JP2012185528A

JP2012185528A - フィールド機器の状態監視装置

Info

Publication number: JP2012185528A
Application number: JP2011046140A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Ishii; 理義石井
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2011-03-03
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2012-09-27

Abstract

【課題】円滑な通信によりフィールド機器を適切に監視できる状態監視装置を提供する。
【解決手段】複数のフィールド機器および上位機器を結ぶ通信経路上に配置された通信装置を備える。前記通信装置は、前記複数のフィールド機器との間で通信を繰り返すことにより、逐次前記機器情報を前記複数のフィールド機器から収集する収集手段と、前記収集手段により取得された前記機器情報を逐次記憶する記憶手段と、前記上位機器からの要求を受けて、前記記憶手段に記憶された最新の前記機器情報を前記上位機器に向けて転送する転送手段と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フィールド機器の機器情報を上位機器に向けて送信することで前記フィールド機器の状態を監視する状態監視装置に関する。

分散型フィールド制御システムで使用しているフィールド機器（例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）機器）の状態を監視する方法として、操作監視装置や機器情報（バルブの開閉等のフィールド機器への制御命令に対する応答結果情報とフィールド機器の状態情報）を管理するための端末装置等の上位機器から周期的にあるいはオンデマンドに、各フィールド機器に対して機器情報の返信を要求する（コマンドを発行する）方法がとられている。要求（コマンド）を受けたフィールド機器は、自らが保有する機器情報をその都度、返信する。上位機器とフィールド機器とを結ぶ通信経路上には、フィールドコントローラおよび入出力装置が配置されており、上記の要求および返信は、いずれもフィールドコントローラおよび入出力装置を経由して転送される。

特開２００１−３３９４２１号公報

しかし、従来の方法では、フィールド機器の監視のための通信負荷が大きく、監視の周期を短縮することが困難である。また、コマンドの発行から返信の受信までに要する時間（ターンアラウンド時間）の短縮化が望まれている。さらに、ある特定のフィールド機器と上位機器とを結ぶ通信回線は１回線であるため、監視のための周期的な通信により、オンデマンドな要求およびその要求に対する返信の送受信が阻害される可能性がある。

本発明の目的は、円滑な通信によりフィールド機器を適切に監視できる状態監視装置を提供することにある。

本発明の状態監視装置は、フィールド機器の機器情報を上位機器に向けて送信することで前記フィールド機器の状態を監視する状態監視装置において、複数のフィールド機器および前記上位機器を結ぶ通信経路上に配置された通信装置を備え、前記通信装置は、前記複数のフィールド機器との間で通信を繰り返すことにより、逐次前記機器情報を前記複数のフィールド機器から収集する収集手段と、前記収集手段により取得された前記機器情報を逐次記憶する記憶手段と、前記上位機器からの要求を受けて、前記記憶手段に記憶された最新の前記機器情報を前記上位機器に向けて転送する転送手段と、を具備することを特徴とする。
この状態監視装置によれば、複数のフィールド機器との間で通信を繰り返すことにより、逐次機器情報を前記複数のフィールド機器から収集する収集手段と、上位機器からの要求を受けて、最新の機器情報を上位機器に向けて転送する転送手段と、を具備するので、最新の機器情報を速やかに転送できる。

前記上位機器から前記フィールド機器に対してされたオンデマンドな要求に対して、前記フィールド機器から前記上位機器へ前記通信装置を介して前記機器情報が返信された場合、前記記憶手段は前記転送手段による転送対象として当該機器情報を記憶してもよい。

前記フィールド機器から返信されてきた前記機器情報を前記記憶手段が記憶した場合、前記収集手段は当該フィールド機器からの当該機器情報の次の収集を省略してもよい。

前記上位機器からのオンデマンドな要求を受け付ける要求受付手段を備え、前記収集手段は、前記要求受付手段を介して受け付けた前記要求に応じて、対応する前記機器情報を前記フィールド機器から繰り返し取得し、前記記憶手段は前記転送手段による転送対象として当該機器情報を逐次記憶してもよい。

前記上位機器は、前記要求受付手段を介して受け付けた前記要求に応じて前記記憶手段により逐次記憶される最新の機器情報の取得を繰り返し要求し、前記転送手段はこの取得の要求の個々に応じて当該最新の機器情報を前記上位機器に向けて送信してもよい。

