(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業用プロセスのプロセス変数を監視するために用いられるタイプのプロセス制御トランスミッタに結合されるためのアダプタであって、
２線式プロセス制御ループの第１の側に結合するように構成された第１の接続部と、
２線式プロセス制御ループの第２の側に、プロセス制御トランスミッタの第１の接続部と直列に結合するように構成された第２の接続部と、
プロセス制御トランスミッタの第２の接続部に結合するように構成された第３の接続部と、
プロセス制御トランスミッタにワイヤレス通信を提供するように構成されたワイヤレス通信回路と、
エネルギ移動を、本質安全値を下回る値に制限するために、第１、第２及び第３の接続部間に結合された本質安全回路と、
を含むアダプタ。
【請求項２】
本質安全回路が、ダイオード又はツェナーダイオードを含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
ダイオード又はツェナーダイオードが、第１及び第２の接続部間、又は第２及び第３の接続部間、又は第１及び第３の接続部間に接続される、請求項２記載の装置。
【請求項４】
ワイヤレス通信回路の動作に用いるためのエネルギを貯蔵するように構成されるキャパシタ又はスーパーキャパシタを含み、本質安全回路が、キャパシタ又はスーパーキャパシタと、第１、第２及び第３の接続部の少なくとも１つとの間に直列結合される、請求項１記載の装置。
【請求項５】
本質安全回路が、アクティブ回路を含む、請求項１記載の装置。
【請求項６】
アクティブ回路が、３重の要素の冗長性を提供するか、又はアクティブな分流器を含む、請求項５記載の装置。
【請求項７】
第１、第２及び第３の接続部の少なくとも１つと直列結合されたヒューズを含む、請求項１記載の装置。
【請求項８】
本質安全回路が、ダイオード又は抵抗を含む、請求項６記載の装置。
【請求項９】
本質安全回路が、アダプタに貯蔵された電気エネルギを、本質安全値を下回る値に制限するように構成されるか、又はワイヤレス通信回路が、２線式プロセス制御ループから受信された電力で電力供給されるか、又はプロセス制御トランスミッタと通信するように構成された通信回路を含む、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
工業用プロセス内のプロセス変数を監視するために用いられるプロセス制御トランスミッタに、ワイヤレスアダプタを結合する方法であって、
２線式プロセス制御ループの第１の側に、第１の接続部を結合することと、
２線式プロセス制御ループの第２の側に、第２の接続部をプロセス制御トランスミッタの第１の接続部と直列に結合することと、
プロセス制御トランスミッタの第２の接続部に、第３の接続部を結合することと、
２線式プロセス制御ループから受信された電力で、ワイヤレス通信回路に電力供給することと、
第１、第２及び第３の接続部間に結合された本質安全回路により、エネルギ移動を、本質安全値を下回る値に制限することと、
を含む方法。
【請求項１１】
エネルギ移動を制限することが、アダプタの回路内に向かうエネルギを制限することを含むか、又はアダプタの回路外に出て行くエネルギを制限することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
キャパシタ又はスーパーキャパシタにエネルギを貯蔵することを含む、請求項１０記載の方法。
【請求項１３】
アダプタ内の電気エネルギの貯蔵を、本質安全値の値を下回る値に制限することを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１４】
第３の接続部を用いて、プロセス制御トランスミッタと通信することを含む、請求項１０記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業用プロセス制御又は監視システムに関する。より詳細には、本発明は、無線周波数（ＲＦ）通信能力があるシステムにおけるフィールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業的な設定では、制御システムを用いて、工業及び化学プロセス等の在庫を監視して制御する。通常、制御システムは、工業用プロセスの主要な地点に分散されて、プロセス制御ループによって制御室内の制御回路に結合されたフィールド装置を用いて、これらの機能を行う。用語「フィールド装置」は、工業用プロセスの測定、制御及び監視で用いられる、現在既知であるか又はまだ既知ではないすべての装置を含む、分散された制御又はプロセス監視システムで機能を行う任意の装置を意味する。
【０００３】
いくつかのフィールド装置は、トランスデューサを含む。トランスデューサは、物理的入力に基づいて出力を発生させる装置か、又は入力信号に基づいて物理的出力を発生させる装置かを意味すると理解される。通常、トランスデューサは、入力を、異なる形式を有する出力に変換する。トランスデューサのタイプは、各種分析機器、圧力センサ、サーミスタ、熱電対、歪みゲージ、流量発信器、ポジショナ、アクチュエータ、ソレノイド、インジケータ光等を含む。
【０００４】
通常、各フィールド装置はまた、プロセス制御ループを経由して、プロセス制御室又はその他の回路と通信するために用いられる通信回路をさらに含む。いくつかの設備では、プロセス制御ループをさらに用いて、フィールド装置に電力供給するために、フィールド装置に、制御された電流及び／又は電圧を伝える。プロセス制御ループはまた、アナログ又はディジタル形式のデータを伝送する。
【０００５】
従来、アナログフィールド装置は、２線式プロセス制御電流ループにより制御室に接続され、それぞれの装置は単一の２線式制御ループにより制御室に接続されていた。通常、２線間での電圧差は、アナログモード向けの１２〜４５ボルトから、ディジタルモード向けの９〜５０ボルトの電圧範囲内に維持される。いくつかのアナログフィールド装置は、電流ループを通る電流を、感知されたプロセス変数に比例する電流に変調することにより、制御室に信号を送信する。他のアナログフィールド装置は、制御室の制御下で、ループを通る電流の大きさを制御することにより動作を行うことができる。加えて、又はこれに代えて、プロセス制御ループは、フィールド装置と通信するために用いられるディジタル信号を伝送することができる。
【０００６】
いくつかの設備では、フィールド装置と通信するために、ワイヤレス技術が用いられ始めてきた。たとえば、完全なワイヤレス設備は、フィールド装置がバッテリ、太陽電池、又はあらゆる種類のワイヤード接続なしに電力を得るための他の技術を用いる場合に用いられる。しかし、大多数のフィールド装置は、プロセス制御室にハードワイヤードされ、ワイヤレス通信技術を用いない。さらに、多くのフィールド設備では、環境に放出される可能性のある蓄積エネルギ量を制限する「本質安全」規格が満たされる必要がある。
【発明の概要】
【０００７】
工業用プロセスのプロセス変数を監視するために用いられるタイプのプロセス制御トランスミッタに結合されるためのアダプタは、２線式プロセス制御ループの第１の側に結合するように構成された第１の接続部と、２線式プロセス制御ループの第２の側に、プロセス制御トランスミッタの第１の接続部と直列に結合するように構成された第２の接続部と、プロセス制御トランスミッタの第２の接続部に結合するように構成された第３の接続部とを含む。ワイヤレス通信回路は、少なくとも第３の接続部に結合され、プロセス制御トランスミッタにワイヤレス通信を提供するように構成される。本質安全回路は、電気エネルギの移動を本質安全値を下回る値に制限するように構成され、第１、第２及び第３の接続部の少なくとも１つに結合するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ワイヤレス通信用に構成されたフィールド措置を含むプロセス制御監視システムの簡略化されたブロック図である。
【図２】いくつものフィールド装置が遠隔メータに情報を送信するプロセスコントローラ監視システムのブロック図である。
【図３】遠隔装置、たとえばハンディ型ユニットと通信するためのワイヤレス通信回路を含むフィールド装置の分解切欠図である。
【図４】プロセス制御ループから電力を取り出すワイヤレス通信用フィールド装置を含むプロセスコントローラ監視システムの図である。
【図５】図４に示された回路のより詳細な略図である。
【図６】図５に示されたキャパシタの両端で測定された電圧対時間のグラフである。
【図７】プロセスコントローラ監視システムでのワイヤレス通信を提供するための回路の電気ブロック図である。
【図８Ａ】２線式プロセス制御ループを通してプロセス変数トランスミッタに結合されたワイヤレス通信アダプタを示すブロック図である。
【図８Ｂ】２線式プロセス制御ループを通してプロセス変数トランスミッタに結合されたワイヤレス通信アダプタを示すブロック図である。
【図９】ワイヤレス通信アダプタの回路を示す、簡略化されたブロック図である。
【図１０】トランスミッタに結合されたワイヤレスアダプタを示す、簡略化された断面図である。
【図１１】本質安全バリアを含むプロセス制御ループを示す、簡略化された略図である。
【図１２】本質安全回路を含むワイヤレスアダプタを示す、簡略化された略図である。
【図１３】図１２のワイヤレスアダプタのより詳細な略図である。
【図１４】アクティブ回路を示す本質安全回路を示す、簡略化された略図である。
【図１５】アクティブな本質安全回路を用いたワイヤレスアダプタを示す、簡略化された略図である。
【図１６】図１５のワイヤレスアダプタのより詳細な略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、片方向又は双方向ワイヤレス通信のためのワイヤレス通信モジュールをさらに含むプロセス制御ループに結合するように構成されるフィールド装置及び／又はアダプタを提供する。ワイヤレス通信モジュールは、遠隔した装置又は場所からのＲＦ信号を送信及び／又は受信することができる。モジュールは、２線式プロセス制御ループから受信した電力で直接電力供給されることができるか、又はプロセス制御ループから受信して、後で用いるために蓄積された電力で電力供給されることができる。モジュールは、モジュールが、ワイヤレス通信が望ましく結合を必要とするフィールド装置のみに着脱可能なモジュールにすることができる。モジュールは、既存のトランスミッタをあとづけするためのアダプタとして構成されることができる。回路は、本質安全の保護を満足する。
