フィールド機器およびフィールド機器システム
【課題】フィールド機器のハードウェアリソースが無駄とならないように各種機能を動的
に設定可能とする。
【解決手段】フィールド機器２０Ｃは、ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築
に必要な、メモリやアクセラレータ等の機能回路をプログラム可能なプログラマブルデバ
イス２０６を備えている。フィールド機器２０Ｃの通信部２００は、制御線３０を介して
制御装置からハードウェア構成情報Ｈcをダウンロードする。ＣＰＵ２０２は、ダウンロ
ードしたハードウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積すると共に、ダウンロードし
たハードウェア構成情報Ｈcをプログラマブルデバイス２０６に設定する。プログラマブ
ルデバイス２０６は、ハードウェア構成情報Ｈcに基づいて、機能を動作させるソフトウ
ェアＳoを保有するためのメモリを構成したり、機能の動作を補佐するためのアクセラレ
ータを構成する。
に設定可能とする。
【解決手段】フィールド機器２０Ｃは、ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築
に必要な、メモリやアクセラレータ等の機能回路をプログラム可能なプログラマブルデバ
イス２０６を備えている。フィールド機器２０Ｃの通信部２００は、制御線３０を介して
制御装置からハードウェア構成情報Ｈcをダウンロードする。ＣＰＵ２０２は、ダウンロ
ードしたハードウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積すると共に、ダウンロードし
たハードウェア構成情報Ｈcをプログラマブルデバイス２０６に設定する。プログラマブ
ルデバイス２０６は、ハードウェア構成情報Ｈcに基づいて、機能を動作させるソフトウ
ェアＳoを保有するためのメモリを構成したり、機能の動作を補佐するためのアクセラレ
ータを構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場やプラントの制御および監視を行うフィールド機器およびフィールド機
器システムに関する。詳しくは、フィールド機器にプログラム可能な回路部を搭載するこ
とにより、システムの構築に必要なメモリやアクセラレータ等の機能回路を最小限、かつ
、最適に構成するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場やプラントの制御および監視を行うシステムとしてフィールド機器システムが利用
されている。フィールド機器システムは、図１１に示すように、制御装置５０とフィール
ド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ（以下、フィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを総称し
てフィールド機器６０と呼ぶ場合もある）とから構成されており、制御装置５０とフィー
ルド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃとは互いに制御線７０を介して電気的に接続されている
。
【０００３】
制御装置５０は、フィールド機器６０を制御するためのホストコンピュータであり、フ
ィールド機器６０が実行する機能同士を接続した制御ループを構成し、制御ループの接続
方法を各フィールド機器６０に反映することによりフィールド機器６０の操業を開始する
ものである。図１１では、フィールド機器６０Ａに機能Ａ−1，Ａ−２を割り当て、フィ
ールド機器６０Ｂに機能Ｂ−1を割り当て、フィールド機器６０Ｃに機能Ｃ−1，Ｃ−２，
Ｃ−３を割り当てている。そして、所定の機能同士を接続することにより制御ループを構
成している。このとき、工場出荷時において、システムの構築に必要な機能として機能Ａ
−1，Ｂ−1，Ｃ−1，Ｃ−３が設定され、予想される変更可能な機能として機能Ａ−２，
機能Ｃ−２（点線）が設定されているものとする。
【０００４】
フィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃは、制御装置５０により設定された機能を動作
させることにより、工場やプラント内の物量をセンサやバルブ等により自動制御する。フ
ィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃには、工場出荷時に、各機能を動作させるソフトウ
ェアを蓄積するためのメモリが搭載されている。例えば、フィールド機器６０Ａには、機
能Ａ−１用のメモリ６００ａと機能Ａ−２用のメモリ６０２ａが搭載されている。フィー
ルド機器６０Ｂには、機能Ｂ−１用のメモリ６００ｂが搭載されている。フィールド機器
６０Ｃには、機能Ｃ−１用のメモリ６００ｃと機能Ｃ−２用のメモリ６０２ｃと機能Ｃ−
３用のメモリ６０４ｃが搭載されている。
【０００５】
このように工場やプラントを制御するシステムとしては、例えば、システム構築支援ツ
ールを備え、機能別にモジュール化、パッケージ化された標準ソフトウェア・プログラム
を、モジュール別、パッケージ別に、画面上等でカット、ペースト、追加等の処理によっ
て改変することが可能なフィールド機器システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、現在のフィールド機器を使用したシステムでは、フィールド機器を一度所定
の場所に取り付けてしまうと、取り付けたフィールド機器の構成を変更することは困難で
ある。そのため、フィールド機器の工場出荷時には、上述したように、システムの構築に
必要な機能だけでなく、予想される変更に対応可能な機能を選定することによりフィール
ド機器の機能を設定している。
【０００８】
しかしながら、システムの構築の結果、使用されない機能が発生すると、その機能を動
作させるのに必要であったハードウェアリソース（主にメモリ）が使用されなくなってし
まうため、フィールド機器に搭載しているハードウェアリソースが無駄になってしまうと
いう問題が発生する。例えば、図１１において、機能Ａ−1，Ｂ−1，Ｃ−1，Ｃ−３を使
用し、機能Ａ−２，機能Ｃ−２を使用しない場合には、機能Ａ−２および機能Ｃ−２（点
線囲部）を動作させるソフトウェアを保有するためのメモリ６０２ａ，６０２ｃが無駄な
ハードウェアリソースとなってしまう。その上、必要以上の機能を動作させるハードウェ
アリソースがフィールド機器に搭載されることになるので、その分フィールド機器のコス
トが高くなってしまうという問題も発生する。また、フィールド機器を製造する側では、
多種多様な製品を生産／管理する必要がありコスト高となる。
【０００９】
パフォーマンスに関しては、制御ループの制御サイクルを短くするための方法として、
フィールド機器内のＣＰＵを高速化するか、専用ハードウェア（アクセラレータ）を搭載
することでフィールド機器の高速化を図ることができる。しかし、ＣＰＵの高速化は、動
作に必要な電力が多くなるため、電力制限のあるフィールド機器の現場では、容易に対応
することが困難である。専用ハードウェア（アクセラレータ）の搭載については、アクセ
ラレータを必要とする機能が使用されない場合に無駄となるハードウェアリソースが多く
なってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィールド機
器のハードウェアリソースが無駄とならないように各種機能を動的に設定可能としたフィ
ールド機器およびフィールド機器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るフィールド機器は、システムの構築に必要な
機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報を設定するための制御装置
に接続され、制御対象を自動制御するフィールド機器であって、ハードウェア構成情報に
基づいたシステムの構築に必要な機能回路をプログラム可能な回路部と、制御装置から送
信されるハードウェア構成情報を受信する通信部と、通信部により受信されたハードウェ
ア構成情報に基づいて回路部を特定の機能を有する機能回路として構成する制御部とを備
えるものである。
【００１２】
また、本発明に係るフィールド機器システムは、システムの構築に必要な機能を動作さ
せる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報を設定するための制御装置と、当該制御
装置に接続されて制御対象を自動制御するフィールド機器とを備えるフィールド機器シス
テムであって、制御装置は、システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を
