特許 5886714 携帯型機器保守支援装置

(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】5886714

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】携帯型機器保守支援装置

(51)【国際特許分類】

   H04B 3/46 20150101AFI20160303BHJP

   G05B 19/05 20060101ALI20160303BHJP

   G08C 19/02 20060101ALI20160303BHJP

   H04L 12/28 20060101ALI20160303BHJP

   H04L 29/14 20060101ALI20160303BHJP

【ＦＩ】

   H04B3/46 Z

   G05B19/05 L

   G08C19/02 301

   H04L12/28 200Z

   H04L13/00 315Z

【請求項の数】4

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-183090(P2012-183090)

(22)【出願日】2012年8月22日

(65)【公開番号】特開2014-42137(P2014-42137A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2013年9月24日

【審判番号】不服2015-1648(P2015-1648/J1)

【審判請求日】2015年1月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(72)【発明者】

【氏名】中村 昌文

(72)【発明者】

【氏名】石川 郁光

【合議体】

【審判長】 水野 恵雄

【審判官】 近藤 聡

【審判官】 梅本 章子

(56)【参考文献】

【文献】 特表２００８−５４６１１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１１−５２８４７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−６０２４９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

H04B

G05B

G08C

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

フィールド機器と上位システムとの間でアナログ信号に少なくとも機器情報を含むデジタル信号が重畳された複合信号によりそれぞれのプロトコルに基づいて行われるハイブリッド通信ネットワークの保守点検に用いられる携帯型機器保守支援装置において、
前記ネットワークに接続するための前記複数のプロトコルに共通した１組の端子と、
前記フィールド機器のネットワーク通信で使用される複数系統の通信モデムと、
前記複合信号を周波数解析し、その解析結果に基づき前記プロトコルの規格種別を判断する手段と、
前記１組の端子と複数系統の通信モデムとを切換接続するセレクタを設け、
前記セレクタは、前記規格種別を判断する手段の判別結果または手動スイッチの出力をＯＲゲートを介して入力される制御信号に基づいて１組の端子と複数系統の通信モデムとを切換接続することを特徴とする携帯型機器保守支援装置。

【請求項2】

前記複数のプロトコルは、少なくともFoundation Fieldbus、Profibus、HART、MODBUSのうちの２つを含むことを特徴とする請求項１に記載の携帯型機器保守支援装置。

【請求項3】

前記端子の後段には、入出力エネルギーを本質安全防爆規格に基づき点火エネルギーにより発火しないレベルに制限するバリアが設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の携帯型機器保守支援装置。

【請求項4】

前記規格種別を判断する手段は、前記ネットワークのライン電圧およびライン電流のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器の変換出力信号に含まれる雑音成分を除去して波形整形するようにデジタルフィルタのパラメータを調整することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の携帯型機器保守支援装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、携帯型機器保守支援装置に関し、詳しくは、フィールド機器の設置現場におけるフィールド機器の点検や調整などの保守作業に好適な携帯型の装置に関する。

【0002】

図８は、石油、化学、鉄鋼、紙パルプ、ガス、ＬＮＧ、電力、水環境、医薬品などの制御プラントにおける計装システムの一例を示すシステム構成図である。

【0003】

図８において、温度伝送器、流量計、圧力伝送器、バルブポジショナなどのフィールド機器１は、Ｉ/Ｏモジュール２を介して上位の制御システム（以下、上位システムともいう）３と接続されている。

【0004】

各物理量を検出するフィールド機器１は、プロセス値の伝送にあたり、たとえば４−２０ｍＡのアナログ信号に機器情報などを含むデジタル信号が重畳された複合信号によるハイブリッド通信を行う。

【0005】

ここで、ハイブリッド通信を行うフィールド機器１と制御システム３は、基本的に、１対１の関係で接続されている。制御システム３は、フィールド機器１から伝送入力されるプロセス値および機器情報に基づき、バルブなどの操作器を制御する。

【0006】

上位システム３からフィールド機器１が有するパラメータにアクセスする場合や、フィールド機器１から上位システム３に機器情報などを伝送する場合には、４−２０ｍＡのアナログ信号に重畳させたデジタル信号を用いて、所定のハイブリッド通信の伝送方式に則って所望のデータの送受信を行う。

