JPH10261995A

JPH10261995A - 光通信インターフェイス

Info

Publication number: JPH10261995A
Application number: JP9066645A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kogure; 誠小暮; Noboru Anzai; 昇安斎
Original assignee: Hitachi Instruments Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Instruments Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1997-03-19
Filing date: 1997-03-19
Publication date: 1998-09-29
Anticipated expiration: 2017-03-19
Also published as: JP3470008B2

Abstract

(57)【要約】【課題】通信プロトコルを変えず光伝送路に接続された
複数の機器間で通信可能な分散制御システムが構成でき
る光通信インターフェイスを実現する。【解決手段】送信信号TXと信号TXを遅延回路1103aによ
り遅延させた信号とが論理積回路1103bに入力され、所
定の遅延時間が減算された時間幅を有する信号となる。
歪補正回路1103からの出力信号はパルス幅検知回路1108
に供給され１ビット時間以上のパルス幅を有するのであ
れば信号の衝突が発生したことを認識する。光受信器11
02の受信信号は論理積回路1105に入力され、パルス幅拡
大回路1107、論理反転回路1106からの送受信識別信号と
の論理積が行われる。拡大回路1107は有効信号の出力期
間を伝送路で蓄積される合計の信号伝搬遅延時間以上の
期間だけ延ばす。有効信号の時間幅が所定時間だけ拡大
された信号が拡大回路1107から反転回路1106を介して論
理和回路1105に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、機器を分散して配
置し、その間を一対の伝送線からなる伝送路で接続して
ネットワークを構成し、分散配置された各機器で制御対
象の制御を行う分散制御システムに係り、特に、安価な
光インターフェイスを用いて分散制御システムを構成す
るのに好適な光通信インターフェイスに関する。

【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、プロセスオートメーションの分野では、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コントローラ
（上位機器）へ伝送するセンサ類や、逆に、上位コント
ローラから伝送される制御信号を受信し、プラントの流
量などを制御するバルブ類等のことを示している。

【０００３】また、ファクトリーオートメーションの分
野では、同様に、上位コントローラが搬送系などの機械
を制御するために必要な機械を駆動するモータ類や、位
置検出を行うフォトセンサ等のことを示している。

【０００４】そして、これらの機器の接続形態は、上位
コントローラとフィールド機器とが１対１で接続されて
おり、上位コントローラがフィールド機器を制御してい
る。このため、上位コントローラ無しではフィールド機
器の制御を行うことができなかった。

【０００５】また、プロセスオートメーションでは、フ
ィールド機器と上位コントローラとの間の接続は、４〜
２０ｍＡのアナログ電流信号の伝送が規格化され、広く
使われている。

【０００６】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、同一伝送路上に複
数台のフィールド機器をマルチドロップ形態で接続し、
双方向のディジタル信号の通信を行ってネットワークを
構成し、計測・制御情報の伝達以外にフィールド機器の
レンジ設定、自己診断なども遠隔から指令できるように
なってきている。

【０００７】また、これらのネットワークとして、フィ
ールドバス、LonWorks、DeviceNetなどが有名であり、
様々な分野においてフィールド機器レベルに分散形ネッ
トワークを適用するシステムが構築されている。

【０００８】ここで、フィールドバスシステムの構成例
（例えば、特開平４−３３２０９号公報）を用いて従来
例を説明する。

【０００９】図６は、複数台のフィールド機器１ａ、１
ｂ〜１ｎと上位コントローラ３とが伝送路５を介してバ
ス形に接続された装置構成例を示しており、代表的なフ
ィールドバスシステム６０を用いた計測制御システムで
ある。

【００１０】同図において、フィールド機器１ａ、１ｂ
〜１ｎは、伝送路５を介して上位コントローラ３内の外
部電源から供給される電力によって動作する。また、フ
ィールド機器１ａ、１ｂ〜１ｎは、伝送路５を介して、
順番に上位コントローラ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
を処理を行っている。

【００１１】次に、図７を用いて、フィールドバスシス
テムの通信信号の伝送手順について説明する。図７の
（ａ）は上位コントローラ３から送出されるコマンドを
示し、図７の（ｂ）はフィールド機器１ａのレスポンス
を示す。また、図７の（ｃ）はフィールド機器１ｂのレ
スポンスを示し、図７の（ｎ）はフィールド機器１ｎの
レスポンスを示し、図７の（ｚ）は上位コントローラ３
のスキャン周期（通信周期）Ｔｓを示している。

【００１２】上位コントローラ３から伝送路５を介して
フィールド機器１ａを呼び出すコマンド信号ＣＭＤaを
送出すると、フィールド機器１ａは、これを検知してス
テイタスや温度などの測定値をレスポンス信号ＲＥＳa
として上位コントローラ３に返送している。これによ
り、上位コントローラ３はフィールド機器１ａで測定し
たデータを収集している。

