(57)【要約】  複数の分離された接続（５６、５８、６０、６２）を有するフィールド取り付け型プロセス装置（１１６）は、入力又は出力にすることができる接続を含む。所定の入力及び出力は、複数のセンサ又はアクチュエータにそれぞれ結合することができる。プロセス装置（１１６）は、通信Ｉ／Ｏポート（１２２）を通じて全体に電力供給されることができる。プロセス装置は、入力接続に結合されたセンサの一つ以上の特性を測定し、出力接続に結合されたアクチュエータを制御するように適合された制御部（４０）を含む。制御部（４０）はさらに、プロセス入力情報をプロセス出力コマンドと関連付けるユーザ生成制御アルゴリズムを実行するように適合される。
2009501997.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポートに結合され、ポートを通じて受電された電力によってプロセス装置全体に電力供給し、イーサネット通信によって通信するように適合されたパワーオーバイーサネットモジュールと、
パワーオーバイーサネットモジュールに結合された制御部と、
制御部及びパワーオーバイーサネットモジュールに動作可能に結合され、プロセス装置から電気的に分離され、複数の第一の端子を通じて少なくとも第一のプロセスインターフェイスエレメントに結合されるように構成された第一の接続と、
制御部及びパワーオーバイーサネットモジュールに動作可能に結合され、プロセス装置から電気的に分離され、複数の第二の端子を通じて少なくとも第二のプロセスインターフェイスエレメントに結合されるように構成された第二の接続と、
を含む、フィールド取り付け型プロセス装置。
【請求項２】
第一のプロセスインターフェイスエレメントがセンサであり、装置が、
複数の第一の端子に結合された第一のマルチプレクサと、
制御部及び第一のマルチプレクサに結合され、複数の第一の端子の一つからのアナログ信号を、ディジタル値に変換し、制御部にディジタル信号を伝達するように適合された、第一のアナログ・ディジタル変換器と、
をさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項３】
第二のプロセスインターフェイスエレメントがセンサであり、装置が、
複数の第二の端子に結合された第二のマルチプレクサと、
制御部及び第二のマルチプレクサに結合され、複数の第二の端子の一つからのアナログ信号を、ディジタル値に変換し、制御部にディジタル信号を伝達するように適合された、第二のアナログ・ディジタル変換器と、
をさらに含む、請求項２記載の装置。
【請求項４】
第二のプロセスインターフェイスエレメントがディジタル出力を提供し、プロセス装置が、複数の第二の端子に結合されて複数のディジタル入力を受信し、少なくとも一つのディジタル入力に基づいて、制御部に信号を伝達する第二のマルチプレクサをさらに含む、請求項２記載の装置。
【請求項５】
第二のプロセスインターフェイスエレメントがアクチュエータであり、プロセス装置が、制御部及び複数の第二の端子に結合され、制御部からのコマンド信号に基づいて、複数の第二の端子に複数のディジタル出力を提供する第二のマルチプレクサをさらに含む、請求項２記載の装置。
【請求項６】
第一のプロセスインターフェイスエレメントがディジタル出力を提供し、プロセス装置が、制御部及び複数の第一の端子に結合されて複数のディジタル入力を受信し、少なくとも一つのディジタル入力に基づいて、制御部に信号を伝達する第一のマルチプレクサをさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項７】
第二のプロセスインターフェイスエレメントがディジタル出力を提供し、プロセス装置が、制御部及び複数の第二の端子に結合されて複数のディジタル入力を受信し、少なくとも一つのディジタル入力に基づいて、制御部に信号を伝達する第二のマルチプレクサをさらに含む、請求項６記載の装置。
【請求項８】
第二のプロセスインターフェイスエレメントがアクチュエータであり、プロセス装置が、制御部及び複数の第二の端子に結合され、制御部からのコマンド信号に基づいて、複数の第二の端子に複数のディジタル出力を提供する第二のマルチプレクサをさらに含む、請求項６記載の装置。
【請求項９】
制御部がマイクロプロセッサである、請求項１記載の装置。
【請求項１０】
マイクロプロセッサが、低電力のマイクロプロセッサである、請求項９記載の装置。
