JPH05260568A - フィールドバスシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】フィールドバスシステムにおいて、通信異常箇
所を容易に検知することができ、かつ、送信動作中に受
信動作を停止して消費電力を少なくする。 【構成】フィールド機器１ａ，１ｂ，１ｃ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、
双方向ディジタル信号の通信を上位機器３と行う。各フ
ィールド機器は、エンコ−ダ回路から出力される規格化
された信号を、即座にデコーダ回路に戻すためにアナロ
グスイッチを設け、フィールド機器のみのループバック
試験と、伝送路５を含んだループバック試験を行い、フ
ィールド機器自身の異常か、伝送路を含む異常かを識別
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、２線式伝送器上で信号
伝送を行うフィールドバスシステムに係り、特に、ルー
プバックテストでフィールドバス上の異常を検出し、各
フィールド機器を含む伝送路全体の信頼性を高めるのに
好適なフィールドバスシステムに関する。

【０００２】また、システム全体の消費電力も合わせて
低く抑えるのに好適なフィールドバスシステムに関す
る。

【０００３】

【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。

【０００４】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には、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
通向であり、上位機器とフィールド機器とは１対１に対
応している。

【０００５】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お
り、公知技術としては、特開昭58−48198 号，特開昭59
−201535号などがある。この場合も、上位機器とフィー
ルド機器とは１対１に対応している。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２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１ａ，１ｂ，１ｃ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１ａ，１ｂ，
１ｃ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１ａ，１ｂ，１ｃ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６ａ，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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来技術にあ
っては、上位機器とフィールド機器は１対１に対応した
ものであり、異常の原因がどこにあるのかは比較的容易
に判断できた。

【００１０】しかし、フィールドバスでは伝送路に接続
された上位機器とフィールド機器の数は複数台であり、
異常が起こった場合、その原因を識別するのが困難であ
る。また、フィールドバスは通信の他に、各フィールド
機器へ動作電力を伝送路を介して外部から供給する。フ
ィールド機器自身は、設置環境が厳しい爆発性危険場所
で使用される場合が多い。そのため、防爆構造を考慮し
た給電方式の確立が必要であり、信頼性の面からも消費
電力を少なくすることが課題となっている。本発明は、
フィールド機器の簡単な構造改良で、フィールド機器自
身の異常か、外部異常かが判断できるフィールドバスシ
ステムを提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明の他の目的は、上述の構造改
良で各フィールド機器の消費電力を少なくできるフィー
ルドバスシステムを提供することにある。

【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、フィールド機器内のエンコーダ回路から
出力される規格化された信号を、即座にデコーダ回路に
戻し、フィールド機器自身のループバックテストを行う
場合と、伝送路を含むシステム全体のループバックテス
トを行う場合とに切り換えられるアナログスイッチを設
け、自己診断を定期的に行ない、フィールド機器自身の
異常を瞬時に検知するものである。

【００１３】また、異常が発生した場合も、即座に同様
の動作を行ない、フィールド機器自身の異常を瞬時に検
知するものである。

【００１４】また、エンコーダ回路が送信動作している
ときに、デコーダ回路を切り放すアナログスイッチを上
記のものを利用することで、送信動作と受信動作が同時
に起こることがなくなり、通信時の消費電力の増大を必
要最小限にしたものである。

【００１５】

【作用】本発明によるフィールドバスシステムは、フィ
ールド機器内のエンコーダ回路から出力された規格化さ
れた信号を、即座にデコーダ回路に戻すためにアナログ
スイッチを設けることにより、フィールド機器自身のル
ープバットテストと伝送路を含むループバックテストが
行える。

【００１６】これによって、これら２つの場合を比較処
理することができ、フィールド機器自身の異常か、また
は外部の異常かを判断できる。

【００１７】また、信号送信時に、このアナログスイッ
チにより受信回路を切り放しておけば、送信動作のみが
行われるので、消費電力の増分は、送信回路の消費電力
のみとなる。

【００１８】これによって、送信回路と受信回路が同時
に動作することがなくなるので、通信による消費電力の
増分を少なくすることができる。

【００１９】

【実施例】以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説
明する。

【００２０】図２は、本発明に用いたフィールドバスシ
ステムの装置構成例である。

【００２１】同図において、フィールド機器１ａ，１
ｂ，１ｃ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１ａ，１ｂ，１ｃは、伝送器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。本実施例においては、フィー
ルド機器１ａ，１ｂ，１ｃかフィールド側のジャンクシ
ョン・ボックス（中継箱）に接続した例を示すが、これ
は、他の、例えば伝送路５の中間からであっても問題な
い。

【００２２】上位機器３はフィールド機器１ａ，１ｂ，
１ｃ、上位機器２などのフィールドバス対応機器と伝送
器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。

【００２３】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，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。

【００２４】ターミネータ６ａ，６ｂ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。なお、タ
ーミネータ６ａ，６ｂの仕様は、規格で決められてい
る。

【００２５】次に、図１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１
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１
１０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、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１０１があり、このマイクロプロセッサ１
０１は前記Ａ／Ｄ変換器１０５から順次、送り込まれる
出力と、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、これにより真値を求め、RAM1
02にその値が格納される。図３は本システムの動作を示
すフローチャートであり、詳細な内容を以下に記す。

【００２６】フィールド機器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からの指令で、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、エンコーダ回路１１３で
コード化された信号となる。通常、通信状態ではアナロ
グスイッチ１１５はＢに接続されており、ドライバ１１
１にコード化された信号が入力され、ドライバ１１１か
ら伝送器へ通信信号として出力される。ここで、コード
化としては、例えば、ディジタル信号の“１”，“０”
に対応する２種類の周波数でコード化する方式、およ
び、ベースバンド信号のマンチェスタ符号にコード化す
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とがあるが、本実施例で
は、電流信号で出力する方式にあり、ドライバ１１１の
出力電流は、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６からの指示
により切り換えられる。

