(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスプラントの危険区域における利用に適した通信バスであって、非危険区域内に設置された第一のデバイスと該プロセスプラントの該危険区域内に設置された第二のデバイスとの間で電気信号を伝送し、かつ該通信バス内の不良状態の検出に応答して電気信号の伝送を中断するために利用される該通信バスにおいて、
安全デバイスの第一のスイッチアッセンブリの第一の側に差し込まれ、該安全デバイスの該第一のスイッチアッセンブリの第二の側を介して、該安全デバイスを前記第一のデバイスに接続するように構成されたコネクタと、
前記安全デバイスの第二のスイッチアッセンブリの第一の側に差し込まれ、前記安全デバイスの該第二のスイッチアッセンブリの第二の側を介して、前記安全デバイスを前記第二のデバイスに接続するように構成されたコネクタと、
前記第一のデバイスと前記安全デバイスの前記第一のスイッチアッセンブリの前記第二の側との間、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間、および前記安全デバイスの前記第二のスイッチアッセンブリの前記第二の側と前記第二のデバイスとの間の第一の伝送パスであって、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間で第一の方向に電気信号を伝送する該第一の伝送パスと、
前記第一のデバイスと前記安全デバイスの前記第一のスイッチアッセンブリの前記第二の側との間、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間、および前記安全デバイスの前記第二のスイッチアッセンブリの前記第二の側と前記第二のデバイスとの間の第二の伝送パスであって、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間で第二の方向に電気信号を伝送する該第二の伝送パスと、
前記安全デバイスの前記第一のスイッチアッセンブリと前記第二のスイッチアッセンブリとの間の第三の伝送パスと、を備え、
前記安全デバイスは、前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性の正常動作値からの変化を検出することによって前記通信バスに関連する不良状態を検出する第一の制御ユニットを含み、
前記安全デバイスは、さらに、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに接続された第一のスイッチユニットを含み、該第一のスイッチユニットは、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿った電気信号の流れを許可するクローズドポジションと前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿った前記電気信号の流れを阻むオープンポジションとに切り替えられるように構成され、  
前記第一の制御ユニットは、前記危険区域内の引火性の雰囲気ガスを発火させるスパーク又はアークの発生の可能性を減少するために、前記通信バスをまたがって、前記非危険区域内に配置された前記第一のデバイスと前記危険区域内に配置された前記第二のデバイスとの間での前記電気信号の伝送を阻むとともに、前記第一の制御ユニットによって検出された前記通信バスに関連する検出された不良状態に応答して前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パス各々に沿った前記電気信号の流れを中断するように前記第１のスイッチユニットを前記オープンポジションに移動させる、通信バス。
【請求項２】
前記通信バスに関連した前記検出された不良状態が、オープン回路状態、電気的不連続状態、前記通信バスの切れた状態、通信バスの裂けた状態、および前記通信バスの端部が外れた状態のうちの少なくとも一つを含んでなる、請求項１記載の通信バス。
【請求項３】
前記第一の制御ユニットは、前記第三の伝送パス上の前記不良状態を検出し、かつ前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性の正常動作値からの変化を検出することによって、前記第一の制御ユニットにおいて前記第三の伝送パス上の不良状態が検出されたことに応答して、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パス各々に沿って前記第一のスイッチアッセンブリと前記第二のスイッチアッセンブリとの間の前記電気信号の流れを中断するように、前記第一のスイッチユニットを前記オープンポジションに移動させるように構成される、請求項１記載の通信バス。
【請求項４】
前記第一の伝送パス、前記第二の伝送パスおよび前記第三の伝送パスの各々が、ツイストペアケーブルまたは同軸ケーブルを備えてなる、請求項３記載の通信バス。
【請求項５】
前記第一の制御ユニットが、前記第三の伝送パスに接続された第一の制御デバイスを含み、前記第一の制御デバイスが、前記第三の伝送パスに沿って前記第一の方向に伝送されている電気信号を生成するように構成された第一の信号ソースを備えてなる、請求項３記載の通信バス。
【請求項６】
前記第一の制御デバイスが、前記第三の伝送パスに関連する電気特性を測定する第一のセンサを有してなる、請求項５記載の通信バス。
【請求項７】
前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性が、電流、電圧または抵抗のうちの一つを含んでなる、請求項６記載の通信バス。
【請求項８】
前記第一の制御デバイスが、前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性と正常動作値とを比較する第一の比較器を備えてなる、請求項６記載の通信バス。
【請求項９】
前記第一のスイッチユニットが、前記第一の制御デバイスに接続された第一のスイッチを備えてなる、請求項８記載の通信バス。
【請求項１０】
前記第一のスイッチが第一のリレーおよび第二のリレーを備え、前記第一リレーおよび第二のリレーの各々が前記第一の制御デバイスに接続されている、請求項９記載の通信バス。
【請求項１１】
前記第一の制御デバイスが、前記第一のリレーおよび前記第二のリレーを開放および閉じさせるための前記第一のリレーおよび第二のリレーの各々に関連するコイルを、励磁および非励磁するように構成されている、請求項９記載の通信バス。
【請求項１２】
前記第一のリレーおよび第二のリレーの各々が、正常動作の間、閉じられているコンタクタを有してなる、請求項１０記載の通信バス。
【請求項１３】
前記第一の制御デバイスが、前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性の前記正常動作値からの変化に応答して、前記第一のリレーおよび前記第二のリレーの前記コンタクタを開放するように構成されている、請求項１２記載の通信バス。
【請求項１４】
プロセスプラントの危険区域において利用するように構成された安全デバイスであって、
通信バスであって、
非危険区域内に設置された第一のデバイスと安全デバイスの第一のスイッチアッセンブリの第二の側を介して接続された、該安全デバイスの該第一のスイッチアッセンブリの第一の側に、差し込まれたコネクタと、
前記プロセスプラントの前記危険区域内の第二のデバイスと前記安全デバイスの第二のスイッチアッセンブリの第二の側を介して接続された、該第二のスイッチアッセンブリの第一の側に、差し込まれたコネクタと、
前記第一のデバイスと前記安全デバイスの前記第一のスイッチアッセンブリの前記第二の側との間、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間、および前記安全デバイスの前記第二のスイッチアッセンブリの前記第二の側と前記第二のデバイスとの間の第一の伝送パスおよび第二の伝送パスであって、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスは前記プロセスプラント内の前記第一のデバイスと前記第二のデバイスとの間に設置されており、前記第一の伝送パスは、前記第一のデバイスと前記第二のデバイスとの間で第一の方向に電気信号を伝送するように接続されており、前記第二の伝送パスは、前記第一のデバイスと前記第二のデバイスとの間で第二の方向に電気信号を伝送するように接続されている、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスと、を備えてなる前記通信バスと、
