特許 5784284 ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5784284

(24)【登録日】2015年7月31日

(45)【発行日】2015年9月24日

(54)【発明の名称】ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置

(51)【国際特許分類】

   G05B 15/02 20060101AFI20150907BHJP

【ＦＩ】

   G05B15/02 A

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2010-149829(P2010-149829)

(22)【出願日】2010年6月30日

(65)【公開番号】特開2012-14387(P2012-14387A)

(43)【公開日】2012年1月19日

【審査請求日】2013年3月21日

【審判番号】不服2014-15480(P2014-15480/J1)

【審判請求日】2014年8月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006666

【氏名又は名称】アズビル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】小宮山 高志

(72)【発明者】

【氏名】北堀 健太郎

(72)【発明者】

【氏名】茂中 義典

【合議体】

【審判長】 栗田 雅弘

【審判官】 刈間 宏信

【審判官】 原 泰造

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００６−５１６７８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５１５２７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１１１７５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００１−５０１１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G05B 15/02

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号の入出力先ごとに割り当てられる複数のチャンネルと、
上位側の機器との間で行う通信を制御する制御部と、
前記チャンネルごとに設けられ、前記チャンネルを介して受信した前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出し、当該第２信号に対応するデジタル信号を前記制御部に送信するＨＡＲＴ通信部と、を備え、
前記制御部は、前記上位側の機器から、前記チャンネルを介して前記入出力先となる下位側の複数の機器宛のリクエスト信号を受信した場合には、それぞれの前記リクエスト信号に対応する前記ＨＡＲＴ通信部にそれぞれの前記リクエスト信号を送信し、各前記ＨＡＲＴ通信部によって送信された前記デジタル信号を前記上位側の機器宛に送信し、
各前記ＨＡＲＴ通信部は、それぞれ並行して、前記リクエスト信号に基づき前記ＨＡＲＴ通信信号を生成し、当該生成した前記ＨＡＲＴ通信信号を、前記下位側の機器宛に送信し、前記下位側の機器からＨＡＲＴ通信信号を受信し、前記ＨＡＲＴ通信信号に基づいて取得した前記デジタル信号を前記制御部に送信し、
前記ＨＡＲＴ通信部は、
前記ＨＡＲＴ通信信号を前記第１信号と前記第２信号とに分離し、または前記第１信号に前記第２信号を重畳して前記ＨＡＲＴ通信信号を生成する分離重畳部と、
前記第２信号と前記デジタル信号との変換処理を実行する変復調部と、
前記変復調部と前記制御部との間で行う前記デジタル信号の送受信を制御する第２制御部と、
を含む、ことを特徴とするＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。

【請求項2】

前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号であることを特徴とする請求項１記載のＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置に関する。

【背景技術】

【0002】

生産プロセスを管理する現場では、発信機能を有する各種のフィールド機器（例えばセンサやバルブ等）をプラントに設置し、フィールド機器から発信される信号をシステムに取り込むことで、各種の生産プロセスを管理している。生産プロセスを管理するシステムとして、例えばセンサから取得した流量や温度、圧力等に基づいてバルブの開度等を制御するものがある。近年、このようなプロセス管理システムに接続されるフィールド機器として、ＨＡＲＴ（Highway Addressable Remote Transducer）通信機能を搭載したもの（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が採用されている。ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値を示す４〜２０ｍＡの直流信号に、１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換されたデジタル信号を重畳することで生成される信号（以下、「ＨＡＲＴ通信信号」という。）を入出力する。つまり、ＨＡＲＴ通信対応機器は、測定値や制御値の他に、各種の情報を付加してやりとりすることができる。下記特許文献１および特許文献２には、ＨＡＲＴ通信対応機器を用いたシステムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３−１８６５０３号公報

【特許文献2】特許第４１２９７１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述した各特許文献のシステムでは、複数のＨＡＲＴ通信対応機器から出力されるＨＡＲＴ通信信号を、マルチプレクサで順番に選択して上位側の機器に送信している。ＨＡＲＴ通信は、一般に１２００ｂｐｓという低速で行われるため、マルチプレクサで順番に通信していくと、一つ一つの通信に時間を要してしまう。そのため、ＨＡＲＴ通信の処理待ちが発生し、システムに遅延が生じてしまう。

【0005】

本発明は、上述した従来技術による問題点を解消するためになされたものであり、ＨＡＲＴ通信による処理待ちを解消し、システムの遅延を低減することができるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明に係るＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置は、第１信号に第２信号を重畳して生成されるＨＡＲＴ通信信号の入出力先ごとに割り当てられるチャンネルと、上位側の機器との間で行う通信を制御する制御部と、前記チャンネルごとに設けられ、前記チャンネルを介して受信した前記ＨＡＲＴ通信信号から前記第２信号を取り出し、当該第２信号に対応するデジタル信号を前記制御部に送信するＨＡＲＴ通信部と、を備え、前記制御部は、各前記ＨＡＲＴ通信部によって送信された前記デジタル信号を前記上位側の機器宛に送信する。

