(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素プロセスラインの圧力を測定する方法であって、
前記方法が、
第１の開口と第２の開口とを有する防爆性の筐体を備えるステップであって、前記筐体が内側チャンバを含み、一方が入力圧力に対して開いている絞りと抵抗ブリッジセンサとを有する内部アナログ圧力センサーが前記第１の開口に収容されるステップと、
前記炭化水素プロセスラインの圧力が前記内側チャンバに出入りしないように、前記第１の開口と前記第２の開口に設けられた接続手段をアダプタに接続することにより、密封するステップと、
前記内部アナログ圧力センサーを用いて第１のアナログ読み値を収集するステップと、
前記内部アナログ圧力センサーを用いて前記第１のアナログ読み値を第１のデジタル読み値に変換して制御手段へ送信するステップと、
デジタル読み値を受信、処理および記憶する前記制御手段において前記内部アナログ圧力センサーからの前記第１のデジタル読み値を収集するステップであって、前記制御手段が前記内側チャンバ内に配置されるステップと、
一方が入力圧力に対して開いている絞りと抵抗ブリッジセンサとを有する外部アナログ圧力センサーを用いて第２のアナログ読み値を収集するステップであって、前記外部アナログ圧力センサーが前記筐体の前記第２の開口を介して前記制御手段と通信されるステップと、
前記外部アナログ圧力センサーを用いて第２のアナログ読み値を第２のデジタル読み値に変換ステップと、
前記外部アナログ圧力センサーを用いて前記第２のデジタル読み値を前記制御手段に送信するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
デジタルデータを通信するモデム通信手段に前記制御手段内のデジタル読み値を送信するステップであって、
前記モデム通信手段が前記内側チャンバ内に配置されるステップと、
デジタル読み値を前記モデム通信手段におけるデジタルパケットデータに変換するステップと、
前記モデム通信手段を用いて前記デジタルパケットデータを送信するステップと、
リモートデータベースエンジンにおいて前記デジタルパケットデータを受信するステップと、
前記データベースエンジンにおいてウェブサーバインターフェースを備えるステップと、
前記データベースエンジンをインターネットにリンクするステップと、
ウェブブラウザを有するユーザコンピュータを備えるステップと、
インターネットに前記ユーザコンピュータによって通信するステップと、
前記ユーザコンピュータのウェブブラウザを介して前記データベースエンジンにアクセスするステップと、
測定値を前記ユーザコンピュータからモニターするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ユーザコンピュータからの前記データベースエンジンのデータにアクセスするための信号を前記データベースエンジンに送るステップであって、前記信号が前記圧力センサーをポールする命令に対応するステップと、
前記データベースエンジンからの信号をモデム通信手段に送信するステップと、
前記モデム通信手段において信号を受信するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項４】
外部アナログ温度センサーを用いてアナログ温度読み値を収集するステップであって、前記外部温度センサーが前記第２の開口を介して通信されるステップと、アナログ温度読み値をデジタル温度読み値に変換するステップと、デジタル読み値を前記制御手段に送信するステップとをさらに含むことを特徴とする請求項２記載の方法。
【請求項５】
ローカルターミナルから前記第１のデジタル読み値と、前記第２のデジタル読み値と、前記デジタル温度読み値と含むデジタル読み値を記憶するための前記制御手段の記憶手段にローカルにアクセスするステップと、前記デジタル読み値をローカルターミナルにダウンロードするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項４記載の方法。
【請求項６】
炭化水素プロセスラインの圧力情報を施設からデータベースエンジンに通信する装置であって、前記装置が、
前記炭化水素プロセスラインの圧力を施設から通信する前記施設に接続された圧力ラインと、第１の開口と第２の開口を含む防爆性の筐体であって、内側チャンバと、前記圧力が前記内側チャンバから密封されるように前記第１の開口内に前記圧力ラインを密封受容する、前記第１の開口内に配置された第１のアダプタ手段とを有する前記防爆性の筐体と、
圧力を感知し、かつ圧力に応じて第１のデジタル圧力出力読み値に変換されるアナログ読み値を発生する、前記圧力ラインに接続されかつ前記第１のアダプタ手段内に配置された内部アナログ圧力センサー手段と、