前記安全デバイスの前記第一のスイッチアッセンブリと前記第二のスイッチアッセンブリとの間の第三の伝送パスと、
前記第三の伝送パスと接続され、前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性の正常動作値からの変化を検出することによって前記通信バスに関連する不良状態を検出するように構成された制御ユニットと、
前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間の前記第一の伝送パス及び前記第二の伝送パスと前記制御ユニットとに接続され、前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿った電気信号の流れを許可するクローズドポジションと前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿った前記電気信号の流れを阻むオープンポジションとに切り替え可能な第一のスイッチユニットと、を備え、
前記第一の制御ユニットは、前記危険区域内の引火性の雰囲気ガスを発火させるスパーク又はアークの発生の可能性を減少するために、前記通信バスをまたがって、前記非危険区域内に配置された前記第一のデバイスと前記危険区域内に配置された前記第二のデバイスとの間での前記電気信号の伝送を阻むとともに、前記第一の制御ユニットにおいて前記第三の伝送パス上の前記通信バスに関連する不良状態を検出することに応答して、前記第一のスイッチアッセンブリの前記第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの前記第一の側との間の前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パス各々に沿った前記電気信号の流れを中断するように、前記第一のスイッチユニットを前記オープンポジションに移動させるように構成される、安全デバイス。
【請求項１５】
前記第一の制御ユニットが、前記第三の伝送パスに関連する電気特性を測定するように構成されたセンサを備えてなる、請求項１４記載の安全デバイス。
【請求項１６】
前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性が、電流、電圧または抵抗のうちの一つを含んでなる、請求項１５記載の安全デバイス。
【請求項１７】
前記第一の制御ユニットが、前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性と、正常動作値とを比較するように構成された比較器を備えてなる、請求項１５記載の安全デバイス。
【請求項１８】
前記第一の伝送パスが第一の方向に電気信号を伝送するように構成され、前記第二の伝送パスが第二の方向に電気信号を伝送するように構成される、請求項１７記載の安全デバイス。
【請求項１９】
前記第三の伝送パスが前記第一の方向に電気信号を伝送するように構成される、請求項１８記載の安全デバイス。
【請求項２０】
前記第一の伝送信号パス、第二の伝送信号パスおよび第三の伝送信号パスの各々が、一つの電線または二つの電線を備えてなる、請求項１９記載の安全デバイス。
【請求項２１】
前記第一の制御ユニットが、前記第三の伝送パスに接続された第一の制御デバイスを備えてなる、請求項１９記載の安全デバイス。
【請求項２２】
前記第一のスイッチユニットが、前記第一の制御デバイスにそれぞれ接続された第一のスイッチおよび第二のスイッチを備え、該第一のスイッチが前記第一の伝送パスに接続され、該第二のスイッチが前記第二の伝送パスに接続されている、請求項２１記載の安全デバイス。
【請求項２３】
前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチの各々が、正常動作の間、閉じられているコンタクタを有してなる、請求項２２記載の安全デバイス。
【請求項２４】
前記第一の制御デバイスが、前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性の前記正常動作値からの変化に応答して、前記第一のスイッチおよび前記第二のスイッチの前記コンタクタを開放するように動作する、請求項２３記載の安全デバイス。
【請求項２５】
前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスの各々が、ツイストペアケーブルまたは同軸ケーブルを有してなる、請求項１４記載の安全デバイス。
【請求項２６】
前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスが、Ethernet（登録商標）、Fieldbus（登録商標）、HART（登録商標）、PROFIBUS（登録商標）、WORLDFIP（登録商標）、Device-Net（登録商標）、As-Interface（登録商標）、またはCAN（登録商標）に基づいた通信プロトコルを利用している電気信号を伝送するように構成されている、請求項１４記載の安全デバイス。
【請求項２７】
前記制御ユニットが、前記第三の伝送パスに沿って伝送される電気信号を生成するように動作する信号ソースを備えている、請求項１４記載の安全デバイス。
【請求項２８】
プロセスプラントの危険区域における利用に適した通信バスを実現するための方法であって、
第一の伝送パスおよび第二の伝送パスは、前記通信バスの第一のスイッチアッセンブリの第一の側と第二のスイッチアッセンブリの第一の側との間を通信可能に接続するものであって、該第一の伝送パスに沿って前記通信バスの該第一のスイッチアッセンブリの第一の側と前記通信バスの該第二のスイッチアッセンブリの第一の側との間で電気信号を伝送することによって、非危険区域内に設置された第一のデバイスからプロセスプラントの危険区域内の第二のデバイスに電気信号を伝送することと、
前記通信バス内の第三の伝送パスに沿って電気信号を伝送することと、
前記第三の伝送パスに関連する電気特性を測定することと、
前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性に応答して、前記通信バスに関連する不良状態を検出することと、
前記危険区域内の引火性の雰囲気ガスを発火させるスパーク又はアークの発生の可能性を減少するために、前記通信バスをまたがって、前記非危険区域内に配置された前記第一のデバイスと前記危険区域内に配置された前記第二のデバイスとの間での前記電気信号の伝送を阻むとともに、前記第三の伝送パス上の前記通信バスに関連する測定された電気特性に応答して、前記第一のスイッチアッセンブリの第一の側と前記第二のスイッチアッセンブリの第一の側との間の前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿って電気信号の流れを中断することと、
を有する方法。
【請求項２９】
前記通信バスに関連する前記不良状態を検出することが、オープン回路状態、電気的不連続状態、前記通信バスの切れた状態、通信バスの裂けた状態、および前記通信バスの端部が外れた状態のうちの少なくとも一つを検出することを含んでいる、請求項２８記載の方法。
【請求項３０】
前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿って電気信号を伝送することが、
前記第一の伝送パスの伝送電線の第一のペアに沿って第一の方向に電気信号を伝送することと、
前記第二の伝送パスの伝送電線の第二のペアに沿って第二の方向に電気信号を伝送することと、を含み、
前記第三の伝送パスに沿って電気信号を伝送することが、
前記第三の伝送パスの伝送電線の第三のペアに沿って前記第一の方向に電気信号を伝送することを含み、
前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性の正常動作値からの変化を検出することによって、前記伝送電線の第三のペア上で前記不良状態が検出される、請求項２８記載の方法。
【請求項３１】
前記第一の伝送パスおよび前記第二の伝送パスに沿って電気信号を伝送することが、