示すハードウェア構成情報を取得する制御部と、制御部により取得されたハードウェア構
成情報をフィールド機器に送信する通信部とを有し、フィールド機器は、ハードウェア構
成情報に基づいたシステムの構築に必要な機能回路をプログラム可能な回路部と、制御装
置から送信されるハードウェア構成情報を受信する通信部と、通信部により受信されたハ
ードウェア構成情報に基づいて回路部を特定の機能を有する機能回路として構成する制御
部とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、フィールド機器には、プログラム可能な回路部が搭載されており、
従来のように、予め各機能に対応したメモリ等は搭載されていない。フィールド機器の制
御部では、制御装置から通信部を介して送信されたハードウェア構成情報に基づいて、プ
ログラム可能な回路部のハードウェアリソースを特定の機能を有する機能回路に動的に変
更する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プログラム可能な回路部をハードウェア構成情報に基づいて特定の機
能を有する機能回路に変更するので、システム構築に必要な機能を最小限、かつ、最適に
配置することができ、低コストでフィールド機器の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフィールド機器システムの構成例を示す図である。
【図２】制御装置のブロック構成例を示す図である。
【図３】フィールド機器のブロック構成例を示す図である。
【図４】ハードウェア構成情報の一例を示す図である。
【図５】プログラマブルデバイスの構成例を示す図である。
【図６】フィールド機器システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】制御ループの構成の一例を示す図である。
【図８】本発明と従来のフィールド機器システムにおける機能の実行時間の比較例を示す図である。
【図９】プログラマブルデバイスの一部をアクセラレータとして構成した場合のプログラマブルデバイスのブロック構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るフィールド機器におけるプログラマブルデバイスの構成例を示す図である。
【図１１】従来のフィールド機器システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
［フィールド機器システムの構成例］
まず、本発明に係るフィールド機器システムＦＳの構成例について説明する。本発明に
係るフィールド機器システムＦＳは、後述するフィールド機器２０にプログラマブルデバ
イス２０６を搭載することにより、必要とされる機能に応じてプログラマブルデバイス２
０６のハードウェアリソースの構成を変更可能としたものである。フィールド機器システ
ムＦＳは、図１に示すように、制御装置１０と、制御装置１０に制御線３０を介して電気
的に接続されるフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ（以下、フィールド機器２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃを総称してフィールド機器２０と呼ぶ場合もある）とを備えている。制御
装置１０およびフィールド機器２０は、FOUNDATION Fieldbus通信プロトコル等のフィー
ルド機器専用の通信プロトコルによって通信制御される。
【００１７】
［制御装置の構成例］
制御装置１０は、フィールド機器２０を制御・監視するためのホストコンピュータであ
り、図２に示すように、制御部１００とメモリ部１０２と通信部１０４とを有している。
制御部１００は、ユーザの操作画面の操作により入力された、ハードウェア構成情報Ｈc
や、機能同士を接続した制御ループ等の情報を取得し、これらのハードウェア構成情報Ｈ
c等をフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれに設定する。この制御部１００
は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)およびＲＡ
Ｍ(Random Access Memory)を有している。
【００１８】
メモリ部１０２には、システムの構築に必要な機能を動作させるためのハードウェアリ
ソース（機能回路）の構成を示すハードウェア構成情報Ｈcと、プログラマブルデバイス
２０６上において機能を動作させるためのソフトウェアＳoとが蓄積されている。ハード
ウェア構成情報Ｈcは、ＶＨＤＬ(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Descri
ption Language)等で記述されたプログラムを予めコンパイルした情報であり、プログラ
マブルデバイス２０６のハードウェアリソースを、各機能を動作させるソフトウェアＳo
を保有するためのメモリとして構成したり、各機能を動作させるソフトウェアＳoによる
処理を補佐するためのアクセラレータとして構成するためのプログラムである。また、ハ
ードウェア構成情報Ｈcには、機能Ａだけを使用するパターンや、機能Ａ，Ｂを使用する
パターン、機能Ａ，Ｃを使用し機能Ｃにアクセラレータを必要とするパターン等、用途に
応じたプログラムも含まれている。
【００１９】
ソフトウェアＳoは、ハードウェア設計者により設計された制御ループを構成する各機
能を、プログラマブルデバイス２０６上で動作させるためのソフトウェアである。本例で
は、図２に示すように、メモリ部１０２に機能Ａ−１，Ａ−２，Ｂ−１，Ｃ−１，Ｃ−３
を動作させるためのプログラムや、これらの機能同士を接続する制御ループ（図７参照）
が蓄積されている。
【００２０】
通信部１０４は、制御線３０を介して各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに接続
される入出力インターフェースであり、制御部１００からの指示に基づいてハードウェア
構成情報ＨcやソフトウェアＳoを各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに送信する。
【００２１】
［フィールド機器の構成例］
フィールド機器２０は、工場やプラント内の物量をセンサやバルブ等で自動制御可能な
機器であり、図３に示すように、通信部２００とＣＰＵ２０２とメモリ部２０４と回路部
の一例であるプログラマブルデバイス２０６とを有している。通信部２００は、制御線３
０を介して制御装置１０に接続された入出力インターフェースであり、制御装置１０から
ハードウェア構成情報ＨcやソフトウェアＳoを受信する。
【００２２】
ＣＰＵ２０２は、制御装置１０から通信部２００を介してダウンロード（受信）したハ
ードウェア設定情報やソフトウェアＳo等をメモリ部２０４のハードウェア構成データ部
２０４ａに蓄積する。また、ＣＰＵ２０２は、プログラマブルデバイス２０６の図示しな
いコンフィギュレーション端子に接続されており、ハードウェア構成データ部２０４ａに
蓄積したハードウェア構成情報ＨcやソフトウェアＳoを読み出し、読み出したハードウェ
ア構成情報Ｈc等をＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）やシリアル通信等により
プログラマブルデバイス２０６に供給して設定する。
【００２３】
メモリ部２０４は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等から構成され、ハードウェア構成情報Ｈ
cやソフトウェアＳoを蓄積するハードウェア構成データ部２０４ａと、メインプログラム
等を記憶するメイン動作プログラム部２０４ｂとを有している。例えば、図４に示すよう
に、フィールド機器２０Ｃのハードウェア構成データ部２０４ａには、機能Ｃ−１のソフ
トウェアＳoを保有するメモリを構成するためのハードウェア構成情報Ｈcと、機能Ｃ−３
のソフトウェアＳoを保有するメモリを構成するためのハードウェア構成情報Ｈcと、機能
Ｃ−３のソフトウェアＳoの動作を補佐するアクセラレータを構成するためのハードウェ
ア構成情報Ｈcとが蓄積される。
【００２４】
プログラマブルデバイス２０６は、製造後にユーザの手許で内部論理回路を定義・変更
できるプログラム可能な集積回路であり、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Arr
ay)やＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)等から構成されている。このプログ
