JP4940764B2

JP4940764B2 - 通信制御装置

Info

Publication number: JP4940764B2
Application number: JP2006154389A
Authority: JP
Inventors: 洋二齋藤
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2006-06-02
Filing date: 2006-06-02
Publication date: 2012-05-30
Anticipated expiration: 2026-06-02
Also published as: JP2007323464A

Description

本発明は、コンピュータの通信形態を制御する通信制御装置に関し、とくに自動的な通信形態の切り替えを可能とする通信制御装置に関する。

フィールド機器の調整、設定、診断用ソフトウェアをコンピュータに実装することにより、コンピュータとフィールド機器との間で、調整、設定のための通信を実行することが可能となる。このようなソフトウェアとして、例えば、PRM(Plamt Resouce Manager)、FieldMate、PACTware （以上、商標名）などがある。

図３は、従来のシステム構成を示す図である。図３に示すように、コンピュータ２００のＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートにはモデムユニット１００Ａが接続され、上記ソフトウェアはモデムユニット１００Ａを介してフィールド機器５１と通信を行う。モデムユニット１００Ａは工業用プロトコルとＵＳＢプロトコル間の双方向の変換を行う。

フィールド機器５１と通信するための工業用プロトコルとして種々のプロトコルが存在する。図３では、フィールド機器５１に、プロセス制御線５３およびプロセス制御線５４を介して直流電源５２が接続され、プロセス制御線５３に負荷抵抗５３ａが設けられた２線式と呼ばれる方式を示している。フィールド機器５１として、４−２０ｍＡ信号を出力する差圧伝送器や流量計などが使用される。

特開２００５− ９２７２３号公報

図３に示すように、プロセス制御線５３およびプロセス制御線５４とコンピュータ２００との間を、モデムユニット１００Ａを介して接続することで、コンピュータ２００と、フィールド機器５１との間での通信を実行できる。しかし、実際のプラントの現場においてはフィールド機器の設置場所は様々であり、ワイヤによりプロセス制御線５３およびプロセス制御線５４とコンピュータ２００との間を接続することは困難な場合も多い。

本発明の目的は、無線による通信を可能とするとともに、自動的な通信形態の切り替えを可能とすることで、使い勝手の良好な通信制御装置を提供することにある。

本発明の通信制御装置は、コンピュータの通信形態を制御する通信制御装置において、前記コンピュータとの接続部と、前記接続部を介して前記コンピュータとの間で有線通信を実行する有線通信手段と、前記コンピュータとの間で無線通信を実行する無線通信手段と、前記接続部での前記コンピュータとの接続／非接続を検出する検出手段と、前記検出手段で接続が検出された場合には前記有線通信手段を用いた通信形態を選択し、前記検出手段で非接続が検出された場合には前記無線通信手段を用いた通信形態を選択する通信選択手段と、前記有線通信手段とフィールド制御線との間、および無線通信手段とフィールド制御線との間を有線通信可能に接続する接続手段と、を備え、前記通信選択手段により選択された通信形態により、前記コンピュータと、前記フィールド制御線に接続されたフィールド機器との間で前記接続手段を介する通信を行うことを特徴とする。また、前記通信選択手段により選択された通信形態による通信信号と、前記フィールド機器と通信するための工業通信プロトコルに対応する通信信号とを双方向に変換する工業通信プロトコル変換手段を備えることを特徴とする。また、前記有線通信手段または前記無線通信手段からの信号に基づいて、前記工業通信プロトコル変換手段における変換動作を前記工業通信プロトコルに合わせて選択するプロトコル選択手段を備えることを特徴とする。

この通信制御装置によれば、検出手段で接続が検出された場合には有線通信手段を用いた通信形態を選択し、検出手段で非接続が検出された場合には無線通信手段を用いた通信形態を選択するので、自動的に通信形態が選択される。

電源として利用可能な蓄電手段と、前記接続部を介して得られる前記コンピュータからの電力を用いて前記蓄電手段を充電する充電手段と、を備えてもよい。

前記検出手段で接続が検出された場合には前記接続部を介して得られる電力を電源として用い、前記検出手段で非接続が検出された場合には前記蓄電手段を電源として用いる電源選択手段を備えてもよい。

他の機器と前記コンピュータとの間の通信を媒介してもよい。

前記通信における通信プロトコルの変換を行ってもよい。

本発明の通信制御装置によれば、検出手段で接続が検出された場合には有線通信手段を用いた通信形態を選択し、検出手段で非接続が検出された場合には無線通信手段を用いた通信形態を選択するので、自動的に通信形態が選択される。

以下、図１〜図２を参照して、本発明による通信制御装置の一実施形態について説明する。本実施形態の通信制御装置は、本発明をフィールド機器の設定、調整、診断等を行う場合に使用するモデムユニットに適用した例を示している。

