(57)【要約】  フィールドデバイスは、トランスデューサ、光検出器、ディスプレイ、及びディスプレイコントローラを備える。トランスデューサはプロセス変数を管理または監視し、ディスプレイはプロセス変数に関する情報を表示する。光検出器は光レベルを検出する。ディスプレイコントローラは、光検出器によって検出された光レベルの変化に応答し、ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うことができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセス変数を管理または監視するトランスデューサと、
光レベルを検出する光検出器と、
前記プロセス変数に関する情報を表示するディスプレイと、
前記光検出器によって検出された光レベルの変化に応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うことが可能なディスプレイコントローラと
を備えることを特徴とするフィールドデバイス。
【請求項２】
前記トランスデューサとの間で電波信号の送受信を行うプロセッサ及び無線トランシーバを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項３】
タイマを更に備え、
前記ディスプレイコントローラは、前記ディスプレイのオン操作を行った後、一定時間が経過すると前記ディスプレイをオフ操作する
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項４】
前記光レベルの変化は増大であり、
前記ディスプレイコントローラは、前記光検出器に光を照射したときまたは前記光検出器を露出させたときに、前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項５】
前記光レベルの変化は減少であり、
前記ディスプレイコントローラは、前記光検出器を暗くしたときまたは前記光検出器を覆ったときに、前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行う
ことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項６】
前記ディスプレイコントローラは、前記光レベルの増大及び減少のいずれにも応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うことを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項７】
前記ディスプレイコントローラに接続された無線トランシーバを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項８】
前記ディスプレイコントローラは、前記無線トランシーバが受信した電源信号に応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うことが可能であることを特徴とする請求項７に記載のフィールドデバイス。
【請求項９】
前記ディスプレイコントローラは、前記光レベルの変化に応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うときには、選択した別のフィールドデバイスに対し、当該別のフィールドデバイスが有するディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うよう指令する電源信号を、前記無線トランシーバを介して送信可能であることを特徴とする請求項７に記載のフィールドデバイス。
【請求項１０】
前記無線トランシーバは、前記トランスデューサから得たセンサ検出結果を示す信号も送信することを特徴とする請求項７に記載のフィールドデバイス。
【請求項１１】
前記ディスプレイは液晶ディスプレイであることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項１２】
ローカル電源を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のフィールドデバイス。
【請求項１３】
前記ローカル電源は、バッテリ及びエネルギ回収機構の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１２に記載のフィールドデバイス。
