JPH04195201A

JPH04195201A - フィールドバスシステム

Info

Publication number: JPH04195201A
Application number: JP2319857A
Authority: JP
Inventors: Masao Fukunaga; 福永　正雄
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-15
Anticipated expiration: 2017-06-17
Also published as: CN1036878C; CN1061671A; JP3292300B2; US5522043A

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〕本発明は自律分散形フィールドバスシステムに係り、特
に工業用計測制御システムに適用され、計器室側の故障
に対して強く安定して動作すると共にシステム新設のた
めの試運転を簡易に行い得る自律分散形フィールドバス
システムに関するものである。

〔従来の技術〕

第５図を参照して従来の代表的なシステム構成について
説明する。フィールドバスシステムは計器室側とフィー
ルド側から構成され、計器室にはシステム全体を制御・
管理する上位機器５１が配設され、フィールドには検出
と制御動作を実行する多数の各種の検出・制御用ブロッ
ク５２が配設される。ブロック５２は上位機器とによっ
て制御ループを形成する。上位機器５１と各ブロック５
２はフィールドバス５３で接続される。ブロック５２の
接続構成については、上位機器５１から見るとマルチド
ロップ構成となっている。上位機器５１の内部には演算
・制御部５１ａと通信・バス制御部５１ｂと電源部５１
ｃが設けられる。また各ブロック５２は、検出端装置で
あるトランスミッタ５４と操作端装置であるアクチュエ
ータ５５とを備える。各ブロック５２における５６は中
継器である。

上記構成を有するシステムでは、トランスミッタ５４か
らの検出信号はフィールドバス５３を介した通信により
上位機器５１に伝達され、演算・制御部５１ａで検出デ
ータに基づいて制御信号が生成され、この制御信号はフ
ィールドバス５３を介してアクチュエータ５５に伝送さ
れ、所要の制御操作が行われる。必要に応じてアクチュ
エータ５５はアンサバック信号をフィールドバス５３を
介して上位機器５１に返送する。

上記の各動作は多数のブロックのそれぞれが適宜なタイ
ミングで上位機器５１に対して行う。従って、フィール
ドバス５３には上位機器５１及び各ブロック５２からの
各種データが顯繁に流れる。

このフィールドバス５３におけるデータの流れの制御は
、上位機器５１のバス制御部５１ｂが実行し、各構成要
素間の通信権の調停が行われる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来のフィールドバスシステムの構成では、通信及び制
御実行において上位機器としてのディジタル分散形制御
システム（ＤＣ８）が重要な位置を占め、フィールドバ
ス全体の信号の流れの制御、バスラインの管理・制御等
の動作を行っている。

この構成自体は、従来の計測制御システムの延長として
存在するものであり、ごく自然なシステム構成であると
考えられる。

しかしながら、従来のシステム構成では次のような問題
が提起される。

先ず第１に、検出端と操作端を含んでなるループの制御
を行う場合に、その演算及び制御の処理に計器室側の上
位機器が介在するため、上位機器が動作しなければシス
テム全体が動作せず、システム余端が動かなくなるとい
う確率か高くなる。

すなわち計器室側の故障に対してシステム全体が弱いと
いう特性を有する。

第２にシステムの新設においては、最初に各ローカル機
器の据付けを行い、その動作を確認し、その後に上位機
器を据え付けてローカル機器と上位機器とを接続し、シ
ステム全体の動作確認を行うようにしている。ローカル
機器であるフィールド計器は、一般的に各ブロックごと
に工事の進行具合が異なるので、すべてのフィールド計
器の動作確認を完了し、これらと上位機器との組合わせ
による動作確認を行うのは時間的にかなり遅れることに
なる。上位機器に接続されるまでの間、各フィールド計
器は上位機器がない状態で試運転を行わなければならな
いが、この場合上位機器に相当するシミュレータを使用
する。このシミュレータは実時間制御のものであり、か
なり大がかりなものとなる。加えて、シミュレーション
による動作確認がうまくいっても実動作の充分な保証と
ならず、これによって実際のフィールド機器の運転を完
全に行うことができる訳ではない。