前記第一の伝送パスの第一の伝送電線に沿って第一の方向に電気信号を伝送することと、
前記第二の伝送パスの第二の伝送電線に沿って第二の方向に電気信号を伝送することと、
を含んでおり、
前記第三の伝送パスに沿って電気信号を伝送することが、
前記第三の伝送パスの第三の伝送電線に沿って前記第一の方向に電気信号を伝送することを含み、
前記第三の伝送パスに関連する測定された電気特性の正常動作値からの変化を検出することによって、前記伝送電線の第三のペア上で前記不良状態が検出される、請求項２８記載の方法。
【請求項３２】
前記第二の伝送パスに関連する前記電気特性を測定することが、電流、電圧または抵抗を測定することを含んでいる、請求項２８記載の方法。
【請求項３３】
前記第三の伝送パスに関連する前記測定された電気特性と正常動作値とを比較することをさらに含んでいる、請求項２８記載の方法。
【請求項３４】
前記第一の伝送パス及び前記第二の伝送パスに沿って前記電気信号の流れを中断することが、前記第二の伝送パスに関連する前記測定された電気特性の正常動作値からの変化に応答して、前記第一の伝送パスに接続されたスイッチコンタクタを開放することを含んでいる、請求項３３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的にプロセスプラントに関するものであり、より詳細にはプロセスプラントの危険区域における利用に適した通信バスに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
引火性材料または可燃性材料が存在するプロセスプラントでは、引火性の雰囲気ガスが発火する場合があるので潜在的に危険な条件が存在する。石油および他の化学物質、引火性ガス、可燃性粉塵、爆発性蒸気などを含む環境の如き産業環境のほとんどにおいてこれらの条件が存在しうる。通常存在しうるまたは時々存在しうる危険の質およびタイプに応じて監督官庁および規制機関により、さまざまなタイプの危険区域に対する標準的な分類が採用・指定されている。プラントの人および物の両方を保護するため、これらの危険区域の中では、予防処置をとることにより、周辺の雰囲気ガスを発火させうる電気スパークまたは過剰な熱を回避する必要がある。
【０００３】
危険区域におけるプロセス測定およびプロセス制御に対する保全概念は、防爆技術であると一般的に考えられている。電子デバイスは、それ自体、本質的に安全であるように制作されうるが、これがよく知られている防爆技術である。本質安全防爆デバイスは、そのデバイスにより用いられるおよび／または生成される電気エネルギーがどんな場合でも所定の限界値を超えないように設計され、またなんらかの故障の場合であっても、この本質安全防爆デバイスにより放出される最大エネルギー量が発火を引き起こすようなスパークの生成に十分でないように設計されている。さらに、このデバイスの温度は、自然発火を引き起こさないように制限されている。換言すれば、本質安全防爆デバイスとは、正常動作中およびいかなる不良状態における動作中であったとしても、スパークを発しないまたは周囲の危険な雰囲気ガスを発火させるのに十分な温度に達しないデバイスのことである。複数の官庁が、このようなデバイスの電力損失レベル、エネルギー貯蔵容量、動作温度、電圧・電流の所要量などが、本質的安全防爆規格に定義されている特定の安全規則に準拠していることを認定する。
【０００４】
電気デバイスが本質的に安全でない場合、そのデバイスが確実に発火ソースとして働かないようにする他の方法が存在する。通常、デバイスが本質的に安全でないような場合、そのデバイスは、全体を（またはそのデバイスの一部を）防爆型のエンクロージャの中に収納することにより安全なものになりうる。防爆型エンクロージャとは、そのエンクロージャの内側で発生しうるいかなる爆発もそのエンクロージャの外側の雰囲気ガスを発火させないエンクロージャのことである。
【０００５】
あるいは、上記の電気デバイスは、なんらかの他のタイプの保護用エンクロージャに囲われて、外側の爆発性の雰囲気ガスがエンクロージャに入ってくることを防ぐべく、圧縮空気または不活性ガスを用いてパージまたは加圧されてもよい。その結果、パージされたエンクロージャ内のコンポーネントのスパークまたは温度上昇が、危険な外側の雰囲気ガスを発火させない。
【０００６】
通常、バスは、プロセスプラントの非危険区域（たとえば、制御室）に設けられた装置を爆発の危険性が存在する区域（すなわち、危険区域）に設けられた装置に接続する。現在では、エネルギー制限バリアまたは本質的安全バリア（たとえば、ツェーナバリア）が、非危険区域と危険区域との間の境界面において挿入される場合もある。エネルギー制限バリアは、危険区域に流れていく電気エネルギーを、発火を引き起こすことができない安全レベルに制限する。その結果、非危険区域で発生しうる故障に起因する過剰エネルギーがバスに沿って流され、プロセスプラントの爆発性区域または危険区域内でスパークを発生させえない。残念ながら、エネルギーを電気的に制限すると、バスにより搬送されている通信信号がひずんでしまうことがある。さらに、エネルギー制限バリアは、搭載・保守が、困難であるとともに高価であることが多い。
【０００７】
危険区域に装置が設置されていない場合であっても、相互接続用のケーブルまたはバスが危険区域を通過しなければならないことがある。デジタル信号はエネルギーが小さいが、たとえば、バスが、切れた状態、損傷を受けた状態、裂けた状態、および／または外れた状態になると、このような少量エネルギーであっても、危険雰囲気に流出可能となった場合は、爆発を引き起こすアークまたはスパークの生成に十分となる場合がある。したがって、バス配線に関連する防爆技術は、そのバス配線に対する損傷またはそのバス配線に関連する他の不良状態（たとえば、オープン回路）が発生すると、危険区域において爆発を引き起こすスパークまたはアークが発生するという内在的な危険性のため、非常に重要である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
プロセスプラントの危険区域における利用に適する通信バスは、第一の方向に電気信号を伝送するように構成された第一の伝送パスと、第二の方向に電気信号を伝送するように構成された第二の伝送パスとを備えている。第一の伝送パスおよび第二の伝送パスの各々に接続されている安全デバイスは、通信バスに関連する不良状態を検出するように構成された制御ユニットを備えている。安全デバイスは、検出された不良状態に応答して、第一の伝送パスおよび第二の伝送パスの各々に沿った電気信号の流れを中断するように構成されたスイッチユニットをさらに備えている。
【０００９】
安全デバイスは、通信バスに関連する不良状態を検出すると危険区域に設けられた通信バスに沿った電気信号の流れを安全に中断する、信頼性のあるかつ安価な機構を備えている。この安全性デバイスは、搭載および保守が困難なことが多い、通信バス上の高価なエネルギー制限バリアの必要性を排除または削減する。さらに、通信バスに関連する不良状態を検出した場合に第一の伝送パスおよび第二の伝送パスの各々に沿った電気信号の流れを両方向に中断することにより、安全デバイスは、危険区域における引火性の雰囲気ガスを発火させうるスパークまたはアークが発生する可能性を減少する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１を参照すると、プロセスプラント10は、一または複数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス26、28を介してプロセスコントローラ12に接続された複数のフィールドデバイス15〜22を備えている。このプロセスコントローラ12は、たとえばエマーソンプロセスマネージメント（Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）社により販売されているＤｅｌｔａＶ（登録商標）コントローラの如き分散型制御システム（ＤＣＳ）タイプのコントローラであってもよし、任意の従来の方法または任意の他の所望の方法でフィールドデバイス15〜22を制御するために用いられるその他のタイプのコントローラであってもよい。プロセスコントローラ12は、その内部に格納されたプロセス制御ルーチンを実行させることが可能であり、および／またはプロセスプラント10全体にわたり分散されたスマートフィールドデバイス19〜22など内に設置された機能ブロックの如き制御エレメントと通信可能である。
