(57)【要約】  工業プロセスフィールド装置（１００）は、アクティブコンポーネント（１１１）、ラッチリレー（１２０）、コントローラ（１１０）、リレードライブ（１２２）、及びリセット回路（１４０）を含む。アクティブコンポーネントは、プロセスパラメータを感知するように構成されたセンサであってもよいし、工業プロセスのプロセスを制御するように構成された制御装置であってもよい。コントローラ（１１０）は、スイッチ信号を生成するように構成され、リレードライブ（１２２）は、スイッチ信号に基づいて、ラッチリレー（１２０）をセット状態及びリセット状態のうちの１つに設定するように構成される。リセット回路（１４０）は、リレードライブへの電力の中断に応答してラッチリレー（１２０）をリセット状態に設定するように構成されている。
2021518613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスパラメータを感知するように構成されたセンサと、工業プロセスのプロセスを制御するように構成された制御装置とからなる群から選択されるアクティブコンポーネントと、
ラッチリレーと、
スイッチ信号を生成するように構成されたコントローラと、
前記スイッチ信号に基づいて、前記ラッチリレーをセット状態及びリセット状態の一方に設定するように構成されたリレードライブと、
前記リレードライブへの電力の遮断に応じて、前記ラッチリレーを前記リセット状態に設定するように構成されたリセット回路と、
を備える、
工業プロセスのフィールド装置。
【請求項２】
前記リレードライブは、リレー電源からのリレー電圧によって電力を供給され、
前記リセット回路は、
電荷リザーバと、
前記リレー電源からの電力の遮断を検出するように構成された比較器と、
を含み、
前記リセット回路は、前記比較器が前記リレー電源からの電力の中断を検出したときに、前記電荷リザーバからの電荷を使用して前記ラッチリレーをリセット状態に設定する、
請求項１に記載のフィールド装置。
【請求項３】
前記電荷リザーバは、バルクコンデンサを含む、
請求項２に記載のフィールド装置。
【請求項４】
前記バルクコンデンサは、前記リレー電源によって充電される、
請求項３に記載のフィールド装置。
【請求項５】
前記比較器は、前記リレー電源によって供給されるサンプリングされた電圧と閾値電圧とを比較し、前記サンプリングされた電圧が前記閾値電圧と所定の関係に達したときにリセット信号を生成し、
前記リセット回路は、前記リセット信号に応じて前記ラッチリレーを前記リセット状態に設定する、
請求項２に記載のフィールド装置。
【請求項６】
前記リセット回路は、前記電荷リザーバと前記ラッチリレーとの間のスイッチを含み、
前記比較器は、前記リセット信号を使用して、前記電荷リザーバを前記ラッチリレーに電気的に結合するために前記スイッチを作動させ、
前記ラッチリレーは、前記電荷リザーバの前記ラッチリレーへの電気的結合に応じて前記リセット状態に設定される、
請求項５に記載のフィールド装置。
【請求項７】
前記リレードライブは、前記フィールド装置の端子ブロックを介して前記リレー電源に電気的に結合され、
前記フィールド装置は、前記コントローラを前記リレードライブから電気的に絶縁する絶縁回路を備える、
請求項２に記載のフィールド装置。
【請求項８】
前記絶縁回路は、デジタル絶縁器または光結合器を含む、
請求項７に記載のフィールド装置。
【請求項９】
前記アクティブコンポーネントは、圧力センサ、レベルセンサ、流量センサ、及び温度センサからなる群から選択されるセンサを含み、
前記センサは、感知されたプロセスパラメータに対応するパラメータ出力を含み、
前記フィールド装置は、前記パラメータ出力に基づいてパラメータ値を生成するように構成された測定回路を含み、
前記コントローラは、通信回路を使用して、前記パラメータ値を遠隔位置に通信するように構成されている、
請求項２に記載のフィールド装置。
【請求項１０】
前記アクティブコンポーネントは、前記制御装置を含み、
前記制御装置は、アクチュエータ、バルブ、及びソレノイドからなる群から選択される、
請求項２に記載のフィールド装置。
【請求項１１】
プロセスパラメータを感知するように構成されたセンサと、工業プロセスのプロセスを制御するように構成された制御装置とからなる群から選択されるアクティブコンポーネントと、
ラッチリレーと、
スイッチ信号を生成するように構成されたコントローラと、
前記スイッチ信号に基づいて、前記ラッチリレーをセット状態及びリセット状態の一方に設定するように構成されたリレードライブと、
リセット回路と、
を備えるフィールド装置と、
前記リレードライブに電力を供給するように構成されたリレー電源と、
を含み、
前記リセット回路は、前記リレー電源により供給される電力の遮断に応じて、前記ラッチリレーを前記リセット状態に設定するように構成されている、
工業プロセス制御システム。
【請求項１２】
前記リレードライブは、前記リレー電源によって供給されるリレー電圧によって電力を供給され、
前記リセット回路は、
電荷リザーバと、
前記リレー電源からの電力の遮断を検出するように構成された比較器と、
を含み、
前記リセット回路は、前記比較器が前記リレー電源からの電力の中断を検出したときに、前記電荷リザーバからの電荷を使用して前記ラッチリレーをリセット状態に設定する、
請求項１１に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１３】
前記電荷リザーバは、バルクコンデンサを含む、
請求項１２に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１４】
前記比較器は、前記リレー電源によって供給されるサンプリングされた電圧と閾値電圧とを比較し、前記サンプリングされた電圧が前記閾値電圧と所定の関係に達したときにリセット信号を生成し、
前記リセット回路は、前記リセット信号に応じて前記ラッチリレーを前記リセット状態に設定するロジックを含む、
