JPH0650555B2 - 4線式フイールド計器装置とその通信方法 - Google Patents

4線式フイールド計器装置とその通信方法

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JPH0650555B2
JPH0650555B2 JP1030269A JP3026989A JPH0650555B2 JP H0650555 B2 JPH0650555 B2 JP H0650555B2 JP 1030269 A JP1030269 A JP 1030269A JP 3026989 A JP3026989 A JP 3026989A JP H0650555 B2 JPH0650555 B2 JP H0650555B2
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signal transmission
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、各種プラントにおける圧力、流量、温度など
の物理量を検出して、上位計器へその信号を伝送する4
線式フィールド計器装置およびその通信方法に関する。
〔従来の技術〕
フィールド計器と呼ばれる計器類は、センサを内蔵して
プロセスの物理量を検出し、その値を電気信号に変換し
て上位受信計器へ伝送している。この電気信号の伝送
は、規格として統一されており、フィールド計器が信号
用の伝送線に4〜20mAのアナログ電流信号を出力
し、上位受信計器がそのアナログ電流信号を受信するよ
うになっている。
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計器が開発され実用化されてい
る。これは、2線式の伝送線上において、一方向のアナ
ログ信号通信の他に双方向のディジタル信号通信を行な
い、フィールド計器のレンジ設定、自己診断などを遠隔
にて操作できるようにしたものである。
このようなフィールド計器は、外部電源の設置箇所によ
り、2線式フィールド計器と4線式フィールド計器に分
類されている。
第3図は2線式フィールド計器の装置構成例を示してい
る。図において、フィールド計器1Aは、外部電源4か
ら供給される電圧により、検出した物理量に対応した電
流を信号用伝送線5に流す定電流源としてアナログ信号
を出力し、上位受信計器3は、このアナログ信号を受信
してフィールド計器1Aの指示値として使用する。上位
通信計器2は、フィールド計器1Aと上位受信計器3,
外部電源4との間に接続され、フィールド計器1Aとデ
ィジタル信号で通信を行なう。
また、第4図は4線式フィールド計器の装置構成例を示
している。図において、フィールド計器1Bは、検出し
た物理量に対応した電流を信号用伝送線5に流す定電流
源として動作する。上位受信計器3と上位通信計器2の
動作は、第3図の場合と同様である。なお、フィールド
計器1Bには、伝送線50を介して外部電源40が接続
されている。
信号用伝送線にアナログ信号とディジタル信号を伝送す
る方法としては、アナログ信号上にディジタル信号をの
せて、アナログ信号値に影響を与えずにディジタル信号
を出力できるようにした技術が提案されている。例え
ば、特開昭58−48198号公報(以下、従来例1と
いう)では、ディジタル信号を出力する際のディジタル
信号パターンの内容により、アナログ信号値に補正を加
えるようにしている。また特開昭59−201535号
公報(以下、従来例2という)では、ディジタル信号パ
ターンを正負のパターンにするようにしている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来技術のうち従来例1では、通信
速度が遅い場合、または連続してディジタル信号を通信
する場合、アナログ信号がディジタル信号の影響を受け
て、アナログ信号値の誤差が大きくなるという問題があ
る。
また、従来例2では、2線式のフィールド計器のみを対
象としており、4線式のフィールド計器については考慮
されていない。すなわち、信号用伝送線の線間電圧が低
い場合、上位通信器側から信号用伝送線上のアナログ信
号にディジタル信号を重畳して通信できないという問題
がある。
本発明の目的は、アナログ信号値にあまり影響すること
なく、信号用伝送線上でディジタル通信が行なえる4線
式のフィールド計器装置およびその通信方法を提供する
ことである。
〔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、プロセスの物理
量を検出し、その検出値に対応したアナログ信号を出力
するフィールド計器と、前記アナログ信号を受信する上
位受信計器と、伝送線を介して前記フィールド計器に電
力を供給する外部電源と、前記伝送線とは別個に設けら
れ、前記フィールド計器と上位受信計器とを接続する信
号用伝送線と、該信号用伝送線の途中に接続され、前記
フィールド計器を制御するためのディジタル信号を出力
する上位通信計器と、を備えた4線式フィールド計器装
置において、前記信号用伝送線の線間電圧を前記アナロ
グ信号の電圧レベルの最大値よりも高く保持する手段
を、信号用伝送線上に配設したものである。
また、本発明は、伝送線を介して電力が供給されて作動
するフィールド計器からのアナログ信号を、前記伝送線
とは別個に設けた信号用伝送線を介して上位受信計器で