ラマブルデバイス２０６は、ＣＰＵ２０２とバス２０８を介して接続されており、ＣＰＵ
２０２から供給されたハードウェア構成情報Ｈcに基づいてハードウェアリソースをメモ
リやアクセラレータ等の機能回路に動的に変更する。例えば、図５に示すように、フィー
ルド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６は、ハードウェア構成情報Ｈcが図４に
示した内容である場合、機能Ｃ−１を動作させるソフトウェアＳoを保有するためのメモ
リ２０６ａを構成し、機能Ｃ−３を動作させるソフトウェアＳoを保有するためのメモリ
２０６ｂを構成し、機能Ｃ−３の動作を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃを構成す
る。
【００２５】
［フィールド機器システムの動作例］
次に、本発明に係るフィールド機器システムＦＳにおけるシステム構築の動作の一例に
ついて図１〜図６を参照して説明する。図６に示すように、ステップＳ１０において、制
御装置１０とフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを工場やプラントの所定の位置に設
置し、制御装置１０とフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとを制御線３０を用いて物
理的に接続する（図１参照）。
【００２６】
ステップＳ２０において、工場やプラントの操業に必要なセンシング機能や演算機能等
の各種機能を設定すると共に、設定した機能同士を接続（結線）した制御ループを構成す
る。これらの設定は、制御装置１０に設けられた表示部の操作画面においてユーザにより
行われる。例えば、プラントの操業に必要な機能として機能Ａ−１，Ｂ−１，Ｃ−１，Ｃ
−３を設定したとき、図７に示すように、機能Ａ−１，Ｂ−１の出力を機能Ｃ−３の入力
として接続し、機能Ｃ−３の出力を機能Ｃ−１の入力として接続を行う。制御ループの最
適化は、制御部１００が行う。
【００２７】
ステップＳ３０において、制御ループを構成する各機能を実行するフィールド機器２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの特定（対応付け）を行う。例えば、フィールド機器２０Ａに機能Ａ
−１を割り当て、フィールド機器２０Ｂに機能Ｂ−１を割り当て、フィールド機器２０Ｃ
に機能Ｃ−１，Ｃ−３を割り当てる。
【００２８】
続けて、各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで動作させたい機能が明確になった
ら、ステップＳ４０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からハー
ドウェア構成情報Ｈcを制御線３０を介してダウンロードする。フィールド機器２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれには固有のアドレスが割り当てられ、ハードウェア構成情報Ｈ
cを構成するパケットにはヘッダ情報（各フィールド機器のアドレス）が付加されている
ので、各ハードウェア構成情報Ｈcは特定されたフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ
のそれぞれにダウンロードされる。
【００２９】
ステップＳ５０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からダウン
ロードしたハードウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積し、ダウンロード完了後に
プログラマブルデバイス２０６にＧＰＩＯやシリアル通信を用いてハードウェア構成情報
Ｈcを設定する。これにより、例えば、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス
２０６は、図５に示したように、機能Ｃ−１，Ｃ−３に対応したソフトウェアＳoを保有
するためのメモリ２０６ａ，２０６ｂを構成すると共にメモリ２０６ｂに保有された各機
能のソフトウェアＳoの動作を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃを構成する。
【００３０】
プログラマブルデバイス２０６へのハードウェア構成情報Ｈcの設定が完了したら、ス
テップＳ６０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御ループを構成する機能を
実現するためのソフトウェアＳoを制御装置１０からダウンロードする。例えば、フィー
ルド機器２０Ｃは、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させるソフトウェアＳoをダウンロードす
る。
【００３１】
ステップＳ７０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からダウン
ロードしたソフトウェアＳoを、上述したハードウェア構成情報Ｈcに基づいてプログラマ
ブルデバイス２０６に構築されたメモリ上に蓄積する。例えば、図５に示したように、フ
ィールド機器２０Ｃでは、機能Ｃ−１を動作させるソフトウェアＳoをプログラマブルデ
バイス２０６上のメモリ２０６ａに蓄積し、アクセラレータ２０６ｃにより機能Ｃ−３を
補佐して動作させるソフトウェアＳoをプログラマブルデバイス２０６上のメモリ２０６
ｂに蓄積する。
【００３２】
ステップＳ８０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、ソフトウェアＳoのダウ
ンロード完了後、ダウンロードしたソフトウェアＳoを実行し、ソフトウェアＳoに対応し
た機能を動作させる。例えば、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６で
は、ダウンロードしたソフトウェアＳoを実行することにより機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作
させる。さらに、プログラマブルデバイス２０６では、機能Ｃ−３を補佐するアクセラレ
ータ２０６ｃが構成されているので、アクセラレータ２０６ｃを動作させるソフトウェア
Ｓoの実行により機能Ｃ−３の処理が補佐される。
【００３３】
各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに制御ループを構成する機能を動作させるた
めのソフトウェアＳoのダウンロードが完了したら、工場やプラントの操業に必要な設定
を各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに開始する（ステップＳ９０）。そして、操
業に必要なフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの設定を完了することで、工場やプラ
ントの操業を開始する（ステップＳ１００）。システムが動作し始めると、上述した制御
ループで構成された機能の順番で実行を繰り返し、プロセス制御を開始する。
【００３４】
［本発明と従来のフィールド機器システムにおけるハードウェアリソースの実行時間の比
較例］
次に、上述した本発明に係るフィールド機器システムＦＳと従来のフィールド機器シス
テムにおける機能の実行時間について説明する。以下では、フィールド機器としてフィー
ルド機器２０Ｃを用いた場合について説明し、従来のフィールド機器システムとしては図
１１に示したフィールド機器システムを用いて説明する。
【００３５】
図１１に示したように、従来のフィールド機器システムでは、フィールド機器の工場出
荷時において、予め各フィールド機器２０Ｃに、システムの構築に必要な機能Ｃ−１，Ｃ
−３を蓄積するためのメモリ６００ｃ，６０４ｃに加えて、今後予想される変更に対応可
能な機能Ｃ−２を蓄積するためのメモリ６０２ｃについても実装している。ここで、機能
Ｃ−３は、機能Ｃ−１の実行時間よりも長い時間かかるものとする。
【００３６】
そのため、例えば、システムの構築において、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させ、機能Ｃ
−２を動作させないような設計とした場合、機能Ｃ−２を動作させるためのメモリ６０２
ｃが使用されないことになる。また、機能Ｃ−１，Ｃ−３のメモリ６００ｃ，６０４ｃの
容量は同等なものであるため、図８に示すように、機能Ｃ−３を動作させた場合の実行時
間は、機能Ｃ−１を動作させた場合の実行時間よりも長くなってしまう。
【００３７】
これに対し、本発明に係るフィールド機器システムＦＳは、工場出荷時においてフィー