第２のデジタル圧力出力読み値を生み出す、前記第２の開口を介して通信される外部デジタル圧力センサー手段と、前記第１及び第２のデジタル圧力出力読み値を受信、記憶および検索する、前記内側チャンバ内に配置された制御手段と、
前記第１のデジタル圧力出力読み値を前記制御手段に通信する第１のシリアル通信手段と、前記第１及び第２のデジタル圧力出力読み値を表示する、前記制御手段と動作的に通信じる液晶ディスプレー読み出し手段と、
前記制御手段に記憶された前記第１及び第２のデジタル圧力出力読み値を前記施設から遠隔に位置するデータベースエンジンに送信する、前記制御手段に動作的に接続された送信手段であって、前記送信手段が第２のアダプタ手段に接続されたアンテナ部材を含み、前記第２のアダプタ手段が前記防爆性の筐体内の第３の開口内に前記アンテナ部材を密封受容し、
前記内部アナログ圧力センサー手段、前記外部デジタル圧力センサー手段、前記液晶ディスプレー読み出し手段、前記制御手段、および前記送信手段に電力源を供給する、前記内側チャンバ内に配置された電源手段と、
前記第１及び第２のデジタル圧力出力読み値をローカルターミナルに通信する、前記制御手段に電気的に接続された第２のシリアル通信手段とを備えることを特徴とする装置。
【請求項７】
前記第１及び第２のデジタル圧力出力読み値をテーブルフォーマットで記憶する、前記データベースエンジンに動作的に関連付けられたデータベース手段と、前記デジタル圧力出力読み値を検索するデータマネージャ手段と、前記第１及び第２デジタル圧力出力読み値を通信する通信インターフェース手段と、前記データマネージャ手段から前記デジタル圧力出力読み値にアクセスするユーザコンピュータとを備えるものであって、前記データベースエンジンに設けられるデバイスを更に有することを特徴とする請求項６記載の装置。
【請求項８】
アナログ信号を生み出す外部温度センサーを前記筐体に含まれる第４の開口に密封受容する第３のアダプタ手段と、前記アナログ信号をデジタル温度信号読み値に変換する、前記外部温度センサーに動作的に接続された変換器とをさらに備え、
前記制御手段がさらに前記デジタル温度信号読み値を受信、記憶および検索することを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項９】
温度依存性によるデジタル圧力出力読み値における温度誤差を補正する、前記制御手段に動作的に関連付けられた誤差補正手段をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１０】
所定のデジタル圧力読み値において警報を送り、かつ異常を前記ユーザコンピュータに通信する、前記制御手段に動作的に関連付けられたプロセス異常手段をさらに備えることを特徴とする請求項８記載の装置。
【請求項１１】
前記ユーザコンピュータに対し出力データを暗号化する、送信手段に動作的に関連付けられたデータ暗号化手段をさらに備えることを特徴とする請求項９記載の装置。
【請求項１２】
前記送信手段が有線地上線電話ネットワークに接続可能なモデムを備えることを特徴とする請求項７記載の装置。
【請求項１３】
前記送信手段が、経路切換えセルラー手段に接続可能な電話モデムと、地上セルラーデジタルパケットデータモデム手段と、デジタル衛星パケットデータモデム手段とから成るグループから選択されることを特徴とする請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は施設から圧力、流量および温度データを取り込むシステムに関する。より詳細には、しかし限定としてではなく本発明は圧力、流量および温度測定値を収集、処理、記憶し、多くのユーザにデータを中継する機器およびシステムに関する。
【０００２】
（背景技術）
地下の鉱床から石油やガスを生産する場合、オペレータは多くの遠隔地域において井戸を完成する必要があることが分っている。炭化水素を生産、輸送および精製するためにこれらの遠隔地域に生産施設を建設する必要がある。炭化水素の危険性によりプロセスの全ての段階において種々の安全策を採用して汚染、爆発その他の危険性から守る必要がある。
【０００３】
これらの石油あるいはガス施設からの圧力、温度、流量等をモニターすることは必須ではないにしろ、有益であることをオペレータは知っている。モニターの理由は多々ある。例えばオペレータはボトムホールの圧力、浸透性、外装損傷等を計算するために生産用井戸を試験したいと思う場合がある。さらにオペレータは適切な動作条件を維持するために分離器、パイプラインおよび／または容器内の圧力をモニターしたいと単に思う場合もある。個々の応用が何であれ、石油あるいはガス施設における条件をタイムリーに正確にモニターするニーズがある。
【０００４】
