(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地絡検出器（２０６）であって、
第１電流を受け取るように構成されたリレー（３０２）と、
グラウンドに対する電圧電位を供給するように構成された電圧調整器（３０６）と、
グラウンド電流が第１抵抗器（３１２）を通って流れることに起因する前記第１抵抗器を跨ぐ電圧降下の変化を入力として受け取り、前記グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記リレーにおいて受け取られる前記第１電流を変化させるように構成され、前記第１電流の変化は地絡を示す、増幅器（３０８）と、
を備え、
前記リレーは、前記第１電流がゼロまで減少することに応答して、前記地絡検出器のリレー接点（３０４）を開いて前記地絡検出器をグラウンドから絶縁するように構成される、
地絡検出器。
【請求項２】
前記増幅器は、
前記第１抵抗器を跨ぐ電圧降下の前記受け取られた変化に応答して、前記増幅器の出力電圧を変化させる
ように構成される、請求項１に記載の地絡検出器。
【請求項３】
第２抵抗器（３１４）と、
前記第２抵抗器と直列に接続された第３抵抗器（３１１）と、
を更に備え、
前記地絡検出器は、前記増幅器の前記出力電圧における変化が、前記第２抵抗器を跨ぐ第２電流の変化をもたらし、それによって前記第３抵抗器を跨ぐ前記第１電流の変化を生じさせるように構成される、
請求項２に記載の地絡検出器。
【請求項４】
地絡検出器（２０６）において第１電流を受け取るステップ（４０１）と、
グラウンド電流が第１抵抗器（３１２）を通って流れることに起因する前記第１抵抗器を跨ぐ電圧降下の変化を入力として受け取るステップと、
前記地絡検出器によって、グラウンドに対する電圧電位を供給するステップ（４０３）と、
前記グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記地絡検出器において受け取られる前記第１電流を変化させるステップ（４０７）であって、前記第１電流の変化は地絡を示す、ステップと、
前記第１電流がゼロまで減少することに応答して、前記地絡検出器のリレー接点（３０４）を開いて前記地絡検出器をグラウンドから絶縁するステップと、
を含む方法。
【請求項５】
コントローラ（１０４ａ、１０４ｂ、２０４）と、
前記コントローラに電気的に結合された地絡検出器（２０６）と、
を備え、
前記地絡検出器は、
前記コントローラから第１電流を受け取るように構成されたリレー（３０２）と、
グラウンドに対する電圧電位を供給するように構成された電圧調整器（３０６）と、
グラウンド電流が第１抵抗器（３１２）を通って流れることに起因する前記第１抵抗器を跨ぐ電圧降下の変化を入力として受け取り、前記グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記リレーにおいて受け取られる前記第１電流を変化させるように構成された増幅器（３０８）と、
を備え、
前記コントローラは、前記第１電流の変化を地絡の指標として検出するように構成され、
前記リレーは、前記第１電流がゼロまで減少することに応答して、前記地絡検出器のリレー接点（３０４）を開いて前記地絡検出器をグラウンドから絶縁するように構成される、
システム（１００、２００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]  この開示は、概して工業プロセス制御及び自動化システムに関する。より具体的には、この開示は、工業プロセス制御及び自動化システムなどにおける動的地絡検出のためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]  直流（ＤＣ）駆動式制御システムを含む工業プロセス制御及び自動化システムは、大型で複雑な工業プロセスを自動化するために使用されることが多い。これらのタイプのシステムは通常、センサ、アクチュエータ、及びコントローラを含む。コントローラは、典型的に、センサから測定値を受け取り、アクチュエータのための制御信号を生成する。
【０００３】
[0003]  コントローラから長い距離にわたって敷設された多くのフィールド機器に接続されたＤＣ駆動式制御システムにおける地絡は、入力フィールド機器から読み出された状態、及び出力フィールド機器の状態に影響を及ぼすことがある。この影響は、用いられている地絡検出の原理とは無関係である。規格及び顧客要求は、地絡は検出されるべきであるが、制御下にあるプロセスの状態には何ら影響を及ぼすべきではないことを規定することが多い。既存の地絡検出策は、しばしば制御下にあるプロセスの状態に恒久的に影響を及ぼし、あるいは入力状態の変化を検出中の地絡と相関付ける能力を有していない。
【発明の概要】
【０００４】
[0004]  この開示は、動的地絡検出のためのシステム及び方法を提供する。
【０００５】
