JP5915627B2 - プロセス制御システム - Google Patents

Description

本発明は、プロセス制御システムに関する。

プラントや工場等に構築されるプロセス制御システムは、概してフィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）と、これらの動作を制御するコントローラと、フィールド機器及びコントローラの管理や制御を行う上位装置とが通信手段を介して接続された構成である。このようなプロセス制御システムでは、フィールド機器で得られたプロセス値（例えば、圧力、温度、流量等の測定値）がコントローラに収集され、収集されたプロセス値に応じたフィールド機器の制御が上位装置の管理の下でコントローラにより行われる。

ここで、プロセス制御システムは、上述した上位装置として、例えばプラント等の運転員によって操作される操作監視端末と、プロセス制御システムの健全性を把握するための機器管理装置とを備えるものが多い。具体的に、上記の操作監視端末は、プロセス制御システムを構成する構成要素（フィールド機器やコントローラ）の挙動を運転員に伝えるとともに、運転員の指示に基づいてコントローラの制御を行う端末である。また、上記機器管理装置は、プロセス制御システムを構成する各構成要素の状態を示す情報や設定情報を収集して各構成要素の健全性を把握し、必要に応じて健全性を示す情報を運転員や保守員に通知する装置である。

以下の特許文献１〜３には、各種プラントの監視制御を行う監視制御システムの一例が開示されている。具体的に、以下の特許文献１には、複数のローカルコントローラを備えており、ローカルコントローラ単位で独立して制御を実施する分散制御システムの一例が開示されている。また、以下の特許文献２には、制御装置を単位とした制御ロジックのプログラミングと、プロセス入出力のエンジニアリングを分離・独立させることができる分散監視制御装置が開示されている。また、以下の特許文献３には、監視装置の監視画像を運転パターンに応じて容易に変更することができるプラント監視制御システムが開示されている。

特許第３６４１１３７号公報 特開２０１３−７３５０３号公報 特開２０１３−１５２６１２号公報

ところで、上述したプロセス制御システムで行われる通信は、プロセス制御のための通信（以下、プロセス制御通信という）と、プロセス制御システムの健全性を把握するための通信（以下、健全性把握通信という）とに大別される。プロセス制御通信は、コントローラとフィールド機器との間において定周期で行われる通信であり、プロセス値をリアルタイムで制御する必要があることから、健全性把握通信よりも高い優先度に設定されている。これに対し、健全性把握通信は、コントローラを介して機器管理装置とフィールド機器との間で行われるポーリング方式の通信であり、プロセス制御通信に影響を与えないようにプロセス制御通信よりも低い優先度に設定されている。

上記の健全性把握通信は、プロセス制御に影響を与えないように通信間隔をプロセス制御通信よりも疎にせざるを得ない。このため、機器管理装置がプロセス制御システムの健全性を把握するために必要となるデータを収集するためには長時間を要していたという問題があった。例えば、プロセス制御システムの構成要素の数が数千〜数万程度になると、これら構成要素の全てとポーリング方式による通信を行うためには１時間以上の時間を要することがある。その結果として、プロセス制御システムの構成要素に何らかの異常や変化が生じても、その異常や変化が機器管理装置で把握されるまでに大きな遅延が生ずるという問題がある。

また、ポーリング方式により行われる上記の健全性把握通信は、プロセス制御システムの構成要素の異常や変化の有無に拘わらず行われる。このため、異常や変化が全く生じていないにも拘わらず通信が行われることになり、通信系に影響を及ぼす虞が考えられる。例えば、多くのフィールド機器が設置される大規模なプロセス制御システムでは、不要な通信が生ずることによって通信容量が逼迫する虞も考えられる。

