(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
通信モジュールと動作可能に接続された複数のI/Oモジュールを制御する通信モジュールを有するI/Oバンクと接続された分散制御システムと、
前記I/Oバンクの前記通信モジュールと直列的に接続された複数の弁ステーションを前記通信モジュールと同じプロトコルを用いて制御し、複数のフィールドデバイスと動作可能に接続できるマニホールド通信モジュールを備えた弁マニホールドと、
を備えた制御システムであって、
前記I/Oバンクは、複数のフィールドセンサ又は負荷と接続される構造になっており、
前記弁マニホールドは、複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっており、
複数のI/Oモジュールを備えた前記I/Oバンクの少なくとも１つと前記弁マニホールドが、キャビネットに収容されていることを特徴とする制御システム。
【請求項２】
複数のI/Oモジュールを備えた前記I/Oバンクと、前記弁マニホールドはキャビネットに収容されていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項３】
前記弁マニホールドが、前記キャビネットの壁を貫通した空気圧出口を有することを特徴とする請求項２に記載の制御システム。
【請求項４】
複数のI/Oモジュールを備えた前記I/Oバンクと、前記弁マニホールドは別々のキャビネットに収容され、
通信と電力を提供するためのケーブルが、１つのキャビネット内の前記I/Oバンクから別のキャビネット内の前記弁マニホールドまで延びていることを特徴とする請求項３に記載の制御システム。
【請求項５】
前記弁マニホールドが、前記別のキャビネットの壁を貫通した空気圧出口を有することを特徴とする請求項４に記載の制御システム。
【請求項６】
複数のI/Oモジュールを備えた前記I/Oバンクと、前記弁マニホールドは別々のキャビネットに収容され、
通信と電力を提供するためのケーブルが、１つのキャビネット内の前記I/Oバンクから別のキャビネット内の前記弁マニホールドまで延びていることを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項７】
前記I/Oバンクが、前記複数のI/Oモジュール、前記通信モジュール、及び前記マニホールド通信モジュールを動作可能に接続するバックプレーンを有することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
【請求項８】
複数のI/Oモジュールを備えたI/Oバンクを有する通信モジュールと、
複数の弁ステーションを制御するために前記I/Oバンクの通信バックプレーンと同じプロトコルを用いて、前記I/Oバンクの前記通信バックプレーンと直列的に接続されたマニホールド通信モジュールを有する弁マニホールドと、
を備えた制御システムであって、
複数のI/Oモジュールを備えた前記I/Oバンクは、複数のフィールドセンサ又は負荷と接続される構造になっており、
前記弁マニホールドは複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっており、
前記I/Oバンクと、前記弁マニホールドはキャビネットに収容されていることを特徴とする制御システム。
【請求項９】
前記弁マニホールドが、前記キャビネットの壁を貫通した空気圧出口を有することを特徴とする請求項８に記載の制御システム。
【請求項１０】
I/Oバンクと接続された分散制御システムと、
通信バックプレーンと動作可能に接続された複数のI/Oモジュールを制御する通信モジュールを有する前記I/Oバンクと、
複数のフィールドデバイスと動作可能に接続された複数の弁ステーションを制御するために、予備通信の為に単一のケーブル又は第二ケーブルを介して前記I/Oバンクの前記通信バックプレーンと直列的に接続されたマニホールド通信モジュールを備えた弁マニホールドと、
を備えた制御システムであって、
複数のI/Oモジュールを備えたI/Oバンクの前記I/Oモジュールが、複数のフィールドセンサ又は負荷と接続される構造になっており、
前記弁マニホールドは複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっていることを特徴とする制御システム。
