JPH0883389A - フィールド通信装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、バスケーブルが断線しても通信機能
を維持することができるフィールド通信装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】バスケーブル１ａ上にステーション２−１〜２
−ｎを接続し、ステーション間でバスケーブル１ａを介
して信号を伝送するフィールド通信装置においてバスケ
ーブル１ａに対して併設されたバックアップ用のバスケ
ーブル１ｂと、前記バスケーブル１ａ及び前記バックア
ップ用バスケーブル１ｂの各一端と前記電源３との間に
設けられ通常時は前記バスケーブル１ａに前記電源３を
接続する切換部１１と、電源３が接続されている前記バ
スケーブル１ａの電気量と基準値とを比較し、その比較
結果に応じて電源３を供給すべきバスケーブルをバック
アップ用のバスケーブル１ｂへ切換えるコンパレータ１
３とを具備する構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プラント施設の各所に
設置されるフィールド機器から出力されるプロセス信号
を制御監視装置へ伝送し、又は制御監視装置からフィー
ルド機器へプロセス量を制御する制御信号を伝送するの
に用いられるフィールド通信装置に係り、さらに詳しく
はフィールドバス方式の伝送路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般のプラント設備では、圧力や流量等
の各種プロセス量を制御するためにフィールド内の各所
に種々のセンサを設置し、それらセンサから出力される
信号を中央の制御監視装置へ伝送する。そして、制御監
視装置でセンサ信号に基づいたプロセス監視を行い、プ
ロセス量を制御するための信号をフィールド機器に対し
て伝送している。

【０００３】従来は各センサから制御監視装置へプロセ
ス量を伝送するのに使用している信号は直流電流４〜２
０ｍＡのアナログ信号であったが、最近は制御監視装置
とセンサ等のフイールド機器との間の伝送を全てデジタ
ル信号で行ういわゆるフィールドバス方式が考えられて
いる。

【０００４】図２は、フィールドバス方式を採用したフ
ィールド通信装置の構成図である。従来のフィールド通
信装置は、１本のバスケーブル１上に複数のステーショ
ン２−１〜２−ｎが接続され、バスケーブル１の一端部
に電源３がフィルタ４を介して接続され、さらにバスケ
ーブル１の他端にターミネータ５が接続される。なおフ
ィルタ４は通信信号が電源３へ流れ込むのを防止するた
めのもので、約３２ｋＨｚのカットオフ帯域を有してい
る。また、ターミネータ５は通信信号が終端で反射する
のを防止するために設けられている。

【０００５】バスケーブル１は、主にツイストペア線等
の一対の電線が用いられ、各ステーション２−１〜２−
ｎはツイストペア線の各々に接続される。また、バスケ
ーブル上に接続されるステーション２−１〜２−ｎは、
プロセス量を測定するセンサ、センサの出力信号を記録
する記録計、プロセス量を調節するバルブ等のアクチュ
エータ、アクチュエータを制御するコントローラなどで
ある。

【０００６】以上のフィールド通信装置では、バス上に
接続されたステーション２−１〜２−ｎからバス上にデ
ジタル信号が出されると、必要なステーション２がその
デジタル信号を自分の中に取り込むことによりデータ伝
送が行われる。

【０００７】ところで、バスケーブルに発生する事故の
多くは断線が原因となっている。図２に示すフィールド
通信装置では、ステーション間の伝送を１本のバスケー
ブル１に依存していることから、バスケーブル１が断線
すると通信不能に陥り、断線箇所によってはプロセスの
制御ができなくなる不具合が生じる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、フィール
ドバス方式のフィールド通信装置は、バスケーブルが断
線すると通信不能の状態に陥り、断線箇所によってはプ
ロセスの制御ができなくなるといった問題があった。

【０００９】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、常にバスケーブルの健全性を確認すること
ができ、またバスケーブルが断線しても通信機能を維持
することができ、プロセスへの影響を防止できる信頼性
の高いフィールド通信装置を提供することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、バスケーブルの一端に低域通過フィル
タを介して電源を接続し、そのバスケーブルの他端に通
信信号の反射を防止するためのターミネータを接続し、
当該バスケーブル上に接続された複数のステーションが
プロセス信号又はプロセス量を制御する信号を当該バス
ケーブルを介して伝送するフィールド通信装置におい
て、前記バスケーブルと前記電源との間に抵抗器を介挿
し、その抵抗器の低域通過フイルタ側の信号に基づいて
前記バスケーブルの健全性を判断するように構成した。