【００１０】
図１は、プロセス制御又は監視システム１０の簡略化されたブロック図であり、制御室又は制御システム１２が、２線式プロセス制御ループ１６を経由してフィールド装置１４に結合される。フィールド装置１４は、Ｉ／Ｏ電力回路１８、アクチュエータ／トランスデューサ２０及びワイヤレス通信回路２２を含む。ワイヤレス通信回路２２は、アンテナ２６を用いてＲＦ信号２４を送り及び／又は受信するように構成される。
【００１１】
現在、工業計装は、多くの場合ローカルなディスプレイ又は「メータ」を含み、これを用いてプロセス情報をローカルに監視することができる。メータは、多くの設備で相当に有用であることができるが、そのようなローカルなディスプレイ構成は、いくつかの制限を有する。ローカルなディスプレイは、フィールド装置に対して直接の視覚的アクセスを必要とする。さらに、操作者は通常、一度に１つのメータしか見ることができない。メータを含む計器は、多くの場合都合のよい場所又は視角にはない。そのような構成に対処するために用いられてきた１つの技術は、プロセストランスミッタまで配線されたメータの使用である。これにより、メータはより都合のよい場所に据え付けられることが可能になる。別の技術は、２００２年４月２２日出願の米国特許出願番号第１０／１２８，７６９号、発明の名称PROCESS TRANSMITTER WITH WIRELESS COMMUNICATION LINKに示されて説明されている。
【００１２】
本発明では、ＲＦ通信モジュールは、フィールド装置に含まれるか、又はプロセス制御ループ、たとえばループ１６への接続に加えて用いられることができる、フィールド装置に後付けされるアダプタとして構成される。ワイヤレス通信モジュール２２は、コンパクトで低電力に構成することができ、既存のフィールド装置構成に容易に含まれることができる。モジュールは、データの制御及び／又は表示の監視に用いる情報のワイヤレス送信に用いられることができる。そのような無線送信は、フィールド装置情報をローカルエリアで利用できるようにすることができる。たとえば、単一のローカルディスプレイ、たとえばディスプレイ３２を備えて、フィールド装置１４からの情報を表示するために用いることができる。ディスプレイ３２は、いくつかの装置からの情報を、同時、逐次、あるいはたとえば操作者が利用できるボタン等の手動入力部を用いてディスプレイに提供されるコマンドを通じて表示するように構成することができる。ディスプレイ３２は、固定された場所に置かれることができるか、又はプロセス制御システム全体にわたって持ち運び、各種フィールド装置の動作を監視及び観察することができるようなポータブル型装置にすることができる。ＲＦ信号２４の強度及び送受信回路の感度に依存して、ＲＦ通信の対象範囲である領域を、所望のように制御することができる。たとえば、図２は、プロセス制御システム５０の簡略図であり、多数のフィールド装置１４が、個別のプロセス制御ループ１６を通して制御室１２に結合されている。各フィールド装置１４は、ディスプレイ３２によって受信されるＲＦ信号２４を送信する。本例では、ディスプレイ３２は、アンテナ５２を用いてフィールド装置１４から受信される４つのプロセス変数（ＰＶ１、ＰＶ２、ＰＶ３及びＰＶ４）を表示する能力がある。上述のように、ディスプレイ３２は、固定ディスプレイであることができるか、又はポータブル型ディスプレイ、たとえばハンディ型ユニットであることができる。特にこの構成では、ディスプレイ３２は、プロセス圧力に関連する２つのプロセス変数と、プロセス温度に関連する２つのプロセス変数とを示しているとして図示される。これにより、フィールド装置１４は、所望の範囲内で、たとえばローカルエリア内で、ＲＦ接続部を経由して情報を提供することが可能になる。たとえば、ディスプレイ３２がフィールド装置１４の４０メートル以内である場合、そのフィールド装置から情報を受信して表示する能力を有する。任意のユーザ入力部４８を用いて、たとえばディスプレイのフォーマット、表示されるプロセス変数を選択することができるか、又はフィールド装置１４に問い合わせするために用いることができる。
【００１３】
図３は、フィールド装置の一例である圧力トランスミッタ６０の簡略化された部分切欠分解図である。圧力トランスミッタ６０は、２線式プロセス制御ループ１６に結合し、トランスミッタハウジング６２を含む。プロセス制御ループ１６は、端子盤５８上にある端子５６に結合する。圧力センサ６４は、トランスデューサの一例を提供し、プロセス取付具に結合して、プロセス流体で生じる差圧を測定するように構成される。センサ６４からの出力は、フィールド装置回路６８に結合する測定回路６６に提供される。フィールド装置回路６８は、図１に示されるＩ／Ｏ電源１８の態様を実施する。ワイヤレス通信回路２２は、フィールド装置回路６８に結合し、いくつかの実施形態では、プロセス制御ループ１６に結合する場合がある。
【００１４】
ハウジング６２は、エンドキャップ７０及び７２を含み、これらはハウジング６２にねじ溝を合わせて入れ込むことができる。エンドキャップ７２は、ワイヤレス通信回路２２にあるアンテナ２６とおおむね位置合わせされて構成されたＲＦ透過窓７４を含む。エンドキャップは、取り付けられると、トランスミッタ６０の内部回路のための本質安全の筐体を提供する。エンドキャップに通常用いられる材料、たとえば金属は、ＲＦ信号を透過させない。しかし、ＲＦ透過窓７４は、ＲＦ信号がアンテナ２６から送られたりそれによって受信されたりすることを可能にする。窓７４に用いるＲＦ透過材料の一例は、ガラス等である。しかし、任意の適切な材料を用いることができる。窓及びハウジング構成は、本質安全の要求に適合することを助け、防燃（防爆）特性を提供することができる。さらに、ハウジング６２内部のキャビティは、アンテナ２６によって発生するＲＦ信号を所望の放射パターンで提供するように構成することができる。たとえば、ＲＦ送信を、いくつかの実施形態では指向性にさせ、また他では無指向性にさせることが望ましい場合がある。他の実施形態では、カバー６２を長くして、ワイヤレス通信回路２２の配置のためにさらなる内部キャビティを提供することができる。
【００１５】
ワイヤレス通信回路２２は、所望のように選択することができる。回路の一例は、Millennial Netから入手可能である「Ｉ−Ｂｅａｎ」トランスミッタ装置である。しかし、他の回路を用いることができる。プロセス制御ループ１６で伝えられるアナログ又はディジタル信号は、プロセス制御ループ１６又はフィールド装置回路６８の動作を中断させることなく、ワイヤレス通信回路２２を用いて読み取られ、送信されることができる。ワイヤレス通信に用いられる回路は、フィールド装置のプロセスの物理的及び電力的制約条件に適するように、十分に小さくかつ低電力である必要がある。いくつかの従来技術のトランスミッタは、図３のワイヤレス通信回路２２として通常は図示される位置に配設された任意のディスプレイを受けるように構成される。そのような構成では、ワイヤレス通信回路２２は、ローカルディスプレイの位置で用いられることができる。そのような構成では、通信ワイヤレス回路２２は、プロセス制御ループ１６に直接結合してＲＦ信号を単に送信し、ループ１６上で伝送される任意のアナログ及び／又はディジタル信号に対応するＲＦ信号を送信する。
【００１６】
一般に、本明細書で述べられているプロセス制御ループは、工業用プロセス制御及び監視システムで用いるための任意のタイプのプロセス制御ループを含むことができる。そのようなループは、４−２０ｍＡの電流ループを含み、アナログ電流レベルが４〜２０ｍＡの間で変動して情報を送信する。同じ制御ループを用いて、フィールド装置に電力を提供することができる。別のタイプのプロセス制御ループは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに従い、さらなる情報送信のためにディジタル情報が４−２０ｍＡ信号の上に重畳される。別の例の２線式プロセス制御ループは、Instrument Society of Amarica1(ISA)によって発表された、Field Bus SP50プロトコルと呼ばれるプロトコルを用いる。しかし、エンドシグナリングプロトコルを用いることができる。いくつかのプロセスプロトコルループは、いくつものフィールド装置に接続して、それによってフィールドが互いに通信できるか、又は別のフィールド装置からの送信を監視できるように構成される。一般的に、そのようなプロセス制御ループ上で送信されるか、内部で利用可能又は発生するか、もしくはフィールド装置によって受信されるか、あるいはフィールド装置を制御するために用いられる任意のタイプの情報、又は他のタイプの情報を、本発明のワイヤレス通信技術を用いて送信することができる。別の例では、フィールド装置を構成するために用いられるハンディ型ユニット又は装置は、操作者によってフィールドに持ち込まれることができる。操作者は、ハンディ型装置を用いて、ハンディ型装置がフィールド装置に近接した範囲内にある場合に、フィールド装置に情報を送るか又は受信する。これにより、操作者は、装置又は物理的プロセス制御ループに物理的に結合する必要なく、情報を集めるか又はフィールド装置をプログラムすることが可能になる。
【００１７】
いくつかの実施形態では、フィールド装置から、又はフィールド装置への通信のために、アドレス指定情報を伝送することがさらに望ましい。アドレス指定情報は、送信元又は送信の指定受信者を示すことができる。ワイヤレス通信回路は、連続的に、又は周期もしくは断続ベースで、所望のように送信することができる。別の例では、ワイヤレス通信回路は、起動又は「ポーリング」された場合のみ送信する。起動は、内部ソースからフィールド装置まで、プロセス制御ループを通して受信されるか、ワイヤレスソースから受信されるか、又は別のソースから受信されるかもしくは発生させることができる。いくつものフィールド装置が同時に送信する場合がある環境では、送信プロトコルは、送信に干渉するかもしれないあらゆるタイプのコリジョンを回避するか又はそれに対処するように選択されることが望ましい。たとえば、異なる周波数又は周波数スキップ技術を用いることができ、ランダム又は半ランダムな送信ウィンドウを用いることができ、反復送信又はトークンベースの技術、又は他のコリジョン回避技術を所望のように実施することができる。送信がエラー検出又は修正情報を含む場合、この情報を用いて、送信のエラーを検出し、及び／又は送信のあらゆるエラーを修正することができる。エラーが修正可能でない場合、受信ユニットは、破損データの再送信を要求することができるか、エラーを表示することができるか、データの次の送信を待つことができるか、又は他のステップを所望のように取ることができる。