前記通信装置は、分散型フィールド制御システムを構成するフィールドコントローラに設けられてもよい。

本発明の状態監視装置によれば、複数のフィールド機器との間で通信を繰り返すことにより、逐次機器情報を前記複数のフィールド機器から収集する収集手段と、上位機器からの要求を受けて、最新の機器情報を上位機器に向けて転送する転送手段と、を具備するので、最新の機器情報を速やかに転送できる。

分散型フィールド制御システムの構成例を示すブロック図。実施例１の状態監視装置の動作を示す図であり、（ａ）は状態監視のための通信手順を示す図、（ｂ）はＨＡＲＴフレームの構成を示す図。フィールドコントローラの動作を示すフローチャート。端末装置の動作を示すフローチャート。オンデマンドな要求がされた場合の通信手順を示す図。実施例２の状態監視装置の動作を示すフローチャート。状態監視のための通信手順を示す図。

以下、本発明による状態監視装置の実施形態について説明する。

図１は、本発明による状態監視装置が適用される分散型フィールド制御システムの構成例を示すブロック図、図２は実施例１の状態監視装置の動作を示す図であり、図２（ａ）は状態監視のための通信手順を示す図、図２（ｂ）はＨＡＲＴフレームの構成を示す図である。

図１および図２（ａ）に示すように、分散型フィールド制御システムは、プラントに配置されたフィールド機器１，１，・・・を制御するフィールドコントローラ２，２，・・・と、フィールド機器１，１，・・・およびフィールドコントローラ２の間に設けられた入出力装置３と、フィールドコントローラ２，２，・・・を介してフィールド機器１，１，・・・のプロセスデータに対する操作・監視を行うための操作監視装置４と、フィールド機器１，１，・・・の機器情報を管理することでフィールド機器１，１，・・・の状態監視を行うための端末装置５と、を備える。フィールド機器１，１，・・・はＨＡＲＴ機器として構成されている。

図１に示すように、フィールドコントローラ２，２，・・・、操作監視装置４および端末装置５は、通信回線７を介して互いに接続されている。

図２（ａ）に示すように、フィールド機器１およびフィールドコントローラ２は、入出力装置３の入出力モジュール３１を介して接続されている。

図３は、フィールドコントローラ２の動作を示すフローチャート、図４は、端末装置５の動作を示すフローチャートである。以下、図３および図４を参照して、本実施例の状態監視装置の動作について説明する。

図３のステップＳ１〜ステップＳ５の処理は、収集手段および記憶手段の機能に対応する。

返信データを収集すべきフィールド機器、収集の順序、収集の周期等、返信データの収集手順は予めフィールドコントローラ２に登録されており、フィールドコントローラ２は登録された収集手順に従って、ステップＳ１〜ステップＳ５の処理を実行する。

図３のステップＳ１では、フィールドコントローラ２は１つのフィールド機器１を選択する。次に、ステップＳ２では、ステップＳ１において選択されたフィールド機器１についてのフラグがオンしているか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４およびステップＳ５をスキップしてステップＳ３へ進み、判断が否定されればステップＳ４へ進む。フラグについては後述する。

ステップＳ３では、フラグをオフし、ステップＳ１へ戻る。

一方、ステップＳ４では、フィールド機器１に対して状態監視のためのＨＡＲＴコマンドを発行する。図２（ａ）に示すように、発行されたコマンドは入出力モジュール３１を介してフィールド機器１に送信され、フィールド機器１からレスポンスコードを含む返信データが返信される。この返信データは入出力モジュール３１を介してフィールドコントローラ２に到達する。

次にステップＳ５では、フィールド機器１からの返信データに含まれるレスポンスコードをメモリ２１に格納し、ステップＳ１へ戻る。ステップＳ１では、次のフィールド機器を選択する。

このように、フィールドコントローラ２は、順次、フィールド機器を選択し、レスポンスコードを取得してメモリ２１に格納する。

レスポンスコードは、ＨＡＲＴ規格に準拠したＨＡＲＴコマンドの返信データに付されるコードで、機器の状態を簡易的に示すものである。図２（ｂ）に示すＨＡＲＴフレームヘッダーにあるレスポンスコードは、データ長１ｂyｔｅであり、機器異常の発生がない場合、値が０であり、ワーニングまたはエラーがある場合、０以外の値をとる。レスポンスコードは、コマンド０以外のすべてのＨＡＲＴコマンドの返信に付加されている。