【００１１】請求項２に対応する本発明は、前記抵抗器
の低域通過フイルタ側からの信号を第１の入力とし、前
記抵抗器で生じる電圧降下が零のときの前記抵抗器の低
域通過フイルタ側の信号に相当する基準信号を第２の入
力とするコンパレータを備える構成とした。

【００１２】請求項３に対応する本発明は、前記抵抗器
の低域通過フイルタ側からの信号を第１の入力とし、全
ステーションの消費電流の総和により前記抵抗器で電圧
降下が生じたときの前記抵抗器の低域通過フイルタ側の
信号に相当する基準信号を第２の入力とするコンパレー
タを備える構成とした。

【００１３】請求項４に対応する本発明は、一端部に電
源が接続されたバスケーブル上にフィールド機器と制御
監視装置を接続し、フィールド機器で測定されるプロセ
ス量を当該バスケーブルを介して制御監視装置へ伝送
し、プロセス量を制御するための制御信号を制御監視装
置からフィールド機器へバスケーブルを介して伝送する
フィールド通信装置において、前記バスケーブルに対し
て併設されたバックアップ用のバスケーブルと、前記バ
スケーブル及び前記バックアップ用バスケーブルの各一
端と前記電源との間に設けられ、通常時は前記バスケー
ブルに前記電源を接続する切換部と、前記電源と前記バ
スケーブルとの間に介挿された抵抗器での電圧降下と基
準電圧とを比較し、前記バスケーブルの異常を検出した
ときは前記切換部を制御してバックアップ用のバスケー
ブルを電源に接続するバス切換制御手段とを具備する構
成とした。

【００１４】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り次のような作用を奏する。請求項１に対応する本発明
によれば、低域通過フィルタを介して電源が接続された
バスケーブル上において、複数のステーションがデータ
伝送を行うことにより各ステーションでの消費電流の総
和が電源から抵抗器を介してバスケーブル側へ流れ、そ
の消費電流の総和に応じた電圧降下が抵抗器により発生
する。一方、バスケーブルが断線等すると消費電流の流
れがなくなるため、抵抗器での電圧降下がなくなる。従
って、抵抗器の低域通過フイルタ側に現れる信号を監視
することによりバスケーブルの健全性を判断することが
できる。

【００１５】請求項２に対応する本発明によれば、抵抗
器の低域通過フイルタ側に現れる信号と基準値とがコン
パレータで比較される。コンパレータの第２の入力とし
て、抵抗器で生じる電圧降下が零のときの抵抗器の低域
通過フイルタ側に現れる信号に相当する基準信号を用い
ているので、コンパレータの出力が反転すればバスケー
ブルに異常が発生したものと判断できる。

【００１６】請求項３に対応する本発明によれば、全ス
テーションの消費電流の総和により抵抗器で電圧降下が
生じたときの抵抗器の低域通過フイルタ側に現れる信号
に相当する基準信号をコンパレータの第２の入力として
いるので、同様にコンパレータの出力が反転すればバス
ケーブルに異常が発生したものと判断できる。

【００１７】請求項４に対応する本発明によれば、通常
時は切換部によりバスケーブルに電源が接続され、電源
からバスケーブルへ供給される電気量がコンパレータに
入力されて基準値と比較される。電源からバスケーブル
へ供給される電気量はバスケーブルに接続されているス
テーションの消費電流により変化するため、バスケーブ
ルが断線すればステーションによる消費電流が零にな
る。コンパレータではバスケーブルへ供給される電気量
と基準値とを比較することにより断線を検出する。そし
て、コンパレータから切換部を制御して電源を供給すべ
きバスケーブルをバックアップ用のバスケーブルへ切換
える。この結果、常用側のバスケーブルが断線しても直
ちにバックアップ用バスケーブルに切換えられるので各
ステーションは継続して通信を行うことができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明の一実施例に係るフィールド通信装置の構
成が示されている。本実施例のフィールド通信装置は、
ツイストペア線等からなるバスケーブル１ａと、これと
同様の構造を有するバックアップ用のバスケーブル１ｂ
とがフィールド内に併設されている。この２本のバスケ
ーブル１ａ，１ｂの夫々に各ステーション２−１〜２−
ｎが接続されている。また、各バスケーブル１ａ，１ｂ
の一端部は通信信号の反射を防ぐターミネータ５にそれ
ぞれ接続され、各バスケーブル１ａ，１ｂの他端は通信
信号の電源側への混入を防ぐフィルタ４ａ，４ｂを介し
て二重化電源装置１０にそれぞれ接続されている。