【請求項１１】
マイクロプロセッサが、ユーザが選択可能なクロック速度を有する、請求項９記載の装置。
【請求項１２】
制御部に結合され、ユーザ生成制御アルゴリズムを保存するように適合されたメモリをさらに含む、請求項１記載の装置。
【請求項１３】
制御アルゴリズムが、論理状態のシーケンスを含む、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
メモリが低電力メモリである、請求項１２記載の装置。
【請求項１５】
メモリがスタックメモリである、請求項１２記載の装置。
【請求項１６】
制御部が、制御アルゴリズムを連続的に実行するように適合される、請求項１２記載の装置。
【請求項１７】
装置が、防爆型の筐体内に収納される、請求項１記載の装置。
【請求項１８】
ポートが、ＲＪ−４５ポートである、請求項１記載のフィールド取り付け型装置。
【請求項１９】
ポートが、フィールド取り付け用に適合される、請求項１８記載のフィールド取り付け型装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、プロセス装置に関する。より詳細には、本発明は、フィールド取り付け型プロセス制御及び測定装置に関する。
【０００２】
発明の背景
プロセス装置は、工業用プロセス、たとえば石油化学製品の精製、食品加工、発電、及びその他多くのプロセスを測定し、制御するために用いられる。プロセス測定装置は、プロセス変数トランスミッタを含み、これは、プロセス変数、たとえば圧力又は温度を測定し、測定された変数をプロセス制御部に通信する。もう一つのタイプのプロセス装置は、アクチュエータ、たとえば弁制御器等である。一般的に、プロセス制御は、プロセス制御ループをわたって制御部と通信するトランスミッタ、アクチュエータ、及びプロセス制御部の組み合わせを用いて達成される。どちらのタイプのプロセス装置も、プロセスインターフェイスエレメントを通じて、物理的プロセスとやり取りする。プロセスインターフェイスエレメントは、物電気信号を理的プロセス状態に関連付け、たとえばセンサ、リミットスイッチ、弁制御器、ヒータ、モータ制御器等の装置、及びその他多くのデバイスを含む装置である。
【０００３】
通常、プロセス制御部は、プロセスから離れた制御室に位置付けられたマイクロコンピュータである。プロセス制御部は、一つ以上のプロセス測定装置からプロセス情報を受信し、一つ以上のプロセス制御装置に適切な制御信号を印加して、プロセスに働きかけて、その結果制御することができる。
【０００４】
プロセスに結合するために、トランスミッタ及びアクチュエータは、通常、フィールド内のプロセスの近くに取り付けられる。そのように物理的に近接しているために、プロセス装置は、数多くの環境的な問題にさらされる可能性がある。たとえば、プロセス装置は、多くの場合、極端な温度、振動、腐食性の及び／又は燃えやすい環境、及び電気的ノイズにさらされる。そのような状況に耐えるために、プロセス装置は、特に“フィールド取り付け”用に設計される。そのようなフィールド取り付け型装置は、堅固な筐体を使用し、これは、防爆型に設計することができる。さらに、フィールド取り付け型プロセス装置はまた、“本質的に安全” であると言われる回路とともに設計することができ、このことは、故障した状態であっても、回路は、一般的に、危険雰囲気の存在下で爆発を生じさせる可能性があるスパーク又は表面温度を生成するのに十分な電気的エネルギを含有することがない。さらに、普通は電気分離技術を使用して、電気ノイズの影響を減少させる。これらは、設計検討事項の単なるいくつかの例であり、フィールド取り付け型プロセス装置をその他の装置と区別し、センサ特性を測定してそのような特性を示すデータを提供する。
【０００５】
先に列記した環境的な検討事項の他に、フィールド取り付け型装置のもう一つの問題は、その配線である。プロセス装置は、制御室から離れてプロセスの近くに位置付けられるため、多くの場合、制御室にそのような装置を結合させるために、長尺の電線引き回しが必要とされる。これらの長尺の引き回しは、設置に費用がかかり、維持が困難である。
【０００６】