図３のステップＳ１１〜ステップＳ１３は、収集手段の機能に対応する。

図３のステップＳ１１では、フィールドコントローラ２は、端末装置５からのオンデマンドなＨＡＲＴコマンドが受信されるのを待ってステップＳ１２へ進む。

図５は、端末装置５からオンデマンドな要求がされた場合の通信手順を示す図である。図５に示すように、端末装置５からのオンデマンドなＨＡＲＴコマンドが発行されると、そのＨＡＲＴコマンドはフィールドコントローラ２、入出力モジュール３１を介してフィールド機器１に送信され、フィールド機器１はＨＡＲＴコマンドに対する返信データを返す。返信データは、入出力モジュール３１、フィールドコントローラ２を介して端末装置５に送信される。上記のオンデマンドなＨＡＲＴコマンドが発行された場合に、ステップＳ１１の判断が肯定される。

ステップＳ１２では、上記のフィールド機器１からの返信データに含まれるレスポンスコードを、返信データから取得し、メモリ２１に格納する。

次に、ステップＳ１３では、フラグをオンし、ステップＳ１１へ戻る。

このように、フラグはオンデマンドなＨＡＲＴコマンドに対する返信データに含まれるレスポンスコードがメモリ２１に格納されたことを示している。フラグがオンしている場合には、当該フィールド機器についてレスポンスコードを取得（ステップＳ４およびステップＳ５）することなく、次のフィールド機器に対する処理に移行する。これにより、レスポンスコードを取得する処理が１回だけ省略されることになる。

図３のステップＳ２１〜ステップＳ２３は、受付手段および転送手段の機能に対応する。

図３のステップＳ２１では、端末装置５からの機器状態の返信要求（図２（ａ））を受信したか否か判断し、判断が肯定されるのを待ってステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、機器状態の返信要求により指定されたフィールド機器１について最新のレスポンスコードをメモリ２１から取得する。このとき、メモリ２３から取得されるレスポンスコードは、ステップＳ５またはステップＳ１２において最後に格納されたものである。

次に、ステップＳ２３では、メモリ２１から取得されたレスポンスコードを端末装置５に向けて送信し、ステップＳ２１へ戻る。これにより、端末装置５はフィールドコントローラ２が保有する最新のレスポンスコード２を取得できる。

図４のステップＳ３１〜ステップＳ３４は、端末装置５におけるオンデマンドな要求（図５）を行う動作を示している。

図４のステップＳ３１では、端末装置５は、フィールドコントローラ２から送信（ステップＳ２３）されてきたレスポンスコードの値に基づいて、対応するフィールド機器１に異常が発生しているか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ３３へ進み、判断が否定されればステップＳ３２へ進む。

ステップＳ３２では、オンデマンドな要求を行う必要があるか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ３３へ進み、判断が否定されればステップＳ３１へ戻る。

ステップＳ３３では、異常が発生していると判断された場合（ステップＳ３１；ＹＥＳ）あるいはその他の場合（ステップＳ３２；ＹＥＳ）、対応するフィールド機器１に対して、オンデマンドな要求（ＨＡＲＴコマンド）を発行する（図５）。

次に、ステップＳ３４では、オンデマンドな要求に対する返信データ（図５）を取得し、ステップＳ３１へ戻る。

端末装置５からのオンデマンドな要求に対する返信データには、詳細な異常情報、あるいはその他の必要な情報が含まれている。オンデマンドな要求（ＨＡＲＴコマンド）には、異常が発生していると判断された場合にされる詳細情報の送信要求のほか、例えば、パラメータの設定変更（例えば、４−２０ｍＡ信号とバルブ開度との対応関係の変更）の指示などが含まれる。

以上のように、本実施例では、フィールドコントローラ２が予め登録された収集手順に従って自発的、継続的にレスポンスコードの収集を行ってメモリに保持し、上位の端末装置５がメモリに保持されたレスポンスコードを取得するため、端末装置５から見たターンアラウンド時間を大幅に短縮できる。

