JPH07115393A - フィールドバスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】フィールドバスのシステム構成において、フィ
ールド側の機器間の配線を容易に行え、ジャンクション
・ボックスを新設することなく既存システムからフィー
ルドバスシステムへの移行を可能とする。 【構成】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１ａ，１ｂ，１ｃ，上位機器間３で通信するシ
ステムにおいて、フィールド機器が、機器内にターミネ
ータを内蔵し伝送路５に対して前記ターミネータを着脱
する手段と、伝送路上の受信信号レベルを検知する手段
とを備え、前記受信信号レベルにより伝送路からターミ
ネータを着脱する機能を備えたフィールドバスシステ
ム。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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バスシステムに係り、特に、フィ
ールド側に中継箱（ジャンクション・ボックス）を設置
することなくシステムが構成でき、かつ、信頼性の高い
通信を行うのに好適であるフィールドバスシステムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるフィールド機器と称される機器
は各種プラントの圧力，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。

【０００３】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。

【０００４】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。

【０００５】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だけで通
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。

【０００６】フィールドバス・システムの代表的な構成
例を図３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１_a，
１_b，１_c 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１_a，１_b，１_c 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
１_a，１_b，１_c 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_a，６_b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。

【０００７】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。

【０００８】このターミネータは、伝送路５の両端に接
続され、図３の例のように、上位側は上位機器３の内部
に、フィールド側はジャンクション・ボックス（中継
箱）の内部に設置するのが、通常の構成となっている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
技術にあっては、４〜２０ｍＡのアナログ電流伝送方式
では、１対１の接続であるため必ずしもジャンクション
・ボックスを設置しなくとも良いシステム構成であるた
め、フィールドバスシステムへ移行する場合、ターミネ
ータを設置するジャンクション・ボックスが追加となる
ことについて考慮されていなかった。このため、アナロ
グ電流伝送方式と比べ、マルチドロップ接続により、配
線コストの低減が行えるようになるが、ジャンクション
・ボックスが追加となることにより、システム的にはフ
ィールドバスシステムへ移行するコストメリットがない
という問題があった。

【００１０】また、フィールドバスには、伝送路に対し
て自由にフィールド機器を着脱できるというメリットが
あるが、その際にターミネータを伝送路から外すと通信
の信頼性低下、または、通信不能になるということにつ
いて、考慮されていなかった。

【００１１】本発明は、フィールドバスに接続されてい
る各機器が、ターミネータを内蔵し伝送路から着脱でき
るようにすることにより、フィールド側に中継箱（ジャ
ンクション・ボックス）を設置することなくシステムが
構成でき、かつ、信頼性の高い通信を行うフィールドバ
スシステム、および、フィールド機器を提供することを
目的とする。

【００１２】

【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、フィールドバスに接続された各フィール
ド機器が、受信する信号レベルを検知し、ターミネータ
が伝送路に接続されているかを識別できるようにした。
さらに、各フィールド機器が、ターミネータを内蔵し
て、フィールド機器内部からの指令により伝送路に対し
て着脱できるようにした。これにより、フィールド側に
中継箱（ジャンクション・ボックス）を設置することな
くシステムが構成でき、かつ、フィールド機器を伝送路
から着脱する際にも、伝送路には必ずターミネータが接
続された構成にできるため、信頼性の高い通信を行える
ようにしたものである。

【００１３】

【作用】本発明によるフィールドバスシステムにおいて
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。
また、伝送路の両端にはターミネータが接続されてお
り、これが伝送路から外れた場合、信号の大きさは、前
記条件とは問題とならないほど大きく変化する。

【００１４】このため、受信する信号レベルにより、タ
ーミネータが伝送路から外れているかを識別でき、この
とき、伝送路に接続されているフィールド機器の中の１
台が内蔵ターミネータを伝送路に接続する動作を行え
ば、途絶えることなく通信ができる。

【００１５】また、各フィールド機器の中にターミネー
タを内蔵しているため、フィールド機器間を配線するだ
けで伝送路を確保でき、フィールド側に中継箱（ジャン
クション・ボックス）を設置することなくシステムを構
成できる。

【００１６】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。

【００１７】図１は、本発明を用いたフィールドバス・
システムの装置構成例である。

【００１８】同図において、フィールド機器１_a，１_b，
１_c は、ディジタル信号で双方向の通信を行うものであ
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１_a，１_b，１_c 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の任意
の箇所に接続できる。上位機器３は、フィールド機器１
_a，１_b，１_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内にあるディスプレイやキー
ボードを操作することにより、フィールド機器１_a，
１_b，１_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。