必要とされる配線を減少させるための一つの方法は、２線式プロセス装置を用いることによるものである。これらの装置は、２線式プロセス制御ループを用いて、制御室に結合される。２線式装置は、プロセス制御ループから電力を受信し、プロセス制御ループを通して、全体的にプロセス装置への電力供給によって悪影響を受けないように通信する。２線を通して通信する技術は、４−２０ｍＡの信号伝達、Highway Addressable Remote Transducer（HART（登録商標））プロトコル、FOUNDATION（商標）フィールドバス、プロフィバス−ＰＡ及びその他を含む。２線式プロセス制御システムによって配線の簡略化が提供されるが、そのようなシステムは、接続された装置に、制限された電力量を供給する。たとえば、４−２０ｍＡの信号伝達によって通信する装置は、わずか４ｍＡを引き出さなければならず、さもなければ、装置の電流消費がプロセス変数に悪影響を及ぼす。以前より、２線式プロセス装置の電力の蓄えが少ないために、提供することができる機能性が制限されていた。
【０００７】
プロセス制御産業においてフィールド配線を減少させてきたもう一つの方法は、トランスミッタに二つのセンサ入力を設けることによるものである。そのようなトランスミッタは、トランスミッタ／センサの数を減少させ、結果として配線費用とともにシステム全体の費用も減少させる。そのようなトランスミッタの一例は、ミネソタ州エデンプレイリーのRosemount Inc.より入手可能である、Multivariable Temperature Transmitter型番3244MVである。
【０００８】
現行の多変数のトランスミッタは、配線費用とともにシステム全体の費用を減少させることができるが、以前より、二つのセンサを含む用途に制限されていた。したがって、たとえば１６個のセンサを含む用途では、８個の多変数トランスミッタが依然として必要とされる。さらに、異なるセンサ群が独立して接地される場合、接地ループのエラーが生じて、プロセス測定に不利な影響を及ぼす可能性がある。
【０００９】
制御室に多数のセンサを結合する課題を克服するために用いられる現行の方法は、制御室にセンサを直接結合することを含む。たとえば、多数の温度センサを必要とする状況である場合、消費者は一般的に“直接引き回し”熱電対構成を作り出し、ここでは、熱電対ワイヤは、測定“点”と制御室との間の距離にわたる。これらの直接引き回し構成は、一般的に、多くのシングル又はデュアルセンサトランスミッタを得る費用よりも安価であるが、配線にかなりの手間が必要とされ、プロセス測定は、長尺の引き回しによる電気ノイズに、より影響されやすくなる。
【００１０】
また、プロセス制御産業は、制御機能を行うことが可能であるフィールド取り付け型装置を設けることにより、プロセス制御での長尺のワイヤの引き回しの影響を低減させてきた。このように、プロセス制御のいくつかの態様がフィールドに移され、そのために応答時間がより早くなり、メインプロセス制御部に依存しすぎず、より優れた適応性が提供される。フィールド取り付け型装置のそのような制御機能に関するさらなる情報は、Warriorらの米国特許第5,825,664号、発明の名称"FIELD-MOUNTED CONTROL UNIT"に見ることができ、Rosemount社に譲渡されている。
【００１１】
多変数トランスミッタ及びプロセス装置履行制御機能は、プロセス制御技術を進歩させてきたが、依然として、かなり多数のセンサを必要とする用途とともに、フィールドでの強化された制御を必要とする用途に適応させる必要性がある。
【００１２】
発明の概要
フィールド取り付け型プロセス装置が提供される。一つの実施形態では、プロセス装置は、入力又は出力にすることができる複数の分離された接続を含む。所定の入力又は出力接続は、複数のセンサ又はアクチュエータにそれぞれ結合することができる。プロセス装置は、通信インターフェイスを通じて全体に電力供給される。一つの実施形態では、通信インターフェイスは、パワーオーバイーサネット（ＰｏＥ）プロトコルに従う。プロセス装置は、入力接続に結合されたセンサの一つ以上の特性を測定し、出力接続に結合されたアクチュエータを制御するように適合された制御部を含む。プロセス装置はまた、通信インターフェイスを通して通信するように適合されたループ通信部を含む。その他の実施形態では、フィールド取り付け型プロセス装置は、プロセス入力情報をプロセス出力コマンドと関連付けるユーザ生成制御アルゴリズムを実行するように適合された制御部を含む。