ルド機器２０にメモリ等の必要な機能を保有せずに、プログラム可能なプログラマブルデ
バイス２０６を搭載している。上述した従来のフィールド機器システムと同様に、システ
ム構築において、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させ、機能Ｃ−２を動作させないような設計
とした場合、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６では、図９に示すよ
うに、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させるためのメモリ２０６ａ，２０６ｂを動的に構成し
、機能Ｃ−２に使用される予定だったハードウェアリソース（点線囲部）を、実行時間を
要する機能Ｃ−３を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃとして動的に構成している。
これにより、機能Ｃ−３をＣＰＵ２０２とアクセラレータ２０６ｃとにより動作させるの
で、図８に示すように、従来のフィールド機器と比べて実行時間を大幅に短縮することが
可能となり、機能Ｃ−３における処理動作の速度アップを図ることができる。
【００３８】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、各フィールド機器２０には、プログ
ラマブルデバイス２０６が搭載されているので、システムを構築する設計者は、多種多様
な機能を予め保有しているフィールド機器を使用する必要がなく、システム構築に必要な
最小限の機能のみを制御装置１０からダウンロードして動作させることが可能なフィール
ド機器２０を使用してシステム構築を行えるようになる。
【００３９】
また、必要な機能を動作させるためのハードウェアリソース（メモリやアクセラレータ
）も変更可能であるため、コストに見合った処理能力のカスタマイズも可能となり、シス
テム設計者はより柔軟で最適なシステムを構築できるようになる。さらに、プログラマブ
ルデバイス２０６のハードウェアリソースを必要に応じた構成に動的に変更できるので、
システム構築に必要な機能を最小限、かつ、最適に配置することができる。その結果、低
コストで性能（速度）の向上を図ったフィールド機器システムＦＳを提供することができ
る。
【００４０】
＜２．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、プログラマブルデバイス２１６の一部をサブＣＰＵ２１６ｃと
して構成する点において、プログラマブルデバイス２０６の一部をアクセラレータ２０６
ｃとして構成する上記第１の実施の形態と相違している。なお、その他のフィールド機器
システムＦＳの構成は、上記第１の実施の形態と同様であるため、共通の構成要素には同
一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４１】
［フィールド機器の構成例］
フィールド機器２０Ｄは、通信部２１０とメインＣＰＵ２１２とメモリ部２１４とプロ
グラマブルデバイス２１６とを有している。通信部２１０は、制御装置１０からハードウ
ェア構成情報Ｈcをダウンロードし、メインＣＰＵ２１２を介してダウンロードしたハー
ドウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積する。メインＣＰＵ２１２は、メモリ部２
０４に蓄積されたハードウェア構成情報Ｈcを読み出してＧＰＩＯやシリアル通信等を用
いて、プログラマブルデバイス２１６に供給する。
【００４２】
プログラマブルデバイス２１６は、メインＣＰＵ２１２から供給されたハードウェア構
成情報Ｈcに基づいて、メモリや後述するＣＰＵ等の機能回路を構成する。例えば、プロ
グラマブルデバイス２１６は、図１０に示すように、機能Ｄ−１を動作させるソフトウェ
アＳoを保有するためのメモリ２１６ａを構成し、機能Ｄ−３を動作させるソフトウェア
Ｓoを保有するためのメモリ２１６ｂと機能Ｄ−３を処理するためのサブＣＰＵ２１６ｃ
とを構成する。
【００４３】
サブＣＰＵ２１６ｃは、使用されていない機能Ｄ−２のメモリ（ハードウェアリソース
）を用いて、制御ループを構成する機能に対して独立して動作可能に構成されたものであ
り、メインＣＰＵ２１２と平行して高度な機能を実行する。例えば、機能Ｄ−３がスクリ
プト言語を記載できる機能では、機能を実現するためのスクリプトエンジンをプログラマ
ブルデバイス２１６上に構築したサブＣＰＵ２１６ｃで動作させることで、メインＣＰＵ
２１２の動作に影響を及ぼすことなく機能Ｄ−３を実行する。
【００４４】
以上説明したように、上述した第１の実施の形態のようにアクセラレータ２０６ｃを構
成した場合には、機能に特化したハードウェアを用意することになり、カスタム可能な機
能（スクリプト処理等）に対して対応が難しい側面もあった。これに対し、第２の実施の
形態によれば、アクセラレータ２０６ｃの代わりにメインＣＰＵ２１２と独立して動作可
能なサブＣＰＵ２１６ｃを構成することにより、アクセラレータ２０６ｃではできなかっ
た、より高度な機能についても速度アップを図ることができる。これにより、スクリプト
等の機能の処理時間を短縮し、結果としてフィールド機器システムＦＳの全体のパフォー
マンスの向上も図ることができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。上述
した第１および第２の実施の形態では、プログラマブルデバイス２０６に機能の処理を補
助するアクセラレータ２０６ｃや独立して処理を実行するサブＣＰＵ２１６ｃを構成した
が、これら以外の機能を有する機能回路を構成することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・制御装置、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ・・・フィールド機器、３０・・・
制御線、１００・・・制御部、１０２・・・メモリ部、１０４・・・通信部、２００・・
・通信部、２０２・・・ＣＰＵ、２０４・・・メモリ部、２０６・・・プログラマブルデ
バイス、２０６ａ，２０６ｂ・・・メモリ、２０６ｃ・・・アクセラレータ、２１２・・
・メインＣＰＵ、２１６ｃ・・・サブＣＰＵ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場やプラントの制御および監視を行うフィールド機器およびフィールド機
器システムに関する。詳しくは、フィールド機器にプログラム可能な回路部を搭載するこ
とにより、システムの構築に必要なメモリやアクセラレータ等の機能回路を最小限、かつ
、最適に構成するものである。
【背景技術】
【０００２】
工場やプラントの制御および監視を行うシステムとしてフィールド機器システムが利用
されている。フィールド機器システムは、図１１に示すように、制御装置５０とフィール
ド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ（以下、フィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃを総称し
てフィールド機器６０と呼ぶ場合もある）とから構成されており、制御装置５０とフィー
ルド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃとは互いに制御線７０を介して電気的に接続されている
。
【０００３】
制御装置５０は、フィールド機器６０を制御するためのホストコンピュータであり、フ
ィールド機器６０が実行する機能同士を接続した制御ループを構成し、制御ループの接続
方法を各フィールド機器６０に反映することによりフィールド機器６０の操業を開始する
ものである。図１１では、フィールド機器６０Ａに機能Ａ−1，Ａ−２を割り当て、フィ
ールド機器６０Ｂに機能Ｂ−1を割り当て、フィールド機器６０Ｃに機能Ｃ−1，Ｃ−２，
Ｃ−３を割り当てている。そして、所定の機能同士を接続することにより制御ループを構
成している。このとき、工場出荷時において、システムの構築に必要な機能として機能Ａ
−1，Ｂ−1，Ｃ−1，Ｃ−３が設定され、予想される変更可能な機能として機能Ａ−２，
機能Ｃ−２（点線）が設定されているものとする。
【０００４】
フィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃは、制御装置５０により設定された機能を動作
させることにより、工場やプラント内の物量をセンサやバルブ等により自動制御する。フ
ィールド機器６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃには、工場出荷時に、各機能を動作させるソフトウ