図１は、本実施形態の通信制御装置としてのモデムユニットの構成を示すブロック図である。

図１に示すように、モデムユニット１００は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）プロトコルとＵＡＲＴ（Universal asynchronous receiver-transmitter）の信号間の双方向変換を行うＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１と、アンテナ２が接続されたワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３と、ＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１またはワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３のいずれかを選択する信号選択部４と、ＵＡＲＴの信号と工業通信プロトコルの双方向変換を行うＵＡＲＴ−工業通信プロトコル変換器５と、絶縁トランスあるいは直流除去用のコンデンサ等からなる絶縁回路６と、を備える。

また、モデムユニット１００には、装置各部に電力を供給するためのバッテリや大容量コンデンサ等の蓄電デバイス１１と、蓄電デバイス１１を充電するための充電回路１２と、モデムユニット１００がコンピュータに接続されているか否かを検出する電圧検出部１３と、電圧検出部１３における検出信号に基づいて電源を選択する電源選択部１４と、モデムユニット１００の電源スイッチ１５と、が設けられている。

プロトコル選択部１７は、ＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１またはワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３からのＰＳＥＬ信号に基づいて、複数の工業通信プロトコルに対応する動作の切り替えを行うものであり、工業通信プロトコル変換器５における変換動作をプロトコルに合わせて選択している。なお、工業通信プロトコルには、代表的なものとして、HART、Rrain、Profibus、Foundation Fieldbus などがある。

さらに、モデムユニット１００には、コンピュータとの接続のためのＵＳＢポート２１と、プロセス制御線との接続のための工業通信ポート２２と、が設けられている。

次に、モデムユニット１００の動作について説明する。

図２（ａ）に示すように、モデムユニット１００は、ＵＳＢポート２１を介して、コンピュータ２００に接続して使用できる。この場合には、ＵＳＢポート２１の電源ラインＬ５（ＶＣＣ）の電圧が所定電圧まで上昇するため、電圧検出部１３から出力される検出信号Ｓ１がアクティブとなり、信号選択部４は信号線Ｌ１との接続を選択する。これにより、ＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１が選択された状態となる。

また、電圧検出部１３から出力される検出信号Ｓ１がアクティブである場合、電源選択部１４は電源ラインとしてラインＬ３を選択する。これにより、ＵＳＢポート２１の電源ラインＬ５が電源スイッチ１５に接続され、コンピュータ２００から電源ラインＬ５を介して供給される電力が電源として使用される状態となる。

さらに、モデムユニット１００がコンピュータ２００に接続されている場合、ＵＳＢポート２１の電源ラインＬ５を介してコンピュータ２００から供給される電力が、充電回路１２による蓄電デバイス１１の充電に使用される。したがって、モデムユニット１００をコンピュータ２００に接続することで、蓄電デバイス１１が充電される。

なお、モデムユニット１００を通信に使用しない場合であっても、図２（ｃ）に示すように、モデム１００をコンピュータ２００に接続することで、蓄電デバイス１１が同様に充電される。また、ＵＳＢポート２１を介して他の装置に接続して、蓄電デバイス１１を充電することもできる。

モデムユニット１００がコンピュータ２００に接続されている場合、ＵＳＢポートのデータライン３１（Ｄ＋）およびデータライン３２（Ｄ−）を介して入力された信号は、ＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１およびＵＡＲＴ−工業通信プロトコル変換器５により変換され、絶縁回路６を介して工業通信ポート２２に接続されたプロセス制御線５３およびプロセス制御線５４に出力され、フィールド機器５１に与えられる。

工業通信ポート２２を介して入力されたフィールド機器５１からの信号は、絶縁回路６を通り、ＵＡＲＴ−工業通信プロトコル変換器５およびＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器１により変換され、ＵＳＢポートのデータライン３１（Ｄ＋）およびデータライン３２（Ｄ−）を介してコンピュータ２００に向けて出力される。

このように、モデムユニット１００がコンピュータ２００に、電気的に接続されている場合には、ＵＳＢポート２１を介する有線通信が自動的に選択される。また、コンピュータから供給される電力が、自動的に電源として選択される。

次に、図２（ｂ）に示すように、モデムユニット１００をコンピュータ２００から切り離した場合には、コンピュータ２００とフィールド機器５１との間で無線を用いた通信を実行できる。

モデムユニット１００がコンピュータ２００に電気的に接続されていない場合には、ＵＳＢポート２１の電源ラインＬ５（ＶＣＣ）の電圧が所定電圧まで上昇せず、電圧検出部１３から出力される検出信号Ｓ１がインアクティブとなる。この場合、信号選択部４は信号線Ｌ２との接続を選択する。これにより、ワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３が選択された状態となる。

また、電圧検出部１３から出力される検出信号Ｓ１がインアクティブである場合、電源選択部１４は電源ラインとしてラインＬ４を選択する。これにより、蓄電デバイス１１が電源スイッチ１５に接続され、モデムユニット１００の電源として蓄電デバイス１１が選択された状態となる。

モデムユニット１００がコンピュータ２００に電気的に接続されていない場合、ワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３はアンテナ２を用いて、ワイヤレスポートを備えるコンピュータ２００との間で無線通信を実行する。無線通信に必要なワイヤレスプロトコルには国際的に規格化されたプロトコルやベンダー固有のプロトコルなど様々なプロトコルが使用できる。例えば、IrDA（Infrared Data Association）、Bluetooth、Zigbee、UWB などがある。コンピュータ２００に無線ポートが予め内蔵されていない場合、これらのプロトコルに対応した無線インタフェースをコンピュータ２００にインストールすることが可能である。
なお、プロトコルがIrDAの場合は、図１の実施例のアンテナ２を赤外線の受光部に変更する。