【００１９】二重化電源装置１０は、一方のフィルタ４
ａの正側端子が接続される端子Ｔ１、そのフィルタ４ａ
の負側端子が接続される端子Ｔ２、他方のフィルタ４ｂ
の正側端子が接続される端子Ｔ３、そのフィルタ４ｂの
負側端子が接続される端子Ｔ４が設けられている。それ
ら各端子Ｔ１〜Ｔ４は切換器１１を介して電源３に接続
されている。また、常用側のバスケーブル１ａが接続さ
れる端子Ｔ１と切換器１１との間に抵抗器１２が介挿さ
れている。端子Ｔ１と抵抗器１２との間のＡ点がコンパ
レータ１３の一方の入力端子に接続されている。コンパ
レータ１３の他方の入力端子には基準電圧源１４から基
準電圧Ｖａが設定されている。このコンパレータ１３の
出力信号は切換器１１に与えられており、切換器１１が
コンパレータ１３の出力状態に応じて常用側のバスケー
ブル１ａからバックアップ側のバスケーブル１ｂへ切り
替えるように動作する。

【００２０】なお、フィルタ４ａ，４ｂはステーション
間で行われる通信信号が電源３側へ流れ込むのを防止す
るため低域通過フィルタで構成されている。また、ステ
ーション２−１〜２−ｎが２本のバスケーブル１ａ，１
ｂの各々に接続されているのは上述した通りであるが、
各ステーション２−１〜２−ｎ毎に、バスケーブル１
ａ，１ｂ間に逆流防止用のダイオード１５が設けられて
いる。

【００２１】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。通常時は（バスケーブル１ａが
断線等していない状態）、切換器１１が図１に実線で示
すように電源３とバスケーブル１ａとを接続し、この状
態で各ステーション２−１〜２−ｎがバスケーブル１ａ
を介して通信を行っている。

【００２２】このときバスケーブル１ａには各ステーシ
ョン２−１〜２−ｎで消費する電流の総和が電源３から
抵抗器１２を介して流入するため、抵抗器１２では消費
電流の総和に応じた電圧降下が生じ、電源電圧から電圧
降下分を差し引いた電圧が抵抗器１２の一端であるＡ点
に発生する。

【００２３】バスケーブル１ａが断線しておらず正常に
動作している場合、Ａ点には電源３の電源電圧から抵抗
器１２による電圧降下分を差し引いた電圧Ｖｂが発生す
るが、Ａ点電圧Ｖｂは固定ではなくステーション２−１
〜２−ｎの消費電流に応じて所定範囲で変動する。

【００２４】ここで、ケーブル断線等により抵抗器１２
での電圧降下分が零となったときにＡ点に現れる電圧Ｖ
ｂ′よりも僅かに小さい値を基準電圧Ｖａとしてコンパ
レータ１３に設定する。そして、コンパレータ１３の２
つの入力が基準電圧Ｖａ＞Ａ点電圧Ｖｂの入力条件を満
たしている間は、切換器１１にバスケーブル１ａの選択
を指示する第１レベルの信号を送出し、その入力条件を
満たさなくなったときに切換器１１にバスケーブル１ｂ
の選択を指示する第２レベルの信号を送出するようにコ
ンパレータ１３を調整しておく。

【００２５】従って、バスケーブル１ａが断線しておら
ず正常に動作している場合は、コンパレータ１３におい
て基準電圧Ｖａ＞Ａ点電圧Ｖｂの入力条件が成立し、コ
ンパレータ１３から切換器１１にバスケーブル１ａを選
択する第１レベルの信号が送出される。ステーション２
−１〜２−ｎの消費電流に応じてＡ点電圧Ｖｂが変動す
るが、全てのステーション２−１〜２−ｎで動作を停止
させない限り上記入力条件が成立するため図１に示す接
続状態が維持される。

【００２６】一方、バスケーブル１ａが断線すると、抵
抗器１２での電圧降下が無くなるため、Ａ点電圧Ｖｂ＝
Ｖｂ′となり、コンパレータ１３における基準電圧Ｖａ
＞Ａ点電圧Ｖｂの入力条件が不成立となる。そして、コ
ンパレータ１３から切換器１３に対して第２レベルの信
号が送出される。切換器１１では第２レベルの信号が入
力すると、電源３に接続すべきケーブルを図１の破線で
示すようにバスケーブル１ｂに切り替える。この結果、
各ステーション２−１〜２−ｎはバスケーブル１ｂから
電源を供給されることとなり通信を継続できるものとな
る。