石油およびガス施設と通信するように設計された先行技術は既にある。これらの遠隔地域をモニターしかつそれと通信するために例えばＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｓｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ）システムが開発された。しかしながらこれらのＳＣＡＤＡシステムには種々の欠陥がある。
【０００５】
重大な欠陥はＳＣＡＤＡシステムに採用されているマスター−スレーブ通信プロトコルの固有の限界に関係する。さらに先行技術のシステムは限られた数の石油およびガス施設から一つのモニターステーションへ通信し、次にそれが中央制御ステーションに情報を中継する。通信衝突を防ぐためにマスターモニターステーションが各スレーブ現場を個々にポールしなければならないからこのアーキテクチャは必要である。
【０００６】
慣用システムの別の限界は圧力測定精度が周囲温度変動により阻害されることである。この精度限界は測定安定性に依存する多くのプロセスモニターへの応用、例えばプロセスシミュレーションあるいはプロセス課金の効率を悪化させる。
【０００７】
慣用システムのさらなる限界は遠隔測定システムを有する各現場を立ち上げるのに必要な物理的サイズ、部品数、複雑な相互接続から生じる煩雑な設置要件である。
【０００８】
従って正確な圧力、流量および温度データを、取り込み、記憶および処理でき、またこのデータをよりフレキシブルにローカルコンピュータおよび／あるいはリモートサーバへ通信できるシステムおよび方法に対するニーズがある。また必要ならばユーザが多数の遠隔地からデータにアクセスすることを考慮したシステムに対するニーズがある。さらにリモートユーザに所定の警報条件に関して効率よくまたタイムリーに警報を出すことができるシステムに対するニーズがある。また慣用システムを用いて達成されるものと比較して改良された圧力測定精度および安定性に対する多くの実用上のニーズがある。また爆発の恐怖なしに石油およびガス雰囲気中で動作できる機器に対するニーズがある。また設置を簡略化するために多くの測定システム構成要素を一つのコンパクトなパッケージに統合する機器に対するニーズがある。これらの、また他の多くのニーズはここで説明する発明により達成される。
【０００９】
（発明の開示）
プロセスラインから取り込んだ圧力読み値を送信するシステムが開示される。システムはデジタル圧力出力読み値を受信、処理および記憶する制御手段に接続された、中に第１の一体化されたアナログ圧力センサーをもつ第１の開口を有する小さな防爆筐体を備える。制御手段は筐体内に配置される。第２のリモートデジタルセンサーが筐体内の第２の開口を介して制御手段に接続される。システムはさらに遠隔地にデジタル圧力出力読み値を送信する、内部チャンバ内に配置された手段を備えてもよい。システムはまた処理されたデジタル圧力出力読み値を施設に配置された端末に送信するシリアル通信手段を含む。
【００１０】
実施の形態の一つにおいて、システムはデジタル読み値を受信、検索および通信するデータマネージャ手段を含み、デジタル読み値を記憶する、送信手段に動作的に関連付けられたデータベース手段を含む。システムはさらに施設から遠隔にあり、データを受信できる中央サーバを備える。
【００１１】
システムはさらにデータへのアクセスを可能にする、データベース手段に動作的に関連付けられたユーザインターフェース手段と、ユーザインターフェース手段にアクセスする手段を有するユーザコンピュータとを備える。
【００１２】
システムはさらにアナログ信号を生み出す複数のアナログセンサーと、アナログセンサーに接続された、筐体の中の第２の開口内に密封受容されたアダプタと、アナログ信号をデジタル信号に変換する、アナログセンサーに電気的に接続された手段とを備える。
【００１３】
実施の形態の一つにおいて、送信手段はＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いてデジタル圧力出力読み値をインターネットを介して中央サーバに送信する通信モジュール手段を備える。システムはさらに、データを読むことができかつユーザコンピュータからインターネットに通信リンクできるウェブブラウザをロードしたユーザコンピュータを含んでもよい。
【００１４】
施設からの圧力を収集、送信およびモニターするプロセスも開示される。プロセスは管状部材に圧力を伝達するステップと、管状部材からの圧力を圧力センサーへ伝達するステップとを含む。第１の開口と、第２の開口と、内側チャンバとを有する筐体であって、圧力センサーが第１の開口に収容されている筐体が提供される。
【００１５】
プロセスは第１の開口と第２の開口を密封して圧力が内側チャンバにかからないようにし、圧力が内側チャンバから出入りするのを防止するステップを含む。圧力センサーからのデジタル圧力読み値は収集され、かつデジタル圧力読み値を受信、処理および記憶する、内側チャンバ内にある制御手段に転送される。