受信するとともに、上位通信計器からのディジタル信号
を前記信号用伝送線を利用して前記フィールド計器に送
信し、該フィールド計器を制御する4線式フィールド計
器装置の通信方法において、前記信号用伝送線の線間電
圧を前記アナログ信号の電圧レベルの最大値よりも高く
保持して、前記アナログ信号とディジタル信号を伝送し
通信を行なうことである。
〔作用〕
本発明によれば、4線式フィールド計器の信号用伝送線
を流れるアナログ信号は、国際的に統一された4〜20
mAの電流信号であり、上位受信計器内の伝送線に直列
接続された抵抗は通常250Ωのものが使用されるた
め、上位受信計器に加えられる電圧は1〜5Vの範囲と
なる。したがって、従来例による通信方式では、信号用
伝送線の線間電圧が1〜5Vと低電圧になるので、上位
通信計器を信号用伝送線に接続して、上位通信計器から
ディジタル信号を伝送することが困難である。
しかし、本発明による通信方式では、外部電源を、例え
ば2線式フィールド計器と同じく、24Vの定電圧源を
使用したとすると、伝送路の線間電圧は、19〜23V
の範囲の比較的に高電圧となるので、上位通信計器は容
易にディジタル信号を伝送できる。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例を図面に従って説明する。
第1図は本発明に係る4線式フィールド計器装置の全体
構成を示している。図において、フィールド計器1は各
種プラントにおける圧力,流量,温度などの物理量を検
出するものであり、伝送線50を介して外部電源40よ
り供給される電力で動作し、前記物理量に対応した電流
を2線式の信号用伝送線5へ流す。上位受信計器3は、
信号用伝送線5を流れる電流により、フィールド計器1
が検出した物理量を受信する。上位通信計器2は、信号
用伝送線5において、フィールド計器1と上位受信計器
3,外部電源41の間に接続され、フィールド計器1と
ディジタル信号で通信を行ない、フィールド計器1のレ
ンジ設定,自己診断などの処理をする。
フィールド計器1の内部は、ROM103にプログラム
された処理により、計器全体がマイクロプロセッサ10
1によって制御されている。複合センサ108は、例え
ば流量センサ,温度センサなどの複数センサからなり、
それぞれのセンサ出力信号はマルチプレクサ109へ導
びかれ、更にI/Oインターフェイス106の入力選択
信号により、A/D変換器105へ送るセンサ信号の選
択が行なわれる。マイクロプロセッサ101は、A/D
変換器105から順次送り込まれる前記複合センサの信
号と、ROM103、またはRAM102に記憶された
種々の補正係数とを比較して補正を行ない、真値を求
め、事前にRAM102に設定されている出力レンジに
より、正規化された出力値をD/A変換器107へ出力
する。
D/A変換器107の出力値は、加算器110におい
て、変調回路112のディジタル出力信号と加算され
て、V/I変換器111へ送られる。V/I変換器11
1では、その入力信号に見合った電流(通常4〜20m
Aの範囲)が、信号用伝送線5に流れるように制御す
る。ディジタル信号の通信を行なう場合、送受信回路
(UART)104から出力する送信データは、変調回
路112により、例えば周波数変調のように、ディジタ
ル信号の“1”,“0”に対応する2種類の周波数信号
に変換される。この信号は、前述の通り、加算器110
でアナログ信号出力値と加算され、V/I変換器111
を通って、アナログ信号に重畳した形でディジタル信号
が信号用伝送線5に送信される。ここで、変調回路11
2の出力信号は、正負の方向に同じ振幅の方形波、また
はサイン波の信号であれば、ディジタル信号を出力して
も瞬時的なV/I変換器111の出力電流値変化のみ
で、アナログ信号には、殆ど影響を与えない。また、デ
ィジタル信号を受信する場合、上位受信計器2,上位受
信計器3からの送信信号は、前記の変調された電流信号
と同様なディジタル信号である。ここで、信号用伝送線
5の線間電圧を高くする手段としての外部電源41の電
圧値は常に一定であり、信号用伝送線5を流れる電流値
が変化すると、上位受信計器3のアナログ信号検出用の
抵抗30の両端電圧も、これに応じて変化するため、フ
ィールド計器1に加えられる電圧は、必然的に前記電圧
変化と逆の電圧変化が生じる。復調回路113では、こ
の電圧変化を捕らえて、復調することにより、“1”,
“0”のディジタル信号とし、送受信回路104でこの
ディジタル信号を受信することができる。また、前述の
フィールド計器1が、ディジタル信号を送信する場合も
同様に、信号用伝送線5を流れる電流値が変化するた
め、復調回路113を通して、自らが送信した信号を受
信できる。
次に、上位受信計器3の動作について説明する。信号用
伝送線5に対し直列に接続された抵抗30は、普通25
0Ωの値のものが用いられ、抵抗の両端の電圧をアンプ
31により取り出すことにより、信号用伝送線5を流れ
ているアナログ電流信号(4〜20mA)を、1〜5V
に変換して上位システムに伝送する。通信器32は、フ
ィールド計器1内の送受信回路,変・復調回路と同じ回
路で構成されており、信号用伝送線5に電流信号を流す
ことによりディジタル信号を送信し、抵抗30の両端電
圧の変化により、ディジタル信号を受信する。ここで、
前述と同じく、上位受信計器3でも自らが送信した信号