【請求項１４】
電波信号を送受信するアンテナと、
デジタル信号を処理するプロセッサと、
前記プロセッサと前記アンテナとに接続され、電波信号とデジタル信号との間で変換を行うトランシーバと、
電力供給を行うローカル電源と、
光レベルを検出し、検出した光レベルに応じた光レベル信号を生成する光検出器と、
プロセス変数に関する情報を表示し、前記光レベルに応答して前記プロセッサによりオン操作またはオフ操作されるディスプレイと
を備えることを特徴とするフィールドデバイス。
【請求項１５】
前記プロセッサに接続され、産業プロセスの監視または管理を行うことが可能なトランスデューサを更に備えることを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項１６】
前記プロセッサは、前記光レベルの急増または急減に応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項１７】
タイマを更に備え、
前記プロセッサは、前記ディスプレイのオン操作を行った後、一定時間が経過すると前記ディスプレイをオフ操作する
ことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項１８】
前記プロセッサは、前記トランスデューサ及びアンテナを介して電源信号を受信したときも、前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行う
ことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項１９】
前記プロセッサは、前記光レベルの変化に応答して前記ディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うときには、選択した別のフィールドデバイスに対し、当該別のフィールドデバイスが有するディスプレイのオン操作またはオフ操作を行うよう指令する電源信号を前記トランシーバ及びアンテナを介して送信可能である
ことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項２０】
前記ローカル電源は、バッテリ及びエネルギ回収機構の少なくとも一方を備えることを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項２１】
前記プロセッサに接続されたセンサを更に備え、
前記トランシーバは送信機であり、
前記電波信号は前記センサの検出結果を示すものである
ことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【請求項２２】
前記プロセッサに接続されたアクチュエータを更に備え、
前記トランシーバは受信機であり、
前記電波信号は、前記アクチュエータの制御信号である
ことを特徴とする請求項１４に記載のフィールドデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概ね産業プロセスの制御システムに用いられる無線式装置に関するものであり、より詳しくは、ディスプレイが組み込まれたフィールドデバイスのための電力節減に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
プロセス監視システムは、産業プロセスで使用するプロセス流体の圧力、温度、流量、液面レベルなどといった、産業設備におけるプロセス変数の監視及び管理を行うものである。多くの場合、例えば、送信機と組み合わされたセンサが工業生産設備内の多くの場所に用いられ、様々な製造ラインにおける多様なプロセス変数を監視して報告する一方、受信機と組み合わされたアクチュエータが別の場所において用いられ、例えば中央制御センタからの信号に従ってバルブを開閉する。
【０００３】
産業への適用として無線式装置が普及しつつある。フィールドデバイスの無線ネットワークにおける構成要素として無線式装置は、有線式装置の場合を上回り、プロセス管理システムまたはプロセス監視システムの適用範囲を、有線式装置では設置が困難であったり費用が高額となったりするような場所にまで拡大することが可能である。フィールドデバイスの無線ネットワークは、中央制御装置またはゲートウエイを伴う無線式装置或いはノードの一群を備えている。無線ネットワークにおけるノードは、情報の送信及び受信の両方を行うことができる。
【０００４】