【００２７】このように本実施例によれば、常用側のバ
スケーブル１ａと電源３との間に抵抗器１２を介挿し、
抵抗器１２での電圧降下の大きさをコンパレータ１３で
比較するようにしたので、バスケーブル１ａの健全性を
確認することができ、バスケーブル１ａに異常が発生し
たときには迅速な対応が可能になる。

【００２８】本実施例によれば、ステーション２−１〜
２−ｎを２本のバスケーブル１ａ，１ｂに接続し、常用
側のバスケーブル１ａと電源３との間に設けた抵抗器１
２での電圧降下に基づいて断線を検出して電源３をバッ
クアップ側のバスケーブル１ｂに接続するようにしたの
で、バスケーブル１ａが断線しても通信機能を維持する
ことができる。

【００２９】なお、抵抗器１２での電圧降下を測定する
ことにより、現在バスケーブル上に接続されているステ
ーションの数を検知することができる。また、逆に現在
バスケーブル上に接続されているステーションの数がわ
かっていれば、抵抗器１２での電圧降下を監視すること
により各ステーションが正常に動作しているか否か判断
することができる。

【００３０】また、バスケーブルのショート時には、抵
抗器１２の電圧降下が大きくなる。そこで、抵抗器１２
の電圧降下を監視してケーブルショートを検出するよう
にしても良い。

【００３１】また、コンパレータ１３の入力（Ａ点電圧
Ｖｂ）にヒステリシスを持たせて、ノイズによる誤動作
を防止するようにしても良い。本発明は上記実施例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
内で種々変形実施可能である。

【００３２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、バ
スケーブルが断線しても通信機能を維持することがで
き、プロセスへの影響を防止できる信頼性の高いフィー
ルド通信装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るフィールド通信装置の
構成図である。

【図２】従来のフィールド通信装置の構成図である。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ…バスケーブル、２−１〜２−ｎ…ステーシ
ョン、３…電源、４ａ，４ｂ…フィルタ、５…ターミネ
ータ、１０…二重化電源装置、１１…切換器、１２…抵
抗器、１３…コンパレータ、１４…基準電圧源、１５…
ダイオード。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バスケーブルの一端に低域通過フィルタ
   を介して電源を接続し、そのバスケーブルの他端に通信
   信号の反射を防止するためのターミネータを接続し、当
   該バスケーブル上に接続された複数のステーションがプ
   ロセス信号又はプロセス量を制御する信号を当該バスケ
   ーブルを介して伝送するフィールド通信装置において、 前記バスケーブルと前記電源との間に抵抗器を介挿し、
   その抵抗器の低域通過フイルタ側からの信号に基づいて
   前記バスケーブルの健全性を判断することを特徴とする
   フィールド通信装置。
2. 【請求項２】 前記抵抗器の低域通過フイルタ側からの
   信号を第１の入力とし、前記抵抗器で生じる電圧降下が
   零のときの前記抵抗器の低域通過フイルタ側の信号に相
   当する基準信号を第２の入力とするコンパレータを備え
   たことを特徴とする請求項１記載のフィールド通信装
   置。
3. 【請求項３】 前記抵抗器の低域通過フイルタ側からの
   信号を第１の入力とし、全ステーションの消費電流の総
   和により前記抵抗器で電圧降下が生じたときの前記抵抗
   器の低域通過フイルタ側の信号に相当する基準信号を第
   ２の入力とするコンパレータを備えたことを特徴とする
   請求項１記載のフィールド通信装置。
4. 【請求項４】 一端部に電源が接続されたバスケーブル
   上にフィールド機器と制御監視装置を接続し、フィール
   ド機器で測定されるプロセス量を当該バスケーブルを介
   して制御監視装置へ伝送し、プロセス量を制御するため
   の制御信号を制御監視装置からフィールド機器へバスケ
   ーブルを介して伝送するフィールド通信装置において、 前記バスケーブルに対して併設されたバックアップ用の
   バスケーブルと、 前記バスケーブル及び前記バックアップ用バスケーブル
   の各一端と前記電源との間に設けられ、通常時は前記バ
   スケーブルに前記電源を接続する切換部と、 前記電源と前記バスケーブルとの間に介挿された抵抗器
   での電圧降下と基準電圧とを比較し、前記バスケーブル
   の異常を検出したときは前記切換部を制御してバックア
   ップ用のバスケーブルを電源に接続するバス切換制御手
   段とを具備したことを特徴とするフィールド通信装置。