【0007】

ハイブリッド通信のプロトコルとしてはFoundation(登録商標)Fieldbus、Profibus(登録商標)、HART(登録商標)、MODBUS (登録商標)などがあり、各々の通信規則に従ってデータの送受信が行われる。

【0008】

このような計装システムを構成するフィールド機器１の設置現場で、フィールド機器１の点検や調整などの保守作業に用いる装置として、たとえば特許文献１に記載されている図９に示すような装置が提案されている。

【0009】

図９において、装置２２は、３つのネットワーク接続端子、２つの正極端子（２４Ａ、２４Ｃ）、および１つの共通端子（２４Ｂ）を備えている。正極端子２４Ａと共通端子２４Ｂは装置２２をHARTネットワークに接続するのに利用され、正極端子２４Ｃと共通端子２４Ｂは装置２２をFoundation Fieldbus（以下FFと略すこともある）ネットワークに接続するのに利用される。

【0010】

装置２２がHART処理制御ループ接続で動作するのにあたり、直流を吸い込んだり、供給するのを防止しなければならない。そこで、HART物理層回路（HARTMAU）２６は、図示しない処理制御ループへ電圧信号を供給できるように設計されている。

【0011】

また、装置２２は、FFに固有の安全要求を満足するため、処理制御ループへのエネルギ注入を防止しなければならない。その要求を満足するため、FF物理層回路（フィールドバスMAU）２８は、例えばシャント電流調整器を使って約２０ｍＡの直流電流を吸い込み、メッセージ伝送中にその電流をおよそ±８ｍＡで変調する。

【0012】

これら２つのプロトコル通信方法は互いに基本的に異なり衝突することから、装置２２の回路は、HART処理制御ループには電流の吸い込みが生じず、FFのネットワークにはエネルギ注入（電圧印加）が行われないように構成される。

【0013】

装置２２には、異なる処理制御ループのためのそれぞれ別々の接続回路と媒体アクセス回路（２６、２８）とが設けられているため、ユーザが、装置２２を反対のネットワーク（HARTMAU２６をFFネットワークへ接続、または、その逆の接続など）へ接続する恐れがある。そこで、ユーザの誤接続に対処するため、装置２２では、接続開始時にはMAUの媒体アクセスユニットを受動状態に維持して、ネットワーク媒体を変調しないように構成されている。

【0014】

装置２２内の測定回路は、HARTMAU２６用の１個と、フィールドバスMAU２８用の３個の、総計で４つの測定信号調整回路で構成されている。さらに、HART測定回路３０とフィールドバス測定回路３２とは、ネットワークからの小振幅で短期間の電流を吸い込むことができる回路を形成している。FF測定信号調整回路３２は、ＤＣ電圧値、通信信号の振幅値、ネットワークやループのノイズ量を計測するための、FFネットワーク端子（２４Ｂ、２４Ｃ）の電圧信号を調整できる３つの測定調整回路（統合してフィールドバス測定回路３２）で構成されている。また、HART測定回路３０は、ネットワーク上の直流電圧値を測定する回路からなる。それら４つの信号調整回路は、制御論理ブロック３４に接続されている。制御論理ブロック３４は、アナログ／デジタル変換器３６に接続されたマルチプレクサを含んでいる。制御論理ブロック３４は、マイクロプロセッサ３８から１６ビットパラレルバス４０経由でアクセス可能である。

【0015】

装置２２に電源が投入されると、マイクロプロセッサ３８からの指示により、アナログ／デジタル変換器３６がHARTおよびFFネットワーク接続端子の両方の直流電圧のモニターを交互に行う。その状態のとき、装置２２によるネットワーク（処理制御ループ）への妨害（電流の吸い込み／供給、電圧の印加など）はない。

【0016】

ネットワークに接続されていない場合、両ループ接続端子における測定電圧値はほぼゼロである。片方のMAU端子が端子２４Ａと２４Ｂまたは端子２４Ｃと２４Ｂを介してループに接続されると、そのMAU端子で直流電圧が測定され、他方のMAU端子では測定されない。HART処理制御ループ接続ではおよそ１２〜５０Ｖの直流電圧が測定され、FFループ接続ではおよそ９〜３２Ｖの直流電圧が計測される。