フィールドデバイスの無線ネットワークは、それぞれ異なるプロセスや環境を管理し監視するために用いられる。例えば、油田においてフィールドデバイスの無線ネットワークを利用することがある。油田は、広大な領域にわたって点在する油井を中心とした多くの分散した場所からなる。これらの点在するローカルエリア間で行う通信は、油田の包括的な運営に欠かすことができない。油井におけるフィールドデバイスの無線ネットワークにより、流量や流体温度から、バルブの状態や位置、並びにリークの可能性まで、あらゆるものが監視され管理される。得られたデータは、ネットワークを介して制御装置に中継され、生産管理やトラブル防止のため、制御装置がデータを分析したり制御機構を作動させたりする。
【０００５】
「フィールドデバイス」という用語は、プロセス制御システムにおいて機能する産業機器に装着されるあらゆる装置を称するするものであって、工業プラント、産業プロセス、或いはプロセス設備における、計測、管理、及び監視に用いる装置を含んでおり、プラントの環境、衛生、及び安全のための装置が含まれる。各フィールドデバイスは、一般的にセンサ、アクチュエータ、或いはこれらの両方を備えており、制御機能や警報機能を有する。センサやアクチュエータの適用を基本として構成された無線ネットワークシステムでは、１２０Ｖ交流商用電源や電力供給型データバスなどの電力設備が近くに配備されていなかったり、高額な設置費用を生じることなく機器、センサ、及びアクチュエータ、並びに安全監視装置やヒューマンインタフェイスを配置しなければならないことから、危険な場所へのこのような電力設備の導入が容認されなかったりするので、ネットワーク内の多くの装置がそれぞれローカルの電力供給を受けることがある。「ローカルの電力供給」とは、組込式の電気化学式電源（例えば、長寿命バッテリや燃料電池）のような局地的に設けられたローカル電源による電力供給、または低電力のエネルギ回収式電源（例えば、振動発電、太陽発電、熱電変換）による電力供給のことをいう。ローカル電源は、長寿命バッテリの場合のように蓄電されたり、または太陽電池パネルの場合のように生成されたりするような、限られたエネルギ容量、或いは限られた電力容量を共通の特徴とする。多くの場合、低額の設置費用のための経済的要求により、フィールドデバイスの無線ネットワークの一部として通信を行うバッテリ駆動式装置に対する要求が生じる。無線式フィールドデバイスを良好に機能させるには、充電することができない一次電池のような限られた電源の効率的な使用が極めて重要となる。バッテリには５年以上の使用継続期間が期待され、適用製品の寿命程度まで継続して使用できることが好ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
いくつかのフィールドデバイスには、ローカルオペレータ用インタフェイス（ＬＯＩ）が組み込まれ、現場でのメンテナンスや監視を容易にしている。ＬＯＩによって、技術者はプロセス変数をチェックしたり、フィールドデバイスが所定の位置で適切に作動していることを確認したりすることが可能となる。ＬＯＩには、液晶ディスプレイなどの表示装置が含まれる場合がある。ＬＯＩの要求電力は控えめであるものの、ディスプレイへの連続的な電力供給は、限られた電力を無駄に消費することになるため、ローカルの電力供給を受ける装置にとっては重要な検討事項となる。ＬＯＩのディスプレイは、たまにしか必要とされない場合（例えば、技術者が現場でフィールドデバイスをチェックする間）があるため、いくつかのフィールドデバイスでは、技術者がボタンでディスプレイをオン操作またはオフ操作できるようにして、ディスプレイを使用しないときに電力を節約するようにしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様は、トランスデューサと、光検出器と、ディスプレイと、及びディスプレイコントローラとを備えたフィールドデバイスである。トランスデューサはプロセス変数を管理または監視し、ディスプレイはプロセス変数に関する情報を表示する。ディスプレイコントローラは、光検出器が検出した光レベルの変化に応答してディスプレイをオン操作またはオフ操作する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】ローカルオペレータ用インタフェイスをオン操作またはオフ操作するための光レベル検知制御機能を有し、ローカルの電力供給を受けることが可能なフィールドデバイスの斜視図である。
