(57)【要約】  消費電力を予測的に制限するように構成され、２線式の機器用バスで使用するのに適合したバス機器（１０）が提供される。バス機器（１０）は、センサ（１３）、シャントレギュレータ（１４）、および制御装置（２０）を備える。制御装置（２０）は、ループ電流ＩＬが変化した後に、バス機器（１０）に利用可能となる予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成し、この予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力Ｐｔ０と比較し、全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅが制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるように構成される。
2011529601.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消費電力を予測的(predictively)に制限するように構成され、２線式(two-wire)の機器用バス(instrumentation bus)で使用するのに適合した(adapted for)バス機器(bus instrument)（１０）であって、
センサ（１３）と、
過剰な(excess)電流を分流する(shunting)ように構成されたシャントレギュレータ（１４）と、
前記シャントレギュレータ（１４）および前記センサ（１３）に結合された制御装置（２０）であって、ループ電流ＩＬが変化した後に、前記バス機器（１０）に利用可能となる予測された有能電力(predicted available power)Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成し、前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力(controller power)Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力(present time power)Ｐｔ０と比較し、前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが前記制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒに前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるように構成された制御装置（２０）とを備えるバス機器（１０）。
【請求項２】
前記制御装置（２０）がさらに、前記センサ（１３）からの測定値を受信し、前記測定値から予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを生成するように構成され、前記予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを使用して、前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが生成される、請求項１に記載のバス機器（１０）。
【請求項３】
前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップが、前記センサ（１３）に供給されるセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを低減させるステップを含む、請求項１に記載のバス機器（１０）。
【請求項４】
前記制御装置（２０）がさらに、ループ抵抗ＲＬおよび供給電圧Ｖｓを決定するように構成される、請求項１に記載のバス機器（１０）。
【請求項５】
前記制御装置（２０）がさらに、所定の第１のループ電流ＩＬ１における第１のループ電圧ＶＬ１を測定し、所定の第２のループ電流ＩＬ２における第２のループ電圧ＶＬ２を測定し、前記第１および第２のループ電圧ＶＬ１およびＶＬ２、ならびに前記第１および第２のループ電流ＩＬ１およびＩＬ２から、前記ループ抵抗ＲＬを決定するように構成される、請求項１に記載のバス機器（１０）。
【請求項６】
２線式の機器用バスのバス機器内で消費電力を予測的に制限するための方法であって、
ループ電流ＩＬが変化した後に、前記バス機器に利用可能となる予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成するステップと、
前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力Ｐｔ０と比較するステップと、
前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが前記制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒに前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップとを含む方法。
【請求項７】
前記センサから測定値を受信するステップと、
前記測定値から予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを生成するステップとをさらに含み、前記予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが、前記予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを使用して生成される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップが、前記センサに供給されるセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを低減させるステップを含む、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