【００１３】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１に示す２線式フィールド取り付け型プロセス装置１６が提供され、従来のプログラマブルロジックコントローラで用いられるものときわめて類似した、高度なユーザ生成制御アルゴリズムを実行するように適合することができる。本実施形態は、入力チャネル、出力チャネル、及びそれら二つの任意の組合せを含むことができる。一般に、各チャネルは、プロセス装置のその他の部分から分離されている。そのように分離することにより、現在、多重入力トランスミッタを制限している接地ループのエラーが取り除かれる。さらに、電力管理は、２線式プロセスループ１４によって、本発明の実施形態が完全に電力供給されるものである。これらの及びその他の特徴は、図面及び以下に提供される関連する記述を検討することで明らかとなろう。
【００１４】
図１は、制御室１２、プロセス制御ループ１４及びプロセス装置１６を含むプロセス制御システム１０の略図である。プロセス制御システムは、制御室１２に結合された単一のプロセス装置を含むことができるが、システム１０はまた、多くのプロセス制御ループを通して一つ以上の制御室に結合された、数百のプロセス装置を含むこともできる。
【００１５】
通常、制御室１２は、マイクロコンピュータを含む装置１６から離れて位置付けられた施設である。制御室１２に配備されたユーザは、マイクロコンピュータを用い、プロセス制御ループ１４を通じてさまざまなプロセス装置とやり取りし、こうして制御室からプロセスを制御する。明確にするために、制御室１２は、単一のブロックとして図示される。しかし、いくつかの制御システムの実施形態では、制御室１２は事実上、グローバルなコンピュータネットワーク、たとえばインターネットに、プロセス制御ループ１４を結合させてもよく、これによって世界中のユーザが、従来のウェブブラウザソフトウェアからプロセス装置１６にアクセスすることができる。
【００１６】
ループ１４は、２線式プロセス制御ループにすることができる。ループ１４で通信するための多くの２線式プロセス通信プロトコルが存在し、任意の適切なプロトコルを用いることができる。たとえば、HART（登録商標）プロトコル、FOUNDATION（商標）フィールドバスプロトコル、及びプロフィバス−PAプロトコルを、本発明の実施形態とともに用いることができる。ループ１４は、接続されたプロセス装置に電力を供給する一方、さまざまな装置間の通信を提供する。
【００１７】
プロセス装置１６は、カバー１７及びベース１９を含み、これらは好ましくは、適切なプラスチック材料から作られる。ベース１９は、工業規格ＤＩＮの取り付け用レールに合うように適合される。以下により詳細に記述するように、装置１６は、ループ１４を通じて受信した電力のみによって動作するように適合され、フィールド取り付け用に適合される。このように、装置１６は、かなり広い温度範囲（たとえば−４０〜８５℃）、機械的振動、及び９０％を超える相対湿度に耐えるように構成される。そのような耐環境性は、本明細書に後述されるように、主に堅固な構成要素の選択を通じてもたらされる。任意の筐体１８（仮装線で示される）が、さらなる耐久性を提供し、任意の既知の筐体、たとえば米国電機工業会（ＮＥＭＡ）の筐体、又は防爆型筐体にすることができる。図１に示すプロセス装置の実施形態は、多くの入力及び出力を有し、また適切な演算回路（図２に示す）を含み、ユーザ生成制御アルゴリズムを実行する。アルゴリズムは、装置１６によって制御される出力に対する特定の入力イベントに関する多くの論理命令からなる。ユーザは、装置１６とローカルにインターフェイスすることによるか、又は制御ループ１４を通して装置１６と通信することにより、アルゴリズムを変更することができる。アルゴリズムは、従来の論理生成ソフトウェア、たとえばリレーラダー論理及びシーケンス機能チャート（ＳＦＣ）を用いて生成することができる。このように、装置１６は、２線式のフィールド取り付け可能型プログラマブルロジックコントローラにすることができる。図１及び２に示された実施形態に重点を置いて記述されているが、入力のみ又は出力を使用している実施形態が特に意図されているので、このような記述は明確化のために提供されている。従来、装置１６の演算能力を有する装置は、電力の制約のため、２線式プロセス制御ループ上では動作させることができなかった。
【００１８】