ェアを蓄積するためのメモリが搭載されている。例えば、フィールド機器６０Ａには、機
能Ａ−１用のメモリ６００ａと機能Ａ−２用のメモリ６０２ａが搭載されている。フィー
ルド機器６０Ｂには、機能Ｂ−１用のメモリ６００ｂが搭載されている。フィールド機器
６０Ｃには、機能Ｃ−１用のメモリ６００ｃと機能Ｃ−２用のメモリ６０２ｃと機能Ｃ−
３用のメモリ６０４ｃが搭載されている。
【０００５】
このように工場やプラントを制御するシステムとしては、例えば、システム構築支援ツ
ールを備え、機能別にモジュール化、パッケージ化された標準ソフトウェア・プログラム
を、モジュール別、パッケージ別に、画面上等でカット、ペースト、追加等の処理によっ
て改変することが可能なフィールド機器システムが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−９４４５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、現在のフィールド機器を使用したシステムでは、フィールド機器を一度所定
の場所に取り付けてしまうと、取り付けたフィールド機器の構成を変更することは困難で
ある。そのため、フィールド機器の工場出荷時には、上述したように、システムの構築に
必要な機能だけでなく、予想される変更に対応可能な機能を選定することによりフィール
ド機器の機能を設定している。
【０００８】
しかしながら、システムの構築の結果、使用されない機能が発生すると、その機能を動
作させるのに必要であったハードウェアリソース（主にメモリ）が使用されなくなってし
まうため、フィールド機器に搭載しているハードウェアリソースが無駄になってしまうと
いう問題が発生する。例えば、図１１において、機能Ａ−1，Ｂ−1，Ｃ−1，Ｃ−３を使
用し、機能Ａ−２，機能Ｃ−２を使用しない場合には、機能Ａ−２および機能Ｃ−２（点
線囲部）を動作させるソフトウェアを保有するためのメモリ６０２ａ，６０２ｃが無駄な
ハードウェアリソースとなってしまう。その上、必要以上の機能を動作させるハードウェ
アリソースがフィールド機器に搭載されることになるので、その分フィールド機器のコス
トが高くなってしまうという問題も発生する。また、フィールド機器を製造する側では、
多種多様な製品を生産／管理する必要がありコスト高となる。
【０００９】
パフォーマンスに関しては、制御ループの制御サイクルを短くするための方法として、
フィールド機器内のＣＰＵを高速化するか、専用ハードウェア（アクセラレータ）を搭載
することでフィールド機器の高速化を図ることができる。しかし、ＣＰＵの高速化は、動
作に必要な電力が多くなるため、電力制限のあるフィールド機器の現場では、容易に対応
することが困難である。専用ハードウェア（アクセラレータ）の搭載については、アクセ
ラレータを必要とする機能が使用されない場合に無駄となるハードウェアリソースが多く
なってしまうという問題がある。
【００１０】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィールド機
器のハードウェアリソースが無駄とならないように各種機能を動的に設定可能としたフィ
ールド機器およびフィールド機器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明に係るフィールド機器は、システムの構築に必要な
機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報を設定するための制御装置
に接続され、制御対象を自動制御するフィールド機器であって、ハードウェア構成情報に
基づいたシステムの構築に必要な機能回路をプログラム可能な回路部と、制御装置から送
信されるハードウェア構成情報を受信する通信部と、通信部により受信されたハードウェ
ア構成情報に基づいて回路部を特定の機能を有する機能回路として構成する制御部とを備
えるものである。
【００１２】
また、本発明に係るフィールド機器システムは、システムの構築に必要な機能を動作さ
せる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報を設定するための制御装置と、当該制御
装置に接続されて制御対象を自動制御するフィールド機器とを備えるフィールド機器シス
テムであって、制御装置は、システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を
示すハードウェア構成情報を取得する制御部と、制御部により取得されたハードウェア構
成情報をフィールド機器に送信する通信部とを有し、フィールド機器は、ハードウェア構
成情報に基づいたシステムの構築に必要な機能回路をプログラム可能な回路部と、制御装
置から送信されるハードウェア構成情報を受信する通信部と、通信部により受信されたハ
ードウェア構成情報に基づいて回路部を特定の機能を有する機能回路として構成する制御
部とを有することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明においては、フィールド機器には、プログラム可能な回路部が搭載されており、
従来のように、予め各機能に対応したメモリ等は搭載されていない。フィールド機器の制
御部では、制御装置から通信部を介して送信されたハードウェア構成情報に基づいて、プ
ログラム可能な回路部のハードウェアリソースを特定の機能を有する機能回路に動的に変
更する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、プログラム可能な回路部をハードウェア構成情報に基づいて特定の機
能を有する機能回路に変更するので、システム構築に必要な機能を最小限、かつ、最適に
配置することができ、低コストでフィールド機器の性能向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るフィールド機器システムの構成例を示す図である。
【図２】制御装置のブロック構成例を示す図である。
【図３】フィールド機器のブロック構成例を示す図である。
【図４】ハードウェア構成情報の一例を示す図である。
【図５】プログラマブルデバイスの構成例を示す図である。
【図６】フィールド機器システムの動作の一例を示すフローチャートである。
【図７】制御ループの構成の一例を示す図である。
【図８】本発明と従来のフィールド機器システムにおける機能の実行時間の比較例を示す図である。
【図９】プログラマブルデバイスの一部をアクセラレータとして構成した場合のプログラマブルデバイスのブロック構成を示す図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係るフィールド機器におけるプログラマブルデバイスの構成例を示す図である。
【図１１】従来のフィールド機器システムの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
［フィールド機器システムの構成例］
まず、本発明に係るフィールド機器システムＦＳの構成例について説明する。本発明に
係るフィールド機器システムＦＳは、後述するフィールド機器２０にプログラマブルデバ
イス２０６を搭載することにより、必要とされる機能に応じてプログラマブルデバイス２
０６のハードウェアリソースの構成を変更可能としたものである。フィールド機器システ
ムＦＳは、図１に示すように、制御装置１０と、制御装置１０に制御線３０を介して電気
的に接続されるフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ（以下、フィールド機器２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃを総称してフィールド機器２０と呼ぶ場合もある）とを備えている。制御
装置１０およびフィールド機器２０は、FOUNDATION Fieldbus通信プロトコル等のフィー
ルド機器専用の通信プロトコルによって通信制御される。
【００１７】
［制御装置の構成例］
制御装置１０は、フィールド機器２０を制御・監視するためのホストコンピュータであ
り、図２に示すように、制御部１００とメモリ部１０２と通信部１０４とを有している。
制御部１００は、ユーザの操作画面の操作により入力された、ハードウェア構成情報Ｈc
や、機能同士を接続した制御ループ等の情報を取得し、これらのハードウェア構成情報Ｈ
c等をフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれに設定する。この制御部１００
は、例えば、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)およびＲＡ
Ｍ(Random Access Memory)を有している。