ループ抵抗ＲＬおよび供給電圧Ｖｓを決定する予備ステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記ループ抵抗ＲＬを決定するステップが、
所定の第１のループ電流ＩＬ１での第１のループ電圧ＶＬ１を測定する予備ステップと、
所定の第２のループ電流ＩＬ２での第２のループ電圧ＶＬ２を測定する予備ステップと、
前記第１および第２のループ電圧ＶＬ１およびＶＬ２、ならびに前記第１および第２のループ電流ＩＬ１およびＩＬ２から、前記ループ抵抗ＲＬを決定する予備ステップとを含む、請求項９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２線式の機器用バスのためのバス機器および方法に関し、より詳細には、２線式の機器用バスにおいて消費電力を予測的に制限するためのバス機器および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バスループは、普通、たとえば産業の場などにおいて様々な機器を接続するのに使用される。バスループは、バス機器に電力を供給することができる。バスループは、バス機器と１つまたは複数の外部装置との間の通信を可能にすることができる。たとえば、バスループは、普通、バス機器の測定値を報告するのに使用され、さらにはバス機器の制御を可能にすることができる。
【０００３】
１つのバスループプロトコルは、２線式のバスプロトコルであり、固有の電力制限事項により４−２０ミリアンペア（ｍＡ）バスと呼ばれることがある。２線のみを使用し、この２線が電力と電子通信をともに提供するバスへの、各機器の接続を簡単にするために、このバスプロトコルを利用することができる。このバスプロトコルは、たとえば、安全上の理由から電力が制限されている、危険で爆発しやすい環境において使用してもよい。
【０００４】
一般的な２線式のバスプロトコルにおける測定値の通信は、４ｍＡから２０ｍＡまでの間など、所定の範囲に電流引込み値を制御し変更するステップを含む。このバスプロトコルでは、バスループ内のループ電流を４ｍＡに制御することにより、電流ゼロ状態を表す。４ｍＡ未満のバスループ電流は、２線式バスプロトコルによれば有効な測定値ではなく、バス機器の電源投入フェーズまたは他の何らかの信号方式を含むことができる。同様に、電流量が最大になると、結果として、バス機器は、バスループ電流が約２０ｍＡになるよう制御することになる。
【０００５】
ホストシステムが、２線式バスループに接続され、調整された電力を供給し、接続されたバス機器すべてからの通信信号を受信する。このホストシステムは、電流量（すなわち測定値）を変換し、この測定値を監視用コンピュータなどの外部装置に渡す。
【０００６】
制限される電流および制限される電力が問題となることがある。バス機器は、電流制限値を超えることなく、正確かつ確実に動作しなければならない。バス機器内で電力要求が増大すると、機器の電流要求が、適用可能なプロトコルによって規定された量を超えることがある。さらに、電流が最小の状態では、２線式バス機器は、４ｍＡを超える電流を消費することができない。この低電流レベルが問題となることがあり、バス機器を動作させるのに十分な電流ではないことがある。
【０００７】
実施形態によっては、消費電力が有能電力の限界値に達するか、またはそれを超える場合、エラー状態が生じることがある。実施形態によっては、このエラー状態の結果として、バス機器が不良動作または信頼性のない動作に陥ることがある。実施形態によっては、このエラー状態の結果として、バス機器内の１つまたは複数のプロセッサのリセットにつながることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、バス機器の消費電力が、可能な限り許容電力の限界を下回るように維持さ
れることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様では、消費電力を予測的に制限するように構成され、２線式の機器用バスで使用するのに適合したバス機器が、
センサと、
過剰な電流を分流するように構成されたシャントレギュレータと、
シャントレギュレータおよびセンサに結合された制御装置であって、ループ電流ＩＬが変化した後に、バス機器に利用可能となる予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成し、この予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力Ｐｔ０と比較し、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるように構成された制御装置とを備える。
【００１０】
好ましくは、制御装置はさらに、センサからの測定値を受信し、この測定値から予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを生成するように構成され、この予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを使用して、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが生成される。
【００１１】
好ましくは、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップは、センサに供給されるセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを低減させるステップを含む。
【００１２】