【００１１】
プロセスコントローラ12は、通信バス24を介して一または複数のオペレータワークステーション13、14に通信可能に接続されている。通信バス24は、通信を実現すべく、いかなる所望のまたは適切なローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）プロトコルまたはワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）プロトコルを用いてもよい。好ましくは、通信バス24は、ツイストペアケーブルを有するイーサネットに準拠するバスである。この場合、通信バス24は、８つの別々の配線を有し、これらが束ねられて４つのツイストペアになり、これらのツイストペアケーブルのうちの二つがプロセス制御通信を提供するために用いられる。残りの二つのツイストペアケーブルは利用されないことが多い。もちろん、通信バス24は、たとえば同軸ケーブルや、ツイストペアケーブルと同軸ケーブルとのハイブリッドケーブルなどの如きその他の適切なハードワイヤードリンクを備えていてもよい。
【００１２】
オペレータワークステーション13、14は、パーソナルコンピュータプラットフォームまたはその他の適切な処理プラットフォームに基づいたものでありうるし、さまざまな公知のプロセス制御機能、メンテナンス機能、および他の機能を実行しうる。さらに、プロセスプラント10は、通信バス24を介してプロセスコントローラ12および複数のフィールドデバイス15〜22からプロセス情報を収集するデータヒストリアン23を備えうる。なお、図１に示されているプロセスプラント10は、本来、例示のためのものであって、他のタイプまたは構成のプロセスプラント10に同様に用いてもよい。
【００１３】
上記の複数のフィールドデバイス15〜22は、たとえばセンサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナなどの如きデバイスを含みうる。同様に、Ｉ／Ｏデバイス26、28は、任意の所望の通信プロトコルまたはコントローラプロトコルに準拠するいかなるタイプのＩ／Ｏデバイスであってもよい。図１に示されているように、プロセスコントローラ12は、アナログ回線33〜36を介して従来型の（すなわち、非スマート）フィールドデバイス15〜18に通信可能に接続されている。これらの従来型のフィールドデバイス15〜18は、アナログ回線33〜36を介してＩ／Ｏデバイス26と通信する標準の４〜２０ｍＡアナログフィールドデバイスであってもよい。
【００１４】
これに代えてまたはこれに加えて、複数のフィールドデバイス15〜22は、Ｉ／Ｏデバイス28に、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓ（以下「Ｆｉｅｌｄｂｕｓ」と呼ぶ）プロトコル通信を用いて、デジタルバス38を介した通信をするスマートフィールドデバイス19〜22を備えていてもよい。一般的に、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルとは、たとえば工場またはプラントの計装制御環境またはプロセス制御環境に設置されているスマートフィールドデバイス19〜22を相互接続する２線式ループまたは２線式バスに対して標準型物理インターフェイスを提供する全デジタル式シリアル型双方向通信プロトコルのことである。事実上、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルは、プロセスプラント10内のスマートフィールドデバイス19〜22に対してローカルエリアネットワークを提供しており、このローカルエリアネットワークにより、スマートフィールドデバイス19〜22は、プロセスコントローラ12と一緒にまたはそれから独立して、一または複数のプロセス制御ループを実行することができる。
【００１５】
プロセスプラント10は、スマートフィールドデバイス19〜22に対して通信を提供すべくＦｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルを用いているが、ＨＡＲＴ（（登録商標）プロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（登録商標）プロトコル、ＷＯＲＬＤＦＩＰ（登録商標）プロトコル、Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ（登録商標）プロトコル，ＡＳ−Ｉｎｔｅｒｆａｃｅプロトコル、およびＣＡＮプロトコルの如き、複数の、標準型かつオープン仕様のデジタル通信プロトコルまたはデジタルとアナログとを組み合わせた通信プロトコルも同様に用いてもよい。
【００１６】
図２は、プロセスプラント10の危険区域43における利用に適した通信バス24の一つの実施例を示している。上述のように、通信バス24は、８つの電線からなるバスであり、４つの電線ペアにまとめられている。具体的には、第一の電線ペア25は、第一の伝送回線25aと第二の伝送回線25bとを有している。第二の電線ペア27は、第三の伝送回線27aと第四の伝送回線27bとを有している。第三の電線ペア29は、第五の伝送回線29aと第六の伝送回線29bとを有している。そして、第四の電線ペア37は、第七の伝送回線37aと第八の伝送回線37bとを有している。
【００１７】
図２に示されているように、第一の電線ペア、第二の電線ペア、第三の電線ペア、および第四の電線ペア25、27、29、37の各々は、それに対応するオス型のコネクタ11を有しており、これらのコネクタ11は、それぞれ対応する伝送回線25a、25b、27a、27b、29a、29b、37a、37bの端部に取り付けられている。好ましくは、これらのオス型コネクタ11の各々は、ＲＪ−４５型イーサネットケーブルコネクタである。しかしながら、所望ならば、たとえばＩＳＤＮ／ＬＡＮ用のコネクタの如き他のタイプのコネクタおよびＲＪ−４５型コネクタ以外の他のタイプのイーサネット用コネクタを用いてもよい。
【００１８】
第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27は、信号を、オペレータワークステーション13、14および／またはデータヒストリアン23からプロセスコントローラ12および複数のフィールドデバイス15〜22へ通信する。たとえば、プロセスコントローラ12および／または複数のフィールドデバイス15〜22のうちの一または複数は、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27を介して、オペレータワークステーション13、14からコマンドを受信しうる。所望ならば、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27は、また、電源装置（図示せず）からの電力を、プロセスコントローラ12および複数のフィールドデバイス15〜22に伝達するように構成されうる。換言すれば、複数のフィールドデバイス15〜22およびプロセスコントローラ12は、通信を提供する同一の電線のペア25，27を介して電力が供給されうる。
【００１９】
さらに、スマートフィールドデバイス19〜22およびプロセスコントローラ12は、信号を、通信バス24の第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27を介して、オペレータワークステーション13、14および／またはデータヒストリアン23に、伝送しうる。たとえば、プロセスコントローラ12および／またはスマートフィールドデバイス19〜22のうちの一もしくは複数は、アラーム情報、ステータス情報、および診断情報を、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27を介して、オペレータワークステーション13、14および／またはデータヒストリアン23に伝送しうる。さらに、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27は、プロセスコントローラ12からの信号を複数のフィールドデバイス15〜22に伝送しうる。
【００２０】