[0005]  第１実施態様において、地絡検出器は、第１電流を受け取るように構成されたリレー又は均等な構成要素を含む。前記地絡検出器はまた、グラウンドに対する電圧電位を供給するように構成された電圧調整器も含む。前記地絡検出器は、更に、グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記リレーにおいて受け取られる前記第１電流の変化を生じさせるために当該増幅器の出力電圧を変化させるように構成された増幅器を含む。前記第１電流の変化は地絡を示す。
【０００６】
[0006]  第２実施態様において、方法は、地絡検出器において第１電流を受け取るステップを含む。前記方法はまた、前記地絡検出器によって、グラウンドに対する電圧電位を供給するステップも含む。前記方法は、更に、グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記地絡検出器の中の増幅器の出力電圧を変化させるステップを含む。前記増幅器の前記出力電圧における変化は、前記地絡検出器において受け取られる前記第１電流の変化を生じさせる。前記第１電流の変化は地絡を示す。
【０００７】
[0007]  第３実施態様において、システムは、コントローラと、前記コントローラに電気的に結合された地絡検出器とを含む。前記地絡検出器は、前記コントローラから第１電流を受け取るように構成されたリレーを含む。前記地絡検出器はまた、グラウンドに対する電圧電位を供給するように構成された電圧調整器も含む。前記地絡検出器は、更に、グラウンド電流が前記地絡検出器に流入又は前記地絡検出器から流出することに応答して、前記リレーにおいて受け取られる前記第１電流の変化を生じさせるために当該増幅器の出力電圧を変化させるように構成された増幅器を含む。前記コントローラは、前記第１電流の変化を地絡の指標として検出するように構成される。
【０００８】
[0008]  他の技術的特徴は、以下の図、説明、及びクレームから当業者には容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
[0009]  この開示のより完全な理解のために、添付の図面と併せて以下の説明への参照がこれよりなされる。
【００１０】
【図１】[0010]  図１は、この開示による例示的な工業プロセス制御及び自動化システムを示す。
【図２】[0011]  図２は、この開示による地絡検出器を含む工業プロセス制御及び自動化システムの例示的な一部分を示す。
【図３】[0012]  図３は、この開示による例示的な地絡検出器のより詳細な図を示す。
【図４】[0013]  図４は、この開示による地絡検出のための例示的な方法を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
[0014]  以下に論じられる図１から４、及びこの特許書面において本発明の原理を説明するのに用いられる様々な実施態様は、例示のためだけのものであり、どんな方法であっても発明の範囲を限定するようには解されるべきではない。当業者は、本発明の原理は適切に構成された任意の種類のデバイス又はシステムにおいて具現化されることができる、ということを理解するだろう。
【００１２】
[0015]  地絡検出システムは、発生し得る地絡を監視するために、２４ＶＤＣ駆動式制御システム又は他のＤＣ制御システムにおいてしばしば利用される。既存のいくつかの地絡検出策は、グラウンドと電源の共通端子との間の抵抗、電圧、又は電流を測定する。地絡が発生すると抵抗、電圧、又は電流が変化し、アラームが生成され、あるいは電源をオフにするなどのアクションがとられる。しかしながら、（火災及びガス検知システムなどの）いくつかの重大な制御システムにおいては、たとえ地絡の場合であっても制御システムの機能が利用可能のままであることが望まれ、又は要求されることが多い。そのうえ、火災及びガス検出システムの場合には、地絡の発生は、誤った火災又はガス検出アラームを生じさせるべきではない。
【００１３】
[0016]  これらの問題に対処するために、この開示の実施態様は、（１）地絡を検出し、（２）地絡検出を入力状態の変化及び出力スイッチ動作の変化と相関付け、（３）作用を受けるＩ／Ｏチャンネルに対する影響を除去するためにグラウンドから切り離されるように構成された地絡検出器を提供する。そのような特徴は、多数の非絶縁Ｉ／Ｏチャンネルを備えた火災及びガス検出システムを含む、広範な様々な制御システムとともに用いられることができる。しかしながら、この開示は火災及びガス検出システムには限定されず、本明細書において開示される原理は、他の環境及び産業にも適用可能である。
【００１４】