【００１８】
メモリ部１０２には、システムの構築に必要な機能を動作させるためのハードウェアリ
ソース（機能回路）の構成を示すハードウェア構成情報Ｈcと、プログラマブルデバイス
２０６上において機能を動作させるためのソフトウェアＳoとが蓄積されている。ハード
ウェア構成情報Ｈcは、ＶＨＤＬ(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Descri
ption Language)等で記述されたプログラムを予めコンパイルした情報であり、プログラ
マブルデバイス２０６のハードウェアリソースを、各機能を動作させるソフトウェアＳo
を保有するためのメモリとして構成したり、各機能を動作させるソフトウェアＳoによる
処理を補佐するためのアクセラレータとして構成するためのプログラムである。また、ハ
ードウェア構成情報Ｈcには、機能Ａだけを使用するパターンや、機能Ａ，Ｂを使用する
パターン、機能Ａ，Ｃを使用し機能Ｃにアクセラレータを必要とするパターン等、用途に
応じたプログラムも含まれている。
【００１９】
ソフトウェアＳoは、ハードウェア設計者により設計された制御ループを構成する各機
能を、プログラマブルデバイス２０６上で動作させるためのソフトウェアである。本例で
は、図２に示すように、メモリ部１０２に機能Ａ−１，Ａ−２，Ｂ−１，Ｃ−１，Ｃ−３
を動作させるためのプログラムや、これらの機能同士を接続する制御ループ（図７参照）
が蓄積されている。
【００２０】
通信部１０４は、制御線３０を介して各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに接続
される入出力インターフェースであり、制御部１００からの指示に基づいてハードウェア
構成情報ＨcやソフトウェアＳoを各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに送信する。
【００２１】
［フィールド機器の構成例］
フィールド機器２０は、工場やプラント内の物量をセンサやバルブ等で自動制御可能な
機器であり、図３に示すように、通信部２００とＣＰＵ２０２とメモリ部２０４と回路部
の一例であるプログラマブルデバイス２０６とを有している。通信部２００は、制御線３
０を介して制御装置１０に接続された入出力インターフェースであり、制御装置１０から
ハードウェア構成情報ＨcやソフトウェアＳoを受信する。
【００２２】
ＣＰＵ２０２は、制御装置１０から通信部２００を介してダウンロード（受信）したハ
ードウェア設定情報やソフトウェアＳo等をメモリ部２０４のハードウェア構成データ部
２０４ａに蓄積する。また、ＣＰＵ２０２は、プログラマブルデバイス２０６の図示しな
いコンフィギュレーション端子に接続されており、ハードウェア構成データ部２０４ａに
蓄積したハードウェア構成情報ＨcやソフトウェアＳoを読み出し、読み出したハードウェ
ア構成情報Ｈc等をＧＰＩＯ（General Purpose Input/Output）やシリアル通信等により
プログラマブルデバイス２０６に供給して設定する。
【００２３】
メモリ部２０４は、例えば、ＲＯＭやＲＡＭ等から構成され、ハードウェア構成情報Ｈ
cやソフトウェアＳoを蓄積するハードウェア構成データ部２０４ａと、メインプログラム
等を記憶するメイン動作プログラム部２０４ｂとを有している。例えば、図４に示すよう
に、フィールド機器２０Ｃのハードウェア構成データ部２０４ａには、機能Ｃ−１のソフ
トウェアＳoを保有するメモリを構成するためのハードウェア構成情報Ｈcと、機能Ｃ−３
のソフトウェアＳoを保有するメモリを構成するためのハードウェア構成情報Ｈcと、機能
Ｃ−３のソフトウェアＳoの動作を補佐するアクセラレータを構成するためのハードウェ
ア構成情報Ｈcとが蓄積される。
【００２４】
プログラマブルデバイス２０６は、製造後にユーザの手許で内部論理回路を定義・変更
できるプログラム可能な集積回路であり、例えばＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Arr
ay)やＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)等から構成されている。このプログ
ラマブルデバイス２０６は、ＣＰＵ２０２とバス２０８を介して接続されており、ＣＰＵ
２０２から供給されたハードウェア構成情報Ｈcに基づいてハードウェアリソースをメモ
リやアクセラレータ等の機能回路に動的に変更する。例えば、図５に示すように、フィー
ルド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６は、ハードウェア構成情報Ｈcが図４に
示した内容である場合、機能Ｃ−１を動作させるソフトウェアＳoを保有するためのメモ
リ２０６ａを構成し、機能Ｃ−３を動作させるソフトウェアＳoを保有するためのメモリ
２０６ｂを構成し、機能Ｃ−３の動作を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃを構成す
る。
【００２５】
［フィールド機器システムの動作例］
次に、本発明に係るフィールド機器システムＦＳにおけるシステム構築の動作の一例に
ついて図１〜図６を参照して説明する。図６に示すように、ステップＳ１０において、制
御装置１０とフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを工場やプラントの所定の位置に設
置し、制御装置１０とフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃとを制御線３０を用いて物
理的に接続する（図１参照）。
【００２６】
ステップＳ２０において、工場やプラントの操業に必要なセンシング機能や演算機能等
の各種機能を設定すると共に、設定した機能同士を接続（結線）した制御ループを構成す
る。これらの設定は、制御装置１０に設けられた表示部の操作画面においてユーザにより
行われる。例えば、プラントの操業に必要な機能として機能Ａ−１，Ｂ−１，Ｃ−１，Ｃ
−３を設定したとき、図７に示すように、機能Ａ−１，Ｂ−１の出力を機能Ｃ−３の入力
として接続し、機能Ｃ−３の出力を機能Ｃ−１の入力として接続を行う。制御ループの最
適化は、制御部１００が行う。
【００２７】
ステップＳ３０において、制御ループを構成する各機能を実行するフィールド機器２０
Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの特定（対応付け）を行う。例えば、フィールド機器２０Ａに機能Ａ
−１を割り当て、フィールド機器２０Ｂに機能Ｂ−１を割り当て、フィールド機器２０Ｃ
に機能Ｃ−１，Ｃ−３を割り当てる。
【００２８】
続けて、各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃで動作させたい機能が明確になった
ら、ステップＳ４０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からハー
ドウェア構成情報Ｈcを制御線３０を介してダウンロードする。フィールド機器２０Ａ，
２０Ｂ，２０Ｃのそれぞれには固有のアドレスが割り当てられ、ハードウェア構成情報Ｈ
cを構成するパケットにはヘッダ情報（各フィールド機器のアドレス）が付加されている
ので、各ハードウェア構成情報Ｈcは特定されたフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ
のそれぞれにダウンロードされる。
【００２９】
ステップＳ５０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からダウン
ロードしたハードウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積し、ダウンロード完了後に
プログラマブルデバイス２０６にＧＰＩＯやシリアル通信を用いてハードウェア構成情報
Ｈcを設定する。これにより、例えば、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス
２０６は、図５に示したように、機能Ｃ−１，Ｃ−３に対応したソフトウェアＳoを保有
するためのメモリ２０６ａ，２０６ｂを構成すると共にメモリ２０６ｂに保有された各機
能のソフトウェアＳoの動作を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃを構成する。
【００３０】
プログラマブルデバイス２０６へのハードウェア構成情報Ｈcの設定が完了したら、ス
テップＳ６０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御ループを構成する機能を
