Field bus adapter and method of using the same

本発明は、デジタル信号を取り扱うフィールドバスと、アナログ信号を取り扱うフィールド機器との間に接続されるフィールドバスアダプタに関する。

現在、フィールドバスプロトコルとして、HART、FOUNFATION fieldbus、PROFIBUS、BRAIN、ISA100.11aなどが用いられている。 このうち、HART、BRAINなどは、従来の４−２０mAアナログ電流出力にデジタル信号を重畳させることで、アナログ制御システムの資源を使用しつつデジタル入出力を実現している。 一方、FOUNFATION fieldbus、ISA100.11aでは機能ブロックの使用により、機器同士の計測・演算機能を連結して、自立型の制御システムを構築することができる。

しかし、アナログ制御システムの資源を使用しつつFOUNFATION fieldbus、ISA100.11aなどの自立型制御システムを導入しようとする場合、既存のHART、BRAINなどのフィールドバスとの互換性がなく、相互利用できない。 したがって、アナログ制御システムの資源を自立型制御システムに取り込むことができない。

本発明の目的は、アナログ式のフィールド機器を、自立型制御システムに取り込むことが可能なフィールドバスアダプタを提供することにある。

本発明のフィールドアダプタは、デジタル信号を取り扱うフィールドバスと、アナログ信号を取り扱うフィールド機器との間に接続されるフィールドバスアダプタであって、前記フィールドバスに対して着脱可能とされた第１の接続部と、前記フィールド機器に対して着脱可能とされた第２の接続部と、前記第１の接続部および前記第２の接続部の間に設けられ、前記フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、前記フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段と、を備えることを特徴とする。
このフィールドアダプタによれば、フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段を備えるので、アナログ式のフィールド機器を、自立型制御システムに取り込むことが可能となる。

前記アナログ信号は４−２０ｍＡ信号であってもよい。

前記フィールドバスは、FOUNDATION fieldbusに準拠するバスであってもよい。

前記変換手段は、ファンクションブロックアプリケーションを含んで構成されてもよい。

前記変換手段は、複数の規格の前記フィールド機器に対応可能とされてもよい。

本発明のフィールドバスアダプタの使用方法は、デジタル信号を取り扱うフィールドバスと、アナログ信号を取り扱うアナログ式フィールド機器との間に接続されるフィールドバスアダプタの使用方法であって、前記フィールドバスに対して着脱可能とされた第１の接続部と、前記アナログ式フィールド機器に対して着脱可能とされた第２の接続部と、前記第１の接続部および前記第２の接続部の間に設けられ、前記フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、前記アナログ式フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段と、を備え、前記フィールドバスアダプタの使用方法は、前記第２の接続部を介して第１のアナログ式フィールド機器を前記フィールドバスアダプタに接続することで、前記第１のアナログ式フィールド機器を、前記フィールドバスアダプタを介して前記フィールドバスに接続して使用するステップと、前記第２の接続部を介して前記第１のアナログ式フィールド機器を前記フィールドバスアダプタから取り外すステップと、前記第２の接続部を介して前記第１のアナログ式フィールド機器と異なる第２のアナログ式フィールド機器を前記フィールドバスアダプタに接続することで、前記第２のアナログ式フィールド機器を、前記フィールドバスアダプタを介して前記フィールドバスに接続して使用するステップと、を備えることを特徴とする。
このフィールドバスアダプタの使用方法によれば、フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、アナログ式フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段を備えるので、任意のアナログ式フィールド機器を、自立型制御システムに取り込むことが可能となる。

本発明のフィールドアダプタによれば、フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段を備えるので、アナログ式のフィールド機器を、自立型制御システムに取り込むことが可能となる。

本発明のフィールドバスアダプタの使用方法によれば、フィールドバスで取り扱われるデジタル信号と、アナログ式フィールド機器で取り扱われるアナログ信号とを、双方向に変換する変換手段を備えるので、任意のアナログ式フィールド機器を、自立型制御システムに取り込むことが可能となる。