[0017]  図１は、この開示による例示的な工業プロセス制御及び自動化システム１００を示す。図１に示されるように、システム１００は、１又は複数のプロセス要素１０２ａ−１０２ｂを含む。プロセス要素１０２ａ−１０２ｂは、広範な様々な機能の任意を実施することができるプロセス又は生産システムにおける構成要素を表す。例えば、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂは、火災又はガス検出及び防止システムにおけるセンサ又は設備を表すことができるであろう。他の実施態様では、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂは、化学、医薬、紙、又は石油化学製品を製造するのに使用される設備を表すことができるであろう。プロセス要素１０２ａ−１０２ｂの各々は、センサ又はアクチュエータなど、プロセス若しくは生産システムにおける１又は複数の機能を実施するための任意の適切な構造を含む。
【００１５】
[0018]  ２つのコントローラ１０４ａ−１０４ｂが、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂに結合される。コントローラ１０４ａ−１０４ｂは、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂの動作を制御する。例えば、コントローラ１０４ａ−１０４ｂは、火災又はガス検出及び防止システムの動作を制御するために、センサから測定値を受け取り、アクチュエータのための制御信号を生成することができるであろう。各コントローラ１０４ａ−１０４ｂは、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂのうちの１又は複数を制御するための任意の適切な構造を含む。
【００１６】
[0019]  ２つのサーバ１０６ａ−１０６ｂが、コントローラ１０４ａ−１０４ｂに結合される。サーバ１０６ａ−１０６ｂは、コントローラ１０４ａ−１０４ｂとプロセス要素１０２ａ−１０２ｂの動作及び制御を支援する様々な機能を実施する。例えば、サーバ１０６ａ−１０６ｂは、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂの動作に関連するステータス情報など、コントローラ１０４ａ−１０４ｂによって収集又は生成された情報のログをとることができるであろう。サーバ１０６ａ−１０６ｂはまた、コントローラ１０４ａ−１０４ｂの動作を制御するアプリケーションを実行し、それによりプロセス要素１０２ａ−１０２ｂの動作を制御することもできるであろう。加えて、サーバ１０６ａ−１０６ｂは、コントローラ１０４ａ−１０４ｂへの安全なアクセスを提供することができるであろう。サーバ１０６ａ−１０６ｂの各々は、１又は複数のプロセッサ１０９及び１又は複数のメモリ１１１など、コントローラ１０４ａ−１０４ｂへのアクセス又はコントローラ１０４ａ−１０４ｂの制御を提供するための任意の適切な構造を含む。
【００１７】
[0020]  １又は複数のオペレータステーション１０８ａ−１０８ｂが、サーバ１０６ａ−１０６ｂに結合され、１又は複数のオペレータステーション１０８ｃが、コントローラ１０４ａ−１０４ｂに結合される。オペレータステーション１０８ａ−１０８ｂは、サーバ１０６ａ−１０６ｂへのユーザアクセスを提供する計算又は通信装置を表し、そしてサーバ１０６ａ−１０６ｂは、コントローラ１０４ａ−１０４ｂ及びプロセス要素１０２ａ−１０２ｂへのユーザアクセスを提供することができるであろう。オペレータステーション１０８ｃは、コントローラ１０４ａ−１０４ｂへの直接的なユーザアクセスを提供する計算又は通信装置を表す。具体的な例として、オペレータステーション１０８ａ−１０８ｃは、ユーザが、コントローラ１０４ａ−１０４ｂ及び／又はサーバ１０６ａ−１０６ｂによって収集された情報を用いてプロセス要素１０２ａ−１０２ｂの動作履歴を検討できるようにすることが可能であろう。オペレータステーション１０８ａ−１０８ｃはまた、ユーザが、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂ、コントローラ１０４ａ−１０４ｂ、又はサーバ１０６ａ−１０６ｂの動作を調整できるようにすることも可能であろう。オペレータステーション１０８ａ−１０８ｃの各々は、１又は複数のプロセッサ１１３及び１又は複数のメモリ１１５など、ユーザアクセス及びシステム１００の制御を支援するための任意の適切な構造を含む。
【００１８】
[0021]  この例では、少なくとも１つのオペレータステーション１０８ｂがサーバ１０６ａ−１０６ｂから離れている。遠隔のステーションは、ネットワーク１１０を通じてサーバ１０６ａ−１０６ｂに結合される。ネットワーク１１０は、システム１００の様々な構成要素の間における通信を促進する。例えば、ネットワーク１１０は、インターネットプロトコル（ＩＰ）パケット、フレームリレーのフレーム、非同期転送モード（ＡＴＭ）セル、又はネットワークアドレス間における他の情報を伝達することができる。ネットワーク１１０は、１又は複数のローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタンエリアネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットなどのグローバルネットワークの全て若しくは一部、又は、１又は複数の場所にある任意の他の通信システムを含むことができる。