【0017】

ループ接続端子の機械的設計に関しては、HARTおよびFF媒体アクセスユニット（MAU）２６、２８の両方を処理ループへ同時に接続できないように設計する。これにより、片方の媒体アクセスユニットで直流電圧が測定されても、他方のユニットでは直流電圧が測定されない確実な構成になる。

【0018】

直流電圧が測定された場合、ループ接続線が正確に接続されているかどうか確認するため、その直流電圧の極性を検知する。特に、共通端子２４Ｂと、両接続端子２４Ａおよび２４Ｃの一方との間で計測された直流電圧がマイナスの極性である場合には、処理ループ接続線が逆であることを意味する。それから、COM−１端子４１を経由してマイクロプロセッサ３８からホストプロセッサ（図示せず）へメッセージが送られ、ホストプロセッサはそのメッセージを表示して、ループ接続を逆に接続するようユーザに通知する。

【0019】

HARTおよびFF処理通信ループの両方で使用される直流動作電圧の間にはオーバラップが存在する。それゆえ、装置２２が接続されたループのタイプを高信頼で表示するのに、直流電圧だけを使用することはできない。そこでループのタイプを判断するため、実際には、処理制御ループの（相当の直流電圧値と正確な接続極性をもつ）直流インピーダンスを装置２２により計測する。

【0020】

装置２２では、５ミリ秒程度のごく短期間で１ｍＡの電流を吸い込むことによりネットワークの直流インピーダンスを測定できる。その妨害信号により、処理制御ループにその直流インピーダンスに比例した電圧パルスが発生する。HARTおよびFF処理通信ループの間には、明確なインピーダンス範囲が存在する。その妨害信号に応じて装置２２で観測される信号には、処理制御ループ上にあるHARTかFF通信信号のいずれかが含まれている。その通信信号を適当なローパスフィルタを使ってフィルタ処理することにより、装置２２で短期間パルスが観測できる。

【0021】

Ａ／Ｄ変換器３６では、この妨害信号の電圧振幅を測定する。その電圧測定値から、ネットワークのインピーダンスを計算できる。FFネットワークの場合、インピーダンス算出値がおよそ５０Ωであり、HARTネットワークにおけるインピダンス算出値は、ほぼ１２５Ωを超える。

【0022】

検出された処理ループのタイプが装置２２に接続された媒体アクセスユニット（MAU）と異なる場合には、COM−１端子４１経由でマイクロプロセッサ３８からホストプロセッサへエラーメッセージが送られて、ネットワーク接続を正しい媒体アクセスユニットへ変更するようユーザに伝達する。ただし、検出されたネットワークつまり処理制御ループのタイプが装置２２の媒体アクセスユニットと同じである場合には、通常の通信動作を継続する。

【0023】

装置２２が通信のため処理制御ループに接続されている間も、装置２２は必要に応じて複数の診断測定を行うことができる。例えば、マイプロプロセッサ３８により、直流ループ電圧を定期的に計測して、それが正確で一定に維持されているかを確認することができる。直流ループ電圧に変動がある場合には、処理ループに不具合が発生、あるいは、不具合状態の発生が差し迫っていると判断する。

【0024】

フィールドバス測定回路３２に、追加の動作ネットワークや処理制御ループの測定診断を行わせるのが好ましい。通信信号の交流測定回路にはフィルタを設けて、フィールドバス処理制御ループ上のメッセージ信号の振幅を測定可能にするのがよい。ノイズ測定回路でも交流電圧を測定できるが、ローパスフィルタを備えれば、６０〜１２０Ｈｚのノイズの振幅値を計測できる。

【0025】

このように構成される装置２２では、１対のループ接続端子へのループ接続を自動的に検知できる。さらに、装置２２は、ループ接続の不適当な状態を自動的に検知して、ユーザに極性を逆転するよう警告できる。さらにまた、装置２２では、接続された処理制御ループのタイプを自動的に検知して、それに対応した通信を行うことができる。

【0026】

また、装置２２に接続された処理ループのいくつかの診断も行える。特に、装置２２では、直流ネットワーク電圧値、FFメッセージ信号の信号振幅値、低周波ノイズの振幅値が測定可能である。さらに、FFの診断に関連して、装置２２では、フィールドバス信号強度の振幅を測定して、それをネットワークに接続された所定の装置から切り離せる。それゆえ、ユーザは、FFネットワークまたはループに接続された装置の健全性を診断でき、あるいはネットワークの端末に問題があるかどうかを判断できる。さらにまた、装置２２により、複数のFF診断も行える。装置２２は、FFネットワーク上に設けられた複数の端末に関する情報も表示できる。