【００１８】
図３は、ＲＦ接続８２を経由した回路２２との通信のためのハンディ型装置８０の一例をさらに示す。ハンディ型装置８０は、ディスプレイ８４及びユーザ入力部８６を含む。他のタイプの入力部及び出力部が、ハンディ型装置８０に含まれることができる。好ましくは、ハンディ型装置８０は、バッテリ式であり、フィールド装置６０との通信のために操作者によってフィールドに持ち込まれることができる。フィールド装置６０からの、又は他のソースからの情報は、ディスプレイ８４上に表示され、ハンディ型装置は、入力部８６を用いて制御される。ハンディ型装置８０によって、フィールド装置６０にコマンド又は他の情報を送信することができる。
【００１９】
１つの構成では、ワイヤレス通信回路は、フィールド装置で利用可能である電力制限内である電力を必要とする。たとえば、フィールド装置内部で現在用いられている１つのディスプレイは、０．５ｍＡで３．６ボルトを使う。ＬＣＤメータを動作させる能力があるトランスミッタが使用される場合、ワイヤレス通信回路は、ＬＣＤメータに取って代わり、ＬＥＤメータを駆動するために用いられるものと同じ電力源を用いることができる。別の例では、ワイヤレス通信回路は、プロセス制御ループから、たとえばプロセス制御ループと直列接続されているダイオード電圧ドロップの両端で発生する電圧を用いて、直接電力供給される。通信回路内部でバッテリが用いられていない実施形態では、回路は本質安全又は他の安全認可要求をより容易に満たし、バッテリの交換又はメンテナンスなしに、無限のフィールド寿命を提供することができる。ワイヤレス構成が情報を送るためのみのものである構成では、電力要求を低減させることができる。別の例では、より大きな送信範囲が望ましい場合、固定型装置、たとえば図１に図示されるようなディスプレイ３２は、フィールド装置から受信されるか又はそれに送られるデータの再送信のためのＲＦ中継器を含むことができる。ＲＦ中継器は、ループ給電されることができるか、又は他のソースから各自の電力を取り出すことができる。さらに、いったんＲＦデータが受信されると、他の媒体、たとえばイーサネット（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ）（登録商標）接続を経由した送信のために、拡張された範囲のＲＦ通信リンク、たとえば携帯電話、又は別の技術を用いる中継を経由した、プロセス制御システム内で用いられている既存のデータ送信構造に再フォーマットされることができる。
【００２０】
図４は、プロセスコントローラ又は監視システム１００の簡略化された図であり、本発明の別の態様を図示する。システム１００では、フィールド装置１４は（−）接続箱１０２を通るプロセス制御ループ１６を通して、制御システム１２に接続する。図４の実施形態では、フィールド装置１０４は、プロセス制御ループ１６に結合し、ワイヤレス通信回路１２２を含む。ワイヤレス通信回路１２２は、ＲＦ信号１０６を送り、プロセス制御ループ１６から受信された電力によって完全に電力供給されるように構成される。
【００２１】
プロセス装置１０４は、電源レギュレータ１１０、分流器又はバイパス１１２、及びスーパーキャパシタ１１４を含む。動作中、スーパーキャパシタ１１４は、プロセス制御ループ１６からタップされた過電圧を用いることによって、電源レギュレータ１１０を用いてゆっくりと充電（トリクル充電）される。バイパス１１２によって、ループ１６は通常動作することが可能になり、ループ１６と直列接続される。通信回路１２２は、プロセス制御ループ１６上で伝送されるアナログ及び／又はディジタル情報を受信するための回路を含む。回路１２２は、受信された情報に基づいて、ＲＦ信号１０６を応答送信することができる。受信機として動作する場合、回路１２２は、ループ１６で伝送される電流上にデータを変調する能力を有する。これは、アナログあるいはディジタル情報であることができる。本構成によって、データがワイヤレス通信ネットワークを経由して中継されることが可能になる。ネットワークは、任意のタイプのトポロジに従って構成されることができ、ポイントツーポイント、スポークアンドハブ、及びメッシュトポロジを含む。プロセス装置１０４は、個別の装置として構成されたもの、たとえば図４に図示されたようなものを含むループに沿った任意の場所に位置付けることができる。いくつかの設備では、フィールド装置１０４は、フィールド用に強化され、本質安全の動作用に構成されることが望ましい。また、装置１０４は、別のフィールド装置１４内部に（−）接続箱１０２の一部として位置付けられるか、あるいは制御システム１２を収容する制御室内部に配置されることができる。フィールド装置１０４は、１以上のＲＦ回路１２２及び／又は１以上のプロセス制御ループ１６に、同時にあるいはマルチプレクサ又は他の技術の使用を通して接続することができる。
【００２２】
スーパーキャパシタを用いることによって、装置は内部バッテリ又は他の技術なしに動作することが可能になる。キャパシタを用いることによって、急速充電及び十分に大きなエネルギの電位の貯蔵が可能になる。危険な環境で用いられる場合、大きなエネルギの貯蔵は、本質安全の規格に満たないために許容できない場合がある。しかし、プロセス装置１０４は、本質安全が必要とされない、たとえば接続箱１０２におけるようにして、危険な環境から離すことができる。
【００２３】
図５は、フィールド装置１０４の簡略化された概略図であり、スーパーキャパシタ１１４をより詳細に示す。本例では、スーパーキャパシタ１１４は、それぞれ２．５ボルトの電位を持つ２つの１０ファラッドのキャパシタを含む。これによって、５ボルトの電位降下で５ファラッドの等価容量が得られる。ワイヤレス通信回路１２２が、４〜５ボルトの間の電圧で動作する能力があると仮定すると、５ファラッドのキャパシタそれぞれからの利用可能なエネルギは、１／２＊Ｃ（Ｖｉ２−ＶＦ２）すなわち１／２＊５＊（５２−４２）＝２２．５Ｊである。
【００２４】
図６は、スーパーキャパシタ１１４両端で測定された電圧対時間のグラフである。本例では、１秒間ｔｄにバースト信号を送信する６００ｍＷのワイヤレストランスミッタは、０．６Ｊ／Ｓ＊１ｓ＝０．６Ｊのエネルギを必要とする。このように、そのような通信回路１２２の動作に利用可能な豊富なエネルギがある。
【００２５】
プロセス制御ループに電力を提供するために用いられる通常の電源は、直流２４ボルトを提供する。しかし、４−２０ｍＡのシステムでは、トランスミッタは、動作のために１２ボルトしか必要としないかもしれない。プロセス制御ループでの配線ロスは、２〜４ボルトの電圧降下を生じる場合がある。スーパーキャパシタ１１４の充電に５ボルトのみが利用可能であり、プロセス制御ループが低い電流レベル（すなわち、４ｍＡ）で動作していると仮定すると、スーパーキャパシタ１１４を充電するために、依然として２０ｍＷが利用可能である。送信サイクル中に０．６Ｊのみが消費されるため、利用可能な２０ｍＷは、スーパーキャパシタを、時間ｔｃ＝０．６Ｊ／０．０２Ｗ＝３０ｓで全容量まで充電する。したがって、そのような構成は、３０秒毎に１秒の所要時間を有する信号を送信する能力がある。通信信号の帯域幅が２００Ｋｂ／ｓであり、パケットサイズ２００ｂであると仮定すると、バースト時間は１ミリ秒に短縮され、結果として得られる送信時間は０．０３秒である。そのような構成では、診断データは容易に送信されることができるが、これはタイムクリティカルな性質ではないためである。しかし、十分に迅速な充電時間が利用可能である場合、制御及びプロセス変数信号もまた、ワイヤレスで送信されることができる。
【００２６】
スーパーキャパシタで説明されているが、バッテリ又は他を含む任意のエネルギ貯蔵装置を使用することができる。貯蔵装置を充電するために用いられるエネルギは、電気又は磁気にすることができ、任意のソースから引き出すか又は集めることができる。
【００２７】
図７は、プロセス制御監視システム１５０の簡略化された図であり、２線式プロセス制御ループ１５６を通してフィールド装置１５４に結合された制御室１５２を含む。プロセス制御ループ１５６は、本質安全バリア１５８の両側に延長する。制御室１５２は、電源１６０及び負荷抵抗１６２を含むとしてモデリングされている。
【００２８】
フィールド装置１５４は、任意の構成にすることができ、図７に示された特定の回路図に限定されない。ＲＦ通信回路１７０は、ループ１５６と直列結合して示される。回路１７０は、フィールド装置の端子板に組み込まれることができる。たとえば、回路１７０は、増設モジュールとして構成されることができ、これによって２線式プロセス制御ループ１５６は、既存の送信回路に接続することができるようになる。
【００２９】
図７に図示された構成では、通信回路１７０によって、新しい又は既存のプロセス制御ループ又はフィールド装置に、ワイヤレス通信機能が付加されることが可能になる。回路は、プロセス制御ループによって電力供給されるように構成され、制御室から延びるループ内の任意の場所で、ループ自体に沿った任意の場所で、本質安全（ＩＳ）バリア又は接続箱１５８内に、スタンドアロン型フィールド装置として、又は別のフィールド装置に含まれて設置されることができる。回路は、任意のタイプの通信用に構成されることができる。しかし、１つの簡略な構成では、回路１７０は、プロセス制御ループ１５６で伝送される電流を測定して、ワイヤレス受信機に、測定された電流に関する出力を送信するように構成される。
【００３０】