第一の電線ペア25は、電気信号を、矢印46で示された第一の方向に伝送するように構成されており、その一方、第二の電線ペア27は、電気信号を、矢印47で示された第二の方向に伝送するように構成されている。このように、上記の電気信号は、同時に、第一の方向または第二の方向に流れうる。通常、ツイストペアケーブルの第三の電線ペアおよび第四の電線ペア29、37は使用されない。
【００２１】
一部のプロセスプラント10では、複数のフィールドデバイス15〜22のうちの一もしくは複数および／またはプロセスコントローラ12が、可燃性の高い危険区域43に設置されていることが普通である。たとえば、化学処理プラントでは、フィールドデバイスは、引火性の高い液体を収納する収納タンク内の液体のレベルを測定および／または制御しうる。このように、測定および／または制御の目的で、電気信号を危険区域43に伝送するまたは危険区域43から伝送することが必要な場合がある。通信バス24の不良状態（たとえば、外れた通信バス24、オープンになった通信バス24、切れた通信バス24、裂けた通信バス24、および／または、損傷を受けた通信バス24）により引き起こされる電気的スパーク、アーク、および／または過剰な熱の危険性を軽減するために、通信バス24が点火のソースとして機能する可能性を軽減するような予防処置が取られる必要がある。
【００２２】
図２に示されているように、オペレータワークステーション13、14および／または電源装置（図示せず）は、通常、引火性材料が存在しない非危険区域31内の制御室30に設置されている。制御室30に設置されているオペレータワークステーション13、14および／または電源装置（図示せず）は、通信バス24の第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11を受け入れるように構成されている、たとえばＲＪ−４５型コネクタの如くメス型コネクタ2を有している。第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27は、非危険区域31に設置されている制御室30から危険区域43に設置されているデバイス32へ延びうる。同様に、たとえばプロセスコントローラ12および／または複数のフィールドデバイス15〜22のうちの一または複数の如きデバイス32は、通信バス24の第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11を受け入れるように構成されている、たとえばＲＪ−４５型コネクタの如くメス型コネクタ8を有している。
【００２３】
通信バスが不良状態（たとえば、通信バス24が、外され、裂かれ、切られるなどされた場合）で危険区域43に設置される場合、その通信バスが不注意によりスパーク、アーク、および／または過剰な熱を発生することを防ぐために、第一のスイッチアッセンブリ42と第二のスイッチアッセンブリ44とを有する安全デバイス40が通信バス24上に設置されうる。第一のスイッチアッセンブリ42および第二のスイッチアッセンブリ44の各々は、その対応するブロック（たとえば、電気接続ブロック、ジャンクションブロック、スイッチブロック、リレーブロックなど）に収納され、これらのブロックは、通信バス24の電線を互いに接続すべく用いられうる。所望ならば、これらのブロックは、また、通信バス24の電線に対する終端部を備えてもよい。
【００２４】
第一のスイッチアッセンブリ42は、対応する１２個のオス型コネクタ11およびそれらに付随するケーブルを受け入れて保持するように構成されている、たとえばＲＪ−４５型コネクタのような１２個のメス型コネクタ4を有する。同様に、第二のスイッチアッセンブリ44は、対応する１２個のオス型コネクタ11およびそれらに付随するケーブルを受け入れて保持するように構成されている、たとえばＲＪ−４５型コネクタのような１２個のメス型コネクタ6を有する。第一のスイッチアッセンブリ42および第二のスイッチアッセンブリ44がそれぞれ１２個のコネクタを有するものとして示されているが、第一のスイッチアッセンブリ42および第二のスイッチアッセンブリ44の各々はいかなる数のメス型コネクタを有してもよい、ということに留意すべきである。
【００２５】
第一のスイッチアッセンブリ42を搭載するために、第一の電線ペア、第二の電線ペア、第三の電線ペア、および第四の電線ペア25、27、29、37に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応する、第一のスイッチアッセンブリ42の第一の側に設置されているメス型コネクタ4に差し込まれる。第一のスイッチアッセンブリ42の搭載を完了させるために、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応して、第一のスイッチアッセンブリ42の第二の側に設置されているメス型コネクタ4に差し込まれる。最後に、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応する、制御室30に関連するメス型コネクタ2に差し込まれる。
【００２６】
同様に、第二スイッチアッセンブリ44を搭載するために、第一の電線ペア、第二の電線ペア、第三の電線ペア、および第四の電線ペア25、27、29、37に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応する、第二のスイッチアッセンブリ44の第一の側に設置されているメス型コネクタ6に差し込まれる。第二のスイッチアッセンブリ44の搭載を完了させるために、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応する、第二のスイッチアッセンブリ44の第二の側に設置されているメス型コネクタ6に差し込まれる。最後に、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に関連するオス型コネクタ11が、それらに対応する、デバイス32に関連するメス型コネクタ8に差し込まれる。たとえば、危険区域43に設置されている複数のフィールドデバイス15〜22のうちの一もしくは複数および／またはプロセスコントローラ12は、その内部に埋め込まれるメス型コネクタ8を有しうる。
【００２７】
制御室30に設置されている第一のスイッチアッセンブリ42、第二のスイッチアッセンブリ44、オペレータワークステーション13、14、および／または電源装置が、第一の電線ペア、第二の電線ペア、第三の電線ペア、および第四の電線ペア25，27，29、37に関連するオス型コネクタを受け入れるメス型コネクタを有しているものとして記載されているが、第一の電線ペア、第二の電線ペア、第三の電線ペア、および第四の電線ペア25，27，29、37の各々は、制御室30に設置されている第一のスイッチアッセンブリ42、第二のスイッチアッセンブリ44、オペレータワークステーション13、14、および／または電源装置に関連するオス型コネクタを受け入れるように構成されているメス型コネクタを有していてもよい、ということに留意すべきである。
【００２８】
以下でさらに詳細に説明するように、安全デバイス40の第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44は、通信バス24に関連する不良状態を検出した場合（たとえば、通信バス24が第一のスイッチアッセンブリ42および／または第二のスイッチアッセンブリ44からはずれた場合）に第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方において電気信号の流れを安全に中断するように構成されているコンポーネントを有している。
【００２９】
図３を参照すると、通信バス24は、複数のバスセクションまたはバスセグメント24a〜24dを互いに接続するハブおよび／またはリピータ39を有しうる。リピータ39は、デバイス間の距離が大きすぎて信頼性のある通信を提供できない場合に、デバイス間を接続するために必要となることが多い。リピータ39は、複数のバスセグメント24a〜24dを介して伝送される電気信号を増幅すべく動作しうる。この方法では、一つのバスセグメントに関連する不良状態が、必ずしもその他のバスセグメントの動作に影響を与えるということにはならない。その結果、バスセグメントのうちの一つのみが発生した不良状態に関連している場合、プロセス全体を停止しなくともよい。
【００３０】