ここで、近年のフィールド機器は、インテリジェント化が図られており、例えば自身の状態を診断する自己診断機能を備えるものが多くなっている。このような機能を備えるフィールド機器は、自己診断結果やフィールド機器で生じた異常や変化を示す情報を自律的に上位に通知することが可能である。しかしながら、このような自律的な通知は、コントローラにとっては非定周期の割り込みとなるため、コントローラの負荷が増大してしまい、プロセス制御通信に影響が生ずる可能性も考えられるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、健全性を把握するために必要となる情報を通信負荷や処理負荷を増大させることなく短時間で取得することが可能なプロセス制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のＩ／Ｏモジュールは、フィールド機器（１１、１１ａ〜１１ｄ）を電気的に接続するＩ／Ｏモジュール（１２、１２ａ〜１２ｃ）において、前記フィールド機器から自律的に送信される情報を受信する受信部（２５）と、前記受信部で受信された情報を記憶する記憶部（２６）と、前記受信部で新たに受信された情報と前記記憶部に記憶されている情報とを比較し、比較結果に差異が生じた場合に、前記記憶部に記憶されている情報を前記受信部で新たに受信された情報に書き換える比較部（２７、３３）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、フィールド機器から自律的に送信されて受信部で受信された情報は、比較部において記憶部に記憶されている情報と比較され、比較部の比較結果に差異が生じた場合には、記憶部に記憶されている情報が受信部で新たに受信された情報に書き換えられる。
また、本発明のＩ／Ｏモジュールは、前記比較部の比較結果を記憶する比較結果記憶部（２６）を備えることを特徴としている。
また、本発明のＩ／Ｏモジュールは、前記比較部の比較結果に差異が生じた場合に、外部への通知を行う比較結果通知部（３１）を備えることを特徴としている。
また、本発明のＩ／Ｏモジュールは、自律的に情報を送信しないフィールド機器（１１ｃ）に対して情報送信要求を送信し、該情報送信要求に対する応答として送信されてくる情報を収集する収集部（３２）を備えており、前記比較部が、前記収集部で収集された情報と前記記憶部に記憶されている情報とを比較することを特徴としている。
また、本発明のＩ／Ｏモジュールは、前記フィールド機器から得られる情報が、前記フィールド機器の自己診断結果を示す第１情報と前記フィールド機器で生じた異常を示す第２情報との少なくとも一方を含むことを特徴としている。
また、本発明のＩ／Ｏモジュールは、前記第２情報が得られないフィールド機器（１１ｄ）から出力される信号と予め規定された基準値（Ｖ）とを比較し、比較結果に応じて外部に異常が生じた旨を通知することを特徴としている。
本発明のプロセス制御システムは、プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムにおいて、上記のＩ／Ｏモジュールと、前記比較結果記憶部の内容に応じて前記記憶部に記憶されている情報を前記Ｉ／Ｏモジュールから取得する機器管理装置（１５）とを備えることを特徴としている。
或いは、本発明のプロセス制御システムは、プラントで実現される工業プロセスの制御を行うプロセス制御システムにおいて、上記のＩ／Ｏモジュールと、前記比較結果通知部からの通知があった場合に、前記記憶部に記憶されている情報を前記Ｉ／Ｏモジュールから取得する機器管理装置（１５）とを備えることを特徴としている。

本発明によれば、フィールド機器からＩ／Ｏモジュールに自律的に送信されて受信部で受信された情報を、比較部において記憶部に記憶されている情報と比較し、比較部の比較結果に差異が生じた場合には、記憶部に記憶されている情報を受信部で新たに受信された情報に書き換えるようにしている。このため、従来のようにフィールド機器の全てをポーリングする必要は無いため、健全性を把握するために必要となる情報を通信負荷や処理負荷を増大させることなく短時間で取得することが可能であるという効果がある。

本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第３実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。 本発明の第４実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるＩ／Ｏモジュール及びプロセス制御システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態によるプロセス制御システムの全体構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態のプロセス制御システム１は、フィールド機器１１、Ｉ／Ｏモジュール１２、コントローラ１３、操作監視端末１４、及び機器管理装置１５を備えており、操作監視端末１４からの指示等に応じてコントローラ１３がフィールド機器１１を制御することによってプラント（図示省略）で実現される工業プロセスの制御を行う。また、本実施形態のプロセス制御システム１は、機器管理装置１５によってプロセス制御システム１の健全性を把握することが可能である。

