製品案内

Foundation FIELDBUS

フィールドバスとは


今日、世界的にITが叫ばれていますがITを実現させるためには「デジタル化」、「分散化」、「ネットワーク化」そして「オープン化」がキーワードになります。
フィールドバスはプロセスコントロールシステムの世界でIT技術を反映し、プラント管理室からフィールド機器の隅々にわたる情報を監視し、コントロールすることが可能になり、従来の4-20mA信号に代表されるアーキテクチャーに取って代わる完全な分散制御のアーキテクチャーです。
2000年1月、フィールドバスの国際標準規格(IEC61158)制定に向けて、８規格のプロトコル(FoundationTM Fieldbus、FoundationTM Fieldbus HSE、Profibus、ControlNet、INTERBUS、P-NET、World FIP、SwiftNet）が採用されました。
日本国内においては1999年10月、(社)日本電気計測機器工業会がJEMIMAフィールドバスとしてFoundationTM Fieldbus仕様を採用したJEMIS038を制定し、日本工業規格(JIS)化に向けて動き出しました。
このホームページでご紹介するフィールドバスのシステム及び機器は、FoundationTM Fieldbus H1及びHSEの規格に準拠したものです。
この規格に準拠し製作されフィールドバス協会のテストに合格した対応機器は、認証マークを与えられ、異なるメーカの機器間でも特別なインターフェイスを必要とせず通信可能となる、インターオペラビリティ(相互運用性)を実現しています。

ｓｍａｒ社について

Smar社は1974年、蒸気タービンのサービス会社として設立され、その後、サービス活動から得たノウハウを生かし、1978年からプロセス制御機器の製造を開始しました。
1992年からはFoundationフィールドバス製品の開発に着手し、1994年11月、世界初のフィールドバスコマーシャルプラントを納入して以来、世界中で４５０以上のシステムを納入しています。
社員の約1/5が研究開発員という技術力重視の体制で、常に新しい技術と製品を提供しています。
ブラジル国内に８つの支店と、海外に９つの現地法人、世界中に７０以上の販売代理店を持ち、ワールドワイドに展開し、フィールドバス通信チップから、デバイス機器、ホスト機器、システムにわたるまで、すべてを自社開発製品で、ユーザーに提供することができる唯一のメーカーとして、技術力・実績共にFoundationフィールドバスのトップメーカーとして活躍しています。(写真はブラジル工場です)。
株式会社ノーケンは、1995年にSmar社日本国内総販売代理店契約を締結しました。
1996年にはフィールドバス協会に入会し、1999年からフィールドバス協会日本協議会の幹事会社としてFoundationFieldbusの普及活動に積極的に参加しており、1999年、京都大学原子炉実験所様に国内初となるFoundationフィールドバスシステムを納入し、現在も積極的にフィールドバスビジネスを推進しております。

配線形態

フィールドバスシステムと従来のシステムを比べて、まず外観的に現れる大きな違いはその配線形態にあります。
従来の4-20mAアナログ信号を中心とする制御システムでは、現場機器とＤＣＳ等のコントローラ間は1対1の配線であり、信号はアナログの単一方向でした。
フィールドバスシステムでは、現場機器も含めた全ての通信をデジタル信号で行うため、1本のツイストペアー線(バス)に対して、現場機器や監視のためのコンピュータを接続する、いわゆるマルチドロップ配線を実現し、機器間あるいは、機器とコンピュータ間のデジタル双方向通信を可能にしました。
フィールドバスのもう一つの大きな特徴は、バス上を流れる情報量の多さにあります。例えばフィールドバス対応の伝送器は計測値の他に、計測値のステータスやアラーム情報、あるいは機器の自己診断情報等を発信することができます。
また、オペレータからはプラント管理室内のモニターを通じて、機器の構成やチューニング、あるいは設定値変更等の操作を行うことができ、現場に出向かなくてもすみます。
フィールドバスシステムにて扱えるプロセス制御に関する情報量は、従来システムの比ではありません。

従来システム

DCS配線図

フィールドバスシステム

FB配線図

ファンクションブロック

フィールドバスシステムにおける制御は完全なフィールド分散制御といえます。この分散制御を達成するため、アナログ入出力(AI、AO)やPID制御等、制御に必要な機能をファンクションブロックという機能単位に分けました。

ファンクションブロックはソフトウェアの一部で、フィールド機器に最低1個以上搭載されています。
　実際の制御では、必要なファンクションブロックをソフト的に接続し、各ブロックの逐次処理にて制御を実行します。
　例えば、従来システムではパイプ内に流れる液体の流量制御には、流量計・PID調節計、調節弁の3つの機器(ハード)が必要でした。
　フィールドバスでは図のように、流量計と調節弁のみで行うことができます。制御ループは流量計に搭載されたAIファンクションブロックと調節弁に搭載されたPID及びAOファンクションブロックを接続させることにより形成します。図ではAIとPIDのファンクションブロック間が機器間の通信となり、バス上を制御用の信号が流れます。