【００２７】受信動作は伝送路からの通信信号をデコー
ダ回路１１４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出力される。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、受信データとし取り出される。

【００２８】ここで、マイクロプロセッサ１０１はＩ／
Ｏインターフェイス１０６を介しアナログスイッチ１１
５がＢに接続された状態、すなわち伝送路を含んだ状態
でループバックテストを行い、送受信のディジタル信号
をＲＡＭに格納しておく。次にマイクロプロセッサ１０
１はＩ／Ｏインターフェイスを介して、アナログスイッ
チ１１５をＡに接続し、フィールド機器自身のループバ
ックテストを行い、送受信のディジタル信号をＲＡＭに
格納する。この２つの場合を、マイクロプロセッサ１０
１により、比較，処理し、フィールド機器自身に異常が
あるか、または外部に異常があるかを判断する。

【００２９】そして、異常がない場合は、マイクロプロ
セッサ１０１はＩ／Ｏインターフェイス１０６を介し、
アナログスイッチ１１５をＢに戻す。異常があった場合
には、その異常を通信信号として、他のフィールド機器
および、上位機器へ向かって送信し、マイクロプロセッ
サ１０１はＩ／Ｏインターフェイス１０６を介しアナロ
グスイッチ１１５をＢに戻す。

【００３０】また、信号レベル検出回路１１２は、伝送
路上の通信信号をデコーダ回路114が受信するのと同じ
信号を受信し、その信号の振幅から規定値より大きい場
合に異常があるとして、異常信号をＩ／Ｏインターフェ
イス１０６に出力する。マイクロプロセッサ１０１はＩ
／Ｏインターフェイス１０６を介して異常信号を受けと
り、上述した２つのループバックテストを行い、異常が
どこにあるかを判断し、その異常を通信信号として、他
のフィールド機器および、上位機器へ向かって送信し、
アナログスイッチ１１５をＢに接続する。

【００３１】前記、異常信号が出力されるケースとして
は、ｉ）過大なノイズが伝送路に入り込むケース、ii）
伝送器の両端に接続されたターミネータが外れるケー
ス、iii)フィールド機器自身の異常、などがある。ｉ）
は一過性のものがほとんどであり、周期的な時間をおい
て、ループバック試験を行えば、ii），iii)のような本
質的な異常のみを異常として検出できる。

【００３２】また、送信動作中には、マイクロプロセッ
サ１０１よりＩ／Ｏインターフェイス１０６を介してア
ナログスイッチ１１５をＣに接続するようにし、送信動
作中でない場合は、アナログスイッチ１１５をＢにして
おく。

【００３３】本実施例によれば、フィールドバス上の異
常を検出し、異常の原因がどこにあるのかを識別でき、
各フィールド機器を含む伝送路全体の信頼性を高めるこ
とができるという効果がある。また、送信動作中に同時
に受信動作を行うことがないので、フィールドバスシス
テム全体の消費電力を少なくできるという効果がある。

【００３４】

【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、フィールド機器内のエンコーダ回
路から出力される規格化された信号を、即座にデコーダ
回路に信号を戻すためにアナログスイッチを設け、ルー
プバックテスト機能を付加することにより、即座に、通
常の通信信号で伝送路の異常がフィールド機器自身であ
るのか、又は外部の異常であるのかを判断でき、また、
その異常情報を通信信号として送信するので、システム
的な異常になる前に異常対策を容易に行える効果があ
る。

【００３５】また、本発明によるフィールドバスシステ
ムによれば、各フィールド機器の消費電力を少なくでき
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機器の一実施例を示す
ブロック図である。

【図２】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３】本発明によるフィールドバスシステムの一実施
例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ…フィールド機器、２…上位通信
機、３…上位機器、４…外部電源、５…伝送路、６ａ，
６ｂ，７…ターミネータ。

Claims (3)

【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、フィールド機器自身がセンサから検出したアナログ
   信号をＡ／Ｄ変換器によりディジタル化し、そのディジ
   タル化された送信信号を規格化されたディジタル信号に
   変換するエンコーダ回路と、規格化された受信信号をフ
   ィールド機器自身が受信するためのディジタル信号に変
   換するデコーダ回路を有し、上記信号処理手段としてマ
   イクロプロセッサを内蔵したフィールド機器において、
   エンコーダ回路から出力される規格化された信号を、即
   座にデコーダ回路に戻しフィールド機器自身のループバ
   ックテストを行う場合と、伝送路を含んだシステム全体
   のループバックテストを行う場合とに切り換えられるア
   ナログスイッチを設け、上記、マイクロプロセッサの制
   御にしたがって、このアナログスイッチを切り換える制
   御手段を各フィールド機器が備えていることを特徴とす
   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に
   おいて、フィールド機器を含む伝送路上に異常が発生し
   た場合、フィールド機器自身のループバックテストと、
   伝送路を含んだシステム全体のループバックテストを、
   請求項１記載のアナログスイッチをマイクロプロセッサ
   の制御にしたがって切り換え比較処理し、異常信号を他
   のフィールド機器及び上位機器へ送信することを特徴と
   するフィールドバスシステム。
3. 【請求項３】請求項１記載のフィールドバスシステムに
   おいて、送信動作をしているときに、請求項１記載のア
   ナログスイッチを用い、受信動作を停止する手段を各フ
   ィールド機器が備えたことを特徴とするフィールドバス
   システム。