ここで、フィールド機器１１とＩ／Ｏモジュール１２とは伝送線（例えば、「４〜２０ｍＡ」信号の伝送に使用される伝送線）Ｌによって接続されており、Ｉ／Ｏモジュール１２とコントローラ１３とはケーブルＣによって接続されている。また、コントローラ１３、操作監視端末１４、及び機器管理装置１５は、制御ネットワークＮに接続されている。尚、制御ネットワークＮは、例えばプラントの現場と監視室との間を接続するネットワークである。

フィールド機器１１は、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、その他のプラントの現場に設置される機器である。尚、本実施形態では、理解を容易にするために、制御すべき工業プロセスにおける状態量が流体の流量である場合を例に挙げて説明する。このため、図１においては、プラントに設置された複数のフィールド機器１１のうちの流体の流量を測定する１つのセンサ機器１１ａと流体の流量を制御（操作）する１つのバルブ機器１１ｂとを図示している。

ここで、フィールド機器１１は、自己の状態を診断する自己診断機能を備えており、自己診断機能による診断結果を示す情報（ステータス：第１情報）やフィールド機器１１で生じた異常を示す情報（アラーム：第２情報）を自律的に上位の機器（Ｉ／Ｏモジュール）に送信する。また、フィールド機器１１は、例えばＨＡＲＴ（登録商標）等のハイブリッド通信が可能である。尚、ハイブリッド通信とは、アナログ信号にディジタル信号を重畳させることによって、アナログ信号とディジタル信号とを同時に通信することが可能な通信方式である。例えば、センサ機器１１ａは、測定したプロセス値（流体の流量）をアナログ信号で送信し、上記のステータスやアラームをディジタル信号で送信する。

Ｉ／Ｏモジュール１２は、フィールド機器１１とコントローラ１３との間に設けられ、複数のフィールド機器１１が接続可能であり、接続されたフィールド機器１１とコントローラ１３との間で入出力される信号の処理を行う。例えば、フィールド機器１１から得られる信号（「４〜２０ｍＡ」信号等のアナログ信号、及びアナログ信号に重畳されているディジタル信号）を、コントローラ１３が受信可能な信号に変換する処理を行う。このＩ／Ｏモジュール１２は、複数のフィールド機器１１をコントローラ１３に接続し、フィールド機器１１で入出力される信号とコントローラ１３で入出力される信号との中継を行うモジュールであるということもできる。尚、Ｉ／Ｏモジュール１２の詳細については後述する。

コントローラ１３は、操作監視端末１４からの指示等に応じてフィールド機器１１との間でプロセス制御通信を行ってフィールド機器１１の制御を行う。具体的に、コントローラ１３は、あるフィールド機器１１（例えば、センサ機器１１ａ）で測定されたプロセス値を取得し、他のフィールド機器１１（例えば、バルブ機器１１ｂ）の操作量を演算して送信することによって、他のフィールド機器１１（例えば、バルブ機器１１ｂ）を制御する。

操作監視端末１４は、例えばプラント等の運転員によって操作されてプロセスの監視のために用いられる端末である。具体的に、操作監視端末１４は、フィールド機器１１の入出力データをコントローラ１３から取得してプロセス制御システム１を構成するフィールド機器１１やコントローラ１３の挙動を運転員に伝えるとともに、運転員の指示に基づいてコントローラ１３の制御を行う。

機器管理装置１５は、プロセス制御システム１を構成するフィールド機器１１やコントローラ１３のステータスやアラームを取得して、フィールド機器１１やコントローラ１３の健全性を把握し、必要に応じて健全性を示す情報を運転員や保守員に通知する。ここで、機器管理装置１５はフィールド機器１１のステータスやアラームを取得する場合には、基本的にはフィールド機器１１と直接通信を行わずに、Ｉ／Ｏモジュール１２に記憶されているステータスやアラームをコマンド／レスポンス方式で取得する。これは、制御ネットワークＮの通信負荷やコントローラ１３の処理負荷を増大させることなく、機器管理装置１５がフィールド機器１１のステータスやアラームを短時間で取得できるようにするためである。

