(57)【要約】      （修正有）【課題】遠隔ロケーションにおいて特性を検出するため、および検出した特性を示すデータを中央ロケーションに配置されたデータベースへ伝送するためのシステム。【解決手段】各遠隔ロケーションに配置された各現場計測器ユニットは、ディジタル出力読み値を生成するためのセンサ、ディジタル出力読み値をストアするためのメモリ、遠隔ロケーションと中央ロケーションの間において情報を送受するための第１の通信ユニット、各種コントロール等するためのプロセッサ、を包含する。また、中央ロケーションにおいて、第１の通信ユニットとの間において情報を送受するための第２の通信ユニット、遠隔ロケーションから受け取ったデータをストアするためのデータベース、を包含する。複数の現場計測器ユニットは、放射状トポロジで構成され、中央ロケーションのデータベースが放射状トポロジの中心に配置される。【選択図】図１２
2011010320.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの遠隔ロケーションにおいて特性を検出するため、および前記検出した特性を示すデータを前記遠隔ロケーションから離れた中央ロケーションに配置されたデータベースへ伝送するためのシステムであって、
それぞれ対応する前記遠隔ロケーションに配置された複数の現場計測器ユニットは、
前記検出した特性を示すディジタル出力読み値を生成するためのセンサ、
前記ディジタル出力読み値をストアするためのメモリ、
前記遠隔ロケーションと前記中央ロケーションの間において情報を送受するための第１の通信ユニット、および、
前記第１の通信ユニットによる情報の送受をコントロールするため、前記センサによる前記ディジタル出力読み値の生成をコントロールするため、および前記ディジタル出力読み値を前記メモリ内にストアするためのプロセッサ、を包含し、
前記中央ロケーションにおいて、
前記遠隔ロケーションにある前記第１の通信ユニットとの間において情報を送受するための第２の通信ユニット、および、
前記遠隔ロケーションから受け取ったデータをストアするためのデータベース、を包含し、
それにおいて前記プロセッサは、前記ディジタル出力読み値の前記第２の通信ユニットに対する伝送およびそれによる受け取りが可能となるまで、前記ディジタル出力読み値を前記メモリ内にストアさせ、かつ、
前記プロセッサは、データが、前記中央ロケーションにある前記第２の通信ユニットに対する伝送およびそれによる受け取りが可能か否かを決定し、前記第２の通信ユニットがデータを受け取ることができるとき、前記ディジタル出力読み値に対応するデータを送るべく前記第１の通信ユニットをコントロールし、
前記複数の現場計測器ユニットは、放射状トポロジで構成され、前記中央ロケーションの前記データベースが前記放射状トポロジの中心に配置されるシステム。
【請求項２】
さらに、
前記第１の通信ユニットならびに前記第２の通信ユニットと関連付けされた、データおよびコマンドを包含するメッセージの、前記遠隔ロケーションと前記中央ロケーションの間における相互の伝送を容易にするためのアプリケーション・プロトコル、
を包含する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記アプリケーション・プロトコルは、前記遠隔ロケーションと前記中央ロケーションの間において送受されるメッセージの暗号化、圧縮ならびに解凍、および認証の機能のうちの少なくとも１つを実行する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
さらに、複数の現場計測器ユニットを包含し、各現場計測器ユニットは、互いに地理的に離隔された別々の遠隔ロケーションに配置されて、前記遠隔ロケーションのそれぞれにおける特性を検出するため、および対応する前記遠隔ロケーションの前記検出した特性を示すデータを中央ロケーションに配置された前記データベースへ転送するためのものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の現場計測器ユニットのそれぞれは、対応する前記現場計測器ユニットの前記メモリ内にストアされたディジタル出力読み値を処理することが可能であり、かつ、
それにおいて前記複数の現場計測器ユニットのうちの少なくとも１つの前記プロセッサは、対応するメモリ内にストアされた前記ディジタル出力読み値を処理し、処理済みのディジタル出力読み値を前記中央ロケーションへ伝送する、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の現場計測器ユニットのそれぞれは、地理的に離隔されることのある油ガス設備に配置される、請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
各現場計測器ユニットの前記センサは、前記現場計測器ユニットが配置されている油ガス設備における圧力ならびに温度を検出し、かつ、
それにおいて前記複数の現場計測器ユニットのうちの少なくとも１つの前記プロセッサは、前記圧力を示す前記ディジタル出力信号を処理し、前記温度を示すディジタル出力信号に基づいて温度誤差についての補正を行い、かつ処理済みのディジタル出力読み値を前記中央ロケーションへ伝送する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の通信ユニットと前記第２の通信ユニットの間における最初の接続時に、前記プロセッサは、前記第２の通信ユニットとの間において情報を送受し、前記システムの動作を容易にする、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記第２の通信ユニットへのデータの送受信の各中断の後に、前記プロセッサは、前記第２の通信ユニットへ、データの伝送が復帰したことを示す情報を送り、前記メモリ内にストアされていたディジタル出力読み値に対応するデータを伝送する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記現場計測器ユニットおよび前記中央ロケーションに配置されたプロセッサは、前記放射状トポロジ内におけるサーバおよびクライアントとして相互交換可能に機能する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の通信ユニットおよび前記第２の通信ユニットは、アプリケーション・プロトコルを使用し、インターネット、公衆交換電話網、セルラ・ディジタル・パケット・データ、および衛星ネットワークからなるグループから選択された１ないしは複数のネットワークを介してメッセージを送受する、請求項２に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１ないしは複数の設備から圧力、フロー、および温度のデータを獲得するためのシステムに関する。より詳細に述べれば、限定する意図ではないが、本発明は、圧力、フロー、および温度の測定量を収集し、処理し、ストアし、かつデータを遠隔配置されたネットワーク・データ・レセプタ系列へ中継する１ないしは複数の計測器に関し、それにおいては、たとえば複数のユーザがそれにアクセスすることができる。
【背景技術】
【０００２】
地中埋蔵層からの油およびガスの生産において、オペレータは、多くの遠隔地で鉱井の完成が必要になることを認識している。炭化水素の生産、輸送、および精製を行うためには、それらの遠隔地に生産設備を建造する必要がある。炭化水素の有害な性質に起因して、プロセスのあらゆる段階において各種の安全機能を採用し、汚染、爆発、およびそのほかの安全侵害から安全を確保することが必要である。
【０００３】
オペレータは、これらの油ガス設備からの圧力、温度、フロー・レート等の監視が、必須でないとしても有用であることを認識している。監視の理由は少なくない。たとえばオペレータが、坑底の圧力、浸透率、表層ダメージ等を計算するために、産出井のテストを望むことがある。それに加えてオペレータが、適切な動作状態を維持するべく、単にセパレータ、パイプライン、および／または容器内の圧力の監視を望むこともある。特定の応用にかかわらず、適時的態様において油ガス設備の状態を正確に監視する必要性が存在する。
【０００４】
さらに、所定の地域にわたって地理的に離隔されている多数の個別の油ガス設備の状態を監視するためのシステムを提供し、生産設備または地域における全体的な状態の不偏的な評価を可能にすることも望ましい。
【０００５】
従来技術デバイスは、油ガス設備とリモート通信するために設計されていた。たとえば、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；スーパーバイザリ・コントロール・アンド・データ・アクィジション）システムは、遠隔地の監視ならびにそれとの通信のために開発された。しかしながら、これらのＳＣＡＤＡシステムは、様々な欠点を有している。
【０００６】
重要な欠点は、ＳＣＡＤＡシステムによって採用されているマスタ‐スレーブ通信プロトコルに内在する限界である。スレーブは、マスタからの呼び出しのために絶えずパワー‐アップ状態で待機していなければならない。また、マスタが呼び出したときには、マスタに対してスレーブが迅速に応答し、マスタがスレーブのために使用する時間を最小化しなければならない。
【０００７】
さらに従来技術システムは、限られた数の油ガス設備から単一の監視ステーションへ通信を行い、続いてそれが中央コントロール・ステーションへの情報の中継を行う。このアーキテクチャは、マスタ監視ステーションが、各スレーブの現場ロケーションに対するポーリングを個別に行って通信の衝突を防止しなければならないことから必要となる。
【０００８】
現在の実践における別の限界は圧力測定の精度であり、その精度は、周囲温度の変動によって損なわれる。この精度の限界は、プロセス・シミュレーションあるいはプロセス評価といった測定の安定性に依存する多くのプロセス監視応用における効果を減じる。
【０００９】
現在の実践におけるさらに別の限界は、物理的なサイズ、コンポーネントの数、および複雑な相互接続から結果としてもたらされる入り組んだ取り付け要件であり、各現場ロケーションにリモート測定システムを実装するために必要とされる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、正確な圧力、フロー、および温度のデータを取り込み、ストアし、処理し、かつこのデータをより柔軟な態様でローカル・コンピュータおよび／またはリモート・サーバへ伝達することのできるシステムおよび方法についてのニーズが存在する。また、ユーザが複数の遠隔ロケーションから必要に応じてデータへアクセスすることを考慮に入れたシステムについてのニーズも存在する。さらに、リモート・ユーザに対して、効果的かつ適時的な態様であらかじめ決定されたアラーム状態を警告することのできるシステムについてのニーズも存在する。さらにまた、多くの実際的な応用においては、現在の実践を用いて達成される精度ならびに安定性と比較して改善された圧力測定精度ならびに安定性についてのニーズも存在する。さらにまた、爆発の恐怖を伴うことなく油ガス環境内において作業し得る計測器についてのニーズも存在する。さらにまた、測定システムのコンポーネントの多くを単一のコンパクトなパッケージへ統合し、取り付けを容易にする計測器についてのニーズも存在する。これらの、および多くのこのほかのニーズは、ここに述べる本発明によって達成されることになろう。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のシステムは、１ないしは複数の現場計測器を統合することができ、それを使用して遠隔ロケーションからデータ信号を収集し、中央サーバへ伝送することができる。これらの現場計測器は、同一もしくは異なる構成のものとすること、および多数の動作、状態に関するデータの収集ならびに伝送に適合させることが可能であり、それには、限定を意図するわけではないが、油および／またはガスのフロー・レート、圧力、温度、製造副産物のガス濃度等が含まれる。
【００１２】
１つの可能性のある側面においては、プロセス・ラインから獲得された圧力読み値を伝送するためのシステムが開示されている。この圧力読み取りシステムは、現場センサ計測器として、第１の統合されたアナログ圧力センサを中に伴う第１の開口を有する１ないしは複数の小型の爆発耐性容器を包含し、当該センサは、ディジタル圧力出力読み値を受け取るため、処理するため、およびストアするためのコントロール手段と接続される。このコントロール手段は、エンクロージャ内に配置されている。第２のリモート・ディジタル・センサが、エンクロージャ内の第２の開口を介してコントロール手段と接続される。またこのシステムは、内側チャンバ内に配置された、ディジタル圧力出力読み値を離れた場所へ伝送するための手段も包含する。さらにこのシステムは、処理済みディジタル圧力出力読み値を、その設備のところに配置されている端末へ伝送するためのシリアル通信手段も含む。
【００１３】
一実施態様においては、このシステムが、各現場計測器への伝送のための伝送手段と機能的に関連付けされたデータベース手段を含み、そのデータベース手段を用いてディジタル読み値をストアし、ディジタル読み値の受け取り、検索、および通信のためのデータ・マネージャ手段を含む個別の計測器および／または設備に対するストア済みディジタル読み値の割り付けを行う。このシステムは、さらに、設備から遠隔配置された中央サーバ包含し、それにおいて中央サーバは、データを受け取ることができる。
【００１４】
さらにこのシステムは、データベース手段と機能的に関連付けされた、データへのアクセスを可能にするためのユーザ・インターフェース手段、およびそのユーザ・インターフェース手段へアクセスするための手段を有するユーザ・コンピュータを有する現場計測器を包含する。
【００１５】
さらにシステムは、アナログ信号を生成する複数のアナログ・センサ；アナログ・センサと接続されたアダプタであって、エンクロージャの第２の開口内にシールを保って支持されているアダプタ；および、アナログ・センサと電気的に接続された、アナログ信号をディジタル読み値へ変換するための手段を包含する。
【００１６】
好ましい実施態様の１つにおいては、伝送手段が、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用してインターネット経由で中央サーバへディジタル圧力出力読み値を伝送するための通信モジュール手段を包含する。さらにこのシステムはユーザ・コンピュータを含むことができ、それにおいてはユーザ・コンピュータに、データを読み出すことのできるウェブ・ブラウザ、およびユーザ・コンピュータからインターネットへの通信リンクがロードされている。
【００１７】
このエンクロージャは、圧力を検出することに使用される圧力センサを収容するとして開示されているが、そのほかのタイプのセンサの使用が可能なことも理解される必要がある。たとえば、これらの圧力センサに代えて、あるいはそれに追加して、所定の設備における追加のセンサ・データを提供するために、温度センサおよび／または化学物質センサを同様の形で現場計測器エンクロージャ内に収容することができる。
【００１８】
１ないしは複数の設備から圧力等のデータを収集するため、伝送するため、および監視するためのプロセスも開示されている。このプロセスは、所定の設備において、中空部材へ圧力を伝達すること、およびその中空部材から圧力センサへ圧力を伝達することを包含する。好ましい実施態様においては、エンクロージャが提供され、当該エンクロージャが、第１の開口、第２の開口、および内側チャンバを有し、それにおいて圧力センサが、第１の開口内に収容される。
【００１９】
このプロセスは、内側チャンバからの圧力が閉じ込められるように第１の開口ならびに第２の開口をシールすることを含み、その結果、内側チャンバへの圧力の出入りが排除される。圧力センサからのディジタル圧力読み値が収集され、そのディジタル圧力読み値を受け取るため、処理するため、およびストアするためのコントロール手段へ伝送されるが、それにおいてコントロール手段は、内側チャンバ内に配置されている。続いてストレージ手段内のディジタル圧力読み値が、ディジタル・データの通信を行うためのモデム通信手段へ伝送されるが、このモデム通信手段もまた内側チャンバ内に配置されている。