【００１３】次に、上位コントローラから伝送路５を介
してフィールド機器１ｂを呼び出すコマンド信号ＣＭＤ
bを送出すると、フィールド機器１ｂは、これを検知し
てステイタスや温度などの測定値をレスポンス信号ＲＥ
Ｓbとして上位コントローラ３に返送している。これに
より、上位コントローラ３はフィールド機器１ｂで測定
したデータを収集している。

【００１４】このようにして、上位コントローラ３はフ
ィールド機器１ａからフィールド機器１ｎまでを順番
に、通信周期Ｔｓでデータ収集を行うものである。

【００１５】このように、ワイヤの撚り対線を使用し、
図８に示すような、マスタ７１と、複数のスレーブ７２
ａ〜７２ｎからなるバス形インターフェース接続７０を
前提としてシステムを構成するフィールドネットワーク
（Fieldbus,LonWorks,など）において、機器内や機器間
での絶縁、長距離伝送、高速データ伝送、および電磁ノ
イズの低減などを目的として、光インターフェイスの適
用が検討されている。

【００１６】光インターフェイスを適用した場合、信号
伝送に指向性があるため、図９に示すように、スターカ
ップラー８２を用いて、マスタ８１と複数のスレーブ８
３ａ〜８３ｎとを接続するスター形インターフェースの
接続形態にするのが殆どである。

【００１７】しかし、この場合、必ずマスタ／スレーブ
の関係の１：Ｎの通信しかできないため、スレーブ同士
は直接通信することができないという問題がある他、マ
スタの要求なしに、スレーブが勝手に送信することがで
きないという問題がある。

【００１８】これを解決する方法として、図１１に示す
ように、光タップ１２３、１２３ａ〜１２３ｄ、光リピ
ータ１２２を用いて、マスタ１２１とスレーブ１２４ａ
〜１２４ｄとを接続する光タップ応用システムのバス形
態にすることが考えられる。しかし、この光タップ応用
システムにおいては、光タップが高価で安価なシステム
を構成できないという問題がある他、光タップでのパワ
ーロスが大きく長距離信号伝送ができないという問題が
ある。

【００１９】このため、図１０に示すように、マスタ９
１とスレーブ９１ａ〜９１ｎとがリング状に接続される
リング形インターフェース９０のシステム構成が、上記
問題を解決でき、ワイヤの撚り対線を使用したバス形態
と同じ通信が行え、かつ、安価なシステムが構成できる
とされている。

【００２０】リング形の通信インターフェイスシステム
９０は、光通信モジュールを介して受信した信号を再び
光通信モジュールを介して送信することにより、リング
状に接続された機器（局又はスレーブ）に同じ信号を伝
送でき、かつ、自局が送信した信号が一周して戻ってき
たとき、上記光モジュールでの受信信号を再び光モジュ
ールを介して送信する機能を遮断することにより、バス
形態と同じ通信が行える方式である。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述したリン
グ形の通信インターフェイスシステムにおいても、光通
信インターフェースを適用する場合には、以下に示す問
題がある。

【００２２】１．簡易形（安価形）光モジュール／光ケ
ーブルを使用すると、図１２に示すように、受信波形に
歪み（Ｈレベル側が、遅延時間ｔ1だけ遅延するととも
に、歪時間ｔ2によって、１ビット時間ｔ0が、ｔ0＋ｔ2
となり、１０〜６０ｎｓ広がる）が生じ、複数台接続す
ると歪みが蓄積される。これにより、Ｌレベルのパルス
幅が徐々に縮小され、通信速度が１．０〜２．５Ｍｂｐ
ｓの場合では、４〜８台の接続でＬレベルを認識できな
くなり、この台数が通信可能な限界となる。

【００２３】２．光モジュールのドライブ電流を可変と
し、所定の閾値以上のレベルのみをパルス信号のＨレベ
ルとすることにより、上記波形歪みを補正することが可
能であるが、伝送路の長さに応じて、さらに、個々のス
レーブ毎に波形歪の補正量を変化させて、これらスレー
ブを製作しなければならず、スレーブの量産化が困難で
ある。

【００２４】３．簡易形（安価形）光モジュールを使用
すると、伝搬遅延時間が２００〜４００ｎｓと大きく、
複数台接続すると送信中を示すイネーブル（Enable）信
号の許容時間（２．５ビットタイム）を越えてしまう。
このため、受信した信号が自局の送信信号が一周して戻
ってきた信号なのか、他局からの送信信号なのか識別で
きなくなる。

