮
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-05
Filing date: 1990-11-05
Publication date: 1992-06-18
Anticipated expiration: 2015-01-24
Also published as: JP3002522B2

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、２線式伝送路上で信号伝送を行うフィールド
機器に係り、特に、受信信号で伝送路の異常を検出し、
伝送路に接続されたフィールド機型全体が通信不能にな
るのを防ぐのに好適であるフィールド機器に関する。

〔従来の技術］いわゆるフィールド機器と称される機器は各種プラント
圧力、温度、流量などの物理量を検出し、その値を電気
信号に変換し、伝送路を介して上位機器へ伝送したり、
また、逆に、上位機器から伝送される制御信号を受信し
、プラントのバルブなどを制御しているのが通常である
。

そして、該電気信号の伝送は、伝送信号がアナログ信号
の場合に、規格化されており、フィールド機器と上位機
器との間は、４〜２０ｍＡのアナログ電流信号の伝送が
行われている。また、一般的にはフィールド機器と上位
機器との間は、アナログ信号での一方向通信が行われて
いた。

しかし、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機器が開発され実用化
されてきている。これによれば、前記伝送路上で一方向
のアナログ信号の通信のほかに、双方向のディジタル信
号の通信を行い、フィールド機器のレンジ設定、自己診
断などを遠隔から指令できるようになってきている。

また、最近、複数台のフィールド機器を同一伝送路上に
接続し、双方向のディジタル信号たけで通信を行うシス
テムとしてフィールドバス・システムが提案され、その
仕様の統一のための規格化作業が進められている。

フィールドバス・システムの代表的な構成例を第１図を
用いて説明する。同図は、複数台のフィールド機器と上
位機器とが伝送路を介してツリー形に接続された装置構
成例を示している。フィールド機器１ａ、ｌｂ、ｌｃは
、伝送路５を介して、外部電源４から供給される電力に
より動作し、伝送路５を介して、順番に上位機器３とデ
ィジタル信号で双方向の通信を行い、検出した物理量の
送信、制御値の受信などの処理を行う。上位通信機器２
は、フィールド機器１ａ、ｌｂ、ｌｃと上位機器３、外
部電源４との間に接続され、フィールド機器１ａ、１ｂ
、ｌｃなどとディジタル信号で双方向の通信を行ってい
る。また、ターミネータ６＆。

６ｂは、直列に接続した抵抗とコンデンサで構成され、
伝送路５の両端に接続される。

このターミネータは、伝送路５上に接続されるフィール
ド機器の通信周波数帯域での入力インピーダンスと比べ
て、かなり／ＪＸさい値にすることにより、フィールド
機器の接続箇所、および接続台数などの条件による通信
信号への影響を小さく押さえている。

また、通信を行う送信回路（以下、ドライバと呼ぶ。）
の方式として、電圧ドライバと電流ドライバとがあるが
、その送信信号としてはターミネータを接続した状態で
の送信電圧値で規定されている。

〔発明が解決しようとする課団〕

しかし、上述した従来技術にあっては、各フィード機器
の受信信号レベルの範囲を規定するのみで、その範囲内
で検出できる異常について配慮されておらず、例えば、
伝送路の両端に接続されたターミネータのどちらか一方
が外れた状態においては、フィールド機器が通信できる
可能性があるが、両方のターミネータが外れた状態にな
ると、フィールドバス全体が通信不能となる可能性があ
ることについて考慮されていなかった。

また、ドライバ回路が電流ドライバである場合に、両方
のターミネータが伝送路から外れたとき、フィールド機
器からみた伝送路のインピーダンスが極度に大きくなる
ため、過大な電流が伝送路に流れて、接続されている他
の機器に害を及ぼす可能性があるという問題についても
何の考慮もされていなかった。

本発明は、フィールド機器が受信する信号レベルを検出
することにより、ターミネータが伝送路から外れたこと
などの異常を認識し、さらに、その後に起こりつるシス
テム全体に対する異常が発生することを未然に防ぐこと
ができるフィールド機器、および、フィールドバス・シ
ステムを提供することを目的とする。

〔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、各フィールド機
器が受信する信号レベルを規定値と比較し、前記規定値
より大きい場合に、どちらか一方のターミネータが伝送
路から外れたと識別して、その異常を他のフィールド機
器や上位機器へ通信にて知らせることにより、さらに、
もう一方のターミネータも伝送路から外れた場合に、前
記システム異常状態になることを防ぐようにしたもので
ある。