好ましくは、制御装置はさらに、ループ抵抗ＲＬおよび供給電圧Ｖｓを決定するように構成される。
【００１３】
好ましくは、ループ抵抗ＲＬおよび供給電圧Ｖｓを決定するステップは、所定の第１のループ電流ＩＬ１における第１のループ電圧ＶＬ１を測定する予備ステップと、所定の第２のループ電流ＩＬ２における第２のループ電圧ＶＬ２を測定する予備ステップと、第１および第２のループ電圧ＶＬ１およびＶＬ２、ならびに第１および第２のループ電流ＩＬ１およびＩＬ２から、ループ抵抗ＲＬを決定する予備ステップとを含む。
【００１４】
本発明の一態様では、２線式の機器用バスのバス機器において消費電力を予測的に制限するための方法が、
ループ電流ＩＬが変化した後に、バス機器に利用可能となる予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成するステップと、
予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力Ｐｔ０と比較するステップと、
予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップとを含む。
【００１５】
好ましくは、この方法はさらに、センサからの測定値を受信するステップと、この測定値から予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを生成するステップとを含み、この予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを使用して、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが生成される。
【００１６】
好ましくは、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるステップは、センサに供給されるセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを低減させるステップを含む。
【００１７】
好ましくは、この方法はさらに、ループ抵抗ＲＬおよび供給電圧Ｖｓを決定する予備ステップを含む。
【００１８】
好ましくは、ループ抵抗ＲＬを決定するステップは、所定の第１のループ電流ＩＬ１における第１のループ電圧ＶＬ１を測定する予備ステップと、所定の第２のループ電流ＩＬ２における第２のループ電圧ＶＬ２を測定する予備ステップと、第１および第２のループ電圧ＶＬ１およびＶＬ２、ならびに第１および第２のループ電流ＩＬ１およびＩＬ２から、ループ抵抗ＲＬを決定する予備ステップとを含む。
【００１９】
すべての図面において、同じ参照番号は同じ要素を表す。各図面は必ずしも一定の縮尺ではないことを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態によるバスループシステムを示す図である。
【図２】本発明の一実施形態による制御装置を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による、２線式の機器用バスのバス機器において消費電力を予測的に制限するための方法の流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１〜３および以下の説明により、本発明の最良の形態をどのようにして実現し使用するのかを、当業者に教示するための具体例を示す。発明の原理を教示するために、いくつかの従来の態様を簡略化または省略した。本発明の範囲にあるこれらの例から、当業者には変形形態が理解されよう。以下に述べる特徴を様々な方式で組み合わせて、本発明の複数の変形形態を形成できることが当業者には理解されよう。その結果、本発明は、以下に述べるこれらの具体例には限定されず、特許請求の範囲およびその均等物によってのみ限定される。
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態によるバスループシステム１００を示す。バスループシステム１００は、ホストシステム１、２線式バスループ４、およびこの２線式バスループ４に接続されたバス機器１０を備える。ホストシステム１には、電源２、信号抵抗Ｒｓ、および信号抵抗Ｒｓに結合された測定装置３が含まれ得る。実施形態によっては、バスループシステム１００には、本質的に安全な（Ｉ．Ｓ．）バリアが含まれ得る（破線を参照）。Ｉ．Ｓ．バリアは、たとえば危険な環境を保護するように設計された物理的なバリアを含むことができる。
【００２３】
ホストシステム１は、２線式バスループ４上にループ電圧ＶＬおよびループ電流ＩＬを生成する。ループ電圧ＶＬは、本質的に安全な（Ｉ．Ｓ．）プロトコル、または他の耐危険性もしくは防爆性のプロトコルなどによって、実質的に規定しまたは限定することができる。２線式バスループシステム１００によっては、ループ電圧ＶＬは、１６ボルト（Ｖ）から３６ボルト（Ｖ）の間に設定される。ループ電圧ＶＬは、電源電圧Ｖｓおよびループ電流ＩＬに依存する。ループ電流ＩＬは、制御装置２０によって設定されるが、適用可能なバスプロトコルまたはＩ．Ｓ．プロトコルによって制約を受ける。したがって、制御装置２０は、限られたやり方でループ電流ＩＬを変更することができる。ループ電流ＩＬは、こうしたプロトコルにおいて、２４ｍＡ以下に制限することができ、通常は、４ｍＡ〜２０ｍＡ（または、１０ｍＡ〜２０ｍＡ）の範囲にあって、測定値をホストシステム１に伝達する。しかし、他のループ電流値が考慮され、これらは本明細書の説明および特許請求の範囲に記載の範囲内にある。さらに、電源２が供給するループ電圧ＶＬは固定しなくてもよく、電力を決定するために測定する必要があってもよい。ループ電圧ＶＬは、電源電圧Ｖｓと異なっていてもよい。
【００２４】