請求項１２に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１５】
前記リセット回路は、前記電荷リザーバと前記ラッチリレーとの間のスイッチを含み、
前記比較器は、前記リセット信号を使用して、前記電荷リザーバを前記ラッチリレーに電気的に結合するために前記スイッチを作動させ、
前記ラッチリレーは、前記電荷リザーバの前記ラッチリレーへの電気的結合に応じて前記リセット状態に設定される、
請求項１４に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１６】
前記リレードライブは、前記フィールド装置の端子ブロックを介して前記リレー電源に電気的に結合され、
前記フィールド装置は、前記コントローラを前記リレードライブから電気的に絶縁する絶縁回路を備える、
請求項１２に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１７】
前記アクティブコンポーネントは、圧力センサ、レベルセンサ、流量センサ、及び温度センサからなる群から選択されるセンサを含み、
前記センサは、感知されたプロセスパラメータに対応するパラメータ出力を含み、
前記フィールド装置は、前記パラメータ出力に基づいてパラメータ値を生成するように構成された測定回路を含み、
前記コントローラは、通信回路を使用して、前記パラメータ値を遠隔位置に通信するように構成されている、
請求項１２に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１８】
前記ラッチリレーに電気的に結合された外部装置と、
前記ラッチリレーに電気的に結合され、前記ラッチリレーを介して前記外部装置に給電するように構成された装置電源と、
をさらに備える、請求項１２に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項１９】
前記外部装置が、ポンプ、ソレノイド、及びコンプレッサから成る群から選択される、
請求項１８に記載の工業プロセス制御システム。
【請求項２０】
工業プロセスのフィールド装置のラッチリレーを制御する方法であって、
前記フィールド装置のアクティブコンポーネントを使用して、前記工業プロセスのプロセスパラメータを感知し、または、前記工業プロセスを制御し、
リレー電源を使用して前記フィールド装置のリレードライブに給電し、
外部装置への給電を制御することは、前記フィールド装置のコントローラからのスイッチ信号に基づいて前記リレードライブを使用してセット状態またはリセット状態の一方に前記フィールド装置の前記ラッチリレーを設定することを含み、
前記フィールド装置のリセット回路の比較器を使用して閾値電圧と前記リレー電源によって供給される電圧とを比較し、
前記電圧が前記閾値電圧と所定の関係に達したときに前記リセット回路の電荷リザーバからの電荷を使用して前記ラッチリレーを前記リセット状態に設定する、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の実施形態は、工業プラントのための工業プロセス制御システムに関する。より詳細には、本開示の実施形態は、フィールド装置のラッチリレーをリセットするリセット回路を有する工業プロセスフィールド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業環境においては、制御システムは工業及び化学プロセスの現況を監視及び制御するために使用される。典型的には、制御システムは、工業プロセス内の主要な位置に分散され、プロセス制御ループによって制御システム内の制御回路に結合された工業プロセスフィールド装置を使用して、これらの機能を実行する。用語「フィールド装置」は、分散制御またはプロセス監視システムにおいて機能を実行する任意のデバイスを指し、工業プロセスの測定、制御、及び／または監視に使用される、現在知られている、またはまだ知られていないすべてのデバイスを含む。
【０００３】
典型的なフィールド装置は、フィールド装置が、１つまたは複数のセンサを使用するプロセスパラメータ監視及び測定、及び／または１つまたは複数の制御装置を使用するプロセス制御動作などの従来のフィールド装置タスクを実行することを可能にする装置回路を含む。例示的なセンサは、工業プロセスで使用される圧力センサ、レベルセンサ、温度センサ、及び他のセンサを含む。例示的な制御装置は、アクチュエータ、ソレノイド、バルブ、及び他の制御装置を含む。
【０００４】
フィールド装置の装置回路はまた、センサ及び／又は制御装置を制御するために使用され、例えば４〜２０ｍＡプロセス制御ループのようなプロセス制御ループを介してプロセス制御システム又は他の回路と通信するコントローラを含むことができる。一部の設備では、プロセス制御ループは、現場装置に電力を供給するために、調節された電流及び／または電圧を現場装置に供給するために使用される。プロセス制御ループは、感知されたプロセスパラメータに対応するプロセスパラメータ値などのデータを搬送することもできる。このデータは、プロセス制御ループを介してアナログ信号として、又はデジタル信号として通信することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一部のフィールド装置は、外部電源からの電力をポンプなどの外部装置に接続または切断するように構成された、ラッチリレーなどのスイッチを含んでもよい。ラッチリレーを使用すると、フィールド装置が使用する重要な電力を節約できるが、電力損失に応じてラッチリレーがリセット状態に戻るのを妨げる場合がある。残念ながら、これは、外部装置を望ましくないアクティブ状態にしておくことがあり、これは、潜在的に、工業プラントにおいて損傷を引き起こすか、または危険な状態を作り出す可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の実施形態は、工業プロセス、工業プロセス制御システム、及びフィールド装置のラッチリレーを制御する方法のためのフィールド装置を対象とする。フィールド装置の一実施形態は、アクティブコンポーネント、ラッチリレー、コントローラ、リレードライブ、及びリセット回路を含む。アクティブコンポーネントは、プロセスパラメータを感知するように構成されたセンサであってもよいし、工業プロセスのプロセスを制御するように構成された制御装置であってもよい。コントローラは、スイッチ信号を生成するように構成され、リレードライブは、スイッチ信号に基づいて、ラッチリレーをセット状態及びリセット状態のうちの１つに設定するように構成される。リセット回路は、リレードライブへの電力の中断に応じてラッチリレーをリセット状態に設定するように構成される。
