(57)【要約】  プロセス監視及び制御システムで使用するためのインターフェイスモジュール（３０２）は、イーサネットポート、制御部（３２０）、及び少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュール（３２８）を有する。イーサネットポートは、複数のワイヤを含むケーブル（３１４）を通して、イーサネットプロトコルで信号を送受信し、複数のワイヤの少なくとも一対から電位を受信するように適合させる。制御部（３２０）は、イーサネットポートに結合され、受信された電位から電力供給される。少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュール（３２８）は、制御部（３２０）に結合され、少なくとも一つの取り付けられたフィールドデバイスに関連するフィールドデバイスセグメント（３０８）に結合するように適合させる。少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュール（３０８）は、関連するフィールドデバイスセグメント上に取り付けられた少なくとも一つのフィールドデバイスと相互作用するように適合させる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のワイヤを含むケーブルを通して、イーサネットプロトコルで信号を送受信するように適合させ、複数のワイヤの少なくとも一対から電位を受信するように適合させたイーサネットポートと、
イーサネットポートに結合され、受信された電位から電力供給される制御部と、
制御部に結合され、少なくとも一つの取り付けられたフィールドデバイスに関連するフィールドデバイスセグメントに結合するように適合させ、関連するフィールドデバイスセグメント上の少なくとも一つのフィールドデバイスと相互作用するように適合させた、少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールと、
を含む、プロセス監視又は制御システムで使用するためのインターフェイスモジュール。
【請求項２】
インターフェイスモジュールが、イーサネットポートを介して、監視又は制御センタへ、及び監視又は制御センタから、情報を送受信する、請求項１記載のインターフェイスモジュール。
【請求項３】
少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールを介してフィールドデバイスセグメントに結合され、電位から電力信号を生成するように適合させ、関連するフィールドデバイスセグメントに電力信号を入れるように適合させた電力レギュレータ
をさらに含む、請求項１記載のインターフェイスモジュール。
【請求項４】
電位が、関連するフィールドデバイスセグメントに取り付けられた、少なくとも一つのフィールドデバイスに、電力を提供する、請求項３記載のインターフェイスモジュール。
【請求項５】
少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールが、複数のセグメントＩ／Ｏモジュールを含む、請求項１記載のインターフェイスモジュール。
【請求項６】
異なる通信プロトコルを有する一つ以上のネットワークからデータを送受信するように適合させ、それぞれが制御部に結合され、制御部を介して一つ以上のフィールドデバイスと通信するように適合させた一つ以上のネットワークＩ／Ｏポート
をさらに含む、請求項１記載のインターフェイスモジュール。
【請求項７】
制御部が、一つ以上のネットワークそれぞれに適切な信号プロトコルに応じた一つ以上のネットワークを通して、一つ以上のフィールドデバイスから、制御センタに情報を送信するように適合させる、請求項６記載のインターフェイスモジュール。
【請求項８】
インターフェイスモジュールが、プロセス制御システムの制御センタと、一つ以上のネットワークとの間で情報を交換するために、イーサネットポート、及び一つ以上のネットワークＩ／Ｏポートに通信可能に結合されるように適合させる、請求項７記載のインターフェイスモジュール。
【請求項９】
工業用プロセスに結合された複数のフィールドデバイスと、
工業用プロセスを監視および制御するための制御センタと、