図２は、本発明の第１実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。図２に示す通り、Ｉ／Ｏモジュール１２は、通信部２１ａ，２１ｂ、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、通信部２４、自律信号受信部２５（受信部）、バッファ部２６（記憶部、比較結果記憶部）、及び比較部２７を備える。尚、図２では図示を簡略化しているが、通信部２１ａ，２１ｂ、Ａ／Ｄ変換部２２、及びＤ／Ａ変換部２３は、接続されるフィールド機器１１に応じて設けられている。

通信部２１ａは、センサ機器１１ａに接続されており、通信部２１ｂは、バルブ機器１１ｂに接続されている。これら通信部２１ａ，２１ｂは、センサ機器１１ａ及びバルブ機器１１ｂとの間で、例えばＨＡＲＴ（登録商標）等の通信規格に準拠した通信をそれぞれ行う。Ａ／Ｄ変換部２２は、通信部２１ａと通信部２４との間に設けられており、通信部２１ａで受信された信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換して通信部２４に出力する。Ｄ／Ａ変換部２３は、通信部２１ｂと通信部２４との間に設けられており、通信部２４からの信号（ディジタル信号）をアナログ信号に変換して通信部２１ｂに出力する。通信部２４は、ケーブルＣを介してコントローラ１３に接続されており、コントローラ１３との間で通信を行う。尚、通信部２４には、Ｉ／Ｏモジュール１２内において、Ａ／Ｄ変換部２２、Ｄ／Ａ変換部２３、及びバッファ部２６が接続されている。

自律信号受信部２５は、通信部２１ａで受信された信号及び通信部２１ｂで受信された信号のうち、センサ機器１１ａ及びバルブ機器１１ｂから自律的に送信された信号に含まれる情報（例えば、ステータスやアラーム等）をそれぞれ受信する。バッファ部２６は、例えば揮発性又は不揮発性のメモリを備えており、センサ機器１１ａ及びバルブ機器１１ｂから自律的に送信されたステータスやアラーム等を個別に記憶する。また、バッファ部２６は、比較部２７の比較結果を示すフラグ情報Ｆを記憶する。このフラグ情報Ｆは、センサ機器１１ａ及びバルブ機器１１ｂから自律的に送信されたステータスやアラーム等の変化が生じたか否かを個別に示す情報である。

比較部２７は、自律信号受信部２５で受信された信号に含まれる情報（ステータスやアラーム等）とバッファ部２６に記憶されている情報（ステータスやアラーム等）とを比較する。そして、比較部２７は、比較結果に差異が生じた場合に、バッファ部２６に記憶されている情報を、自律信号受信部２５で新たに受信された情報に書き換えるとともに、その比較結果をフラグ情報Ｆとしてバッファ部２６に記憶させる。例えば、センサ機器１１ａからのステータスに変化があった場合には、バッファ部２６に記憶されているセンサ機器１１ａのステータスを、新たに受信したセンサ機器１１ａのステータスに書き換えるとともに、センサ機器１１ａについてのフラグ情報Ｆの値を、センサ機器１１ａのステータス等に変化が生じた旨を示す値「１」に設定する。

次に、上記構成におけるプロセス制御システムの動作について説明する。通常時においては、コントローラ１３とフィールド機器１１との間において定周期でプロセス制御通信が行われてフィールド機器１１の制御が定期的に行われる。具体的には、まず、コントローラ１３からセンサ機器１１ａに向けてプロセス値の送信要求を示すコマンドが送信され、コマンド／レスポンス方式によりセンサ機器１１ａで測定されたプロセス値を取得する動作が行われる。尚、センサ機器１１ａで測定されたプロセス値は、アナログ信号でＩ／Ｏモジュール１２に送信され、Ｉ／Ｏモジュール１２のＡ／Ｄ変換部２２でディジタル信号に変換されてからコントローラ１３に送信される。