【０００７】
工業プロセス制御システムの一実施形態は、フィールド装置とリレー電源とを含む。フィールド装置は、アクティブコンポーネント、ラッチリレー、コントローラ、リレードライブ、及びリセット回路を含む。アクティブコンポーネントは、プロセスパラメータを感知するように構成されたセンサであってもよいし、工業プロセスのプロセスを制御するように構成された制御装置であってもよい。コントローラは、スイッチ信号を生成するように構成され、リレードライブは、スイッチ信号に基づいて、ラッチリレーをセット状態及びリセット状態のうちの１つに設定するように構成される。リレー電源は、リレードライブに電力を供給するように構成される。リセット回路は、リレー電源によって供給される電力の遮断に応じてラッチリレーをリセット状態に設定するように構成される。
【０００８】
本方法の一実施形態では、工業プロセスのプロセスパラメータが感知されるか、または工業プロセスがフィールド装置のアクティブコンポーネントを使用して制御される。フィールド装置のリレードライブは、リレー電源を使用して給電される。フィールド装置のコントローラからのスイッチ信号を元に、リレードライブを用いてフィールド装置のラッチリレーをセット状態とリセット状態のいずれかに設定することで、外部装置への電源を制御する。リレー電源によって供給される電圧は、フィールド装置のリセット回路の比較器を使用して閾値電圧と比較される。ラッチリレーは、電圧が閾値電圧と所定の関係に達したときに、リセット回路の電荷リザーバからの電荷を使用してリセット状態に設定される。
【０００９】
この概要は、以下でさらに説明される概念の選択を簡略化された形成で紹介するために提供される。この発明の概要は、特許請求される主題の重要な特徴または本質的な特徴を識別することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を決定する際の補助として使用されることを意図するものでもない。特許請求される主題は、背景技術で言及される任意のまたはすべての欠点を解決する実装形態に限定されない。
【発明の効果】
【００１０】
潜在的に、工業プラントにおいて損傷を引き起こすか、または危険な状態を作り出す可能性を低減する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス制御システムの簡略化された図である。
【図２】本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス制御システムの簡略化されたブロック図である。
【図３】本開示の実施形態による、装置に結合されたフィールド装置及びフィールド装置の外部にある電源の簡略化されたブロック図である。
【図４】本開示の実施形態による、電力遮断中にラッチリレーをリセットするためのフィールド装置の例示的回路を示す工業プロセス制御システムの簡略ブロック図である。
【図５】本開示の実施形態による、電力遮断中にラッチリレーをリセットするためのフィールド装置の例示的回路を示す工業プロセス制御システムの簡略ブロック図である。
【図６】本開示の実施形態による、例示的なリセット回路の回路図である。
【図７】工業プロセス制御システムのためのフィールド装置における電力スイッチングを制御する例示的な方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本開示の実施形態は、添付の図面を参照して、以下でより完全に説明される。同一または類似の参照符号を使用して識別される要素は、同一または類似の要素を参照する。しかしながら、本開示の様々な実施形態は、多くの異なる形態で具現化されてもよく、本明細書に記載された実施形態に限定されるものとして解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が完全であるように提供され、本開示の範囲を当業者に完全に伝える。
【００１３】
本開示の実施形態は、一般に、工業プロセスフィールド装置、フィールド装置を含む工業プロセス制御システム、及びフィールド装置を使用して外部装置を制御する方法を対象とする。図１は、本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス測定または制御システム１００の簡略化された図である。
【００１４】
システム１００は、工業プロセス１０３と対話することができる工業プロセスフィールド装置１０２を含む。いくつかの実施形態では、プロセス１０３は、パイプ１０４（図１）などのパイプを介して輸送される流体などの材料、及び／またはシステム１００によって処理されるタンクなどに含まれる材料に関連する。材料のこの処理は、一般に、材料をより価値の低い状態から、石油、化学物質、紙、食品などのより価値があり有用な製品に変換する。例えば、製油所は、原油をガソリン、燃料油、及び他の石油化学物質に加工することができる工業プロセスを実施する。
【００１５】
フィールド装置１０２は、フィールド装置１０２を制御するように構成され得るコンピュータ化された制御ユニット１０５と通信し得る。制御ユニット１０５は、図１に示すように、システム１００の制御室のように、フィールド装置から離れて配置されてもよい。フィールド装置１０２は、４〜２０ミリアンペアのプロセス制御ループのような２線式プロセス制御ループ１０６を介して制御ユニット１０５に接続することができる。制御ループを通る電流を制御することなどによって、制御ループ１０６を介してデータを通信することに加えて、制御ループ１０６は、フィールド装置１０２に完全に電力を供給することができる。