ループ電流ＩＬは、信号抵抗Ｒｓを通って流れ、可変電圧を生成する。測定装置３は、信号抵抗Ｒｓの両端に生成される電圧を測定し、この電圧を変換して測定信号にする。したがって、ループ電流ＩＬは、センサ１３および制御装置２０からの測定値をホストシステム１に転送し、最終的には１つまたは複数の外部装置に転送する。さらに、必要なら、デジタル通信信号をループ電流ＩＬ上に重畳することができる。
【００２５】
バス機器１０は、どんな方式の機器をも含むことできる。例として、バス機器１０は流量計を備えることができる。バス機器１０が、コリオリ流量計または振動式密度計を含む流量計である場合、センサ１３は、振動式駆動部を備える。
【００２６】
バス機器１０は、センサ１３、制御装置２０、およびシャントレギュレータ１４を備える。さらに、バス機器１０は、センサ１３および制御装置２０用の、ループ電流制御装置２３、ならびに電圧コンバータ２４および２５を備えることができる。実施形態によっては、センサ１３は、バス機器１０に結合された独立した構成部品（図示せず）を備えることができる。センサ１３は、たとえば流量計など、どんな方式のセンサをも含むことができる。しかし、他のセンサが考慮され、これらは本明細書の説明および特許請求の範囲に記載の範囲内にある。
【００２７】
制御装置２０は、センサ１３に結合されてセンサ１３を制御し、ループ電流ＩＬを制御する。制御装置２０は、センサ１３を動作させることができ、センサ１３から受信された信号を処理して、２線式バスループ４内を流れる可変ループ電流ＩＬの形態であるアナログ出力電流として、測定値を転送することができる。
【００２８】
図を見て分かるように、バス機器１０に供給されるループ電流ＩＬは、制御装置２０内を流れる制御装置電流Ｉｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、センサ１３内を流れるセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒ、およびシャントレギュレータ１４内を流れるシャント電流Ｉｓｈｕｎｔを含む。ループ電流ＩＬは固定されないことを理解されたい。
【００２９】
バスループシステム１００に組み込まれた測定通信プロトコルおよび電力制限により、バス機器１０は、ホストシステム１によって供給される電力すべてを消費できるようにすることができる（または、有能電力を超える電力を要求できるようにすることができる）。したがって、バス機器１０は、２線式バスループ４に結合された唯一の機器でもよい。
【００３０】
ループ電流ＩＬが制限されているので、バス機器１０は、利用可能な電流を消費することだけができる。したがって、バス機器１０によって生成される測定値が１０ｍＡのループ電流ＩＬに対応し、この測定値を生成するのにバス機器が８ｍＡのみを要求する場合、バス機器１０は、ホストシステム１から１０ｍＡを引き出すために、過剰な２ｍＡを減らすかまたは消費しなければならない。シャントレギュレータ１４は、過剰な２ｍＡの電流を減らすように構成される。
【００３１】
電源２は、ループ電圧ＶＬにループ電流ＩＬを乗じたものを含む全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅを供給する。全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅはさらに、バス機器１０の各構成部品で消費される電力を含む。すなわち、Ｐａｖａｉｌａｂｌｅ＝Ｐｓｈｕｎｔ＋  Ｐｓｅｎｓｏｒ＋Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒである。制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、相対的に固定される。したがって、全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅを超過するのを回避するために、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを変化させることが望まれることがある。
【００３２】
バス機器１０は、２線式の機器用バスで使用する際に、消費電力を予測的に制限するように構成される。バス機器１０は、ループ電流ＩＬが変化した後に、バス機器１０に利用可能となる予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを生成し、この予測された有能電力
Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄを、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものを含む現時点での電力Ｐｔ０と比較し、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合に、センサ１３内のセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させるように構成される。このようにして、電力は、低減することができないうちに、限界値を超えることはできない。
【００３３】
有利には、本発明によるバス機器および方法は、適用可能なバスプロトコルまたはＩ．Ｓ．プロトコルを超えないように、消費電力を予測的に制御することができる。さらに、このバス機器および方法は、あらかじめ電力調整を実行して、電圧低下、リセット、誤りのある測定値、またはバス機器が有能電力を使い果たしたときに生じることがある他の問題を防止することができる。さらに、このバス機器および方法は、電力限界値からある程度の余裕または緩衝域を実質的に維持することができ、予期しない電力要求の上昇が電力限界値を超える可能性が低くなる。
【００３４】