【００１９】ターミネータは、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。本
実施例において、ターミネータは上位側では上位機器３
に、フィールド側ではフィールド機器１_a，１_b，１_c の
中に内蔵されおり、フィールド機器側のターミネータは
選択された１個のターミネータのみが、伝送路５に接続
される。本実施例では、フィールド機器だけがターミネ
ータを内蔵した構成を示しているが、フィールド側にジ
ャンクション・ボックス（中継箱）を設置し、ジャンク
ション・ボックス内にターミネータを内蔵した構成であ
っても問題ない。

【００２０】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など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。

【００２１】ここで、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。

【００２２】本実施例においては、フィールド機器
１_a，１_b，１_c の内部にターミネータを内蔵した構成で
あるため、図１に示すように、各フィールド機器の接続
は、フィールド側でのジャンクション・ボックスに接続
する必要がなく、フィールド機器間と伝送路５とを直接
できる。また、フィールド機器は、他の、例えば伝送路
５の中間から接続しても問題ない。

【００２３】よって、フィールド側にジャンクション・
ボックスを設置することなく、１つの伝送路に複数のフ
ィールド機器を接続できるフィールドバスシステムを構
成できるという効果がある。

【００２４】また、別の効果として、アナログ電流信号
を伝送するフィールド機器を使用したシステムから容易
にフィールドバスシステムへ移行できるというなどがあ
る。図２を用いて、その代表例として、フィールド機器
の動作について、詳細に説明する。図２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Ｖ_DDを作りだし、定電流回路１１０は、フィー
ルド機器１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１
０９には、Ｉ／Ｏ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１
０１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，ＲＡＭ１０２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にその値が格納される。

【００２５】フィールド機器１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、ＲＡＭ１０２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１１１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
“１”，“０”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
する方式とがあるが、本実施例では、電流信号で出力す
る方式の例を示している。

【００２６】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。送受信回路１
０４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。

【００２７】ここで、受信レベル検出回路１１４は、前
記復調回路１１３で受信する信号レベルを検出し、伝送
路５の両端にターミネータが接続されているかを識別す
る。この識別信号は、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６を
介してマイクロプロセッサ１０１へ伝えられ、ターミネ
ータが接続されていない場合は、マイクロプロセッサ１
０１の指令で、スイッチ１１５を閉じ、機器の中に内蔵
しているターミネータ１１６を伝送路５へ接続するよう
に動作する。

【００２８】よって、この一連の動作を各フィールド機
器が、自己診断などで定期的に行うことにより、伝送路
からターミネータが外れた場合にも、代わりにフィール
ド機器に内蔵しているターミネータが伝送路に接続され
るので、長期間、通信を途絶えることのないシステムを
構成できるという効果がある。

【００２９】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなよう
に、本発明によれば、フィールド側での各フィールド機
器間の接続が容易に行え、ジャンクション・ボックスを
設置する必要がなく、さらに、通信の信頼性を向上でき
るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】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である。

【図２】本発明によるフィールド機器のブロック図であ
る。

【図３】従来のフィールドバス・システムを説明するた
めの装置構成図である。

【符号の説明】

１，１_a，１_b，１_c …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。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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、フィールド機器が、機器内にターミネータを内蔵し
   伝送路に対して前記ターミネータを着脱する手段と、伝
   送路上の受信信号レベルを検知する手段とを備え、前記
   受信信号レベルにより伝送路から前記ターミネータを着
   脱する機能を備えたことを特徴とするフィールドバスシ
   ステム。
2. 【請求項２】請求項１記載のフィールドバスシステムの
   フィールド機器において、各フィールド機器が伝送路か
   ら前記ターミネータを着脱した後に、着脱情報をフィー
   ルドバス上の他の機器へ通知する手段を備えたことを特
   徴とするフィールドバスシステム。
3. 【請求項３】請求項１又は２記載のフィールドバスシス
   テムのフィールド機器において、各フィールド機器が自
   らが送信する送信信号を受信する手段を備え、前記受信
   信号レベルを検知する手段を備えたことを特徴とするフ
   ィールドバスシステム。
4. 【請求項４】請求項３記載のフィールドバスシステムの
   フィールド機器において、各機器が自己診断等で自ら出
   力する通信信号の大きさを定期的に検知し、伝送路から
   前記ターミネータを着脱設定することを特徴とするフィ
   ールドバスシステム。