【請求項１１】
前記I/Oバンクの各I/Oモジュールは、内部にマイクロプロセッサを有し、
前記マニホールド通信モジュールは、前記各I/Oモジュール内部の複数の前記マイクロプロセッサをエミュレートするように構成され、前記I/Oバンクの前記通信バックプレーンと接続され、前記複数のフィールドデバイスを制御するマイクロプロセッサを有することを特徴とする請求項１０に記載の制御システム。
【請求項１２】
前記マニホールド通信モジュールが、前記単一のケーブルを介して前記I/Oバンクの前記バックプレーンから供給された電力を有していることを特徴とする請求項１１に記載の制御システム。
【請求項１３】
前記第二ケーブルも前記バックプレーンからの予備電力を供給するために接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１４】
前記I/Oモジュールのバンクと前記弁マニホールドが、別々のキャビネットに収容され、
前記単一のケーブルが、一つのキャビネット内の前記I/Oバンクから他のキャビネット内の弁マニホールドまで延びていることを特徴とする請求項１２に記載の制御システム。
【請求項１５】
取り付けられるI/Oモジュールを有さないI/Oバンクのための通信モジュールと動作可能に接続された分散制御システムと、
複数のフィールドデバイスと動作可能に接続された複数の弁ステーションを制御するために、通信ケーブルを介して前記通信モジュールと直列的に接続されたマニホールド通信モジュールを備えた弁マニホールドと、
を備えた制御システムであって、
前記弁マニホールドは複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっていることを特徴とする制御システム。
【請求項１６】
前記マニホールド通信モジュールが、前記I/Oモジュール無しの前記I/Oバンクの通信バックプレーンを介して前記通信モジュールと接続されることを特徴とする請求項１５に記載の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、分散I/Oシステムを介して分散制御システムと直列的に（serially）接続されたソレノイド弁マニホールドを有する電気バスシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
工業オートメーションは多くの制御デバイスを用いる。１つの有用な制御デバイスは、しばしば単に弁マニホールドと称されるソレノイド弁マニホールドであって、複数の電気的に作動するソレノイド弁を収容する。ソレノイド弁は、例えばプロセス弁のような他の下流のフィールドデバイスを作動させるために、水圧又は空気圧の流れる方向を制御する。これらの弁マニホールドは、しばしばソレノイド弁ステーションに隣接して設けられて様々なフィールドバスネットワークに接続する通信モジュールを有する。
【０００３】
これらのフィールドバスネットワークは、自動制御において当たり前のものになっている。フィールドバスネットワークは弁ステーションに対する遠隔制御を提供する。一般的なフィールドバスネットワークは、EtherNet／IP（登録商標）、FIPIO(登録商標)、Interbus-S（登録商標）、ControlNet（登録商標）、DeviceNet（登録商標）又は、他の専用の（proprietary）又はオープンなネットワークプロトコルを用いる。弁マニホールドは通常、遠隔プログラマブルロジックコントローラ（PLC）、工業用パソコン（IPC）、及び／又は、分散制御システム（DCS）をマスターとするフィールドバスネットワークに接続される。ここで用いられる、分散制御システム（DCS）という用語は、事実上総称（generic）であり、PLCsやIPCsも含まれる。
【０００４】