イーサネットケーブリングを介して制御センタに通信可能に結合され、イーサネットケーブリング内部の一対のワイヤ上の電位から電力を取り出すように適合させ、複数のフィールドデバイスに通信可能に結合され、電位に基づいて、フィールドデバイスセグメントを介して、複数のフィールドデバイスに電力供給するように適合させたインターフェイスモジュールと、
を含む、工業用プロセスを監視及び制御するためのシステム。
【請求項１０】
インターフェイスモジュールが、
制御センタから及び複数のフィールドデバイスから受信した信号を処理するように適合させ、情報を、複数のフィールドデバイスから制御部へ、及び制御部から選択されたフィールドデバイスへ、選択的に経路設定するように適合させた制御部
を含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１１】
インターフェイスモジュールが、
異なる通信プロトコルのプロセス制御ネットワークに、インターフェイスモジュールを結合させるための複数のＩ／Ｏモジュールをさらに含み、
制御部が、異なる通信プロトコル間でデータを変換するように適合させる、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
複数のＩ／Ｏモジュールが、
イーサネットプロトコルを介してプロセス制御システムと通信するように適合させたイーサネットＩ／Ｏモジュールを含む、第一のＩ／Ｏモジュールと、
MODBUSプロトコルを介してプロセス制御ネットワークと通信するように適合させたMODBUSＩ／Ｏモジュールを含む、第二のＩ／Ｏモジュールと、
を含む、請求項１１記載のシステム。
【請求項１３】
制御センタとインターフェイスモジュールトの間に結合され、イーサネットケーブリング内部の一対のワイヤを、ある電位にするように適合させたパワーオーバイーサネットインジェクタをさらに含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１４】
インターフェイスモジュールが、ケーブルを通してイーサネットパケットを送受信し、ケーブル内部の一つ以上のワイヤから電位を受信するように適合させたイーサネットポートを含む、請求項９記載のシステム。
【請求項１５】
ケーブルから受信された各イーサネットパケットが、インターフェイスモジュールのアドレスに対応するユニークなアドレスを含む、請求項１４記載のシステム。
【請求項１６】
イーサネットケーブリングを介して制御センタに信号を送信し、信号を受信するように適合させ、イーサネットケーブリングから電位を受信するように適合させたイーサネットモジュールと、
イーサネットモジュールに結合され、電位から、フィールドデバイスの電力を生成するように適合させた制御部と、
制御部及び信号バスに結合され、信号バスにフィールドデバイスの電力を送出するように適合させたＩ／Ｏモジュールと、
を含む、プロセス制御システムのフィールドデバイスに、プロセス制御ネットワークを結合するためのインターフェイスモジュール。
【請求項１７】
制御部が、
診断を行って、制御センタから、及び信号バスに結合された一つ以上のフィールドデバイスから受信したデータを処理するように適合させたプロセッサと、
制御センタからのフィールドデバイスデータ及び情報を保存するように適合させたメモリと、
を含む、請求項１６記載のインターフェイスモジュール。
【請求項１８】
制御部に結合され、MODBUSプロトコルを介して制御ネットワークと通信するように適合させたMODBUSインターフェイスモジュールであって、制御部がMODBUSインターフェイスモジュールとイーサネットインターフェイスモジュールとの間で情報を変換するように適合させるMODBUSインターフェイスモジュール
をさらに含む、請求項１６記載のインターフェイスモジュール。
【請求項１９】
制御部が、
Ｉ／Ｏモジュールに結合され、所定の電圧及び電流限度でフィールドデバイスの電力を生成するように適合させる電力レギュレータ
を含む、請求項１６記載のインターフェイスモジュール。
【請求項２０】
Ｉ／Ｏモジュールが、４−２０ｍＡ HART（登録商標）ネットワークＩ／Ｏモジュールを含み、信号バスが、HART（登録商標）デバイスネットワークを含む、請求項１６記載のインターフェイスモジュール。
【請求項２１】