プロセス装置１６は、センサ２０、２２、２４、２６、２８及び３０の他に、アクチュエータ３２及び３４に結合される。センサ２０、２２及び２４は、既知のタイプの熱電対であり、さまざまなプロセス地点に結合されて、各々のプロセス地点におけるプロセス変数に基づいて、電圧信号を提供する。また、測温抵抗体（ＲＴＤ）２６、２８及び３０は、さまざまなプロセス地点に結合されて、各々のプロセス地点におけるプロセス温度に基づく抵抗を提供する。ＲＴＤ２６は、既知である３線式接続を通じて装置１６に結合され、本発明の実施形態とともに、さまざまな配線構成を用いることができることが図示されている。アクチュエータ３２及び３４は、プロセス装置１６に結合され、装置１６からの制御信号に基づいて、適切な弁、スイッチ等を作動させる。上記で言及されたように、装置１６は、ユーザ生成制御アルゴリズムを実行して、特定の入力状態を特定の出力コマンドと関連付けることができる。たとえば、装置１６はプロセス流体温度を感知し、アクチュエータ３２をプロセス流体と結合したヒータにつないで、流体温度を選択されたレベルに維持することができる。
【００１９】
図２は、図１に示された装置１６のシステムブロック図である。装置１６は、ループ通信部３６、電力モジュール３８、制御部４０、及びチャネル４２、４４、４６、４８、並びにメモリ５２を含む。ループ通信部３６は、プロセス制御ループ１４に結合され、ループ１４を通した双方向データ通信用に適合される。ループ通信部３６は、既知の通信装置、たとえば従来のFOUNDATION（商標）フィールドバス通信制御部等を含むことができる。加えて、通信部３６は、適切な分離回路を含み、１９８８年１０月発行のFactory Mutual Approval Standard、表題 “Intrinsically Safe Apparatus and Associated Apparatus for Use in Class I, II, and III, Division 1 Hazardous (Classified) Locations”に記載された、本質的な安全仕様の遵守を容易にすることができる。
【００２０】
電力モジュール３８はループ１４に結合され、ループ１４から受信された電力を基にして、電力モジュール３８が装置１６のすべての構成要素に電力を供給する。電力モジュール３８は、電力モジュール３８がすべての構成要素に電力を供給することを示す単一の矢印５０を有するが、そのような電力は、複数の電圧で供給されることができることに留意されたい。たとえば、電力モジュール３８は、好ましくは、複数の電圧で電力を供給するスイッチング電源を含む。このように、いくつかの構成要素、たとえばＡ／Ｄ変換器及びアイソレータがより高電圧、たとえば４．９ボルトを受信することができる一方で、低電力の構成要素、たとえば制御部４０、メモリ５２及びループ通信部３６は、より低電圧、たとえば３．０ボルトを受信する。加えて、電力モジュール３８は、好ましくは、供給された少なくとも一つの電圧を変えることができる程度にプログラム可能である。電力モジュール３８が選択可能な性質であるため、電力の管理が容易になり、このことは、本明細書で後述する。
【００２１】
制御部４０はメモリ５２に結合され、内部に保存されたプログラム命令を実行する。メモリ５２は、好ましくは、３．０ボルトで動作する低電力のメモリ、たとえば、Sharp Electronicsより入手可能である型番LRS1331である。加えて、メモリ５２は、フラッシュメモリと揮発性メモリの両方が単一のメモリモジュール上に設けられる“スタック”メモリにすることができる。ユーザ生成制御アルゴリズム、または制御部４０によって実行される“プログラム”は、装置１６をローカルに結合することによるか、又はループ１４を通じて装置１６にアクセスすることにより、ユーザが変更することができる。いくつかの実施形態では、プログラムは、プロセスイベント入力を、制御部４０によって決定された出力と関連付ける命令を含む。このように、装置１６はプログラマブルロジックコントローラと同様に機能するが、プログラマブルロジックコントローラは、一般的にフィールド取り付け用として十分に堅固ではなく、２線式フィールド装置の低い電力レベルでは動作できなかった。しかし、そのようにプログラマブルロジックコントローラの機能を備えることにより、ユーザフレンドリなインターフェイス、たとえばリレーラダー論理等を通じて、よりいっそう高度なプロセス制御アルゴリズムを履行することができる。
【００２２】