無線による通信を行う場合、アンテナ２を介して入力された信号は、ワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３およびＵＡＲＴ−工業通信プロトコル変換器５により変換されて、絶縁回路６を介して工業通信ポート２２に接続されたプロセス制御線５３およびプロセス制御線５４に出力され、フィールド機器５１に与えられる。

工業通信ポート２２を介して入力されたフィールド機器５１からの信号は、絶縁回路６を通り、ＵＡＲＴ−工業通信プロトコル変換器５およびワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器３により変換され、アンテナ２を介してコンピュータ２００に向けて出力される。

このように、モデムユニット１００がコンピュータ２００から切り離されている場合には、ワイヤレスポートを用いた無線通信が自動的に選択される。また、蓄電デバイス１１が自動的に電源として選択される。

以上のように、本実施形態の通信制御装置によれば、ユーザが意識することなく、モデムユニット１００をコンピュータ２００に接続するだけで自動的にＵＳＢプロトコルを用いた通信を実行することができ、モデムユニット１００をコンピュータ２００から切り離すだけで自動的にワイヤレスプロトコルを用いた通信への切り替えが可能である。また、ユーザが意識することなく、モデムユニット１００をコンピュータ２００に接続するだけで、自動的にモデムユニット１００内部の蓄電デバイス１１に充電することができる。

また、本実施形態の通信制御装置によれば、ＵＳＢポート、あるいはワイヤレスポートを柔軟かつ自動的に切り替えて使用しつつ、例えば、HART通信をBrain通信に切り替えるなど、工業用通信プロトコルの切り替えが可能である。

さらに、図１の実施例の電圧検出部（検出手段）１３は、コンピュータ２００との電気的な接続／非接続を検出するものであったが、これとは別に、検出手段は、優先通信の接続／非接続を検出し、無線通信の接続／非接続を検出し、そして、優先通信の接続を無線通信の接続よりも優先する、ように構成してもよい。この場合の検出手段も、実質的に前記コンピュータとの電気的な接続／非接続を実質的に検出することになり、図１の実施例の検出手段と同等である。

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、本実施形態で示した用途に限定されることなく、コンピュータの通信形態を制御する通信制御装置に対し、広く適用することができる。

本実施形態の通信制御装置としてのモデムユニットの構成を示すブロック図。通信形態等を示す図であり、（ａ）は有線による通信形態を示す図、（ｂ）は無線による通信形態を示す図、（ｃ）は不使用のモデムユニットを充電する状態を示す図。従来のシステム構成を示す図。

符号の説明

１ＵＳＢ−ＵＡＲＴ変換器（有線通信手段）
２アンテナ（無線通信手段）
３ワイヤレス−ＵＡＲＴ変換器（無線通信手段）
４信号選択部（通信選択手段）
１１蓄電デバイス（蓄電手段）
１２充電回路（充電手段）
１３電圧検出部（検出手段）
１４電源選択部（電源選択手段）
１００モデムユニット（通信制御装置）

Claims

コンピュータの通信形態を制御する通信制御装置において、
前記コンピュータとの接続部と、
前記接続部を介して前記コンピュータとの間で有線通信を実行する有線通信手段と、
前記コンピュータとの間で無線通信を実行する無線通信手段と、
前記接続部での前記コンピュータとの接続／非接続を検出する検出手段と、
前記検出手段で接続が検出された場合には前記有線通信手段を用いた通信形態を選択し、前記検出手段で非接続が検出された場合には前記無線通信手段を用いた通信形態を選択する通信選択手段と、
前記有線通信手段とフィールド制御線との間、および無線通信手段とフィールド制御線との間を有線通信可能に接続する接続手段と、
を備え、
前記通信選択手段により選択された通信形態により、前記コンピュータと、前記フィールド制御線に接続されたフィールド機器との間で前記接続手段を介する通信を行うことを特徴とする通信制御装置。
前記通信選択手段により選択された通信形態による通信信号と、前記フィールド機器と通信するための工業通信プロトコルに対応する通信信号とを双方向に変換する工業通信プロトコル変換手段を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の通信制御装置。
前記有線通信手段または前記無線通信手段からの信号に基づいて、前記工業通信プロトコル変換手段における変換動作を前記工業通信プロトコルに合わせて選択するプロトコル選択手段を備える
ことを特徴とする請求項２に記載の通信制御装置。
電源として利用可能な蓄電手段と、
前記接続部を介して得られる前記コンピュータからの電力を用いて前記蓄電手段を充電する充電手段と、を備える
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の通信制御装置。
前記検出手段で接続が検出された場合には前記接続部を介して得られる電力を電源として用い、前記検出手段で非接続が検出された場合には前記蓄電手段を電源として用いる電源選択手段を備える
ことを特徴とする請求項４に記載の通信制御装置。