Ｉ／Ｏモジュールが、FOURNDATION（商標）フィールドバスセグメントＩ／Ｏモジュールを含み、信号バスが、フィールドバスセグメントを含む、請求項１６記載のインターフェイスモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本開示は、一般に、プロセス監視及び／又は制御システムに関し、より詳細には、イーサネットベースの配電に適合させたプロセス制御システム及びプロセス監視システムに関する。
【０００２】
発明の背景
プロセス監視及び制御システム、たとえば化学プロセス、石油又はその他のタイプの工業用プロセスで用いられているシステムは、通常、アナログ又はディジタル通信パスを介して、オペレータ又はユーザのワークステーションに、又は一つ以上のフィールドデバイスに結合された中央監視及び制御システムを含む。フィールドデバイスは、プロセスパラメータ（たとえば、温度、圧力、流量等）を監視するように適合させたセンサ、及び／又は工業用プロセス上での動作（たとえば、バルブの開閉等）を行うように適合させたトランスデューサにすることができる。
【０００３】
一般に、中央監視及び制御システムは、入出力（Ｉ／Ｏ）デバイス又はモジュールを介して、フィールドデバイスによって行われたプロセス測定値、及び／又はフィールド装置に関係するその他の情報を示す信号を受信し、入出力デバイス又はモジュールはアナログ又はディジタルの場合がある。監視システムは、プロセス測定値を示す信号を受信し、受信された信号に基づいて、プロセスのさまざまな態様を監視する。監視システムは、所定の限度に対して、測定されたプロセスデータを比較して、限度を越えた場合に作動を開始する（たとえば、警告信号を生成する）ように適合することができる。
【０００４】
監視及び制御システムのプロセス制御部は、測定値及びその他の情報を用いて、プロセスを監視し、制御ルーチンを実行することができる。プロセス制御部は、制御信号を生成することができ、この信号は、アナログ又はディジタルＩ／Ｏデバイスを介し、バス又はその他の通信パスもしくはチャネルを通して、フィールドデバイスに送信されて、特定のプロセスの動作を制御することができる。
【０００５】
従来、さまざまな通信プロトコルが開発されて、異なる製造者による制御部及びフィールドデバイスによるデータ交換を可能にした。一つのそのような通信プロトコルは、たとえばMODBUSプロトコルである。MODBUSプロトコルは、制御部が、通信するネットワークのタイプを問わず認識して用いることができるメッセージ構造を画定する。MODBUSプロトコルは、当技術分野において周知であり、MODBUSプロトコルを利用するデバイスの製造者を含むさまざまな供給源から容易に入手可能な数多くの論文、パンフレット及び明細書に詳細に記載されている。その他の通信プロトコルは、たとえば、HART（登録商標）、PROFIBUS（登録商標）、アクチュエータセンサインターフェイス（“ASインターフェイス”）、WORLDFIP（登録商標）、Device-Net（登録商標）、CAN、及びFOUNDATION（商標）フィールドバス（本明細書では“フィールドバス”）プロトコルを含む。
【０００６】
用いられる通信プロトコルを問わず、個別のフィールドデバイスへの、及びプロセス監視及び制御ネットワーク内のインターフェイスモジュール及び接合部への電力の送出は、費用がかかる。特に、ケーブリングそのものと、ケーブル設置費用とが、そのようなシステム全体の費用を増やす。さらに、ネットワークに新規のデバイスを追加すると、さらなるケーブルを架線して、新規のデバイスに電力及び信号を送出することにより、費用、複雑さ、及び設置時間が増加する。
【０００７】
近年、分散システムへの電力の送出に関する新規の規格が出現した（IEEE 802.3af）。特に、この規格は、ケーブリング内部の対になった未使用の（又は対になった信号伝達用の）ワイヤを使用して、既存のイーサネットケーブリングを通して電力を送出することを含む。このイーサネットケーブルを通した電力の送出は、“パワーオーバイーサネット”（PoE）と呼ばれる。IEEE規格によって、イーサネット通信と同じイーサネットケーブリング（通常はCAT5Eケーブリング）を通して、４８ボルト及び３５０ｍＡを送出することが可能になる。
【０００８】
このため、出現した電力送出技術と、既存のケーブリングとを利用して、プロセス監視及び制御システムに新規なフィールド装置を結合することができる工業用プロセスデバイスに対する継続的な要求がある。
【０００９】
発明の概要