【0007】

かかる構成を採用することで、例えば各種のフィールド機器から送信されるＨＡＲＴ通信信号を、チャンネルごとに設けられたＨＡＲＴ通信部でそれぞれ処理し、処理後の信号を、制御部を介して上位側の機器に送信することができる。これにより、処理時間を要するＨＡＲＴ通信部での処理を、チャンネルごとに並行して同時に実行することが可能となる。

【0008】

前記制御部は、前記上位側の機器からリクエスト信号を受信した場合に、当該リクエスト信号に対応する前記ＨＡＲＴ通信部に当該リクエスト信号を送信し、前記ＨＡＲＴ通信部は、前記リクエスト信号を含むＨＡＲＴ通信信号を、前記チャンネルを介して前記入出力先となる下位側の機器宛に送信することとしてもよい。

【0009】

前記ＨＡＲＴ通信部は、前記ＨＡＲＴ通信信号を前記第１信号と前記第２信号とに分離し、または前記第１信号に前記第２信号を重畳して前記ＨＡＲＴ通信信号を生成する分離重畳部と、前記第２信号と前記デジタル信号との変換処理を実行する変復調部と、前記変復調部と前記制御部との間で行う前記デジタル信号の送受信を制御する第２制御部と、を含むこととしてもよい。

【0010】

前記第１信号は４〜２０ｍＡの直流信号であり、前記第２信号はデジタル信号を変換した周波数信号であることとしてもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ＨＡＲＴ通信による処理待ちを解消し、システムの遅延を低減することが可能なＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯの構成を例示する図である。

【図2】上位機器とＨＡＲＴ−ＩＯとの間で行われる通信の一例を示すタイミングチャートである。

【図3】上位機器とＨＡＲＴ−ＩＯとの間で行われる通信の一例を示すタイミングチャートである。

【図4】変形例における絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯの構成を例示する図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、あくまでも例示であり、以下に明示しない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

【0014】

まず、図１を参照して、実施形態におけるＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置（以下、「ＨＡＲＴ−ＩＯ」という。）の構成について説明する。図１に示すように、ＨＡＲＴ−ＩＯ１は、第１制御部１１と、第２制御部１２ａ〜１２ｐと、変復調部１３ａ〜１３ｐと、分離重畳部１４ａ〜１４ｐと、チャンネル１５ａ〜１５ｐと、を有する。本実施形態では、１６チャンネル分のポートを有するＨＡＲＴ−ＩＯについて説明するが、チャンネル（ポート）数はこれに限定されない。なお、第２制御部１２ａ〜１２ｐ、変復調部１３ａ〜１３ｐ、分離重畳部１４ａ〜１４ｐ、チャンネル１５ａ〜１５ｐおよび下位機器５ａ〜５ｐについては、以下において特に区別して記載する必要がない場合には、それぞれ第２制御部１２、変復調部１３、分離重畳部１４、チャンネル１５および下位機器５と記載する。

【0015】

下位機器５は、ＨＡＲＴ−ＩＯ１の各チャンネル１５に割り当てられる下位側の機器である。下位機器５としては、例えば、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器（以下、「ＨＡＲＴ通信対応機器」という。）が該当する。ＨＡＲＴ通信対応機器は、ＨＡＲＴ通信信号を送受信する。ＨＡＲＴ通信信号は、４〜２０ｍＡの直流信号に、１２００Ｈｚと２２００Ｈｚとの周波数信号に変換されたデジタル信号を重畳することで生成される信号である。

【0016】

上記直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器ごとに伝達される一つの変数の値を示す信号である。変数の値としては、例えば、流量、圧力、温度等の測定値や、弁開度等の制御値が該当する。上記デジタル信号は、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器内で収集可能な各種のデータを示す信号である。各種のデータとしては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器におけるプロセス情報や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障情報が該当する。なお、ＨＡＲＴ通信対応機器の測定値や制御値を各種のデータに含めることとしてもよい。

【0017】

第２制御部１２、変復調部１３および分離重畳部１４は、チャンネル１５ごとに設けられ、これらが「ＨＡＲＴ通信部」を構成する。つまり、本実施形態では、１６個のＨＡＲＴ通信部を、第１制御部１１の下位側に並列して接続する。ＨＡＲＴ通信部は、例えばチャンネル１５を介して受信したＨＡＲＴ通信信号から周波数信号を取り出し、周波数信号に対応するデジタル信号を第１制御部１１に送信する。