図１に示すような一列に並んだ（side by side）ネットワークアーキテクチャを有することも一般的であって、即ち、DCS１８に対し、弁マニホールドに接続されたフィールドバス１１がもう一つのフィールドバスネットワーク１３に対して並列である。DCS１８は商業的に利用可能なDeltaV（登録商標）DCSとすることができる。例えば専用のEthernet接続を用いたI/Oモジュール（入力／出力モジュール）のバンク（I/Oバンク）１４は、DCS１８から離れてDCS１８のEthernetマスターユニット１５に接続される。I/Oバンクは、商業的に利用可能なCHARM（登録商標）I/Oバンク１４とすることができ、複数のフィールドデバイス即ちセンサ２４と接続され、センサはプロセス弁４４又は弁を備えた負荷が感知した様々なパラメータの信号を送り返す。I/Oバンク１４はセンサからの信号を受け取り、フィールドバスネットワーク１３の信号をDCS１８に中継することができる。弁マニホールド１０はDCS１８のマスターユニット１２に接続される。弁マニホールド１０は、空気圧によって複数のプロセス弁４４と動作可能に接続される。弁マニホールド１０はI/Oバンク１４に対してDCS１８と並列に、例えばProfibus-DPのような異なるネットワーク１１を介して接続される。マスターユニット１２とEthernetネットワークマスター１５の両方は、DCS１８によって制御される。この方法で、弁マニホールドとI/Oバンクは、並列に隣り合って（side by side）それら自身のそれぞれのフィールドバスネットワーク１１、１３とそれぞれのプロトコルを用いて働く。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この標準的な先行技術システムは弁を制御するために１つのプロトコルネットワークを用いるが、センサを介して弁位置や他のパラメータを点検する（verify）ために他のネットワークを用いる。弁とセンサを連係させるために２つのネットワークを用いることが、ある程度の望ましくない複雑さをもたらす。
【０００６】
弁とI/O制御の連係は、各モジュールがそれ自身のマイクロプロセッサを有するCHARM I/Oモジュールを介してそれぞれの弁マニホールドステーションを接続することによって達成することができる。この接続方法は、しかし、自身のマイクロプロセッサを備えた個別のCHARM I/Oモジュールをマニホールド上の各弁ステーションの各ソレノイド弁に配線する必要によって、高価で労働集約的である。
【０００７】
必要なことは、より迅速な配置であって、そこでは弁マニホールドはI/Oバンク１４に接続され、論理的にI/Oバンクの不可分の一部となり、弁はI/Oバンクの物理的な一部となって、DCSはI/Oバンクの既存のバックプレーンプロトコルを用いて弁マニホールドとI/Oバンクを一体のユニットのように制御し、DCSが弁とマニホールドシステムのための弁マニホールドの通信モジュールを介して利用可能な診断情報を解読することを可能にする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、制御システムは通信モジュールを有するI/Oバンクと接続された分散制御システム（DCS）を備える。I/Oバンクの複数のI/Oモジュールは、そのI/Oモジュールの制御の為に離れたI/Oバンクの通信モジュールと接続され、この通信モジュールがマスターとなる。複数の弁ステーションを制御するためのマニホールド通信モジュールを有する弁マニホールドは、I/Oバンクと同じプロトコルを用いてI/Oバンクとも動作可能に接続される。好ましくは、I/Oモジュールとマニホールド通信モジュールはI/Oバンクのバックプレーンを介して通信モジュールと接続される。I/Oバンクは複数のフィールドセンサ及び／又は負荷と接続される構造になっている。弁マニホールドは、複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっている。フィールドデバイスはプロセス弁であり、フィールドセンサは例えばプロセス弁位置、圧力流、プロセス弁での温度又はプロセスシステム内の温度といった、様々なパラメータを検知することに適している。
【０００９】
好ましくは、I/Oバンクと弁マニホールドは単一のキャビネット内に収容される。好ましくは、弁マニホールドはキャビネットの壁を貫通した空気圧接続金具（fitting）を有する。
【００１０】