【００２０】
実施態様の１つにおいては、モデム通信手段内においてディジタル圧力読み値がディジタル・パケット・データへ変換され、続いてそれが当該モデム通信手段を介して伝送される。ディジタル・パケット・データは、リモート・データベース・エンジンにおいて受け取られ、それにおいては、その後の検索のためにそれがストアされる。さらにこのプロセスは、アナログ・センサを用いたアナログ読み値の収集を包含し、それにおいてはアナログ・センサが、エンクロージャの第２の開口内にシールを保って収容される。アナログ読み値は、ディジタル読み値へ変換され、コントロール手段へ伝送される。
【００２１】
実施態様の１つにおいては、データベース・エンジンがデータ・マネージャを包含し、この方法が、各設備に関するディジタル圧力データならびにディジタル温度データをストアすることをさらに包含する。それに加えてデータベース・エンジンは、さらに中央サーバ・インターフェースを含むことができ、このプロセスは、その中央サーバ・インターフェースを介してデータベース・エンジンと通信する中央サーバを提供すること、およびユーザ・コンピュータから中央サーバへアクセスすることをさらに包含する。その後、所定の設備に関するディジタル圧力読み値がユーザ・コンピュータから要求され、そのディジタル圧力読み値が中央サーバへ伝送されるが、最終的にはそれが、ユーザ・コンピュータへ伝送される。
【００２２】
本発明の教示によれば、ユーザ・コンピュータがコントロール手段への直接リンクを有することが可能である。ユーザ・コンピュータは、設備のところもしくは遠隔設備のところに配置することができる。プロセスは、直接リンクを用いてユーザ・コンピュータからコントロール手段へ接続すること、およびディジタル圧力読み値をユーザ・コンピュータへ伝送することを包含することになる。
【００２３】
別の実施態様においては、プロセスが、現場計測器のデータのポーリングおよびあらかじめ決定済みのデータ限界のセッティングを含む。あらかじめ決定済みの限界の超過があると、この例外が記録され、例外信号が生成される。この例外信号はデータベースへ渡される。例外信号は、中央サーバへ伝送され、その後ユーザ・コンピュータへ伝送される。
【００２４】
またプロセスは、ディジタル圧力データをウェブ・サーバへ渡すこと、およびその後このディジタル圧力データをインターネットへ渡すことを含み、それにおいてはユーザ・コンピュータからこのディジタル圧力データへ、ウェブ・ブラウザを用いてインターネット経由でアクセスすることができる。
【００２５】
好ましい実施態様の１つにおいては、周囲温度効果の悪影響についてディジタル圧力データを補正するステップが、反復を通じてディジタル圧力データをマッピングすること、および高精度の圧力読み値への逆計算を行うことを含む。
【００２６】
本発明の特徴は、ローカルならびにリモートの、日常的な無人の測定、データのログ作成ならびに圧縮、およびデータベース生成を考慮に入れることを含む。長期プロセス・パフォーマンス監視、オンボード構成可能なプロセス分析（すなわち、プロセス・パラメータが特定値に到達したときのレポート）、およびプロセス監視および表示が可能である。
【００２７】
オペレーティング・システムは、オリフィス・ガス・フローのＡＧＡ３およびＡＧＡ８計算、プロセス暴走レポートならびにタイム・スタンプ（すなわち、ピーク需要ビリングのため）、および警告生成ならびにエラー・ログ作成（すなわち、プロセスの連動ならびに診断のため）を組み込んでいる。オペレーティング・システムは、固定されたレート、プログラムされた順序でサンプリングを実行し、あるいはそれがトリガされ、かつ／または自動調整となる。サンプリング・レートは、圧力セット・ポイント（上昇または降下）、圧力変化レート（上昇または降下）、圧力差（上昇または降下）、温度セット・ポイント（上昇または降下）、および温度変化レート（上昇または降下）を基礎とすることができる。
【００２８】
またサンプリング・レートは、フロー・レート（すなわち、高いフローに対して高いサンプリング・レート）、フロー・レートの変化（すなわち、安定したフローに対して低いサンプリング・レート、不安定なフローに対して高いサンプリング・レート）等の計算済みパラメータを基礎としてもよい。サンプリング・レートと、状態、状態の変化、ディジタル入力信号の周期またはレートを関連付けさせることも可能である。これとは別の特徴は、動的および／または静的ソースの特性記述を実行する機能であり、それにはパイプライン、ポンピング・ステーション、タンク・ファーム等に関するイン‐ライン・テストが含まれ、これらは伝達関数の特性記述をはじめ、テストを必要とする。たとえば、この計測器を閉じ込められたツールとともに使用して、埋蔵層分析のための『圧力対時間』および『圧力対フロー・レート』特性曲線を開発することができる。またこのシステムを、予防メンテナンス通知、およびシステム・エラー検出ならびにフラグ設定のために使用することができる。
【００２９】
このシステムのデータ転送およびアラーム通知機能は、ＴＣＰ／ＩＰプロトコルの使用に起因して、従来技術デバイスに比べて有意に柔軟性が高い。現場計測器が、好ましい一実施態様においては、このシステムのアプリケーション・プロトコル・レイヤの機能の内側で中央ロケーションに対する通信を開始することが可能であり、部分的にそれを理由として、このシステムのデータ転送およびアラーム通知機能は、従来技術デバイスに比べて柔軟性が有意に高い。たとえば、従来技術における場合のように、リモート・マスタから計測器のポーリングが行われるまで待機するのではなく、本発明の一実施態様のシステムならびにプロトコルは、現場計測器に通信を開始可能か否か、すなわち現場計測器がアラーム状態を検出したか否かといったことを決定させ、かつこのデータの転送ならびに通知をサポートする。従来技術デバイスに比較して高いこの柔軟性は、システム内における通信を改善し、より堅牢なアラーミングを結果としてもたらすことができる。システムは、長期のデータ・ログ作成およびこのデータのストアも可能にすることになる。おそらくはもっとも重要となろうが、これらの計測器は、油ガス生産および輸送設備の適正な管理ならびに最適化のためには必須となる圧力データの高い確度、高い精度、および高い分解能を有する。
【００３０】
外部通信について述べれば、このシステムは、通信ポート管理を考慮に入れている。それに加えて、ワイヤレス・モデム・オプションは、専用もしくはローカル公衆電話システムへのアクセス、または非常に離れたロケーションのための衛星アクセスを考慮に入れており、それもまたインターネットもしくはローカル・イントラネットへのアクセスを可能にする。計測器は、組み込まれたアンテナもしくはリモート・アンテナのいずれも使用することができる。
【００３１】
システムのデータ管理ならびにデータ・ルーティング機能は、様々な方法で構成することができる。もっとも単純なものは１対１の関係であり、それにおいては、１つの計測器からのデータが単一のユーザへ伝えられる。計測器ならびにデータ・アクセスは、単一ユーザによって管理される。第２に、多くの計測器からデータが収集され、順序正しくまとめられ、かつ単一のユーザへ伝えられるといったことが可能である。計測器ならびにデータ・アクセスは、単一ユーザによって管理される。第３には、多くの計測器からのデータが収集され、順序正しくまとめられ、１ないしは複数の好ましくは多様なユーザへ伝達される。計測器およびデータのアクセスならびにコントロールの特権は、ローカライズされたプロセスまたは分散プロセスによって管理され、異なるユーザについて異なるものとすることができる。
【００３２】
現場ユーザは、ローカル・ディスプレイおよび指示器を有し、それには、測定結果、エラー・コードおよびメッセージを呈示するための液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）；計測器の状態を示す発光ダイオード（ＬＥＤ）および電源ＬＥＤが含まれる。マニュアル入力スイッチが、マスタ・リセットおよびシステム構成のために含められる。また、ローカル端末オプションは、ローカル診断の実行、インストール・ファームウエアのアップグレード、および可能なプロセス・データのローカル検索を考慮に入れている。
【００３３】
好ましい現場計測器エンクロージャ構成の計測器の追加の特徴は、それがコンパクトであり、比較的独立しており、高度に統合されていることである。このエンクロージャは、危険箇所において使用することができる（爆発耐性があり、ゾーン１用に定格設定されている）。エンクロージャは、物理的に堅牢であり環境的にシールされている。
【００３４】
応用には、流体またはガスの計量、一般的には遠隔処理設備内もしくはパイプライン内におけるそれが含まれる。この現場計測器は、比較的低コストかつ取り付け容易である。現存する設備に対する変更は、ほとんど必要とされない。
【００３５】
このシステムは、計測器がオリフィス・プレートと結合されているとき、圧力ならびにフロー・レートを監視することが可能である。オペレーティング・システムは、計測器に対して最大で秒当たり１回のレートでデータのサンプリングを行うことが可能であり、時間的分解能の高いフロー計算の実行を可能にする。計測器は、保護付き移送応用、使用時点計量、および輸送パイプライン漏れチェックに適している。計測器は、通常、リモート・データ・ダンプ・モードで動作し、周期的に、ログ済みのフロー・データおよびフロー統計を、ユーザのデータベースに対してワイヤレス・ディジタル・モデム経由で配信する。必要に応じてこの計測器は、プロセス値もしくはステータスが仕様から外れていることを順行抑制的に通知するべくアラーム・モードに切り替わること、あるいは周期的に問い合わせが行われてプロセス状態を読み取ることができる。この計測器の場所としては、鉱井ヘッドまたはパイプライン監視ステーションが挙げられる。概して通信は、地上セルラ・サービスもしくはディジタル衛星リンクのいずれかによって提供されるワイヤレス通信チャンネルを介して行われることになる。この新しい計測器は、リモートおよび／または無人セッティングで使用すること、あるいはフロー・レートおよび合計量の正確な収集ならびにタイム・スタンプが必要な場合に使用することができる。
【００３６】
このシステムには多く用途がある。たとえばこのシステムを、油ガス・プラットフォーム、パイプライン、およびパイプライン設備において使用することができる。このシステムは、地下水製造ならびに地下水面レベルの監視に使用することも可能である。この新しいシステムは、保護付き移送のため、あるいは貯蔵ならびに配給設備、化学処理設備、大量移送設備（トラック、船舶、鉄道等）の監視のために使用することができる。それに加えて、現場計測器を、使用時点システムおよび水ならびに下水を含むユーティリティに使用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】表面データ・システムの基本コンポーネントを概略で示したフローチャートである。
【図２】圧力データ・プローブの実施態様を示した断面図である。
【図３】好ましい実施態様のハードウエア構成を概略で示した概略図である。
【図４】本発明の第１のシステム・アーキテクチャを概略で示したフローチャートである。
【図５】本発明の第２のシステム・アーキテクチャを概略で示したフローチャートである。
【図６】サーバ構成の一実施態様を概略で示した概略図である。
【図７】本発明のディジタル信号処理を示したフローチャートである。
【図８】本発明のアナログ信号処理を示したフローチャートである。
【図９】読み値を獲得するためにセンサのパワー・アップを行うシーケンスを示したフローチャートである。
【図１０】本発明のエンクロージャを示した概略図である。
【図１１】好ましい実施態様のオペレーションおよびデータのフローチャートである。
【図１２】好ましい実施態様のハードウエア・アーキテクチャを示した概略図である。
【図１３】本発明の別の実施態様のシステム・アーキテクチャを示した概略図である。
【図１４】本発明の好ましい実施態様に従ったサーバ／データ・ベース・システムのアーキテクチャの概要およびシステム内のデータの流れを示した概念的なフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
図１を参照し、本発明の現場計測器２（ＦＩ）の基本コンポーネントを図示した概略のフローチャートを説明する。もっとも好ましい実施態様におけるＦＩ２は、油ガス産業に使用するために特別に設計された非常に高精度な圧力計測器である。図示の実施態様においては、２つのアナログ圧力センサ４、６がエンクロージャ内に包含されることになる。
【００３９】
センサ・コアは高精度、シリコン結晶のひずみゲージであり、高圧オートクレーブ・フィッティング・アダプタ内にレーザ溶接されているが、それもまたエンクロージャ上に配置されたハウジング・ポートの１つに装着されている。このアッセンブリは、最大で１２，０００ｐｓｉの圧力で定格され、１．３の過大圧力レートを有する。適切な圧力センサ４、６は、カナダにあるＺ．Ｉ．プローブズ・インク（Ｚ．Ｉ．Ｐｒｏｂｅｓ，Ｉｎｃ．）から＃１４０９５１４０プレッシャ・センサの標章の下に市販されている。
【００４０】
このエンクロージャには、温度プローブ等の低精度外部抵抗ベース・センサ８を取り付ける補助アナログ・センサ・ポートが含まれている。温度プローブは、オメガ・インク（Ｏｍｅｇａ，Ｉｎｃ．）からＰＲ‐１２タイプの名の下に市販されている。ＦＩ２には、補助ディジタル・センサ・ポート９を組み込むこともでき、その結果、デバイスを取り付け、ＲＳ‐４８５信号バスを介して多数の外部ディジタル・センサと通信を行うことが可能になる。このバス上において、ＦＩ２は、多様なプロトコルを使用して外部ディジタル・センサのポーリングを行うことになる（すなわち、Ｍｏｄ‐ｂｕｓ：モドバス）。ＦＩ２のエンクロージャは、爆発耐性があり、ゾーン１（クラスＩ，ディビジョン１，グループＣ，Ｄ，ほか）危険場所における運用のためのＣ．Ｓ．Ａ／ＵＬ認可を受けることになる。実際のエンクロージャについては、説明を後述する。
【００４１】
好ましい実施態様においては、ＦＩ２が内蔵バッテリ・パック１０によって自己給電されるが、本発明の教示は、可能な外部電源の使用を含む。再充電可能なバッテリを使用してもよい。再充電可能なバッテリ・パックは、当業者に周知のとおり、太陽電池パネルもしくは外部電源と接続することによって再充電することができる。
【００４２】
読み値は、あらかじめプログラム済みの時間間隔でカスタム・オペレーティング・システム１２を介して獲得され、内部的に不揮発性メモリ１４内にストアされる。読み取りと読み取りの間は、オペレーティング・システム１４内のあらかじめプログラム済みのルーチンを介して電子回路ならびにセンサがパワー・オフとなり、エネルギが節約して使用される。カスタム・オペレーティング・システムは、リアル・タイム・クロック（ＲＴＣ）を使用する。このＲＴＣは、あらかじめプログラム済みの時刻にこのシステムをパワー・アップした後、続いて、それぞれの新しい読み値の獲得のための準備としてメイン・プロセッサ１６に対する割り込みを行う。電子回路の初期化が済むと、プロセッサ１６が、それに接続されている内蔵センサ４、６、および外部センサ８、９のそれぞれからの読み値を獲得し、それらの読み値を不揮発性メモリ１４内にストアする。オペレーティング・システム１２、メモリ１４、およびマイクロプロセッサ１６は、データを受け取るため、処理するため、およびストアするためのコントロール手段と呼ばれる。
【００４３】
読み値の処理が済むと、それらがオプションとして小型ＬＣＤ１８上に表示され、詳細を後述するように、エンクロージャの窓を介してそれを観察することができる。ＬＣＤ  １８と並んで、回路基板（図示せず）上に、現存するプログラムの起動、プロセッサ１６のリセット、およびＦＩのマニュアル構成のためのいくつかの小型スイッチが備わっている。
