JP4433763B2

JP4433763B2 - フィールド機器のメモリ更新方法およびそのシステム

Info

Publication number: JP4433763B2
Application number: JP2003371648A
Authority: JP
Inventors: 誠一郎高橋; 覚落合; 理恵木戸
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2003-10-31
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2023-10-31
Also published as: JP2005135223A

Description

本発明は、プロセス現場で使用されるフィールド機器内の不揮発性メモリに格納されているファームウエアあるいはコンフィギュレーション情報などのデータを書き替える方法およびそのシステムに関するものである。

図３にプロセス制御システムの構成を示す。FOUNDATIONfieldbusやシリアル伝送などのフィールドバス８には複数のフィールド機器９が接続されている。これらフィールド機器９にはアナログインプットファンクションブロックＡＩ、あるいはＰＩＤファンクションブロックＰＩＤ等が内蔵されている。

フィールドバス８はＩＯユニット７、バス６を介してホストシステム５に接続されている。このようなプロセス制御システムにおいて、センサからの信号を入力し、フィールド機器９相互間あるいはフィールド機器９とホストシステム５との間でデータのやりとりをして制御を実行していく。

このようなフィールド機器では、センサからの信号を出力信号に変換するための演算部分のプログラムやネットワーク情報を構成するコンフィギュレーション情報は、通常ＥＰＲＯＭ、ＦｌａｓｈＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭなどの不揮発性メモリに保存されている。

近年、プロセスの改善等を目的とした機能分散を進める上で、フィールド機器９にも自己診断機能の拡張などの付加機能が求められるようになってきた。また、機能が豊富になったために、バグが発生する可能性も大きくなってきている。そのため、フィールドバス８の通信機能を用いてフィールド機器９内部のファームウエアを更新することも行われている。

このような場合、ホストシステム５にファームウエアのバイナリイメージを入力し、バス６、ＩＯユニット７、フィールドバス８を介してこのバイナリイメージをフィールド機器９に伝送して書き換えを行う。ホストシステム５は、ウエブサイトからインターネットを経由してバイナリイメージを取得することもある。

図４にFOUNDATIONFieldbusの仕様の一部を示す。この仕様はフィールドバス通信を介してフィールド機器９内部のファームウエアを更新することを想定しており、PREPARE_FOR_DWNLD、CANCEL_DWNLDなどの信号が用意されている。

しかしながら、このようなフィールド機器では、ファームウエアを更新するためには次のような課題があった。

不揮発性メモリとしてＥＰＲＯＭを使用しているフィールド機器では、新しいファームウエアが格納されたＥＥＰＲＯＭと交換するか、フィールド機器自体を交換しなければならず、手間がかかるという課題があった。

不揮発性メモリとしてＦｌａｓｈＲＯＭやＥＥＰＲＯＭを使用しているフィールド機器では、フィールドバスを介してファームウエアの更新を行うことができる。しかし、更新時にはフィールド機器の消費電流が一時的に増加するという課題があった。

図５にＦｌａｓｈＲＯＭを書き替えるときの消費電流の実測値を示す。ＦｌａｓｈＲＯＭを書き替えるときは、まずセクタ単位で消去した後、書き込みを行う。セクタ消去時の消費電流の増加量ＩＤＬは最大２０ｍＡ、実測１０ｍＡであった。また、書き込み時の消費電流の増加は最大２０ｍＡであるが、実測では１ｍＡであった。このことから、主としてセクタ消去時に消費電流が増加することがわかる。

このため、ホストシステム５が任意にフィールド機器９のファームウエアを書き替えるとすると、フィールド機器１台あたり２０ｍＡの消費電流の増加を見込んで電源などの設計を行わなければならず、コストが増大してしまうという課題があった。

ホストシステム５が１台ずつ順番にフィールド機器９のファームウエアを更新するとすると、消費電流は最大２０ｍＡに抑えることができる。しかしながら、更新のために３０分／台程度の時間が必要であるために、セグメント内に１０台のフィールド機器が接続されているとすると３００分の時間が必要になり、実用的でないという課題もあった。

例えば、差圧伝送器のファームウエアのサイズは約３００ｋバイトである。通信間隔を１秒、通信間隔毎の転送バイト数を２００バイトとすると、書き替えには
更新時間＝ＲＯＭ容量×通信間隔（秒）÷転送バイト数
＝３００ｋ×１÷２００＝１５００秒＝２５分
の更新時間が必要である。