ここで、図７に示された、回路１７０の１つの特定の実施形態を参照すると、センス抵抗１８０及び電源ダイオード１８２は、プロセス制御ループ１５６と直列結合する。センス抵抗１８０は、たとえば１０オームにすることができ、プロセス制御ループ１５６で伝送される電流レベルＩの検知に用いられる。また、テストダイオード１８４は、ループ１５６と直列結合され、テストポイント１８６を提供する。これを用いて、回路１７０に結合されたフィールド装置を較正するか又は特徴付けることができる。本質安全保護回路１９０が設けられ、これは、ダイオード１８２の向かい側に、示されたように接続されたダイオード１９２と、センス抵抗１８０の反対端に接続された絶縁抵抗１９４とを含む。ダイオード１８２は、キャパシタ１９８と、入力フィルタ２００と、レギュレータ２０２と、キャパシタ２０４と、二次フィルタ２０６とを含む電源１９６の一部である。二次フィルタ２０６は、キャパシタ２０８及び抵抗２１０を含む。電源回路１９６は、ループ電流を測定して、結果として得られる信号をワイヤレスで送信する回路によって用いるための、回路接地に対する電源電圧ＶＤＤを発生させる。特定の電源の組み込みが示されているが、任意の適切な電源構成又は実施形態が、所望のように用いられてもよい。
【００３１】
本実施形態では、入力回路２１８はセンス抵抗１８０を含み、ループ１５６を通って流れる電流Ｉを測定するように構成される。また、入力回路２１８は、ＯＰアンプ２２２への差動接続を提供するフィルタ２２０を含む。ＯＰアンプは、マイクロプロセッサ２２４の一部として図示されているアナログ・ディジタル変換器２２６に、増幅された入力信号を提供する。クロック回路２２８が設けられ、これを用いて、たとえばマイクロプロセッサ２２４にクロック信号を提供する。任意のＨＡＲＴ（登録商標）送受信回路２３０は、マイクロプロセッサ２２４、ループ１５６、クロック回路２２８及びＲＦ送受信回路２３２に接続する。任意のＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０は、マイクロプロセッサ２２４からディジタルチップセレクト信号（ＣＳ１）を受信するように構成される。ＲＦ回路２３２は、マイクロプロセッサ２２４から別個のディジタルチップセレクト信号（ＣＳ２）を受信するように構成される。ＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０及びＲＦ回路２３２はともに、どのチップセレクト信号がアクティブかにより、ＳＣＩバス上のマイクロプロセッサ２２４と通信するように構成される。また、マイクロプロセッサ２２４は、ＯＰアンプ２２２にシャットダウン信号を提供するように構成される。マイクロプロセッサ２２４は、メモリ２３６を含み、これはプログラミング命令、一時変数及び永久変数、及び他の情報を記憶するために用いられ、揮発性及び不揮発性メモリの両方を含んでもよい。メモリは、たとえばＥＥＰＲＯＭを含むことができ、回路１７０をユニークに識別するアドレス指定情報を包含することができる。ＲＦ回路２３２は、内部アンテナ、外部アンテナ、又は所望のような組み合わせとして構成されることができるアンテナ２４０に結合する。回路１７０は、２線式プロセス制御ループ１５６を越えて結合されるように構成され、これによってループ１５６は、別のフィールド装置、たとえばプロセストランスミッタ又はプロセスコントローラで終了することができるようにする。
【００３２】
図７に図示された回路１７０は、単一のプリント回路基板上に組み込まれることができ、これによってＲＦアンテナ２４０は、基板と一体成形される。この構成によって、回路１７０は、既存のフィールド装置に容易に組み込まれることが可能になり、外部アンテナを用いる必要がない。これによって、設置の複雑さが低減する。
【００３３】
任意のＨＡＲＴ（登録商標）送受信回路２３０を用いて、プロセス制御ループ１５６上で伝送されるディジタル信号、たとえばプロセス変数を監視することができる。検知されたディジタル信号に基づいて、ＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０は、検知されたプロセス変数、又は他の情報に関連する情報の送信のためのＲＦ送受信回路２３２の動作を制御することができる。ＨＡＲＴ（登録商標）回路が、完全なＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル及び適切なＲＦプロトコルのスタックに従って組み込まれる場合、回路はゲートウェイレベルの機能性を実施することができ、これによって、ＨＡＲＴ（登録商標）マスターは、プロセス制御ループ１５６上のＨＡＲＴ（登録商標）対応のフィールド装置と、ＲＦ  ＨＡＲＴ（登録商標）ゲートウェイ装置を通して双方向で通信することが可能になる。これによって、監視、構成、診断、又は他の情報又はデータの交換のために、フィールド装置とワイヤレス通信することが可能になる。
【００３４】
往々にして、プロセス制御又は監視設備では、操作者は、フィールド装置又はプロセス制御ループに物理的にアクセスして、フィールド装置と情報を交換することが必要とされる。これによって、操作者は、機器を修理し、機器の予防保全を行うことが可能になる。本明細書で述べられたワイヤレス通信構成によって、操作者は、アクセスが困難な場所にあるかもしれないフィールド装置に問い合わせすることが可能になる。さらに、フィールド装置に容易にアクセス可能である構成においても、ワイヤレス通信回路は、操作者が、トランスミッタ又は接続箱等の機器上のカバーを取り除いて、プロセス制御ループへの物理的接続用のループ配線を露出させる必要がない。このことは、爆発性気体又は蒸気が存在するかもしれないような危険な場所において、特に有益である可能性がある。ディジタル又はアナログプロセス変数は、ワイヤレス通信回路によって検知されて、上述のようなワイヤレスメータ又はハンディ型装置に送信されることができる。
【００３５】
動作中、回路１７０は、プロセス制御ループ１５６と直列に位置し、ここでそれ自体に電力供給するために、ループを通して流れる４−２０ｍＡの電流を利用する。一般的な電気接地を使用するフィールド装置に対しては、回路１７０をループ接続の高電圧側に挿入することができる。この構成によって、フィールド装置内部の他のバス回路、たとえばＣＡＮインターフェイスにアクセスすることが可能になる。本構成は、テスト中のループ電流の測定に用いるためのテスト接続１８６を含む。センス抵抗１８０は、好ましくは、本質安全規格に従ってループ１５６に接続する端子１８１で測定されたような等価容量ゼロを提供するように構成される。回路１７０は、３〜４ボルトの間で通常動作するように構成され、センス抵抗１８０とともにツェナーダイオード１８２は、この動作電圧を設定する。通常の４−２０ｍＡ電流ループで有効な過電圧は、回路１７０を動作させるために十分なものである。さらに、電力管理技術を使用して、ループから引き出された電力を、約３ｍＡに制限する。これによって、プロセス制御ループに接続された任意のフィールド装置は、有効電力レベルを超えて引き出されることによって回路を崩壊させることなく、３．６ｍＡの警報レベル信号を送ることが可能になる。
【００３６】
ツェナーダイオード１８２は、ループ１５６と直列に位置して、入力フィルタステージで予め規制された電圧を発生させる分流エレメントとして作用する。ループ電流の、回路１７０によって用いられない任意の部分は、ツェナーダイオード１８２を通して分流される。入力フィルタ２００は、容量性、誘導性及び抵抗性のエレメントを含むことができ、回路１７０によって発生するあらゆるノイズ又は負荷変動からループを隔離するために用いられる。これはまた、ＨＡＲＴ（登録商標）拡張周波数帯でのノイズを、ＨＡＲＴ（登録商標）規格に一致するように抑制する。
【００３７】
電圧レギュレータ２０２は、任意の適切な電圧レギュレータ、たとえばリニア又はスイッチモードレギュレータにすることができるがこれらに限定されず、回路に電圧ＶＤＤを供給するために用いられる。フィルタ２０６を用いてエネルギを貯蔵し、さらにレギュレータ２０２から回路負荷を切り離す。二次フィルタ２０６の出力電圧は、回路負荷の変化の間に、数百ミリボルトまで下がることが可能とされる。これによって、回路１７０によって引き出されるピーク電流を、４−２０ｍＡ電流ループからと平均化されたものにできる。
【００３８】
本実施形態では、ＲＦ回路２３２及び入力回路２１８とともに、Ａ／Ｄコンバータを含むマイクロプロセッサ２２４を、スリープモード又は低電力モードにして、電力ドレインを低減させることができる。たとえば、選択された時間間隔、たとえば１０秒毎に、マイクロプロセッサの内部タイマによって、Ａ／Ｄコンバータによるループ電流の測定が可能になる。測定回路は、Ａ／Ｄ変換を実施する前に処理することが可能となる。Ａ／Ｄ変換が完了した後、ループ測定回路及びＡ／Ｄコンバータの両方がオフにされて、電力が保存される。マイクロプロセッサは、送信のためにＲＦ回路２３２に測定値を送る。送信が完了すると、マイクロプロセッサ及びＲＦ回路は、次のサイクルまで低電力モードに戻る。マイクロプロセッサはさらに、それ自体を一時的にスリープにして、電力を節減する。これらの電力管理技術を用いて、マイクロプロセッサは、レギュレータステージで負荷需要を時間的にずらすことによって、回路の全体的な電流要求を管理することが可能である
【００３９】
ループ電流測定は、４−２０ｍＡ電流ループ１５６と直列結合された、１０オームのセンス抵抗１８０を用いて、アナログ電流レベルを測定することによって達成される。センス抵抗１８０の両端で発生する電圧は、フィルタリングされて、ＨＡＲＴ（登録商標）ディジタル通信により、変動に加え、あらゆるループノイズを除去する。ＯＰアンプステージ２２２は、さらなる信号調整を提供し、信号は、マイクロプロセッサ２２４のＡ／Ｄコンバータ２２６に送られる。
【００４０】
ＲＦ回路２３２は、所望により任意の適切な回路又は構成にすることができる。１つの簡易な形式では、ＲＦ回路２３２は、ワイヤレス受信機に、測定された変数を単に送信する。アンテナ２４０は、ＲＦ信号を配信するために用いることができ、たとえば回路基板の外縁を周るようにルート付けされたトレースの形状で、回路１７０と一体形成されることができる。いくつかの実施形態では、ＲＦ回路２３２は、ワイヤレス受信機を含むことができ、回路２３２はトランシーバとして構成されることができる。所望であれば、同じアンテナ２４０を送信及び受信の両方に用いることができる。通常の低電力トランシーバは、通信範囲約２００フィートを有していてもよいが、異なる電力要求、回路感度、アンテナ構成等を用いて他の範囲を達成することができる。回路１７０が金属製の筐体、たとえばトランスミッタのフィールドハウジングコンパートメント内に据え付けられている場合、ハウジングのＲＦ透過部分を用いて、アンテナ２４０からの信号の送受信を可能にする必要がある。たとえば、上述のように、ガラス窓を用いることができる。材料の他の例は、ＲＦ信号を十分に透過する任意の材料を含み、プラスチック又は他の材料を含む。