別の実施例では、I/Oバンクと弁マニホールドは別々のキャビネットに収容される。通信と電力を提供するためのケーブルが、１つのキャビネット内のI/Oバンクから別のキャビネット内の弁マニホールドまで延びる。好ましくは、弁マニホールドは別のキャビネットの壁を貫通した空気圧接続金具を有する。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、制御システムは複数のI/Oモジュールを備えたI/Oバンクと動作可能に接続された通信モジュールを有する。弁マニホールドは複数の弁ステーションと動作可能に接続され、I/Oバンクの通信モジュールのバックプレーンと同じプロトコルを用いて、このバックプレーンと直列的に接続されたマニホールド通信モジュールを有する。I/Oモジュールは複数のフィールドセンサ及び／又は負荷と接続される構造になっている。弁マニホールドは複数のフィールドデバイスと空気圧で接続される構造になっている。I/Oバンクと弁マニホールドは単一のキャビネットに収容される。
【００１２】
本発明の別の態様によれば、制御システムは複数のI/Oモジュールを制御する為にI/Oバンクの通信モジュールをマスターとする通信バックプレーンと動作可能に接続された複数のI/Oモジュールを備えたI/Oバンクと接続されたDCSを有する。複数の弁ステーションを制御するためのマニホールド通信モジュールを有する弁マニホールドは、好ましくは空気圧接続を介して複数のフィールドデバイスと動作可能に接続できる。マニホールド通信モジュールは単一の通信ケーブルを介してI/Oバンクの通信バックプレーンと直列的に接続される。安全の為に第二の予備（redundant）ケーブルも接続される。I/OバンクのI/Oモジュールは複数のフィールドセンサ及び／又は負荷と接続される構造になっている。
【００１３】
好ましくは、I/Oバンクの各I/Oモジュールは内部にマイクロプロセッサを有する。マニホールド通信モジュールはI/Oバンクの通信バックプレーンと接続されたI/Oモジュールの複数のマイクロプロセッサをエミュレートするようにプログラムされたマイクロプロセッサを有する。
【００１４】
１つの実施例では、マニホールド通信モジュールはケーブルを介してI/Oバックプレーンから供給された電力を有する。好ましくはこのケーブルは通信も提供する。
【００１５】
１つの実施例では、予備ケーブルも予備電力と予備通信を提供する。
【００１６】
本発明の別の態様によれば、第二通信モジュールがI/Oバンク及びそのバックプレーンと同じネットワーク上に設置される。弁マニホールド通信モジュールは第二通信モジュールと接続され、複数のI/Oモジュールのマイクロプロセッサをエミュレートし、複数の弁を制御する構造になっている。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】２つの個別のフィールドバスネットワークを用いて弁マニホールド及びI/Oバンクと並列に通信するDCSを備えた先行技術の制御システムの概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る、I/Oバンクと直列的に接続された弁マニホールドの階略図であり、I/Oバンクは次に通信ネットワークを介してDCSと接続されている。
【図３】図２に示す直列的に接続されたI/Oバンクと弁マニホールドが予備バックプレーン通信を備える断片化した拡大概略図である。
【図４】直列的に接続されたI/Oバンクと弁マニホールドの両方が単一のキャビネットハウジングに収容された平面図である。
【図５】弁マニホールドとI/Oバンクが直列的に接続されて個別に隣接して位置するキャビネットに取り付けられた別の実施例を示す図である。
【図６】弁マニホールドとI/Oバンクが個別の遠く離れたキャビネットに取り付けられた別の実施例を示す図であって、弁マニホールドはI/Oカード無しに遠く離れたI/Oバンクと直列的に接続される。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に図２を参照して、制御ネットワーク２０はDCS１８と接続された複数のワークステーション２２を有する。DCSは商業的に利用可能なEmerson Process Managementが提供するDELTAV（商標登録）システムとすることができる。DCS１８は次にそのネットワーク１３を介して個別のI/Oモジュール１６を含む1つ以上のI/Oバンク１４と接続される。適切なI/Oバンクは商業的に利用可能なEmerson Process Managementが提供するCHARM（商標登録）I/Oバンクとすることができる。これらのI/Oバンク１４はDCS１８から遠く離れて位置する。