【００２５】４．信号の大きさで衝突検出が行えない。
つまり、あるスレーブからの信号と他のスレーブからの
信号とが衝突したものか否かの検出については、送信信
号として電気信号を使用する場合には、互いの信号が衝
突したときには、信号のレベルが大となることで衝突を
検出することが可能である。しかし、送信信号として光
信号を使用した場合には、通常、光信号の大きさを検出
することは行われておらず、光信号があれば“１”、無
ければ“０”であると判断される。したがって、互いの
信号が衝突して、光の強度が増加されたとしても、それ
が信号の衝突により生じたものであると判断することが
できない。

【００２６】したがって、従来においては、分散制御シ
ステムに光インターフェースを有効に適用することがで
きなかった。

【００２７】本発明の目的は、簡単な回路構成で上記問
題を解決し、バス形接続を前提とした通信プロトコルを
変えることなく、光伝送路に接続している複数の機器間
で通信を行い、分散制御システムが構成できる光通信イ
ンターフェイスを実現することである。

【００２８】

【課題を解決するための手段】

（１）上記目的を達成するため、本発明は次のように構
成される。すなわち、制御対象の計測、制御などを行う
複数のフィールド機器と、これらフィールド機器との通
信、制御を行う上位機器とにより、リング状の伝送路か
らなるネットワークを形成し、各機器間で制御ループを
形成する分散制御システムであって、この分散制御シス
テムの上記フィールド機器のそれぞれに設けられる光通
信インターフェイスにおいて、上記フィールド機器の通
信信号の時間幅を所定の時間幅だけ減少させる手段を備
え、上記リング状のネットワークを形成する機器間の通
信信号に歪みが蓄積されない構成とされる。

【００２９】フィールド機器の通信信号の時間幅が、所
定の時間幅だけ減少させるので、リング状のネットワー
クを形成する機器間の通信信号に歪みが蓄積されない。
これにより、４〜８台のフィールド機器の接続で、信号
のＬレベルを認識できなくなることが回避される。

【００３０】（２）好ましくは、上記（１）において、
上記各機器から発生された自らの信号を送信しているこ
とを示す有効信号の出力期間を、光通信信号の遅延が接
続されている機器の台数分蓄積される期間以上の時間だ
け、延長する手段と、上記各機器が自らが送信した信号
がリング状の伝送路を一周して戻ってきた信号であるこ
とを識別する識別手段とを、さらに備える。

【００３１】各機器が自らが送信した信号がリング状の
伝送路を一周して戻ってきた信号であることを識別する
ことができるので、各機器間で信号の送受信を行うこと
ができる。

【００３２】（３）また、好ましくは、上記（１）又は
（２）において、上記各機器間で通信する信号の符号化
方式は、１ビット期間以上同一レベルのディジタル信号
を出力しない符号化方式であり、上記各機器の送信信号
又は受信信号のパルス幅を検出する手段と、上記検出し
たパルス幅を所定のパルス幅と比較する手段とを、さら
に備え、上記比較する手段の比較結果から、通信信号ど
うしの衝突を識別し、通信信号の再送処理を行う。

【００３３】（４）また、好ましくは、上記（３）にお
いて、上記パルス幅を検出する手段は、上記所定の時間
幅だけ減少させる手段により、時間幅が減少された信号
のパルス幅を検出し、上記所定のパルス幅の設定値が光
通信の歪みの度合の影響を受けないで設定できる。

【００３４】（５）また、制御対象の計測、制御などを
行う複数のフィールド機器と、これらフィールド機器と
の通信、制御を行う上位機器とにより、リング状の伝送
路からなるネットワークを形成し、各機器間で制御ルー
プを形成する分散制御システムであって、この分散制御
システムの上記フィールド機器のそれぞれに設けられる
光通信インターフェイスにおいて、上記各機器間で通信
する信号の符号化方式は、１ビット期間以上同一レベル
のディジタル信号を出力しない符号化方式であり、上記
各機器の送信信号又は受信信号のパルス幅を検出する手
段と、上記検出したパルス幅を所定のパルス幅と比較す
る手段とを備え、上記比較する手段の比較結果から、通
信信号どうしの衝突を識別し、通信信号の再送処理を行
う。

【００３５】本発明による光通信インターフェイスを適
用した機器で構成する分散形制御システムは、安価な回
路構成で、かつ、光通信の特徴を活かした機器構成とす
ることができ、さらに、上位機器側を介することなく、
フィールド機器同士で通信が行えるため、フィールド機
器側だけでの分散制御を可能とすることができる。

【００３６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。（第１の実施形態）図１は、本発明が適用される分散制
御システムである計測制御システムのフィールド機器の
内部ブロック図であり、図２は、図１に示したドライバ
１１０の内部機能ブロック図である。また、図３は、本
発明の分散制御システムを計測制御システムにおいて実
現した例の全体構成図である。