プロセス監視又は制御システムで使用するためのインターフェイスモジュールは、イーサネットポート、制御部、及び少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールを有する。イーサネットポートは、複数のワイヤを含むケーブルを通して、イーサネットプロトコルで信号を送受信し、複数のワイヤの少なくとも一対から電位を受信するように適合させる。制御部は、イーサネットポートに結合され、受信された電位から電力供給される。少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールは、制御部に結合され、少なくとも一つの取り付けられたフィールドデバイスに関連するフィールドデバイスセグメントに結合するように適合させる。少なくとも一つのセグメントＩ／Ｏモジュールは、関連するフィールドデバイスセグメント上に取り付けられた少なくとも一つのフィールドデバイスと相互作用するように適合させる。
【００１０】
詳細な説明
図１は、複数のフィールドデバイス１０８Ａ〜１１０Ｎに、一つ以上のネットワーク１０４及び１０６を結合するように適合させたインターフェイスモジュール１０２Ａを有するプロセス制御又は監視システム１００の、簡略化されたブロック図を図示し、ここでは任意の数のフィールドデバイスを用いることができる。
【００１１】
ネットワーク１０４は、オペレータインターフェイス１１４（たとえば、ワークステーション又はコンピュータ）を有するシステム１１２からなり、システム１１２は、ケーブリング１１６を介して、一つ以上のインターフェイスモジュール１０２Ａ〜１０２Ｎに結合されることができる。システム１１２とインターフェイスモジュール１０２Ａ〜１０２Ｎとの間の通信は、任意の通信プロトコルにすることができ、たとえばMODBUS、PROFIBUS（登録商標）、AS−インターフェイス、WORLDFIP（登録商標）、Device-Net（登録商標）、及びFIELDBUSプロトコルを含む。
【００１２】
プロセスネットワーク１０６は、オペレータインターフェイス１２０（たとえば、ユーザワークステーション又はコンピュータ）を有する制御又は監視システム１１８からなり、システム１１８は、イーサネットケーブリング１２４を介し、パワーオーバイーサネットインジェクタ（ＰＯＥインジェクタ）１２２を通じて、一つ以上のインターフェイスモジュール１０２Ａ〜１０２Ｎに結合されることができる。ＰＯＥインジェクタ１２２は、電源１２３から電力を受け、イーサネットケーブリング１２４内部の少なくとも一つの一対の未使用のワイヤを、ある電位にする。これに代えて、POEインジェクタ１２２は、イーサネット信号を伝えるのと同じ一対のワイヤを、ある電位にすることができる。
【００１３】
インターフェイスモジュール１０２Ａ〜１０２Ｎは、一つ以上のネットワーク、たとえばネットワーク１０４及び１０６と通信するように適合することができる。加えて、好ましくは、インターフェイスモジュール１０２Ａ〜１０２Ｎはそれぞれ、イーサネットケーブリング１２４の電位から動作電力を引き出すように適合させる。電力は、イーサネット通信と同じケーブル１２４上で送出することができる。イーサネットケーブリング１２４は、たとえば、CAT5Eケーブルにすることができる。加えて、好ましくは、インターフェイスモジュールはそれぞれ、一つ以上のフィールドデバイスセグメント１２６Ａ〜１２６Ｄに電力を送出して、各フィールドデバイス、たとえばフィールドデバイス（ＦＤ）１０８Ａ〜１０８Ｎ及び１１０Ａ〜１１０Ｎに電力供給するように適合させる。
【００１４】
一つの実施形態では、２４ボルトの電源を用いて、たとえば、インターフェイスモジュール１０２Ａ及び最大４個のフィールドバスセグメント１２６Ａ〜１２６Ｄに電力供給することができる。本実施形態では、インターフェイスモジュール１０２Ａは、イーサネットケーブリング１２４を介して制御又は監視センタ１１８と通信し、イーサネットケーブリング１２４の電位から電力を引き出し、各フィールドバスセグメント１２６Ａ〜１２６Ｄにフィールドバス電力の調整を提供するように適合させる。インターフェイスモジュール１０２Ａは、設置及びフィールドデバイスへの接続がそれぞれ考慮されている。
【００１５】