このため、フィールド機器９への供給電流が不足して書き替えることができず、またフィールドバス８に接続することができるフィールド機器９の台数が制限されてしまうという課題もあった。

従って本発明が解決しようとする課題は、ファームウエア更新時の消費電流の増加を最小限に抑えることができ、かつ更新時間を短くすることができるフィールド機器のメモリ更新方法およびそのシステムを実現することにある。

このような課題を達成する本発明は以下の通りである。
（１）フィールドバスに接続されたフィールド機器内部の不揮発性メモリに格納されたデータを前記フィールドバスに接続されたホストシステムが更新するフィールド機器のメモリ更新方法において、前記ホストシステムが、更新すべき前記フィールド機器の台数を取得する第１の工程と、前記ホストシステムが、更新が完了したフィールド機器の台数を表す更新完了台数を０にする第２の工程と、前記ホストシステムが、前記第１の工程で取得したフィールド機器の台数、および前記更新完了台数に基づいて全てのフィールド機器がメモリ更新を終了したかを判断し、全行程を終了する第３の工程と、前記ホストシステムが、前記フィールド機器のフラグを監視することにより、全ての前記フィールド機器がメモリを消去するメモリ更新の準備を完了するまで待機する第４の工程と、前記ホストシステムは前記第４の工程が終了すると、指定されたフィールド機器に更新命令を送信し、かつ更新データの転送を開始する第５の工程と、前記ホストシステムは、前記第５の工程が終了した後更新命令を送信するフィールド機器の指定を変更し、同一セグメント内の前記フィールド機器どれかが、データの書き込みを行うメモリ更新を完了すると、前記更新完了台数を１増加させて前記第３の工程にジャンプし、メモリ更新中であると前記更新完了台数を増加させないで前記第３の工程にジャンプする第６の工程と、
を有することを特徴とするフィールド機器のメモリ更新方法。
（２）フィールドバスと、不揮発性メモリが内蔵され、前記フィールドバスに接続されて
ステータス情報を前記フィールドバスに出力する複数のフィールド機器と、前記フィール
ドバスに接続され、請求項１記載のフィールド機器のメモリ更新方法を実行するホストシステムと、を有することを特徴とするフィールド機器のメモリ更新システム。
また、本発明は、フィールドバスに接続されたフィールド機器内部の不揮発性メモリに格納されたデータを更新するフィールド機器のメモリ更新方法において、前記不揮発性メモリを更新すべきフィールド機器の台数を含めたフィールド機器の情報を取得する第１の工程と、更新完了台数を
にする第２の工程と、全てのフィールド機器がメモリ更新を終了したかを判断し、メモリ更新を終了する第３の工程と、前記不揮発性メモリを更新すべき全てのフィールド機器がメモリ更新の準備中でなくなるまで待機する第４の工程と、前記第４の工程が終了すると、指定されたフィールド機器に更新命令を送信し、かつ更新データの転送を開始する第５の工程と、前記第４の工程が終了した後更新命令を送信するフィールド機器の指定を変更し、同一セグメント内の前記フィールド機器どれかが、データの書き込みを行うメモリ更新を終了すると、前記更新完了台数を１増加させて前記第３の工程にジャンプし、メモリ更新中であると前記更新完了台数を増加させないで前記第３の工程にジャンプする第６の工程とを具備するようにしたものである。

さらに、本発明は、フィールドバスと、不揮発性メモリが内蔵され、前記フィールドバ
スに接続されて、ステータス情報を前記フィールドバスに出力する複数のフィールド機器
と、請求項１記載のフィールド機器のメモリ更新方法を実行するホストシステムとを具備したものである。メモリ更新時の消費電流の増加を抑えることができ、かつ更新時間を短縮できる。

以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１の発明によれば、不揮発性メモリを更新すべきフィールド機器を監視して、更新すべきフィールド機器の全てがメモリ更新の準備中でないときに、更新すべきフィールド機器の１つに更新命令を送信し、更新データの転送を開始するようにした。

メモリ更新の準備中には、消費電力が大きいメモリ消去が行われる。この発明は全てのフィールド機器がメモリ更新の準備中でない場合にのみ更新命令を送信する。そのため、
１度に１台のフィード機器しかメモリ消去を行わないので、消費電流の増加を最小限に抑えることができるという効果がある。そのため、メモリ更新時に電流不足になることがなくなり、１つのセグメント内に接続できるフィールド機器の台数が制限されることもないという効果もある。また、短時間でメモリ更新を行うことができるという効果もある。