【図２】ローカルの電力供給を受けるフィールドデバイスのブロック図である。
【図３】ローカルの電力供給を受けるフィールドデバイスにおける光検出器の概略回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
光検出器及び組込型のローカルオペレータ用インタフェイスを有したフィールドデバイスが設けられる。光検出器によって検出された光レベルの変化に応答し、一時的にだけディスプレイに電力を供給することにより、ディスプレイは必要に応じた電力を得ることができる。
【００１０】
図１はフィールドデバイス１００の斜視図である。フィールドデバイス１００は、電子機器ハウジング１０２、トランスデューサハウジング１０３、プロセス接続部１０４、アンテナ１０６及びローカルオペレータ用インタフェイス（ＬＯＩ）１０８を備え、プロセスシステム１０に取り付けられている。電子機器ハウジング１０２は、フィールドデバイス１００の構成部品を密封して保護するものであり、後述するようにプロセスシステム１０の１以上のプロセス変数を監視または管理するためのセンサまたはアクチュエータを収容したトランスデューサハウジング１０３に取り付けられている。フィールドデバイス１００は、プロセス接続部１０４を介してプロセスシステム１０に取り付けられており、プロセス接続部１０４には、弁機構または電気的接続機構を設けたり、フィールドデバイス１００によって監視または管理されるプロセスの形式に応じた接続機構を設けたりすることができる。アンテナ１６は、フィールドデバイス１００と、制御装置、メッシュネットワークなどの無線ネットワーク、ゲートウエイ、或いはこれらの任意の組み合わせとの間で信号の送受信を行う。ＬＯＩ１０８は、組込型のディスプレイを有したユーザインタフェイスである。
【００１１】
一実施形態において、フィールドデバイス１００は、プロセスシステム１０から得られる１以上のプロセス変数のセンサ検出値を取得し、このセンサ検出値を制御システムまたは監視システムに報告する送信機である。フィールドデバイス１００は、圧力、流量、振動、電流、ペーハー、或いはその他の計測可能なあらゆるプロセス変数を監視するように構成することができる。別の実施形態では、フィールドデバイス１００が、制御システムから実行命令を受けてプロセスシステム１０の１以上のプロセス変数を調整するアクチュエータとなっている。この場合、フィールドデバイス１００は、例えば速度の調整、弁の開閉、或いは流体の流動方向の変更を行うようにすることができる。
【００１２】
ＬＯＩ１０８は、フィールドデバイス１００及びプロセスシステム１０の両方のメンテナンスや現場での監視を容易にするものである。ＬＯＩ１０８は、監視中のプロセス変数の表示の他、状態表示を行うようにしてもよい。一実施形態において、メンテナンス技術者などのローカルオペレータは、ＬＯＩ１０８が備えるタッチスクリーンを介してフィールドデバイス１００とのやりとりを行うことができる。別の実施形態では、ローカルオペレータがＬＯＩ１０８のディスプレイから数値を読み取るようにして、フィールドデバイス１００への入力は遠隔操作により行ってもよい。
【００１３】
図２はフィールドデバイス１００のブロック図である。フィールドデバイス１００は、アンテナ１０６、ＬＯＩ１０８、センサ１１０、信号プロセッサ１１２、論理プロセッサ１１４、トランシーバ１１６、光検出器１１８、及び電源１２０を備える。フィールドデバイス１００は、センサ１１０を介してプロセスシステム１０と結合され、アンテナ１０６を介してネットワーク２０に接続される。センサ１１０は、トランスデューサハウジング１０３（図１参照）の内部に配設され、プロセスシステム１０における圧力、流量、振動、電流、ペーハー、或いはその他の計測可能な量などの変数を監視する。センサ１１０はセンサ出力Ｓ1を生成し、当該センサ出力Ｓ1は信号プロセッサ１１２によってデジタル信号Ｓ2に変換される。信号プロセッサ１１２は、センサ出力Ｓ1に対応したデータ信号の変換が可能な任意の形式のアナログ・デジタル変換装置とすることができる。デジタル信号Ｓ2は、一実施形態においてマイクロプロセッサからなる論理プロセッサ１１４が受け取る。論理プロセッサ１１４は、デジタル信号Ｓ2を解析可能であって、ユーザからの入力を受け付けて理解し、後述するように、求められた情報をＬＯＩ１０８及びネットワーク２０に供給する。論理プロセッサ１１４は送信信号Ｓ3を生成し、トランシーバ１１６がこの送信信号Ｓ3を受け取る。トランシーバ１１６は、アンテナ１０６に信号を送り、ネットワーク２０に向けてアンテナ信号Ｓ4を送信する。ネットワーク２０は、メッシュネットワーク、ゲートウエイ、中央システム制御装置、或いはこれらの任意の組み合わせを備えたものとすることができる。