制御部４０はモジュール３８から電力を受信し、ループ通信部３６と通信する。制御部４０は、好ましくは、低電力のマイクロプロセッサ、たとえばイリノイ州ショウンバーグのMotorola, Inc.より入手可能である、型番MMC 2075のマイクロプロセッサを含む。加えて、制御部４０は、好ましくは、選択可能な内部クロックレートを有し、たとえば制御部４０のクロックレート、ひいては演算速度及び電力消費を、ループ１４を通して装置１６に送信された適切なコマンドを通じて選択することができる。より速いクロック速度によって制御部４０がさらなる電力を引き出すため、好ましくは、制御部４０のクロックの選択と、電力モジュール３８によって制御部４０に提供された電圧レベルの選択とが並行して行われる。このように、装置１６の処理速度及び電力消費は選択可能であり、ともに変化する。
【００２３】
制御部４０は、インターフェイスバス５４を通じてさまざまなチャネルに結合され、バスは好ましくは、高速データ通信用に設計されたシリアルバス、たとえば同期型周辺インターフェイス（ＳＰＩ）である。チャネル４２、４４、４６及び４８は、それぞれ通信アイソレータ５６、５８、６０及び６２を通じて、バス５４に結合され、アイソレータは好ましくは既知の光アイソレータであるが、任意の適切なアイソレーション装置、たとえば変圧器又はコンデンサであることもできる。いくつかの実施形態では、チャネル４２、４４、４６及び４８は、データをパラレル形式で提供し、パラレルシリアル変換器６４を用いて、データをシリアル及びパラレル形式間で変換する。好ましくは、変換器６４は、汎用非同期式送受信機構（ＵＡＲＴ）である。
【００２４】
チャネル４２は制御部４０に結合され、センサ端子１〜ｎ、マルチプレクサ（ＭＵＸ）６６、アナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器６８、通信アイソレータ５６、及び電力アイソレータ７０を含む。通信アイソレータ５６及び電力アイソレータ７０は、単一の回路に組み合わせることができることが意図される。チャネル４２は、特定のセンサのタイプ、たとえば熱電対、測温抵抗体、ひずみゲージ、圧力センサ、又はその他のセンサのタイプを測定するように特に適合させる。各センサ端子は、マルチプレクサ６６に、単一のセンサ、たとえば熱電対を結合するように適合させる。マルチプレクサ６６は、Ａ／Ｄ変換器６８に、センサのうち一つを選択的に結合し、センサ特性（熱電対に対する電圧）が測定されて、アイソレータ５６及びＵＡＲＴ６４を通じて制御部４０に通信する。チャネル４２への電力は、電力アイソレータ７０を通じて、電力モジュール３８から受信される。電力アイソレータ７０は、好ましくは変圧器であるが、任意の適切な装置にすることができる。当業者には、通信アイソレータ５６及び電力アイソレータ７０が協働して、装置１６の残りの部分からチャネル４２を電気的に分離させることを確実にすることが理解されよう。
【００２５】
チャネル４４はチャネル４２に類似しており、同類の構成要素は同様に番号が付されている。チャネル４４は、チャネル４２よりも、異なるタイプのセンサを測定するように構成することができる。たとえば、一つの実施形態では、チャネル４２は、熱電対の電圧を測定するように構成され、チャネル４４は、ＲＴＤの抵抗を測定するように構成される。このように、チャネル４４の各センサ端子は、２線、３線、又は４線式（Kelvin）接続のＲＴＤに結合するように構成される。チャネル４２及び４４がそれぞれ、装置１６の残りの部分から電気的に分離されているため、第一の独立して接地されたセンサをチャネル４２に、及び第二の独立して接地されたセンサをチャネル４４に結合することが、結果として、望ましくない接地ループのエラーを発生させない。加えて、各チャネルを、特定のタイプのセンサ用に構成することができ、特定の用途に最適にすることができるため、パラメータ、たとえばＡ／Ｄ精度及び変換レートを、特定のセンサタイプ向けに特化することができる。たとえば、高精度用に設計されたチャネルは、変換時間が比較的遅く、超高精度を提供するように構成されたＡ／Ｄ変換器を使用することができる。反対に、急に変更される可能性があるプロセス変数を測定するセンサ用に設計されたチャネルは、低精度の高速Ａ／Ｄ変換器を使用することができる。基本的に、任意のセンサ入力を、制御部４０から受信された構成情報に基づいて、抵抗型センサとの動作と、電圧型センサとの動作との間で切り換えることができる。制御部４０は、ループ１４を通して、又はローカル入力（図示せず）を通じて受信した情報に基づいて、構成情報を提供することができる。加えて、制御部４０は、チャネルに構成情報を提供して、チャネルごとの、又はさらにはセンサごとのアナログ・ディジタルサンプリングレートを調整することができる。このことは、プロセスに関して既知である情報に基づいて、センサのレート変更が予想される場合に、特に有利である。