【００３７】まず、図３の計測制御システムの全体構成
を説明する。図３において、コントロールルームに設置
されたオペレータズコンソール４０、上位機器（コント
ローラ）４１ａ〜４１ｄおよびそれらを結ぶ制御用ネッ
トワーク４０Ｎなどで構成された上位側機器により、プ
ラント全体が監視・制御される。また、フィールド側
（プラント現場）には、フィールド機器１ａ〜１ｃ、上
位通信機器２が設置され、これらフィールド機器等はジ
ャンクションボックス４ａ〜４ｄ及び一対の伝送線から
なる伝送路（フィールドバス）とを介して上位側機器と
接続され、フィールドネットワークシステムを構成して
いる。

【００３８】図４は、図３のフィールドネットワークシ
ステム内のフィールドバスに関係する部分を示したフィ
ールドバスシステムの概略構成図である。同図におい
て、フィールド機器１ａ、１ｂ、１ｃ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、バルブなどの制御量を受信
したりするものである。

【００３９】フィールド機器１ａ、１ｂ、１ｃは、内蔵
電池から供給される電力により動作し、光コネクタで接
続が行える伝送路５の任意の箇所に接続できる。この例
においては、フィールド機器１ａ、１ｂ、１ｃがフィー
ルド側のジャンクション・ボックス４（中継箱）に光コ
ネクタを設置し接続した例を示すが、これは、他の位
置、例えば伝送路５の中間に接続しても問題はない。な
お、３は上位コントローラであり、この上位コントロー
ラ３は、ＭＰＵ３１と送受信器３２とを備える。また、
２は上位通信機器であり、ジャンクションボックス４’
を介して上位コントローラ３に接続される。

【００４０】ワイヤを使用したフィールドバスシステム
の場合、本質安全防爆の条件下において、危険領域と安
全領域との間にバリアを接続し、上位機器側に配置した
外部電源から伝送路を介してフィールド機器側に供給す
る電圧と、フィールド機器側に流れる電流とを制限する
必要がある。

【００４１】ここで、本質安全防爆構造のシステムは、
爆発性のガスに囲まれた条件下で、各機器の回路が故障
しても引火しないよう、回路のエネルギーレベルを抑制
したシステムである。よって、ワイヤを使用したフィー
ルドバスシステムのフィールド機器の接続台数の最大値
は、バリアが許容する出力電流とフィールド機器の消費
電流との関係により決められている。

【００４２】本発明の第１の実施形態のように、光通信
を用いたシステムにおいては、フィールド機器に動作電
力の供給ができない代わりに、本質安全防爆を考慮する
必要がないので上記バリア、外部電源を上位機器側に設
置する必要がない。

【００４３】このため、この実施形態においては、フィ
ールド機器に動作電力を供給するための電池をフィール
ド機器に内蔵している。また、接続可能な機器台数には
上記エネルギーの問題での制約はなくなり、応答時間と
制御周期との関係などの通信性能によって決まってい
る。

【００４４】上位機器３は、フィールド機器１ａ、１
ｂ、１ｃ、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）を受信する。また、上位機器３は、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。

【００４５】上位通信機器２は、伝送路５上の任意の場
所に設置されたコネクタに接続しリング構成の中に入り
込むことができ、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、１ｂ、１ｃ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。

【００４６】次に、上位機器３の内部動作について説明
する。上位機器３は、ＭＰＵ３１に内蔵された通信プロ
グラムに従い、送受信器３２を介してフィールド機器１
ａ、１ｂのようなプラントの物理量を検出する伝送器な
どと通信を行い、プラントの圧力、流量、温度などの物
理量を受信し、内部でＰＩＤ演算などの処理を行った
後、バルブ等を示すフィールド機器１ｃへプラントの制
御信号を送信し、プラントの制御を行っている。

【００４７】これらの制御動作は、約０．１〜２．０秒
の一定周期で行われており、制御動作を行うための通信
の合間をぬって、フィールド機器の自己診断情報など、
制御動作と関係ない通信を行っている。

【００４８】ＭＰＵ３１では、少なくとも一回の通信デ
ータの送信を他の機器により妨害されたときに、また
は、該当するフィールド機器との通信が複数回異常にな
った場合、それぞれ伝送路異常、機器異常として認識
し、図３のオペレーターズコンソール４０の画面にその
情報が表示されるように、制御用ネットワーク４０Ｎを
介してその情報を伝達している。

【００４９】次に、図１により、本発明の第１の実施形
態であるフィールド機器について説明する。なお、ここ
では図４のフィールド機器１ａ、１ｂのようなプラント
の物理量を検出する伝送器の例で説明する。

【００５０】図１において、電池１０７は、フィールド
機器１自身が動作するための電圧ＶDDを作り出し、電池
切れが発生する前に、例えば一定期間（２年間）単位に
交換するものである。複合センサ１０８は、プラントの
複数の物理量を検出し、この複合センサ１０８からの各
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。

【００５１】マルチプレクサ１０９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る。そ
して、マルチプレクサ１０９からの信号はＡ／Ｄ変換器
１０５に入力されるようになっている。