第３に、上位機器に故障が生じたり、又は上位機器とフ
ィールド側中継器との間の通信路がノイズで普通になっ
た場合には、システム全体が制御不能となり、システム
が故障に対して弱いという特性を有する。特に上記シス
テムでは、上位機器とフィールド側中継器との間の通信
路でトラブルが発生しやすいという不具合があった。

第４に、定常の制御状態において、上位機器は各制御ル
ープの検出端及び操作端に対して制御ループごとに要求
される応答速度で通信データの受信及び送信を行う必要
がある。制御ループの中には応答速度が遅いものも存在
するので、通信負荷が大きくなり、上位機器の通信に対
する負荷が非常に大きくなる。

本発明の主要な目的は、前述した諸問題を解決すること
にあり、計器室側の上位機器の中に設けられた制御ため
の演算・制御部をフィールド側に又はシールド側の各ブ
ロックごとに設置し、定常制御動作では上位機器を介す
ることなくフイールド側の多数のブロックの検出・操作
の動作を制御することを可能とし、更には各ブロックご
と＋、−独立して又は各ブロックごと独立しつつ相互に
通信を行って制御を行うことを可能とし、もってシステ
ム立ち上げ時の自由性が高い、応答性が高い、更に動作
信頼性の高い自律分散形フィールドバスシステムを提供
することにある。

本発明の他の目的は、計器室側でトラブルが発生しても
その影響がフィールド側に及ばず、システムとしては安
定した運転を行うことができ、動作信頼性の高い自律分
散形フィールドバスシステムを提供することにある。

本発明の他の目的は、フィールド側に設ケラれた演算・
制御部の内部の制御パラメータを上位機器からの指令で
設定及び変更でき、更に非定常状態では上位機器からの
制御もできるようにし、システムとして柔軟な構造を有
した自律分散形フィールドバスシステムを提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る第１の自律分散形フィールドバスシステム
は、計器室側に配置された上位機器と、フィールド側に
配置された複数の検出・制御用ブロックと、上位機器と
複数のブロックを接続するバスラインとで構成されるフ
ィールドバスシステムにおいて、複数のブロックのそれ
ぞれは検出端装置と演算・制御手段と操作端装置を含み
、単独で制御ループを構成し、検出端装置の検出する計
測値に基づき演算・制御手段が内蔵される制御パラメー
タを用いて制御信号を生成し、この制御信号で操作端装
置を操作し、ブロックのそれぞれで上位機器を介するこ
となく制御動作を行うように構成される。

本発明に係る第２の自律分散形フィールドバスシステム
は、計器室側に配置された上位機器と、フィールド側に
配置された複数の検出−制御用ブロックと、上位機器と
複数のブロックを接続するバスラインとで構成されるフ
ィールドバスシステムにおいて、複数のブロックのそれ
ぞれは検出端装置と操作端装置とを含んでなり、フィー
ルド側に演算・制御手段が配設され、この演算・制御手
段と各ブロックによりフィールド側たけて制御ループを
構成し、ブロックのいずれがの検出端装置が検出する計
測値に基づき演算・制御手段が内蔵される制御パラメー
タを用いて制御信号を生成し、この制御信号で対応する
ブロックの操作端装置を操作し、上位機器を介すること
なく制御動作を行うように構成される。

本発明に係る第３の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第１又は第２の構成において、上位機器は検出
端装置及び演算・制御手段からそれらの出力信号を伝送
され、出力信号に基づきフィールド側の検出状態及び制
御状態をモニタすることを特徴とする。

本発明に係る第４の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第３の構成において、上位機器によるモニタは
定常状態の時に行われると共に、上位機器は制御上必要
な場合にのみ制御指令を制御ループに与えることを特徴
とする。

本発明に係る第５の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第１〜第４のいずれが１つの構成において、上
位機器とフィールド側の機器との間には通信バッファが
配設され、上位機器が配置される計器室側で異常が発生
したとき通信バッファで異常によるフィールド側への影
響を遮断し、フィールド側の制御動作を正常に保持する
ようにしたことを特徴とする。