【００２６】
チャネル４６は、チャネル４２及び４４に類似しているが、チャネル４６は、ディジタル入力を受信するように構成されているため、アナログ・ディジタル変換器を含まない。図示されるように、入力１〜ｎはマルチプレクサ６６に結合され、マルチプレクサは、通信アイソレータ６０及びＵＡＲＴ６４を通じて、バス５４に、選択された入力信号を伝達する。いくつかのディジタル入力の実施形態では、ディジタル入力がアイソレータ６０を通じてＵＡＲＴ６４に直接提供されることができる程度の入力レベルにすることができる。一般的に、ディジタル入力は、論理型の信号、たとえばリミットスイッチの接点の閉成等を示す。しかし、ディジタル入力１〜ｎはまた、その他のプロセス装置のディジタル出力に結合することができ、入力は論理信号、たとえば警告又はその他のブール型の信号を表す。
【００２７】
チャネル４８は、チャネル４６に類似しているが、基本的にチャネル４６と比較して逆に動作する。したがって、ＵＡＲＴを通じてチャネル４８に送信されたシリアル情報は、パラレル形式に変換され、通信アイソレータ６２をわたって伝達されて、個々のアクチュエータ出力を設定する。このように、論理信号は、ＡＣＴＵＡＴＯＲ１〜ｎと標記された端子に送信されて、そのような端子（図示せず）に結合されたアクチュエータが、所望によってつなげられるか又は外される。そのようなアクチュエータは、任意の適切な装置、たとえば弁制御器、ヒータ、モータ制御器、及びその他任意の適切な装置にすることができる。基本的に、論理型の出力に基づいてアドレス指定可能な任意の装置は、アクチュエータである。
【００２８】
図３は、本発明の実施形態による、プロセス変数に、フィールド取り付け型プロセス装置を提供する方法のシステムブロック図である。本方法は、ブロック８０で開始され、ここでフィールド取り付け型プロセス装置は、２線式プロセス制御ループによって、全体に電力供給される。ブロック８２で、プロセス装置は、第一の分離された入力チャネルを通じて第一のセンサに結合される。センサ信号は、第一の分離された入力チャネルを通じて取得され、この信号はプロセス変数を示す。ブロック８４で、プロセス装置は、第二の分離された入力チャネルを通じて第二のセンサに結合され、第二のセンサ信号を取得する。第一及び第二の入力チャネルが分離されているため、第一及び第二のセンサの独立した接地が、望ましくない接地ループのエラーを生じさせない。ブロック８６で、プロセス装置は、一つ又は両方のセンサ信号に基づいて、プロセス変数を演算する。さらに、本方法は二つのセンサに関して記載されているが、多くのさらなるセンサを用いて、プロセス変数が、任意の数のセンサ信号の関数になるようにすることができる。たとえば、プロセス装置は、センサの値を平均して、その相違点、標準偏差、又はその他のあらゆる適した関数を提供することができる。ブロック８８で、演算されたプロセス装置が出力される。そのような出力は、プロセス制御ループを通して送信された情報、ローカルな表示、又は出力チャネルを通じてもたらされたローカルな出力の形式にすることができる。
【００２９】
図４は、本発明の実施形態による、フィールド取り付け型プロセス装置を動作させる方法のシステムブロック図である。ブロック８０で、装置は、２線式プロセス制御ループによって全体に電力供給される。ブロック９２で、装置は入力を受信する。そのような入力は、入力チャネル、たとえば上述の複数の分離された入力チャネルを通じて受信された信号の形式、２線式プロセス制御ループを通じて受信されたプロセス情報の形式、ローカルな入力の形式、又は入力信号と情報との任意の組合せにすることができる。ブロック９４で、装置は、ユーザがプログラム可能な論理を実行して、入力情報を、一つ以上のプロセス出力に関連付ける。ユーザがプログラム可能な論理は、簡易な又は複雑なアルゴリズム、たとえばラダー論理、ＳＦＣ、ファジー論理、適応制御、又はニューラルネットワーク等にすることができる。ブロック９６で、装置は、ユーザがプログラム可能な論理の動作を介して決定された出力を提供する。出力は、ディジタル又はアナログどちらかのローカルな出力にすることができ、又は、２線式プロセス制御ループを通して、出力を情報として送信することができる。