次いで、コントローラ１３が、取得したプロセス値に応じてバルブ機器１１ｂの操作量を演算し、演算した操作量をバルブ機器１１ｂに送信することによってバルブ機器１１ｂを制御する動作が行われる。尚、コントローラ１３で演算されたバルブ機器１１ｂの操作量は、ディジタル信号でＩ／Ｏモジュール１２に送信され、Ｉ／Ｏモジュール１２のＤ／Ａ変換部２３でアナログ信号に変換されてからバルブ機器１１ｂに送信される。

以上の動作が行われている合間に、センサ機器１１ａやバルブ機器１１ｂでは自己診断機能により自己の状態が診断され、その診断結果を示す情報（ステータス）が自律的に上位のＩ／Ｏモジュール１２に送信される。また、何らかの原因によりセンサ機器１１ａやバルブ機器１１ｂに異常が生じた場合にも、異常が生じた旨を示す情報（アラーム）が自律的に上位のＩ／Ｏモジュール１２に送信される。

センサ機器１１ａから自律的に送信された情報或いはバルブ機器１１ｂから自律的に送信された情報は、通信部２１ａ或いは通信部２１ｂを介して自律信号受信部２５で受信される。すると、自律信号受信部２５で受信された情報と、バッファ部２６に記憶された情報とが比較部２７で比較される。仮に、この比較結果に差異が生じていなければ、自律信号受信部２５で受信された情報は破棄される（自律信号受信部２５で受信された情報を用いた処理は行われない）。

これに対し、比較部２７の比較結果に差異が生じた場合には、比較部２７は、バッファ部２６に記憶されている情報を、自律信号受信部２５で新たに受信された情報に書き換える。そして、その比較結果をフラグ情報Ｆとしてバッファ部２６に記憶させる。例えば、センサ機器１１ａのステータスに変化があった場合には、バッファ部２６に記憶されているセンサ機器１１ａのステータスを新たなステータスに書き換え、センサ機器１１ａについてのフラグ情報Ｆの値を「１」に設定する。センサ機器１１ａ又はバルブ機器１１ｂから自律的にステータスやアラームが送信される度に以上の動作が行われる。

また、以上の動作とは無関係に、一定の周期（プロセス制御通信の周期よりも長い周期）或いは不定期で、機器管理装置１５とＩ／Ｏモジュール１２との間で通信が行われ、Ｉ／Ｏモジュール１２のバッファ部２６に記憶された情報（ステータスやアラーム）を取得する動作が行われる。具体的には、コントローラ１３を介して、機器管理装置１５からＩ／Ｏモジュール１２に向けてステータス等の取得要求を示すコマンドが送信され、コマンド／レスポンス方式によりＩ／Ｏモジュール１２のバッファ部２６に記憶されたステータス等を取得する動作が行われる。

このとき、Ｉ／Ｏモジュール１２においては、バッファ部２６に記憶されたフラグ情報Ｆが参照され、値が「１」となっているステータス等のみが機器管理装置１５に向けて送信される。例えば、センサ機器１１ａについてのフラグ情報Ｆの値が「１」であり、バルブ機器１１ｂについてのフラグ情報Ｆの値が「０」である場合には、バッファ部２６に記憶されたセンサ機器１１ａのステータス等は送信されるものの、バルブ機器１１ｂのステータス等は送信されない。フィールド機器１１（センサ機器１１ａやバルブ機器１１ｂ）のステータス等が取得されることにより、機器管理装置１５によってフィールド機器１１の健全性が把握される。