【００１６】
フィールド装置１０２は、装置電源１０７からフィールド装置１０２の外部にある装置１０８に電力を切り替えるように構成することができる。装置１０８の例示的な実施形態は、例えば、ポンプ、コンプレッサ、ソレノイド、またはシステム１００と共に使用するのに適し得る別のデバイスを含む。
【００１７】
後述するように、ラッチリレーは、フィールド装置１０２においてこのスイッチング機能を実行するために使用される。ラッチリレーは、フィールド装置１０２の外部にあるリレー電源１０９によって給電することができる。リレー電源１０９から電気的に絶縁することができるフィールド装置１０２のコントローラは、ラッチリレーを、電源１０７からの電力を装置１０８に接続することができるセット状態と、電源１０７からの電力を装置１０８から切り離すことができるリセット状態とに導くために供給される信号を生成する。
【００１８】
ラッチリレーは、リレー電源への電力損失後にそのセット状態（例えば、閉スイッチ）またはリセット状態（例えば、開スイッチ）を維持し、一方、非ラッチリレーは、電力損失に応答してそのリセット状態に戻る。一般に、ラッチリレーは、コントローラからのより低い電力信号を必要とし、これにより、フィールド装置１０２は、装置電源１０７と装置１０８との間のスイッチング機能を提供しながら、クリティカルな低電力要件を満たすことができるため、ラッチリレーは非ラッチリレーよりも選択される。
【００１９】
しかしながら、フィールド装置１０２は、例えば、電力損失の後に外部装置１０８が作動したままになり、損傷を生じさせたり、危険な状態を生じさせたりするのを防止するために、非ラッチリレーのリセット機能を有することが望ましいままである。本開示の実施形態は、リレー電源１０９からの電力中断の検出時にラッチリレーをリセットするように動作するリセット回路を有するフィールド装置１０２に向けられる。したがって、リセット回路は、フィールド装置１０２に非ラッチリレーの所望のリセット機能を提供し、一方、フィールド装置１０２がその低電力要件を満たすことを可能にする。
【００２０】
リセット回路を詳細に論じる前に、フィールド装置１０２の種々の実施形態を、本開示の実施形態による、例示的な工業プロセス制御システム１００を示す簡略ブロック図である図２を参照して論じる。制御ユニット１０５は、制御ループ１０６などの適切な物理的通信リンク、または無線通信リンクを介してフィールド装置１０２に通信可能に結合され得る。制御ユニット１０５とフィールド装置１０２との間の通信は、従来のアナログ及び／またはデジタル通信プロトコルに従って、制御ループ１０６を介して実行され得る。いくつかの実施形態では、プロセス制御ループ１０６は、４〜２０ミリアンペアのプロセス制御ループを含み、プロセス変数は、プロセス制御ループ１０６を流れるループ電流Ｉ（図２）のレベルによって表すことができる。例示的なデジタル通信プロトコルは、ＨＡＲＴ（登録商標）通信規格に従ったものなど、２線式プロセス制御ループ１０６のアナログ電流レベルへのデジタル信号の変調を含む。Ｆｉｅｌｄｂｕｓ及びＰｒｏｆｉｂｕｓ通信プロトコルを含む、他の純粋にデジタルの技法を使用することもできる。
【００２１】
いくつかの実施形態では、フィールド装置１０２は、図２の単純化されたブロック図に示されるように、コントローラ１１０、１つまたは複数のセンサまたは制御装置１１１、測定または制御回路１１２、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）１１４、通信回路１１５、及び／または端子ブロック１１６の形式のアクティブコンポーネントを含む。コントローラ１１０は、デバイス１０２の特許主題適格コンピュータ可読媒体またはメモリ１１８にローカルに格納され得る命令の実行に応答して、本明細書で説明される１つまたは複数の機能を実行するようにフィールド装置１０２の構成要素を制御する１つまたは複数のプロセッサ（すなわち、マイクロプロセッサ、中央処理装置など）を表すことができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０のプロセッサは、１つまたは複数のコンピュータベースのシステムの構成要素である。コントローラ１１０は、１つまたは複数の制御回路、マイクロプロセッサベースのエンジン制御システム、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などの１つまたは複数のプログラマブルハードウェア構成要素を含むことができ、これらは、本明細書で説明する１つまたは複数の機能を実行するために装置１０２の構成要素を制御するために使用される。コントローラ１１０は、他の従来のフィールド装置回路を表すこともできる。
【００２２】
フィールド装置１０２は、図２のブロック１１１によって表される１つまたは複数のセンサを使用して、プロセス１０３の温度、レベル、圧力、流量、または別のパラメータなどのプロセス１０３のパラメータを感知または測定するために使用され得る。例示的なセンサ１１１は、圧力センサ、温度センサ、レベルセンサ、流量センサ、及び／またはプロセスパラメータを感知または測定するために使用される他のセンサを含む。
【００２３】
フィールド装置１０２はまた、図２のブロック１１１によって表される１つまたは複数の制御装置を使用して、プロセス１０３の一態様を制御するように構成され得る。例示的な制御装置１１１は、プロセスを制御するために現場装置で使用されるアクチュエータ、ソレノイド、バルブ、及び他の従来のプロセス制御装置を含む。
【００２４】