【００５２】さらに、フィールド機器１には、マイクロ
プロセッサ１０１があり、このマイクロプロセッサ１０
１は、Ａ／Ｄ変換器１０５から順次送り込まれるプラン
トの各物理量と、ＲＯＭ１０３、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
よりプラントの各物理量の真値を求め、ＲＡＭ１０２に
その値が格納される。

【００５３】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などに格納されてい
るデータなどを、コントローラ１０４からシリアルの送
信信号（ＴX）でディジタル信号列として出力する。ま
た、この出力期間に同期して、信号出力中を示す有効信
号（Enable）を出力している。ここで、コード化方式と
しては、例えば、マンチェスタ符号に変換する方式など
がある。

【００５４】次に、これらの信号は、ドライバ１１０に
入力され、このドライバ１１０内で歪み補正を施した
後、伝送路（光ケーブル）へ通信信号として出力され
る。この送信信号は、リング構成の伝送路を一周してき
た後、再度送信することのなきように、有効信号を出力
している最中は、再送信を停止している。

【００５５】受信動作は、伝送路からの通信信号をドラ
イバ１１０で検出し、コード化された信号を上記シリア
ルのディジタル信号列の形で取り出し、コントローラ１
０４に受信信号（Ｒx）として入力される。コントロー
ラ１０４に入力された信号は、デコード処理が行され、
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。また、光信号は指向性があるため、受信信
号が自局からの送信信号でない場合、受信信号に歪み補
正を施した後にドライバ１１０から直接、次の機器へ信
号を送信している。

【００５６】次に、図２に示す機能ブロックに基づい
て、ドライバ１１０の内部動作を説明する。同図におい
て、送信時にドライバ１１０には、送信信号（Ｔx）に
マンチェスタ符号などでコード化されたデータ信号が入
力されるとともに、有効信号（Enable）に送信信号（Ｔ
x）が有効であることを示すステイタス信号が入力され
ている。送信信号（Ｔx）は、論理和（ＯＲ）回路１１
０４及び歪み補正回路１１０３を介して光送信器１１０
１に入力され、光ケーブルにより他局へ光信号を送信し
ている。

【００５７】歪み補正回路１１０３は、遅延回路１１０
３ａと論理積（ＡＮＤ）回路１１０３ｂとからなるパル
ス幅を縮小する回路であり、受信信号が歪む分のパルス
幅を事前に補正して、受信信号に歪みが発生しないよう
にしている。つまり、送信信号ＴXと、この送信信号ＴX
を遅延回路１１０３ａにより遅延させた信号とが、論理
積回路１１０３ｂに入力される。これにより、論理積回
路１１０３ｂから出力される信号は、歪補正回路１１０
３に供給される信号の時間幅から、所定の遅延時間が減
算された時間幅を有することなる。

【００５８】ここで、伝送系により歪むパルス幅の時間
と遅延回路の遅延時間とが対応している。また、この実
施形態においては、送信前の信号に対して歪み補正を施
しているが、これが、受信信号に対して実施した場合に
おいても、１台分の歪みが残るだけでそれ以外の影響は
なく、問題は発生しない。

【００５９】通信データの符号化は、マンチェスタコー
ドのように信号のＨ／Ｌレベルが通信速度の１ビット時
間を越えて連続出力することがない符号化方式を使用し
ており、歪み補正回路１１０３から出力する信号は、上
記歪み補正を施してパルス幅を縮小してある。

【００６０】したがって、複数の局が同時に送信動作を
行って信号の衝突が発生した場合には、１ビット以上の
時間幅を有する信号が発生する。このため、歪補正回路
１１０３からの出力信号を、パルス幅検知回路１１０８
に供給し、このパルス幅検知回路１１０８において、歪
補正回路１１０３からの出力信号が１ビット時間以上の
パルス幅を有するか否かを検知すれば、信号の衝突が発
生したことを認識することができる。

【００６１】この衝突検知信号（ＣＤ）を図１のコント
ローラ１０４に入力することにより機器が衝突発生を認
知でき、再送処理を実施することになっており、衝突に
より通信が途絶えることがない。

【００６２】また、この衝突検知は、歪み補正回路１１
０３の出力信号でなく、例えば、光受信器１１０２の受
信信号に対して実施することでも問題ないが、この場
合、衝突を検知するパルス幅を１ビット時間より広くし
ておく必要がある。

【００６３】次に、光受信器１１０２の受信信号は、受
信信号（Ｒx）として、図１のコントローラ１０４に入
力されるとともに、論理積（ＡＮＤ）回路１１０５に入
力される。この論理積（ＡＮＤ）回路１１０５には、パ
ルス幅拡大回路１１０７と論理反転（ＮＯＴ）回路１１
０６とからなる送受信を識別する回路からの送受信識別
信号も供給されており、この送受信識別信号と上記受信
信号との論理積が行われる。これら論理積回路１１０
５、パルス幅拡大回路１１０７、論理反転回路１１０６
により、フィールド機器１が自らが送信した信号がリン
グ状の伝送路を一周して戻ってきた信号であることを識
別する識別手段が構成される。