【００３０】
図５は、本発明のその他の実施形態の、フィールド取り付け型プロセス装置のシステムブロック図である。装置１１６は、装置１６（図２に示す）との多くの類似点を含み、同類の構成要素は同様に番号が付されている。装置１１６は、パワーオーバイーサネット（ＰｏＥ）モジュール１２０を使用し、ＰｏＥモジュールはＩ／Ｏポート１２２に結合される。ＰｏＥモジュールは、既知であるイーサネットプロトコルに従って通信するように適合される。加えて、ＰｏＥモジュール１２０は、装置１１６内部の残りの構成要素のための電力源を提供する。このことは、多くの方法で達成することができる。たとえば、従来の非シールドツイストペアケーブル（ＵＴＰ）の未使用の対のワイヤ、たとえばカテゴリー５ケーブルを用いて、電力を供給することができる。しかし、通信を提供するものと同じ対のワイヤをさらに用いて、装置のための電力を得ることができることがさらに意図される。上述の実施形態は、通信インターフェイスによって電力供給されるフィールド装置を提供している。同様に、装置１１６は、通信インターフェイスによって電力供給される。好ましくは、ポート１２２は、従来のRJ-45ポートである。しかし、ポート１２２は、さらなる絶縁、オーバーモールディング、ヒートシンキング等とともにフィールドに取り付けられるように適合させてもよい。ＰｏＥモジュール１２０は、装置１１６内部の構成要素に、制御された電力（１３ワット前後）を提供する。実際、いくつかの実施形態では、装置１１６は、アナログ入力接続を備えているため、ＰｏＥモジュール１２０を介して受信された電力によって、一つ以上の４−２０ｍＡループを働かせることができる。
【００３１】
イーサネットに準拠した通信を備えることにより、プロセス情報用に、１０又は１００メガビットの通信速度を実現することができる。加えて、イーサネット通信はどこでも使用できるため、フィールドバス、又はその他のプロセス通信プロトコルが利用できない場合の設置に有利となることもある。
【００３２】
四つの接続を有するプロセス装置の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、添付の特許請求の範囲によって画定される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。たとえば、さまざまなモジュールが別個に図示されて説明されているが、いくつかのそのようなモジュールは、、たとえば特定用途向け集積回路上に、物理的に統合されることができることが明らかに意図されている。さらに、制御部４０は単一のモジュールとして記載されているが、その機能を、複数のマイクロプロセッサに分散させることができ、一つのマイクロプロセッサが、低レベルのＩ／Ｏインタラクション、たとえば較正、線形化等を提供することができると同時に、第二のマイクロプロセッサが、ユーザ生成制御アルゴリズムを実行する。加えて、本明細書では、入力及び出力が、開示された接続を通じて提供されることに重点を置いているが、いくつかのプロセス入力又はプロセス出力は、通信インターフェイスを通じて、その他のプロセス装置から、又はその他のプロセス装置へ、通信することができることが明らかに意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態の、２線式フィールド取り付け型プロセス装置を使用しているプロセス制御システムの略図である。
【図２】図１に示されたプロセス装置のシステムブロック図である。
【図３】本発明の実施形態の、プロセス変数にフィールド取り付け型プロセス装置を提供する方法のシステムブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の、フィールド取り付け型プロセス装置を動作させる方法のシステムブロック図である。
【図５】本発明のその他の実施形態の、フィールド取り付け型プロセス装置のシステムブロック図である。
【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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【国際調査報告】
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