また、端末装置５はすべてのフィールド機器１，１，・・・に対しての要求を逐次的に行う必要がなく、複数のフィールド機器１についての状態監視結果を１回の要求で取得できるため、端末装置５とフィールドコントローラ２間を結ぶ通信回線７に対する負荷を軽減できる。

さらに、ある特定のフィールド機器へのオンデマンドな要求が発行された場合、その要求に対する返信データに含まれるレスポンスコードをフィールドコントローラ２に保持するため、このレスポンスコードを利用することが可能となる。またこの場合、フィールドコントローラ２によるレスポンスコードの収集を１回中止することにより、フィールドコントローラ２およびフィールド機器１間のＨＡＲＴ通信の通信量を軽減できる。

返信データの収集手順を予めフィールドコントローラ２に登録する際に、端末装置５から登録手順をフィールドコントローラ２に送信することで収集手順を登録することができる。あるいは、フィールドコントローラ２が自発的にＨＡＲＴ機器を認識し、予めフィールドコントローラ２のプログラムに組み込んだＨＡＲＴコマンドとともに登録処理を完了する方法をとることもできる。

また、上記実施例では、ＨＡＲＴコマンドを自発的、継続的に発行する主体をフィールドコントローラ２としているが、これを入出力装置３としてもよい。

以下、図６および図７を参照して、実施例２の状態監視装置について説明する。

図６は実施例２の状態監視装置の動作を示すフローチャート、図７は状態監視のための通信手順を示す図である。実施例２の状態監視装置は、実施例１の状態監視装置と共通の構成要素を備え、図１に示す分散型フィールド制御システムに適用される。

以下、本実施例の状態監視装置の動作について説明する。

図６のステップＳ４１〜ステップＳ４７は、フィールドコントローラ２における収集手段および記憶手段の機能に対応する動作を示している。

図６のステップＳ４１では、フィールドコントローラ２は端末装置５からのオンデマンドな要求が発行されるのを待ってステップＳ４２へ進む。ステップＳ４２では、タイマをセットして計時を開始する。

ステップＳ４３では、ステップＳ４１で認識されたオンデマンドな要求に対応するコマンドを対応するフィールド機器１に対して送信する。

次に、ステップＳ４４では、ステップＳ４３で送信したコマンドに対する返信データ（機器情報）をフィールド機器１から取得し、メモリ２１に格納する。

次に、ステップＳ４５では、タイマに基づいてタイムアウトか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４１へ戻り、判断が否定されればステップＳ４６へ進む。

ステップＳ４６では、端末装置５からの延長要求があったか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４７へ進み、判断が否定されればステップＳ４８へ進む。

ステップＳ４７では、タイマをリセットして計時を再開し、ステップＳ４８へ進む。この場合、タイマのリセットによりタイマはステップＳ４２の状態に戻る。

ステップＳ４８では、タイマに基づいて、予め指定されているコマンドの発行タイミングが到来したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ４３に戻り、判断が否定されればステップＳ４５へ戻る。

図６のステップＳ５１〜ステップＳ５３は、フィールドコントローラ２における転送手段の機能に対応する動作を示している。

図６のステップＳ５１では、フィールドコントローラ２は、端末装置５からの機器情報の返信要求（図７）が受信されるのを待って、ステップＳ５２へ進む。

ステップＳ５２では、ステップＳ４４で格納した最新の返信データ（機器情報）をメモリ２１から取得する。次に、ステップＳ５３では、メモリ２１から取得された返信データ（機器情報）を端末装置５に向けて返信し（図７）、ステップＳ５１へ戻る。

図６のステップＳ６１〜ステップＳ６４は、端末装置５における機器情報の取得動作を示している。この処理は、機器情報が必要となった場合に実行される。

図６のステップＳ６１では、端末装置５は、機器情報の返信を要求するタイミングが到来したか否か判断し、判断が肯定されればステップＳ６２へ進み、判断が否定されればステップＳ６３へ進む。

ステップＳ６２では、端末装置５は、機器情報の返信要求（図７）をフィールドコントローラ２に向けて送信する。次に、ステップＳ６３では、端末装置５は、フィールドコントローラ２からの機器情報の返信（ステップＳ５３，図７））を受信し、ステップＳ６１へ戻る。