【0027】

装置２２には、不揮発性メモリ４２や揮発性メモリ４４なども装備されている。装置２２内のメモリは、全部の再試行問い合わせの記録と共に、検知されたメッセージ信号エラーの全記録を保存するのにも利用できる。それらエラーは、処理制御ループ上の特定の処理装置や受信機ノード点と関連付けることもできる。そこで、全期間にわたり情報を収集して、接続されたノード点の状態と共に、前記ループの健全性の表示も効果的に行える。

【0028】

別の実施形態として、不揮発性メモリ４２をフラッシュメモリにし、より高度な診断機能を簡略化するプログラム指示を格納することも可能である。そのような高度な診断機能には、FF部分で動作するループの制御状態をモニターする機能、および／または、ネットワーク上のその他の装置の問題解決を支援するため、制御ループ内に特定機能ブロック部をシミュレートする機能が含まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0029】

【特許文献1】特表２００５−５２２０６９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0030】

しかし、特許文献１に記載されている従来の装置によれば、異なる２つの通信プロトコルが実装されるとともに、各通信プロトコルに基づく所定のネットワークを接続するための２組の端子を備えていることから、現場保守作業者などのユーザーが、所定のネットワークを所定の端子に正しく接続できるように、誤接続などを防止する対策を講じる必要がある。

【0031】

端子とネットワークが誤接続されると、正しく接続された場合にはネットワークに接続されている通信可能なフィールド機器と通信接続できなくなり、最悪の場合には、これらフィールド機器を破壊してしまうこともある。

【0032】

本発明は、このような従来の問題点に着目したものであり、その目的は、ネットワークの誤接続を確実に防止できる携帯型機器保守支援装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0033】

このような課題を達成する請求項１の発明は、
フィールド機器と上位システムとの間でアナログ信号に少なくとも機器情報を含むデジタル信号が重畳された複合信号によりそれぞれのプロトコルに基づいて行われるハイブリッド通信ネットワークの保守点検に用いられる携帯型機器保守支援装置において、
前記ネットワークに接続するための前記複数のプロトコルに共通した１組の端子と、
前記フィールド機器のネットワーク通信で使用される複数系統の通信モデムと、
前記複合信号を周波数解析し、その解析結果に基づき前記プロトコルの規格種別を判断する手段と、
前記１組の端子と複数系統の通信モデムとを切換接続するセレクタを設け、
前記セレクタは、前記規格種別を判断する手段の判別結果または手動スイッチの出力をＯＲゲートを介して入力される制御信号に基づいて１組の端子と複数系統の通信モデムとを切換接続することを特徴とする。

【0034】

請求項２の発明は、請求項１に記載の携帯型機器保守支援装置において、
前記複数のプロトコルは、少なくともFoundation Fieldbus、Profibus、HART、MODBUSのうちの２つを含むことを特徴とする。

【0035】

請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の携帯型機器保守支援装置において、
前記端子の後段には、入出力エネルギーを本質安全防爆規格に基づき点火エネルギーにより発火しないレベルに制限するバリアが設けられていることを特徴とする。

【0036】

請求項４の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の携帯型機器保守支援装置において、
前記規格種別を判断する手段は、前記ネットワークのライン電圧およびライン電流のアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器の変換出力信号に含まれる雑音成分を除去して波形整形するようにデジタルフィルタのパラメータを調整することを特徴とする。

【発明の効果】

【0037】

これらにより、ネットワークの誤接続を生じることなく、複合信号のプロトコルを的確に判断できる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】本発明の一実施例を示すブロック図である。

【図2】図１におけるバリア５の具体的な回路例図である。

【図3】図１の動作の流れを説明するフローチャートである。

【図4】図３のステップＳ７の処理が終了した後の動作状態を示すブロック図である。

【図5】図３のステップＳ１０の処理が終了した後の動作状態を示すブロック図である。

【図6】本発明の他の実施例を示すブロック図である。

【図7】図６における入出力ブロック１５の具体的な回路例図である。

【図8】計装システムの一例を示すシステム構成図である。

【図9】従来の携帯式診断通信装置の一例を示すブロック図である。

【発明を実施するための最良の形態】

【0039】

以下、本発明について、図面を用いて説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図である。図１において、端子１は通信ネットワークに接続するためのものであり、正極端子Ｐ＋と負極端子Ｐ−を備えている。この端子１は、複数の規格の通信ネットワークに共通して用いられる。

