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【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業(yè)上の利用分野】本発明は、２線式伝送路上で信號伝送を行うフィールド機器に係り、特に、受信信號で伝送路の異常を検出し、伝送路に接続されたフィールド機器全體が通信不能になるのを防ぐのに好適であるフィールド機器に関する。

【０００２】

【従來の技術(shù)】いわゆるフィールド機器と稱される機器は各種プラントの圧力，溫度，流量などの物理量を検出し、その値を電気信號に変換し、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號を受信し、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、該電気信號の伝送は、伝送信號がアナログ信號の場合に、規(guī)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のアナログ電流信號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、アナログ信號での一方向通信が行われていた。

【０００４】しかし、近年、半導(dǎo)體集積回路技術(shù)の向上により、マイクロプロセッサ內(nèi)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號の通信のほかに、雙方向のディジタル信號の通信を行い、フィールド機器のレンジ設(shè)定，自己診斷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、複數(shù)臺のフィールド機器を同一伝送路上に接続し、雙方向のディジタル信號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(tǒng)一のための規(guī)格化作業(yè)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(gòu)成例を図１を用いて説明する。 同図は、複數(shù)臺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裝置構(gòu)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とディジタル信號で雙方向の通信を行い、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號で雙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(gòu)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數(shù)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、および接続臺數(shù)などの條件による通信信號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、その送信信號としてはターミネータを接続した狀態(tài)での送信電圧値で規(guī)定されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従來技術(shù)にあっては、各フィールド機器の受信信號レベルの範(fàn)囲を規(guī)定するのみで、その範(fàn)囲內(nèi)で検出できる異常について配慮されておらず、例えば、伝送路の両端に接続されたターミネータのどちらか一方が外れた狀態(tài)においては、伝送路が短い場合に、フィールド機器が上位機器と通信できる可能性があるが、伝送路の長さ、および、
外れたターミネータとフィールド機器との位置関係などの條件により、通信不能となるフィールド機器が存在する可能性があることについて考慮されていなかった。

【００１０】また、ドライバ回路が電流ドライバである場合に、両方のターミネータが伝送路から外れたとき、
フィールド機器からみた伝送路のインピーダンスが極度に大きくなるため、過大な電流が伝送路に流れて、接続されている他の機器に害を及ぼす可能性があるという問題についても何の考慮もされていなかった。

【００１１】本発明は、フィールド機器が受信する信號レベルを検出することにより、ターミネータが伝送路から外れたことなどの異常を認(rèn)識し、さらに、その後に起こりうるシステム全體に対する異常が発生することを未然に防ぐことができるフィールド機器、および、フィールドバス?システム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、各フィールド機器が受信する信號レベルを規(guī)定値と比較し、前記規(guī)定値より大きい場合に、どちらか一方のターミネータが伝送路から外れたと識別し、
フィールド機器の入力インピーダンスを低くすることにより、通信可能狀態(tài)とし、その異常を他のフィールド機器や上位機器へ通信にて知らせることにより、さらに、
もう一方のターミネータも伝送路から外れた場合に、前記システム異常狀態(tài)になることを防ぐようにしたものである。

【００１３】

【作用】本発明によるフィールド機器は、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號の大きさは、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(tài)などの條件により、伝送路上の各箇所での信號の大きさは、異なっていて一様ではない。 よって、伝送路上のどちらか一方のターミネータが外れたときも、同様に、伝送路上での信號レベルは大きくなる方向に変化するが、その変化は一様でなく、受信可能である箇所もあれば、規(guī)定受信範(fàn)囲外になる箇所もあり、それらは、前記條件によっても変わるものである。 このため、伝送路上に接続された、
少なくとも１臺のフィールド機器が、その異常を検出して、外れたターミネータの代わりに、フィールド機器の入力インピーダンスを低くすることにより、伝送路に接続された全ての機器で通信可能となり、その異常情報を通信により他のフィールド機器に知らせれば、フィールドバス上の各機器は、異常を認(rèn)識することができる。

【００１４】特に、上位側(cè)のフィールド機器に、この異常情報が伝送されると、コントロールルームのＣＲＴ畫面などに、その異常をアラームとして表示することができる。

【００１５】それによって、殘りの片方のターミネータが外れて、通信不能などの致命的なシステム異常狀態(tài)になることを避けることができる。

【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?
システムの裝置構(gòu)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、ディジタル信號で雙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，溫度，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。 本実施例においては、
フィールド機器１ _a ，１ _b ，１ _cがフィールド側(cè)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。

【００１９】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、ディジタル信號の通信を行い、フィールド機器の検出した各種物理量（圧力，溫度，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號を送信している。

【００２０】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內(nèi)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(diào)整などの処理を、伝送路５を介して通信を行い実行する。

【００２１】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(gòu)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數(shù)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、および接続臺數(shù)などの條件による通信信號への影響を小さく押さえている。