本発明に係る第６の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第５の構成において、通信バッファは通信異常
検出部を有し、この通信異常検出部が通信異常を検出し
たときには、フィールド側の機器のみで制御動作を行う
ようにしたことを特徴とする。

本発明に係る第７の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第１〜第６のいずれが１つの構成において、演
算・制御手段に内蔵される制御パラメータは制御機能の
特性を規定するものであり、この制御パラメータは上位
機器により設定され、及び変更されることを特徴とする
。

本発明に係る第８の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第１〜第６のいずれが１つの構成において、演
算・制御手段に内蔵される制御パラメータは制御機能の
特性を規定するものであり、この制御パラメータはバス
ラインを介して着脱自在なターミナルにより設定され、
及び変更されることを特徴とする。

本発明に係る第９の自律分散形フィールドバスシステム
は、前記第１〜第６のいずれか１つの構成において、演
算・制御手段に内蔵される制御パラメータは制御機能の
特性を規定するものであり、演算・制御手段は制御パラ
メータを設定し、及び変更するための調整部を備えるこ
とを特徴とする。

本発明に係る第１０の自律分散形フィールドバスシステ
ムは、前記第１〜第９のいずれか１つの構成において、
バス制御部をフィールド側に設けたことを特徴とする。

本発明に係る第１１の自律分散形フィールドバスシステ
ムは、前記第１０の構成において、バス制御部は、複数
の検出端装置と複数の演算・制御手段と上位機器にバス
制御権を与えると共に、相対的に演算・制御手段にバス
制御権を与える頻度を低減したことを特徴とする。

本発明に係る第１２の自律分散形フィールドバスシステ
ムは、前記第１０又は第１１の構成において、バス制御
部はバス制御権を与える複数の構成要素のそれぞれに対
して巡回的にノくス制御権を与えるようにしたことを特
徴とする。

本発明に係る第１３の自律分散形フィールドバスシステ
ムは、前記第１２の構成において、複数の構成要素の間
の通信の制御形態にカスケード通信を含むことを特徴と
する。

〔作用〕

本発明による第１及び第２の自律分散形フィールドバス
システムでは、従来計器室の上位機器の中に設けられて
いた制御用の演算・制御部をフィールド側に配設し、特
に第１のシステムでは各ブロックに演算・制御部を設け
るように構成し、これによって上位機器とは関係なくフ
ィールド側のみで制御ループを構成する。これにより、
フィールド側の制御動作の自律性を実現する。また計器
室側とフィールド側という関係、あるいは上位機器と各
制御ブロックという関係の如く制御機能が分散される。

このように、第１のシステム構成では各ブロックの検出
端装置でプロセス量が検出され、これが計測信号として
出力されたときには当該ブロック内の演算・制御部がこ
れを入力し、これの計測信号及び内部に用意された制御
パラメータに基づき制御信号を生成し、この制御信号に
よって操作端装置であるアクチュエータを制御操作する
。第２のシステム構成ではフィールド側に設けられた同
様な機能を有する単一の演算・制御部によって同様な制
御動作が実行される。これらの構成では定常状態におけ
る制御動作に関して上位機器は全く関与しない。ただし
、第３のシステｌ。

構成で明らかなように、上位機器は所定の内容について
はモニタ機能を実行する。また第４のシステム構成では
非定常状態において必要がある場合には、上位機器がフ
ィールド側の制御ブロックに対して制御指令を発するこ
とも可能である。

本発明による第５の自律分散形フィールドバスシステム
では、かかる構成を有するフィールド側と計器室側の上
位機器とのバスラインに通信バ・ソファを配設している
。この通信バッファは基本的にフィールド側と計器室側
を遮断する機能を有すると共に、更に内部にデータ異常
検出部を設けることにより計器室側で異常が発生したと
きには、フィールド側のみで動作することを可能にする
ものである。これによってシステムの動作安定性を確保
する。

