JP2012014388A

JP2012014388A - 機器監視機能を有するプロセス管理システム

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Publication number: JP2012014388A
Application number: JP2010149834A
Authority: JP
Inventors: Shin Suzuki; 伸鈴木
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-06-30
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2012-01-19
Also published as: CN102331731A; KR20120002410A; US20120004741A1

Abstract

【課題】ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器を採用する場合であっても、比較的安価なコストでシステムを再構築する。
【解決手段】ＨＡＲＴ通信機能を有するＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏの入出力信号を送受信し、当該入出力信号に含まれる４〜２０ｍＡの直流信号および当該直流信号に重畳されるデジタル信号をそれぞれ別のラインで送受信するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏと、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏから出力される直流信号を受信し、当該直流信号に基づいてプロセスを制御するコントローラ１７と、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏで送受信されるデジタル信号を受信し、当該デジタル信号に基づいてＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏの状態を監視する機器監視部１５と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、プラントに装備されたフィールド機器を監視する機能を有するプロセス管理システムに関する。

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。

特開２００３−１８６５０３号公報特許第４１２９７１５号公報

上述した各特許文献のシステムでは、ＨＡＲＴ通信信号を、プロセス信号を通信する通信バスやコントローラでも使用している。一般に、通信バスやコントローラはプロセス信号に対応し、十分に高速で処理能力の高いものとなっている。ところで、プロセス信号の通信に加え、ＨＡＲＴ通信信号を高速で通信するためには、ＨＡＲＴ通信対応機器とコントローラとの間をさらに高速な通信バスに交換し、コントローラも処理能力の高いコントローラに交換する必要がある。しかしながら、通信バスやコントローラを交換するためには、多大なコストを要する。

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通信機能を搭載したフィールド機器を採用する場合であっても、比較的安価なコストでシステムを再構築することができるプロセス管理システムを提供することを目的とする。

本発明に係るプロセス管理システムは、ＨＡＲＴ通信機能を有するフィールド機器の入出力信号を送受信し、当該入出力信号に含まれる第１信号および当該第１信号に重畳される第２信号をそれぞれ別のラインで送受信する入出力装置と、前記入出力装置により出力される前記第１信号を受信し、当該第１信号に基づいてプロセスを制御する制御部と、前記入出力装置で送受信される前記第２信号を受信し、当該第２信号に基づいて前記フィールド機器の状態を監視する監視部と、を備える。

かかる構成を採用することで、フィールド機器の入出力信号を送受信する入出力装置の上位側を、プロセスを制御する制御系統と、フィールド機器の状態を監視する監視系統とに分けて管理することができる。つまり、制御系統と監視系統とを別個に設け、独立して管理することができる。したがって、例えば、制御系統のみを有する既存のシステムに機器監視機能を追加する場合であっても、既存のシステムに影響を及ぼすことなく、機器監視機能を追加することが可能となる。また、既存のシステムの制御系統の設備（例えば配線やターミナル）をそのまま使用することができるため、スムーズかつ簡易に機器監視機能を追加することが可能となる。

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としてもよい。また、前記第２信号は前記第１信号に対応する値を含むこととしてもよい。

本発明によれば、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器を採用する場合であっても、比較的安価なコストでシステムを再構築することが可能なプロセス管理システムを提供することができる。

実施形態におけるプロセス管理システムの構成を模式的に例示する図である。リング型イーサネット（登録商標）システムを用いたネットワークの構成例を模式的に示す図である。リング型イーサネット（登録商標）システムを用いたネットワークの構成例を模式的に示す図である。

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。

まず、図１を参照して、実施形態におけるプロセス管理システムの構成について説明する。図１に示すように、プロセス管理システム１は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏと、ＨＡＲＴ通信機能を有する入出力装置であるＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏと、フィールド機器１２ｉ、１２ｏと、ＩＯユニット１３ｉ、１３ｏと、ＨＵＢ１４と、機器監視部１５と、コントローラ１７と、運転操作部１９と、を有する。

ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏの上位側に設けられるコントローラ１７および運転操作部１９が、プロセスを制御する制御系統を構成する。一方、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏの上位側に設けられるＨＵＢ１４および機器監視部１５が、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏの状態等を監視する監視系統を構成する。

制御系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏおよびＩＯユニット１３ｉ、１３ｏとコントローラ１７との間は、例えば、低速な通信バス１８で接続される。監視系統を構成するＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏとＨＵＢ１４との間は、イーサネット（登録商標）規格の通信ケーブル１６で接続される。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉとしては、例えば、流量センサや圧力センサ、温度センサ等の各種センサを用いることができる。ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏおよびフィールド機器１２ｏとしては、例えば、流量制御弁や圧力制御弁等のバルブまたはポンプやファン等のアクチュエータを用いることができる。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、ＨＡＲＴ通信機能を搭載したフィールド機器であり、ＨＡＲＴ通信信号を入出力する。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。

上記直流信号は、ＨＡＲＴ通信対応機器やフィールド機器ごとに設定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。

ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、例えば、以下にようにしてＨＡＲＴ通信信号を生成する。最初に、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、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。続いて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏは、変換後の周波数信号を、測定値や制御値等を示す４〜２０ｍＡの直流信号に重畳する。これにより、ＨＡＲＴ通信信号が生成される。

ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、ＨＡＲＴ通信信号を送受信し、４〜２０ｍＡの直流信号とデジタル信号とをそれぞれ送受信する入出力装置である。ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、例えば、以下のようにしてＨＡＲＴ通信信号から４〜２０ｍＡの直流信号とデジタル信号とを生成する。最初に、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、受信したＨＡＲＴ通信信号を、１２００Ｈｚの信号および２２００Ｈｚの信号で表される周波数信号と４〜２０ｍＡの直流信号とに分離する。続いて、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏは、分離後の周波数信号をデジタル信号に変換する。

フィールド機器１２ｉ、１２ｏは、ＨＡＲＴ通信機能を搭載していないフィールド機器であり、測定値や制御値等を示す４〜２０ｍＡの直流信号を入出力する。ＩＯユニット１３ｉ、１３ｏは、４〜２０ｍＡの直流信号を送受信する入出力装置である。

機器監視部１５は、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１ｉ、１１ｏから出力されたデジタル信号を、ＨＵＢ１４を介して受信する。機器監視部１５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１５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。

コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏやフィールド機器１２ｉ、１２ｏを制御することで、生産プロセスの実施状態を制御する。具体的に、例えば、コントローラ１７は、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉまたはフィールド機器１２ｉから取得した流量や圧力等の測定値に基づいて、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｏまたはフィールド機器１２ｏを制御することで、バルブの開度等を調節する。

運転操作部１９は、コントローラ１７で受信した４〜２０ｍＡの直流信号に基づいてＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容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１０ｉおよびフィールド機器１２ｉの運転内容を把握することが可能となる。運転操作部１９は、運用者の操作指示に従って、ＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏまたはフィールド機器１２ｉ、１２ｏの運転状態を操作する。運転状態の操作内容としては、例えば、機器の起動操作や停止操作等が該当する。

プロセス管理システム１は、例えばリング型のイーサネット（登録商標）システムを用いてネットワークを構成することができる。図２および図３に、リング型イーサネット（登録商標）システムを用いたネットワークの構成例を示す。図２および図３に示すように、プロセス管理システム１を構成するＨＵＢ１４および各ＨＡＲＴ通信対応機器１０間を、イーサネット（登録商標）規格の通信ケーブル１６を用いたリング型トポロジによって接続する。リング型トポロジを採用してネットワークを構成することで、例えば、ネットワーク内でいずれかの機器（モジュール）が故障した場合や、メンテナンス時にいずれかの機器のコネクタを挿抜した場合であっても、他の機器の通信状態を維持することが可能となる。なお、図３に示す１１１はＨＡＲＴ通信対応機器１０ｉ、１０ｏとの間の入出力インターフェースであり、１１３はイーサネット（登録商標）ポートであり、１１４はコントローラ１７との間の入出力インターフェースである。また、１１２は各種の演算を実行する演算部である。

上述したようにプロセス管理システム１を構成することで、フィールド機器１２ｉ、１２ｏの監視機能を簡易に追加することが可能となる。以下に、その手順の一例を説明する。

最初に、フィールド機器１２ｉ、１２ｏをＨＡＲＴ通信対応機器１０に交換し、ＩＯユニット１３ｉ、１３ｏをＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１に交換する。

続いて、交換後のＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１の上位側の通信ポートに、コントローラ１７に接続する通信バス１８のコネクタと、機器監視部１５側のＨＵＢ１４に接続する通信ケーブル１６のコネクタとを、それぞれ差し込む。

このように機器監視機能を追加することで、既存の制御系統の設備（例えば通信バス１８、コントローラ１７および運転操作部１９）をそのまま使用して機器監視機能を追加することができる。

上述してきたように、実施形態におけるプロセス管理システム１によれば、ＨＡＲＴ−ＩＯユニット１１の上位側を、プロセスを制御する制御系統と、ＨＡＲＴ通信対応機器１０の状態を監視する監視系統とに分けて管理することができる。つまり、制御系統と監視系統とを別個に設け、独立して管理することができる。

したがって、例えば、制御系統のみを有する既存のシステムに機器監視機能を追加する場合であっても、既存のシステムに影響を及ぼすことなく、機器監視機能を追加することが可能となる。

また、既存のシステムの制御系統（例えば配線やターミナル）をそのまま使用することができるため、スムーズに機器監視機能を追加することが可能となる。

１…プロセス管理システム、１０ｉ、１０ｏ…ＨＡＲＴ通信対応機器、１１ｉ、１１ｏ…ＨＡＲＴ−ＩＯユニット、１２ｉ、１２ｏ…フィールド機器、１３ｉ、１３ｏ…ＩＯユニット、１４…ＨＵＢ、１５…機器監視部、１６…ケーブル、１７…コントローラ、１８…通信バス、１９…運転操作部。

Claims

ＨＡＲＴ通信機能を有するフィールド機器の入出力信号を送受信し、当該入出力信号に含まれる第１信号および当該第１信号に重畳される第２信号をそれぞれ別のラインで送受信する入出力装置と、
前記入出力装置により出力される前記第１信号を受信し、当該第１信号に基づいてプロセスを制御する制御部と、
前記入出力装置で送受信される前記第２信号を受信し、当該第２信号に基づいて前記フィールド機器の状態を監視する監視部と、
を備えることを特徴とするプロセス管理システム。
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記載のプロセス管理システム。
前記第２信号は前記第１信号に対応する値を含む、ことを特徴とする請求項１または２記載のプロセス管理システム。