【００１９】
[0022]  この例では、システム１００は、２つの付加的なサーバ１１２ａ−１１２ｂを含む。サーバ１１２ａ−１１２ｂは、システム１００の全体的な動作を制御するための様々なアプリケーションを実行する。例えば、システム１００は火災又はガス検出及び防止システムであることが可能であり、サーバ１１２ａ−１１２ｂは、火災又はガス検出及び防止システムを制御するのに用いられるアプリケーションを実行することが可能であろう。いくつかの実施態様では、サーバ１１２ａ−１１２ｂは、企業資源計画（ＥＲＰ）、製造実行システム（ＭＥＳ）、又は、任意の他の若しくは付加的なプラント若しくはプロセス制御アプリケーションなどのアプリケーションを実行することができるであろう。サーバ１１２ａ−１１２ｂの各々は、システム１００の全体的な動作を制御するための任意の適切な構造を含む。
【００２０】
[0023]  いくつかの実施態様において、コントローラ１０４ａ−１０４ｂの各々は、１又は複数のマイクロプロセッサ、マイクロコントローラ、デジタル信号プロセッサ、フィールドプログラマブルゲートアレイ、特定用途向け集積回路、又は個別論理デバイスなどの、１又は複数の処理装置１０５を含む。コントローラ１０４ａ−１０４ｂの各々はまた、ランダムアクセスメモリ又はフラッシュ又は他のリードオンリメモリなどの、処理装置１０５によって使用、収集、又は生成される情報及びデータを格納する１又は複数のメモリ１０７も含む。加えて、コントローラ１０４ａ−１０４ｂの各々は、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂとの通信を促進する１又は複数のインターフェイス１２０を含む。特定の実施態様では、コントローラ１０４ａ−１０４ｂの各々は、多数のアナログ入力、アナログ出力、デジタル入力、若しくはデジタル出力、又はこれらの組み合わせを含む。
【００２１】
[0024]  図１に示されるように、システム１００は、システム１００の構成要素間の通信を支援する様々な冗長ネットワーク１１４ａ−１１４ｂ及び単一ネットワーク１１６ａ−１１６ｃを含む。これらのネットワーク１１４ａ−１１４ｂ、１１６ａ−１１６ｃの各々は、システム１００の構成要素間の通信を支援する任意のネットワーク又はネットワークの組み合わせを表す。ネットワーク１１４ａ−１１４ｂ、１１６ａ−１１６ｃは、例えば、イーサネット（登録商標）ネットワークを表すことができるであろう。
【００２２】
[0025]  この開示に従って、システム１００の様々な構成要素は、システム１００における地絡検出のための処理を支援する。例えば、コントローラ１０４ａ−１０４ｂはフィールド機器コントローラを表すことができ、プロセス要素１０２ａ−１０２ｂはフィールド機器を表すことができる。フィールド機器コントローラはそれぞれ、地絡検出器を含むことが可能であり、又は地絡検出器とともに使用されることが可能である。各地絡検出器は、システム１００内のどこかで発生する地絡の検出用に構成されることができる。この機能に関する更なる詳細は以下で提供される。
【００２３】
[0026]  図１は工業プロセス制御及び自動化システム１００の一例を示すが、様々な変更が図１に対してなされることができる。例えば、工業プロセス制御及び自動化システムは、任意の数のプロセス要素、コントローラ、サーバ、オペレータステーション、及びネットワークを含むことができるであろう。また、システム１００の構成及び配置は例示のためだけのものである。特定の必要性に従って、任意の他の形に構成要素が追加され、省略され、結合され、又は配置されることができるであろう。更に、ある種類の製品を生産又は処理するために用いられているとして説明されるが、システム１００は、任意の他の態様で用いられることができるであろう。加えて、図１は、地絡検出器が用いられることができるであろう１つの例示的な動作環境を示している。１又は複数の地絡検出器が、任意の他の適切なシステムにおいて用いられることができるであろう。
【００２４】
[0027]  図２は、この開示による地絡検出器を含む工業プロセス制御及び自動化システム２００の例示的な一部分を示す。システム２００は、図１の工業プロセス制御及び自動化システム１００を表す（又は、それによって表される）ことができる。特定の実施態様では、システム２００は、火災又はガス検出及び防止システムを表すことができるであろう。しかしながら、システム２００は、任意の他の適切な態様で用いられることができるであろう。
【００２５】
[0028]  図２に示されるように、システム２００は、１又は複数の制御対象機器２０２ａ−２０２ｎ、コントローラ２０４、及び地絡検出器２０６を含む。いくつかの実施態様において、コントローラ２０４は、図１におけるコントローラ１０４ａ又は１０４ｂを表すことができ、制御対象機器２０２ａ−２０２ｎは、図１におけるプロセス要素１０２ａ又は１０２ｂを表すことができるであろう。