【００４１】
任意のＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０を付加することによって、回路１７０は、電流ループ１５６上で伝送される４−２０ｍＡ信号上のＨＡＲＴ（登録商標）メッセージを、選択的にリスニングすることが可能になる。情報、たとえば測定されたプロセス変数、診断情報、又は他の情報は、ワイヤレス受信器に送信されることができる。さらに、ＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０は、ディジタル信号をプロセス制御ループ上に変調するように構成される場合、ループ１５６に結合されたフィールド装置に遠隔的に命令するか又は問い合わせするために用いることができる。たとえば、ＨＡＲＴ（登録商標）回路２３０は、４−２０ｍＡ電流ループ上の二次マスターとして作用するように構成されることができる。これにより、ＲＦ回路２３２が完全なトランシーバとして構成されるとともに、たとえば図３に示されたハンディ型装置８０のようなワイヤレスマスタユニットからフィールド装置までの双方向通信及び構成が可能になる。
【００４２】
また、マイクロプロセッサ２２４は、好ましくは診断機能を実施するために用いられることができる。マイクロプロセッサ２２４は、プロセス制御ループ１５６の電圧及び電流特性を監視するように構成され、電流及び電圧の不適当で問題となる変化は、診断技術を用いて特定されることができ、ワイヤレスに、あるいは回路２３０によって提供されるＨＡＲＴ（登録商標）送信能力を用いて、もしくはループ１５６上で伝送される電流レベルを警告値又は他の所定値に設定することによって、遠隔位置に送信されることができる。
【００４３】
回路１７０は、好ましくは、危険な場所での動作を可能にし、適切な認可及び仕様、たとえば本質安全規格に適合するように構成される。たとえば、本質安全保護回路１９０は、本質安全の定格抵抗１８０とともに、回路１７０への入力部に用いられる。適切な要素及び回路レイアウトを用いて、ツェナーダイオード１８２と並列で冗長なツェナーダイオード１９２を付加することによって、ある程度の冗長性が提供され、本質安全に保護されたシステム内の本回路に入力できる電圧量を制限する。同様に、センサ抵抗１８０を用いて、回路１７０に入り、外部端子を通した回路からの貯蔵エネルギのあらゆる放出を止めることができるように最大電流を制限することができる。これによって、実質的にゼロの透過容量が提供される。ループ測定回路は、センサ抵抗１８０の２つの端とフィルタ２２０との間に接続された、２つの本質安全な定格高抵抗１９４によってさらに保護される。他の回路要素は、有害な気体及び蒸気が、回路１７０内のあらゆる内部貯蔵エレメント及びノードに到達することを防止するポッテイング材料等を用いることによって、あらゆる外部エネルギ源から保護されることができる。他の非有害な場所には、本質安全な要素は必要とされない場合がある。
【００４４】
プロセストランスミッタのワイヤレス通信の利点を利用する工業用プロセスプラントでは、ますます多くの用途がある。これらのトランスミッタは、プロセス温度、圧力レベル又は流れを監視している場合がある。ワイヤレス通信をこれらの装置に提供する利用は、数百あるいは数千フィートものワイヤを設置する費用節減、又はプロセストランスミッタへの「接続」とそれとの通信タスクを容易化することを含む。ワイヤード通信システムでは、プロセス制御システムであっても携帯型ハンディ通信機であっても、任意のホストが、プロセストランスミッタと接続されたワイヤと物理的に接続して、それと通信する必要がある。反対に、ワイヤレス通信システムでは、ホストは、通信範囲内のプロセスプラントの任意の場所から、所望のプロセストランスミッタにワイヤレスに「接続」してもよい。さらに、ワイヤードシステムでは、ユーザは装置からカバーを取り外し、ハンディ型通信機の接続のために端子へのアクセスを得て、プロセストランスミッタの診断又は試用を行う必要がある。カバーの取り外しは、ユーザがいくつかの安全予防措置を講じて、プロセストランスミッタ、又は施設の安全性が損なわれないことを確実にすることを必要とする場合がある。さらに、プロセストランスミッタからカバーを取り外すことは、トランスミッタがプロセスプラント内の危険の可能性がある領域で用いられる場合、特別な作業手順、あるいはプロセスもしくは一部のプラントの運転停止を必要とする場合がある。ワイヤレス通信能力を備えるプロセストランスミッタは、カバーの取り外し及びそれに関連する手順の必要なく、ローカルに、あるいは遠隔地から通信する。
【００４５】
「ワイヤード」ＨＡＲＴ（登録商標）通信能力を有する、数多くの接地されたプロセストランスミッタがある。いくつかの例では、これらの装置に、購入費用をかけたり、内蔵ワイヤレス通信を備える新しいプロセストランスミッタを接地したりすることなく、ワイヤレス通信能力を付加することが望ましい。好ましくは、本装置は、既存のＨＡＲＴ（登録商標）対応のプロセストランスミッタを、ワイヤレスネットワークにつなぐ。この装置は、通信トランスレータとして作用し、ＨＡＲＴ（登録商標）を介して既存のプロセストランスミッタと通信し、ワイヤレスネットワークを経由して、ワイヤレスホスト又は他の遠隔監視又は診断システムと通信する。さらに、この通信モジュールのために、別の電源が必要とされないことが好ましい。モジュールは、プロセストランスミッタにすでに提供されたものと同じ電力で動作するが、プロセストランスミッタのために利用可能な電力に悪影響を与えないことが望ましい。この通信装置は、太陽電池の電力で動作してもよいが、多くの設備では実用的ではない。これはまた、バッテリから動作する場合がある。しかし、バッテリは、プロセスプラントで用いられる場合に、費用を増大させる特別な安全上の欠点を有し、さらに周期的な交換を必要とし、これらは望ましいものではなくなる。
【００４６】
プロセストランスミッタは、プロセスプラント全体に分散させてもよいため、ユーザにとって、ワイヤレスメッシュネットワーク上で通信することができる場合に便利である。メッシュネットワークとは、各ワイヤレス装置が他のワイヤレス装置用のルータとして機能することができるものである。これによって、ネットワーク内の各装置が、ホストに戻る最も信頼性のある通信パスを有することが確実になる。これらの通信パスは、ネットワークが最初に確立されたときに加えて、新しい装置がネットワークに加入したときにはいつでも確立される。多くの例では、２線式プロセス制御ループに結合されたプロセス制御トランスミッタが、ワイヤレスネットワーク上で情報を通信することがさらに可能であることが望ましい。また、装置が「メッシュネットワーク」内のルータとして機能することが望ましい。さらに、多くの例では、装置が、別個の電力源を必要とするのではなく、プロセス制御ループからの電力を用いて動作することが好ましい。
【００４７】
図８Ａ及び８Ｂは、１つの実施形態の例のワイヤレスアダプタ３００のための、２つの配線構成例を示す。ワイヤレスアダプタ３００は、ＤＣ電源３０４によって電力供給されるプロセス制御ループ３０２に結合されて示される。ループは、負荷抵抗３０６を含むものとして図示され、またプロセス変数トランスミッタ３０８に結合される。図８Ａ及び８Ｂでは、ワイヤレスアダプタ３００は、２つのループ接続（ループ（＋）及びループ（−））を含み、これらはプロセス制御ループ３０２に直列接続する。一方のループ接続は、電源３０４に結合し、これに対して他方のループ接続は、プロセストランスミッタ３０８のループ接続に結合する。ワイヤレスアダプタ３００は、第３の接続（ＨＡＲＴ（登録商標）と標示される）を含み、これはプロセストランスミッタ３０８の他方のループ接続に結合する。図８Ａに示される構成では、アダプタ３００のループ（−）接続は、トランスミッタ３０８のプラス接続に結合し、これに対してアダプタ３００のＨＡＲＴ（登録商標）接続は、トランスミッタ３０８のマイナス接続（「テスト（＋）又は（−）電力」と標示される）に結合する。図８Ｂの構成は、アダプタ３００のループ（＋）接続がトランスミッタ３０８のマイナス接続に結合する一方で、アダプタ３００のループ（−）接続が電源３０４に結合し、ＨＡＲＴ（登録商標）接続がトランスミッタ３０８のプラス（＋）接続に結合する点で、わずかに異なる。また、アダプタ３００は、アンテナ３１０とともに図示される。図８Ａ及び８Ｂの構成では、アダプタ３００は３端子装置として構成され、これを通してすべてのループ電流Ｉが流れる。別個のＨＡＲＴ（登録商標）接続を用いて、２線式プロセス制御ループ３０２上でのディジタル通信を提供する。図ではＨＡＲＴ（登録商標）と標示されているが、アダプタはＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに従って動作することに限定されず、フィールドバス（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）プロトコルを含む任意の適切なプロトコルを用いてもよい。
【００４８】
アダプタ３００は、プロセス制御ループ３０２から受信された電力を用いて電力供給される。また、ループ３０２を用いて、トランスミッタ３０８に電力を提供する。１つの構成では、アダプタ３００は、その電圧を低い値、たとえば１．０ボルトに制御し、プロセス制御ループ３０２に最小限の影響が与えられるようにする。アダプタ３００は、ループ３０２から利用可能な電流を用いて動作する。たとえば、トランスミッタ３０８がループ電流を５ｍＡの値に設定した場合、アダプタ３００は、この５ｍＡで動作する。アダプタ両端の電圧降下が１ボルトである場合、合計５ｍＡがアダプタ３００によって用いられる。通常のプロセス変数トランスミッタの場合、ループ電流は、測定されたプロセス変数に基づいて、４ｍＡ〜２０ｍＡの間で変動する。このように、アダプタ３００が利用可能な最小電力は約４ｍＡであり、利用可能な最大値は約２０ｍＡである。アダプタ３００は、この電力を利用して、ループ３０２での通信に加え、ワイヤレス通信を含むすべての所望の機能を行う必要がある。通常のワイヤレス無線部は、通信中に１５ｍＡ〜５０ｍＡの間で、最大３ボルトまでの供給及び引き出しを必要とする場合がある（詳細はワイヤレス通信に関連する多くのパラメータに依存する）。この電流が常時生じるわけではないため、アダプタは、ワイヤレス通信を支援するために必要になるまで、電力を貯蔵することが可能である。上述のように、スーパーキャパシタを用いて、電力を貯蔵することができる。これらは比較的安価であり、比較的長寿命を有する。スーパーキャパシタは、短時間に１アンペアの高さまで電流を供給することができ、このためワイヤレス通信回路に電力供給するために用いられることができる。