請求項２の発明によれば、フィールドバスと、このフィールドバスに接続された複数のフィールド機器および前記フィールドバスに接続されたホストシステムから構成されるシステムであって、このホストシステムは不揮発性メモリを更新すべきフィールド機器を監視して、更新すべきフィールド機器の全てがメモリ更新の準備中でないときに、更新すべきフィールド機器の１つに更新命令を送信し、更新データの転送を開始するようにした。

１度に１台のフィード機器しか消費電力の大きいメモリ消去を行わないので、消費電流の増加を最小限に抑えることができるという効果がある。そのため、メモリ更新時に電流不足になることがなくなり、１つのセグメント内に接続できるフィールド機器の台数が制限されることもないという効果もある。また、短時間でメモリ更新を行うことができるという効果もある。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。プロセス制御システムの構成は図３と同じなので、説明を省略する。フィールド機器９はシステムの構成に応じてセグメントに分割され管理されている。１つのセグメントには複数のフィールド機器９が含まれている。また、フィールド機器９内部の不揮発性メモリの内容を更新するときは、このセグメントを単位として行われる。

図１は本発明に係るフィールド機器の一実施例を示す構成図である。図１において、１１はＭＡＵ(Media Attachment Unit)であり、図示しないフィールドバスに接続される。このＭＡＵ１１はデジタル信号とアナログ信号の相互変換、データの衝突の監視などを行う。また、電流制御回路としての働きもある。

１２はＦＢモデムであり、信号をフィールドバスに出力する形式に変換し、フィールドバス上の信号を逆変換する。Ｔｘはフィールドバスに出力する信号、Ｒｘはフィールドバスから入力する信号である。

２はＦｌａｓｈＲＯＭであり、ファームウエアやコンフィギュレーション情報などのデータが格納される。３１はＣＰＵであり、このフィールド機器全体の制御を行う。３２はＳＲＡＭであり、ＣＰＵ３１の作業領域などに使用される。

３３はゲートアレイであり、必要なデジタル回路が格納されている。３４はＥＥＰＲＯＭであり、ＣＰＵ３１が使用するパラメータなどが保管される。ＣＰＵ３１，ＳＲＡＭ３２，ゲートアレイ３３、ＦＢモデム１２およびＦｌａｓｈＲＯＭ２はバス３５で相互に接続されている。４はプロセス量を測定するセンサであり、その出力はＣＰＵ３１に入力される。

ＣＰＵ３１はＦｌａｓｈＲＯＭ２に内蔵されているプログラムに従ってセンサ４の出力およびフィールドバス上のデータを取りこんで制御出力を演算し、フィールドバスに出力する。

前述したように、ＦｌａｓｈＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性メモリでは、メモリの内容を書き換える前に消去しなければならない。フィールド機器が更新命令を受信するとメモリ更新の準備中に移行し、その内部の不揮発性メモリの内容を消去する。このときはDWNLD_PREPARINIGフラグがオンになる。すなわち、DWNLD_PREPARINIGフラグを監視することにより、メモリが消去中であるかどうかを判断することができる。

このため、DWNLD_PREPARINIGフラグを監視して、フィールド機器の１つがメモリ更新の準備中のときは他のフィールド機器に更新命令を送信しないようにすることにより、２つ以上のフィールド機器が消費電力の大きい消去動作を同時に行うことを避けることができる。

図２にＦｌａｓｈＲＯＭ２を更新するときのフローチャートを示す。最初にＡ−１でセグメント内の全機種の情報、例えば製造業者、対象機種、ノードアドレス、タグ、レビジョンを取得する。これはプログラムの起動時でもよく、あるいは事前に何らかの方法で取得してもよい。

次に、Ａ−２でファームウエアを更新する機種の情報を取得する。この情報にはメモリを更新を行うフィールド機器の台数が含まれ、この台数をＮとする。次に、Ａ−３で更新するバイナリイメージが格納されているファイルを選択する。

次に、Ａ−４で更新完了台数ｍを０とし、Ａ−５でｎを１とする。そして、Ａ−６でセグメント内の全フィールド機器の更新が終了したかどうかを判定する。これは、更新完了台数ｍが更新機器台数Ｎよりも１小さい値になったかどうかで判定する。