【００４４】
詳細については後述するが、ＦＩ２を使用して多様なプロセス・ポイントの測定を行うことが可能である。たとえば、このシステムには次のような用途がある：単一圧力測定ならびに単一温度測定；２つの圧力測定および１つの温度測定；オリフィスのガス・フローの測定（差動圧力の測定を必要とすることになる）および温度測定。ただしこのリストは例示である。
【００４５】
開示した実施態様の１つにおいては、ＦＩ２を鉱井テスト市場において使用することができる。したがって本発明は、圧力蓄積テストの監視を考慮に入れている。任意の特定の鉱井から圧力を伝達するラインを圧力センサ４へ連絡することが可能であり、それによってデータの記録ならびに伝送が考慮されることになる。ＦＩ２は、短期テストもしくは長期テストのために鉱井ヘッドまたはパイプライン上に取り付けることが可能である。このように読み値を収集して不揮発性メモリ１４にストアするか、あるいはここで述べているほかの通信手段の１つによって伝達することができる。
【００４６】
本発明の利点の１つは、多数の異なる動作モードである。１つのモードは、テスト後に、標準ラップトップ・コンピュータ等の現場コンピュータへの読み値のダウンロードを可能にし、それらを観察し、レポートを生成することができる。この動作モードは『メモリ』オンリーと呼ばれる。
【００４７】
本発明の教示によれば、ＦＩ２が、内蔵ワイヤレス通信モジュール２０を伴って設計されている。好ましい実施態様における通信モジュール２０は、シエラ・ワイヤレス・インク（Ｓｉｅｒｒａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｉｎｃ．）からＳＢ３００の標章の下に市販されている。通信モジュール２０を伴う現場ユニットは約３ワットの外部電源を必要とし、それによってバッテリ１０の再充電が行われることになる。
【００４８】
テスト・サイトに取り付けられた後は、ＦＩ２が自給式となり、その場所に長時間にわたって置いておくことができる。ワイヤレス通信モジュールを使用する動作モードにおいては、ＦＩ２が、ホスト・サーバからの情報をオン・デマンドで、あるいは規則的なスケジュールに従って、もしくは例外レポーティング（すなわち、詳細を後述するが、アラーム・スレッショルドの超過）によって中継を行うことができる。センサ４、６、８、９の生の読み値が獲得されると、それらの読み値がプロセス値へ変換される。これは、アルゴリズムおよび較正（ＣＡＬ）ファイルを使用して行われる。
【００４９】
ＦＩ２内にパッケージされているモジュール２０は、低電力デバイスであり、少なくとも１つもしくは複数の手段：すなわち（１）陸線電話；（２）回線交換セルラ・チャンネル（すなわち、第１世代アナログ携帯電話チャンネルに有効）；（３）セルラ・ディジタル・パケット・データ（ＣＤＰＤ）；および（４）衛星（すなわち、低電力衛星通信の使用によってデータを伝送することができる）によってコンピュータ対コンピュータの通信を可能にする。これらの４つの標準的な通信手段によってＦＩ２は、任意の場所に配置することが可能になる。実施態様の１つにおいては、オペレーティング・システム１２が通信モジュール２０とともに、限定する意図ではないが鉱井テストならびに監視応用を含むすべてのオペレーションのためのネットワーク・アーキテクチャを伴うすべての通信にＴＣＰ／ＩＰ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ／Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ；トランスミッション・コントロール・プロトコル／インターネット・プロトコル）をＦＩシステムが使用することを可能にする。
【００５０】
ＴＣＰ／ＩＰは、主要な通信プロトコル標準である。ＴＣＰ／ＩＰは、実際に、協働する２つの別々の通信プロトコルである。関連するプロトコルの全体のファミリは、ＴＣＰおよびＩＰを２つの主要プロトコルとして、ＴＣＰ／ＩＰヘッディング内にカバーされている。ＴＣＰは、データをパケットへ分解する役割をはじめ、それらを再び組み立てる役割を部分的に担う。ＩＰ部分は、ネットワークを介してデータ・パケットが伝送される方法を扱う。ＴＣＰ／ＩＰを使用することによって、異なるオペレーティング・システムを実行している異なるコンピュータは、それらがすべてこのプロトコルに従っている場合には互いに通信することが可能になる。
【００５１】
当業者であれば認識されることになろうが、現場レベルのＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；スーパーバイザリ・コントロール・アンド・データ・アクィジション）システムは、マスタ‐スレーブ・ベースの通信プロトコル（たとえば、Ｍｏｄｂｕｓ；モドバス）を使用する。ほとんどの現場監視状況においては、リモート・オフィス・コンピュータが一般にマスタとなり、現場ユニットがスレーブとなる。これは、スレーブのポーリングが行われたときに限ってスレーブが情報をホストへ転送できることから、データが現場ユニットからオフィスへどのように流れるかについて生得的に決定する。このことは、現場ユニットがアラーム状態を有しているときにおいても現場ユニットが中央オフィスへの通知を開始できないことを意味する。
【００５２】
アプリケーション・レイヤ・プロトコルを使用すると、詳細を後述するとおり、従来技術のマスタ‐スレーブ関係を取り除き、現場ユニットと中央オフィスの間における非同期の情報の流れを考慮に入れることが可能になる。この新しいシステムは、従来技術に対して次のような利点を有する：第１に現場ユニットは、例外またはアラーム状態が存在するときに随時、ホストからのポーリングを待機することなく、中央オフィスへ通知することができる；第２にワイヤレス・ネットワークを介したパケット・ベースの伝送は、見通しエリアのライン内のすべてのほかのユニットについて現場ユニットの無線が誤動作し、伝送リンクの輻輳を招く可能性を除去する；第３にＦＩユニットは、サイトのアレイ上において同時発生する読み値を獲得するべくアクティブ化することができる。なおこれは、例示を意図したリストである。
【００５３】
次に図２を参照して、基本的な圧力センサ４の概略図について説明する。ここで注意されたいが、多様な図面に使用されている類似の番号は、類似のコンポーネントを参照している。概して言えば、半導体ベースの圧力トランスデューサが、ナショナル・セミコンダクタ（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）、モトローラ（Ｍｏｔｏｒｏｌａ）、およびハネウェル（Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ）といった会社から市販されている。好ましい実施態様の、Ｚ．Ｉ．プローブズ・インク（Ｚ．Ｉ．Ｐｒｏｂｅｓ，Ｉｎｃ．）から市販されている圧力センサ４は、オペレーティング・システム内に温度補正ファクタ・アルゴリズムを組み込むことによって修正されている。実施態様の１つにおいては、センサ４が、概して柔軟なシリコン・ダイアフラム３０、およびその表面にマウントされた抵抗ブリッジ・センサ３２からなる。このダイアフラムの一方の側はシール付きチャンバ３４であり、他方の側は入力圧力に開放されている。このダイアフラムのたわみは、この分野に周知のとおり、抵抗センサに信号を生成させる。ブリッジ回路、励振、計装増幅器、およびそのほかの補償および調和回路を含めて必要なすべての電子回路３１が包含されている。
【００５４】
図３は、好ましい実施態様のハードウエア構成を示した概略図であるが、それについて次に説明する。電源管理手段５０は、内蔵再充電可能バッテリ５２を包含しており、好ましい実施態様においてはそれを、リチウム（Ｌｉ）および／または鉛‐酸ベースの再充電可能バッテリとする。このバッテリ５２は、‐２０℃から＋５０℃までの範囲の周囲温度に適している。電源管理手段５０のいくつかの特徴として、低電圧シャット・ダウンを考慮に入れた、過放電劣化効果からバッテリを保護するバッテリ保護回路（図示せず）も含められことになる。また、バッテリを過充電から保護する高電圧クランプも含められる。さらに電源管理手段５０内には、長時間にわたってバッテリがピーク充電電圧にとどまらないことを保証するバッテリのサイクリングおよび調和のための回路が含められる。新しいバッテリ・テクノロジのための充電を可能にするべく構成可能なスマート充電テクノロジも含められる。
【００５５】
図３に示されているとおり、このハードウエア構成は、外部電源オプションも含んでいる。オプションの太陽電池パネル接続５４を含めることができる。この設計は、オプションのバッテリ・バンク５６が、電源管理モジュールへ電気的に接続されることも考慮に入れている。それに加えて幹線アダプタ５８を、本質的に安全な１２ＶＤＣを出力するユニバーサルＡＣ幹線コンバータとともに含めることが可能である。このハードウエア構成は、電流制限付き、電圧制限付き、短絡保護付き、およびＥＳＤ（静電放電）保護付きの補助電源出力６０を含む。
【００５６】
このハードウエアは、さらに包括的に番号６２によって表されているマイクロコンピュータ・スーパーバイザリ機能回路を包含する。この回路６２は、サンプリングを開始するための割り込みを生成するべく設計されたリアル・タイム・クロックを含んでいる。また回路６２は、高速、低速、および停止機能を有するマイクロ中央処理ユニット・クロックを含む。さらに回路６２は、電源モニタ、ウォッチドッグ・タイマ、システム・リセット機能を有する。このリセット機能には、電源のアクティブ化もしくは電源割り込み時のリセット、および特定の回復可能なシステム障害時のリセットが含まれる。
【００５７】
マイクロコンピュータ６４は、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ６６、不揮発性読み出し専用メモリ６８、電気的消去可能読み出し専用メモリ７０、およびフラッシュ・キャッシュ・メモリ７２を含むメモリ・ストレージ手段を備えている。これらのメモリ手段は、この分野において周知のとおり、マイクロプロセッサ７３とのインタラクションのためにそれと電気的に接続されることになる（２つのプロセッサ：演算集約的作業のためのハイ・レベル・マイクロプロセッサおよび進行中のデータ収集ならびに低減電力消費のためのロー・レベル・マイクロプロセッサが存在する）。ＳＲＡＭ  ６６は、エヌ・イー・シー・カンパニ（ＮＥＣ  Ｃｏ．）からＵＰＤ４３１０００ＡＧＺという名前／部品番号の下に市販されており；ＲＯＭ  ６８は、アトメル・カンパニ（ＡＴＭＥＬ  Ｃｏ．）からＡＴ２９Ｃ０２０Ａという名称の下に市販されており；ＥＥＰＲＯＭ  ７０は、アトメル・カンパニ（ＡＴＭＥＬ  Ｃｏ．）からＡＴ２８Ｃ２５６という名称の下に市販されており；フラッシュ・メモリ７２は、エー・エム・ディー（ＡＭＤ）からＡＭ２９Ｆ０３２Ｂという名称の下に市販されている。マイクロプロセッサ７３は、エヌ・イー・シー・カンパニ（ＮＥＣ  Ｃｏ．）からＵｐｄ７０ｆ３１０７ａｇｊ‐ｕｅｎ（ハイ・レベル・プロセッサ）およびＵｐｄ７８ｆ９０２６ａｇｂ‐８ｅｓ（ロー・レベル・プロセッサ）というそれぞれの名称の下に市販されている。
【００５８】
ローカルＲＳ‐２３２Ｃシリアル・ポート７２は、ラップトップ・コンピュータ７２ａ等のローカル端末を介した端末接続の検出、ポート構成、および計測器構成を考慮にいれた設計に組み込まれる。ハードウエア・ハンドシェークのためのポート構成ならびに手段を有するＵＡＲＴ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ  Ｒｅｃｅｉｖｅｒ  Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ；ユニバーサル・アシンクロナス・レシーバ・トランスミッタ）７４がＲＳ‐２３２Ｃと電気的に接続される。ＵＡＲＴは、エクサー・カンパニ（ＥＸＡＲ  Ｃｏ．）からＸＲ１５Ｃ８５０ＣＭの名称の下に市販されている。
【００５９】
ＲＳ‐４８５シリアル・ポート７６は、適切なポート・セッティング、ハードウエア・ハンドシェーク手段、およびスマート・センサならびに処理デバイスへのアクセスの提供を伴って組み込まれている。ＲＳ‐４８５ポートは、前述したディジタル・センサ等のスマート・デバイスへの電気的接続を可能にする。またＲＳ‐４８５ポートにもＵＡＲＴ７７が電気的に接続されており、それもまたマイクロプロセッサ７３と電気的に接続されている。
【００６０】
好ましい実施態様においてはＬＣＤとするインジケータおよびディスプレイ手段７８が含まれている。このＬＣＤは、グラフィクス、数字等に適しており、基本プロセス・データの表示、セットアップ・ガイダンス、およびエラー・レポーティングを提供する。『ＯＫ』、『警告』、『異常』表示器としてグリーン、イエロ、およびレッドの光を放出する発光ダイオード（『ＬＥＤ』）を使用することができる。
【００６１】
マニュアル入力モジュール８０を介してマニュアル入力が可能であり、それをマスタ・リセット、シンプル・セットアップ、ディスプレイ構成等のための押しボタン（カバー付き）とすることができる。ディジタル入力取り込みポート８２が含まれており、外部の接触センサを使用して、状態、状態の変化、タイミングおよびカウント応用に関する信号を監視することができる。
【００６２】
アナログ・センサおよび読み出しモジュールは、番号８４によって包括的に表されている。図示の構成は、３つのアナログ・センサ・ポート、すなわち８６、８８、９０を有している。統合された精密圧力ポート８６は、１つもしくは２つのチャンネルを有することになり、温度補償手段、信号を技術単位系へ変換するための変換手段、および４／６線抵抗エキサイテーションを包含し、絶対もしくは差動圧力を測定することができる。オプションのリモートもしくは内蔵センサ・ポート８８が含められ、４／６線エキサイテーション・センサを有するが、このセンサは、通常、中程度の精度のプロセス温度センサもしくは圧力センサとなる。オプションのリモートもしくは外部センサ・ポート９０を、１つの６線エキサイテーション・センサの接続を伴って含めることができる。このポート９０は、２番目の内蔵ポートが使用されない場合に採用することができる。
【００６３】
センサ・ポート８６、８８、９０は、電気的にアナログ・エキサイテーション調和回路９１ａと接続されており、一方それはアナログ・マルチプレクサ９１ｂと電気的に接続されている。信号は、直接マイクロプロセッサ７３へ振り向けられるか、あるいは好ましい実施態様における場合のように、精密アナログ・ディジタル・コンバータ９１ｃへ振り向けられる。アナログ・マルチプレクサ９１ｂは、マキシム・カンパニ（ＭＡＸＩＭ  Ｃｏ．）からＭＡＸ４０５２Ａの名称の下に市販されている。精密ＡＤＣ  ９１ｃは、バー・ブラウン・カンパニ（ＢＵＲＲ  ＢＲＯＷＮ  Ｃｏ．）からＡＤＳ１２１１Ｅの名称の下に市販されている。ＡＤＣ  ９１ｃは、図３に示されているとおり、マイクロプロセッサ７３と電気的に接続される。
【００６４】
データの収集のために、最小限１つの任意タイプのセンサが必要である。前述したとおり、アナログ・センサのチャンネルが最大で３つまでこのシステムに含められ、そのうちの２つを圧力（Ｐ）もしくは差動圧力（ｄＰ）とすることが可能である。したがって、ポート８６および８８を経由する統合されたアナログ・センサを高精度の６線測定用とし、次の組み合わせが可能である：Ｐ、ｄＰ、Ｐ＋Ｐ、Ｐ＋ｄＰ。ポート８８もしくはポート９０を経由する外部アナログ・センサは、中程度の精度であり、４線タイプ、または４‐２０ｍＡタイプとし、次の組み合わせが可能である：圧力（Ｐ）、差動圧力（ｄＰ）、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、Ｐ＋ＲＴＤ、ｄＰ＋ＲＴＤ。
【００６５】
ディジタル入力取り込み８２と機能的に関連付けされる外部の接触タイプのセンサは、状態、状態の変化、あるいはタイミングを検出する。ＲＳ‐４８５ポート７６を経由して接続されるリモート・ディジタル・センサ９１を採用してもよく、このタイプのセンサは、多様なベンダから市販されている。