パワーオーバイーサネット規格（IEEE 802.3af）では、イーサネットケーブリング１２４によって、最大４８ボルト及び最大３５０ｍＡを伝えることが可能になる。電力アーキテクチャ、ケーブル長、フィールドデバイス電力要求、本質的な安全要求等に依存して、POE規格は、インターフェイスモジュール１０２Ａ、電力調整器及びいくつかのフィールドデバイス又はフィールドデバイスセグメントを動作させることを可能にする。たとえば、モデル８４８温度モジュール（８４８Ｔ）（ミネソタ州エデンプレイリーのRosemount Inc.製造）を、フィールドデバイスセグメント１２６Ａのフィールドデバイス１０８Ａ〜１０８Ｎとして用いることができる。４つの８４８Ｔ温度モジュールは、およそ１００ｍＡの電流（合計）を必要とするが、３２個の温度監視点を併せて提供する。イーサネットケーブリング１２４が４８ボルト及び３５０ｍＡの電流を伝えることを前提とすると、これによりインターフェイスモジュールには２５０ｍＡが残される。低電力のフィールドデバイスにより、引き続きインターフェイスモジュールに十分な電力を残した状態で、フィールドデバイスの数を増やすことができる。このように、電源と同じケーブルアセンブリを経て、多数のプロセス変数を送出することができる。
【００１６】
イーサネットケーブル１２４を通じて電力を送出することにより、一対のケーブル（たとえば電力ケーブリング）を除去することができ、設置を簡潔にすることができる。多くの設置では、イーサネットポート及びケーブリングを予め適所に配置することができ、容易な設置が可能になる。低電力のフィールドデバイスにより、インターフェイスモジュールの性能がさらに優れ、さらなるフィールドデバイス及びより長いセグメントに電力を送出することが可能になる。加えて、近い将来、より新規なＰｏＥ規格によって、より高い電圧及び／又はより大きな電流を送出することが可能になり、したがって、さらなるセグメント又はネットワーク及びさらなるフィールドデバイスに電力を送出することが可能になるかもしれない。
【００１７】
一般的には、イーサネットタイプの通信プロトコルを使用することにより、たとえば、標準的なインターネットブラウザを用いて、ハイパーテキストマークアップ言語（ウェブページ）インターフェイスを介して、制御及び／又は監視機能にアクセスすることができる。この場合、インターフェイスモジュール１０２は、たとえば、伝送制御プロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）アドレッシング、媒体アクセス制御（ＭＡＣ）アドレッシング、ネットワーク層アドレッシング、又はインターネットブラウザにサポートされているその他の任意の電子的アドレッシング手段を含む任意のアドレッシング手段によってアクセス可能である。インターフェイスモジュール１０２Ａは、たとえば、ウェブサーバソフトウェアでプログラムすることができ、ユニークなネットワークアドレスを備えることができる。インターフェイスモジュール１０２Ａの構成は、たとえば、任意のパーソナルコンピュータ、たとえばオペレータインターフェイス１２０で利用できるウェブブラウザソフトウェアを用いて、イーサネットケーブリング１２４を通して達成することができる。
【００１８】
たとえば、従来ＭＡＣアドレスは、４８ビット数（又は６４ビット数）の形式であり、これはローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、ネットワークインターフェイスカード（ＮＩＣ）のそれぞれにユニークである。ＭＡＣアドレスは、二つの別個の識別子（ＩＤ）を含む。第一の識別子は、ユニークな２４ビットの製造者ＩＤであり、第二の識別子は２４ビット（又は４０ビット）の拡張ＩＤ（又は基板ＩＤ）であり、これは製造者によって割り当てられる。基板ＩＤは特定のＮＩＣを識別し、これはデバイスに特有である。ネットワークを通して伝送されたＬＡＮパケットでは、ヘッダに宛先及び送信元のＭＡＣ名が含まれ、ネットワークデバイスによって用いられて、パケットをフィルタにかけて転送する。
【００１９】
イーサネットパケットは可変長単位であり、イーサネットネットワークを通して情報を伝送することができる。各イーサネットパケットは、同期プリアンブル、宛先アドレス（ＴＣＰ／ＩＰ、ＭＡＣ、ネットワーク層等）、送信元アドレス、タイプコード指示子を含むフィールド、４６〜１５００バイトまで変動するデータフィールド、及びデータ精度を確認するために統計的に引き出された値を提供する巡回冗長検査を含む。一つの実施形態では、宛先アドレスは、特定のインターフェイスモジュール１０２に対応する装置特有のアドレスである。代替の実施形態では、データフィールドは、特定の特定のインターフェイスモジュール１０２に特有のアドレスを含む。