次に、Ａ−７でメモリ更新する全てのフィールド機器が更新作業の準備中でないかどうかを判定する。どれかのフィールド機器が準備中のときはこのＡ−７の入り口に戻るので、メモリ更新する全てのフィールド機器が更新準備を完了するまで、このＡ−７で待機することになる。

メモリ更新する全フィールド機器がメモリ更新の準備中でなくなると、Ａ−８でｎ番目のフィールド機器に更新命令を送信し、続いて更新するデータの送信を開始する。そして、Ａ−９でｎに１を加算する。

そして、Ａ−１０でセグメント内の任意のフィールド機器に対する更新が終了した、すなわちセグメント内の全てのフィールド機器が更新中でないと更新完了台数ｍに１を加算してＡ−６の先頭に戻り、セグメント内のどれかのフィールド機器が更新中であると、なにもしないでＡ−６の先頭に戻る。

すなわち、Ａ−７でメモリ更新すべき全フィールド機器がメモリ更新の準備ができていることを確認してから、順番にフィールド機器に更新命令を送信して、更新データの転送を開始するようにする。そのため、１度に１台のフィード機器しかメモリ更新を行わないので、消費電流の増加を最小限に抑えることができる。

また、消費電力の増加が少ない書き込みは並行して行うようにするので、メモリの更新時間を大幅に短縮することができる。ＦｌａｓｈＲＯＭの全セクタを消去するのに１５〜３０秒必要なので、例えば、セグメント内に１０台のフィールド機器が接続されている場合は、
更新時間＝ＦｌａｓｈＲＯＭ２のデータ消去時間×接続台数＋１台当たりの更新時間
＝１５秒×１０＋３０分＝３２．５分
となり、１台ずつ更新した場合の約１／１０の時間で更新作業を行うことができる。

本発明の一実施例を示す構成図である。本発明の一実施例の動作を説明するためのフローチャートである。プロセス制御システムの構成図である。 FOUNDATIONFieldbusの仕様の一部を表す図である。不揮発性メモリの更新時の消費電流を示す特性図である。

符号の説明

１１ＭＡＵ
１２ＦＢモデム
２ＦｌａｓｈＲＯＭ
３１ＣＰＵ
５ホストシステム
８フィールドバス
９フィールド機器

Claims

フィールドバスに接続されたフィールド機器内部の不揮発性メモリに格納されたデータを前記フィールドバスに接続されたホストシステムが更新するフィールド機器のメモリ更新方法において、
前記ホストシステムが、不揮発性メモリの内容を更新する単位であるセグメント内の更新すべき前記フィールド機器の台数を取得する第１の工程と、
前記ホストシステムが、更新が完了したフィールド機器の台数を表す更新完了台数を０にすると共に、更新命令を送信するフィールド機器を指定する番号を初期化する第２の工程と、
前記ホストシステムが、前記第１の工程で取得したフィールド機器の台数、および前記更新完了台数に基づいて全てのフィールド機器がメモリ更新を終了したかを判断し、終了したと判断するとメモリ更新を終了する第３の工程と、
前記ホストシステムが、前記フィールド機器のフラグを監視することにより、前記フィールド機器のうち、メモリを消去するメモリ更新の準備中のフィールド機器がなくなるまで待機する第４の工程と、
前記ホストシステムは、前記第４の工程が終了すると、前記更新命令を送信するフィールド機器を指定する番号で指定されたフィールド機器に更新命令を送信して更新の準備を開始させ、かつ更新データの転送を開始する第５の工程と、
前記ホストシステムは、前記第５の工程が終了した後更新命令を送信するフィールド機器を指定する番号を変更し、前記セグメントの同じセグメント内の前記フィールド機器のどれかがメモリ更新を終了すると、前記更新完了台数を１増加させて前記第３の工程にジャンプし、メモリ更新中であると前記更新完了台数を増加させないで前記第３の工程にジャンプする第６の工程と、
を有することを特徴とするフィールド機器のメモリ更新方法。
フィールドバスと、
不揮発性メモリが内蔵され、前記フィールドバスに接続されてステータス情報を前記フィールドバスに出力する複数のフィールド機器と、
前記フィールドバスに接続され、請求項１記載のフィールド機器のメモリ更新方法を実行するホストシステムと、を有することを特徴とするフィールド機器のメモリ更新システム。