【００６４】受信信号が自局が送信した信号でない場合
には、論理反転回路１１０６からの出力信号は、“１”
となり、受信信号は論理和（ＯＲ）回路１１０４、歪み
補正回路１１０３、光送信器１１０１を介して次の局へ
送信される。

【００６５】パルス幅拡大回路１１０７は、有効信号
（Enable）の出力期間を、伝送路５（光ケーブル）で蓄
積される合計の信号伝搬遅延時間以上の期間だけ、延ば
すことにより、受信信号が、自局が送信してリング構成
の伝送路５を一周してきたものなのか、他局が送信した
信号であるのかを識別することができるように構成して
いる。

【００６６】つまり、有効信号（Enable）は、パルス幅
拡大回路１１０７の論理和回路１１０７ｂに供給される
とともに、遅延回路１１０７ａに供給される。そして、
この遅延回路１１０７ａにより、所定時間遅延された信
号が論理和回路１１０７ｂに供給される。したがって、
有効信号の時間幅が所定時間（上記信号伝搬遅延時間以
上の期間）だけ、拡大された信号がパルス幅拡大回路１
１０７から論理反転回路１１０６を介して、論理和回路
１１０５に供給される。

【００６７】この結果、自局（フィールド機器１）が送
信信号を送信する期間に、上記信号伝搬遅延時間以上の
期間が加算された期間は、論理反転回路１１０６から、
論理和回路１１０５に供給される信号は、“０”とな
る。したがって、この期間に光受信器１１０２が光信号
を受信しても、論理積回路１１０５からは、上記受信信
号は出力されず、他のフィールド機器等に送信されるこ
とはない。

【００６８】このことから明らかなように、本発明の第
１の実施形態によれば、通信信号の歪みが大きいとされ
ている安価な光送受信器、光ケーブルなどを用いて、バ
ス構成の通信プロトコルをそのまま使用した分散制御シ
ステムが構築できる。

【００６９】また、自局の送信信号が、循環して、受信
したものか、他局から送信された信号を受信したのかの
判断が可能となる。したがって、フィールド機器間のみ
で信号伝送が行え、例えば、差圧伝送器でプラントの物
理量である圧力（流量）を検出した後、その情報をバル
ブに伝送し、バルブ内で制御演算を行い、バルブの開度
（流量）を制御するというように、上位機器を介するこ
となく、直接同一伝送路上に接続されたフィールド機器
同士で通信を行い制御するシステムを構成することが可
能となる。

【００７０】以上説明したように、本発明の第１の実施
形態によれば、簡単な回路構成で、バス形接続を前提と
した通信プロトコルを変えることなく、光伝送路に接続
している複数の機器間で通信を行い、分散制御システム
が構成できる光通信インターフェイスを実現することが
できる。

【００７１】なお、上述した例におては、パルス幅検知
回路１１０８は、歪補正回路１１０３からの出力信号の
パルス幅から信号の衝突を検知する構成となっている
が、歪補正回路１１０３に入力される前の信号のパルス
幅から信号の衝突を検知する構成とすることも可能であ
る。

【００７２】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態を説明する。この第２の実施形態は、図５に示
すように、複数の医療用分析装置５５ａ、５５ｂ・・・
を検体搬送系５１で結んだ検体搬送システム５０に、本
発明を適用した場合の例である。

【００７３】図５において、各医療用分析装置５５ａ、
５５ｂ・・・で分析が行われる検体は、検体搬送系５１
上に載せられ、この検体搬送系５１を駆動するモータを
制御することにより、各分析装置５５ａ、５５ｂ・・・
に運ばれる。検体搬送系５１には複数のモータが存在す
るが、これらのモータはモータコントローラ、５３ａ、
５３ｂ、５３ｃにより制御される。また、分析が完了し
た検体は、分析を行った分析装置５５ａ、５５ｂ・・・
から次に分析を行う分析装置５５ａ、５５ｂ・・・ま
で、検体搬送系５１を介して運ばれる。

【００７４】ここで、検体搬送系５１全体の制御は、各
分析装置５５ａ、５５ｂ・・・に検体搬送系５１全体の
制御を行うコントローラを内蔵し、このコントローラに
よりモータコントローラ５３ａ、５３ｂ、５３ｃに対し
て制御を行う方式と、検体搬送系５１全体を制御するコ
ントローラを分析装置５５ａ、５５ｂ・・・の外に、別
個に独立して設け、そのコントローラによって制御を行
う方式とがある。この第２の実施形態においては、前者
のコントローラを分析装置５５ａ、５５ｂ・・・に内蔵
した例について説明する。