【0040】

通信モデム２、３は、いずれもフィールド機器のネットワーク通信で使用されるものである。通信モデム２は、前述のFF、Profibus、HART、MODBUSなどの通信ネットワークのうちのたとえばHARTネットワークに対応し、通信モデム３は、たとえばFFネットワークに対応している。

【0041】

なお、本実施例では２つの通信モデム２、３を設ける例を示しているが、３つまたはそれ以上の通信モデムを設けてもよい。これら通信モデム２、３の出力端子は、ＣＰＵ４に接続されている。

【0042】

ＣＰＵ４は、通信モデム２、３を介して入力される情報と、信号処理部１０から入力される情報に基づき、通信ネットワークの規格種別の自動判別を行い、その判別結果をオアゲート１２を介してセレクタ６、７の制御信号としてフィードバックする。なお、ＣＰＵ４は、主にアプリケーション層の処理を行うが、必要に応じてデータリンク層の処理も行う。

【0043】

バリア５は、エネルギー（電圧・電流・電力）の入出力を制限するものであって、本質安全防爆適用を考慮した場合に、端子１の次段に接続される。このバリア５は、対応するすべてのネットワーク通信規格において、最大定格の入力が与えられても部品損傷が無いように設計される。

【0044】

図２はバリア５の具体的な回路例図であり、８個の接続端子Ｓ１〜Ｓ８が設けられた例を示している。

【0045】

接続端子Ｓ１、Ｓ２間には点火エネルギーにより発火しないような程度まで電流を低減する電流制限素子として用いられる抵抗５ａと５ｂが直列接続され、接続端子Ｓ３、Ｓ４間には電流制限素子として用いられる抵抗５ｃと５ｄが直列接続されている。

【0046】

抵抗５ａと５ｂの接続点と抵抗５ｃと５ｄの接続点間には、互いに逆極性になるように並列接続された点火エネルギーにより発火しないような程度まで電圧を低減する電圧制限素子として用いられる２個のダイオード５ｅ、５ｆよりなる並列回路が接続されている。

【0047】

接続端子Ｓ１、Ｓ５間には抵抗５ｇが接続され、抵抗５ｇと接続端子Ｓ５の接続点にはダイオード５ｈのカソードが接続され、ダイオード５ｈのアノードは共通電位点に接続されている。

【0048】

接続端子Ｓ３、Ｓ６間には抵抗５ｉが接続され、抵抗５ｉと接続端子Ｓ６の接続点にはダイオード５ｊのカソードが接続され、ダイオード５ｊのアノードは共通電位点に接続されている。

【0049】

抵抗５ｃと５ｄの接続点と接続端子Ｓ７間には抵抗５ｋが接続され、抵抗５ｋと接続端子Ｓ７の接続点にはダイオード５ｍのカソードが接続され、ダイオード５ｍのアノードは共通電位点に接続されている。

【0050】

接続端子Ｓ３、Ｓ８間には抵抗５ｎが接続され、抵抗５ｎと接続端子Ｓ８の接続点にはダイオード５ｐのカソードが接続され、ダイオード５ｐのアノードは共通電位点に接続されている。

【0051】

このような構成のバリア５において、接続端子Ｓ５、Ｓ６はライン電圧測定端子として機能し、接続端子Ｓ７、Ｓ８はライン電流測定端子として機能するが、ライン電圧やライン電流を測定するポイントはこれらに限るものではなく、別に複数設けてもよい。

【0052】

再び図１において、セレクタ６、７は、可動接点ａと固定接点ｂ、ｃとで構成され端子１と各通信モデム２、３とを選択的に接続するものであり、バリア５と各通信モデム２、３との間に設けられている。