一実施形態のフィールドバスアダプタが使用されるフィールド制御システムの構成を示すブロック図。

無線フィールド機器に対応可能なフィールドバスアダプタの構成例を示すブロック図。

以下、本発明によるフィールドバスアダプタの実施形態について説明する。

図１は、本実施形態のフィールドバスアダプタが使用されるフィールド制御システムの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、フィールド制御システムは、アナログ式のフィールド機器１Ａ、アナログ式のフィールド機器１Ｂ、およびFOUNFATION fieldbusのフィールドバスプロトコルに準拠したFFフィールドバス機器であるフィールド機器１Ｃなど、複数の形式のフィールド機器を含んで構成される。

図１に示すように、アナログ式のフィールド機器１Ａおよびアナログ式のフィールド機器１Ｂは、それぞれフィールドバスアダプタ２を介してバス３に接続される。 バス３は、FOUNFATION fieldbus（以下、「ＦＦ」と表現されることもある）のフィールドバスプロトコルに準拠したFF H1バスまたはHSEバスである。 FFフィールドバス機器であるフィールド機器１Ｃは、直接、バス３に接続される。

フィールド機器群の上位には、フィールド機器群に対する操作監視のほか、フィールド制御システム各部のメンテナンスを行うための操作監視装置４が設けられ、操作監視装置４はバス３に接続されている。

図１に示すように、フィールドバスアダプタ２には、フィールド機器が接続される接続部２ａおよびバス３が接続される接続部２ｂが設けられている。 接続部２ａはフィールド機器に対して着脱可能とされ、接続部２ａにおける接続、取り外し作業により、フィールドバスアダプタ２に接続されるフィールド機器を切り替えることができる。 また、接続部２ｂはバス３に対して着脱可能とされ、接続部２ｂを介してバス３の任意の位置にフィールドバスアダプタ２を接続することができる。

図１に示すように、フィールドバスアダプタ２は、バス３に対応するFF H1バスまたはHSEに準拠するプロトコルスタック２１と、VFD(Virtual Field Device)オブジェクト２２と、アナログ／デジタル変換部２３と、を備える。

VFDオブジェクト２２はFF標準仕様に準拠しており、ファンクションブロックアプリケーション２２Ａを持つ。 なお、VFDオブジェクト２２はNMA-VFDを持つが、本発明と直接関係しないため、図示を省略している。

図１に示すように、ファンクションブロックアプリケーション２２Ａは、FF標準仕様に準拠している機能ブロックであるAIブロック２２ａおよびAOブロック２２ｂを持つ。 なお、ファンクションブロックアプリケーション２２Ａに、FF標準仕様に準拠している機能ブロックであるDIブロックおよびDOブロックを追加して持たせることもできる。

図１に示すように、アナログ／デジタル変換部２３は、HART用のI/OプロセスおよびBRAIN用のI/Oプロセスの双方に対応している。 これにより、HARTまたはBRAINに準拠するアナログ式のフィールド機器を使用可能としている。

次に、本実施形態のフィールドバスアダプタの動作について説明する。

フィールド機器１ＡのPV(Primary Value)をバス３に出力する場合には、アナログ／デジタル変換部２３は、４−２０mAのアナログ信号であるフィールド機器１ＡのPVを読み出して、デジタル値に変換する。 このデジタル値はファンクションブロックアプリケーション２２ＡのAIブロック２２ａに入力され、AIブロック２２ａにおける演算結果であるデジタルデータがプロトコルスタック２１を介してバス３に出力される。 このデジタルデータは、フィールド機器１Ｂ、フィールド機器１Ｃを含む他のフィールド機器や操作監視装置４に入力され利用される。