図２は、本発明の一実施形態による制御装置２０を示す。制御装置２０には、インターフェース２０１、処理システム２０３、電流計２５０、および電圧計２５２が含まれ得る。処理システム２０４は、シャントレギュレータ１４、インターフェース２０１、電流計２５０、および電圧計２５２に結合される。実施形態によっては、制御装置２０は、インターフェース２０１を介してセンサ１３に結合される。
【００３５】
制御装置２０は、インターフェース２０１を介して、センサ１３からセンサ信号を受信する。制御装置２０は、このセンサ信号を処理してデータを得る。インターフェース２０１は、任意の方式でのフォーマット化、増幅、バッファリングなど、任意の必要なまたは所望の信号処理を実行することができる。あるいは、信号処理のある部分またはそのすべてを、処理システム２０３で実行することができる。さらに、インターフェース２０１は、制御装置２０と外部装置の間の通信を可能にすることができる。
【００３６】
シャントレギュレータ１４は、過剰な電流を分流するように構成される。制御装置２０またはセンサ１３によって消費されないすべての電流は、シャントレギュレータ１４によって消費される。
【００３７】
電流計２５０は、電流を測定し、この測定値を処理システム２０３に供給するように構成される。実施形態によっては、電流計２５０は、シャント電流Ｉｓｈｕｎｔを測定することができる。実施形態によっては、電流計２５０は、センサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを測定することができる。
【００３８】
電圧計２５２は、バスループ電圧ＶＬを測定し、この測定値を処理システム２０３に供給するように構成される。このループ電圧ＶＬは、バス機器１０で利用可能な電圧を含むことができる。
【００３９】
処理システム２０３は、制御装置２０の操作を行い、センサ１３から受信された測定値を処理する。処理システム２０３は、汎用コンピュータ、マイクロプロセッシングシステム、論理回路、または他の何らかの汎用処理装置もしくはカスタマイズされた処理装置を備えることができる。処理システム２０３は、複数の処理装置間に分散することができる。処理システム２０３には、記憶システム２０４など、任意の方式の一体式または独立した電子記憶媒体が含まれ得る。
【００４０】
記憶システム２０４は、パラメータおよびデータ、ソフトウェアルーチン、定数値、ならびに変数値を記憶することができる。たとえば、記憶システム２０４は、処理ルーチン
２４０、制御装置電力２４１、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄ２４２、測定値２４３、ループ電圧ＶＬ２４４、ループ抵抗ＲＬ２４５、供給電圧Ｖｓ２４６、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７、ループ電流ＩＬ２４８、およびセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ２４９を記憶することができる。
【００４１】
制御装置電力２４１は、制御装置２０によって消費される電力である。制御装置電力２４１は、予測された有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅからセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒとシャント電力Ｐｓｈｕｎｔの両方を引いたものとして決定することができる。制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、時が経ってもほとんど変化しないので、制御装置電力２４１は、ただ周期的に決定するだけでよいこともある。
【００４２】
予測された有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅ２４２は、特定の測定値２４３について予測された消費電力である。予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄ２４２は、測定値２４３により、バス機器１０が制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ２４１にセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ２４９を加えたものを超えるかどうかを判定するのに使用される。この判定は、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７により、消費電力が全有能電力を超えることがないように、消費電力を低減させるのに使用することができる。
【００４３】
測定値２４３は、センサ１３から受信された測定値を含む。実施形態によっては、新規の測定値が受信されると、測定値２４３は絶えず更新される。
【００４４】
ループ電圧ＶＬ２４４は、バス機器１０における電圧の測定値または他の決定値を含む。ループ電流ＩＬ２４８が変化するにつれて、ループ電圧ＶＬ２４４は変化してもよい。
【００４５】
ループ抵抗ＲＬ２４５は、２線式バスループ４に固有の電気抵抗の測定値または他の決定値を含む（下記の式１参照）。ループ抵抗ＲＬ２４５は、標準値になるように設計されてもよく、通常、実質的に一定になる。
【００４６】
供給電圧Ｖｓ２４６は、決定電圧値を含む。供給電圧Ｖｓ２４６は、式２（下記参照）によって決定することができる。
【００４７】
予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７は、（新規の）測定値２４３に基づく未来のループ電流の予測値を含む。予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７は、現在のループ電流ＩＬ２４８と同じでも、それより大きくても、またはそれより小さくてもよい。したがって、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７は、まず、（実際のループ電流ＩＬ２４８として）予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔ２４７を加えることにより、全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅ２４１を超えるかどうかを見るために検査される。