本発明による第７乃至第９のシステム構成では、フィー
ルド側に設けた演算・制御部の内部に記憶される制御パ
ラメータを外部より設定・変更できる構成を明らかにし
ている。この設定・変更は、上位機器や専用のターミナ
ルによって行われる。

またフィールド側の演算・制御部自体に調整部として設
けることも可能である。

また本発明によるシステム構成では、制御機能をフィー
ルド側の各制御ブロック等に分散させるように構成した
ため、複数の制御ブロック及び上位機器の間の通信の制
御として制御バスをフィールド側に設け、所要の通信制
御を行い、円滑な通信を実行している。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する
。

第１図は本発明に係る自律分散形フィールドバスシステ
ムの一般的な構成を示す。ここで用語の意味を明確にす
る。「自律」はフィールド側単独で又はフィールド側の
各制御ブロックごとで所要の制御を実行できるという意
味であり、「分散形」は制御機能が任意の単位ごとに分
散されているいう意味である。フィールドバスの配置に
ついては、実際上図示されたちの以外の種々のものを考
えることができる。

本発明によるフィールドバスシステムは、境界線１を境
に、上側の計器室側と下側のフィールド側とに分けられ
る。計器室には上位機器２が配置され、この上位機器２
はＣＲＴ表示装置や操作卓を備え、更に内部に上位装置
として機能する演算部制御装置を備えている。上位機器
２内の演算・制御装置は定常時にはフィールド側の機器
のモニタ（計測・監視）を行い、必要がある場合にのみ
フィールド機器に対して制御パラメータの設定・変更の
指令及び制御指令を出力する。フィールド側にはそれぞ
れフィールド計器を構成する多数の制御用ループ３が配
設される。このループは前記従来のシステム構成で説明
したブロックに対応する。各ループはそれぞれ割り当て
られた固有の機能だめの構成を有し、トランスミッタ４
とアクチュエータ５と、これらの間に配設される演算・
制御部６とから構成される。演算・制御部６に与えられ
る制御機能は一般的には各ループごとで異なり、例えば
ＰＩＤコントローラとしての機能が代表的である。また
演算・制御部６はメモリ６ａを有し、このメモリ６ａに
制御特性を規定する制御パラメータ等を記憶している。

この構成によって各ループ３では、トランスミッタ４で
検出した計測値を演算・制御部６に送り、演算・制御部
６で各々の制御パラメータに基づき制御値を求め、この
制御値に基づく制御信号をアクチュエータ５に与えて所
要の制御のための操作を行う。

７はフィールドバスであり、このフィールドバス７を介
して前述の上位機器２と各ループ３は接続され、同時に
フィールド側ではフィールドバス７によって各ループ３
の間も接続されている。各ループ３の入出力端には中継
器８が配置され、各ループ３はこの中継器８を介してフ
ィールドバス７に接続される。更にフィールドバス７上
において上位機器２と各中継器との間の通信路には通信
バッファ９が配設される。この通信バッファ９の配置位
置はフィールド側である。通信バッファ９の内部にはデ
ータバッファ１０．１１と異常データ検出部１２が配設
される。

フィールド側において、フィールドバス７には更に電源
部１３とバス制御部１４が中継器１５を介して接続され
る。電源部１３はフィールドバス７に対して給電を行う
。これは、フィールドバス７に接続されるフィールド計
器の中には２線式の計器も含まれるからである。またバ
ス制御部１４はバスラインに接続される機器から勝手に
出力される通信要求（通信権）を調停し、フィールドバ
ス７におけるデータの流れの管理を行うためのものであ
る。電源部１３及びバス制御部１４をフィールド側に配
置するのは、フィールド側単独による自律制御を可能に
するためである。