【0018】

分離重畳部１４は、図示しないが、ＨＡＲＴ通信信号を直流信号と周波数信号とに分離する分離部と、直流信号に周波数信号を重畳してＨＡＲＴ通信信号を生成する重畳部と、を有する。分離重畳部１４は、変復調部１３との間で周波数信号を送受信し、直流信号を図示しない外部機器（例えばコントローラ）に伝達する。

【0019】

変復調部１３は、物理的には、例えばＨＡＲＴモデムで構成する。変復調部１３は、周波数信号とデジタル信号との変換処理を実行する。変換処理としては、例えば、０と１とで表されるデジタル信号を、２２００Ｈｚの信号と１２００Ｈｚの信号とで表される周波数信号に変換する処理が該当する。また、２２００Ｈｚの信号と１２００Ｈｚの信号とで表される周波数信号を、０と１とで表されるデジタル信号に変換する処理が該当する。

【0020】

第２制御部１２は、物理的には、例えばＣＰＵおよび周辺デバイスで構成する。第２制御部１２は、ＨＡＲＴ通信部と第１制御部との間で行う信号の送受信を制御する。第２制御部１２と第１制御部１１との間は、専用バス（例えば１００ｋｂｐｓ）で接続される。

【0021】

第１制御部１１は、物理的には、例えばＣＰＵおよび周辺デバイスで構成する。第１制御部１１は、上位側の機器である上位機器３との間で行う通信を制御する。上位機器３としては、例えば、ＨＡＲＴ通信対応機器の状態等を監視する監視系統に含まれるＨＵＢが該当する。ＨＡＲＴ−ＩＯ１とＨＵＢとの間は、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）規格の通信ケーブル（例えば１００Ｍｂｐｓ）で接続される。

【0022】

監視系統に含まれる機器監視部（不図示）は、ＨＡＲＴ−ＩＯ１から出力されたデジタル信号を、ＨＵＢを介して受信する。機器監視部は、受信したデジタル信号に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器でのプロセスの実行状況や、ＨＡＲＴ通信対応機器に組み込まれているハードウェアの故障状況、ＨＡＲＴ通信対応機器のメンテナンスおよび修理の必要時期等を診断する。機器監視部は、診断結果等をモニタに表示する。これにより、運用者は、ＨＡＲＴ通信対応機器を監視することができる。

【0023】

次に、図２を参照して、上位機器とＨＡＲＴ−ＩＯとの間で行われる通信について説明する。ここでは、説明の便宜のために、１６個のチャンネルのうち、チャンネル１５ａ“ｃｈ１”に割り当てられている下位機器５ａと上位機器３との間で行う通信の一周期分に限定して説明する。

【0024】

図２の各横軸は時間を示す。図２（ａ）は、上位機器３と第１制御部１１との間の通信状態を示すチャートである。図２（ｂ）は、第１制御部１１での処理状態を示すチャートである。図２（ｃ）は、第１制御部１１と第２制御部１２ａとの間の通信状態を示すチャートである。図２（ｄ）は、第２制御部１２ａでの処理状態を示すチャートである。図２（ｅ）は、第２制御部１２ａとチャンネル１５ａとの間の通信／処理状態を示すチャートである。図２の各チャート上に表示する“１”は、“ｃｈ１”用の処理であることを模式的に示すものである。

【0025】

最初に、上位機器３が、下位機器５ａに対するリクエスト信号を発行すると、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間、上位機器３から第１制御部１１にリクエスト信号が送信される（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信）。

【0026】

続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間、第１制御部１１で処理が行われ、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、第１制御部１１から第２制御部１２ａにリクエスト信号が送信される（チップ間通信）。

【0027】

続いて、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、第２制御部１２ａで処理が行われ、時刻ｔ５から時刻ｔ６までの間、変復調部１３ａおよび分離重畳部１４ａが、リクエスト信号に基づいて生成したＨＡＲＴ通信信号を、チャンネル１５ａ“ｃｈ１”を介して下位機器５ａ宛てに送信する（ＨＡＲＴ通信ａ）。

【0028】

続いて、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間、下位機器５ａからのレスポンス待ちをし、時刻ｔ７から時刻ｔ８までの間、分離重畳部１４ａおよび変復調部１３ａが、チャンネル１５ａ“ｃｈ１”を介して下位機器５ａから受信したＨＡＲＴ通信信号に基づいてデジタル信号を取得し、取得したデジタル信号を、第２制御部１２ａに送信する（ＨＡＲＴ通信ａ）。

【0029】

続いて、時刻ｔ８から時刻ｔ９までの間、第２制御部１２ａで処理が行われ、時刻ｔ９から時刻ｔ１０までの間、第２制御部１２ａから第１制御部１１にデジタル信号が送信される（チップ間通信）。

【0030】

続いて、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの間、第１制御部１１で処理が行われ、時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの間、第１制御部１１から上位機器３にデジタル信号が送信される（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信）。