［作用］本発明によるフィールド機器は、伝送路の任意の箇所に
直接接続されて通信を行うものである。

そのため、フィールドバスに接続されるフィールド機器
が送信する信号の大きさは、一定であっても、そのドラ
イバ回路の方式、伝送路の長さ、および、接続形態など
の条件により、伝送路上の各箇所での信号の大きさは、
異なっていて一様ではない。よって、伝送路上のどちら
か一方のターミネータが外れたときも、同様に、伝送路
上での信号レベルは大きくなる方向に変化するが、その
変化は一様でなく、受信可能である箇所もあれば、規定
受信範囲外になる箇所もあり、それらは、前記条件によ
っても変わるものである。このため、伝送路上に接続さ
れた、少なくとも１台のフィールド機器が、その異常を
検出して、その情報を通信により他のフィールド機器に
知らせれば、各フィールド機器は、前記条件に関係なく
、異常を認識することができる。

特に、上位側のフィールド機器に、この異常情報が伝送
されると、コントロールルームのＣＲＴ画面などに、そ
の異常をアラームとして表示することができる。

それによって、残りの片方のターミネータが外れて、通
信不能などの致命的なシステム異常状態になることを避
けることができる。

［実施例１以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明を用いたフィールドバス・シスシテム
の装置構成例である。

同図において、フィールド機器１ａ、　　ｌｂ、　　ｌ
ｃは、ディジタル信号で双方向の通信を行なうものであ
り、各種プラントにおけるプロセスの圧力、温度、流量
などの物理量を検出してその値を送信したり、または、
バルブなどの制御量を受信したりするものである。フィ
ールド機器１ａ、　　ｌｂ、ｌｃは、伝送路５介して外
部電源４から供給される電力により動作し、伝送路５の
任意の箇所に接続できる。本実施例においては、フィー
ルド機器１ａ。

ｌｂ、ｌｃがフィールド側のジャンクション・ボックス
（中継箱）に接続した例を示すが、これは、他の、例え
ば伝送路５の中間からであっても問題ない。

上位機器３は、フィールド機器１ａ、　　ｌｂ、　　ｌ
ｃ上位通信機器２などのフィールドバス対応機器と伝送
路５を介して、ディジタル信号の通信を行い、フィール
ド機器の検出した各種物理量（圧力、温度、流量など）
を受信し、また、プラントの制御情報として、バルブな
どのフィールド機器へ制御信号を送信している。

上位通信機器２は、伝送路５上の任意の場所に、接続で
き、上位通信機器２内にあるデイスプレィやキーボード
を操作することにより、フィールド機器１ａ、ｌｂ、ｌ
ｃの出力値のモニタ、調整などの処理を、伝送路５を介
して通信を行い実行する。

ターミネータ６ａ、６ｂは、直列に接続した抵抗とコン
デンサで構成され、伝送路５の両端に接続される。この
ターミネータは、伝送路５上に接続されるフィールド機
器の通信周波数帯域での入力インピーダンスと比べて、
かなり小さい値にすることにより、フィールド機器の接
続箇所、および接続台数なでの条件による通信信号への
影響を小さく押さえている。

このため、伝送路からターミネータが外れた場合に、フ
ィールド機器からみた伝送路のインピーダンスが大きく
なり、各フィーリド機器からの送信信号は、大きくなる
方向に変化する。ただし、フィールドバスに接続される
フィールド機器が送信する信号の大きさは、一定であっ
ても、そのドライバ回路の方式、伝送路の長さ、および
、接続形態などの条件により、伝送路上の各箇所での信
号の大きさは、異なっていて一様ではない。

伝送路上に接続されたフィールド機器１ａ、　　ｌｂ。

ｌｃおよび、上位機器３は通信信号を受信する際に、そ
の信号の大きさを検出し、異常であった場合には他の機
器に、伝送路に異常があることを出力する。

次に、第２図を用いて、フィールド機器の動作について
、詳細に説明する。第２図において、ＤＣ−ＤＣコンバ
ータ１０７は伝送路を介して外部電源より加えられる電
圧からフィールド機器１自身が動作するための電圧ＶＤ
Ｄを作りだし、定電流回路１１０は、フィールド機器ｌ
全体の消費電流が一定になるように制御する。

複合センサ１０８の各出力はマルチプレクサ１０９へ入
力されるようになっている。

前記マルチプレクサ１０９には、Ｉ１０インターフェイ
ス１０６からの入力切換信号が入力され、その信号はＡ
／Ｄ変換器１０５に入力されるようになっている。さら
にマイクロプロセッサ１０１があり、このマイクロプロ
セッサ１０１は前記Ａ／Ｄ変換器１０５から順次、送り
込まれる出力と、ＲＯＭ　１０３．ＲＡＭＩ○２に格納
されている種々の係数を用いて、補正演算を行い、これ
により真値を求め、ＲＡＭ　１０２にその値か格納され
る。