【００４９】
図９は、アダプタ３００の簡略化されたブロック図であり、各種回路ブロックが示される。スーパーキャパシタ３２０が図示され、装置３００はＨＡＲＴ（登録商標）通信用に加えて、ワイヤレス通信用に構成される。
【００５０】
図９に図示されるように、アダプタ３００は、マイクロコントローラ３４０を含み、これはさらにメモリ及び通信用モデムを含む。メモリを用いて、プログラミング命令、構成データ、変数等を記憶する。ＨＡＲＴ（登録商標）アナログ回路３４２は、ＤＣ阻止キャパシタ３４６を通してプロセス変数トランスミッタ３０８に結合されるように構成される。無線モジュール３４４が設けられて、アダプタ３００がＲＦ通信技術を用いて通信することを可能にする。ＤＣ／ＤＣコンバータとして構成されたレギュレータ３４８が設けられる。電流分流回路３５０は、レギュレータ３４８と並列接続され、ＯＰアンプ３５４によって制御されるバイパストランジスタ３５２を含む。ＯＰアンプ３５４は、基準電圧（Ｖｒｅｆ）と、レギュレータ３４８に印加された電圧との間の差に基づいて動作する。レギュレータ３４８は、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ３６０に、２．３ボルトの出力を提供する。低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ３６０は、マイクロプロセッサ３４０、ＨＡＲＴアナログ回路３４２、リセット回路３８２及びＡＤＣ３８０に、制御された２ボルトの電源出力を提供する。
【００５１】
バイパストランジスタ３５２を通る電流を用いて、スーパーキャパシタ３２０を充電する。スーパーキャパシタ３２０両端の電圧は、電圧クランプ回路３７０を用いて設定される。たとえば、電圧クランプ回路は２．２ボルトに設定されることができる。別のＤＣ／ＤＣコンバータ３７２は、昇圧コンバータ３７２として構成され、低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ３７４に、制御された電圧出力３ボルトを提供する。低ドロップアウト（ＬＤＯ）レギュレータ３７４の出力は、２．８ボルトに設定され、無線モジュール３４４に、制御された電力を提供するために用いられる。
【００５２】
マイクロプロセッサ３４０は、スーパーキャパシタ３２０の電圧を監視するために用いられるアナログ・ディジタルコンバータ３８０に接続される。また、マイクロプロセッサ３４０は、リセット回路３８２に接続される。マイクロプロセッサ３４０は、レベルシフト回路３８４を通して、無線モジュール３４４にデータを提供する。
【００５３】
回路は、ワイヤレス通信の最大動作量を支援する一方で、ループ３０２の電圧を最小量に低下させることが好ましい。したがって、アダプタ３００は、好ましくはループ３０２からの電力を非常に効率的な方法で用いるように構成される。１つの詳細な構成では、このことは、低電力マイクロコントローラ３４０、たとえばＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  ＭＳＰ４３０Ｆ１４８１を用いることによって、及び低電力アナログ回路要素を用いることによって達成されることができる。これらの要素は、低い供給電圧によって電力供給されて、さらに全回路電力消費を最小限にすることができる。さらに、マイクロコントローラ３４０は、所定の機能、たとえば通信機能が必要でない場合、所望であれば「スリープ」モードに入るように構成されることができる。図９に示された構成では、別個のモデムは利用されない。代わりに、マイクロコントローラ３４０を用いて、モデム機能を提供する。
【００５４】
無線モジュール３４４に大電力を提供することがさらに好ましい。これによって、通信をより頻繁にし、信頼性を増すことが可能になる。さらなる電力を用いて、トランスミッタ３０８から情報を発信することができ、アダプタ３００が他のプロセストランスミッタ用のルータとして、たとえばメッシュネットワークで用いられることが可能になり、より高い送信電力を用いることが可能になる。この結果として、メッシュネットワークの信頼性をより高くすることができ、同様にアダプタ３００を通してホストに至る、別のワイヤレス装置からのパスが、装置からホストへの直接のパスよりも信頼性が高くなる場合がある。
【００５５】
図９の実施形態では、無線モジュール３４４は、スーパーキャパシタ３２０によって電力供給される。したがって、無線モジュール３４４に提供される電力を増大させるために、スーパーキャパシタ３２０によって貯蔵される電力を増大させることが好ましい。図９の実施形態では、このことは、スーパーキャパシタ３２０を、ＯＰアンプ３５４及び分流トランジスタ３５２とともにループ３０２に結合する端子の両端での電圧降下を制御するレギュレータ３４８用の分流エレメントとして配設することによって達成される。図９では、プロセス制御ループ３０２に結合するループ端子の両端の電圧は、１ボルトに制御される。このことは、スーパーキャパシタに向かう電流を、ＯＰアンプ３５４及び分流トランジスタ３５２を用いて制御することによって達成される。この構成では、レギュレータ３４８は、ループ３０２に直列で動作し、ＯＰアンプ３５４によって形成されるフィードバックループ内にある。より非効率な構成では、別個の１ボルト分流レギュレータ及びスーパーキャパシタ充電回路が組み込まれてもよい。しかし、このことは、動作のためのさらなる要素及びさらなる電力を必要とする。反対に、図９で説明された構成では、アダプタ３００の回路によって用いられない任意のループ電流が、効率を上げるために分流キャパシタ３２０内に向けられる。この結果、最大量の電力が無線モジュール３４４で利用可能となる。電圧クランプ回路３７０は、キャパシタ３２０が充電される電圧を決定する。いったんスーパーキャパシタ３２０が、電圧クランプ回路３７０によって設定された電圧に到達すると、過電流はキャパシタ３２０内にではなく、クランプ回路３７０を通って流れる。
【００５６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３４８は、入力電圧１ボルトで動作する、低電力「昇圧」スイッチングレギュレータとして構成される。レギュレータ３４８は、１ボルトの入力電圧を、残りの回路に電力供給するために十分な高さの電圧まで上昇させる。図９の例では、これは２．３ボルトである。コンバータは、スイッチドキャパシタタイプのコンバータ、インダクタベースのブーストコンバータ、トランスベースのコンバータ又は他の適切な構成にすることができる。ＬＤＯレギュレータ３６０は、レギュレータ３４８からの２．３ボルトの出力を、２．０ボルトに制御し、レギュレータ３４８からのあらゆるスイッチングノイズを除去する。ＬＤＯレギュレータ３６０からの出力を用いて、マイクロコントローラ３４０、ＨＡＲＴ（登録商標）アナログ回路３４２、メモリ、リセット回路３８２、及びアナログ・ディジタルコンバータ３８０に電力供給する。
【００５７】
ＨＡＲＴ（登録商標）アナログ回路ブロック３４２は、たとえばキャリア検出回路、受信回路及び送信回路を含むことができる。好ましくは、これらの回路は、低い電力要求を有すると同時に、許容できる通信整合性を維持するように構成される。マイクロプロセッサ３４０のメモリを用いて、プログラミングコード及び一時変数を記憶することができる。マイクロプロセッサ３４０内部のタイマを用いて、「ソフトウェア」モデム機能を提供することができる。マイクロプロセッサ３４０のメモリは、内部フラッシュメモリ、ＲＡＭに加えてＥＥＰＲＯＭ、又は他の不揮発性メモリを含んでもよい。マイクロコントローラ３４０は、マイクロコントローラ３４０に、容量電圧を示すディジタル出力を提供するアナログ・ディジタルコンバータ３８０を用いて、スーパーキャパシタ３２０両端の電圧を監視するように構成されることができる。所望であれば、マイクロコントローラ３４０を用いて、キャパシタが無線通信を支援するために十分な電圧を有しているかを判定することができる。リセット回路３８２を用いて、電圧が不十分である場合にマイクロコントローラ３４０が動作しないことを確実にすることができる。たとえば、リセット回路３８２は、ＬＤＯレギュレータ３６０からの供給電圧が十分な電圧レベルに達した場合、マイクロコントローラ３４０をリセットするか、又は電源をオンにするように構成されることができる。また、本回路を用いて、電力「グリッチ（事故）」が生じた場合に、マイクロコントローラ３４０をリセットすることができる。
【００５８】
無線モジュール３４４は、ＬＤＯレギュレータ３７４によって提供される、２．８ボルトの安定した電圧で動作する。上述のように、スーパーキャパシタ３２０が２．２ボルトまで充電された場合、ＤＣ／ＤＣコンバータレギュレータ３７２は、電圧を３ボルトに昇圧させる。使用中、スーパーキャパシタの電圧は低下し、昇圧コンバータが必要になる。ＬＤＯレギュレータ３７４を用いて、無線モジュール３４４に安定した２．８ボルトを提供する。好ましくは、レギュレータ３７２は、最小電圧約１ボルトから、最大電圧約２．２ボルトまでで動作するように構成される。いくつかの構成では、マイクロプロセッサ３４０は、スーパーキャパシタ３２０の電圧が１ボルト未満である場合、無線モジュール３４４の回路をオフにするように構成される。
【００５９】
マイクロコントローラ２４０は、無線モジュール３４４を用いて、無線モジュール３４４とマイクロコントローラ３４０との間のディジタル通信ラインを経由して通信することによって、情報をワイヤレスに送信するように構成されることができる。マイクロコントローラは電力供給２ボルトから動作する一方で、無線部は電力供給２．８から動作するので、２つの要素間のディジタル通信ラインは、レベルシフト回路３８４を用いて、レベルシフトされる必要がある。たとえば、このことは、非常に低い電力レベルのトランスレータ回路、たとえばＴｅｘａｓ  ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓのＳＮ７４ＬＶＣ２Ｔ４５ＤＣＵを用いて行うことができる。