を受信できる。
上位通信計器2の内部ブロック図を第2図に示す。上位
通信計器2はマイクロプロセッサ201で制御され、I
/Oインターフェイス205を通して表示装置206に
現在の状態を表示し、入力装置207より入力される動
作指令に対して、フィールド計器1とディジタル信号の
通信を行なう。通信部は、送受信回路204,変調回路
209,復調回路212,V/I変換器211で構成さ
れ、前記フィールド計器1と同様な動作をする。ここ
で、変調回路209の出力は、前記のように正負に同じ
振幅の信号であり、V/I変換器211に入力される。
V/I変換器211では、信号用伝送線5に流れている
電流に、前記の変調されたディジタル信号に対応した電
流を重畳して、フィールド計器1と通信を行なってい
る。
このV/I変換器211の特性として、入力信号に対応
した電流信号を出力することから、その定電流回路をト
ランジスタ等で構成する場合、1個のトランジスタのコ
レクタ−エミッタ間の電圧だけでも1V以上必要であ
り、回路が正常に動作するには少なくとも、その2,3
倍は必要である。
したがって、信号用伝送線5の線間電圧が低い場合、上
位通信計器2が、ディジタル信号を出力するには、複雑
な定電流回路でV/I変換器211を構成しなければな
らないが、本実施例では、外部電源41より、信号用伝
送線5の線間電圧を十分高く保持することができるの
で、上位通信計器2の回路が、安価でかつ簡単な構成
で、ディジタル信号の通信ができるという効果がある。
また、フィールド計器1以外の上位計器側の装置構成
を、2線式のフィールド計器と同一にできるため、共用
化が行なえるという効果がある。
〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、4線式フィールド
計器装置において、フィールド計器と上位受信計器間の
信号用伝送線の線間電圧を、アナログ信号の電圧レベル
の最大値よりも高く保持することができるので、アナロ
グ信号に影響を与えることなく信号用伝送線上でディジ
タル通信を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の4線式フィールド計器装置の全体構成
図、第2図は第1図に示す上位通信計器の内部ブロック
図、第3図は2線式フィールド計器装置の全体構成図、
第4図は従来の4線式フィールド計器装置の全体構成図
である。 1…フィールド計器、2…上位通信計器、 3…上位受信計器、5…信号用伝送線、 40,41…外部電源、50…伝送線。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】プロセスの物理量を検出し、その検出値に
    対応したアナログ信号を出力するフィールド計器と、前
    記アナログ信号を受信する上位受信計器と、伝送線を介
    して前記フィールド計器に電力を供給する外部電源と、
    前記伝送線とは別個に設けられ、前記フィールド計器と
    上位受信計器とを接続する信号用伝送線と、該信号用伝
    送線の途中に接続され、前記フィールド計器を制御する
    ためのディジタル信号を出力する上位通信計器と、を備
    えた4線式フィールド計器装置において、 前記信号用伝送線の線間電圧を前記アナログ信号の電圧
    レベルの最大値よりも高く保持する手段を、信号用伝送
    線上に配設したことを特徴とする4線式フィールド計器
    装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の4線式フィールド計器装置
    において、前記手段は、前記上位受信計器側の信号用伝
    送線上に配設されていることを特徴とする4線式フィー
    ルド計器装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載の4線式フィールド計器装置
    において、前記手段が保持する電圧は、19〜23Vで
    あることを特徴とする4線式フィールド計器装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載の4線式フィールド計器装置
    において、前記手段は前記信号用伝送線の高電位側に配
    設されていることを特徴とする4線式フィールド計器装
    置。
  5. 【請求項5】請求項1記載の4線式フィールド計器装置
    において、前記手段は前記信号用伝送線の低電位側に配
    設されていることを特徴とする4線式フィールド計器装
    置。
  6. 【請求項6】伝送線を介して電力が供給されて作動する
    フィールド計器からのアナログ信号を、前記伝送線とは
    別個に設けた信号用伝送線を介して上位受信計器で受信
    するとともに、上位通信計器からのディジタル信号を前
    記信号用伝送線を利用して前記フィールド計器に送信
    し、該フィールド計器を制御する4線式フィールド計器
    装置の通信方法において、 前記信号用伝送線の線間電圧を前記アナログ信号の電圧
    レベルの最大値よりも高く保持して、前記アナログ信号
    とディジタル信号を伝送し通信を行なうことを特徴とす
    る4線式フィールド計器装置の通信方法。
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