【００１９】
バンク内の個別のI/Oモジュール１６の多くは、フィールドセンサ２４からの情報を受け取るためにケーブル２６を介してフィールドセンサ２４と接続される。加えて、弁マニホールド１０もI/Oバンク１４と接続される。好ましくは、図３に示すように、接続は、電力と通信の両方を一体化したケーブル３０をI/Oバンク１４のバックプレーン３２から弁マニホールド１０の通信モジュール３４の通信金具３３まで伸ばして、なされる。より具体的には、電力及び通信用ケーブル３０は弁マニホールド１０の金具３３からI/Oバンク１４のバックプレーン３２と接続されたコラムエクステンダ（column extender）３６まで延びる。予備の電力及び通信一体化ケーブル３８も、ケーブル３０が故障した場合のために、金具４０に取り付けられる。特定の商業的に利用可能な実施例では、ケーブル３０は通信のみを提供し、ケーブル３８は電力のみを提供する。
【００２０】
弁マニホールド１０は図２に示す複数の空気圧チューブ４２と接続された空気圧金具４５に取り付けられた複数の弁ステーション２１を有し、空気圧チューブ４２は次に例えばプロセス弁のようなフィールドデバイス４４と動作可能に接続される。図３に示すように、ケーブル３０と３８はI/Oバンク１４から弁マニホールド１０まで延び、図２では空気圧チューブ４２が弁マニホールド１０からフィールドデバイス４４まで延びる。例えばプロセス弁位置やフィールドデバイス４４での圧力など１つ以上のパラメータを検知するために、フィールドセンサ２４はフィールドデバイス４４と動作可能に接続され、弁マニホールド１０やその通信モジュール３４をバイパスしてケーブル２６を介してI/Oバンク１４に直接接続される。フィールドセンサはフィールドデバイスから遠く離れたプロセスシステム内の他の場所での例えば温度、流量など他のパラメータも検知する。
【００２１】
図３に示すように、I/Oバンク１４はバックプレーン３２を介してI/Oモジュール１６を制御しI/Oモジュール１６と通信するためにDCS１８と接続された通信モジュール４６を有する。安全性と冗長性のために、予備の通信モジュール４６Bがモジュール４６に隣接して取付けられる。図４により明確に示すように、予備の通信モジュール４６Bは予備ネットワーク５３上にある。CHARM（登録商標）システムを用いる利点は、図３に示すように、各I/Oカード１６をハウジング４８又はベースプレート４９内で配線を変更することなく入力又は出力位置で作動させるために、各個別の交換式のI/Oカード１６をハウジング４８に嵌合できることであり、即ち、すべての流入する信号を電子的に入力し（electronic marshalling）、又はバンク１４のI/Oモジュール１６から出力できることである。
【００２２】
I/Oバンク１４のバックプレーン３２と接続されたマニホールド通信モジュール３４を有することによって、弁マニホールド１０はI/Oバンク１４の通信モジュール４６と直接通信し、従って途切れなくDCS１８によって制御される。換言すれば、弁マニホールドはI/Oバンクの一連のバックプレーンプロトコルを変換できる通信モジュールを有しているので、DCS１８は途切れなく弁マニホールドを制御できる。
【００２３】
弁マニホールド１０のマニホールド通信モジュール３４とI/Oバンク１４のバックプレーン通信の両方で同じプロトコルを用いることによって、弁マニホールド１０はI/Oバンク１４の上にピギーバックし、I/Oバンクに弁機能を付加することによって、I/Oバンク１４の機能性を高める。マニホールド通信モジュール３４の単一のマイクロプロセッサは複数のI/Oモジュール１６のマイクロプロセッサをエミュレートし、従って通信モジュール４６はマニホールド通信モジュール３４からの信号を、あたかも異なるI/Oモジュール１６からの信号であるかのように読み取る。CPUを搭載したICチップがマイクロプロセッサと呼ばれることは既知であるが、単一のチップはI/Oピン、RAM、ROM、及び他のコンポーネントも備えることができる。これらの単一のチップは通常マイクロコントローラと呼ばれる。ここで用いるマイクロプロセッサには、通常マイクロコントローラと称されるICチップも含まれる。
【００２４】