一方、他のフィールド機器あるいは操作監視装置４からバス３に出力されたデジタルデータは、プロトコルスタック２１を介してファンクションブロックアプリケーション２２ＡのAOブロック２２ｂに入力される。 AOブロック２２ｂにおける演算結果はアナログ／デジタル変換部２３においてアナログ値に変換され、フィールド機器１Ａに入力される。

フィールド機器１Ｂからバス３へのデータ出力、およびバス３からフィールド機器１Ｂへのデータ入力は、フィールド機器１Ｂとバス３との間に接続されたフィールドバスアダプタ２を介して、同様に実行される。

フィールド機器１Ａやフィールド機器１ＢをFFフィールドバス機器と同様に取り扱うために必要な設定は、プロトコルスタック２１を経由してFF標準仕様に準拠した方法で実行される。

以上のように、本実施形態のフィールドバスアダプタによれば、アナログ式のフィールド機器とバスの間に接続することにより、FFフィールドバス機器と同様に、アナログ式のフィールド機器を自立型のフィールド制御システムにより制御することが可能となる。

また、アプリケーションファンクションブロックをFF標準仕様に準拠するものとしているので、幅広い機種のフィールド機器に適用することが可能となるとともに、接続されるフィールド機器に特有の機器パラメータの操作を必要とせずに、フィールドバスアダプタを変換器として機能させることができる。

さらに、アプリケーションファンクションブロックの処理内容をデータの入出力機能に限定しているので、フィールドバスアダプタの汎用性を高めることができるとともに、通常のFFフィールドバス機器のプログラムに比べて実装サイズを大幅に縮小でき、メモリ等の資源を節約できる。

また、フィールドバスアダプタの汎用性を高めているため、図１に示すように、例えば、それまでフィールド機器として使用していたフィールド機器１Ａを接続部２ａから取り外し、接続部２ａを介してフィールド機器１Ｄを接続するだけで、以降はフィールド機器１ＤをFFフィールドバス機器と同様に取り扱うことが可能となる。 この場合、フィールド機器１Ｄの機種や機能は、フィールド機器１Ａと異なっていてもよい。 このように、フィールドバスアダプタ２を様々なフィールド機器に対して使い回すことができ、コストダウンやハードウェア資源の節約、あるいはエンジニアリング作業の負担軽減を図ることができる。

図２は、無線フィールド機器に対応可能なフィールドバスアダプタの構成例を示すブロック図である。 図２において図１と同一構成要素には同一符号を付している。

図２に示すように、フィールドバスアダプタ２０には、ISA100.11用プロセスを実行するISA100.11用プロセス処理部２５が設けられている。 これにより、無線フィールド機器１０とISA100.11用プロセス処理部２５との間での無線通信を介して、無線フィールド機器１０がバス３に接続される。 この場合、ファンクションブロックアプリケーション２２ＡにDIブロック２２ｃおよびDOブロック２２ｄを設けることで、プロトコルスタック２１、ファンクションブロックアプリケーション２２ＡおよびISA100.11用プロセス処理部２５を介して無線フィールド機器１０とバス３との間でデータ入出力が行われる。 このデータ入出力時には、アナログ／デジタル変換部２３は使用されない。

このように、フィールドバスアダプタ２０にISA100.11用プロセス処理部２５を設けることにより、無線フィールド機器１０をFFフィールドバス機器と同様に取り扱うことが可能となる。

上記実施形態では、フィールドバスアダプタに１つのVFDオブジェクトを実装する例を示しているが、フィールドバスアダプタにVFDオブジェクトを複数実装することにより、複数のフィールド機器を１台のフィールドバスアダプタによってバス３に接続することが可能となる。

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されることはない。 本発明は、デジタル信号を取り扱うフィールドバスと、アナログ信号を取り扱うフィールド機器との間に接続されるフィールドバスアダプタに対し、広く適用することができる。

２ａ 接続部（第２の接続部）
２ｂ 接続部（第１の接続部）
２２ ファンクションブロックアプリケーション（変換手段）
２３ アナログ／デジタル変換部（変換手段）