ファンクションブロックの種類

基本ブロック

ファンクションブロック名称　 略称  
アナログ入力 Analog Input AI 変換器ブロックからのデータを取得し、他のファンクションブロックの入力用に変換
アナログ出力 Analog Output AO 他ブロックの出力を出力用トランスデューサ信号に変換する
バイアス／ゲイン設定器 Bias/Gain Station BG 入力からバイアスを引きゲインを乗算。出力トラッキング付き
コントロールセレクタ Control Selector CS 他ブロックの制御出力（最大３）の内１つを選択。出力トラッキング付き
ディスクリート入力 Discrete Input DI 変換器ブロックからのデータを取得し、他のファンクションブロックの入力用に変換
ディスクリート出力 Discrete Output DO 他ブロックの出力を出力用トランスデューサ信号に変換する
マニュアルローダ Manual Loader ML オペレータ設定またはリモート設定値を出力。ＰＶ表示、警報監視付き
PD制御 P,PD Controller PD PIDブロックの積分値を外部からのバイアスで置換
PID制御 PID, PI, P Controller PID 標準的PIDコントローラ、フィードフォワード、バンプレス処理機能付き
比率設定器 Ratio Station RA 入力に比率を乗算。混合制御用の比率設定を用途として想定

付加ブロック付加ブロック


ファンクションブロック名称　 略称  
デバイスコントローラ Device Control DC 二または三位置の機器を制御
出力スプリッタ Output Splitter OS 入力を二出力にスプリット。PIDの後で複数の弁を制御する用途で使用
設定値ランプ発生器 Setpoint Ramp Generator SPG 熱処理炉制御用の折れ線設定値プロファイルを発信
関数変換器 Signal Characterizer SC 二入力二出力。入力−出力関係表(20折れ点)に従い線形／非線形を行う
進み遅れ Lead Lag LL 入力にLead/Lag演算を施し出力する
むだ時間 Deadtime DT 入力にDeadTime分の無駄時間を予め与えられた命令リストに従い実行する
積算器 Integrator or Totalizer IT 二入力のアナログまたはパルス入力を加算積算。
プリセット値比較付き
入力選択器 Input Selector IS 最大４コの入力中の一つを指定アルゴリズム(MAX、MIN等)に従い選択
演算 Arithmetic AR 指定された演算式(９種類中の一つを選択）を実行。流量補正、BTUなど
タイマ Timer TMR 四入力カウンター／タイマー, 各種モードあり
アナログ警報器 Analog Alarm AAL 標準のアラームに加え、Hi_Hi、Hi、Lo、Lo_Lo等のアラームを出力

smar社のファンクションブロック

smarのフィールドバス機器は下図のように多くのファンクションブロックをサポートしています。
また、syscon302を用いて、Instantiation機能により同一機器内に同じものを含め、最大15以上のファンクションブロックを動作可能にすることができます。

Ｉｎｓｔａｎｔｉａｔｉｏｎ機能

smar社のコンフィギュレータＳｙｓｃｏｎ３０２を使用して、必要なファンクションブロックを機器の中に割り当てる機能。sｍａｒ社の各機器の中には、予め表に示すファンクションブロックが搭載されており、Instantiontion機能により必要な機能を必要な数だけ動作させることができる。Ｓｍａｒ社だけの特徴です。

機器別ファンクションブロックサポート一覧

　 LD TT IF FY FP FI FB700 DFI302
1 RS Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
2 AO 　 　 　 Yes Yes Yes 　 Yes
3 AI Yes Yes Yes 　 　 　 　 Yes
4 PID Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
5 ARTH Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
6 SPLT 　 Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
7 CHAR Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
8 INTG Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
9 AALM Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
10 ISEL Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
11 SPG 　 Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
12 TIME Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
13 LLAG Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
14 MDI 　 　 　 　 　 　 Yes Yes
15 MDO 　 　 　 　 　 　 Yes Yes
16 MAI 　 　 　 　 　 　 Yes Yes
17 MAO 　 　 　 　 　 　 Yes Yes
18 OSDL Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
19 DENS Yes 　 　 　 　 　 　 Yes
20 APID Yes 　 　 　 　 　 　 Yes
21 DIAG Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
22 EPID 　 Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes
23 CT Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes Yes

Foundation FIELDBUS基本的な設置配線図

DCS配線図

Foundation FIELDBUSメリット

フィールドバスの特徴である「デジタル双方向通信」、「マルチドロップ配線」、「フィールド分散制御」、「インターオペラビリティ」により、以下に示すメリットが期待できます。

計画

  • システム構築上の制約が無く、安価でより良い製品の選択が可能。(相互運用性の確保)
  • マルチドロップによる配線設計の単純化・柔軟な拡張性

保守

  • ダウンタイムの低減（診断機能の向上）
  • リモートメンテナンス（キャリブレーション、パラメータ設定）
  • 標準化されたファンクションブロック技術による機器互換
  • 機器増設時の配線作業の簡素化

設置

  • 配線、マーシャリング等のコスト低減
  • I/Oインターフェイスのコスト低減
  • 設置スペースの低減
  • プラント立ち上げまでの時間が少ない
  • 工事が終了してからのチェック時間が少ない
  • ループテストが不要

運転

  • 品質向上への寄与（プロセス分析のための高精度データの提供
  • プラントの安全向上（自己診断、フィールド情報DB、システマチックな活用）


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