【００２２】このため、伝送路からターミネータが外れた場合に、フィールド機器からみた伝送路のインピーダンスが大きくなり、各フィールド機器からの送信信號は、大きくなる方向に変化する。 ただし、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號の大きさは、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(tài)などの條件により、伝送路上の各箇所での信號の大きさは、異なっていて一様ではない。

【００２３】伝送路上に接続されたフィールド機器１ _a ，１ _b ，１ _c 、および、上位機器３は通信信號を受信する際に、その信號の大きさを検出し、異常であった場合には、機器自身の入力インピーダンスを低くし、その後、他の機器に、伝送路に異常があることを送信する。

【００２４】次に、図２を用いて、フィールド機器の動作について、詳細に説明する。

【００２５】図２において、ＤＣ?ＤＣコンバータ１０
７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全體の消費電流が一定になるように制御する。

【００２６】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。

【００２７】前記マルチプレクサ１０９には、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６からの入力切換信號が入力され、
その信號は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１０１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數(shù)を用いて、補正演算を行い、これにより真?zhèn)帳蚯螭?、RAM102にその値が格納される。

【００２８】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號列を出力する。 この信號は、変調(diào)回路１１２で変調(diào)された信號となり、ドライバ１１１に入力され、ドライバ１
１１から伝送路へ通信信號として出力される。 ここで、
変調(diào)方式としては、例えばディジタル信號の“１”，
“０”に対応する２種類の周波數(shù)で変調(diào)する周波數(shù)変調(diào)方式、および、ベースバンド信號のマンチェスタ符號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、電圧信號で出力する方式と電流信號で出力する方式とがある。

【００２９】受信動作は、伝送路からの通信信號を復(fù)調(diào)回路１１３で前記シリアルのディジタル信號列で取り出し、送受信回路１０４にディジタル信號の“１”，
“０”からなるデータとして入力される。 送受信回路１
０４に入力された信號は、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。

【００３０】ここで、信號レベル検出回路１０４は、伝送路上の通信信號を復(fù)調(diào)回路１１３が受信するのと同じ信號を受信し、その信號の振幅から規(guī)定値より大きい場合に異常があるとして、異常信號を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、異常信號を受け取り、伝送路に接続されている２つのターミネータのどちらかが伝送路から外れたという異常を認(rèn)識する。 その後、マイクロプロセッサ１０１は、伝送路から外れたターミネータの代わりに、フィールド機器１の入力インピーダンスを低くするための制御信號をＩ／Ｏインターフェイス１０６に出力する。 この制御信號は、Ｉ／Ｏインターフェイス１０６を介してドライバ１１１に伝えられ、ドライバ１１１のインピーダンスを低くする。 このため、フィールド機器１全體の入力インピーダンスも、
それによって低くなり、ターミネータの代替になるため、フィールドバスの伝送路上での通信が可能となる。
次に、マイクロプロセッサ１０１は、伝送路に異常があることを通信信號として、他のフィールド機器、および、上位機器へ向かって送信する。

【００３１】前記異常信號が出力されるケースとしては、過大なノイズが伝送路上に入り込んだケースと、伝送路の両端に接続されたターミネータが外れたケースがある。 前者は、一過性のものがほとんどであるため、信號レベル検出回路１０４で連続して異常が検出されたときのみ、異常出力すれば、後者のような本質(zhì)的な異常のみを異常として検出することができる。

【００３２】前記ターミネータが伝送路から外れる場合において、ターミネータは伝送路の両端に接続されており、同時に、両方のターミネータが外れることはほとんどなく、片方のターミネータが外れた時點で、フィールド機器、および、上位機器が異常を検出する。 この時點では、フィルドバス全體が通信不能になるのではなく、
両方のターミネータが外れた時點で、初めてフィールドバス全體が通信不能になる可能性がでてくるので、検出した異常は伝送路上の機器に伝えられる。

【００３３】本実施例によれば、伝送路の異常を検出できるので、その後に、フィールドバス全體が通信不能になるといった致命的なシステム異常狀態(tài)になることを、
未然に防ぐことができるいう効果がある。

【００３４】また、フィールド機器自身が送信する信號を受信し、同様な異常検出を行えば、伝送路での信號の減衰がなく、フィールド機器からみた、伝送路のインピーダンス変化を、受信信號で正確に検出できる。 このため、前記伝送路の條件に関わりなく、異常が検出できるという効果がある。

【００３５】

【発明の効果】以上、説明したことから明らかなように、本発明によるフィールド機器をフィールドバス上に設(shè)置することにより、即座に、通常の通信信號で伝送路の異常を検出でき、通信可能な狀態(tài)に復(fù)帰して、その異常情報を通信信號として送信できるので、システム的な異常になる前に異常対策が行え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裝置構(gòu)成図である。

【図２】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。

【符號の説明】

１，１ _a ，１ _b ，１ _c …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、６ _a ，
６ _b …ターミネータ。