危険区域43において使用される電気装置は、爆発の可能性を減少させるべく取り決められた安全基準に準拠する必要がある。したがって、リピータ39、複数のフィールドデバイス15〜22、プロセスコントローラ12、および／またはＩ／Ｏデバイス26、28は、危険区域43に設置される場合、本質的に安全なように（または、エネルギーが制限されるように）構成されうる。これに代えてまたはこれに加えて、危険区域43に設置される場合、リピータ39、複数のフィールドデバイス15〜22、プロセスコントローラ12、Ｉ／Ｏデバイス26、28、および／または、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ44は、エンクロージャの内側で発生しうるいかなる爆発であっても封じ込めるように構成されている一または複数の防爆用エンクロージャ内に収納されうる。さらに、リピータ39、複数のフィールドデバイス15〜22、プロセスコントローラ12、Ｉ／Ｏデバイス26、28、および／または、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ44が、危険区域43に設置されている場合、これらのデバイスの各々は、パージされるエンクロージャに収納されている。このエンクロージャは、その内側の空気から爆発性空気を分離するように構成されている。
【００３１】
ここで図４を参照しながら、安全デバイス40の内部動作について記載する。図示されているように、安全デバイス40の第一のスイッチアッセンブリ42および第二のスイッチアッセンブリ44は、四つの電線ペア25、27、29、37の各々を通じて接続されている。第一のスイッチアッセンブリ42は、第一のリレー50と第二のリレー52とを備えている。これらは両方とも、第三の電線ペア29に接続されている第一の制御ユニット80により制御される。同様に、第二のスイッチアッセンブリ44は、第三のリレー54と第四のリレー56とを備えている。これらは両方とも、第四の電線ペア37に接続されている第二の制御ユニット82により制御される。
【００３２】
第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44の各々に二つのリレーのみが設けられているが、これらの第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44の各々に設けられるリレーの数は冗長動作を実現するために増加されてもよい、ということに留意すべきである。さらに、第一のスイッチアッセンブリ42が非危険区域31に設けられるとして示され、第二のスイッチアッセンブリ44が危険区域43に設けられるとして示されているが、これらの第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44は、通信バス24に沿った任意の場所に設置されてもよい。たとえば、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44の両方がすべてプロセスプラント10内の危険区域43内に設置されてもよい。これに代えて、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44の両方がすべてプロセスプラント10内の非危険区域31内に設置されてもよい。上述のように、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44は、それらが危険区域43内に設置される場合には、安全基準に準拠する必要がある。たとえば、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44は、それらが危険区域43内に設置される場合は、防爆エンクロージャまたはパージされたエンクロージャ内に収納されうる。
【００３３】
図４に示されているように、第一のリレー50および第三のリレー54は、第一の電線ペア25に接続されており、また第二のリレー52および第四のリレー56は第二の電線ペア27に接続されている。第一のコイル60は、第一組のコンタクタ70a、70bを制御し、第二のコイル62は、第二組のコンタクタ72a、72bを制御する。これに代えて、第一組のコンタクタ70a、70bおよび第二組のコンタクタ72a、72bに関連する各コンタクタがそれに対応するコイルにより個々に制御されてもよい。さらに、所望ならば、一つのコイルが、第一組のコンタクタ70a、70bおよび第二組のコンタクタ72a、72bの両方を制御してもよい。
【００３４】
同様に、第三のコイル64は、第三組のコンタクタ74a、74bを制御し、第四のコイル66は、第四組のコンタクタ76a、76bを制御する。しかしながら、第三組のコンタクタ74a、74bおよび第四組のコンタクタ76a、76bに関連する各コンタクタがそれに対応するコイルにより個々に制御されてもよいし、または、所望ならば、一つのコイルが、第三組のコンタクタ74a、74bおよび第四組のコンタクタ76a、76bの両方を制御してもよい。
【００３５】
図４に示されている実施例では、第一のコイル60は、第二のコイル62に対して並列に接続されており、これら第一のコイルおよび第二のコイル60、62の両方は、第一の制御ユニット80に接続されている。このようにして、第一組のコンタクタ70a、70bおよび第二組のコンタクタ72a、72bは、第一の制御ユニット80により略同時に制御される。同様に、第三のコイル64は、第四のコイル66に対して並列に接続されており、これら第三のコイルおよび第四のコイル64、66の両方は、第二の制御ユニット82に接続されている。このようにして、第三組のコンタクタ74a、74bおよび第四組のコンタクタ76a、76bは、第二の制御ユニット82により略同時に制御される。
【００３６】
好ましくは、第一組のコンタクタ、第二組のコンタクタ、第三組のコンタクタ、および第四組のコンタクタ70a,b〜76a,bは、ノーマルオープン（ＮＯ）型コンタクタである。ＮＯ型コンタクタとは、コンタクタが開放されている非励磁ノーマル状態を有する２状態スイッチのことである。コイル60〜66を通って電流が流れると、それぞれに対応するリレー50〜56がコンタクタ状態を変える。したがって、コイル60〜66に励磁されると、それらの対応する組のＮＯ型コンタクタの組70a,b〜76a,bが閉じられる。図４に示されているように、第一組のコンタクタ、第二組のコンタクタ、第三組のコンタクタ、および第四組のコンタクタ70a,b〜76a,bは、単極単投式スイッチを有している。しかしながら、所望ならば、上記の組のコンタクタ70a,b〜76a,bは、単極双投式スイッチ、双極単投式スイッチ、双極双投式スイッチなどを有してもよい、ということに留意すべきである。
【００３７】
第一の制御ユニット80は、未使用の第三の電線ペア29を介して第一のスイッチアッセンブリ42から第二のスイッチアッセンブリ44に伝送される低電圧信号および／または低電流信号などの如き電気信号を生成するように構成される第一の信号ソース91を備えている。また、この第一の制御ユニット80は、第三の電線ペア29に関連する電流、電圧、抵抗などの如き電気特性を測定するように構成される第一のセンサ93を備える。
【００３８】
図４に示されているように、第三の電線ペア29の第五の伝送回線29aおよび第六の伝送回線29bは、ループ状に接続されている。好ましくは、第一のセンサ93は、ループ状に接続された第三の電線ペア29に接続されている第一の抵抗（図示せず）を通って流れている電流を測定するように構成されている電流センサである。しかしながら、第三の電線ペア29に関連する電気特性の測定にいかなる適切な技術が用いられてもよい。
【００３９】
さらに、第一の制御ユニット80は、第一のセンサ93に接続された入力部を有する、第一の比較器92を有しており、この第一のセンサ93から、ループ状に接続された第三の電線ペア29に関連するたとえば電流の如き、測定された電気特性を受信すべく動作可能である。この第一の比較器92は、ループ状に接続された第三の電線ペア29に関連する、測定された電気特性を、所定の正常動作値と比較する。これに代えて、測定された電気特性が、ある範囲の所定の正常動作値と比較されてもよい。通信バス24に関連する不良状態が発生した場合（たとえば、通信バス24が第二のスイッチアッセンブリ44から外された場合）、ループ状に接続された第三の電線ペア29に異常な信号パスが出現するので、第三の電線ペア29に関連する、測定された電気特性は、所定の正常動作値から著しく減少または上昇した値に変わる。