【0031】

次に、図３を参照して、複数のチャンネルを用いて通信する場合について説明する。ここでは、説明の便宜のために、三つのチャンネルを用いて通信する場合について説明する。図３は、１６個のチャンネルのうち、チャンネル１５ａ“ｃｈ１”〜チャンネル１５ｃ“ｃｈ３”に割り当てられている下位機器５ａ〜下位機器５ｃとの間で行う通信の一周期分のタイミングチャートである。

【0032】

図３の各横軸は時間を示す。図３（ａ）は、上位機器３と第１制御部１１との間の通信状態を示すチャートである。図３（ｂ）は、第１制御部１１での処理状態を示すチャートである。図３（ｃ）は、第１制御部１１と第２制御部１２ａ〜１２ｃとの間の通信状態を示すチャートである。図３（ｄ）は、第２制御部１２ａでの処理状態を示すチャートである。図３（ｅ）は、第２制御部１２ａとチャンネル１５ａとの間の通信／処理状態を示すチャートである。図３（ｆ）は、第２制御部１２ｂでの処理状態を示すチャートである。図３（ｇ）は、第２制御部１２ｂとチャンネル１５ｂとの間の通信／処理状態を示すチャートである。図３（ｈ）は、第２制御部１２ｃでの処理状態を示すチャートである。図３（ｉ）は、第２制御部１２ｃとチャンネル１５ｃとの間の通信／処理状態を示すチャートである。図３の各チャート上に表示する“１”〜“３”は、それぞれ“ｃｈ１”〜“ｃｈ３”用の処理であることを模式的に示すものである。

【0033】

ここで、図３に示す下位機器５ａ〜５ｃと上位機器３との間で行うそれぞれの通信は、上述した下位機器５ａと上位機器３との間で行う通信（図２参照）と同様に処理されるため、これらの説明については省略する。

【0034】

図３に示すように、処理時間を要する各ＨＡＲＴ通信ａ〜ｃは、待ち時間なく、並行して同時に処理されることがわかる。

【0035】

上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯ１によれば、各種の下位機器５であるＨＡＲＴ通信対応機器から送信されるＨＡＲＴ通信信号を、チャンネル１５ごとに設けられたＨＡＲＴ通信部でそれぞれ処理し、処理後のデジタル信号を、第１制御部１１を介して上位側にある監視系統の上位機器３に送信することができる。これにより、処理時間を要するＨＡＲＴ通信部での処理を、チャンネル１５ごとに並行して同時に実行することができる。それゆえに、ＨＡＲＴ通信による処理待ちを解消し、システムの遅延を低減することが可能となる。

【0036】

[変形例]
なお、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯを、絶縁型のＨＡＲＴ−ＩＯとして構成してもよい。図４に、絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯの構成を例示する。図４に示す絶縁型ＨＡＲＴ−ＩＯ１は、図１に示すＨＡＲＴ−ＩＯ１が有する第２制御部１２と変復調部１３との間に、絶縁部１６を追加した点で、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯ１と相違する。絶縁部１６は、例えば、フォトカプラ、トランスを用いることにより、ＨＡＲＴ通信部ごとにデジタル信号、電源を絶縁する。絶縁部１６を設けることで、チャンネル間の接地レベル差や静電気による影響を排除することができる。

【0037】

また、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯを、例えばドーターボード等の半導体基板上に設けることとしてもよい。これにより、例えば、４〜２０ｍＡの直流信号を入出力する既存のＩＯユニットに、このドーターボードを装着することで、上述した実施形態におけるＨＲＡＴ−ＩＯが有する各種機能を、既存のＩＯユニットのオプション機能として簡易に実現することが可能となる。

【0038】

また、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯでは、上位機器３からのリクエストに応じて下位機器５がレスポンスする場合について説明しているが、通信の形態はこれに限定されず、様々の形態に適用することができる。例えば、下位機器５であるＨＡＲＴ通信対応機器から定期的にＨＡＲＴ通信信号が送信される形態にも本発明を適用することができる。

【0039】

また、上述した実施形態におけるＨＡＲＴ−ＩＯでは、第１制御部１１から上位機器５にＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）通信で信号を送信する際に、各ＨＡＲＴ通信部から受信した信号を個別に送信しているが、各ＨＡＲＴ通信部から受信した信号を、通信周期ごとにまとめて送信することとしてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１…ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置（ＨＡＲＴ−ＩＯ）、３…上位機器、５ａ〜５ｐ…下位機器、１１…第１制御部、１２ａ〜１２ｐ…第２制御部、１３ａ〜１３ｐ…変復調部、１４ａ〜１４ｐ…分離重畳部、１５ａ〜１５ｐ…チャンネル、１６…絶縁部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】