【００６０】
１つの構成では、マイクロコントローラ３４０は、ループ３０２に結合するループ端子の両端の電圧降下を調整するように構成されることができる。たとえば、マイクロコントローラ３４０からの任意の制御ライン３４１は、分流回路３５０のＯＰアンプ３５４の反転入力部に結合することができる。そのような構成では、適切な条件下でループ電圧降下を増大させることによって、無線部がさらなる電力を利用できるようになる場合がある。同様に、アダプタ３００の回路のプロセス制御ループに対する影響を低減させる必要がある場合、電圧降下を減少させることができる。しかし、このことは無線モジュール及びアダプタ３００の他の回路により少ない電力を提供し、性能を低下させる場合がある。
【００６１】
図１０は、ワイヤレスアダプタ３００に結合されたプロセス制御トランスミッタ４００を示す、一例の断面図である。トランスミッタ４００は、上述のように、センサ６４及び測定回路６６を含む。トランスミッタ４００は（−）接続ブロック４０６及びワイヤレスアダプタ３００を通して、２線式プロセス制御ループ３０２に結合する。さらに、ワイヤレスアダプタ３００は、トランスミッタ４００のハウジングに結合する。図１０に示された例では、結合はＮＰＴ（アメリカ管用テーパーネジ（National Pipe Thread Taper））コンジット接続部４０９を通したものである。また、同様のコンジット接続部４０９を用いて、コンジット４１１に結合し、それを通して２線式プロセス制御ループ３０２に伝送する。ワイヤレスアダプタ３００のシャーシは、ワイヤ４０８を通して、トランスミッタ４００の電気接地接続部４１０に結合する。トランスミッタ４００は、２線式プロセス制御ループ接続ブロック４０２を含み、これはワイヤレスアダプタ３００からの接続線４１２に結合する。図１０に図示されるように、ワイヤレスアダプタ３００は、コンジット接続部４０９に螺合して受けられることができる。ハウジング４０２は、ワイヤレスアダプタ３００の回路を支持するためのアンテナ４２６を保持する。さらに、ＲＦ透過エンドキャップ４２４は、ハウジング４２０にシール可能に結合されることができ、それを通したＲＦ信号の送信を可能にする。留意すべきは、図１０に示された構成では、５つの電気接続部がＲＦアダプタ３００に対して設けられていることである。これらは、図８Ａあるいは８Ｂに図示されたように、電気接地接続部とともに４つのループ接続部を含む。
【００６２】
上述のように、いくつかの設置では、フィールド機器、たとえばワイヤレスアダプタが本質安全である、すなわち雰囲気が可燃性又は爆発性である環境で動作することが可能であることが重要である。たとえば、デバイスの回路は、任意の動作時間中に、装置が貯蔵でき、及び／又は装置が放出できるエネルギ量を制限できるように構成されることができる。上記で図示されたように、ワイヤレスアダプタは、フィールド装置、たとえばプロセストランスミッタ又は制御弁と直列接続され、２線式プロセス制御ループを通して流れる電流から引き出された電力を用いて動作する。ワイヤレスアダプタの両端で、小さな電圧降下が生じる。この電圧降下は、１．０ボルトの低さである場合がある。しかし、２線式プロセス制御ループを通って流れる電流が、いくつかの例では３．５ｍＡの低さである場合があるため、利用可能な瞬時電力が３．５ｍＷの低さである場合がある。しかし、いくつかの構成では、ワイヤレスアダプタは、さらなる電力を必要とする場合がある。たとえば、装置は、ワイヤレスメッセージを送信するために、６０ｍＷの電力（２０ｍＡで３ボルト）を必要とする場合がある。同様に、ワイヤレス送信を受信するために必要とされる電力もまた、プロセス制御ループから利用可能な瞬時電力を超過する場合がある。このように、ワイヤレスアダプタは、２線式プロセス制御ループからからの瞬時に利用可能な電力が不十分である場合に用いるために、内部に電力を貯蔵することが可能であることが望ましい。通常、ワイヤレス通信の送信及び受信の両方に必要とされる時間は比較的短い一方で、プロセス制御ループから利用可能な電力は、継続的ベースで利用可能である。このエネルギは、次に用いられるためにキャパシタに貯蔵されることができる。標準的なキャパシタか、又はいくつかの構成では、０．２２Ｆを超える静電容量を有するスーパーキャパシタを用いることができる。しかし、エネルギを貯蔵するように構成されたフィールド装置は、装置が本質安全の方法で動作することが望ましい場合、そのようなエネルギの過剰な放出を防止するための回路を包含する必要がある。スーパーキャパシタを用いても、装置外に出て行くエネルギ量を制限する必要があり、標準的なキャパシタが使用されたとしても、本質安全の要求は依然として、装置外に出て行くエネルギ量の制限を必要とする。用いられたキャパシタンスの両端の電圧は、キャパシタンスが瞬時の短絡を起こした場合に、結果としてスパークを引き起こす可能性があるレベルを下回って維持される必要がある。したがって、装置に引火されることができる最大電圧を制限することによって、より大きな容量値を用いると同時に、依然として本質安全の制限に適合することが可能になる。
【００６３】
図１１は、図８Ａに類似した簡略化された図であり、２線式プロセス制御ループ３０２に結合されたワイヤレスアダプタ３００を示している。図１１では、本質安全バリア４５０は、２線式プロセス制御ループ３０２に結合されているとして示される。本質安全バリア４５０は、電源３０４から、ループに結合された任意のフィールド装置に供給されることができる電圧及び電流を制限する。さらに、そのような構成では、フィールド装置、たとえばプロセストランスミッタ３０８は、回路内に貯蔵されることができるエネルギ量を制限するように構成されることができる。しかし、キャパシタ、又は電力を貯蔵することが可能であるスーパーキャパシタとして、さらなる回路が設けられて、アダプタ３００に貯蔵された任意の電力が装置から放出されないことを確実にする必要がある。言いかえると、プロセス制御ループに結合された装置が本質安全を維持するために、ループに戻って付加される任意の電力が制限されるように装置を構成する必要がある。このことは、装置が、たとえばキャパシタを用いてエネルギを貯蔵する場合に特に問題となる可能性がある。
【００６４】
本発明の１つの態様では、回路が設けられて、ワイヤレスアダプタ３００がプロセス制御ループ３０２又は他の場所内に放出し戻すことが可能となる電力量を制限する。
【００６５】
図１２は、本質安全回路４６０の構成の一例を含むワイヤレスアダプタ３００を示す、簡略化されたブロック図である。図１２の例では、ツェナーダイオード４６２及び４６４が設けられ、たとえばループ（＋）及びループ（−）接続部に結合する、６．２ボルトのバイアス電圧を有するツェナーダイオードを含むことができる。５オームの抵抗４６６は、２線式プロセス制御ループ３０２に直列接続される。ダイオード４７０及び４７２は、ループ（＋）接続部及びＨＡＲＴ（登録商標）接続部間で、フィールド装置３０８に結合される。同様に、ダイオード４７４及び４７６は、ループ（−）接続部及びＨＡＲＴ（登録商標）接続部間で、フィールド装置３０８に結合される。抵抗４８０及び４８２、及びキャパシタ４８４及び４８６は、ＨＡＲＴ（登録商標）接続部と直列に、フィールド装置３０８に接続される。１つの実施形態では、抵抗４８０は２．２μＦの値を有し、キャパシタ４８６は２．２μＦの値を有する。
【００６６】
ワイヤレスアダプタが本質安全要求に適合することを確実にするために、本質安全回路４６０は、アダプタ３００内部の回路が２線式プロセス制御ループ３０２に付与することが可能である電圧及び電流を制限するように構成される。この制限は、通常の動作条件下に加えて、故障の間の両方で行われる必要がある。さらに、回路は、冗長であり、回路要素のいくつかが故障している可能性がある場合であっても、所望のように動作する必要がある。１つの詳細な構成では、電圧を１．５ボルト未満に、及び電流を１００ｍＡ未満に制限することが好ましい。
【００６７】
ツェナーダイオードは、本質安全回路４６０のための電圧リミッタとして用いることができ、障害状態の間のみ電流を伝導するように構成されることができる。言いかえると、ツェナー電圧は、回路の動作電圧よりもわずかに高くなるように選択される。このように、ツェナーダイオードは、通常回路動作中は電力を浪費しない。このように、ワイヤレスアダプタ３００内への又はそこから出て行く電圧を、１．５ボルト未満に制限するために、ワイヤレスアダプタの動作電圧を１．５ボルト未満にする必要がある。
【００６８】
動作中、ツェナーダイオード４６２及び４６４は、ループ（＋）及びループ（−）の端子間に印加することができる電圧を制限するように動作する。同様に、ダイオード４７０及び４７２は、ループ（＋）及びＨＡＲＴ（登録商標）端子によって回路内に導入されることができる電圧を制限するように動作する。ダイオード４７４及び４７６は、ループ（−）を通してＨＡＲＴ（登録商標）端子に導入されることができる電圧を制限する。これらの端子間に印加される電圧がダイオードの閾値を超過する場合、ダイオードが導通することによって電圧値を制限する。しかし、通常動作状態の間、ダイオードは導通していないため、回路の動作にいかなる影響も及ぼさない。キャパシタンスと直列に付加される抵抗は、キャパシタンスから瞬時に移動されうる充電量を低減させるように作用し、これによって、キャパシタンスがスパークを生じるかもしれない機会が低減される。特定の電圧レベルでは、キャパシタンスと直列にさらなる抵抗がある場合、回路内にさらなるキャパシタンスを用いてもよい。抵抗が大きくなると、キャパシタンスも大きくなる場合がある。また、ＨＡＲＴ（登録商標）端子に接続されている抵抗は、その端子から提供されることができる電流量を制限する。
【００６９】
図１３は、図９に類似した、より詳細なブロック図である。いくつかのエレメントは、そのまま同じ参照番号を有する。図１３では、ＨＡＲＴ（登録商標）アナログ回路３４２は、２つの別個の要素、受信回路３４２Ａ及び送信回路３４２Ｂとして図示される。ＨＡＲＴ（登録商標）受信回路３４２Ａは、たとえば１０オームの抵抗を含むことができる抵抗４９０を通して、ＨＡＲＴ（登録商標）接続部と結合する。さらに、ＯＰアンプ３５４への部は、可変電圧回路４９２によって提供され、さらに抵抗４９３を通してループ（＋）の端子と結合する。可変電圧回路４９２は、たとえば、１２．１Ｋオームを含むことができる抵抗４９４を通してループ（−）と結合する。