また、弁マニホールドがI/Oバンク上にピギーバックすることで、ソレノイド弁マニホールドに対する追加の専用ネットワークの必要性が取り除かれる。例えばDeviceNet/Profibus-DP/AS-Interfaceのような第二のフィールドバスネットワークを追加する必要性が無く、従って図２の制御システム全体に対するフィールドバスネットワークの数が低減される。
【００２５】
フィールド接続箱、即ち、通信モジュール３４をI/Oバンク１４とソレノイド弁マニホールド１０の両方に対する分散制御システム１８と接続する単一のネットワークケーブル１３のみを提供することによって、配線も削減される。
【００２６】
DCS１８からI/Oバンク１４への単一の接続が、追加のソフトウエア構成ツールを必要としない密に一体化されたソリューションを可能にする。I/Oバンク１４とソレノイド弁マニホールド１０の両方が、ユーザーに製品、文書、及び診断を制御するための単一の点（single point）を提供する。構成業務（configuration work）のすべてが、DCS１８を介して行うことができる。
【００２７】
弁マニホールドの故障診断技術が、DCSを介して利用可能である。弁マニホールドの各弁はDCSによって検知され、I/Oバンク又はDCSと接続された他のフィールドデバイスに用いられているものと同じ分散制御システムの診断アプリケーションを利用できる。
【００２８】
図４と図５は、図２と図３に示すI/Oバンク１４と弁マニホールド１０を使用するための異なるキャビネット構成を示す。図４はI/Oバンク１４とソレノイド弁マニホールド１０の両方の単一のキャビネットへの一般的な取付けを示す。ケーブル３０，３８はI/Oバンクのところのコラムエクステンダ３６から延びて、弁マニホールド１０の通信モジュール３４に接続される。この図示の実施例では、弁マニホールド１０の空気圧金具４５がキャビネット５０の側面５２から外に出ている。
【００２９】
図５に、キャビネット５０に取り付けられたI/Oバンク１４と、一方で別の第二キャビネット５４に取り付けられた弁マニホールド１０とを示す。キャビネット５０、５４は、ケーブル３０，３８をコラムエクステンダ３６からそしてキャビネット５０からキャビネット５４まで延ばすことができるように、互いに対して十分に短い距離で取り付けられ、キャビネット５４は弁マニホールド１０の通信モジュール３４と接続される。空気圧金具４５はキャビネット５４の側面５６から外に出ている。この実施例は空気圧システムがキャビネット５０から遠く離れている場合に好ましい。
【００３０】
図６に個別のキャビネット５０、５４を示すが、これらのキャビネットは図５に示したキャビネットよりもより遠くに距離をあけて取り付けられる。この実施例では、I/Oバンク１４はキャビネット５０に取り付けられ、弁マニホールド１０は第二キャビネット５４に取り付けられる。電力は個別に第二キャビネット５４に供給される（図示せず）。通信はネットワーク１３を介してキャビネット５４に取り付けられたI/Oモジュール１６無しの第二通信モジュール４６Ａに供給される。第二通信モジュール４６Ａも、DCS１８のネットワーク１３に接続されるように取り付けられる。予備通信モジュール４６Ｃが第二通信モジュール４６Ａに隣接して取り付けられて、安全手順に合致するように予備ネットワーク５３に接続される。電力及び通信用ケーブル３０、３８は、弁マニホールド１０を制御するために、I/Oバンクバックプレーン３２から延びて、通信モジュール４６、４６Ａを弁マニホールド１０の通信モジュール３４と接続する。空気圧金具４５が側面５６から外に出ている。
【００３１】
図６に示すように、通信モジュール４６はI/Oモジュール１６と接続される必要がないが、I/Oバンクバックプレーンを用いて弁マニホールド１０と通信モジュール３４を介して直列的に接続される利点が、依然としてI/Oユニットとマニホールド弁の両方に対して単一のネットワーク１３を用いて別個のネットワーク１１を削減できるという利点を提供する。
【００３２】
他の変形や変更が添付の請求項に定義された本発明の範囲と精神から逸脱することなく可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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