次に上記構成を有するフィールドバスシステムの制御動
作について説明する。

複数のループ３のいずれにおいても、トランスミッタ４
はプロセス変量を計測して電気信号（ディジタル信号）
に変換し、その計測値をシリアル通信により出力する。

その出力信号は当該ループ内の演算・制御部６に伝送さ
れるが、同時に中継器８を通してフィールドバス７上に
も出力され、バスラインに接続されるすべての機器に伝
送される。原則的に同一ループ内に存在する演算・制御
部６は、トランスミッタ４から伝送されてきた計測信号
を入力し、当該計測信号に基づいて所定の演算を行い制
御信号を生成する。この制御信号を求めるためには、前
述の通りメモリ６ａ内に用意された制御パラメータが使
用される。求められた制御信号は同一ループ内のアクチ
ュエータ５に与えられて所定制御のための駆動操作が実
行される。

このように１つユニットを形成するループ３内の構成要
素で単独の制御ループが形成される。一方、他のフィー
ルド機器では、自分以外のループから伝送されてくる計
測信号を利用して、自分自身のループにおいて必要とさ
れる制御信号を算出することもある。

各ループ３のトランスミッタ４からフィールドバス７に
伝送された計測信号は、更に通信バッファ９を通して上
位機器２に対して供給される。通信バッファ９は上位機
器２とフィールド計器との間の通信を非同期で行うため
のものであり、更に上位機器２や計器室側の通信路で障
害が発生して異常データが現れたときに、これを検出し
、上位機器２側とフィールド側とを切り離し、フィール
ド側の制御動作の健全性を保持するためのものである。

各ループ３のトランスミッタ４から出力された計測信号
は前述の如くフィールトノくスフを経由して上位機器２
に伝送されるが、上位機器２は前述の通り定常動作状態
においては伝送されてきた計測信号を入力し、その内容
をモニタする。定常動作では、上位機器２はモニタを行
うのみで、各ループのアクチュエータ５に対して直接的
に制御指令を出力することはない。

上位機器２における非定常的な動作として、必要に応じ
てループ３の演算・制御部６に対し直接に制御パラメー
タを指定したり、メモリ６ａに設定されている制御パラ
メータを変更したり、直接に制御指令を出力することが
可能である。上位機器２にはキーボード入力装置等の入
力手段が備えられているため、通常、オペレータによっ
て各種の制御パラメータの値が入力される。

また演算・制御部６において生成され、更にアクチュエ
ータ５に与えられる制御量に関する信号、及び当該制御
信号に基づいて動作するアクチュエータ５における弁開
度等のアンサバック信号は、演算・制御部６からフィー
ルドバス７を介して上位機器２に伝送される。上位機器
２はこのアンサバック信号を入力してループにおける動
作状態をモニタする。

フィールド側に設置されたフィールド計器である多数の
ループ３は、それぞれ演算・制御部６を内蔵し、演算・
制御部６のメモリ６ａに記憶された制御パラメータ又は
制御内容に従って、トランスミッタ４からの計測信号に
対して演算を行って制御信号を求め、制御信号に基づき
制御操作を実行する。各ループ３における制御の内容及
び演算等に使用される制御パラメータはシステム状況や
目的に応じて変更される。この変更においては、前記の
如く上位機器２が行うこともできるし、また第２図に示
すように中継器を介してフィールドバス７に一時的に接
続される専用ターミナル１６により通信によっても行う
ことも可能である。制御パラメータ等の変更については
、各ループ３の演算・制御部６に設定部を内蔵するよう
に構成し、操作員が直接に手動にて設定するように構成
することもできる。

前記動作説明では、複数のループ３のいずれか１つが制
御動作を実行し、同時に上位機器２に対して必要な信号
を伝送することについて説明したが、複数のループ３の
それぞれは独立に動作することができるので、ループ間
での調整が必要となる。バスラインにおけるデータの伝
送タイミングはバス制御部１４によって制御される。そ
の制御形態はポーリング方式やトークンパッシング方式
のいずれのものを用いることができる。

次にデータ伝送タイミングを制御する形態の一例として
第３図及び第４図を参照してトークンパッシング方式を
説明する。

第３図はフィールドバスシステムを簡略的に示し、−例
として、上位機器２と３個のループ３とバス制御部（Ｆ
ＢＣ）１４とが示されている。図中Ｍはマスクコントロ
ーラである上位機器２の演算・制御部、Ｔ１〜Ｔ３はそ
れ、それ第１乃至第３のループのトランスミッタ、Ｃ１
〜Ｃ３はそれぞれ第１乃至第３の演算・制御部である。