以上の通り、本実施形態では、フィールド機器１１から自律的に送信される情報（ステータスやアラーム）をＩ／Ｏモジュール１２の自律信号受信部２５で受信し、受信した情報とバッファ部２６記憶されている情報とを比較部２７で比較している。そして、比較結果に差異が生じた場合に、バッファ部２６に記憶されている情報を自律信号受信部２５で新たに受信した情報に書き換えるとともに、比較部２７の比較結果を示すフラグ情報Ｆを記憶するようにしている。

これにより、機器管理装置１５は、Ｉ／Ｏモジュール１２にアクセスすればプロセス制御システム１の健全性を把握するために必要となる情報を得ることができ、従来のようにフィールド機器１１の全てをポーリングする必要は無いため、短時間で必要な情報を取得することができる。この結果として、プロセス制御システム１に生じた異常や変化を、従来よりも早いタイミングで把握することが可能となる。

また、本実施形態では、フラグ情報Ｆを参照して、内容が変化したステータス等のみが機器管理装置１５に取得されるようにしているため、通信負荷を低減することができる。また、本実施形態では、フィールド機器１１から自律的に送信される情報は、Ｉ／Ｏモジュール１２で受信され、コントローラ１３で受信されることはない。このため、コントローラ１３では非定周期の割り込みが発生することがないことから、コントローラ１３の処理負荷を低減することもできる。

〔第２実施形態〕
図３は、本発明の第２実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。尚、図３においては、図２に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。また、本実施形態におけるプロセス制御システム１の全体構成は図１に示すものと同様である。

図３に示す通り、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ａは、図２に示すＩ／Ｏモジュール１２の構成（通信部２１ａ，２１ｂ〜比較部２７）に通知部３１（比較結果通知部）を追加した構成である。通知部３１は、比較部２７の比較結果を入力としており、比較部２７の比較結果に差異が生じた場合（差異が生じたものを示すものである場合）に、通信部２４、コントローラ１３を介して機器管理装置１５にその旨を通知する。

前述した第１実施形態のＩ／Ｏモジュール１２は、比較部２７の比較結果に差異が生じた場合に、バッファ部２６に記憶された情報の書き換え及びフラグ情報Ｆの変更を行うだけであった。このため、機器管理装置１５が、Ｉ／Ｏモジュール１２のバッファ部２６に記憶されたステータス等を取得するには、一定の周期或いは不定期でＩ／Ｏモジュール１２と通信を行う必要があった。

これに対し、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ａは、フィールド機器１１から自律的に送信されるステータス等に変化が生じた場合に、その旨を機器管理装置１５に通知するようにしている。このため、機器管理装置１５が、Ｉ／Ｏモジュール１２ａからの通知があった場合にのみＩ／Ｏモジュール１２ａと通信すれば良くなるため、第１実施形態よりも無駄な通信を削減することができる。但し、Ｉ／Ｏモジュール１２ａから機器管理装置１５への通知がなされると、コントローラ１３では非定周期の割り込みが発生することになることから、第１実施形態よりも僅かにコントローラ１３の処理負荷が増加する。このため、本実施形態は、コントローラ１３の処理能力に余裕があり、プロセス制御システム１の健全性をできるだけ早期に把握したい場合に有用である。

〔第３実施形態〕
図４は、本発明の第３実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。尚、図４においても、図２に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｂは、自律的に通信を行う機能を有していないフィールド機器１１（図４中のバルブ機器１１ｃ）の接続を可能としたものである。

図４に示す通り、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｂは、図２に示すＩ／Ｏモジュール１２の構成（通信部２１ａ，２１ｂ〜比較部２７）にポーリング部３２（収集部）を追加した構成である。具体的に、Ｉ／Ｏモジュール１２ｂは、通信部２１ａと比較部２７との間に自律信号受信部２５が設けられており、通信部２１ｂと比較部２７との間にポーリング部３２が設けられている構成である。尚、通信部２１ｂには、自律的に通信を行う機能を有しないバルブ機器１１ｃが接続されている。