【００１４】
ＬＯＩ１０８は、インタフェイス信号ＩＦを介し、論理プロセッサ１１４によって制御される。論理プロセッサ１１４がＬＯＩ１０８から入力を受け取る場合（例えば、ＬＯＩ１０８に１以上の操作ボタンまたはタッチスクリーンが組み込まれている場合など）は、インタフェイス信号ＩＦを双方向信号としてもよく、論理プロセッサ１１４がＬＯＩ１０８から入力を受け取らない場合（例えば、ＬＯＩ１０８が単なるパッシブディスプレイである場合や、無線式リモコンのような別個の手段を用いてローカルユーザがフィールドデバイス１００とやりとりするような場合など）には、インタフェイス信号ＩＦを一方向信号としてもよい。
【００１５】
光検出器１１８は、フィールドデバイス１００の外方の光レベルを監視し、光レベルの変化に対応した光レベル信号ＬＬを出力する。光レベル信号ＬＬは、ＬＯＩ１０８のディスプレイを使用可能または使用不可とするための割り込み信号として用いられる。一実施形態では、光検出器１１８によって検出される光レベルの急激な変化（「可」または「不可」）により、論理プロセッサ１１４にＬＯＩ１０８のディスプレイへの電力の供給及び遮断の切り換えを行わせる。別の実施形態では、光レベルの急減のみまたは急増のみで、論理プロセッサ１１４にＬＯＩ１０８のディスプレイへの電力の供給及び遮断の切り換えを行わせる。一実施形態において、論理プロセッサ１１４はタイマを備えており、ＬＯＩ１０８のディスプレイへの電力供給を開始してから予め設定した時間が経過すると、論理プロセッサ１１４が自動的に電力供給を遮断する。別の実施形態では、例えば光検出器１１８からの別の信号に応答して、論理プロセッサ１１４がＬＯＩ１０８のディスプレイへの電力供給を遮断する。
【００１６】
上述したフィールドデバイス１００の構成部品は、いずれも電源１２０から必要に応じて電力を受け取る。ＬＯＩ１０８は、上述のとおり論理プロセッサ１１４の指令に従ってのみ電力が供給されるようになっている。電源１２０は、バッテリまたは燃料電池などのように、限られた寿命を有する電源であってもよいし、プロセスシステム１０から電力を回収するシステム（例えば振動エネルギ回収機構）、または外部環境からエネルギを回収するシステム（例えばソーラーパネル）のような、出力電力が限られた電源であってもよい。
【００１７】
フィールドデバイス１００の別の実施形態として、センサ１１０の代わりに、プロセスシステム１０の１以上の変数を制御するアクチュエータを備えていてもよい。このような実施形態における作動は、アンテナ１０６がネットワーク２０に指令信号を送信するのではなくネットワーク２０から指令信号を受信する点を除き、上述したセンサを有する実施形態と実質的に類似したものとなり、指令信号がトランシーバ１１６を経由して論理プロセッサ１１４に送られることにより、アクチュエータ１１０に指令が発せられる。これに代わるフィールドデバイス１００の実施形態では、センサとアクチュエータの両方を備えたトランスデューサが組み込まれる。
【００１８】
いくつかの実施形態では、複数のフィールドデバイス１００がネットワーク内で無線により接続され、それぞれのフィールドデバイス１００が、トランシーバ１１６及びアンテナ１０６を介し、選択された別のフィールドデバイス１００と信号の送受信を行う。このような実施形態の１つでは、いずれかのフィールドデバイス１００における光レベルの変化により、無線でネットワークに接続された複数のフィールドデバイス１００にＬＯＩ１０８のオン操作またはオフ操作を行わせる。これを実現するため、論理プロセッサ１１４は、光レベル信号ＬＬに応答するだけでなく、アンテナ１０６及びトランシーバ１１６を介して受信した電源信号に応答し、ＬＯＩ１０８への電力供給のオンまたはオフを行うことができるようになっている。更に、論理プロセッサ１１４にＬＯＩ１０８への電力供給をオンまたはオフさせる光レベル信号ＬＬにより、トランスデューサ１１６及びアンテナ１０６を介し、別のフィールドデバイス１００に向けて、これら別のフィールドデバイス１００がそれぞれのＬＯＩ１０８への電力供給をオンまたはオフする必要があることを示す信号を、論理プロセッサ１１４が発信することもできるようになっている。