測定回路又は制御回路１１２は、センサ又は制御装置１１１と相互作用する回路を表す。例えば、回路１１２は、フィールド装置のコントローラ１１０が使用するためにセンサ１１１からの出力を解釈する測定回路を含むことができる。ＤＡＣ１１４は、例えば、センサ１１１によって感知されるプロセスパラメータの値を示すようにループ電流Ｉを調整することによって、２線式プロセス制御ループ１０６を介してなど、通信回路１１５を使用して制御ユニット１０５に通信されるデジタル信号をアナログ信号に変換するために、コントローラ１１０によって使用されてもよい。回路１１２は、例えば、通信回路１１５を介してコントローラ１１０によって受け取られる制御ユニット１０５又は別のソースからのコマンドに応答して、制御装置１１１を制御するために使用することもできる。
【００２５】
上述のように、本開示のフィールド装置１０２は、電源１０７から装置１０８への電力を制御するように構成される。これらの実施形態は、装置電源１０７及び装置１０８に結合され、リレー電源１０９によって給電されるラッチリレー１２０を含むフィールド装置１０２の簡略化されたブロック図である、図３を参照して最初に説明される。いくつかの実施形態では、電源１０７、装置１０８及びリレー電源１０９は、それぞれ、フィールド装置１０２の外部にある。
【００２６】
ラッチリレー１２０は、装置電源１０７から装置１０８に電力を接続または切断するように構成され、装置は、例えば、端子ブロック１１６を介してラッチリレー１２０に接続されてもよい。ラッチリレー１２０は、シングルコイルラッチリレー、又はデュアルコイルラッチリレーのような任意の適切な形態をとることができる。単一のラッチリレー１２０のみが図示されているが、フィールド装置１０２は複数のラッチリレー１２０を含んでもよく、各ラッチリレーは本明細書に記載される実施形態に従って構成及び制御されてもよいことが理解される。
【００２７】
ラッチリレー１２０は、リレー電源１０９によって電力が供給されるリレードライブ１２２を使用して、セット状態とリセット状態との間で駆動されてもよい。電源１０９からリレードライブ１２２及びフィールド装置の他の構成要素への電力の送達を制御するためにフィールド装置１０２によって採用され得る電圧レギュレータ及びコンバータは、図面を簡略化するために示されていない。
【００２８】
コントローラ１１０は、リレードライブ１２２によって受信されるスイッチ信号１２４によって表される１つまたは複数の信号を使用して、セット状態またはリセット状態のいずれかにおけるラッチリレー１２０の設定を制御する。非ラッチリレーではなくラッチリレー１２０を使用する１つの理由は、ラッチリレー１２０の状態を変化させるためにコントローラ１１０によって生成されるスイッチ信号１２４が、典型的には、貴重なフィールド装置電力を節約できる短い電圧パルスの形態であることである。以下に説明するように、コントローラ１１０及びフィールド装置１０２の他の構成要素は、適切な絶縁回路を使用して、ラッチリレー１２０、リレードライブ１２２、及び／またはリレー電源１０９から電気的に絶縁され得る。従って、スイッチ信号１２４は、リレードライブ１２２に直接送られるか、又は絶縁回路を介してリレードライブ１２２に間接的に送られることができる。
【００２９】
いくつかの実施形態では、ラッチリレー１２０は、図３に示すように、装置電源１０７と装置１０８とを接続する回路においてスイッチとして動作する。ラッチリレー１２０のセット状態及びリセット状態は、それぞれ、ラッチリレー１２０が、装置１０８を電源１０７からの電力に接続する回路を電気的に接続または閉じる閉状態と、ラッチリレー１２０が、装置１０８を電源１０７に接続する回路を切断または開く開状態とに対応する。いくつかの実施形態では、ラッチリレー１２０のセット状態は、閉状態に対応し、リセット状態は、開状態に対応する。従って、ラッチリレー１２０がリセット状態にあるとき、電源１０７からの電力は装置１０８から切断される。
【００３０】
コントローラ１１０は、スイッチ信号１２４を使用して、ラッチリレー１２０をセット状態とリセット状態との間で選択的に設定（すなわち、制御、作動、またはトグル）して、装置１０８を作動または非作動にすることができる。いくつかの実施形態では、コントローラ１１０は、１つまたは複数の設定に基づいてプロセッサ実行命令に応答して、ラッチリレー１２０をセット状態またはリセット状態のいずれかに設定するように構成される。設定及びプログラムされた命令は、設定１３０、制御ユニット１０５のメモリとしてメモリ１１８（図２）に記憶され、及び／または別の適切な場所に記憶されてもよい。設定１３０は、閾値及び／または他のスイッチ制御パラメータなどのユーザ定義設定を含むことができる。
【００３１】
一実施形態では、コントローラ１１０は、センサ１１１によって検出される感知されたパラメータ（例えば、圧力、レベル、流れ、温度など）に応答して、ラッチリレー１２０をセットまたはリセット状態に設定する。例えば、コントローラ１１０は、センサ１１１から出力されるパラメータに基づいて回路１１２から出力される感知されたパラメータ値を、ユーザ定義の閾値などの設定１３０と比較し、感知されたパラメータ値が閾値と所定の関係を満たすときに、スイッチ信号１２４を使用してラッチリレー１２０を所定のセットまたはリセット状態に設定することができる。
【００３２】
あるいは、制御ユニット１０５は、フィールド装置１０２から感知されたパラメータ値を受信し、感知されたパラメータ値が、ユーザ定義の閾値などの設定１３０との所定の関係を満たすときに、ラッチリレー１２０を所望の状態に設定するように、制御ループ１０６などを介してコントローラ１１０にコマンドを発行することができる。次に、コントローラ１１０は、制御ユニット１０５からのコマンドに応答してラッチリレー１２０を所望の状態に設定するためのスイッチ信号１２４を生成する。
【００３３】