【００２６】
[0029]  コントローラ２０４は、制御対象機器２０２ａ−２０２ｎ及び地絡検出器２０６の動作を制御する。コントローラ２０４は、多数の入出力２１０を含む。いくつかの実施態様では、コントローラ２０４は、１又は複数のアナログ入力、アナログ出力、デジタル入力、デジタル出力、又はこれらの組み合わせを含む、数百の入出力２１０を含むことができる。もちろん、より多い又はより少ない入出力２１０が用いられることができるであろう。
【００２７】
[0030]  制御対象機器２０２ａ−２０２ｎは、１又は複数のセンサ、ソレノイド、及びスイッチなどの、多数のフィールド機器を含む。制御対象機器２０２ａ−２０２ｎ及び地絡検出器２０６の各々は、コントローラ２０４によって制御される独立チャンネル上で動作することが可能である。各チャンネルは、入出力２１０の１又は複数においてコントローラ２０４に結合される。各チャンネルは、コントローラ２０４に接続され、対応するフィールド機器へと延びる少なくとも１つのワイヤを含む。コントローラ２０４は、ワイヤの１つを通じて制御対象機器２０２ａ−２０２ｎの各々へ電力を供給し、各制御対象機器２０２ａ−２０２ｎによって決定される負荷電流Ｉ１−ＩＮをもたらす。このように、各制御対象機器２０２ａ−２０２ｎは、内部的に又は接続ワイヤの１つにわたって地絡を生じる可能性を有する。
【００２８】
[0031]  地絡検出器２０６は、コントローラ２０４のアナログ入力２１０の１つに接続される。コントローラ２０４は、アナログ入力２１０に接続された１又は複数のワイヤを通じて地絡検出器２０６に電力を供給し、地絡検出器２０６の入力に電流ＩＡをもたらす。地絡検出器２０６は、グラウンドに対する電圧電位を生じさせる。コントローラ２０４は、地絡検出器２０６によって引き込まれる電流ＩＡを測定するように構成されることができる。付加的に、又は代替的に、コントローラ２０４は、地絡検出器２０６によって引き込まれる電流ＩＡの変化に起因するグラウンドからの電圧差を測定するように構成されることができる。
【００２９】
[0032]  動作の一態様において、地絡は、システム２００内のどこかで、例えば、制御対象機器２０２ａ−２０２ｎのいずれかとコントローラ２０４との間のワイヤの１つにおいて、又は、各制御対象機器２０２ａ−２０２ｎの内部の電気的若しくは電子的部品において発生し得る。地絡検出器２０６だけがグラウンドに接続され、システム２００の残りの部分はグラウンドから絶縁されている。したがって、システム２００のどこかで地絡が発生すると（例えば、制御対象機器２０２ａ−２０２ｎの１つに接続されたワイヤが切断され、それによりワイヤがグラウンドにさらされると）、地絡検出器２０６におけるグラウンドに対する電圧電位によって、グラウンドと地絡検出器２０６との間に電流が流れる。地絡検出器２０６の構造及び動作により、この状態は電流ＩＡ又はグラウンドからの電圧差の変化をもたらす。コントローラ２０４は、この変化を地絡と解釈し、作用を受けたＩ／Ｏ信号の入力変化の状態と当該地絡を相関付ける（ハードウェア又はハードウェアとソフトウェア／ファームウェアとの組み合わせの形に実装された）論理を含む。地絡が検出されると、地絡検出器２０６は、作用を受けたＩ／Ｏ信号にそれ以上影響を与えないように、グラウンドから絶縁されることが可能である。
【００３０】
[0033]  地絡の場合、コントローラ２０４は、地絡によって生じた信号状態変化を検出するために、地絡検出器２０６の状態を迅速に判定することが可能である。これにより、コントローラ２０４は信号状態変化に対して迅速にアクションをとることが可能になる。いくつかの実施態様では、コントローラ２０４は、コントローラ２０４におけるＩ／Ｏ信号が地絡検出器２０６によって引き起こされた電圧又は電流変化にもはや影響されないように、グラウンドから地絡検出器２０６を切り離すことが可能である。地絡検出器２０６は、その後、地絡がまだ存在しているか否かを検出するために周期的に再起動されることが可能である。これらの特徴及び動作は、以下でより詳細に説明される。
【００３１】
[0034]  図２は地絡検出器２０６を含む１つの工業プロセス制御及び自動化システム２００の例示的な一部分を示すが、様々な変更が図２に対してなされることができる。例えば、工業プロセス制御及び自動化システムは、任意の数の制御対象機器、コントローラ、及び地絡検出器を含むことができるであろう。また、システム２００の構成及び配置は例示のためだけのものである。特定の必要性に従って、任意の他の形に構成要素が追加され、省略され、結合され、又は配置されることができるであろう。加えて、図２は、地絡検出器が用いられることができるであろう１つの例示的な動作環境を示している。１又は複数の地絡検出器が、任意の他の適切なシステムにおいて用いられることができるであろう。
【００３２】