フィールド機器ｌが通信を行う場合には、次の動作を行
う。送信動作は、最初に、マイクロプロセッサ１０１の
指令で、ＲＡＭ　Ｉ　Ｏ２に格納されているデータなど
を、送受信回路１０４からシリアルのディジタル信号列
を出力する。この信号は、変調回路１１２で変調された
信号となり、ドライバ１１１に入力され、ドライバ１１
１から伝送路へ通信信号として出力される。ここで、変
調方式としては、例えばディジタル信号の１１１　ＩＩ
　、　　ＩＩＱＩ＋に対応する２種類の周波数で変調す
る周波数変調方式、および、ベースバンド信号のマンチ
ェスタ符号に変換する方式などがある。また、ドライバ
の方式としては、電圧信号で出力する方式と電流信号で
出力する方式とがある。

受信動作は、伝送路からの通信信号を復調回路１１３で
前記シリアルのディジタル信号列で取り出し、送受信回
路１０４にディジタル信号の“１−“０″からなるデー
タとして入力される。送信回路１０４に入力された信号
は、マイクロプロセッサ１０１により、受信データとし
て取り出される。

ここで、信号レベル検出回路１０４は、伝送路上の通信
信号を復調回路１１３が受信するのと同じ信号を受信し
、その信号の振幅から規定値より大きい場合に異常があ
るとして、異常信号をＩ１０インターフェイス１０６に
出力する。マイクロプロセッサ１０１は、Ｉ１０インタ
ーフェイス１０６を介して、異常があることを認識し、
伝送路に異常があることを通信信号として、他のフィー
ルド機器、および、上位機器へ向かって送信する。

前記異常信号が出力されるケースとしては、過大なノイ
ズが伝送路上に入り込んだケースと、伝送路の両端に接
続されたターミネータが外れたケースがある。

前者は、一過性のものがほとんどであるため、信号レベ
ル検出回路１０４で連続して異常が検出されたときのみ
、異常出力すれば、後者のような本質的な異常のみを異
常として検出することができる。

前記ターミネータが伝送路から外れる場合において、タ
ーミネータは伝送路の両端に接続されており、同時に両
方のターミネータが外れることはほとんどなく、片方の
ターミネータが外れた次点で、フィールド機器、および
、上位機器が異常を検出する。この次点では、フィルド
バス全体が通信不能になるのではなく、両方のターミネ
ータが外れた次点で、初めてフィールドバス全体が通信
不能になる可能性がでてくるので、検出した異常は伝送
路上の機器に伝えられる。

本実施例によれば、伝送路の異常を検出できるので、そ
の後に、フィールドバス全体が通信不能になるといった
致命的なシステム異常状態になることを、未然に防ぐこ
とができるという効果がある。

また、フィールド機器自身が送信する信号を受信し、同
様な異常検出を行えば、伝送路での信号の減衰がなく、
フィールド機器がらみだ、伝送路のインピーダンス変化
を、受信信号で正確に検出できる。このため、前記伝送
路の条件に関わりなく、異常が検出できるという効果が
ある。

［発明の効果］以上、説明したことから明らかなように、本発明による
フィールド機器をフィールドバス上に設置することによ
り、即座に、通常の通信信号で伝送路の異常を検出でき
、また、その異常情報を通信信号として送信するので、
システム的な異常になる前に異常対策が行えるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるフィールドバス・システムの一実
施例を示す装置構成図、第２図は本発明によるフィール
ド機器の一実施例を示すブロック図である。符号の説明１、ｌａ、ｌｂ、ｌｃ・・・フィールド機器、２・・・
上位通信機器、３・・・上位機器、４・・・外部電源、
５・・・伝送路、６ａ、６ｂ・・・ターミネータ。代理人　弁理士　小川勝男り）。第　１　図！第２図

Claims

【特許請求の範囲】１、フィールドバスの伝送路上に接続されたフィールド
機器、上位機器間で通信するシステムにおいて、伝送路
上の受信信号レベルの異常を検知する手段と、検知した
異常をフィールドバス上の他の機器へ通知する手段とを
備えたことを特徴とするフィールド機器。２、フィールドバスの伝送路上に接続されたフィールド
機器、上位機器間で通信するシステムにおいて、伝送路
上の受信信号レベルの異常を検知する手段と、検知した
異常をフィールドバス上の他の機器へ通知する手段とを
備えたことを特徴とするフィールドバスの上位機器。３、請求項１記載のフィールド機器において、受信信号
レベルが規定値より大きいことを識別することにより、
伝送路に接続されたターミネータの異常を検出すること
を特徴とするフィールド機器。４、請求項２記載のフィールドバスの上位機器において
、受信信号レベルが規定値より大きいことを識別するこ
とにより、伝送路に接続されたターミネータの異常を検
出することを特徴とするフィールドバスの上位機器。５請求項１又は３記載のフィールド機器において、自ら
の送信信号を受信する機能を備え、自らの送信信号で受
信信号レベルの異常を検出するようにしたことを特徴と
するフィルールド機器。６、請求項２又は４記載のフィールドバスの上位機器に
おいて、自らの送信信号を受信する機能を備え、自らの
送信号で受信信号レベルの異常を検出するようにしたこ
とを特徴とするフィールドバスの上位機器。