一例では、フィールド装置１０２は、タンク内のレベルを感知し、感知されたレベルを通信回路１１５を用いて制御ユニット１０５に通信するレベルセンサ１１１を含むことができる。センサ１１１によって生成されたレベル出力が、閾値（例えば、設定１３０）を下回る検知レベルを示す場合、コントローラ１１０は、ラッチリレー１２０をセット状態に設定して外部ポンプ（装置１０８）を作動させ、追加の材料をタンク内に駆動するように、制御ユニット１０５によって構成されるか、または命令されてもよい。センサ１１１によって感知されたレベルが、タンクが満杯であることを示すものなどの別の閾値レベル（設定１３０）に達した後、コントローラ１１０は、ポンプを非作動にするためにラッチリレー１２０をリセットするように構成または指令されてもよい。
【００３４】
別の実施形態では、コントローラ１１０は、スイッチ信号１２４を使用して、制御装置１１１の状態に応答して、ラッチリレー１２０をセットまたはリセット状態に設定する。あるいは、制御部１０５は、制御装置１１１の状態に基づいて、ラッチリレー１２０をセット状態またはリセット状態のいずれかに設定するように、コントローラ１１０に命令を発行してもよい。ここで、制御装置１１１は、例えば、バルブの開または閉状態、アクチュエータまたはソレノイドの位置、または制御装置１１１の別の状態のような、少なくとも２つの異なる状態を含む。例えば、制御装置１１１がバルブであり、装置１０８がポンプである場合、コントローラ１１０は、バルブが開いてポンプを作動させ、バルブを通る材料の流れを駆動するときに、ラッチリレー１２０をセット位置に設定するように構成または命令されてもよく、コントローラ１１０は、バルブが閉じてポンプを停止させるときに、ラッチリレー１２０をリセット位置に設定するように構成または命令されてもよい。
【００３５】
リレーへの電力の遮断に応答してリセット状態に戻る非ラッチリレーとは異なり、ラッチリレー１２０は、電力の損失の後であっても、その現在のセットまたはリセット状態のままである。従って、リレー電源１０９からの電力が中断されると、ラッチリレー１２０はその現在の状態を維持し、コントローラ１１０からのスイッチ信号１２４に応答してその状態を変化させない。これは、装置１０８が、望ましくないアクティブな状態または非アクティブな状態のいずれかに残されることにつながり得る。例えば、装置１０８がポンプである場合、電源１０９からの電力の損失は、コントローラ１１０のスイッチを切ることができず、ポンプを作動させたままにしておくことができ、例えば、タンクの過充填のような大きな問題をもたらす可能性がある。
【００３６】
上述したように、本開示のフィールド装置１０２のいくつかの実施形態は、リレー電源１０９からの電力（例えば、電力低減、電力損失、電力スパイクなど）の中断に応じてラッチリレー１２０をリセット状態に設定するように構成されたリセット回路１４０を含む。リセット回路１４０は、リレー１２０のリセット状態が装置電源１０７を装置１０８に接続する回路を開くと、電源１０９からの電力中断に応じて装置１０８を停止させることができる。あるいは、リセット回路１４０は、リレー１２０のリセット状態が装置電源１０７を装置１０８に接続する回路を閉じるときに、電源１０９からの電力中断に応答して装置１０８を起動することができる。
【００３７】
いくつかの実施形態では、リセット回路１４０は、比較器１４２及び電荷リザーバ１４４を含む。比較器１４２は、リレー電源１０９からの電力の中断を検出するように構成される。電荷リザーバ１４４は、比較器１４２がリレー電源１０９からの電力の中断を検出したときにラッチリレー１２０をリセット状態に設定するためにリセット回路１４０によって使用される電荷を蓄積する。
【００３８】
電荷リザーバ１４４は、任意の適切な形態をとることができる。例えば、電荷リザーバ１４４は、１つまたは複数のバルクコンデンサまたは再充電可能バッテリを含んでもよい。また、電荷リザーバ１４４は、リレー電源１０９からの電力を使用して充電されてもよい。
【００３９】
いくつかの実施形態では、比較器１４２は、矢印１４６によって表される、リレー電源１０９によって供給されサンプリングされた電圧１４６を、１つまたは複数の閾値電圧ＶＴＨと比較する。比較器は、サンプリングされた電圧１４６が閾値電圧ＶＴＨに対して所定の関係に到達したときに、リレー電源１０９からの電力の遮断を示すリセット信号１４８を出力することができる。いくつかの実施形態では、閾値ＶＴＨは、リレードライブ１２２がラッチリレー１２０の状態を変更することを防止することができる、電源１０９によって供給される電力の喪失または減少を示すように設定される。したがって、例示的な所定の関係は、閾値電圧ＶＴＨに一致する、または閾値電圧ＶＴＨ未満に降下する、サンプリングされた電圧１４６を含む。電力スパイクまたは他のタイプの電力遮断も、適切な閾値ＶＴＨ及び対応する所定の関係を使用して、比較器１４２によって検出することができる。
【００４０】
比較器１４２によって生成されたリセット信号１４８は、電荷リザーバ１４４に蓄積された電荷を使用して、ラッチリレー１２０をリセット状態に設定させる。これは、以下でより詳細に論じられるものを含む、任意の適切な技術を使用して達成されてもよい。
【００４１】
図４は、本開示の実施形態による、電力遮断中にラッチリレー１２０をリセットするためのフィールド装置１０２の例示的回路を含む工業プロセス制御システム１００の簡略ブロック図である。ラッチリレー１２０は、ラッチリレー１２０をセット状態にする所定のセット信号１５２をセット入力１５４で受信し、ラッチリレー１２０をリセット状態にする所定のリセット信号１５６をリセット入力１５８で受信するように構成されたデュアルコイルラッチリレーであってもよい。セット信号１５２及びリセット信号１５６は、リレードライブ１２２の対応するセット及びリセット入力１６２及び１６４で受け取られた、コントローラ１１０によって生成された信号１２４Ａ及び１２４Ｂなどのスイッチ信号１２４に応答して、リレードライブ１２２によって生成されてもよい。
【００４２】
図４及び他の場所に示されるラッチリレー１２０は、デュアルコイルラッチリレー１２０として描写され得るが、描写されるデュアルコイルラッチリレー１２０は、ラッチリレー１２０をセットまたはリセット状態に置くために、コントローラ１１０からのスイッチ信号１２４に応答して、リレードライブ１２２から所定のセット及びリセット信号を受信する、シングルコイルラッチリレーによって置き換えられ得ることが理解される。従って、本開示の実施形態は、ラッチリレー１２０としてシングルコイルラッチリレーを利用することができる。