【００６６】
コンパクト・ワイヤレス・モデム９１ｄが含まれている。モデム９１ｄは、ＵＡＲＴ互換入力を有し、ＣＤＰＤデータ交換を使用することができる。モデム９１ｄは、低電力ＲＦ出力を有する。好ましい実施態様におけるモデム９１ｄは、前述したとおり、シエラ・ワイヤレス・インク（Ｓｉｅｒｒａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｉｎｃ．）から市販されている。アンテナ９１ｅが、データの伝送のために示されている。
【００６７】
本発明の教示によれば、可能計測器構成の１つがハードワイヤード陸線電話網への接続を含む。それに加えて、電話モデムを経由する回線交換セルラ；パケット・ベースのディジタル地上セルラ手段；あるいは同様にパケット・ベースのディジタル衛星リンク手段を含むワイヤレス形式の通信を使用することができる。データの転送のための別のオプションには、ハンド・ヘルド端末デバイスもしくはラップトップ・コンピュータに対するＲＳ‐２３２Ｃポート７２の使用が含まれる。
【００６８】
次に図４を参照して、本発明の第１のシステム・アーキテクチャを概略で示したフローチャートを説明する。油ガス設備１５０全体にわたる任意のソースからの圧力を、ＦＩ２へ伝達することができる。好ましい実施態様においては、この圧力が炭化水素埋蔵層に対して完成された油ガス井１５１から伝達される。この圧力は、ダウン・ホール、鉱井ヘッド、フロー・ライン、セパレータ、パイプライン、プロセス装置等からＦＩ２へ伝達することができる。
【００６９】
図４においては、地中埋蔵層に対して完成された鉱井からの圧力が、ＦＩ２のセンサ４へ伝達された。アナログ温度センサ８も含められた。センサ４および８は、たとえば圧力ならびに温度データを収集することになり、続いて、それらのデータを前述のとおりに処理するためにオペレーティング・システム１２へ伝送する。その後オペレーティング・システムは、このデータを現場通信モジュール２０へ転送するが、このモジュールは、図３に番号１５２として示されているとおり、ディジタル情報を伝送することができる。
【００７０】
現場通信モジュール２０は、このディジタル・データを、オラクル・インク（Ｏｒａｃｌｅ  Ｉｎｃ．）からオラクル８ｉ（Ｏｒａｃｌｅ  ８ｉ）の名前の下に市販されているデータベース・エンジン１５４へ伝送する。データベース・エンジン１５４には、現場通信モジュール２０と通信する現場通信ソフトウエア１５５がロードされることになる。データベース・エンジン１５４は、データベース１５８と機能的に関連付けされるデータ・マネージャ・ソフトウエア１５６から構成されることになる。ここでソフトウエアに関連して『機能的に関連付けされる』と述べているときは、２つのコンポーネントが互いの間においてデータを電気的に交換できることを単純に意味する。データベース１５８は、受け取り済みの多様なデータのストアを可能にするテーブル構成を有することになる。また、ユーザ・インターフェース・モジュール１６０も含められることになり、当該モジュールは、サーバ１６２とデータベース・エンジン１５４が通信可能となるようにサーバ１６２とインターフェースすることになるソフトウエアからなる。
【００７１】
この情報システムのアーキテクチャは、サーバ１６２上にロードされるインターフェース１６４も含む。インターフェース１６４は、サードパーティの場所にも配置することができ、あるいは複数のユーザ・コンピュータ１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ、１６６ｄ上にもロードすることができる。サードパーティのコンピュータ１６６ａ〜１６６ｄには、ブラウザもロードされることになる。したがって、このサードパーティの場所においてユーザは、データベース１５８へアクセスすることができる。
【００７２】
データベース・エンジン１５４は、オペレータ独自の現場に配置することができる。これは、データのセキュリティおよびそのオペレータによるコントロールを考慮に入れている。それに代えて、オペレータの現場から分けられた第３の現場にデータベース・エンジンを物理的に配置してもよい。
【００７３】
本発明の教示によれば、個別のＦＩユニットにデータベース・エンジン１５４へのワイヤレス伝送を行う現場通信モジュールを持たせて、複数のＦＩユニットを複数の場所に配置することができる。その場合にデータベース・エンジン１５４は、複数の測定ポイントからの多数のセンサ情報をストアすることになる。それに加えて、複数のユーザが複数の場所からデータベース１５８へアクセスすることが可能である。
【００７４】
詳細については後述するが、図１３は、複数のＦＩ２ユニットを接続する好ましい実施態様を開示している。この図１３、すなわち詳細を後述する好ましい実施態様に示されているとおり、ＦＩユニットは、中央ロケーション５００に接続されているが、それがデータベース・エンジン１５４および／またはそのほかのデータベースを含むことができる。中央ロケーション５００は、それぞれの現場ユニット２の現場通信モジュール２０と通信する類似のデータベース現場通信ソフトウエアを包含している。
【００７５】
次に図５を参照して、本発明の第２のシステム・アーキテクチャを概略で示したフローチャートを説明する。このシナリオの下においては、鉱井１６８からの圧力が圧力センサ４へ伝達され、続いてそこからＦＩ２へと伝達され、さらにそこから現場通信モジュール２０へと伝達されて、それにおいてデータベース・エンジン１５４へのワイヤレス伝送１５２が行われる。データベース・エンジン１５４には、現場通信ソフトウエア１５５およびデータ・マネージャ・ソフトウエア１５６がロードされることになる。データベース１５８は、受け取り済みの多様なディジタル・データのストアを可能にするテーブル構成を有することになる。また、ユーザ・インターフェース・モジュール１６０も含められることになり、当該モジュールは、ウェブ・サーバ１７０とインターフェースすることになるソフトウエアからなる。サーバ・インターフェース１７６も含められるが、このサーバ・インターフェース１７６は、データベース・エンジン１５４とウェブ・サーバ１７０の間において通信を行うべく機能する。
【００７６】
図５の中に示されているとおり、この実施態様には少なくとも２つのシステム構成が存在する。第１に、サーバ・インターフェース１７６をインターネット１７８へ接続することができ、そこへクライアント１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ、１６６ｄ等を接続することができる。
【００７７】
第２に、本発明の教示によれば、リンク１８４によって示されているように、現場センサ４、６をクライアント１６６ｄ等の個別のクライアントへ直接接続することが可能である。このリンク１８４は、前述したようなワイヤレス・リンクとしてもよく、あるいは電話回線もしくはそのほかの従来的な手段としてもよい。オペレータが、セキュリティの理由からこの追加のリンクを持つこと、あるいはバックアップ・システムを持つことを希望することがある。理由の如何によらず図示のアーキテクチャは、このタイプの構成を考慮に入れている。
【００７８】
図５は、例外レポーティングのための構成も示している。このようにデータ・マネージャ・ソフトウエア１５６は、アラーム状態の処理、すなわち圧力および／または温度データが何らかのあらかじめ決定済みのレベルを超える状態の処理を考慮に入れている。そのためソフトウエア内には、この例外を認識することになるルーチンが記述されており、ソフトウエアは、例外をクライアント１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃおよび／または１６６ｄへ、あらかじめ決定されたとおりに自動的にレポートすることになる。
【００７９】
図６は、サーバ構成の一実施態様を示した概略図である。このように第１のコンピュータ１６７ａを、第２のコンピュータ１６７ｂと電気的に接続して使用することができる。コンピュータ１６７ａには、ユーザ・インターフェース、ハイパーテキスト・マークアップ言語（ＨＴＭＬ）、拡張ＨＴＭＬ（ＸＭＬ）、および現場通信をロードすることができる。コンピュータ１６７ｂは、データベース・マネージャならびにデータベースがロードされることになる。
【００８０】
図７は、本発明のディジタル信号処理を示したフローチャートである。このように、スマート・デバイスからの信号（３００）がＲＳ‐４８５デバイス７６において受け取られると（３０２）、続いてそれがＵＡＲＴへ渡される（３０４）。このＵＡＲＴは、マイクロプロセッサによって受け入れられるように信号の調和を行う（３０６）。オペレーティング・システムの動作モードに応じてマイクロプロセッサは（３０６）、次のステップ３０８において読み値をＵＡＲＴ７４へ転送することができ、続いてそれが、ＲＳ‐２３２Ｃ  ７２へ渡される（３１０）。ＲＳ‐２３２Ｃ  ７２は、ローカル端末コンピュータ（３１２）に対するローカル・ダンプを考慮に入れており、それにおいてはユーザが、収集されたデータに、たとえば現場でアクセスすることができる。
【００８１】
上記に代えて、動作モードによっては、データをＵＡＲＴへ向けることができ（３１４）、続いてそれがシーケンス・ステップ３１６に示されているとおり、その信号をワイヤレス・モデム９１へ渡すことになる。モデムは、ステップ３１８に示されているとおり、この信号をリモート・コンピュータへ伝送することになる。リモート・コンピュータからは、図４ならびに５を参照して前述したような様々な手段を介してデータを配布することができる。
【００８２】
図８は、本発明のアナログ信号処理を示したフローチャートである。このように、アナログ・センサ・デバイス８６、８８、９０からの信号が、アナログ・エキサイテーション調和モジュールおよびアナログ・マルチプレクサにおいて受け取られ（３２０）、それにおいてアナログ信号の調和が行われ、ステップ３２２のマイクロプロセッサへの転送が行われる。オペレーティング・システムの動作モードに応じてマイクロプロセッサは、その後ステップ３２４において読み値をＵＡＲＴ７４へ転送することができ、続いてそれがＲＳ‐２３２Ｃ  ７２へ渡される（３２６）。ＲＳ‐２３２Ｃ  ７２は、ローカル端末コンピュータ（３２８）に対するローカル・ダンプを考慮に入れており、それにおいてはユーザが、収集されたデータに、たとえば現場でアクセスすることができる。
【００８３】
上記に代えて、オペレーティング・システムのモードによっては、データをＵＡＲＴへ向けることができ（３３０）、続いてそれがシーケンス・ステップ３３２に示されているとおり、ワイヤレス・モデム９１へ信号を渡すことになる。モデムは、ステップ３３４に示されているとおり、この信号をリモート・コンピュータへ伝送することになる。リモート・コンピュータからは、図４ならびに５を参照して前述したような様々な手段を介してデータを配布することができる。
【００８４】
図９は、読み値を獲得するためにセンサのパワー・アップを行うシーケンスをはじめ、読み値を獲得するステップのシーケンスを示したフローチャートである。このように、オペレーティング・システムは、ウェイクアップ信号をあらかじめプログラム済みの時間間隔で生成し（３５４）、それによってセンサのパワー・アップが行われる（３５６）。これらのセンサは、ブロック３５８に示されているとおり、読み値を獲得する。その後オペレーティング・システムは、これらのセンサのパワー・オフを行うことになる（３６０）。
【００８５】
その後オペレーティング・システムは、前述したとおり、変換アルゴリズムを用いて、キャッシュ・メモリ内にストアされた生のセンサの値の実際の単位への変換を行う（３６２）。変換後の読み値は、続いてＬＣＤ上に表示されることになる（３６４）。変換済みのデータは、メモリ内にストアされる（３６６）。オペレーティング・システムは、あらかじめ決定済みの時間間隔に従って次のブロードキャスト時刻ポイントを決定し、そのブロードキャスト時刻において、現場計測器が（通信モジュールを介して）データをローカル・コンピュータへ渡し、モデムを介して送信することになる（３６８）。続いてオペレーティング・システムは、次のウェイクアップ時刻を計算し（３７０）、その後、これらのセンサをパワー・ダウン（スリープという）させる信号を生成する（３７２）。あらかじめ決定済みの時間間隔が経過した後、ウェイクアップ信号が生成され、それによってブロック３５４として示されるステップへのループ・バックが生じ、図９に示されているステップが繰り返される。
【００８６】
次に図１０を参照して、本発明のエンクロージャ４００の概略図を説明する。好ましい実施態様においては、エンクロージャ４００が概略で円筒状のベース４０２を包含し、それが外側円筒表面４０４を有し、そこから４つの突出開口（図７には、開口４０６、４０８、４０９だけが示されている）が延びている。これらの開口は、本質的に概して円筒形であり、内径４１２および内径４１２の外側の外径４１０を有する。内径４１２は、かみ合いねじ手段を有するアダプタにシール係合することになる内側ねじ手段４１４等の接続手段を有する。４つの開口は、すべて類似の内側ねじ手段を有する。Ｏリングを使用してシールを補助することもできる。そのほかの接続手段には、ピンをはじめ溶接アダプタの適切な位置での使用が含まれる。図１０から理解されるように、ベースはＬＣＤ４１８を配置するための開口を伴うトップ４１６を含んでいる。
【００８７】
液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）４１８も示されており、ＬＣＤは、プリント回路基板と電気的に接続されている。このＬＣＤは、前述したとおり、ディジタル圧力読み出し部分へ電気的に取り付けられる。したがってオペレータは、エンクロージャ４００を使用してディジタル圧力読み出し情報を観察することができる。ＬＣＤ４１８は、カスタム・レイアウトであり、バリトロニクス・リミテッド（Ｖａｒｉｔｒｏｎｉｘ  Ｌｔｄ．）から入手できる。
【００８８】
したがって、エンクロージャ４００は、アダプタが開口内に配置された後はシールされた容器となる。このエンクロージャ４００は、爆発耐性シール容器を表す。当業者であれば理解されることになろうが、炭化水素は危険および／または腐食性物質となり得る。本発明の教示によれば、鉱井からの圧力が、最終的に開口内のセンサへ伝達される。本発明の重要な側面は、内側チャンバ２２９からの圧力を溜めておくことである。それに加えて、内側チャンバ４２０は、センサ、メモリ、オペレーティング・システム、モデム、バッテリ等のためのプリント回路基板を収容することになる。したがってこのエンクロージャは、内側のブラストに耐えられなければならない。忘れてならないことは、炭化水素流体ならびにガスは、低引火点を伴い、極めて可燃性が高いということである。
【００８９】
図１１は、オペレーションおよびデータのフローチャートであり、それについて次に説明する。特に図１１は、オペレーションおよびデータのフローのシステム・ソフトウエアおよびファームウエアを図解している。オペレーティング・システムは、図３のハードウエア回路６２を技術的に包含するスーパーバイザ手段９０を含む。またスーパーバイザ手段９０は、精密圧力マップ、ＲＴＤ（抵抗温度検出器）の較正、および外部アナログ入力チャンネル上のカスタム・センサ用の専用較正（すなわち、４‐２０ｍＡ変換）のための較正マップ・ローダ手段９２ａを含む追加のファームウエアを包含している。さらに、連続給電されることになるリアル・タイム・クロック手段９４も含まれている。リアル・タイム・クロック手段９４は、次回のデータ・サンプリングのためのマイクロプロセッサ割り込みまでのプログラマブル遅延を有する。
【００９０】
スーパーバイザ９０は、さらにデータ・サンプリングのための割り込みおよびスケジューラ９６を含む。ファームウエア・インストーラ９８は、ローカル端末を経由して、あるいはリモート通信チャンネルを経由してアクセス可能なブート・ローダを含んでいる。コマンド・インタプリタ手段１０２も包含されており、そこにはセンサ構成、電源管理構成、ＲＴＣ構成、ＵＡＲＴ構成、メモリ構成、ディスプレイ構成を提供するための手段が含まれ、生のセンサ値、プロセス値、および様々な中間的な計算結果へのアクセスが可能になる。