【００１９】
図３は一実施形態に係る光検出器１１８の概略回路図である。光検出器１１８は、フォトトランジスタＱ、増幅器抵抗Ｒ1、分圧抵抗Ｒ2及びＲ3、フィードバック抵抗Ｒ4並びにコンパレータＵを備える。光検出器１１８は電源１２０から電力が供給され、図示するように接地回路に接続されている。図３に示す回路構成は２つのステージに分けることができる。
【００２０】
光検出器１１８の第１のステージは、フォトトランジスタＱ及び増幅器抵抗Ｒ1を備えたエミッタ接地型トランジスタ増幅回路である。フォトトランジスタＱは、電子機器ハウジング１０２に向けられた開口または窓から外光に晒される。増幅器抵抗Ｒ1はフォトトランジスタＱのコレクタに接続され、エミッタ接地型増幅器を構成する。フォトトランジスタＱへの入射光により、増幅された電圧Ｖ1がフォトトランジスタＱに発生する。フォトトランジスタＱは、光が照射されていると閉じ、光が照射されずに暗くなると開くようなスイッチのように機能する。電圧Ｖ1は、フォトトランジスタＱに光が照射されているときに論理レベル「ロー」（ほぼ接地電位）となり、フォトトランジスタＱに光が照射されずに暗くなったときに論理レベル「ハイ」（ほぼ電源電圧の＋Ｖ）となる。
【００２１】
光検出器１１８の第２のステージは、コンパレータＵ、分圧抵抗Ｒ2及びＲ3、並びにフィードバック抵抗Ｒ4を備えた比較回路である。コンパレータＵは、電圧Ｖ1を、分圧抵抗Ｒ2及びＲ3によって得られる一定電圧Ｖ2と比較し、光レベル信号ＬＬを生成する。フィードバック抵抗Ｒ4は、コンパレータＵの出力端子と非反転入力端子との間に接続されており、光レベル信号ＬＬに対してヒステリシスを与えることにより、フォトトランジスタＱで生じる微少な光の変動に起因した乱れを伴う不安定な動きを抑制する。電圧Ｖ1がハイである場合、常に電圧Ｖ1が電圧Ｖ2を上回り、光レベル信号ＬＬは「可」（ハイ）となる。一方、電圧Ｖ1がローである場合は、常に電圧Ｖ2が電圧Ｖ1を上回り、光レベル信号ＬＬは「不可」（ロー）となる。
【００２２】
論理プロセッサ１１４は光検出器１１８から光レベル信号ＬＬを受け取り、例えばエッジトリガ割り込み処理などにより、光レベル信号ＬＬにおける「可」から「不可」または「不可」から「可」への変化を検知する。論理プロセッサ１１４は、このような変化を検知すると、ＬＯＩ１０８のディスプレイへの電力供給をオンまたはオフする。
【００２３】
従来のシステムでは、操作ボタンを用いてフィールドデバイスのディスプレイのオン操作またはオフ操作を行っていた。しかしながら、操作ボタンや、その他の可動部品を有したシステムでは、機械的な摩耗や破損が生じやすい。更に、フィールドデバイスは、熱、電荷、或いは火花の影響を非常に受けやすい環境で使用されることがあり、このような場合には、フィールドデバイスを完全に密封することが有効であって、必須となることもある。可動部品や操作ボタンを使わずにすめば、フィールドデバイスの密封は簡易で安価なものとすることができる。光検出器により、フィールドデバイスにおけるディスプレイへの電力供給状態を切り換えるための安価で信頼性の高い手段が得られる。フィールドデバイスを検査する技術者は、光検出器を覆うことにより（即ち、光を遮断して暗くすることにより）、或いは光検出器に光を照らすことにより（即ち、光を照射して明るくすることにより）、上述したシステムによって検知される変化が生じ、ディスプレイをオン操作またはオフ操作することが可能となる。
【００２４】
具体的な実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変形が可能であると共に、各構成要素を均等物で置き換えることが可能であることは、当業者が理解しうるものである。また、様々な変形を行うことにより、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、特定の状況やものに対し、本発明による教示を適用することが可能である。従って、本発明は特定の実施形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲に含まれる全ての態様が本発明に含まれる。
【図１】
2014526070.tif 000003
【図２】
2014526070.tif 000004
【図３】
2014526070.tif 000005
【国際調査報告】
2014526070.tif 000006
2014526070.tif 000007