【００４３】
上述のように、コントローラ１１０は、図４に破線で示すように、適切な絶縁回路１６６によって、ラッチリレー１２０、リレードライブ１２２、リレー電源１０９、装置電源１０７、及び／または装置１０８から電気的に絶縁されてもよい。例示的な絶縁回路１６６は、光結合器またはデジタル絶縁器を含む。絶縁回路１６６はまた、通信回路１１５、測定または制御回路１１２、センサまたは制御装置１１１、及び／またはフィールド装置１０２の追加の回路など、フィールド装置１０２の他の回路をラッチリレー１２０及びリレードライブ１２２から絶縁してもよい。
【００４４】
絶縁回路１６６は、信号１２４Ａ及び１２４Ｂなどのスイッチ信号１２４をコントローラ１１０から受け取り、従来の絶縁回路技術を使用して、１２４Ａ’及び１２４Ｂ’などの対応する絶縁信号１２４’をリレードライブ１２２に送出する。次に、リレードライブ１２２は、信号１２４Ａ’及び１２４Ｂ’に応答して、対応するセット信号１５２またはリセット信号１５６をラッチリレー１２０に出力し、ラッチリレー１２０を対応するセットまたはリセット状態に設定する。
【００４５】
リレー電源１０９は、絶縁回路１６６によってコントローラ１１０から絶縁されたフィールド装置１０２の構成要素に電力を供給する。当業者は、フィールド装置１０２が、構成要素が電源１０９から所望の形態の電力を受け取ることを確実にする従来の電圧レギュレータ及びコンバータを含み得ることを理解している。上述したように、これらの構成要素は、図面を簡略化するために図示されていない。
【００４６】
リレードライブ１２２は、図４に示すように、端子ブロック１１６を介するなどして、リレー電源１０９によって供給されるリレー電源ＶＲによって給電されてもよい。リレードライブ１２２は、ラッチリレー１２０をセット又はリセット状態に駆動するために、スイッチ信号１２４Ａ及び１２４Ｂに応じて、リレー電圧ＶＲを用いて信号１５２及び１５６を生成する。
【００４７】
上述したように、リセット回路１４０の比較器１４２は、リレー電源１０９からの電力を用いて生成されたサンプリング電圧１４６と、閾値電圧ＶＴＨとを受け取る。加えて、電荷リザーバ１４４は、リレー電源１０９からの電力を使用して充電されてもよい。
【００４８】
いくつかの実施形態では、リセット回路１４０は、比較器１４２からのリセット信号１４８に基づいて、電荷リザーバ１４４をラッチリレー１２０のリセット入力１５８と接続または切断するように構成されたスイッチ１７０を含む。スイッチ１７０は、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（metal-oxide silicon field effect transistor）または別の適切なトランジスタスイッチのような任意の適切な形態をとることができる。サンプリングされた電圧１４６が閾値電圧ＶＴＨに到達しない場合のような、リレー電源１０９の通常の動作の間、スイッチ１７０は開かれ、それによって、電荷リザーバ１４４をリセット入力１５８から切り離す。開状態におけるスイッチ１７０のこの設定は、比較器１４２からの信号１４８によって制御することができる。サンプリングされた電圧１４６が閾値電圧ＶＴＨと所定の関係に達すると、比較器１４２は、スイッチ１７０を閉じ、電荷リザーバ１４４をラッチリレー１２０のリセット入力１５８に接続するリセット信号１４８の形態を生成する。電荷リザーバ１４４によって蓄積された電荷は、リセット信号１７２をリセット入力１５８に送達し、ラッチリレー１２０をリセット状態に駆動する。リセット状態におけるラッチリレーのこの設定は、装置１０８への電源１０７から電力を切断することができる。
【００４９】
図５は、本開示の実施形態による、電力遮断中にラッチリレー１２０をリセットするためのフィールド装置１０２の例示的回路を含む工業プロセス制御システム１００の簡略ブロック図である。図５のフィールド装置回路は、図４のものと実質的に同様に動作するが、リセット回路１４０のために異なる構成を使用する。特にＯＲゲート１７４が使用されており、それは、絶縁回路１６６からのリセット信号１２４Ｂ’及び、比較器１４２から出力されるリセット信号１４８を受信する。ＯＲゲート１７４からの出力１７６は、リレードライブ１２２のリセット入力１６４に接続される。コントローラ１１０がリセット信号１２４Ｂを提供すると、充分な電力が利用可能であれば、リセット信号１２４Ｂ’が絶縁回路１６６によって生成され、サンプリングされた電圧１４６が閾値電圧ＶＴＨを下回ったときに比較器１４２によって検出される電力遮断中に、比較器１４２はリセット信号１４８を提供する。これらの状況のいずれにおいても、ＯＲゲート１７４からの出力１７６は、リレードライブ１２２をトリガして、ラッチリレー１２０をリセットするために必要なリセット信号１５６を供給する。
【００５０】
比較器１４２によって生成されたリセット信号１４８がＯＲゲート１７４からの出力１７６としてリレードライブのリセット入力１６４に供給されるリレー電源１０９からの電力の中断の間、リレードライブ１２２は、必要なリセット信号１５６を生成するのにリレー電圧ＶＲからの十分な電力を欠くことがある。この問題は、リセット信号１５６を生成し、ラッチリレー１２０をリセットすることができるように、リレードライブ１２２に電力を供給するのに十分な電荷（矢印１７８）を提供する、電荷リザーバ１４４を使用して克服される。
【００５１】