【００２０】
用いられるアドレッシングプロトコルを問わず、インターフェイスモジュール１０２は、電力を引き出すものと同じイーサネットケーブリング１２４を通して、情報をパケットで伝送し受信するように適合させる。制御信号、測定信等を、たとえばネットワークを通した伝送のために、イーサネットのフレームのデータフィールドにパケット化することができる。
【００２１】
図２は、本発明の実施形態のプロセス監視及び制御システム２００の内部の、インターフェイスモジュールの拡大ブロック図を図示する。監視及び制御システム２００は、監視及び制御ネットワーク２０４及び２０６と、ネットワーク、バス又はセグメント、たとえばFOUNDATIONフィールドバスセグメント２０７Ａ、フィールドデバイスバス又はネットワーク２０７Ｂ、ワイヤレスネットワーク２０７Ｃ（ワイヤレスに通信するように適合させたフィールドデバイスを備える）、及びHART（登録商標）デバイスネットワーク２０７Dを介して結合された複数のプロセス監視及び制御デバイスとの間に結合されるインターフェイスモジュール２０２を含む。監視及び制御ネットワーク２０４は、イーサネット接続２１０を介してインターフェイスモジュール２０２に結合された監視及び制御システム２０８を含む。監視及び制御システム２０８を、データ取得ソフトウェアを動かすサーバとして実行させることができ、プロセス監視及び制御システムによってアクセスされることができる。
【００２２】
電源２１４に結合されたＰＯＥインジェクタ２１２は、インターフェイスモジュール２０２と監視及び制御システム２０８との間に位置付けられて、イーサネットケーブリング２１０のワイヤ上を、ある電位にする。インターフェイスモジュール２０２の、及び下流のフィールドデバイスの電力要求が既知であるため、ＰＯＥインジェクタ２１２は、ケーブリング２１０上を、たとえば最大でIEEE 802.3af  POE規格によって画定されたパラメータまでの適切な電位にすることができる。
【００２３】
一般的に、インターフェイスモジュール２０２は、複数のフィールドデバイスバス２０７Ａ〜２０７Ｄと、一つ以上の制御ネットワーク２０４及び２０６との間で、双方向のデータ伝送を提供するように適合させる。インターフェイスモジュール２０２は、一般的に、制御ネットワーク２０４及び２０６と通信するように適合させた、イーサネット入出力（Ｉ／Ｏ）モジュール（又はイーサネットインターフェイス）２２０、及び任意的には、一つ以上のネットワークＩ／Ｏモジュール（又はその他のネットワークインターフェイス）２２２を含む。制御部２２４は、プロセッサ２２６、メモリ２２８、及び一つ以上の電力レギュレータ２３０を含むことができる。制御部２２４は、複数のフィールドデバイスに電力を送出してそれらと通信するための複数のＩ／Ｏモジュール２３２Ａ〜２３２Ｄに結合される。たとえば、Ｉ／Ｏモジュール２３２Ａは、フィールドデバイスセグメント２０７Ａと通信するように適合させたセグメントＩ／Ｏモジュールにすることができる。モジュール２３２Ｂは、フィールドデバイスバス又はネットワーク２０７Ｂと通信するためのバス又はネットワークＩ／Ｏモジュールにすることができる。モジュール２３２Ｃは、ワイヤレスネットワーク２０７Ｃを介して、ワイヤレスで通信するように適合させた一つ以上のフィールドデバイスと通信するように適合させたワイヤレストランシーバにすることができる。モジュール２３２Ｄは、フィールドデバイスが結合されるHART（登録商標）ネットワーク２０７Ｄに結合された、４−２０ｍＡのHART（登録商標）Ｉ／Ｏモジュールにすることができる。
【００２４】
一般的には、制御部２２４は、さまざまなフィールドデバイスを通じて、工業用プロセスで一次機能を行うように適合させる。制御部２２４は、プロセッサ２２６を介して一つ以上のフィールドデバイスに関係する保存データを処理（して、制御システム２０８が用いるように情報を調整）し、及び／又は保存された参照データに対して、メモリ２２８からの測定値を比較することができる。制御部２２４は、イーサネットケーブル２１０を介して制御システム２０８と、及び／又はその他のインターフェイスモジュール（たとえば図１のエレメント１０２Ａ〜１０２Ｎ）と、ディジタル又はディジタル／アナログ複合フォーマットで通信することができる。加えて、各フィールドデバイス及び／又はインターフェイスモジュール２０２は、二次機能、たとえば較正、識別、診断等を行うように適合することができる。