図示されていないが、トランスミッタ４はＴ１〜Ｔｎ、
演算・制御部６はＣ１〜Ｃｎ、それぞれ存在すると仮定
する。

上記構成において、第４図の表の最上段の欄に示すよう
に、バス制御部１４によって制御されるトークン位置は
、Ｔｌ、Ｃ１，Ｔ２．Ｃ２・・・Ｔｎ。

Ｃｎ、Ｍ、ＴＩ、・・・の順に巡回しているものとする
。トランスミッタＴ１の位置にトークンがあると仮定す
ると、トランスミッタＴ１から計測信号が発信され、同
一ループ内の演算・制御部Ｃ１と上位機器２の演算・制
御部Ｍに伝送される。伝送された計測信号により演算・
制御部Ｃ１は所要の演算を行い、アクチュエータを制御
する。上位機器２の演算・制御部Ｍは計測信号を単に取
り込むだけである。次にトークン位置が演算・制御部Ｃ
１の位置に移動すると、演算・制御部Ｃ１は前述の演算
結果で得られた制御量を上位機器２の演算・制御部Ｍに
伝送する。以下同様にして、Ｔ２゜Ｃ２・・・と移動す
ることになる。

図示例の構成では演算・制御部Ｃ２の場合にはカスケー
ド制御が行われる。カスケード制御では、演算・制御部
Ｃ２はトランスミッタＴ２の出力する計測値に基づき制
御量を算出するが、当該制御量を上位機器２の演算・制
御部Ｍに伝送するき共に、演算・制御部Ｃ１でも受信で
きるように構成されている。演算・制御部Ｃ１は演算・
制御部Ｃ２からのカスケード設定信号を入力し、自己に
接続されたアクチュエータを制御するための信号として
利用する。バスライン上に接続された機器はバスライン
上に発生する信号をすべて受信できるように構成されて
いる。従って、バスライン上の信号に送信源のアドレス
が付加されていれば、演算・制御部Ｃ１にとって自らが
必要とする信号のみを選択して受信することが可能とな
る。

以下同様にして、各トランスミッタ及び各演算・制御部
は送受信をその順番に従って繰り返す。

上位機器２の演算・制御部Ｍにトークン位置が回ってき
たときには、上位機器２は各トランスミッタ及び各演算
・制御部のうち必要な機器に対して設定値や制御パラメ
ータ等を出力する。上記の一連の動作によってトークン
は一巡し、再び同様なシーケンスで通信動作が実行され
る。

上記の制御システムの通信における制御周期を従来とと
比較しながら定量的に説明すると次の如くなる。前述し
た本実施例の場合の制御システムの制御周期は、Ｔｃ＝ｎ　（Ｔｔ＋Ｔｎ）ここで、Ｔｃ；）−クン巡回周期、’ｒｔ；トランスミ
ッタ通信時間、Ｔｃ；演算・制御部の通信時間、ｎ；フ
ィールドバスに接続されているループ数である。

従来の制御システムの構成では制御周期は次のようにな
る。

Ｔｃ＝ｎ　（Ｔｔ＋Ｔｍ＋Ｔｃ）ここで、Ｔｍ；上位機器の処理時間である。

上記のＴｃに関する２つの式を比較すると明らかなよう
に、本発明による制御システムの構成では、上位機器の
処理時間に依存しないので、通信時間を短縮すれば、す
なわち伝送速度の高速化及びメッセージ長の短縮化を行
えば、更に応答速度を高めることができる。また演算・
制御部から伝送される制御量の情報及びアシサバツク信
号は計測値に関する信号に比較してそれ程の応答性を要
求されないので、トランスミッタに対して相対的に演算
・制御部側のトークン占有度を低減することが可能であ
る。この場合には制御周期はＴｃ七ｎＴｔとなり、非常に改善することができる。