【００７５】上述したように、この第２の実施形態にお
ける検体搬送系５１の制御は各分析装置５５ａ、５５ｂ
・・・に内蔵されたコントローラからの指令により行わ
れ、検体の位置検出は検体搬送系５１に取り付けられた
フォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃにより監視され
る。分析装置５５ａ、５５ｂ・・・、モータコントロー
ラ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、フォトセンサ５２ａ、５２
ｂ、５２ｃは、フィールドネットワーク５４（LonWork
s）を介して一対の伝送線で結ばれている。

【００７６】この第２の実施形態では、上述の第１の実
施形態における、フィールド機器１がフォトセンサ５２
ａ等に該当し、モータコントローラ５３ａ等は他のフィ
ールド機器１に該当し、分析装置に内蔵されたコントロ
ーラが上位コントローラ４１ａ等に該当している。

【００７７】次に、分散制御システムである検体搬送シ
ステム全体の動作を説明する。フィールド機器に該当す
るフォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、搬送系５１
の特定の場所に設置され、通過する検体の位置などを定
期的に検出するものである。また、他のフィールド機器
に該当するモータコントローラ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ
は、検体を搬送系５１で運ぶための駆動源の制御手段で
ある。

【００７８】フォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは通
常、タイマー割り込みにより一定周期に搬送系５１の監
視を行い、監視センサとしての処理を行う。また、それ
と並行して、フォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、
通信割り込みが発生した場合には、通信処理を行う。

【００７９】モータコントローラ５３ａ、５３ｂ、５３
ｃは、分析装置内蔵のコントローラから通信にて送られ
てくる検体を運ぶための移動距離の制御指令を、モータ
回転数として受信し、検体を目的位置まで運ぶように、
分析装置内蔵のコントローラからの指令通りに制御して
いる。

【００８０】ここで、フォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５
２ｃ、モータコントローラ５３ａ、５３ｂ、５３ｃ、分
析装置５５ａ、５５ｂなどの機器は、すべて、光ケーブ
ルからなる伝送路で接続されているため、容易に、各機
器間を電気的に絶縁することができている。また、装置
外部には光ケーブルしか露出しない構成とすることがで
きるため、システム全体が出す電磁ノイズを低減するこ
とができるとともに、外部からの電磁ノイズによっては
通信信号が影響を受けないので、信頼性の高い通信が行
えるシステムとなっている。

【００８１】このことから明らかなように、この第２の
実施形態においても、通信信号の歪みが大きいとされて
いる安価な光送受信器、光ケーブルなどを用いて、バス
構成の通信プロトコルをそのまま使用した分散制御シス
テムを構築することができる。

【００８２】また、フィールド機器であるフォトセンサ
５２ａ、５２ｂ、５２ｃやモーターコントローラ５３
ａ、５３ｂ、５３ｃ間のみで信号伝送が行えるので、例
えば、検体を搬送中にフォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５
２ｃで異常を検出し、分析装置内のコントローラを介す
ることなく、フォトセンサ５２ａ、５２ｂ、５２ｃから
異常信号を出力し、モータコントローラ５３ａ、５３
ｂ、５３ｃが異常信号を受信する。そして、モータコン
トローラ５３ａ、５３ｂ、５３ｃにより、直ちに搬送系
５１の緊急停止などの処置を行うことができる。これに
より、検体に危害を加えることなく、検体を搬送できる
ので、信頼性の高い分散制御システムを構築することが
可能である。

【００８３】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、次のような効果がある。簡単な回路構成
で、バス形接続を前提とした通信プロトコルを変えるこ
となく、光伝送路に接続している複数の機器間で通信を
行い、分散制御システムが構成できる光通信インターフ
ェイスを実現することができる。

【００８４】また、本発明による光通信インターフェイ
スを用いて各種分散制御システムを構成することによ
り、フィールド機器、または制御対象の異常をフィール
ド機器が検出した場合に、通信で他のフィールド機器へ
通知させることで、上位機器を介することなくフィール
ド機器間のみで、早急に異常時の制御処理を行うことが
できるという効果がある。

【００８５】また、安価な光通信器を用いて上記分散制
御システムが構成できることから、安価なシステム構成
で、機器間の電気的絶縁、長距離伝送、高速データ伝
送、および電磁ノイズの低減など光インターフェイスの
特長を活かしたシステムを構成できるという効果もあ
る。

【００８６】さらに、マンチェスタ符号のような、ディ
ジタル信号のＨ／Ｌ信号が一定期間以上継続しない符号
化方式を適用した通信において、通信信号のパルス幅を
検知する回路とこのパルス幅を一定値と比較する回路と
を個別に設けることにより、通信信号の衝突を容易に検
知でき、通信の再送処理が迅速に行える通信システムが
構築できるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における計測制御シス
テムのフィールド機器の内部ブロック図である。