【００７０】
上述の回路では、ダイオード、たとえばツェナーダイオードを用いて、本質安全の回路を提供する。しかし、ツェナーダイオードは、一般的に定格が３．３ボルト又はそれ以上であり、本質安全のために望まれる制限を超過する。電圧を３．３ボルト未満に制限するために用いることができる、１つのそのような技術は、ツェナーダイオードに代えて、アクティブな分流レギュレータを用いることである。これらのレギュレータは、あらゆる外部レジスタの必要なく、電圧を１．２４ボルトに制限し、回路内のレジスタの使用を通して、より高い電圧に設定するように設定することができる。しかし、アクティブな分流レギュレータを用いることの１つの欠点は、それらは通常、比較的小さな電力レベル、たとえば０．２０〜０．２５ワットを扱うのみのための定格である。したがって、それらが放散する電力は、ヒューズ等の使用を通して制限される必要がある。
【００７１】
図１４は、ワイヤレスアダプタ３００を示す簡略化された略図であり、ワイヤレスアダプタ回路は全体として３００Ａで示され、ループ（＋）及びループ（−）の端子間に接続された３つのアクティブな分流レギュレータ５００Ａ、５００Ｂ及び５００Ｃを含む。ヒューズ５０２は、ループ接続部に直列接続される。分流レギュレータは、たとえばＴｅｘａｓ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓより入手可能なＴＬＶＨ４３１レギュレータを含んでもよい。本質安全の基準に従って、分流レギュレータはアクティブな回路であるので、３つの分流レギュレータが冗長性のために提供される必要がある。レギュレータは、２線式プロセス制御ループ３０２に印加されることができる電圧に加えて、回路３００Ａに印加される電圧の両方を制限するように配設される。
【００７２】
しかし、ワイヤレスアダプタ３００を制御ループ上に置き、電圧及び電流の両方を制限することによって、本質安全を提供することにおける１つの複雑な要因は、アダプタ３００の回路が第３の接続部を含むことである。これは通信接続部であり、本明細書で述べられた説明ではＨＡＲＴ（登録商標）接続部として特定される。本質安全の要求では、アダプタ３００が任意のときに出力することが可能である電圧及び電流が、その３つの端子の任意の組み合わせにより限定されることが求められる。したがって、図１５に図示されるように、アクティブな分流レギュレータをＨＡＲＴ（登録商標）接続とともにさらに用いることができる。図１５に図示されるように、さらなる２組のアクティブな分流レギュレータが必要とされる。分流レギュレータ５１０Ａ、５１０Ｂ及び５１０Ｃは、ループ（＋）の端子とＨＡＲＴ（登録商標）端子との間に接続される。同様に、アクティブな分流レギュレータ５１２Ａ、５１２Ｂ及び５１２Ｃは、ループ（−）の端子とＨＡＲＴ（登録商標）端子との間に接続される。キャパシタ５１４及び抵抗５１６は、上述のように設けられる。
【００７３】
キャパシタがプロセス制御ループ上に置くことができる電流を制限するために用いられてもよい別の方法は、キャパシタからループの端子までの任意のパスに電気抵抗を挿入することである。しかし、このことは昇圧ＤＣ／ＤＣコンバータ３８４とキャパシタとの間の抵抗が、電流を１００ｍＡに制限することが必要とされ、これは結果として非常に大きな電力損失となる。キャパシタ内のＤＣ／ＤＣコンバータ間に、３つの電圧降下ショットキーダイオードが位置している場合、より少なく電力を損失する。そのような回路の一例が、図１６に図示される。本構成では、ＨＡＲＴ（登録商標）端子への接続は、十分に大きな抵抗５１８及び５２０を用いることによって制限されることができる。３つのショットキーダイオード５２２Ａ、５２２Ｂ及び５２２Ｃを用いて、ワイヤレスアダプタ３００の回路に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３８４を結合する。ショットキーダイオードの例は、Ｔｅｘａ、ＰｌａｎｏのＲｏｈｍから入手可能であるＲＶ１６１Ｍである。キャパシタ３２０から端子までの他の可能性のあるパスは、高い抵抗性エレメントを含み、たとえばアンプ３５４を通した接続である。
【００７４】
上記の記述では、キャパシタ３２０は、たとえばキャパシタンス１０，０００μＦを有する「通常の」キャパシタを含む。しかし、いくつかの構成では、さらなるエネルギを貯蔵することが望ましい。そのような構成では、キャパシタンス０．１ファラッド又はそれ以上を有する場合がある「スーパーキャパシタ」を用いることができる。スーパーキャパシタがキャパシタ３２０で用いられる場合、代替の構成を用いて、本質安全を提供する必要がある。これは、回路からの最大放出が制限される必要があるためである。一般的に、電圧及び電流がより低い値に制限されると、回路は、プロセス制御ループにより少ないエネルギを与え戻すことが可能である。たとえば、電圧は１．５ボルト又はそれ以下に、電流は１００ｍＡ又はそれ以下に制限されることが望ましい。
【００７５】
上記の構成は、プロセス変数トランスミッタとのワイヤレス通信を可能にするアダプタを提供する。回路は、プロセス変数トランスミッタですでに利用可能である電力から動作するように構成されることができる。ループ分流レギュレータ内に、エネルギ貯蔵エレメントを分流エレメントとして置くことによって、より一層の効率を得ることができる。分流レギュレータ用のフィードバック回路の一部である「昇圧」レギュレータを設けることができる。この構成は、効率を上げると同時に、必要とされる要素の数を低減させる。
【００７６】
本明細書で用いられる用語「フィールド装置」は、プロセスコントローラ監視システムで用いられ、必ずしも「フィールド」内の配置を必要としない任意の装置であることができる。本装置は、制御室又は制御回路を含むプロセス制御システム内の任意の場所に配置されることができる。プロセス制御ループに接続するために用いられる端子は、任意の電気接続部を指し、物理的又は個別的な端子を含まないことがある。任意の適切な無線周波数通信回路を所望のように用いることができ、任意の適切な通信プロトコル、周波数又は通信技術も可能である。電源回路は、所望のように構成することができ、本明細書で述べられた構成に限定されない。いくつかの実施形態では、フィールド装置は通信アドレスを含み、これは任意のＲＦ送信に含まれることができ、本装置を識別することができるようになる。同様に、そのような通信アドレスを用いて、受信信号が特定の装置に向けられているかを判定することができる。しかし、他の実施形態では、通信アドレスは利用されず、データは、いかなるアドレッシング情報もなしに、ワイヤレス通信回路から単に送信される。そのような構成では、データの受信が所望されると、いかなる受信データもアドレッシング情報を含まない場合がある。いくつかの実施形態では、これは許容可能であるかもしれない。他では、他のアドレッシング技術又は識別技術、たとえば特定の周波数又は通信プロトコルを特定の装置に割り当てること、特定のタイムスロット又は周期を特定の装置に割り当てること、又は他の技術を用いることができる。任意の適切な通信プロトコル及び／又はネットワーキング技術を使用することができ、トークンが装置間で引き渡され、これによって特定の装置に対する送受信が可能になるトークンベースの技術を含む。
【００７７】
好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細に変更を加えてもよいことが認識されよう。本明細書で用いられる場合、無線周波数（ＲＦ）は任意の周波数の電磁波送信を含むことができ、特定の群の周波数、周波数範囲又は任意の他の制限に限定されない。任意の通信プロトコルを、所望のように用いることができ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ、８０２．１５．４、又は専用プロトコル及び標準化プロトコル、たとえばワイヤレスＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルを含む他のプロトコルを含む。上述では、ワイヤレスアダプタは、２線式プロセス制御ループに結合するための、いくつかの実施形態ではＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに従った通信のためのディジタル信号の通信接続部を提供する。本接続部は、図８Ａ及び８Ｂに、実質的ループ電流を伝送しないプロセス変数トランスミッタとの並列接続であるとして図示される。電力接続は、プロセス制御ループと直列であるとして図示される。本明細書で用いられる場合、バイパス回路は、図４及び５に示されるバイパス構成、図７及び９に示される分流構成、又は他の回路を含む。アダプタは、たとえばトランスミッタハウジングのＮＰＴ取付具への螺合を通して、プロセス制御トランスミッタに外部から据え付けられるように構成される。上述の、スーパーキャパシタではないキャパシタが使用されるとき、たとえば、約１０，０００μＦを用いてエネルギを貯蔵し、本発明の本質安全回路が、アダプタの回路に入る最大利用可能エネルギを制限する。これは、本質安全規格に従えば、所与のキャパシタンス両端の電圧が、瞬時的な短絡が生じた場合に、結果としてキャパシタンスがスパークを起こす可能性があるレベルを下回って維持される必要があるためである。このように、上述では、アダプタ内の回路によって受信されることができる最大回路電圧を制限することによって、キャパシタンスのサイズを増大させることができる。しかし、きわめて大きなキャパシタンス値、すなわち「スーパーキャパシタンス」では、キャパシタは、エネルギ貯蔵装置として扱われる必要がある。そのような構成では、本発明の本質安全回路は、アダプタ回路外に出て行くことができる最大エネルギ量を制限するように動作する。上述では、アダプタによって生成されることができる最大電流及び電圧は、１．２４ボルト及び１００ｍＡに制限される。このように、本発明の本質安全回路は、使用されるキャパシタンスのサイズに依存して、２つの異なる方法で動作する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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