前記実施例では、フィールド側の各ループに演算・制御
部を内蔵した構造であったか、演算・制御部については
各ループに個別に設けるのではなく、例えば第１図の破
線で示すようにフィールド側に単一の演算・制御部１７
を設けるように構成することもできる。この実施例にお
いても、その他の構成及び基本的制御動作は同じである
。このような構成であっても、演算・制御部１７はフィ
ールド側に配設されているため、前記実施例の場合と同
様に、分散形であり、且つ計器室側に対して自律性を有
しているということができ、更に計器室側で発生する故
障に対して非常に強く、動作安定性を有している。

〔発明の効果〕

以上の説明で明らかなように、本発明によれば、従来上
位機器の内部に設けられていた演算・制御装置をフィー
ルド側に設け、それに関連して必然的に電源やバス制御
部もフィールド側に設けるようにしたため、上位機器を
介設することなくフィールド側のみで制御動作を実行す
ることができる。

従って、計器室側でトラブルが発生しても、フィールド
側のみで安定して動作することができる。

またシステムの新設の場合には、フィールド側のみを構
成し、−時的に接続された専用ターミナルを利用して制
御パラメータを設定すれば、システムを立ち上げること
ができる。この状態において、その後上位機器を設置し
て稼働を開始すれば、その時点からシステム全体を統合
監視及び操作が可能となり、スムーズなシステムの立ち
上がりを行うことができる。

また上位機器は定常運転状態ではフィールド機器の動作
状態をモニタするのみであり、非定常状態では制御指令
をフィールド機器に出力することも可能であり、更にフ
ィールド側の演算・制御部に記憶される制御パラメータ
の設定・変更を実行することもでき、もってシステムの
融通性を高めている。

計器室とフィールドとの間のフィールドバスには通信バ
ッファを設置し、これによって計器室とフィールドとの
間の通信路に外来ノイズやクロストーク等の障害が発生
し、通信が困難になったとき通信バッファで異常を検出
して上位機器をフィールドから切離すように構成されて
いるため、通信の信頼性を高め、且つ計器室側の異常が
フィールド側に影響するのを排除することができる。従
って、フィールド側は制御動作の健全性を維持すること
ができる。