図６は、図４に示される配置で使用され得る多くの可能な構成の１つの例示的なリセット回路１４０の回路図である。例示的な一実施形態では、比較器は、例えば、リレードライブ１２２に供給される電圧ＶＲであり得るサンプリング電圧１４６（ＶＳ）（例えば、１４Ｖ）に結合された正の電源入力と、電気接地１８２に結合された負の電源入力とを有し得る、演算増幅器（オペアンプ）１８０を含む。オペアンプ１８０は、抵抗１８４及び１８６によって形成される分圧器によって設定される負入力１８３におけるサンプル電圧１４６の分圧レベルを、従来の技術を使用して設定され得る正入力１８７における閾値電圧ＶＴＨ（例えば、１２Ｖ）と比較する。コンデンサ１８８及び１９０は、電力遮断の誤検出を引き起こし得るノイズをフィルタリングするために使用されてもよい。
【００５２】
スイッチ１７０は、図６に示すように、ｎ−チャネルエンハンスメントモードＭＯＳＦＥＴであってもよい。この例示的な実施形態では、例えば、ＭＯＳＦＥＴ１７０のゲート１９２は、オペアンプからの出力１４８に結合され、ドレイン１９４は、サンプリングされた電圧ＶＳに結合され、ソース１９６は、ラッチリレー１２０のリセット入力１５８に結合される。
【００５３】
上述したように、電荷リザーバ１４４は、バッテリ又は１つ以上のバルクコンデンサを含むことができる。図６の例示的な回路では、電荷リザーバ１４４は、バルクコンデンサ２００及び２０２を用いて形成される。コンデンサ２００、２０２は、サンプリングされたＶＳなどから、リレー電源１０９から供給される電力に基づいて電荷を蓄積する。コンデンサ２００及び２０２は、ラッチリレー１２０をリセットするために必要な持続時間にわたって必要な電圧を有するリセット信号１７２を形成するように、適切なサイズにされている。
【００５４】
通常動作時には、リレー電源１０９から遮断なく電力が供給されるため、オペアンプ１８０に入力されるサンプリング電圧ＶＳの分圧値は、閾値電圧ＶＴＨよりも大きくなる。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１７０のゲート１９２への信号１４８としての負電圧出力が生成され、それにより、ドレイン１９４とソース１９６との間に開回路が生成され、電荷リザーバ１４４がリセット入力１５８から切断される。これにより、リセット信号１７２は生成されない。
【００５５】
リレー電源１０９からの電力が遮断されると、サンプリングされたＶＳが低下し始める。サンプリングされた電圧ＶＳの分圧値が閾値電圧ＶＴＨを下回ると、オペアンプ１８０は、信号１４８として正の電圧を生成する。信号１４８は、十分な順方向バイアスをゲート１９２に印加して、電荷リザーバ１４４をリセット入力１５８に接続し、コンデンサ２００及び２０２によって蓄積された電荷がリセット信号１７２を生成する。リセット信号１７２は、ラッチリレー１２０をリセット状態に作動させ、これは、例えば、装置１０８を電源１０７から切り離すことができる。
【００５６】
分圧器及び閾値電圧ＶＴＨは、リレー電源１０９からの電力の遮断中に所望の出力信号１７２を生成することによって、任意のラッチリレー１２０に適応するように選択することができる。例えば、オムロンエレクトロニクスが生産しているＧ６ＣＵ−２１１４Ｐ−ＵＳリレーはシングルコイルラッチタイプのリレーであり、リレーをリセットするためには、リセット信号１７２をリセットコイル（すなわち、リセット入力１５８）上の８．４Ｖと１５．６Ｖの間の少なくとも２０ミリ秒の電圧パルスとする必要がある。抵抗器１８４及び１８６、閾値電圧ＶＴＨ、ならびにバルクコンデンサ２００及び２０２によって形成される分圧器は、リレー電源１０９からの電力の遮断中に、この、または別の好適なリセット信号１７２を提供するように選択され得る。
【００５７】
本開示のさらなる実施形態は、工業プロセス制御システム１００のためのフィールド装置１０２における電力スイッチングを制御する方法を対象とする。図７は、１つの例示的な方法を示すフローチャートである。２１０において、工業プロセス１０３のプロセスパラメータが感知されるか、または工業プロセス１０３が供給され、フィールド装置１０２のアクティブコンポーネント１１１を使用し、２１２において、フィールド装置１０２のリレードライブ１２０は、例えば、図３に関して上述したようなリレー電源１０９を使用して給電される。
【００５８】
２１４において、外部装置１０８への電力は、ラッチリレー１２０を使用して制御される。装置１０８は、図３〜５に示すようなフィールド装置の端子ブロック１１６を介して、又は別の適当な接続を介してラッチリレー１２０に結合することができる。ステップ２１４のいくつかの実施形態では、装置１０８への電力は、上述したように、フィールド装置１０２のコントローラ１１０からのスイッチ信号１２４に基づいてリレードライブ１２２を使用して、ラッチリレー１２０をセット状態またはリセット状態のいずれかに設定することによって制御される。
【００５９】
２１６において、リレー電源１０９によって供給される電圧（例えば、サンプリングされた電圧ＶＳ）は、フィールド装置１０２のリセット回路１４０の比較器１４２を用いて閾値電圧ＶＴＨと比較される。ステップ２１８において、電圧がリレー電源１０９からの電力の遮断を示す閾値電圧ＶＴＨと所定の関係に達すると、ラッチリレー１２０はリセット回路１４０の電荷リザーバ１４４を用いてリセット状態に設定される。いくつかの実施形態では、ラッチリレー１２０のこのリセットによって、外部装置１０８への電力が切断される。
【００６０】
本開示の実施形態は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、発明は、本開示の思想及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細において変更がなされ得ることを認識するであろう。
【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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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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