【００９１】
測定データ管理モジュール２０４は、スーパーバイザ手段９０と電気的に接続されている。測定データ管理モジュール２０４は、プロセス統計を生成するため、およびプロセス変数計算結果についてなされるより高いレベルの計算のための手段２０６を含む。また測定データ管理モジュール２０４には、トレンディングのための手段２０８、および時間圧縮のための手段２１０も含まれる。所定レベルの統計ならびにプロセス・データを、デバイス寿命も含めた所定の時間期間にわたって維持することができる。好ましい実施態様においては、もっとも古いデータが最大に圧縮されることになり、もっとも最近のデータは、もっとも高い分解能（時間ならびに大きさの両方において）で保存される。以上に加えて、データのアーカイビングのための手段２１２が備えられている。
【００９２】
スーパーバイザは、システム機能モジュール２１４と機能的に接続されることになる。システム機能モジュール２１４は、切り替え付きモデム電力、切り替え付きアナログ回路電力、および場合によっては切り替え付き外部電力を考慮に入れた電源管理手段２１６を含む。さらに、シリアル番号、製造ロット、ハードウエアおよびファームウエア改訂コード、モデル番号、建造日ならびに工場、オリジナルの構成、現在の構成、サービス開始日、およびそのほかの類似のデータ等の情報をディジタル的に含むことになるシステム識別２１８も含む。
【００９３】
上記に加えて、デバイス・メンテナンス手段２２０は、メンテナンス・ログを含み、それらのログは、最後のサービス日、オペレータ、およびレコード・ロケータ番号；最後の較正日、較正ソース、較正ＩＤ、および現在の較正状態；エンクロージャが開かれたときの詳細を示し、サービスが実行されたことを検出し、不正行為が生じたか否かを検出するエンクロージャ・アクセス・ログを含む。デバイス管理２２０は、メンテナンス履歴ならびにランタイム動作統計の更新も行うことになる。
【００９４】
デバイス管理２２０は、予防的メンテナンス指示器を有し、それにはカウント・ダウン・クロック等が含まれ、近づきつつある予防メンテナンス・セッションを通知する。それに加えて、バッテリのメンテナンス／交換のためのチェックがあり、それらは、バッテリの充電レベルが低下した場合、バッテリが古くなった場合、あるいは適正に再充電されなくなった場合を示すことができる。
【００９５】
ウォッチドッグ・タイマ手段２２２も含まれている。このシステム機能モジュールは、キャッシュ・メモリならびにＥＥＰＲＯＭメモリを有することになる不揮発性メモリ・コントロールを包含する。システム・エラーおよびアラーム手段２２４が含まれ、それが、現在のセッションの間にエラーのリカバリが可能か、もしくはマスタ・リセット時にリカバリが可能か、あるいは物理的な介入によってのみリカバリが可能かを示す。別の特徴は、システムがスタート‐アップ時にチェックおよび診断をアクティブ化すること、セルフ‐チェック／診断を実行するためのシステム、およびＲＴＣ（リアル・タイム・クロック）の状態の監視である。内部アナログ・ポイントを監視するための手段が含まれる。これらのチェックは、パワー・アップ時にトリガされ、もしくはマニュアルで、あるいはローカル端末接続を経由してトリガされ、またはワイヤレス接続を介してリモート・トリガされる。システムの警告およびエラー・アラームは、診断が失敗したとき、もしくは疑わしい値を受け取ったとき通信ポートの外に呈示される。システムは、これらのエラー／例外をログし、送出アラームの見逃しがあった場合に備えて、ローカル・エラー履歴が維持される。
【００９６】
オペレーションおよびデータ・フローの別のモジュールは、プロセス監視モジュール２２６である。このモジュール２２６は、多様なサンプル・レート、トリガ・モード、計算、およびデータ分析の間のシフトをいつ、どのように行うかについて決定するサンプル・シーケンス・アルゴリズム２２８を含んでいる。このようにプロセス・データ・サンプリング・オプションは、スケジュール付きサンプリングを含み、固定もしくは順序付きのスケジュールに基づく適切なレートでプロセス値が決定される。通常、このサンプリングは、プロセス値がゆっくりと変動するか、まったく変動しないときに使用される。また適応サンプリングも利用可能であり、それにおいては、プロセスの最近の履歴によって決定される動的レートでプロセス値が決定される。適応サンプリングは、一般に、プロセス値が不規則に変動するときに使用される。
【００９７】
プロセス監視は、プロセス変数計算手段２３０を含み、それによって材料組成の訂正を提供するＡＧＡ３もしくはＡＧＡ８ならびにＡＰＩ『標準』ガス‐流体計算を考慮に入れている。この計算手段２３０は、様々な流体特性、テーブル、および式を含み、オリフィス・メータ・デバイス記述（材料、寸法、固有ＩＤ等）を含むことができる。プロセス・データ計算オプションのうち、特にプロセスならびにシステムに関する現在の値ならびに状態を獲得する機能が挙げられる。それに加えて、プロセスならびにシステムに関する値ならびに状態の履歴を獲得することが可能である。この履歴は、このようにして測定されたパラメータの最大、最小、平均、合計といったプロセス統計の決定に使用することができる。
【００９８】
またこのモジュールには、ローカルおよびリモート（取り付けられている場合）センサの両方から取り込まれ、変換され、かつ結合された信号を基礎とするプロセス・アラーム手段２３２が含まれている。プロセス・アラーム手段２３２は、デフォルトの、もしくはあらかじめ定義済みのプロセス監視アルゴリズムならびにアラーム条件を使用するか、あるいはユーザ定義アルゴリズムならびにロジックを使用することができる。このモジュールは、ディスプレイを介してアラーム状態を通知し、メッセージをＲＳ‐２３２ならびにワイヤレス・ポートへ送出することになる。
【００９９】
測定トリガ・レート手段２３４は、単一の、複数の、および／または自動反復シーケンスを有し、多様なプロセス依存アルゴリズムを使用してそれをより大きなシーケンスに結合することができる。手段２３４は、プロセス変数によってトリガされるシーケンスおよびサンプリング・レートの変更を含む適応および条件付きサンプリング方法を包含する。これらのトリガは、プロセス変数、比例、比率、導関数、積分、および状態の入力から導くことができる。サンプリング方法には、リモート・トリガされるシーケンスおよびサンプリング・レートが含まれ、リモート・コマンドによるシーケンス・ロジック内の強制分岐を可能にする。
【０１００】
別のモジュールに、センサ応答変換２３８を含むデータ獲得２３６がある。高精度圧力センサのために、圧力‐温度マップにわたる反復補間が使用され、収斂するまで続けられる。そほのかの単純なセンサについては、適切な１次元変換を使用してセンサの伝達関数を補償することができる。ＡＤＣ読み出しおよびコントロール２４０が備えられ、ＡＤＣセッティング２４２、複数のアナログ・センサへ接続されるＭＵＸコントロール２４４、およびＡＤＣチャンネル選択２４６を考慮に入れている。
【０１０１】
さらに通信およびプロトコル管理モジュール２４８が含められ、それによってオペレータは、通信チャンネルに適したデータ表現ならびにプロトコルを選択することが可能になる。ＲＳ‐４８５ポート７６が含まれ、そこへ外付けのスマート・センサを接続し、ほかのコントロール・システムを接続し、アラーム機能を接続し、あるいはプロセス監視を接続することができる。ＲＳ‐２３２Ｃポート７２も備わり、コマンド・インタプリタ１０２に対するローカル端末アクセスを考慮に入れている。ＲＳ‐２３２Ｃは、ローカル・データ検索、オプションの周期的品質コントロールならびに較正アクセス、オプションのファームウエア更新アクセス、センサ構成、ハードワイヤード構成、ローカル診断ならびにデバッグ・アクセスに備えている。
【０１０２】
ワイヤレス・チャンネル管理手段２５４が含められ、そこにはデータ圧縮手段２５６、エラー補正手段２５８、データ暗号化手段２６０、および認証およびアクセス・コントロールのための手段２６２が包含されている。データ暗号化は、いくつかのベンダから市販されており、このデータ暗号化手段にはデータ暗号標準（ＤＥＳ）を使用することができる。データ暗号化手段２６０は、ＲＳＡデータ・セキュリティ・インク（ＲＳＡ  Ｄａｔａ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｉｎｃ．）からＲＣ‐４ならびにＲＣ‐２標準の下に市販されており、それらはいずれもワイヤレス・モデムが使用するＣＤＰＤ１．１標準の下に保護されている。
【０１０３】
コンパイル済みデータは、サービス技術者によってローカル端末ポートから取り出すことができる。その後そのデータは、マニュアルでデータ管理設備へ運ぶことが可能である。このデータ・ダンプ・モードは、リモート・データ・ダンプ・モードが正常に動作しないか信頼性が得られない場合のバックアップとして主に使用される。
【０１０４】
図１２は、システムの好ましい実施態様のハードウエア・アーキテクチャを例示した概略図である。図１２に例示されているとおり、このシステムは、中央ロケーション５００に配置されているネットワーク・データ受信サービスに接続された現場ユニットＦＩ２を包含している。
【０１０５】
現場ユニットＦＩ２は、前述し、かつ例示した、たとえば図１のエレメントを含む。特に現場ユニットＦＩ２は、センサ４、８をはじめ、プロセッサ５５０ならびにメモリ５５２を包含している。この場合の現場ユニットＦＩ２は、図９に示したステップも含めて前述したステップを完了することが可能である。特にプロセッサ５５０は、センサ４、８のパワー・アップ、読み値の獲得、およびそれらの読み値に対応するデータのログもしくはメモリ５５２内へのストアを行うことができる。それに加えてプロセッサ５５０は、アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０とインタラクションし、読み値を示すデータを中央ロケーション５００へ伝達する。この通信は、参照番号６００によって包括的に示されるワイヤレス・ネットワーク、参照番号６１０によって包括的に示される公衆回線網、あるいはデータの伝送に使用可能なそのほかの任意タイプのネットワークもしくはネットワークの組み合わせを介して行うことが可能である。言い換えると、本発明は、データを伝達するための特定タイプのネットワークおよび／または特定タイプのプロトコルのためのコマンドに関して記述されているが、本発明をいずれか１つのタイプのネットワーク・トポロジもしくはいずれか１つのタイプの伝送プロトコルに限定する必要のないことが理解される。
【０１０６】
データの伝送を容易にするために、アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０は、概して２つのコンポーネント、すなわち現場計測器ユニットＦＩ２の場所に配置されるコンポーネント５６０ａおよび中央ロケーション５００の場所に配置される別のコンポーネント５６０ｂを有する。このようにして中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバと、中央ロケーション５００に関して離れた場所に配置される１ないしは複数の現場ユニットＦＩ２との間においてデータ伝送を達成することができる。
【０１０７】
図１２に示されているとおり、アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０は、データを送信するために必要なステップを実行することが可能である。たとえばアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０は、データの認証、データの暗号化、および任意のデータの圧縮を援助することができる。言い換えると、アプリケーション・レイヤ・プロトコルは、すべての伝送コントロール機能において援助を行うことが可能である。アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０は、データ圧縮手段２５６、エラー補正手段２５８、データ暗号化２６０、および認証およびアクセス・コントロールのための手段２６２といった前述したほかの手段の一部として常駐し、もしくはそれを形成してもよく、あるいはこれらの機能を実行する独立した単独のユニットとしてもよい。またアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ａ、ｂは、現場計測器ＦＩ２および中央ロケーション５００それぞれの通信ユニットまたはモジュール２０、９１ｄと関連付けされ、もしくはその中に常駐することもできる。アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ａは、マイクロコンピュータ６４のソフトウエア・コンポーネント内に常駐することもできる。
【０１０８】
中央ロケーション５００に配置されるアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ｂは、データを受け取り、必要であればそのデータの暗号を解除し、標準エラー検出および補正テクニックを使用してそのデータを認証する。その場合に中央ロケーション１００は、伝送ゲートウエイ・サーバを包含する伝送ゲートウエイ５１０を有する。伝送ゲートウエイ・サーバは、現場ユニットＦＩ２から受け取ったデータを、中央ロケーション５００で使用可能な、かつ／またはストア可能な形式へ変換することができる。別の実施態様においては、ユニットＦＩ２内に取り付けられる通信モジュール２０の観点からシステム設計者によって選択された伝送プロトコルならびにキャリア・ネットワーク・トポロジに応じて、一部のデータを中央ロケーション５００へ直接渡すことができる。伝送ゲートウエイ５１０は、データ・サーバ５２０へ接続されるが、このデータ・サーバは、到来データを、異常なく認証され、妥当性検査が済んでいるものとして受け入れ、かつデータベース５５８への挿入のために読み値を示すデータを提出する。このデータベースは、データベース・サーバもしくはエンジンを介して、現場計測器センサＦＩ２のそれぞれにおけるすべてのセンサ４、８からの読み値のための中央レポジトリとして機能する。データベース５５８は、センサ４、８のそれぞれからの読み値を、センサ４、８ならびにこの読み値をもたらした対応する現場ユニットＦＩ２を識別してストアすることになる。またデータベース５５８は、そのほかの、読み取りの行われた時刻を含めた環境情報等の情報もストアする。
【０１０９】
図１２から明らかなように、アプリケーション・レイヤ・プロトコルは、中央ロケーション５００にあるデータ受信サービスとそれぞれの現場計測器ＦＩ２の間における相互の通信を可能にする。特に、現場ユニットＦＩ２にアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ａを持たせ、対応するアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ｂを中央ロケーション５００のデータ受信サーバに持たせることによって、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバと、それから離れたところに配置されている現場計測器ユニットＦＩ２の間においてデータ、インストラクション、およびコマンドを伝送することが可能になる。
【０１１０】
現場ユニットＦＩ２のところにあるアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ａと、中央ロケーション５００のデータ受信サーバのところにあるアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０ｂの間における情報の伝送は、任意の周知の手段によって行うことができる。しかしながら、好ましい実施態様においては、アプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０が、メッセージの使用を介して情報を伝達する。メッセージは、ヘッダおよび本体からなり、ヘッダは、次のようなフォーマットを有するものとすることができる。