一方、ステップＳ６４では、機器情報の取得動作を延長するか否か判断し、判断が肯定される場合にはステップＳ６５に進み、判断が否定される場合にはステップＳ６６にスキップする。ここで、ステップＳ６４の判断は、端末装置５に実装されたプログラムに基づいて、または操作者の操作に従って、機器情報の取得動作の延長が要求された場合に肯定される。

ステップＳ６５では、端末装置５は、延長要求をフィールドコントローラ２に向けて送信する。この場合、ステップＳ４６の判断が肯定されることになる。

次に、ステップＳ６６では、機器情報の返信要求を終了するか否か判断し、判断が肯定されれば処理を終了し、判断が否定されればステップＳ６１へ戻る。

以上のように、本実施例では、端末装置５の要求に基づき、タイムアウト時刻に達するまでフィールドコントローラ２が自主的にフィールド機器から機器情報の取得を繰り返し、機器情報をメモリに格納している。このため、初回の要求に対するターンアラウンド時間については従来と同等であるが、２回目以降の返信については、フィールドコントローラ２が端末装置５からの機器情報の返信要求を受け取ると、即座に最新の機器情報をメモリから取得して返信することができるため、フィールド機器に要求を発行する場合に比べてターンアラウンド時間を大幅に短縮化できる。

なお、フィールドコントローラ２が自主的に機器情報の取得のためのコマンド（ステップＳ４３）を発行する時間間隔およびタイムアウト時間は、予めフィールドコントローラ２に設定しておけばよい。

本実施例は、ＨＡＲＴに限定されず、Foundation Fieldbus（登録商標）、PROFIBUS（登録商標）、その他の規格に準拠した機器についても適用可能である。

また、フィールド機器から機器情報を取得する主体はフィールドコントローラに限定されず、例えば、これを入出力装置としてもよい。

また、本実施例は、機器管理のための機器情報を監視する用途に限らず、例えば、操作監視装置４等においてセンサの測定値などのプロセスデータのトレンドを取得、表示するような用途にも適用できる。本発明にいう「機器情報」は、プロセスデータを含む概念である。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。本発明は、フィールド機器の機器情報を上位機器に向けて送信することで前記フィールド機器の状態を監視する状態監視装置に対し、広く適用することができる。

２フィールドコントローラ（通信装置）
５端末装置（上位機器）

Claims

フィールド機器の機器情報を上位機器に向けて送信することで前記フィールド機器の状態を監視する状態監視装置において、
複数のフィールド機器および前記上位機器を結ぶ通信経路上に配置された通信装置を備え、
前記通信装置は、前記複数のフィールド機器との間で通信を繰り返すことにより、逐次前記機器情報を前記複数のフィールド機器から収集する収集手段と、
前記収集手段により取得された前記機器情報を逐次記憶する記憶手段と、
前記上位機器からの要求を受けて、前記記憶手段に記憶された最新の前記機器情報を前記上位機器に向けて転送する転送手段と、
を具備することを特徴とする状態監視装置。
前記上位機器から前記フィールド機器に対してされたオンデマンドな要求に対して、前記フィールド機器から前記上位機器へ前記通信装置を介して前記機器情報が返信された場合、前記記憶手段は前記転送手段による転送対象として当該機器情報を記憶することを特徴とする請求項１に記載の状態監視装置。
前記フィールド機器から返信されてきた前記機器情報を前記記憶手段が記憶した場合、前記収集手段は当該フィールド機器からの当該機器情報の次の収集を省略することを特徴とする請求項２に記載の状態監視装置。
前記上位機器からのオンデマンドな要求を受け付ける要求受付手段を備え、
前記収集手段は、前記要求受付手段を介して受け付けた前記要求に応じて、対応する前記機器情報を前記フィールド機器から繰り返し取得し、前記記憶手段は前記転送手段による転送対象として当該機器情報を逐次記憶することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の状態監視装置。
前記上位機器は、前記要求受付手段を介して受け付けた前記要求に応じて前記記憶手段により逐次記憶される最新の機器情報の取得を繰り返し要求し、前記転送手段はこの取得の要求の個々に応じて当該最新の機器情報を前記上位機器に向けて送信することを特徴とする請求項４に記載の状態監視装置。
前記通信装置は、分散型フィールド制御システムを構成するフィールドコントローラに設けられることを特徴とする請求項１〜５の記載の状態監視装置。