【図２】図１に示したドライバ回路のブロック図であ
る。

【図３】本発明の分散制御システムを計測制御システム
において実現した例の全体構成図である。

【図４】フィールドバスシステムの概略構成図である。

【図５】本発明の第２の実施形態である検体搬送システ
ムの概略構成図である。

【図６】フィールドバスシステムの概略構成図である。

【図７】フィールド機器での信号伝送手順を示す図であ
る。

【図８】バス形インターフェース接続の概略構成図であ
る。

【図９】スター形インターフェース接続の概略構成図で
ある。

【図１０】リング（ループ）インターフェース接続の概
略構成図である。

【図１１】光通信を用いた光タップ応用システムの概略
構成図である。

【図１２】光通信信号の歪み、遅延を説明するための図
である。

【符号の説明】

１、１ａ、１ｂ、１ｃフィールド機器２上位通信機３、４１ａ〜４１ｄ上位機器４、４ａ〜４ｄジャンクションボックス５伝送路４０オペレータズコンソール５０検体搬送システム５１検体搬送系５２ａ〜５２ｃフォトセンサ５３ａ〜５３ｃモータコントローラ５４フィールドネットワーク５５ａ、５５ｂ分析装置１０４コントローラ１０８センサ１１０ドライバ１１０１光送信器１１０２光受信器１１０３歪補正回路１１０３ａ遅延回路１１０３ｂ論理積回路１１０４論理和回路１１０５論理積回路１１０６論理反転回路１１０７パルス幅拡大回路１１０７ａ遅延回路１１０７ｂ論理和回路１１０８パルス幅検知回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０４Ｂ 10/14 Ｈ０４Ｂ 9/00 Ｙ 10/04 10/06 Ｈ０４Ｑ 9/00 ３１１３２１

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】制御対象の計測、制御などを行う複数のフ
ィールド機器と、これらフィールド機器との通信、制御
を行う上位機器とにより、リング状の伝送路からなるネ
ットワークを形成し、各機器間で制御ループを形成する
分散制御システムであって、この分散制御システムの上
記フィールド機器のそれぞれに設けられる光通信インタ
ーフェイスにおいて、上記フィールド機器の通信信号の時間幅を所定の時間幅
だけ減少させる手段を備え、上記リング状のネットワー
クを形成する機器間の通信信号に歪みが蓄積されないこ
とを特徴とする分散制御システムの光通信インターフェ
イス。
【請求項２】請求項１記載の分散制御システムの光通信
インターフェイスにおいて、上記各機器から発生された
自らの信号を送信していることを示す有効信号の出力期
間を、光通信信号の遅延が接続されている機器の台数分
蓄積される期間以上の時間だけ、延長する手段と、上記
各機器が自らが送信した信号がリング状の伝送路を一周
して戻ってきた信号であることを識別する識別手段と
を、さらに備えることを特徴とする分散制御システムの
光通信インターフェイス。
【請求項３】請求項１又は２記載の分散制御システムの
光通信インターフェイスにおいて、上記各機器間で通信
する信号の符号化方式は、１ビット期間以上同一レベル
のディジタル信号を出力しない符号化方式であり、上記
各機器の送信信号又は受信信号のパルス幅を検出する手
段と、上記検出したパルス幅を所定のパルス幅と比較す
る手段とを、さらに備え、上記比較する手段の比較結果
から、通信信号どうしの衝突を識別し、通信信号の再送
処理を行うことを特徴とする分散制御システムの光通信
インターフェイス。
【請求項４】請求項３記載の分散制御システムの光通信
インターフェイスにおいて、上記パルス幅を検出する手
段は、上記所定の時間幅だけ減少させる手段により、時
間幅が減少された信号のパルス幅を検出し、上記所定の
パルス幅の設定値が光通信の歪みの度合の影響を受けな
いで設定できることを特徴とする分散制御システムの光
通信インターフェイス。
【請求項５】制御対象の計測、制御などを行う複数のフ
ィールド機器と、これらフィールド機器との通信、制御
を行う上位機器とにより、リング状の伝送路からなるネ
ットワークを形成し、各機器間で制御ループを形成する
分散制御システムであって、この分散制御システムの上
記フィールド機器のそれぞれに設けられる光通信インタ
ーフェイスにおいて、上記各機器間で通信する信号の符号化方式は、１ビット
期間以上同一レベルのディジタル信号を出力しない符号
化方式であり、上記各機器の送信信号又は受信信号のパ
ルス幅を検出する手段と、上記検出したパルス幅を所定
のパルス幅と比較する手段とを備え、上記比較する手段
の比較結果から、通信信号どうしの衝突を識別し、通信
信号の再送処理を行うことを特徴とする分散制御システ
ムの光通信インターフェイス。