実現するためのソフトウェアＳoを制御装置１０からダウンロードする。例えば、フィー
ルド機器２０Ｃは、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させるソフトウェアＳoをダウンロードす
る。
【００３１】
ステップＳ７０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、制御装置１０からダウン
ロードしたソフトウェアＳoを、上述したハードウェア構成情報Ｈcに基づいてプログラマ
ブルデバイス２０６に構築されたメモリ上に蓄積する。例えば、図５に示したように、フ
ィールド機器２０Ｃでは、機能Ｃ−１を動作させるソフトウェアＳoをプログラマブルデ
バイス２０６上のメモリ２０６ａに蓄積し、アクセラレータ２０６ｃにより機能Ｃ−３を
補佐して動作させるソフトウェアＳoをプログラマブルデバイス２０６上のメモリ２０６
ｂに蓄積する。
【００３２】
ステップＳ８０でフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃは、ソフトウェアＳoのダウ
ンロード完了後、ダウンロードしたソフトウェアＳoを実行し、ソフトウェアＳoに対応し
た機能を動作させる。例えば、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６で
は、ダウンロードしたソフトウェアＳoを実行することにより機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作
させる。さらに、プログラマブルデバイス２０６では、機能Ｃ−３を補佐するアクセラレ
ータ２０６ｃが構成されているので、アクセラレータ２０６ｃを動作させるソフトウェア
Ｓoの実行により機能Ｃ−３の処理が補佐される。
【００３３】
各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに制御ループを構成する機能を動作させるた
めのソフトウェアＳoのダウンロードが完了したら、工場やプラントの操業に必要な設定
を各フィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃに開始する（ステップＳ９０）。そして、操
業に必要なフィールド機器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃの設定を完了することで、工場やプラ
ントの操業を開始する（ステップＳ１００）。システムが動作し始めると、上述した制御
ループで構成された機能の順番で実行を繰り返し、プロセス制御を開始する。
【００３４】
［本発明と従来のフィールド機器システムにおけるハードウェアリソースの実行時間の比
較例］
次に、上述した本発明に係るフィールド機器システムＦＳと従来のフィールド機器シス
テムにおける機能の実行時間について説明する。以下では、フィールド機器としてフィー
ルド機器２０Ｃを用いた場合について説明し、従来のフィールド機器システムとしては図
１１に示したフィールド機器システムを用いて説明する。
【００３５】
図１１に示したように、従来のフィールド機器システムでは、フィールド機器の工場出
荷時において、予め各フィールド機器２０Ｃに、システムの構築に必要な機能Ｃ−１，Ｃ
−３を蓄積するためのメモリ６００ｃ，６０４ｃに加えて、今後予想される変更に対応可
能な機能Ｃ−２を蓄積するためのメモリ６０２ｃについても実装している。ここで、機能
Ｃ−３は、機能Ｃ−１の実行時間よりも長い時間かかるものとする。
【００３６】
そのため、例えば、システムの構築において、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させ、機能Ｃ
−２を動作させないような設計とした場合、機能Ｃ−２を動作させるためのメモリ６０２
ｃが使用されないことになる。また、機能Ｃ−１，Ｃ−３のメモリ６００ｃ，６０４ｃの
容量は同等なものであるため、図８に示すように、機能Ｃ−３を動作させた場合の実行時
間は、機能Ｃ−１を動作させた場合の実行時間よりも長くなってしまう。
【００３７】
これに対し、本発明に係るフィールド機器システムＦＳは、工場出荷時においてフィー
ルド機器２０にメモリ等の必要な機能を保有せずに、プログラム可能なプログラマブルデ
バイス２０６を搭載している。上述した従来のフィールド機器システムと同様に、システ
ム構築において、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させ、機能Ｃ−２を動作させないような設計
とした場合、フィールド機器２０Ｃのプログラマブルデバイス２０６では、図９に示すよ
うに、機能Ｃ−１，Ｃ−３を動作させるためのメモリ２０６ａ，２０６ｂを動的に構成し
、機能Ｃ−２に使用される予定だったハードウェアリソース（点線囲部）を、実行時間を
要する機能Ｃ−３を補佐するためのアクセラレータ２０６ｃとして動的に構成している。
これにより、機能Ｃ−３をＣＰＵ２０２とアクセラレータ２０６ｃとにより動作させるの
で、図８に示すように、従来のフィールド機器と比べて実行時間を大幅に短縮することが
可能となり、機能Ｃ−３における処理動作の速度アップを図ることができる。
【００３８】
以上説明したように、第１の実施の形態によれば、各フィールド機器２０には、プログ
ラマブルデバイス２０６が搭載されているので、システムを構築する設計者は、多種多様
な機能を予め保有しているフィールド機器を使用する必要がなく、システム構築に必要な
最小限の機能のみを制御装置１０からダウンロードして動作させることが可能なフィール
ド機器２０を使用してシステム構築を行えるようになる。
【００３９】
また、必要な機能を動作させるためのハードウェアリソース（メモリやアクセラレータ
）も変更可能であるため、コストに見合った処理能力のカスタマイズも可能となり、シス
テム設計者はより柔軟で最適なシステムを構築できるようになる。さらに、プログラマブ
ルデバイス２０６のハードウェアリソースを必要に応じた構成に動的に変更できるので、
システム構築に必要な機能を最小限、かつ、最適に配置することができる。その結果、低
コストで性能（速度）の向上を図ったフィールド機器システムＦＳを提供することができ
る。
【００４０】
＜２．第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、プログラマブルデバイス２１６の一部をサブＣＰＵ２１６ｃと
して構成する点において、プログラマブルデバイス２０６の一部をアクセラレータ２０６
ｃとして構成する上記第１の実施の形態と相違している。なお、その他のフィールド機器
システムＦＳの構成は、上記第１の実施の形態と同様であるため、共通の構成要素には同
一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００４１】
［フィールド機器の構成例］
フィールド機器２０Ｄは、通信部２１０とメインＣＰＵ２１２とメモリ部２１４とプロ
グラマブルデバイス２１６とを有している。通信部２１０は、制御装置１０からハードウ
ェア構成情報Ｈcをダウンロードし、メインＣＰＵ２１２を介してダウンロードしたハー
ドウェア構成情報Ｈcをメモリ部２０４に蓄積する。メインＣＰＵ２１２は、メモリ部２
０４に蓄積されたハードウェア構成情報Ｈcを読み出してＧＰＩＯやシリアル通信等を用
いて、プログラマブルデバイス２１６に供給する。
【００４２】
プログラマブルデバイス２１６は、メインＣＰＵ２１２から供給されたハードウェア構
成情報Ｈcに基づいて、メモリや後述するＣＰＵ等の機能回路を構成する。例えば、プロ
グラマブルデバイス２１６は、図１０に示すように、機能Ｄ−１を動作させるソフトウェ
アＳoを保有するためのメモリ２１６ａを構成し、機能Ｄ−３を動作させるソフトウェア
Ｓoを保有するためのメモリ２１６ｂと機能Ｄ−３を処理するためのサブＣＰＵ２１６ｃ
とを構成する。
【００４３】
サブＣＰＵ２１６ｃは、使用されていない機能Ｄ−２のメモリ（ハードウェアリソース
）を用いて、制御ループを構成する機能に対して独立して動作可能に構成されたものであ
り、メインＣＰＵ２１２と平行して高度な機能を実行する。例えば、機能Ｄ−３がスクリ
プト言語を記載できる機能では、機能を実現するためのスクリプトエンジンをプログラマ
ブルデバイス２１６上に構築したサブＣＰＵ２１６ｃで動作させることで、メインＣＰＵ
２１２の動作に影響を及ぼすことなく機能Ｄ−３を実行する。
【００４４】
以上説明したように、上述した第１の実施の形態のようにアクセラレータ２０６ｃを構
成した場合には、機能に特化したハードウェアを用意することになり、カスタム可能な機
能（スクリプト処理等）に対して対応が難しい側面もあった。これに対し、第２の実施の