【０１１１】
【表１】
2011010320.tif 000003
【０１１２】
このヘッダに、Ｎバイトのメッセージ・データを続けることができる。このデータのフォーマットは、メッセージ・タイプ、サブタイプ、およびバージョンに依存する。未使用のフィールドは、概してゼロにセットされる。
【０１１３】
多くのクラスのメッセージが存在できる。たとえばメッセージに、中央ロケーション５００に配置されたラップトップ・コンピュータ、サーバ、またはコンピュータ等のイニシエータから渡される、現場計測器ユニットＦＩ２等のターゲットにデータもしくはオペレーションを要求するコマンド・メッセージを含めることができる。またメッセージには、現場計測器ＦＩ２などのターゲットからイニシエータへ返される応答メッセージを含めることもできる。
【０１１４】
コマンドと応答の間に１対１の関係が存在しないこともある。たとえば、いくつかのコマンドは応答を要求せずに、現場計測器ユニットＦＩ２のプロセッサ５５０へインストラクションを渡すこともある。さらに、いくつかのコマンドが、複数の応答をトリガすることもある。応答を追跡するために、イニシエータによって開始されたそれぞれの新しいコマンド・トランザクションごとにインクリメントするカウンタとしてトランザクションＩＤフィールドを使用することができる。トランザクションは、いくつかのメッセージのうちの１つのメッセージから構成されることがある。トランザクションＩＤは、いくつかのメッセージのうちのあるメッセージのターゲットによって返される。トランザクションＩＤは、コマンドのターゲットによって、そのコマンドに対するすべての応答内においてイニシエータへ返される。これは、メッセージ・ヘッダの解析によって応答とコマンドの突き合わせを行う、おそらくは単純な手段である。
【０１１５】
トランザクションＩＤは、２つのサブフィールド、すなわち値およびインスタンスから構成することができる。値サブフィールドは、それぞれの新しいコマンド・トランザクションごとにインクリメントされる。符号なしの値が入れられ、ゼロは、ブロードキャスト・メッセージ等のトランザクションに拘束されないメッセージを示すために予約されている。したがって、トランザクションＩＤのためのインデクスの範囲は、１６進表記で０１からＦＦまでとなる。インスタンス・サブフィールドは、トランザクションの開始、トランザクションの終了等といったトランザクションの特定部分を示すために使用される。これには、トランザクションの最後のメッセージであることを示すゼロ、そのトランザクション内の残りのメッセージの数を示す正の数、そのトランザクションの最初のメッセージおよびそのトランザクション内のメッセージの残りの数の両方を示す負の数が割り当てられる。したがって、複数の応答を引き出すコマンドについては、各応答のためのトランザクションＩＤがまったく等しくなる。
【０１１６】
メッセージ・ヘッダ内に存在するそのほかのフィールドについて言えば、メッセージ・タイプ・フィールドが、コマンドまたは応答等のメッセージの主要なクラスを定義していることは明らかである。またメッセージ・ヘッダは、ターゲットおよび／またはイニシエータを識別して情報の転送を容易にすることができる。エラー・コード・フィールドは、概して応答用にのみ使用され、エラー検出および訂正を援助する。メッセージ長フィールドは、ヘッダも含めた全体のメッセージの長さを示す。最後の２つのフィールドは、将来の使用のために予約することができる。このメッセージ・フォーマットを使用する１つの利点は、現場計測器ユニットＦＩ２と、ネットワーク内のそのほかのコンポーネント、たとえば中央ロケーション５００にあるネットワーク・データ受信サーバ、またはそのほかの場所に配置されたラップトップ、サーバ、もしくはそのほかのコンピューティング・デバイスの間における情報の伝送を、互いの間において内部関数およびデータ表現に互換性がない場合であっても可能にすることである。言い換えると、アプリケーション・レイヤ・プロトコルの追加の機能が、万能トランスレータとして作用することになり、ネットワーク内のすべてのコンポーネントが互いに通信することを可能にする。
【０１１７】
前述したように、中央ロケーション５００のデータ受信サーバがデータを希望するとき、現場ユニットＦＩ２にデータを求めるポーリングを行うことが可能である。このポーリングは、現場計測器ユニットＦＩ２が中央ロケーションと接続された後に行うことが許され、あるいは好ましい実施態様においては、中央ロケーションによる教唆が可能である。この場合、中央ロケーション５００から特定の現場ユニットＦＩ２へコマンド信号を送り、その現場ユニットＦＩ２に測定を実行させ、かつデータを中央ロケーションへ返送させることができる。それに加えて、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバは、特定の現場計測器ユニットＦＩ２へコマンド信号を送り、プロセッサ５５０に、読み取りを行うべき時刻ならびにそのタイプを示すコマンド信号をストアさせることも可能である。プロセッサ５５０は、指定の時刻に読み取りを行い、読み取りを行った時点においてそのデータを中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバへ返すか、あるいはそれに代えて現場計測器ユニットＦＩ２にリモート配置されたメモリ５５２内へデータをストアすることができる。プロセッサ５５０は、センサ４、８から受け取った生のデータを処理し、詳細を後述するように、処理済みの情報をより低い伝送量で伝送することができる。
【０１１８】
別の好ましい実施態様においては、リモート配置された現場計測器ＦＩ２が、ワイヤレス・ネットワーク６００および公衆回線網６１０等のネットワークの状態を決定することをはじめ、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバの状態を決定することができる。これらのコンポーネントのいずれか１つが最適動作でないか、輻輳している場合に、現場計測器ＦＩ２のプロセッサ５５０は、読み値をメモリ５５２内へストアし、その後の時点においてデータの再送を自動的に試みることができる。
【０１１９】
さらに別の好ましい実施態様においては、現場計測器ＦＩ２が自律的であり、すなわちそれらが中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバとの接続を自動的に開始することができる。たとえば、現場計測器ユニットＦＩ２が最初にアクティブ化された後は、それらが自律的かつ自動的に中央ロケーションにあるデータ受信サーバへ、このことを通知することが可能になる。同様に、特定の現場計測器ユニットＦＩ２が、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバから、現場計測器ユニットＦＩ２のコンポーネントの一時的な障害、あるいはワイヤレス・ネットワーク６００もしくは公衆回線網６１０等のネットワークの一時的な障害を含む何らかの理由で一時的に切断された場合に、現場計測器ユニットＦＩ２は、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバへ、現在はそれが動作していることを知らせる信号を送ることができる。さらにまた現場計測器ユニットＦＩ２は、その時点において、ダウンタイムの間に行われた読み取りを表すデータを伝送し、かつ読み取りが行われた時刻を示すことができる。
【０１２０】
たとえば、現場計測器ユニットＦＩ２の最初のアクティブ化、あるいは一時的な中断後もしくは破局的な故障後のアクティブ化の後に、現場計測器ユニットＦＩ２は、中央ロケーション５００から信号を受け取るか、あるいは信号を中央ロケーション５００へ送り、その存在を示すことができる。いずれの場合であっても、最初の信号は、ネットワーク内においてその現場計測器ユニットＦＩ２をセットアップするか、初期化する情報を伝送することになる。この情報は、その現場計測器ユニットＦＩ２を識別する情報、および現場計測器ユニットＦＩ２の日付ならびに時刻を設定する情報、あるいはそれが、中央ロケーション５００にあるネットワーク・データ受信サーバの日付ならびに時刻と同一であることを確認する情報を含むことができる。
【０１２１】
したがって、図１２に開示されているシステムは、ワイヤレス・ネットワーク６００および／または公衆回線網６１０等のネットワークを含むシステム内のコンポーネントの任意の１つの故障をはじめ、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバあるいは現場計測器ユニットＦＩ２のコンポーネントの一時的な故障に耐え得ることから、それが高度の堅牢性を有することは明らかである。特に、現場計測器ユニットＦＩ２にあるプロセッサ５５０が、特定の時刻に読み値を獲得するべくあらかじめプログラムされている場合には、システムのほかのコンポーネントに故障があっても、またその読み値を表すデータを中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバへ渡すことができない場合であってもそれを継続して行うことになる。しかもプロセッサ５５０は、ネットワークがデータを伝送できるようになり、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバがデータを受け取ることができるようになるまで、時刻、日付、および読み値をローカルにメモリ５５２内へストアすることになる。さらに現場計測器ユニットＦＩ２は、それらの存在を、最初に中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバへ接続されるとき、あるいは一時的な中断もしくは破局的な故障が生じたときのいずれにおいても、自律的かつ自動的に再表明する。
【０１２２】
明らかにこれは、特に、低い発火点を伴う極めて可燃性の高い炭化水素流体およびガスの近傍でこのシステムが使用されている環境において利点を提供する。たとえば、破局的な爆発が生じ、かつ現場計測器ユニットＦＩ２がその爆発によって直接的な影響を受けなかった場合に、そのユニットは、継続的に読み値を獲得し、それらを対応するメモリ５５２内へローカルにストアすることができる。このデータは、その後その現場ユニットＦＩ２が以前の中央ロケーション５００にあるデータ・サーバへ再接続されたとき、あるいはこの中央ロケーション５００が取り替え不能に破壊された場合には新しい中央ロケーション５００と新しいデータ受信サーバへ接続されたとき、現場計測器ユニットＦＩ２が、システムのダウンタイムの間に獲得した読み値を表すデータを伝送することによって、データベース５５８へ再投入することができる。これらの読み値は、任意の破局的な事象の原因の決定における補助、および／またはその種の破局的な事象を回避するための将来における設計変更の支援とすることができる。
【０１２３】
図１３は、参照番号７００によって包括的に示されている放射状ネットワークを採用した、多数のリモート配置された現場計測器ＦＩ２を監視し、データを収集するための好ましい実施態様に関するシステム・アーキテクチャを略図的に示している。現場計測器ＦＩ２は、データを伝送するべく構成されており、図１を参照して圧力計測器ＦＩ２として説明したものと同一構成とすることができる。しかしながらより好ましくは、これらの計測器２は、所定の地理的領域もしくは油ガス設備にわたって多様な異なる動作状態に関係するデータを検出し、提供するべく適合されている。
【０１２４】
前述したように、中央ロケーション５００および／または現場ユニットＦＩ２が破局的な事象において損傷を受けた場合に、残りの現場計測器ユニットＦＩ２は、測定を継続し、それらを以前に受け取ったインストラクションに従ってローカル・メモリ５５２内へストアする。したがって図１３に例示されているシステムは、継続的に動作することになり、より詳細に言えば現場計測器ユニットＦＩ２は、ネットワークが輻輳している場合、もしくはネットワークもしくは中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバの一時的な障害がある場合、あるいはより大きな破局的な事象がある場合に、中央ロケーション５００へのその後の伝送のために、読み値を獲得してそれらをメモリ５５２内へローカルにストアすることになる。
【０１２５】
それに加えて、図１２を参照して前述したが、この放射状ネットワーク７００は、ワイヤレス・ネットワーク６００および／または公衆回線網６１０、あるいはそのほかの、データおよび／またはコマンドを伝達するための任意タイプのネットワークを経由する伝送が可能である。したがってここで理解されるように、本発明は、データおよび／またはコマンドを伝達するための特定タイプのネットワークを用いて説明されているが、いずれかの特定のネットワークに限定される必要もなければ、いずれか１つのタイプのプロトコルに限定される必要もない。さらに、ここで説明したネットワーク、特に放射状ネットワーク７００が、インターネット、公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、セルラ・ディジタル・ポケット・データ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｐｏｃｋｅｔ  Ｄａｔａ）（ＣＤＰＤ）、およびイリジウム（Ｉｒｉｄｉｕｍ）ネットワークを含む衛星ネットワーク等の１ないしは複数の多様なサブネットワークにわたってマップアウト可能であることが理解される。
【０１２６】
したがって本発明は、それが運用されるネットワークに依存しない。言い換えると、インターネット、ＰＳＴＮ、ＣＤＰＤ、および衛星ネットワーク等の多様なサブネットワークの１ないしは複数を使用することができる。さらにまた本発明は、これらの多様なサブネットワーク、および新しいサブネットワークが継続的に向上し、変化することから不可避に生じる進行中のサブネットワークの変化にも適合することができる。
【０１２７】
異なるトポロジを伴う複数のネットワークもしくはサブネットワークにわたってインストラクションをマップするためには、一意的なアプリケーション・レイヤおよびセクション・レイヤをこの通信システムへ追加し、現場計測器ユニット２のそれぞれから中央ロケーション５００への接続を確保する。またここで理解されるように、異なる現場計測器ユニット２が、異なるサブネットワーク、もしくはサブネットワークの組み合わせを使用して同一の中央ロケーション５００との通信を行うことが許される。したがって、図１３に例示されている放射状ネットワーク７００等の本発明のネットワークは、次に示すネットワークにマップすることが可能である。
【０１２８】
【表２】
2011010320.tif 000004
【０１２９】
上記に加えて、ネットワーク７００内において情報を伝達するために異なるネットワーク構造を使用することができる。ネットワーク・トポロジが図１３に例示されているような放射状ネットワーク７００となる好ましい実施態様においては、ネットワーク構造がクライアント／サーバ構造になる。その種の構造では、概してクライアントが、そのネットワーク内のほかのエレメント内の、一般にサーバと呼ばれるクライアントとの間の接続を開始するものと理解されている。この構造においては、クライアントが、受け取った入力を解読し、クライアントもしくはサーバのいずれかによって実行されるプロセスを決定することになる。要求されているプロセスが、サーバとの通信である場合には、クライアントはそれを行う。要求されているプロセスがサーバによって実行されるものであれば、クライアントはその要求をサーバへ渡す。同様にサーバの定義は、概して、サーバからの応答ならびにサービスを要求するクライアントを認証するエンティティおよびネットワーク７００となる。サーバは、しばしばプロセス用のデータをストアし、要求のあったときにデータをクライアントへ渡す。またサーバは、クライアント用のプログラム・モジュールをストアし、クライアントに対してオン・デマンドでそのプログラムを供給することもできる。ネットワーク７００内に示されているネットワークの１つの利点は、中央ロケーション５００のネットワーク・データ受信サーバもしくは現場計測器ユニットＦＩ２の任意の１つが、いずれも、クライアントもしくはサーバとして機能することである。放射状ネットワーク７００内にクライアント機能およびサーバ機能の相互交換性を有することによって、システムの多用途性が向上する。特に、達成されるべきタスクに応じて、所望のタスクを達成するべく機能が迅速に変化する。これはまた、一時的な機能停止もしくは破局的な障害の後において現場計測器ユニットＦＩ２がクライアントとして機能することを可能にすることによって、ネットワーク７００の堅牢性を向上させる。