また実時間の応答性が要求される制御動作に上位機器が
直接的に関与しないため、上位機器の負荷が軽減される
という効果を有している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自律分散形フィールドバスシステ
ムの一実施例を示す構成図、第２図は各ループの演算・
制御部の制御パラメータの設定・変更の仕方を示す構成
図、第３図は通信方式を説明するための構成図、第４図
はトークンの巡回と信号の伝送先を示す表を表す図、第
５図は従来のフィールドバスシステムの一例を示す構成
図である。〔符号の説明〕２・・・・・・上位機器３・・・・・・ループ４・・・・・・トランスミッタ（検出端装置）５・・・
・・・アクチュエータ（操作端装置）６・・・・・・演
算・制御部７ｅ・・・・・フィールドバス８．１５・・・中継器９・會ｅ・・−通信バッファ１３・・・・・電源部１４・・・・・バス制御部１６・・・・・ターミナル出願人　　　株式会社日立製作所代理人　　　弁理士　　春日　譲同　　　　弁理士　　田宮寛社第２図計器室フィールド３−′３−”　　　　　　　　　３　’第３図第４図第５図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）計器室側に配置された上位機器と、フィールド側
に配置された複数の検出・制御用ブロックと、前記上位
機器と複数の前記ブロックを接続するバスラインとで構
成されるフィールドバスシステムにおいて、複数の前記
ブロックのそれぞれは検出端装置と演算・制御手段と操
作端装置を含み、単独で制御ループを構成し、前記検出
端装置の検出する計測値に基づき前記演算・制御手段が
内蔵される制御パラメータを用いて制御信号を生成し、
この制御信号で前記操作端装置を操作し、前記ブロック
のそれぞれで前記上位機器を介することなく制御動作を
行うことを特徴とする自律分散形フィールドバスシステ
ム。
（２）計器室側に配置された上位機器と、フィールド側
に配置された複数の検出・制御用ブロックと、前記上位
機器と複数の前記ブロックを接続するバスラインとで構
成されるフィールドバスシステムにおいて、複数の前記
ブロックのそれぞれは検出端装置と操作端装置とを含ん
でなり、前記フィールド側に演算・制御手段が配設され
、この演算・制御手段と前記各ブロックによりフィール
ド側だけで制御ループを構成し、前記ブロックのいずれ
かの前記検出端装置が検出する計測値に基づき前記演算
・制御手段が内蔵される制御パラメータを用いて制御信
号を生成し、この制御信号で対応する前記ブロックの前
記操作端装置を操作し、前記上位機器を介することなく
制御動作を行うことを特徴とする自律分散形フィールド
バスシステム。
（３）請求項１又は２記載の自律分散形フィールドバス
システムにおいて、前記上位機器は前記検出端装置及び
前記演算・制御手段からそれらの出力信号を伝送され、
前記出力信号に基づきフィールド側の検出状態及び制御
状態をモニタすることを特徴とする自律分散形フィール
ドバスシステム。
（４）請求項３記載の自律分散形フィールドバスシステ
ムにおいて、前記上位機器によるモニタは定常状態の時
に行われると共に、前記上位機器は制御上必要な場合に
のみ制御指令を前記制御ループに与えることを特徴とす
る自律分散形フィールドバスシステム。
（５）請求項１〜４のいずれか１項に記載の自律分散形
フィールドバスシステムにおいて、前記上位機器とフィ
ールド側の機器との間には通信バッファが配設され、前
記上位機器が配置される計器室側で異常が発生したとき
前記通信バッファで前記異常によるフィールド側への影
響を遮断し、フィールド側の制御動作を正常に保持する
ようにしたことを特徴とする自律分散形フィールドバス
システム。
（６）請求項５記載の自律分散形フィールドバスシステ
ムにおいて、前記通信バッファは通信異常検出部を有し
、この通信異常検出部が通信異常を検出したときには、
フィールド側の機器のみで制御動作を行うようにしたこ
とを特徴とする自律分散形フィールドバスシステム。
（７）請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律分散形
フィールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段
に内蔵される制御パラメータは制御機能の特性を規定す
るものであり、この制御パラメータは前記上位機器によ
り設定され、及び変更されることを特徴とする自律分散
形フィールドバスシステム。
（８）請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律分散形
フィールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段
に内蔵される制御パラメータは制御機能の特性を規定す
るものであり、この制御パラメータは前記バスラインを
介して着脱自在なターミナルにより設定され、及び変更
されることを特徴とする自律分散形フィールドバスシス
テム。
（９）請求項１〜６のいずれか１項に記載の自律分散形
フィールドバスシステムにおいて、前記演算・制御手段
に内蔵される制御パラメータは制御機能の特性を規定す
るものであり、前記演算・制御手段は前記制御パラメー
タを設定し、及び変更するための調整部を備えることを
特徴とする自律分散形フィールドバスシステム。
（１０）請求項１〜９のいずれか１項に記載の自律分散
形フィールドバスシステムにおいて、バス制御部をフィ
ールド側に設けたことを特徴とする自律分散形フィール
ドバスシステム。
（１１）請求項１０記載の自律分散形フィールドバスシ
ステムにおいて、前記バス制御部は、複数の前記検出端
装置と複数の前記演算・制御手段と前記上位機器にバス
制御権を与えると共に、相対的に演算・制御手段にバス
制御権を与える頻度を低減したことを特徴とする自律分
散形フィールドバスシステム。
（１２）請求項１０又は１１記載の自律分散形フィール
ドバスシステムにおいて、前記バス制御部はバス制御権
を与える複数の構成要素のそれぞれに対して巡回的にバ
ス制御権を与えるようにしたことを特徴とする自律分散
形フィールドバスシステム。
（１３）請求項１２記載の自律分散形フィールドバスシ
ステムにおいて、前記複数の構成要素の間の通信の制御
形態にカスケード通信を含むことを特徴とする自律分散
形フィールドバスシステム。