ポーリング部３２は、通信部２１ｂを介してバルブ機器１１ｃと通信（例えば、一定周期の通信）を行い、コマンド／レスポンス方式でバルブ機器１１ｃのステータス等を取得する。つまり、ポーリング部３２は、ステータス等の送信要求を示すコマンドを、通信部２１ｂを介してフィールド機器１１ｃに送信し、このコマンドに対する応答（レスポンス）としてバルブ機器１１ｃから送信されてくる情報（ステータスやアラーム）を、通信部２１ｂを介して収集する。

上記構成において、センサ機器１１ａから自律的に送信されてＩ／Ｏモジュール１２ｂの自律信号受信部２５で受信された情報（ステータス等）は、比較部２７においてバッファ部２６に記憶された情報と比較される。これに対し、センサ機器１１ｃのステータス等は、コマンド／レスポンス方式によりポーリング部３２に収集され、比較部２７においてバッファ部２６に記憶された情報と比較される。

以上の通り、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｂは、自律的に通信を行う機能を有しないバルブ機器１１ｃのステータス等をポーリング部３２によって収集し、比較部２７においてバッファ部２６に記憶された情報と比較するようにしている。そして、比較部２７の比較結果に差異が生じた場合には、第１，第２実施形態と同様にバッファ部２６に記憶されている情報の書き換えやフラグ情報Ｆの変更を行っている。このため、プロセス制御システム１の健全性を把握するために必要となる多くの情報を従来よりも短時間で取得することができる。

〔第４実施形態〕
図５は、本発明の第４実施形態によるＩ／Ｏモジュールの要部構成を示すブロック図である。尚、図５においては、図３に示したブロックと同様のブロックには同一の符号を付してある。本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｃは、自己診断機能を有していないフィールド機器１１（図５中のセンサ機器１１ｄ）の接続を可能としたものである。

図５に示す通り、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｃは、図３に示すＩ／Ｏモジュール１２ａの比較部２７に代えて比較部３３を設け、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるディジタル信号の変化を比較部３３で検出するようにした構成である。尚、自律信号受信部２５は通信部２１ｂと比較部３３の間に設けられており、通信部２１ａと比較部３３とは接続されていない。また、通信部２１ａには、自己診断機能を有していないセンサ機器１１ｄが接続されている。

比較部３３は、図３に示す比較部２７と同様に、自律信号受信部２５で受信された情報（バルブ機器１１ｂのステータス等）と、バッファ部２６に記憶されている情報（バルブ機器１１ｂの過去のステータス等）との比較を行う。但し、比較部３３は、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるディジタル信号と、バッファ部２６に予め格納された基準値Ｖとの比較を行う点が図３に示す比較部２７とは異なる。ここで、上記の基準値Ｖは、センサ機器１１ｄから出力される信号の異常を検出するために予め用意された異常検出閾値である。つまり、Ａ／Ｄ変換部２２から出力されるディジタル信号の値が基準値Ｖを超えた場合には、センサ機器１１ｄから出力される信号が異常であることとなる。

上記構成において、バルブ機器１１ｂから自律的に送信されてＩ／Ｏモジュール１２ｃの自律信号受信部２５で受信された情報（ステータス等）は、比較部３３においてバッファ部２６に記憶された情報（バルブ機器１１ｂの過去のステータス等）と比較される。これに対し、センサ機器１１ｄから送信されてＡ／Ｄ変換部２２でディジタル信号に変換されたプロセス値は、比較部３３においてバッファ部２６に記憶された基準値Ｖと比較される。比較部３３の比較結果に差異が生じた場合（差異が生じたものを示すものである場合）に、その旨を示す信号が、通知部３１から通信部２４、コントローラ１３を介して機器管理装置１５に通知される。

以上の通り、本実施形態のＩ／Ｏモジュール１２ｃは、自己診断機能を有していないセンサ機器１１ｄから出力されてディジタル信号に変換されたプロセス値と、バッファ部２６に記憶された基準値Ｖとを比較するようにしている。そして、比較部３３の比較結果に差異が生じた場合には、その旨を機器管理装置１５に通知するようにしている。このため、機器管理装置１５は、自己診断機能を有していないフィールド機器１１の異常を従来よりも短時間で取得することができる。