【００２５】
制御部２２４は、Ｉ／Ｏモジュール２２０及び２２２から受信された情報及び制御信号を処理して、選択されたセグメントＩ／Ｏモジュール２３２を通じ、一つ以上のフィールドデバイスセグメント２０７Ａ〜２０７Ｄを介して、適切なフィールドデバイスに信号及び調整された電力を導くように適合させる。
【００２６】
制御部２２４は、一つ以上の電力レギュレータ２３０を含んでもよく、これは、フィールドデバイスセグメント２０７Ａ〜２０７Ｄへの電力を調整する。一つの実施形態では、フィールドデバイスセグメントには、それぞれ別個の電力レギュレータが設けられる。代替の実施形態では、単一の電力レギュレータ２３０が、関連するフィールドデバイスセグメント２０７Ａ〜２０７Ｄのすべてに電力を送出するように適合させる。一つ以上の電力レギュレータ２３０はそれぞれ、特に本質的な安全という理由のために、フィールドデバイスセグメント２０７Ａ〜２０７Ｄへの電圧及び電流レベルをクランプ又は制限して、電位のスパーク又は容量性の放電を防止することができる。
【００２７】
図３は、制御ネットワーク３０４及び３０６と、複数のフィールドデバイスセグメント３０８との間に結合されたインターフェイスモジュール３０２を含むプロセス制御システム３００の、代替の実施形態を図示する。制御ネットワーク３０４は、オペレータインターフェイス（図１にエレメント１２０として図示する）を有する制御システム３１０を含む。制御システム３１０はＰＯＥインジェクタ３１２を含み、これは、制御システム３１０内部に一体化される。制御システム３１０は、イーサネットケーブリング３１４を介し、ＰＯＥインジェクタ３１２を通じて、インターフェイスモジュール３０２に結合される。ＰＯＥインジェクタ３１２は、イーサネットケーブル３１４内部のワイヤをある電位にする。制御ネットワーク３０６は、MODBUS又はその他の任意の制御ネットワークを含むことができる。イーサネット制御ネットワーク３０４は、ＰＯＥ機能３１６を有するイーサネットＩ／Ｏモジュールを介してインターフェイスモジュール３０２に結合され、その他のネットワーク３０６は、その他のネットワーク３１８用のＩ／Ｏモジュールを介してインターフェイスモジュール３０２に結合される。
【００２８】
インターフェイスモジュール３０２は、ＰＯＥ機能３１６を有するイーサネットＩ／Ｏモジュールと、その他のネットワーク３１８用のＩ／Ｏモジュールとを含み、これらは制御部３２０に結合される。制御部３２０は、プロセッサ３２２、メモリ３２４、及び電力レギュレータ３２６を含む。制御部３２０は、フィールドデバイスセグメント３０８のフィールドデバイスに情報を送信し、フィールドデバイスから情報を受信するためのセグメントＩ／Ｏモジュール３２８に結合される。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態の監視及び制御システム４００の、簡略化されたブロック図を図示する。監視及び制御システム４００は、HART（登録商標）デバイスネットワーク４０６に、監視及び制御ネットワーク４０４を結合するように適合させたHART（登録商標）インターフェイスモジュール（４０２）を含む。監視及び制御ネットワーク４０４は、
データ取得ソフトウェアを動かすサーバ４０８と、サーバ４０８に結合されたプロセス監視及び制御システム４１０と、任意的には、イーサネットケーブル４１６をある電位にするための電源４１４を有するＰＯＥインジェクタ４１２とを有する。
【００３０】
HART（登録商標）インターフェイスモジュール４０２は、ＰｏＥ機能４１８を有するイーサネットＩ／Ｏモジュールによって、イーサネットケーブル４１６に結合される。ＰｏＥ機能４１８を有するイーサネットＩ／Ｏモジュールは、HART（登録商標）インターフェイスモジュール４０２内部の制御部４２０に結合される。制御部４２０は、プロセッサ４２２と、内部に制御部４２０への機能命令を保存することができるメモリ４２４とからなることができる。一つ以上の電力レギュレータ４２６は、４−２０ｍＡのHART（登録商標）ネットワークＩ／Ｏモジュール４２８を通じて、一つ以上のHART（登録商標）デバイスネットワーク４０６を、適切な電圧にするように適合させる。４−２０ｍＡのHART（登録商標）ネットワークＩ／Ｏモジュール４２８は、HART（登録商標）デバイスネットワーク４０６に電力及び信号の両方を伝送し、HART（登録商標）デバイスネットワーク４０６に取り付けられたHART（登録商標）デバイスから信号を受信するように適合させる。一般的に、HART（登録商標）インターフェイスモジュール４０２は、イーサネット監視及び制御ネットワーク４０４と、HARTデバイスネットワーク４０６との間の双方向に、信号を中継するように適合させる。