【０１３０】
それに加えて、放射状ネットワーク７００は、設計によって、中央ロケーション５００の完全な故障に抗して残存することができる。現場計測器ユニットＦＩ２は、そのメモリ内に代替中央ロケーションが備えられており、その結果ＦＩ２は、アドレス・ベクトルを自動的に切り替えることになる。現場計測器ＦＩ２が実際の代替中央ロケーション５００を見つけたときには、ＦＩ２は、失われたデータを満たすことによって代替中央ロケーション５００の再投入を自動的に行うことになる。
【０１３１】
さらにまた、現場計測器ユニットＦＩ２と、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバの間におけるクライアント機能とサーバ機能の相互交換可能性は、ネットワーク７００全体を通じてデータを並列処理できるという追加の利点をもたらす。言い換えると、前述したように、各現場計測器ユニットＦＩ２にあるプロセッサ５５０に、中央ロケーション７００にあるネットワーク・データ受信サーバも含めて、ネットワーク７００内のほかのエレメントと独立したプログラムの実行を指示することが可能である。その結果、それぞれの遠隔ロケーションにある各プロセッサ５５０が同時にプログラムを実行することができる。このことは、データ配信の目的としたネットワーク・レベルにおける大規模並列処理を考慮に入れている。これは、現場計測器ユニットＦＩ２と、中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバの間におけるクライアント機能とサーバ機能の相互交換可能性によって促進される。たとえば、遠隔ロケーションのプロセッサ５５０に、生データの処理および処理後の情報の伝送が指示されるとした場合には、それが中央ロケーション５００にあるネットワークデータ受信サーバのプロセス要件を大きく軽減することが可能であり、またネットワーク７００全体にわたって伝送されるデータ容量を下げることができる。このことは、現場計測器ユニットＦＩ２の自律的な動作を提供しないＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；スーパーバイザリ・コントロール・アンド・データ・アクィジション）システム等のマスタ‐スレーブ・ベースの通信プロトコルと比較して有利である。
【０１３２】
さらに理解されることは、これも前述したが、ＳＣＡＤＡ（Ｓｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ；スーパーバイザリ・コントロール・アンド・データ・アクィジション）システムがマスタ‐スレーブ・ベースの通信プロトコルを使用していることに対して、本発明は、必ずしもその種の関係を必要とせず、インターネット等のネットワークがＴＣＰ／ＩＰプロトコルとともに利用される場合には、その種の関係が明確に取り除かれる。同様に、放射状ネットワーク７００のトポロジは、通常、クライアントがクライアントとサーバの間における接続を開始し、サーバからの応答もしくはサービスを要求しているクライアントの認証をサーバが行うクライアント／サーバ関係を使用するが、放射状ネットワーク７００が、必ずしもその種の構成に拘束される必要はない。むしろ放射状ネットワーク７００は、クライアント機能とサーバ機能の相互交換可能性を有する。言い換えると、前述したとおり、データおよびコマンドを、放射状ネットワーク７００に抗して現場計測器ユニットＦＩ２から中央ロケーション５００へ相互交換可能に渡すことができる。すなわち、達成されるべきタスクに応じて、現場計測器ユニットＦＩ２および中央ロケーション５００にあるデータ受信サーバは、機能を交換して所望のタスクを達成することができる。
【０１３３】
図１４は、サーバ／データ・ベース・システムのアーキテクチャの概要を例示しており、図１４においてはそれが包括的に参照番号７０２によって示されているが、その一部についてはすでに説明を行っている。特に、図１４は、サーバ／データ・ベース・システム７０２の異なるレイヤの間、すなわちデータ収集レイヤ７１０、データ優先順位付けレイヤ７１２、データ処理レイヤ７１４、およびデータベース５５８の間におけるデータのフローを例示している。さらにサーバ／データ・ベース・システム７０２は、３つの個別の階層を有すると考えることができる。第１の階層は、データ収集レイヤ７１０およびデータ優先順位付けレイヤ７１２を包含し、データの収集および優先順位付けに関係する。第２の階層は、データ処理レイヤ７１４を包含し、収集済みのデータを処理する。第３の階層は、データベース５５８自体と考えることができる。次に、これらのサーバ／データ・ベース・システム７０２のコンポーネントについて説明する。
【０１３４】
データ収集レイヤ７１０、データ優先順位付けレイヤ７１２、およびデータ処理レイヤ７１４に加えて、サーバ／データ・ベース・システム７０２は、様々な遠隔ロケーション、すなわち地理的に離隔されることが許される遠隔ロケーションからディジタル読み値出力データを収集する現場計測器ＦＩ２を包含する。システム７０２は、到来メッセージ・キュー７２０も含んでおり、現場計測器ユニットＦＩ２からの有効なバイナリ・データのストアにそれが使用される。到来メッセージ・キュー７２０は、認証用の更新済みデータを要求するためのデータ要求メッセージ・キュー（図示せず）も含んでいる。
【０１３５】
さらにシステム７０２は、送出メッセージ・キュー７２２も包含しており、このキューは、現場計測器ユニットＦＩ２へ、それに対する次の接続時に返す必要のあるバイナリ・データをストアするために使用される。このデータは、「前日の量」といった、現場計測器ユニットＦＩ２によってさらに測定を行うために、および／または、単に生データを構成し得るディジタル出力読み値に対立するものとしての処理済みディジタル出力読み値を提供するために要求されることのあるアイテムを含むことができる。送出メッセージ・キュー７２２はまた、データ収集レイヤ７１０用のデータも含み、さらに登録確認番号も含む。
【０１３６】
システム７０２の含むそのほかのキューは次のとおりである。
【０１３７】
アラーム・メッセージ・キュー７２４は、すべてのレイヤ７１０、７１２、および７１４によって生成されたすべてのアラーム・データを含む。このアラーム・データには、無効接続通知、不良接続チャンネル通知、無効データ通知、ミッシング・データ・ポイント通知、およびトレンドなし通知を含めることができる。優先順位付きデータ・メッセージ・キュー７２６は、到来メッセージ・キュー７２０へのストアが許されるデータに類似のストア済みバイナリ・データを含んでいるが、それらの順序付けが再度行われて、より重要なデータがキューの前面にストアされる点が異なる。たとえば、優先順位付きデータ・メッセージ・キュー７２６は、現場計測器ユニットＦＩ２からの緊急アラーム・データをデータとキューの正面に配置し、それによってそのデータが可能な限り迅速に処理されるようにすることができる。優先順位付きデータ・メッセージ・キュー７２６からの優先順位の付けられたデータは、続いて処理のためにデータ処理レイヤ７１４へ渡される。
【０１３８】
システム７０２内に参照番号７３０、７３１によって包括的に示されているファイルは、異なるレイヤ７１０、７１２、および７１４からの各種のログ・ファイルをはじめ、一時的なデータ・ファイル、およびそのほかの、システム７０２が使用することのできるファイルを含み、それについて次に説明する。ファイル７３０、７３１は、問題が生じたときにシステム７０２についてのより多くの情報を提供するため、およびデータがデータベース５５８内に保存される前のデータの一時的なストレージを提供するために使用することができる。
【０１３９】
好ましい実施態様においては、すべてのレイヤ７１０、７１２、および７１４によって生成されたすべての関連データをストアするためにデータベース５５８が使用される。このデータは、アラーム・データ、センサ・データ、鉱井ヘッドのデータ、フロー・データ、および量的トランザクション・レコード（ＱＴＲ）を含む。データベース・マネージャ・プログラムは、好ましくはオラクル（Ｏｒａｃｌｅ）（商標）によって提供される。
【０１４０】
次に、各種のレイヤの動作について説明する。データ収集レイヤ７１０は、基本的に現場計測器ユニットＦＩ２からの接続を受け入れる役割を担う。接続が受け入れられた後は、対応する現場計測器ユニットＦＩ２に接続されたツールからのバイナリ・データが認証されて、データの完全性が確保されることになる。データが有効であれば、データ収集レイヤ７１０は、そのデータを到来メッセージ・キュー７２０へストアする。同時にデータ収集レイヤ７１０は、送出データ・メッセージ・キュー７２２をチェックし、この接続に関して現場計測器ユニットＦＩ２へ返す必要のあるデータが存在するか否かを調べ、それが存在する場合には、送出データ・メッセージ・キュー７２２からそのデータを検索し、その特定の現場計測器ユニットＦＩ２に関連付けされたツールへ渡す。データ収集レイヤ７１０はまた、送出データ・メッセージ・キュー７２２からのデータを使用して接続の認証も行う。
【０１４１】
データ収集レイヤ７１０が、対応する現場計測器ユニットＦＩ２と接続されているツールからデータを受信する間にエラーを検出した場合には、データ収集レイヤ７１０は、そのエラーをログ・ファイル７３０へレポートする。検出できるエラーのタイプには、無効な接続および不良チャンネルの検出が含まれる。場合によっては、このデータ収集レイヤ７１０が、電子メール通知を含む任意の可能な手段を介してアラームを生成し、かつそのアラーム情報をデータベース５５８内に保存できるように、そのアラームデータをアラーム・メッセージ・キュー７２４へも渡す。
【０１４２】
データ優先順位付けレイヤ７１２に関して言えば、このレイヤ７１２の主要な目的は、重要なデータが可能な限り迅速にシステム７０２によって処理されることを確実にすることである。データ優先順位付けレイヤ７１２は、到来メッセージ・キュー７２０からバイナリ・データを受け取り、それがいずれのデータ・タイプであるかについて決定する。データのタイプが決定されると、優先順位が割り当てられ、バイナリ・メッセージが優先順位付きデータ・メッセージ・キュー７２６へ渡される。より高い優先順位を伴うバイナリ・データがあれば、それが優先順位付きデータ・メッセージ・キュー７２６の先頭に配置され、その結果、それがデータ処理レイヤ７１４によって最初に処理されることになる。データ優先順位付けレイヤ７１２内にエラーが生じた場合には、そのエラーがログ・ファイル７３１へレポートされる。
【０１４３】
データ処理レイヤ７１４は、システム７０２のデータのためのメインの処理センタである。データ処理レイヤ７１４は、データ処理モジュール７４０、データベース更新モジュール７４２、および様々なユーティリティ・モジュール７４４からなる。データ処理モジュール７４０およびデータベース更新モジュール７４２は、オプションとして単一の実行可能要素に結合することができる。
【０１４４】
データ処理モジュール７４０は、優先順位付きデータ・メッセージ・キューからバイナリ・データを受け取り、前述したアプリケーション・レイヤ・プロトコル５６０に従ってそのデータの解析を行い、解析済みのデータを基礎としてＩＭＶ値、ＱＴＲおよびフロー・データを生成する。これらのデータをはじめ、解析済みのデータは、メモリ内のバッファに保存されることになる。同じデータが、システム７０２のクラッシュに備えて一時的なデータ・ファイルへも保存されることになる。ＩＭＶ値は、送出データ・メッセージ・キュー７２２へ渡され、その結果、データ収集レイヤ７１０は、現場計測器ユニットＦＩ２に対する次の接続時に、対応する現場計測器ユニットＦＩ２のツールへ、それらの値を返すことができる。必要となる場合には、データ処理モジュール７４０は、データを適正に処理するために、データベース５５８からのデータの検索を直接行うことができる。データ処理モジュール７４０がデータを処理する間にエラーに遭遇した場合には、そのエラーがログ・ファイル７３１へレポートされる。このモジュールが検出するエラーのタイプには、有効なタイプを伴う無効データ、ミッシング・データ・ポイント、データ・パッケージなし（すなわち、トレンド・レコードなし）およびそのほかのエラーのタイプが含まれる。場合によっては、アラームが生成され、そのアラーム・データが、プログラムおよび一時ならびにデータ・ファイル７３１内のアラーム・バッファへ保存される。データ処理モジュール７４０によって処理されるデータには、トレンド・データ、鉱井ヘッド・データ、ＩＭＶ値、フロー・データ、およびＱＴＲを含めることができる。データ処理モジュール７４０は、ＡＧＡ‐３‐９２（天然ガスならびにそのほかの関連炭化水素のオリフィス計量）、ＡＧＡ‐８‐９４（天然ガスならびにそのほかの関連炭化水素の圧縮率）等の周知のアルゴリズム、および『ガス・オリフィス・フロー・プログラムＣランゲージ・コンピュータ・コード・ユージングＡ．Ｇ．Ａ．レポートＮｏ．３（１９９２年）およびＮｏ．８（１９９４年）ＧＯＦＬＩＢＣソース‐Ａバージョン１．３（Ｇａｓ  Ｏｒｉｆｉｃｅ  Ｆｌｏｗ  Ｐｒｏｇｒａｍ  Ｃ  Ｌａｎｇｕａｇｅ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ｃｏｄｅ  Ｕｓｉｎｇ  Ａ．Ｇ．Ａ．  Ｒｅｐｏｒｔ  Ｎｏ．３（１９９２）  ａｎｄ  Ｎｏ．８（１９９４），ＧＯＦＬＩＢＣ  Ｓｏｕｒｃｅ‐Ａ  Ｖｅｒｓｉｏｎ  １．３）』等の基本ソフトウエア・モジュールをはじめ、任意のそのほかの現在周知の、あるいは将来開発されるアルゴリズムに従ってデータを処理することができる。
【０１４５】
データベース更新モジュール７４２は、基本的に、処理済みのデータをデータベース５５８へ保存する役割を担う。データベース更新モジュール７４２は、アラーム・メッセージ・キュー７２４からデータを受け取り、データベース５５８内へストアすることになる。アラーム・メッセージ・キュー７２４は、データベース５５８へ保存されるべきデータを常に有しているとは限らない。そのためデータベース更新モジュール７４２は、規則的にウェイクアップしてアラーム・メッセージ・キュー７２４からのデータをチェックし、データが存在する場合にはそのデータをメモリ内のバッファへ保存することになる。またデータベース更新モジュール７４２は、このバッファをチェックして保存されるべきデータの有無を調べるが、概して充分なデータがバッファ内に蓄積されるまで待ち、その後データベース５５８への保存を行うことになる。これによって、データベース更新モジュール７４２からの絶えず続くアクセスによってデータベース５５８が圧倒されることがなくなり、モジュール７４２は、適時の態様でデータベース５５８内へデータが保存されることを妥当に確保することができる。データベース更新モジュール７４２がデータを処理する間にエラーに遭遇した場合には、そのエラーがログ・ファイル７３１へレポートされることになる。
【０１４６】
ユーティリティ・モジュール７４４は、１日に１度、もしくはあらかじめ定義済みのスケジュールに従ってデータの計算が必要なときに使用される。一例を、前日の量ＹＶＯＬの計算とすることができる。これらのタスクを効率的な方法で実行するために、いくつかのユーティリティ・モジュール７４４が、これらのタスクの１つもしくは複数を扱う。たとえば前日の量ユーティリティ・モジュールＹＶＯＬ  ７４４は、１日のあらかじめ定義済みの時刻にウェイクアップし、データベース５５８からデータを検索し、かつ各現場計測器ユニットＦＩ２に関連付けされたそれぞれのツールについての量を計算する役割を担う。計算済みのデータは、その後、送出データ・メッセージ・キュー７２２へ保存される。モジュールＹＶＯＬ  ７４４がデータを処理する間にエラーに遭遇した場合には、そのエラーがログ・ファイル７３１へレポートされることになる。