形態によれば、アクセラレータ２０６ｃの代わりにメインＣＰＵ２１２と独立して動作可
能なサブＣＰＵ２１６ｃを構成することにより、アクセラレータ２０６ｃではできなかっ
た、より高度な機能についても速度アップを図ることができる。これにより、スクリプト
等の機能の処理時間を短縮し、結果としてフィールド機器システムＦＳの全体のパフォー
マンスの向上も図ることができる。
【００４５】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣
旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。上述
した第１および第２の実施の形態では、プログラマブルデバイス２０６に機能の処理を補
助するアクセラレータ２０６ｃや独立して処理を実行するサブＣＰＵ２１６ｃを構成した
が、これら以外の機能を有する機能回路を構成することもできる。
【符号の説明】
【００４６】
１０・・・制御装置、２０，２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ・・・フィールド機器、３０・・・
制御線、１００・・・制御部、１０２・・・メモリ部、１０４・・・通信部、２００・・
・通信部、２０２・・・ＣＰＵ、２０４・・・メモリ部、２０６・・・プログラマブルデ
バイス、２０６ａ，２０６ｂ・・・メモリ、２０６ｃ・・・アクセラレータ、２１２・・
・メインＣＰＵ、２１６ｃ・・・サブＣＰＵ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報
を設定するための制御装置に接続され、制御対象を自動制御するフィールド機器であって
、
前記ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築に必要な前記機能回路をプログラ
ム可能な回路部と、
前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報を受信する通信部と、
前記通信部により受信された前記ハードウェア構成情報に基づいて前記回路部を特定の
機能を有する前記機能回路として構成する制御部と
を備えることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記通信部は、前記制御装置から前記回路部上において前記機能を動作させるためのソ
フトウェアを受信し、
前記制御部は、前記通信部により受信された前記ソフトウェアを前記回路部において構
成された前記機能回路に供給し、
前記回路部は、前記制御部により供給された前記ソフトウェアに基づいて前記機能を実
行する
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項３】
前記回路部はプログラマブルデバイスであり、
前記制御部は、前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報に基づいて、前
記プログラマブルデバイスを、前記機能を蓄積するためのメモリと当該メモリに蓄積され
た前記機能の動作を補佐するためのアクセラレータとして構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項４】
前記回路部はプログラマブルデバイスであり、
前記制御部は、メインＣＰＵを有し、前記制御装置から送信される前記ハードウェア構
成情報に基づいて、前記プログラマブルデバイスを前記機能を蓄積するためのメモリと当
該メモリに蓄積された前記機能を前記メインＣＰＵとは独立に実行するサブＣＰＵとして
構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項５】
システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報
を設定するための制御装置と、当該制御装置に接続されて制御対象を自動制御するフィー
ルド機器とを備えるフィールド機器システムであって、
前記制御装置は、
システムの構築に必要な機能を動作させる前記機能回路の構成を示すハードウェア構成
情報を取得する制御部と、
前記制御部により取得された前記ハードウェア構成情報を前記フィールド機器に送信す
る通信部とを有し、
前記フィールド機器は、
前記ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築に必要な前記機能回路をプログラ
ム可能な回路部と、
前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報を受信する通信部と、
前記通信部により受信された前記ハードウェア構成情報に基づいて前記回路部を特定の
機能を有する前記機能回路として構成する制御部とを有する
ことを特徴とするフィールド機器システム。
【請求項１】
システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報
を設定するための制御装置に接続され、制御対象を自動制御するフィールド機器であって
、
前記ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築に必要な前記機能回路をプログラ
ム可能な回路部と、
前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報を受信する通信部と、
前記通信部により受信された前記ハードウェア構成情報に基づいて前記回路部を特定の
機能を有する前記機能回路として構成する制御部と
を備えることを特徴とするフィールド機器。
【請求項２】
前記通信部は、前記制御装置から前記回路部上において前記機能を動作させるためのソ
フトウェアを受信し、
前記制御部は、前記通信部により受信された前記ソフトウェアを前記回路部において構
成された前記機能回路に供給し、
前記回路部は、前記制御部により供給された前記ソフトウェアに基づいて前記機能を実
行する
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
【請求項３】
前記回路部はプログラマブルデバイスであり、
前記制御部は、前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報に基づいて、前
記プログラマブルデバイスを、前記機能を蓄積するためのメモリと当該メモリに蓄積され
た前記機能の動作を補佐するためのアクセラレータとして構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項４】
前記回路部はプログラマブルデバイスであり、
前記制御部は、メインＣＰＵを有し、前記制御装置から送信される前記ハードウェア構
成情報に基づいて、前記プログラマブルデバイスを前記機能を蓄積するためのメモリと当
該メモリに蓄積された前記機能を前記メインＣＰＵとは独立に実行するサブＣＰＵとして
構成する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のフィールド機器。
【請求項５】
システムの構築に必要な機能を動作させる機能回路の構成を示すハードウェア構成情報
を設定するための制御装置と、当該制御装置に接続されて制御対象を自動制御するフィー
ルド機器とを備えるフィールド機器システムであって、
前記制御装置は、
システムの構築に必要な機能を動作させる前記機能回路の構成を示すハードウェア構成
情報を取得する制御部と、
前記制御部により取得された前記ハードウェア構成情報を前記フィールド機器に送信す
る通信部とを有し、
前記フィールド機器は、
前記ハードウェア構成情報に基づいたシステムの構築に必要な前記機能回路をプログラ
ム可能な回路部と、
前記制御装置から送信される前記ハードウェア構成情報を受信する通信部と、
前記通信部により受信された前記ハードウェア構成情報に基づいて前記回路部を特定の
機能を有する前記機能回路として構成する制御部とを有する
ことを特徴とするフィールド機器システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１３８４３３（Ｐ２０１１−１３８４３３Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９９１７４（Ｐ２００９−２９９１７４）
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２９日（２００９．１２．２９）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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