【００４８】
ループ電流ＩＬ２４８は、たとえば流量測定値などの測定値２４３に従って決定される。測定値２４３は、ループ電流ＩＬ２４８を示し、したがって、ループ電流ＩＬ２４８が分かる。
【００４９】
センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ２４９は、センサ１３によって消費される電力を含む。センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ２４９は、既知の内部調整電圧を乗じたセンサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを含む。センサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒは、電流計２５０によって測定することができる。
【００５０】
動作にあたっては、処理ルーチン２４０は、処理システム２０３によって実行される。処理ルーチン２４０は、バス機器１０を制御して、前述の通り、１つまたは複数の流量測定値など、１つまたは複数の測定値を生成する。さらに、処理ルーチン２４０は、バス機器１０を操作して、消費電力を予測的に制限することができる。処理ルーチン２４０は、
以下に述べるように、様々な電力制限アルゴリズムを実施することができる。
【００５１】
図３は、本発明の一実施形態による、２線式の機器用バスのバス機器において消費電力を予測的に制限するための方法の流れ図３００である。この方法は、実質的に、常に全有能電力を消費する。ステップ３０１では、供給電圧Ｖｓおよびループ抵抗ＲＬが決定される。これは、たとえば起動時またはリセット時など、センサが動作する前に実行することができる。供給電圧Ｖｓおよびループ抵抗ＲＬは、動作の前に得られるループ電圧ＶＬおよびループ電流ＩＬの測定値から決定することができ、続いて、バス機器の操作時に使用することができる。
【００５２】
ループ抵抗ＲＬは、実施形態によっては、バスループシステム１００の特性から決定される。たとえば、ループ抵抗ＲＬは、次式による２組の電圧と電流の測定値から決定することができる。
ＲＬ＝（ＶＬ１−ＶＬ２）／（ＩＬ１−ＩＬ２）  （１）
供給電圧Ｖｓは、測定されたループ電圧ＶＬ、決定されたループ抵抗ＲＬ、および既知のループ電流ＩＬから決定することができる。１組の動作前のループ測定値（ＶＬ１、ＩＬ１）または（ＶＬ２、ＩＬ２）を使用してもよい。供給電圧Ｖｓは、次式によって決定することができる。
Ｖｓ＝ＶＬ＋（ＩＬ＊ＲＬ）  （２）
ステップ３０２では、バス機器が実際に動作している間、シャント電流Ｉｓｈｕｎｔおよびループ電圧ＶＬが測定される。これら２つの値は、根本的には変化しないと予想されるので、すべての測定サイクルで測定することができ、または周期的に測定することができることを理解されたい。
【００５３】
ステップ３０３で、制御装置によって消費される電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒが計算される。バスループシステム内で利用可能な／消費される全電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅは、以下のものを含む。
Ｐａｖａｉｌａｂｌｅ＝Ｐｓｈｕｎｔ＋Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＋Ｐｓｅｎｓｏｒ  （３）
個々の電力量は、個々の電流Ｉｓｈｕｎｔ、Ｉｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ、およびＩｓｅｎｓｏｒを乗じたループ電圧から決定することができる。
【００５４】
したがって、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒは以下のものを含む。
Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＝Ｐａｖａｉｌａｂｌｅ−Ｐｓｈｕｎｔ−Ｐｓｅｎｓｏｒ  （４）
全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅは既知であり、この方法に従って実質的に制御／制限される。制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒは、実質的に固定される。しかし、実施形態によっては、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒは調整することができ、したがって、全有能電力Ｐａｖａｉｌａｂｌｅが確実にバスプロトコルまたはＩ．Ｓ．プロトコルを超えないようにするために使用することができる。
【００５５】
ステップ３０４で、次の測定値がセンサから受信され、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔを生成するために使用される。しかし、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔは、まだ実施されない。代わりに、まず消費電力への影響が評価される。このようにして、この方法は、ループ電流内の未来に変化を補償することにより、過大な消費電力を回避することができる。
【００５６】