[0035]  図３は、この開示による例示的な地絡検出器２０６のより詳細な図を示す。図３に示されるように、地絡検出器２０６は、リレー３０２、リレー接点３０４、電圧調整器３０６、増幅器３０８、及び抵抗器３１１−３１４を含む。
【００３３】
[0036]  地絡検出器２０６をコントローラ２０４に接続しているアナログ入力２１０が起動される（０Ｖの電圧がアナログ入力２１０の入力ピン上に生じる）と、電流ＩＡがリレー３０２を通って地絡検出器２０６の他の部分に流れ込む。リレー３０２は、リレー接点３０４の動作を制御する。リレー３０２は、フォトＭＯＳ又は任意の他の等価なコンポーネントを用いるなど、任意の適切な態様で実現されることが可能であろう。電流ＩＡがリレー３０２を通って流れると、リレー３０２はリレー接点３０４を閉じ、それにより、抵抗器３１３及びグラウンドを地絡検出器２０６の残りの部分に接続する。
【００３４】
[0037]  電圧調整器３０６は、コントローラ２０４の「０ボルト」レベルに関連する電圧電位Ｖ０を生成する。したがって、コントローラ２０４の「０ボルト」レベルは、グラウンドに対して同じ電圧電位Ｖ０を有する。Ｖ０は、リレー接点３０４が閉じており地絡がない（したがってグラウンド電流ＩＧがない）時にはいつも存在する電圧電位である。いくつかの実施態様では、電圧Ｖ０はおよそ４ＶＤＣであるが、より高い若しくはより低いことが可能であり、又は負であることが可能であろう。電圧電位Ｖ０は、抵抗器３１２−３１３を通じてグラウンドに接続される。地絡が発生した場合、抵抗器３１２−３１３は、地絡検出器２０６によって引き込まれる地絡電流ＩＧを制限し、外部グラウンド電圧を地絡検出器２０６が取り扱うことのできる範囲にスケーリングする。
【００３５】
[0038]  増幅器３０８は、抵抗器３１４を通る電流を制御し、故に抵抗器３１１を跨ぐ電圧降下Ｖ１を決定する。地絡が発生していない時、抵抗器３１２を通る電流はゼロであり、電圧降下Ｖ２もゼロである。地絡が発生すると、以下でより詳細に説明されるように、電流が抵抗器３１２を通って流れ、電圧降下Ｖ２は非ゼロになる。電圧Ｖ１及びＶ２の変化に基づいて、増幅器３０８はその出力電圧を変化させることが可能である。変化した出力電圧は、抵抗器３１４を通って引き込まれる電流に作用する。抵抗器３１４を通って流れる電流のレベルはまた、抵抗器３１１を通って流れる電流、即ちＩＡのレベルに作用する。これは次に、抵抗器３１１を跨ぐ電圧降下Ｖ１に作用する。
【００３６】
[0039]  地絡が発生していない時、地絡検出器２０６は定常状態で動作し、電流ＩＡは実質的に一定レベルにある。そのような定常状態において、電流ＩＡはＩ０として参照されることが可能である。地絡の場合には、電流ＩＧが流れ始め、地絡検出器２０６の定常状態は破られる。
【００３７】
[0040]  グラウンドとＶ０の間の電圧降下と、抵抗器３１２−３１３の全抵抗が、電流ＩＧの量を決定する。電流ＩＧの方向は、地絡の電圧によって決定される。もし地絡がシステム２００内の場所においてＶ０よりも高い電圧で発生したら、電流ＩＧはグラウンドから抵抗器３１３の方向に流れて、地絡検出器２０６に流れ込む。あるいはまた、もし地絡がワイヤにおいてＶ０よりも低い電圧で発生したら、電流ＩＧは抵抗器３１３からグラウンドへ流れて、地絡検出器２０６から流れ出す。
【００３８】
[0041]  グラウンド電流ＩＧは、抵抗器３１２を跨ぐ電圧降下Ｖ２を生じさせる。増幅器３０８は、変化した電圧Ｖ２を入力として受け取る。増幅器３０８はまた、抵抗器３１１を跨ぐ電圧降下Ｖ１も入力として受け取る。もし抵抗器３１２を通る電流が変化すると（例えばもし抵抗器３１２を通るグラウンド電流ＩＧがゼロから非ゼロへ変化すると）、増幅器３０８は、同様に抵抗器３１１を通る電流ＩＡを変化させるように動作する。具体的に、グラウンド電流ＩＧが地絡検出器２０６に流れ込む場合、電圧Ｖ２は正になり、増幅器３０８は、その出力電圧を低下させて、抵抗器３１４を通って増幅器３０８に流れ込む電流フローを増加させる。抵抗器３１１と３１４は直列に接続されているので、これはまた、抵抗器３１１を通る電流フローＩＡを増加させる。あるいはまた、グラウンド電流ＩＧが地絡検出器２０６から流れ出す場合、電圧Ｖ２は負になり、増幅器３０８は、その出力電圧を上昇させて、抵抗器３１４を通って増幅器３０８に流れ込む電流フローを減少させる。これはまた、抵抗器３１１を通る電流フローＩＡを減少させる。
【００３９】
[0042]  このように、グラウンド電流ＩＧの存在は、地絡検出器２０６によって引き込まれる入力電流ＩＡの変化を引き起こす。コントローラ２０４は、当該電流の変化を解釈して、地絡があるか否かを判定することが可能である。いくつかの実施態様では、コントローラ２０４は、地絡検出器２０６によって引き込まれる電流ＩＡを読み取ることによりグラウンド電圧を計算することが可能である。
【００４０】
[0043]  特定の実施態様において、コントローラ２０４は、電流の変化があるならその変化を評価するための方程式を適用する。当該方程式は、
ＩＡ＝Ｉ０＋Ｂ×ＩＧ