以上、本発明の実施形態によるＩ／Ｏモジュール及びプロセス制御システムについて説明したが、本発明は上述した実施形態に制限されることなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、フラグ情報Ｆをバッファ部２６に記憶していたが、バッファ部２６とは別に設けられたメモリにフラグ情報Ｆを格納しても良い。また、上記実施形態では、理解を容易にするために、自律信号受信部２５、バッファ部２６、及び比較部２７が１つずつ設けられている構成を例に挙げて説明したが、これらは接続されるフィールド機器１１毎（つまり、チャネル毎）に設けられていても良い。

また、自律的に通信を行う機器の有効／無効を切り替え可能なフィールド機器１１が接続された場合に、接続されたフィールド機器１１の上記機能を自動的に有効とする機能をＩ／Ｏモジュールに設けても良い。これにより、作業者がフィールド機器をＩ／Ｏモジュールに接続する際に必要となる設定作業を簡略化することができる。

１１ フィールド機器
１１ａ センサ機器
１１ｂ バルブ機器
１１ｃ バルブ機器
１１ｄ センサ機器
１２ Ｉ／Ｏモジュール
１２ａ〜１２ｃ Ｉ／Ｏモジュール
１５ 機器管理装置
２５ 自律信号受信部
２６ バッファ部
２７ 比較部
３１ 通知部
３２ ポーリング部
３３ 比較部
Ｖ 基準値

Claims (5)

1. 複数のフィールド機器が電気的に接続可能なＩ／Ｏモジュールと、該Ｉ／Ｏモジュールを介して前記フィールド機器との間で定周期で通信を行うコントローラと、該コントローラを介して前記フィールド機器から得られる情報を取得する機器管理装置とを備えるプロセス制御システムにおいて、
   前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記複数のフィールド機器から自律的に非定周期で送信され、前記フィールド機器の自己診断結果を示す第１情報と前記フィールド機器で生じた異常を示す第２情報との少なくとも一方を含む情報をそれぞれ受信する受信部と、
   前記受信部で受信された情報を前記フィールド機器毎に個別に記憶する記憶部と、
   前記受信部で新たに受信された情報と前記記憶部に記憶されている情報とを前記フィールド機器毎に個別に比較し、比較結果に差異が生じた場合に、前記記憶部に記憶されている情報のうち前記比較結果に差異が生じた情報を前記受信部で新たに受信された情報に書き換える比較部と、
   前記比較部の前記フィールド機器毎の個別の比較結果を記憶する比較結果記憶部とを有し、
   前記機器管理装置は、前記比較結果記憶部の内容に応じて前記記憶部に記憶されている情報を前記Ｉ／Ｏモジュールから取得する
   ことを特徴とするプロセス制御システム。
2. 前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記比較部の前記フィールド機器毎の個別の比較結果に差異が生じた場合に、外部への通知を行う比較結果通知部を備えることを特徴とする請求項１記載のプロセス制御システム。
3. 前記Ｉ／Ｏモジュールは、自律的に情報を送信しないフィールド機器に対して情報送信要求を送信し、該情報送信要求に対する応答として送信されてくる情報を収集する収集部を備えており、
   前記比較部は、前記収集部で収集された情報と前記記憶部に記憶されている情報とを比較する
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のプロセス制御システム。
4. 前記Ｉ／Ｏモジュールは、前記第２情報が得られないフィールド機器から出力される信号と予め規定された基準値とを比較し、比較結果に応じて外部に異常が生じた旨を通知することを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載のプロセス制御システム。
5. 前記機器管理装置は、前記比較結果通知部からの通知があった場合に、前記記憶部に記憶されている情報を前記Ｉ／Ｏモジュールから取得することを特徴とする請求項２記載のプロセス制御システム。

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