【００３１】
IEEE 802.3af ＰＯＥ規格の３５０ｍＡ及び４８Ｖの電力値は、イーサネット通信出力によるHART（登録商標）の複数の用途（４−２０ｍＡのデバイスによる）を容易にサポートすることができる。HART（登録商標）は、通常４−２０ｍＡのループ又はマルチドロップセグメント内にあり、ＰＯＥが、ループ又はセグメントのみならず、イーサネットインターフェイスにも同様に電力供給することが可能になる。HART（登録商標）の実施形態では、４−２０ｍＡのHART（登録商標）デバイスネットワーク４０６は、マルチドロップのHART（登録商標）プロトコルセグメントにすることができ、インターフェイスモジュール４０２は、たとえば、イーサネットケーブリング４１６から電力を引き出して、複数の４−２０ｍＡのHART（登録商標）デバイスに電力を送出するように適合させることができる。デバイスが低電力であるか又はＰｏＥの容量が高電圧及び／又は大電流であることにより、インターフェイスモジュール４０２は、より多くの４−２０ｍＡのHART（登録商標）デバイス及び／又はHART（登録商標）デバイスネットワークに電力を提供することができる。
【００３２】
当業者においては、全プロセス制御システムがイーサネットネットワーク上で実行されるような場合、その他のタイプのネットワーク接続のためのＩ／Ｏモジュールを内蔵することなく、上述のＰＯＥ機能を実行することができることが理解されよう。加えて、フィールドデバイスセグメントは、工業用プロセスでの使用に適合させた任意のデータ通信フォーマットを使用できることが理解されよう。一つの実施形態では、フィールドデバイスセグメントは、通信プロトコル、たとえばHART（登録商標）、フィールドバス等を使用する。もう一つの実施形態では、フィールドデバイスセグメントは、特定の結合を有するイーサネット通信プロトコルを使用して、工業用プロセス環境における過酷な状況に、イーサネットケーブリングを適合させる。そのような結合及びイーサネットケーブルの遮蔽はまた、本質的安全という理由のために、スパークを防止するように適合させることができる。
【００３３】
好ましい実施形態を参照して本発明を記述してきたが、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理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態の、パワーオーバイーサネットが使用可能なインターフェイスモジュールの、簡略化されたブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の、パワーオーバイーサネットに、及びさまざまなネットワークプロトコル間の通信に適合させたインターフェイスモジュールの拡大ブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の、パワーオーバイーサネットに適合させた工業用プロセス制御及び監視システムの拡大ブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の、イーサネットケーブリングを介して、HARTネットワークに電力を送出するように適合させたインターフェイスモジュールの簡略化されたブロック図である。
【図１】
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【図２】
2009503943.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2009503943.tif 000008
2009503943.tif 000009
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