によって与えられることが可能である。ここで、ＩＡは所与の瞬間に地絡検出器２０６によって引き込まれる電流であり、Ｉ０は（定常状態において）地絡が検出されていない時に地絡検出器２０６によって引き込まれる電流であり、ＩＧはグラウンド電流であり、Ｂは定数である。もし地絡が検出されれば、ＩＧは非ゼロであり、電流ＩＡはＩ０に等しくない。Ｂの値は、ＩＡがアナログ入力２１０の正常な動作範囲内に存在するようにスケーリングファクタとして用いられる定数である。即ち、値Ｂは、グラウンド電流ＩＧの範囲をほぼ電流ＩＡの範囲にスケーリングするために用いられる。Ｂの値は、経験的に決定されることが可能であり、実行時におけるＩＡのとり得る値の範囲に基づいて選択されることが可能である。例えば、Ｂは、ＩＡが０−５０ｍＡの範囲にありそうな場合には第１の値を有するかもしれないし、ＩＡが０−２０ｍＡの範囲にありそうな場合には第２の値を有するかもしれないし、以下同様である。
【００４１】
[0044]  もしコントローラ２０４が地絡を検出したら、コントローラ２０４は、地絡検出器２０６をグラウンドから絶縁することによって、地絡検出器２０６において検出される電流リークをスイッチオフすることを決定することが可能である。スイッチオフ状態では、地絡検出器２０６は、もはや地絡に関係する信号には影響を及ぼさない。地絡検出器２０６をグラウンドから切り離すために、コントローラ２０４は電流ＩＡをスイッチオフし、そのことがリレー３０２を開にする。しかしながら、コントローラ２０４は、地絡検出器２０６をグラウンドから切り離す必要はない。ある量のグラウンド電流が許容できる状況が存在し得るので、地絡検出器２０６はオフにされなくてもよい。コントローラ２０４は、プリプログラミングに基づいてその決定をすることが可能である。
【００４２】
[0045]  図３は一例の地絡検出器２０６のより詳細な図を示すが、様々な変更が図３に対してなされることができる。例えば、図３は地絡検出器２０６の一例の回路実装を示すが、同一の又は類似の機能を実施するように構成された他の回路が用いられることができるであろう。
【００４３】
[0046]  図４は、この開示による地絡検出のための例示的な方法４００を示す。説明を簡単にするために、方法４００は、図２のシステム２００によって実施されるものとして記載される。しかしながら、方法４００は、任意の適切な機器又はシステムとともに用いられることができるであろう。
【００４４】
[0047]  ステップ４０１において、制御システムのコントローラ（又は他のソース）が地絡検出器に電流を供給する。これは、例えば、コントローラ２０４が地絡検出器２０６に第１電流ＩＡを供給することを含むことができる。電流ＩＡは、（リレー３０２などの）リレーに地絡検出器の（リレー接点３０４などの）リレー接点を閉じさせる。ステップ４０３において、地絡検出器がグラウンドに対する電圧電位を供給する。これは、例えば、電圧調整器３０６がグラウンドに対する電圧電位Ｖ０を生成することを含むことができる。
【００４５】
[0048]  ステップ４０５において、地絡が発生して、グラウンド電流が地絡検出器に流入、又は地絡検出器から流出する。これは、例えば、グラウンド電流ＩＧが地絡検出器２０６に流入、又は地絡検出器２０６から流出することを含むことができる。グラウンド電流が地絡検出器に流入、又は地絡検出器から流出することに応答して、ステップ４０７において、地絡検出器内の増幅器がその出力電圧を変化させる。これは、例えば、増幅器３０８がその出力電圧を変化させることを含むことができる。いくつかの実施態様では、グラウンド電流が、（抵抗器３１２などの）第１抵抗器を通って流れ、第１抵抗器を跨ぐ電圧降下を生じさせる。この電圧降下が増幅器において入力として受け取られ、これによって増幅器がその出力電圧を変化させることになる。
【００４６】
[0049]  増幅器の出力電圧の変化は、地絡検出器によって引き込まれる（電流ＩＡなどの）電流の変化を生じさせる。より具体的に、増幅器の出力電圧の変化は、（抵抗器３１４などの）第２抵抗器を通る第２電流の変化をもたらし、それにより、第２抵抗器と直列の（抵抗器３１１などの）第３抵抗器を通る電流の変化を生じさせる。
【００４７】
[0050]  ステップ４０９において、コントローラが当該電流の変化を検出し、その変化を地絡の指標として解釈する。それに応じて、ステップ４１１において、コントローラは、地絡検出器への電流をゼロまで減少させる。電流がなくなると、リレーがリレー接点を開き、開になったリレー接点が地絡検出器をグラウンドから絶縁する（ステップ４１３）。
【００４８】
[0051]  図４は地絡検出のための方法４００の一例を示すが、様々な変更が図４に対してなされることができる。例えば、一続きのステップとして示されているが、図４に示された様々なステップは、オーバーラップし、並列して行われ、異なる順序で行われ、又は複数回行われることが可能であろう。更にまた、いくつかのステップが結合又は除去されることができ、また特定の必要性に従って、付加的なステップが追加されることができるであろう。