ステップ３０５で、予測されたループ電圧ＶＬ＿ｎｅｘｔおよび予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが生成される。予測されたループ電圧ＶＬ＿ｎｅｘｔは、既知の電源電圧Ｖｓおよび予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔによる、バス機器における電圧の予
測値を含む。したがって、予測されたループ電圧ＶＬ＿ｎｅｘｔは、ループ電圧ＶＬに対する予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔの影響の予測値を含む。予測されたループ電圧ＶＬ＿ｎｅｘｔは、次式によって決定することができる。
ＶＬ＿ｎｅｘｔ＝Ｖｓ−（ＲＬ）（ＩＬ＿ｎｅｘｔ）  （５）
予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、予測されたループ電流ＩＬ＿ｎｅｘｔに基づいてバス機器に供給されることになる全電力の予測値を含む。予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、次式によって決定される。
Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄ＝（ＶＬ＿ｎｅｘｔ）（ＩＬ＿ｎｅｘｔ）  （６）
ステップ３０６で、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、現在の消費電力と比較される。有能電力は、常にバス機器内で消費されるので、シャント電流Ｉｓｈｕｎｔは、バス機器に利用可能な電流がセンサおよび制御装置によって消費される電流よりも多い場合にのみ存在することになる。しかし、電力使用量が臨界状態になりセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒが有能電力に近づくと、シャントレギュレータで消費される電力は本質的にゼロになる。すなわち、すべての電力が、センサおよび制御装置によって消費され、その結果、現時点における消費電力Ｐｔ０は、Ｐｔ０＝Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＋Ｐｓｅｎｓｏｒを含む。したがって、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒおよびセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒと比較される。予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが、制御装置電力Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを加えたものよりも少ない場合、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは不十分であり、消費電力の障害を回避するためにセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減しなければならない。
【００５７】
ステップ３０７では、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄは、（Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＋Ｐｓｅｎｓｏｒ）で表される有能電力を超えるはずなので、次いでセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒが低減される。実施形態によっては、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄと有能電力の間のバッファは、セーフティファクタを介して維持される。一実施形態では、予測された有能電力Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄが使用されて、それに応じて、センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒを低減させ、低減されたセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ＿ｒｅｄｕｃｅｄを生成する。たとえば、低減されたセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ＿ｒｅｄｕｃｅｄは、次式によって生成することができる。
Ｐｓｅｎｓｏｒ＿ｒｅｄｕｃｅｄ＝Ｐｐｒｅｄｉｃｔｅｄ−（Ｐｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＋セーフティファクタ）  （７）
低減されたセンサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒ＿ｒｅｄｕｃｅｄは、総合的な電力低減を達成することができる。たとえば、電力低減には、センサ電流Ｉｓｅｎｓｏｒを低減させることが含まれ得る。あるいは、このセンサの両端間の電圧Ｖｓｅｎｓｏｒを低減させることができ、またはその両方を低減させることができる。
【００５８】
ステップ３０８で、新規のループ電流ＩＬ（すなわち、ＩＬ＿ｎｅｘｔ）が、測定値から生成される。センサ電力Ｐｓｅｎｓｏｒは、必要に応じて測定値を補償するように、すでに変更されているので、ループ電流ＩＬでの変化は、バス機器の動作に影響を及ぼさないはずであり、また２線式バスループ４内の電力制限値を超えないはずである。次いで、この方法は、ステップ３０２まで折り返して戻り、測定値を繰り返し処理する。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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