【0053】

セレクタ６の可動接点ａは接続端子Ｓ２に接続され、固定接点ｂは通信モデム２の一方の入力端子に接続され、固定接点ｃは通信モデム３の一方の入力端子に接続されている。

【0054】

セレクタ７の可動接点ａは接続端子Ｓ４に接続され、固定接点ｂは通信モデム２の他方の入力端子に接続され、固定接点ｃは通信モデム３の他方の入力端子に接続されている。

【0055】

これらセレクタ６、７は、初期状態において通信モデム２、３のいずれか一方のみと通信可能となるように、通信プロトコルの物理層とＣＰＵ４を接続し、周波数解析によりプロトコルの規格種別自動診断および通信確立を行う。なお、最初に接続される一方の通信プロトコルは、残りの他方の通信プロトコルより入出力が小さい範囲（たとえば電流では４−２０ｍＡ）で動作させる。

【0056】

測定回路８は、バリア５の接続端子Ｓ５〜Ｓ８を介して通信プロトコルの物理層に接続されたものであり、その出力端子はＡ／Ｄ変換器９に接続されている。

【0057】

Ａ／Ｄ変換器９は、たとえば通信帯域よりも１０倍程度の高速なサンプリング速度を有するものであり、バリア５の後段のアナログ出力信号をデジタル信号に変換して信号処理部１０に出力する。このＡ／Ｄ変換器９の出力信号は、端子１に接続される通信ネットワークの規格種別を判定するための元情報となる。

【0058】

Ａ／Ｄ変換器９には、測定回路８を介してバリア５の接続端子Ｓ５およびＳ６が接続され、端子１に関連付けられる電圧を検出する。なお、バスに流れる電流の検出にあたっては、バスに流れる電流を電圧に変換するための端子１のＰ＋とＰ−の各ラインに直列に接続される抵抗５ｋ、５ｎと、抵抗間の電圧（接続端子Ｓ７、Ｓ８間の電位差）を求めるための図示しない差動増幅器が用いられる。

【0059】

信号処理部１０は、ＤＳＰやＣＰＵなどで構成されるものであり、Ａ／Ｄ変換器９から変換出力される信号に対して、たとえばFFＴ演算による周波数解析や、デジタルフィルタによる波形整形処理などを行う。

【0060】

信号処理部１０は、具体的には、以下のような処理判断を行う。
１）ある一定期間（想定される各通信ネットワークフレームの数分の１）の周波数解析を行い、スペクトラム密度の高い通信周波数を算出し、その算出結果に基づき通信ネットワークの規格種別を判断する。すなわち、たとえば３０ｋＨｚ近傍であればFFと判断し、１〜２ｋＨｚであればHARTと判断する。

【0061】

２）また、Ａ／Ｄ変換器９のバス電流に関わる電圧入力の最大値・最小値から、通信振幅を算出する。１）の周波数解析に基づいて得られた通信ネットワークにおける規格上の通信振幅と比較し、規格範囲であれば通信を確定させるようにＣＰＵ４に通知する。ＣＰＵ４は、セレクタ６、７に対して、該当する通信モデム２または３と端子１を接続するための指示信号を与える。振幅が規格範囲から乖離がある場合には、通信異常であることをＣＰＵ４に通知する。

【0062】

３）２）の処理と同時に信号のばらつきを確認し、ばらつきが大きければバスラインの雑音が大きくて状態が悪いことをＣＰＵ４に通知する。

【0063】

４）さらに、３）でバスラインの雑音が大きくて状態が悪いと判断した場合には、Ａ／Ｄ変換器９の変換出力信号に含まれる雑音成分を除去して波形整形するようにデジタルフィルタのパラメータを調整し、波形整形処理された雑音成分の少ない信号をＣＰＵ４に出力する。これにより、ＣＰＵ４は、バスラインを介して伝送される本来の通信情報を認識できる。

【0064】

なお、信号処理部１０は、これら１）から４）の信号処理を行うものであるが、ＣＰＵ４の演算処理能力に余裕があればこれらの信号処理の一部をＣＰＵ４で行うようにしてもよい。

【0065】

手動スイッチ１１は、ＣＰＵ４による自動判別モードを必要に応じて手動モードに設定するために設けられている。すなわち、端子１に接続される通信ネットワークの規格種別の判別は、信号処理部１０の処理結果に基づきＣＰＵ４により自動判別されるが、確定的に通信を選択することも考慮し、手動でも切り替えられるようにしている。

【0066】

手動スイッチ１１は、たとえば差し込み型のディップスイッチでもよいし、あらかじめ使用する通信プロトコルが判明している場合は短絡用スイッチで端子１に接続される通信プロトコルを固定してもよい。手動スイッチ１１のステータスも、オアゲート１２を介してセレクタ６、７の制御信号として入力される。