【０１４７】
量トランザクション・レコードの再計算を行うユーティリティ・モジュールＱＴＲ再計算７４４は、フロー・パラメータの変化といったデータの再計算を時々行い、データの正しいことを確保する。ＺＩＤユーティリティ・モジュールＺＩＤ  ７４４は、時々到来するデータの認証のためにデータ収集レイヤ７１０によって要求されることのあるデータ更新を計算し、それにおいてＺＩＤデータはデータベース５５８内において更新されることができるが、データ収集レイヤ７１０内における更新はできない。データ収集レイヤ７１０は、古くなったＺＩＤデータを検出するとＺＩＤ要求メッセージ・キュー（図示せず）へ要求を送り、新しい更新済みのＺＩＤデータを要求することになる。ＺＩＤデータ更新モジュールは、このキューを規則的にチェックし、データ収集レイヤ７１０からの要求の有無を調べる。要求が見つかった場合にＺＩＤユーティリティ・モジュールＺＩＤ  ７４４は、データベース５５８からデータを検索してそれを送出データ・メッセージ・キュー７２２へ渡し、その結果、データ収集レイヤ７１０がそれを適切な現場計測器ユニットＦＩ２へ転送することが可能になる。ＺＩＤユーティリティ・モジュールがデータを処理する間にエラーに遭遇した場合には、そのエラーがログ・ファイル７３１へレポートされることになる。
【０１４８】
ユーティリティ・モジュール７４４は、追加のタスクを実行するための追加のモジュールを有することができる。たとえばモジュール７４４が登録確認番号を有し、データ収集レイヤ７１０に対する登録番号を確認して適正な暗号化済み情報が現場計測器ユニットＦＩ２によって提供されていることを確保できる。たとえば前述したように、現場計測器ユニットＦＩ２が自動的かつ自律的に中央ロケーション５００へ接続するときに、これを生じさせることができる。またこれは、現場計測器ユニットが、一時的な長い中断からシステムへの再接続を行った後においても生じさせることができる。より好ましくは、この確認が現場計測器ユニットＦＩ２への各接続の開始時に生じるとよい。ユーティリティ・モジュール７４４は、データ収集レイヤ７１０へ、現場計測器ユニットＦＩ２から受け取った暗号化済み識別番号を確認する確認番号を提供し、現場計測器ユニットＦＩ２からデータベース５５８への通信のセキュリティを向上することができる。追加のセキュリティ機能としては、レイヤ７１０、７１２、７１４の受け取る情報の認証、およびデータベース５５８がファイアウォールの背後に配置されることが挙げられる。さらに、システム７０２への新しい現場計測器ユニットＦＩ２の追加があるときには、その新しい現場計測器ユニットＦＩ２に固有の暗号化済み識別番号を、前もってシステム７０２内にストアしておくことができる。この方法によれば、現場計測器ユニットＦＩ２が自動的かつ自律的にシステム７０２へ接続する場合に、システム７０２が、その新しい現場計測器ユニットＦＩ２の認証に必要な情報をすでに有していることになる。
【０１４９】
前述したとおり、好ましい実施態様の１つにおいては、収集されたデータがワイヤレス・モデムを経由して離れたポイントへ伝達される。この通信は、インストール済みオペレーティング・システムを介して計測器によって開始されることもあり、あるいはリモート・ユーザ‐データベース・サーバによって開始されることもある。公衆電話回線網を介して、あるいはインターネットもしくは専用通信ネットワークを介してＴＣＰ／ＩＰを使用する１ないしは複数のユーザもしくはデータベースへ、データをルーティングすることができる。さらに別のモードにおいては、データがインタラクティブ・セッションの間に交換され、ローカル端末もしくはリモート・ユーザに対して『リアル・タイム』の読み出しが提供される。
【０１５０】
アラーム・モードにおいては、プロセスおよびシステム・ステータス情報が、計測器の通信チャンネルの１つもしくは複数を介して自動的に送られる。データ配信は、プロセス値の計算もしくはシステム・エラーがアラーム状態の存在を決定したときに開始される。典型的な例としては、低フロー、過大圧力、合計量、限界等が挙げられる。
【０１５１】
応用
ここで開示した新しい計測器およびシステムの応用は、フロー計量を含む。計測器は、秒当たり１回のレートを最大としてデータのサンプリングを行い、高い時間的分解能でフロー計算が実行されることを可能にする。このシステムは、保護付き移送の評価、使用時点計量、および輸送パイプライン漏れチェックに適している。計測器は、通常、リモート・データ・ダンプ・モードで動作し、ログ済みのフロー・データならびにフロー統計を、ワイヤレス・ディジタル・モデムを介してユーザのデータベースに対して配信する。必要に応じてこの計測器は、プロセス値もしくはステータスが仕様から外れていることを通知するべくアラーム・モードに切り替わること、あるいは周期的に問い合わせが行われてプロセス状態を読み取ることができる。この計測器の場所には、鉱井ヘッドまたはパイプライン監視ステーションが含まれる。通信手段としては、地上セルラ・サービス（ディジタル・パケットまたは回線交換）もしくはディジタル衛星リンクのいずれかによって提供されるワイヤレス通信が挙げられる。主要な要件は、フロー・レートならびに合計量データの、遠隔無人の正確な収集ならびにタイム・スタンプである。
【０１５２】
別の応用に、オリフィス・メータを使用したフロー計量がある。計測器は、内蔵アナログＰセンサ、内蔵もしくは外部ｄＰセンサ（その場所の精度要求による必要に応じて）、および外部ＲＴＤ温度センサを必要とすることになる。オリフィス・メータを介したフロー・レートまたは合計量は、オリフィスの特性値ならびにＡＧＡ流動方程式を使用して決定される。
【０１５３】
また別の応用は、タービンまたは押しのけ量フロー・メータに関係する。その場合の計測器は、内蔵アナログＰセンサ、外部ＲＴＤ温度センサ、および１ないしは複数の、フロー・メータからのパルスをカウントするディジタル入力取り込みチャンネルを必要とする。正確なフロー・レート決定は、ディジタル入力カウント・レートとともに圧力ならびに温度補償を使用することによって達成される。
【０１５４】
さらに別の応用は、超音波フロー・メータおよび多段階フロー・メータを含む。その場合の計測器は、内蔵アナログＰセンサ、外部ＲＴＤ温度センサ、および超音波フロー・メータとのインターフェースのためのディジタル通信ポート（ＲＳ‐４８５）を必要とする。正確なフロー・レート決定は、圧力ならびに温度値を使用してフロー・メータを通過したフロー・プロファイルのレイノルド数を決定し、それがフロー・メータの読み値の正確な補正を可能にすることによって達成される。
【０１５５】
本発明の教示があれば、この計測器および方法を生産の監視および最適化のために使用することができる。計測器は、毎分約１回のデータのサンプリングを行い、生産圧力を監視する。計測器は、リモート・データ・ダンプ・モードで動作してログ済みの圧力データならびに統計をユーザのデータベースへ配信する。必要な場合には、プロセスが仕様から外れていることを計測器が通知するべくアラーム・モードに自動的に切り替わること、あるいは周期的に問い合わせが行われてプロセス状態を読み取ることが可能である。計測器は、鉱井上もしくはその近傍に配置されることになる。通信手段には、地上セルラ・サービス（ディジタル・パケットまたは回線交換）もしくはディジタル衛星リンクのいずれかによって提供されるワイヤレス通信が含まれる。主要な要件は、鉱井ヘッド圧力の遠隔無人決定を含む。鉱井には、ＰセンサならびにＲＴＤセンサをともに用いる計測器が装備されることになる。圧力測定レートは、毎分台から数時間ごととなるが、通常はタイム・スタンプが付されてログされ、数日後にダンプされる。計測器は、設定済みのパフォーマンス帯の外に圧力が逸れると、直ちにアラームを生成する。
【０１５６】
好ましい実施態様は、圧力センサ４、６を含むものとしてこのシステムを記述しているが、本発明がそのように限定されることはない。ここで認識されるべきであるが、このシステムは、異なるタイプの設備、油および／またはガスもしくはそのほかの設備の特性および／または読み値の監視ならびに測定において使用されてもよく、またそのために、このほかのセンサをエンクロージャ付きもしくはエンクロージャなしで使用されることもある。これらの特性としては、圧力、差動圧力、量、エネルギ、質量、距離、粘性、比重、周波数、電流ならびに電圧、およびモル熱量を挙げることができる。
【０１５７】
以上、本発明の好ましい実施態様について説明してきたが、ここで説明した実施態様が例示に過ぎず、本発明の範囲が、付随する特許請求の範囲によって、その完全な範囲の均等、およびその検討から当業者に自明の多くの変形ならびに修正が認容されたときにのみ定義されるものと理解されるべきである。
【符号の説明】
【０１５８】
２  ＦＩ；圧力計測器ＦＩ；現場ユニット；現場ユニットＦＩ；現場計測器；現場計測器ＦＩ；現場計測器ユニットＦＩ
４  アナログ圧力センサ；圧力センサ；内蔵センサ
６  アナログ圧力センサ；内蔵センサ
８  アナログ温度センサ；外部センサ；低精度外部抵抗ベース・センサ
９  外部センサ；補助ディジタル・センサ・ポート
１０  バッテリ；内蔵バッテリ・パック
１２  オペレーティング・システム；カスタム・オペレーティング・システム
１４  不揮発性メモリ
１６  プロセッサ；マイクロプロセッサ；メイン・プロセッサ
１８  ＬＣＤ；小型ＬＣＤ
２０  現場通信モジュール；通信モジュール；内蔵ワイヤレス通信モジュール
３０  シリコン・ダイアフラム
３１  電子回路
３２  抵抗ブリッジ・センサ
３４  シール付きチャンバ
５０  電源管理手段
５０ａ  コンポーネント
５０ｂ  コンポーネント
５２  バッテリ；内蔵再充電可能バッテリ
５４  太陽電池パネル接続
５６  バッテリ・バンク
５８  幹線アダプタ
６０  補助電源出力
６２  マイクロコンピュータ・スーパーバイザリ機能回路
６４  マイクロコンピュータ
６６  ＳＲＡＭ；スタティック・ランダム・アクセス・メモリ
６８  ＲＯＭ；不揮発性読み出し専用メモリ
７０  ＥＥＰＲＯＭ；電気的消去可能読み出し専用メモリ
７２  ＲＳ‐２３２Ｃポート；フラッシュ・キャッシュ・メモリ；フラッシュ・メモリ；ローカルＲＳ‐２３２Ｃシリアル・ポート
７２ａ  ラップトップ・コンピュータ
７３  マイクロプロセッサ
７４  ＵＡＲＴ
７６  ＲＳ‐４８５シリアル・ポート；ＲＳ‐４８５デバイス
７７  ＵＡＲＴ
７８  インジケータおよびディスプレイ手段
８０  マニュアル入力モジュール
８２  ディジタル入力取り込みポート
８４  アナログ・センサおよび読み出しモジュール
８６  アナログ・センサ・デバイス；アナログ・センサ・ポート；精密圧力ポート
８８  アナログ・センサ・デバイス；アナログ・センサ・ポート
９０  リモートもしくは外部センサ・ポート；アナログ・センサ・デバイス；アナログ・センサ・ポート；スーパーバイザ手段
９１  リモート・ディジタル・センサ；ワイヤレス・モデム
９１ａ  アナログ・エキサイテーション調和回路
９１ｂ  アナログ・マルチプレクサ
９１ｃ  精密ＡＤＣ；精密アナログ・ディジタル・コンバータ
９１ｄ  ワイヤレス・モデム
９１ｅ  アンテナ
９２ａ  較正マップ・ローダ手段
９４  リアル・タイム・クロック手段
９６  割り込みおよびスケジューラ
９８  ファームウエア・インストーラ
１０２  コマンド・インタプリタ手段
１５０  油ガス設備
１５１  油ガス井
１５２  ワイヤレス伝送
１５４  データベース・エンジン
１５５  現場通信ソフトウエア
１５６  データ・マネージャ・ソフトウエア
１５８  データベース
１６０  ユーザ・インターフェース・モジュール
１６２  サーバ
１６４  インターフェース
１６６ａ  クライアント；ユーザ・コンピュータ
１６６ｂ  クライアント；ユーザ・コンピュータ
１６６ｃ  クライアント；ユーザ・コンピュータ
１６６ｄ  クライアント；ユーザ・コンピュータ
１６７ａ  コンピュータ；第１のコンピュータ
１６７ｂ  コンピュータ；第２のコンピュータ
１６８  鉱井
１７０  ウェブ・サーバ
１７６  サーバ・インターフェース
１７８  インターネット
１８４  リンク
２０４  測定データ管理モジュール
２０６  プロセス統計の生成および計算のための手段
２０８  トレンディングのための手段
２１０  時間圧縮のための手段
２１２  アーカイビングのための手段
２１４  システム機能モジュール
２１６  電源管理手段
２１８  システム識別
２２０  デバイス・メンテナンス手段；デバイス管理
２２２  ウォッチドッグ・タイマ手段
２２４  システム・エラーおよびアラーム手段
２２６  プロセス監視モジュール
２２８  サンプル・シーケンス・アルゴリズム
２２９  内側チャンバ
２３０  プロセス変数計算手段
２３２  プロセス・アラーム手段
２３４  測定トリガ・レート手段
２３６  データ獲得
２３８  センサ応答変換
２４０  ＡＤＣ読み出しおよびコントロール
２４２  ＡＤＣセッティング
２４４  ＭＵＸコントロール
２４６  ＡＤＣチャンネル選択
２４８  通信およびプロトコル管理モジュール
２５４  ワイヤレス・チャンネル管理手段
２５６  データ圧縮手段
２５８  エラー補正手段
２６０  データ暗号化；データ暗号化手段
２６２  認証およびアクセス・コントロールのための手段
４００  エンクロージャ
４０２  ベース
４０４  外側円筒表面
４０６  開口
４０８  開口
４０９  開口
４１０  外径
４１２  内径
４１４  内側ねじ手段
４１６  トップ
４１８  ＬＣＤ；液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）
４２０  内側チャンバ
５００  中央ロケーション
５１０  伝送ゲートウエイ
５２０  データ・サーバ
５５０  プロセッサ
５５２  メモリ
５５８  データベース
５６０  アプリケーション・レイヤ・プロトコル
５６０ａ  アプリケーション・レイヤ・プロトコルのコンポーネント
５６０ｂ  アプリケーション・レイヤ・プロトコルのコンポーネント
６００  ワイヤレス・ネットワーク
６１０  公衆回線網
７００  ネットワーク；放射状ネットワーク
７０２  サーバ／データ・ベース・システム；システム
７１０  データ収集レイヤ
７１２  データ優先順位付けレイヤ
７１４  データ処理レイヤ
７２０  到来メッセージ・キュー
７２２  送出データ・メッセージ・キュー；送出メッセージ・キュー
７２４  アラーム・メッセージ・キュー
７２６  優先順位付きデータ・メッセージ・キュー
７３０  ファイル；ログ・ファイル
７３１  ファイル；ログ・ファイル
７４０  データ処理モジュール
７４２  データベース更新モジュール
７４４  ＱＴＲ再計算；ＺＩＤユーティリティ・モジュールＺＩＤ；ユーティリティ・モジュール；ユーティリティ・モジュールＱＴＲ再計算；前日の量ユーティリティ・モジュールＹＶＯＬ
【図１】
2011010320.tif 000005
【図２】
2011010320.tif 000006
【図３】
2011010320.tif 000007
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2011010320.tif 000011
【図８】
2011010320.tif 000012
【図９】
2011010320.tif 000013
【図１０】
2011010320.tif 000014
【図１１】
2011010320.tif 000015
【図１２】
2011010320.tif 000016
【図１３】
2011010320.tif 000017
【図１４】
2011010320.tif 000018