【００４９】
[0052]  いくつかの実施態様では、この特許文書において説明された様々な機能は、コンピュータ可読プログラムコードから形成されコンピュータ可読媒体に具現されたコンピュータプログラムによって、実装され又はサポートされる。「コンピュータ可読プログラムコード」という文言は、ソースコード、オブジェクトコード、及び実行可能コードを含む、あらゆる種類のコンピュータコードを含んでいる。「コンピュータ可読媒体」という文言は、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、ハードディスクドライブ、コンパクトディスク（ＣＤ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又は他の任意の種類のメモリなどの、コンピュータによってアクセスされる能力を有したあらゆる種類の媒体を含んでいる。「非一時的」コンピュータ可読媒体は、一時的な電気的若しくは他の信号を伝送する有線通信リンク、無線通信リンク、光通信リンク、又は他の通信リンクを排除する。非一時的コンピュータ可読媒体は、リライタブル光ディスク又は消去可能メモリデバイスなどの、データが永続的に格納されることが可能な媒体、及びデータが格納されその後上書きされることが可能な媒体を含む。
【００５０】
[0053]  この特許文書の全体にわたって用いられているある語句の定義を述べておくことは、有利であろう。「アプリケーション」及び「プログラム」という用語は、１又は複数のコンピュータプログラム、ソフトウェアコンポーネント、命令群、手順、関数、オブジェクト、クラス、インスタンス、関連データ、又は、適切な（ソースコード、オブジェクトコード、又は実行可能コードを含む）コンピュータコードによる実装に適合したこれらの一部分を意味する。「通信する」という用語とそれらの派生語は、直接的な通信と間接的な通信の両方を包含する。「含む」及び「備える」という用語とそれらの派生語は、限定を伴わない包含を意味する。「又は」という用語は、包括的であり、及び／又はを意味する。「〜と関連している」という文言とその派生語は、〜を含む、〜の中に含まれている、〜と相互接続する、〜を含有する、〜の中に含有されている、〜に又は〜と接続する、〜に又は〜と結合する、〜と通信可能である、〜と協同する、〜をインタリーブする、〜を並置する、〜に近接している、〜に又は〜と結び付いている、〜を有する、〜の性質を有する、〜に又は〜と関係を有する、等を意味してよい。「〜の少なくとも１つ」という文言は、項目のリストとともに用いられる場合、当該リストされた項目のうちの１又は複数からなる様々な組み合わせが用いられてよく、当該リストの中の１つの項目だけが必要とされるのであってよいということを意味する。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」は、以下の組み合わせ：Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ及びＢ、Ａ及びＣ、Ｂ及びＣ、並びにＡ及びＢ及びＣ、のいずれかを含む。
【００５１】
[0054]  本出願における説明は、特定の要素、ステップ、又は機能が、クレームの範囲に含まれなければならない本質的又は重大な要素である、ということを示唆していると解されるべきではない。特許主題の範囲は、許可クレームによってのみ規定される。更にまた、「〜のための手段」又は「〜のためのステップ」というまさにその文言が特定のクレームにおいて明示的に用いられ、その後に機能を特定する分詞句が続くのでない限り、どのクレームも、添付されたクレーム若しくはクレーム要素の任意に関して米国特許法１１２条（ｆ）を発動するようには意図されていない。クレーム内における「メカニズム」、「モジュール」、「機器」、「ユニット」、「コンポーネント」、「要素」、「部材」、「装置」、「機械」、「システム」、「プロセッサ」、又は「コントローラ」などの（しかしこれらに限定されない）用語の使用は、当業者に知られ、クレーム自身の特徴によって更に修正若しくは強化された構造を指すように理解及び意図され、米国特許法１１２条（ｆ）を発動するようには意図されていない。
【００５２】
[0055]  この開示はある実施態様及び全体としてそれに関連した方法を説明したが、これらの実施態様及び方法の改変と変更は、当業者には明らかであるだろう。したがって、例示的な実施態様の上記説明は、この開示を定義付け、又は制約するものではない。以下のクレームによって画定される本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の変更、置換、及び改変もまた可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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