【0067】

表示部１３はＣＰＵ４に接続されたものであり、ＣＰＵ４の各種情報を表示する。操作部１４もＣＰＵ４に接続されたものであり、たとえば表示部１３の表示画面を見ながらＣＰＵ４を設定操作する。

【0068】

クロック出力部１５は、ＣＰＵ４をはじめとする各ブロックに、それぞれに必要な周波数のクロックを出力する。

【0069】

電源部１６は、ＣＰＵ４をはじめとする各ブロックに、それぞれに必要な所定電圧の電源を出力する。

【0070】

図３は、図１の動作の流れを説明するフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、初期状態に設定する。初期状態では、クロック出力部１５の出力クロックの周波数を、通信速度の遅い通信モデム２(HART)と通信速度の速い通信モデム３(FF)にそれぞれ対応するように設定する。そして、電源部１６からの電源供給先として、通信モデム２、３、ＣＰＵ４、測定回路８、Ａ／Ｄ変換器９および信号処理部１０を設定する。

【0071】

ステップＳ２において、測定回路８、Ａ／Ｄ変換器９および信号処理部１０は、端子１に接続される通信ネットワークにおける通信の有無を検出するとともに、信号周波数解析を開始する。

【0072】

ステップＳ３において、フレームの所定の監視時間を定める監視タイマをスタートさせる。フレームの監視時間は、FF通信の特性を考慮して設定される。一般的にFF通信は双方向のデジタル通信であり、数ミリ秒間隔で常時フレームが送信される。したがって、無音状態がたとえば１秒間継続すればFF通信は行われていないと判断できるので、フレームの監視時間を１秒間とすれば充分な時間といえる。監視タイマがタイムアップするのを待って、ステップＳ４へ進む。

【0073】

ステップＳ４において、所定の監視時間内にフレームが検出されたか否か判断する。フレームが検出された場合はステップＳ５へ進み、フレームが検出されなかった場合はステップＳ９へ進む。

【0074】

ステップＳ５において、測定回路８、Ａ／Ｄ変換器９および信号処理部１０の系統を介して行われた周波数解析の結果が、低速か高速かを判断する。高速であると判断されればステップＳ６へ進み、低速であると判断されればステップＳ９へ進む。

【0075】

ステップＳ６において、セレクタ６、７を切替制御し、高速であるFF用の通信モデム３に対応した状態とする。

【0076】

ステップＳ７において、電源部１６からのＨＡＲＴ通信系統に関するブロックへの電源供給を停止し、FF通信系統に関するブロック、すなわち、通信モデム３、ＣＰＵ４、測定回路８、Ａ／Ｄ変換器９、信号処理部１０に電源を供給する。

【0077】

ステップＳ８において、クロック出力部１５の出力クロックの周波数を、高速の通信モデム３に対応するように設定する。

【0078】

ステップＳ１２において、FF通信機器としての定常状態に移行し、起動時の処理を終了する。

【0079】

ステップＳ９において、セレクタ６、７を切替制御し、低速であるＨＡＲＴ用の通信モデム２に対応した状態とする。

【0080】

ステップＳ１０において、電源部１６からのFF通信系統に関するブロックへの電源供給を停止し、ＨＡＲＴ通信系統に関するブロック、すなわち、通信モデム２、ＣＰＵ４、測定回路８、Ａ／Ｄ変換器９、信号処理部１０に電源を供給する。

【0081】

ステップＳ１１において、クロック出力部１５の出力クロックの周波数を、低速の通信モデム２に対応するように設定する。

【0082】

図４は、ステップＳ７の処理が終了した後の動作状態を示すブロック図である。図４において、FF通信系統の通信モデム３が機能する状態になっている。

【0083】

これに対し、図５は、ステップＳ１０の処理が終了した後の動作状態を示すブロック図である。図５において、ＨＡＲＴ通信系統の通信モデム２が機能する状態になっている。

【0084】

以上の説明から明らかなように、図１の実施例では、端子１に接続される通信ネットワークにおける通信フレームの有無および信号処理部１０の分析結果に基づいて、FF通信とＨＡＲＴ通信とを自動的に認識し、その認識結果に応じて自らをFF通信機器またはＨＡＲＴ通信機器として機能させている。