【００４０】
一例として、通信バス24のケーブルが第二のスイッチアッセンブリ44からまたは第二のスイッチアッセンブリ44のコネクタ6から抜かれた場合、回路が開放状態になってしまいループ状に接続されている第三の電線ペア29の電流パスが不完全なものとなるので、第三の電線ペア29に沿って流れる電流が、略ゼロに近い減少した値まで降下してしまうことがある。
【００４１】
さらに、第一の制御ユニット80は、第一のトランジスタ90、たとえば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有しており、この電界効果トランジスタは、第一の比較器92の出力部と、並列に接続された第一のコイルおよび第二のコイル60、62とに接続されている。正常な動作状態では、第一の比較器92の出力部は、アクティブ状態であるので、第一のトランジスタ90が導通している「オン」状態に第一のトランジスタ90をバイアスさせる。具体的には、この「オン」状態では、第一のトランジスタ90は、第一のコイルおよび第二のコイル60、62に対して駆動電流を与えることにより、これらの第一のコイルおよび第二のコイル60、62を励磁する。この励磁された第一のコイル60によって生じた磁場により、第一組のコンタクタ70a、70bを閉じさせる磁力が生じ、励磁された第二のコイル62によって生じた磁場により、第二組のコンタクタ72a、72bを閉じさせる磁力が生じる。このようにして、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方に連続した電気パスが提供され、この結果、電気信号が、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に沿って中断なく流れることが可能となる。
【００４２】
第三の電線ペア29に関連する測定された電気特性の、通信バス24の不良状態を示しうる、所定の正常動作値（またはある範囲の所定の正常動作値）に対する変化（すなわち、減少または上昇）を検出すると、第一の比較器92の出力部は、非アクティブ状態に移行することにより第一のトランジスタ90を「オフ」にする。この「オフ」状態では、第一のトランジスタ90は、もはや、第一のコイルおよび第二のコイル60、62に電流を伝えない。第一のコイル60の電流の流れが止まると、第一組のコンタクタ70a、70bは、略瞬時に開放され、第一の電線ペア25における電気信号の流れを中断する。同様に、第二のコイル62の電流が止まると、第二組のコンタクタ72a、72bは、略瞬時に開放され、第二の電線ペア27における電気信号の流れを中断する。その結果、周囲の雰囲気ガス中の可燃性材料を点火しうるスパークまたはアークの発生が減少または防止される。
【００４３】
同様に、第二の制御ユニット82は、未使用の第四の電線ペア37を通じて第二のスイッチアッセンブリ44から第一のスイッチアッセンブリ42に伝送される低電圧信号および／または低電流信号などの如き電気信号を生成するように構成される第二の信号ソース94を有している。また、この第二の制御ユニット82は、第四の電線ペア37に関連する電流、電圧、抵抗などの如き電気特性を測定するように構成される第二のセンサ96を有している。
【００４４】
図４に示されているように、第四の電線ペア37の第七の伝送回線37aおよび第八の伝送回線37bは、ループ状に接続されている。好ましくは、第二のセンサ96は、ループ状に接続された第四の電線ペア37に接続される第二の抵抗（図示せず）を通って流れている電流を測定するように構成されている電流センサである。しかしながら、第四の電線ペア37に関連する電気特性の測定にいかなる適切な技術が用いられてもよい。
【００４５】
さらに、第二の制御ユニット80は、第二のセンサ96に接続された入力部を有する、第二の比較器92を有しており、この第二のセンサ96から、ループ状に接続された第四の電線ペア37に関連するたとえば電流の如き、測定された電気特性を受信すべく動作可能である。この第二の比較器97は、ループ状に接続された第四の電線ペア37に関連する、測定された電気特性を、所定の正常動作値と比較する。これに代えて、測定された電気特性が、ある範囲の所定の正常動作値と比較されてもよい。通信バス24に関連する不良状態が発生した場合（たとえば、通信バス24が第一のスイッチアッセンブリ42から外された場合）、ループ状に接続された第四の電線ペア37に異常な信号パスが出現するので、第四の電線ペア37に関連する、測定された電気特性は、所定の正常動作値から著しく減少または上昇した値に変わる。
【００４６】
一例として、通信バス24のケーブルが第一のスイッチアッセンブリ42からまたは第一のスイッチアッセンブリ42のコネクタ4から抜かれた場合、回路が開放状態になってしまいループ状に接続されている第四の電線ペア37の電流パスが不完全なものとなるので、第四の電線ペア37に沿って流れる電流が、略ゼロに近い減少した値まで降下してしまうことがある。
【００４７】
さらに、第二の制御ユニット82は、第二のトランジスタ95、たとえば電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を有しており、この電界効果トランジスタは、第二の比較器97の出力部と、並列に接続された第三のコイルおよび第四のコイル64、66とに接続されている。正常な動作状態では、第二の比較器97の出力部は、アクティブ状態であるので、第二のトランジスタ95が導通している「オン」状態に第二のトランジスタ95をバイアスさせる。具体的には、この「オン」状態では、第二のトランジスタ95は、第三のコイルおよび第四のコイル64、66に対して駆動電流を与えることにより、これらの第三のコイルおよび第四のコイル64、66を励磁する。この励磁された第三のコイル64によって生じる磁場により、第三組のコンタクタ74a、74bを閉じさせる磁力が生じ、励磁された第四のコイル66によって生じる磁場により、第四組のコンタクタ76a、76bを閉じさせる磁力が生じる。このようにして、連続する電気パスが第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方に提供され、この結果、電気信号が、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27に沿って中断なく流れることが可能となる。
【００４８】
第四の電線ペア37に関連する測定された電気特性の、通信バス24の不良状態を示しうる、所定の正常動作値（またはある範囲の所定の正常動作値）に対する変化（すなわち、減少または上昇）を検出すると、第二の比較器97の出力部は、非アクティブ状態に移行することにより第二のトランジスタ95を「オフ」にする。この「オフ」状態では、第二のトランジスタ95は、もはや、第三のコイルおよび第四のコイル64、66に電流を伝えない。第三のコイル64の電流の流れが止まると、第三組のコンタクタ74a、74bは、略瞬時に開放され、第一の電線ペア25における電気信号の流れを中断する。同様に、第四のコイル66の電流の流れが止まると、第四組のコンタクタ76a、76bは、略瞬時に開放され、第二の電線ペア27における電気信号の流れを中断する。このようにして、周囲の雰囲気ガス中の可燃性材料を点火しうるスパークまたはアークの発生が減少または防止される。
【００４９】
検出される不良状態のタイプには、たとえば、通信バス24が不適切に設置されること、通信バス24が第一のスイッチアッセンブリ42および／または第二のスイッチアッセンブリ44から抜けること、通信バス24が劣悪なコネクタで接続されること、通信バス24が切れたり、裂かれたり、または損傷を受けたりすることなどに起因する、オープン回路および／または電気的不連続性が含まれる。たとえば、設置作業員が、通信バス24および／または複数のバスセグメント24a〜24dの配線およびコネクタを取り付けるときに、伝送回線25、27、29、37のうちの一または複数に対してコネクタを不適切に取り付けることがある。さらに、取り付けたあと、通信バス24、および／または複数のバスセグメント24a〜24dのうちの一または複数が、動作中に、第一のスイッチアッセンブリ42および／または第二のスイッチアッセンブリ44から不注意に外れてしまうことがある。さらに、通信バス24が、切れたり、裂かれたり、オープンにされたり、または損傷を受けたりすることにより、結果的に、オープン回路になったり、または電気的に不連続になったりする。これらの不良状態のすべてが、危険区域43の周囲の雰囲気ガスを点火させてしまう恐れのあるスパーク、アーク、および／または過剰の熱を、通信バス24、および／または複数のバスセグメント24a〜24dのうちの一または複数に発生させうる。
【００５０】
動作においては、第一の制御ユニット80の第一の比較器92は、ループ状に接続された第三の電線ペア29に関連する測定された電気特性の、所定の正常動作値（またはある範囲の所定の正常動作値）からの変化（たとえば、減少または増加）を検出すると、第一の比較器92は、第一のトランジスタ90を「オフ」状態にさせる。第一のトランジスタ90が「オフ」状態になると、第一のコイルおよび第二のコイル60、62の電流は流れなくなる。この結果、第一組のコンタクタ70a、70bおよび第二組のコンタクタ72a、72bが略同時に開放され、そのことにより、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方の電気信号の流れが双方向で中断される。これらの第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方の電気信号の流れを中断することにより、危険区域43における引火性の雰囲気ガスを点火しうるスパークまたはアークを発生する可能性を減少させる。
【００５１】
第二のスイッチアッセンブリ44は、第一のスイッチアッセンブリ42と同様に動作する。具体的にいえば、第二の制御ユニット82の第二の比較器97は、ループ状に接続された第四の電線ペア37に関連する測定された電気特性の、所定の正常動作値（またはある範囲の所定の正常動作値）からの変化（たとえば、減少または増加）を検出すると、第二の比較器97は、第二のトランジスタ95を「オフ」状態にさせる。第二のトランジスタ95が「オフ」状態になると、第三のコイルおよび第四のコイル64、66の電流は流れなくなる。この結果、第三組のコンタクタ74a、74bおよび第四組のコンタクタ76a、76bが略同時に開放され、そのことにより、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方の電気信号の流れが双方向で中断される。これらの第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の両方の電気信号の流れを中断することにより、危険区域43における引火性の雰囲気ガスを点火しうるスパークまたはアークを発生する可能性を減少させる。
【００５２】
なお、第一の制御ユニットおよび第二の制御ユニット80、82の両方は、同時に通信バス24に関連する不良状態を検出し、これにより、第一のスイッチアッセンブリおよび第二のスイッチアッセンブリ42、44に略同時に動作させ、第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の電気信号の流れを中断しうる。
【００５３】
さらに、第一の制御ユニットおよび第二の制御ユニット80、82は、測定された電気特性の所定の正常動作値（またはある範囲の所定の正常動作値）からの変化に応答して、第一のトランジスタおよび第二のトランジスタ90、95を用いてそれぞれに対応するコイル60〜66へ向かう電流を切っているが、サイリスタの如き他の同等のコンポーネントが同様に用いられてもよい。
【００５４】
さらに、安全デバイス40が不良状態下において第一の電線ペアおよび第二の電線ペア25、27の電気信号の流れを中断するために電気−機械式リレーを採用するものとして記載されているが、リードスイッチおよび／または固体素子などであっても同様に適用可能である。
【００５５】
さらに、通信バス24およびバスセグメント24a〜24dが、全部で八つの別々の電線が四つの電線ペアにまとめられているものとして記載されているが、他の構造であっても同様に適用可能である。たとえば、通信バス24および／またはセグメント24a〜24dは四つの別々の電線を有してもよい。第一の電線は、非危険区域31に設置されているオペレータワークステーション13、14および／またはデータヒストリアン23からの信号を、危険区域43に設置されているプロセスコントローラ12および／または一または複数のフィールドデバイス15〜22に伝送してもよい。第二の電線は、危険区域43に設置されているプロセスコントローラ12および／または一または複数のスマートフィールドデバイス15〜22からの信号を、非危険区域31に設置されているオペレータワークステーション13、14および／またはデータヒストリアン23へ伝送してもよい。残りの未使用の第三の電線および第四の電線は、それぞれ対応する、第一の制御ユニットおよび第二の制御ユニット80、82の第一の信号ソースおよび第二の信号ソース91、94により生成される電気信号を伝送すべく用いられてもよい。なお、安全デバイス40が、危険区域43に設置されている通信バス24、バスセグメント24a〜24d、アナログ回線33〜36、デジタルバス38、および／またはその他の通信媒体に接続されてもよい、ということにも留意すべきである。
【００５６】
本発明は特定の例を参照して記載されてきたが、それらは、例示のみを意図したものであり、本発明を制限することを意図したものではない。したがって、本発明の精神および範疇から逸脱することなく開示された実施例に変更、追加、または削除を加えうることは当業者にとり明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】一または複数のオペレータワークステーションおよびデータヒストリアンをプロセスコントローラおよび複数のフィールドデバイスに接続する通信バスを備える典型的なプロセスプラントを示すブロック図の一例である。
【図２】通信バスに関連する不良状態を検出すると危険区域における電気信号の流れを中断するように構成された安全デバイスを備えている通信バスを示すブロック図の一例である。
【図３】リピータを介して互いに接続されている複数のバスセグメントを備えているプロセスプラントを示すブロック図の一例である。
【図４】図２に示された安全デバイスを示すさらに詳細なブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
2、4、6、8  メス型コネクタ
10  プロセスプラント
11  オス型コネクタ
12  プロセスコントローラ
13、14  オペレータワークステーション
15〜22  フィールドデバイス
19〜22  スマートフィールドデバイス
23  データヒストリアン
24  通信バス
24a〜24d  バスセグメント
25  第一の電線ペア
25a  第一の伝送回線
25b  第二の伝送回線
26、28  入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス
27  第二の電線ペア
27a  第三の伝送回線
27b  第四の伝送回線
29  第三の電線ペア
29a  第五の伝送回線
29b  第六の伝送回線
30  制御室
31  非危険区域
32  デバイス
33〜36  アナログ回線
37  第四の電線ペア
37a  第七の伝送回線
37b  第八の伝送回線
38  デジタルバス
39  リピータ
40  安全デバイス
42  第一のスイッチアッセンブリ
43  危険区域
44  第二のスイッチアッセンブリ
46  矢印
50  第一のリレー
52  第二のリレー
54  第三のリレー
56  第四のリレー
60  第一のコイル
62  第二のコイル
64  第三のコイル
66  第四のコイル
70a、70b  第一組のコンタクタ
72a、72b  第二組のコンタクタ
74a、74b  第三組のコンタクタ
76a、76b  第四組のコンタクタ
80  第一の制御ユニット
82  第二の制御ユニット
90  第一のトランジスタ
91  第一の信号ソース
92  第一の比較器
93  第一のセンサ
94  第二の信号ソース
95  第二のトランジスタ
96  第二のセンサ
97  第二の比較器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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