【0085】

これにより、各フィールド機器の種類に応じた通信ネットワークの規格種別毎の開発が不要となるとともに、在庫管理などの煩雑な作業も不要となる。

【0086】

また、周波数解析後は、FF通信機器として機能させるかＨＡＲＴ機器として機能させるかに応じて、いずれか一方の必要な部位のみに対してクロックおよび電源の供給を行えばよく、機器全体の消費電力を抑制できるとともに、システムへの悪影響を回避できる。

【0087】

なお、図１の実施例では、本質安全防爆適用を考慮し、端子１の次段にバリア５が接続された例について説明したが、非本質安全防爆適用を考慮した場合には、たとえば図６に示すように、バリア５に代えて入出力ブロック１５を接続すればよい。

【0088】

図６において、入出力ブロック１５にもバリア５と同様に８個の接続端子Ｓ１〜Ｓ８が設けられていて、これら接続端子Ｓ１〜Ｓ８と各部との接続関係は図１と同様である。

【0089】

図７は、入出力ブロック１５の具体的な回路例図である。バリア５のようなエネルギー（電圧・電流・電力）の入出力を制限するための素子は設けられていない。

【0090】

すなわち、接続端子Ｓ１、Ｓ２間は直接接続されている。

【0091】

接続端子Ｓ３、Ｓ４間には、抵抗１５ａが接続されている。

【0092】

接続端子Ｓ１、Ｓ５間には抵抗１５ｂが接続され、抵抗１５ｂと接続端子Ｓ５の接続点にはダイオード１５ｃのカソードが接続され、ダイオード１５ｃのアノードは共通電位点に接続されている。

【0093】

接続端子Ｓ３、Ｓ６間には抵抗１５ｄが接続され、抵抗１５ｄと接続端子Ｓ６の接続点にはダイオード１５ｅのカソードが接続され、ダイオード１５ｅのアノードは共通電位点に接続されている。

【0094】

抵抗１５ａと接続端子Ｓ４の接続点と接続端子Ｓ７間には抵抗１５ｆが接続され、抵抗１５ｆと接続端子Ｓ７の接続点にはダイオード１５ｇのカソードが接続され、ダイオード１５ｇのアノードは共通電位点に接続されている。

【0095】

接続端子Ｓ３、Ｓ８間には抵抗１５ｈが接続され、抵抗１５ｈと接続端子Ｓ８の接続点にはダイオード１５ｉのカソードが接続され、ダイオード１５ｉのアノードは共通電位点に接続されている。

【0096】

このような構成の入出力ブロック１５において、バリア５と同様に、接続端子Ｓ５、Ｓ６はライン電圧測定端子として機能し、接続端子Ｓ７、Ｓ８はライン電流測定端子として機能するが、ライン電圧やライン電流を測定するポイントはこれらに限るものではなく、別に複数設けてもよい。

【0097】

なお、図７で入出力ブロック１５と記載している理由は、本発明に係る携帯型機器保守支援装置も、たとえばＨＡＲＴ通信のネットワークの保守点検時には、図示しない信号源からＨＡＲＴ通信のネットワークに所定の信号を重畳する場合があることに基づく。

【0098】

これらのように構成される本発明によれば、通信ネットワークを接続するための端子は１組であることから、現場保守点検作業などにおいて、通信ネットワークのプロトコルが未確認であってもその種類を考えることなく単純に接続すればよく、特許文献１に記載されている従来の装置のような誤接続問題を生じることはない。

【0099】

本発明の適用範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、通信線を介して行われる通信機能を有するフィールド機器に対し、広く適用できる。

【0100】

以上説明したように、本発明によれば、ネットワークの誤接続を確実に防止できる携帯型機器保守支援装置を提供することができ、通信ネットワークのプロトコルが未確認であってもその種類を考えることなく単純に接続すればよく、作業効率を大幅に改善できる。

【符号の説明】

【0101】

１ 端子
２、３ 通信モデム
４ ＣＰＵ
５ バリア
６、７ セレクタ
８ 測定回路
９ Ａ／Ｄ変換器
１０ 信号処理部
１１ 手動スイッチ
１２ オアゲート
１３ 表示部
１４ 操作部
１５ クロック出力部
１６ 電源部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】