【００１６】
実施の形態の一つにおいて、デジタル圧力読み値はモデム通信手段におけるデジタルパケットデータに変換され、それは次に通信手段を介して送信される。デジタルパケットデータはリモートデータベースエンジンにおいて受信され、そこでそのデータは後の検索のために記憶される。プロセスはさらに筐体の第２の開口内に密封して収容されたアナログセンサーでアナログ読み値を収集するステップを含んでもよい。アナログ読み値はデジタル読み値に変換され制御手段に送信される。
【００１７】
実施の形態の一つにおいて、データベースエンジンはデータマネージャを含み、方法はさらにデジタル圧力データとデジタル温度データを記憶するステップを含む。またデータベースエンジンは中央サーバインターフェースをさらに含んでもよく、プロセスは中央サーバインターフェースを介してデータベースエンジンと通信する中央サーバを備えるステップと、ユーザコンピュータから中央サーバにアクセスするステップとを含む。次にデジタル圧力読み値はユーザコンピュータから要求され、デジタル圧力読み値は中央サーバに送信され、それは究極的にはユーザコンピュータに送信される。
【００１８】
本発明の教示によれば、ユーザコンピュータは制御手段への直接リンクを有することが可能である。ユーザコンピュータはその施設に有っても、遠隔施設にあってもよい。プロセスは直接リンクを有するユーザコンピュータから制御手段に接続するステップと、デジタル厚力読み値をユーザコンピュータに送信するステップとを含んでもよい。
【００１９】
別の実施の形態において、プロセスは現場機器データをポールするステップと所定のデータ限界を設定するステップとを含む。所定の限界を超えたら、この異常は記憶され、異常信号が発生される。異常信号はデータベースに送られる。異常信号は中央サーバに送信され、その後にユーザコンピュータに送信される。
【００２０】
プロセスはまたデジタル圧力データをウェブサーバに送るステップと、次にデジタル圧力データをインターネットに送るステップとを含んでもよく、その場合デジタル圧力データがユーザコンピュータからウェブブラウザを用いてインターネットを通じてアクセスされる。
【００２１】
好ましい実施の形態の一つにおいて、周囲温度効果劣化に対するデジタル圧力データを補正するステップは、反復法によりデジタル圧力データをマッピングするステップと、高精度の圧力読み値に計算し直すステップとを含む。
【００２２】
本システムの特徴は定期的かつ無人の測定、データログと圧縮、およびローカル、および遠隔からのデータベース作成を考慮することを含む。長期プロセス性能モニターと、基板上に構成可能なプロセス解析と（即ちいつプロセスパラメータがある値に到達したかを報告する）、プロセスモニターと指示に関してそれが可能である。
【００２３】
オペレーティングシステムはその中にオリフィスガス流のＡＧＡ３あるいはＡＧＡ８計算、プロセス変動の報告およびタイムスタンピング（即ち最高需要課金用）、および警報発生および誤差記録（即ちプロセスインターロックおよび診断用）を組み込んでいる。オペレーティングシステムは固定された割合でのサンプリング、プログラムされたシーケンス、あるいはトリガーされかつ／または自動的な調整を実行する。サンプリングレートは圧力設定点（上昇および下降）、圧力変化の割合（上昇および下降）、差圧（上昇および下降）、温度設定点（上昇および下降）および温度変化の割合（上昇および下降）に基づいてもよい。
【００２４】
サンプリングレートはまた計算されたパラメータに基づいてもよく、それは例えば流量（即ち大流量では高サンプリングレートで）、流量変化（即ち安定した流量では低サンプリングレートで、不規則な流量では高サンプリングレートで）等である。状態、状態の変化、デジタル入力信号の周期あるいは割合に関連したサンプルレートを有することも可能である。別の特徴は井戸試験と同様に、伝達関数の特性測定を必要とするパイプライン、ポンプステーション、石油貯蔵地区等に対するインライン試験を含む動的および／または静的なソース特性測定を実行する能力である。例えば種々の鉱床解析用の「圧力対時間」および「圧力対流量」特性曲線を生み出するために密閉器具つきの機器が使用できる。システムは事前メンテナンス報知器と、システム誤差検出および合図用に使用できる。
【００２５】
このシステムのデータ転送と警報通知能力はＴＣＰ／ＩＰプロトコルを使用しているために先行技術の装置よりもかなりフレキシブルである。システムはまた長期のデータログおよびこのデータの記憶が可能である。おそらくもっとも重要なのは、これらの機器が石油およびガス生産および輸送施設の適切な管理と最適化に必須の圧力データの高確度、高精度、高分解能を有することである。
【００２６】
外部通信に関連して、システムは通信ポート管理を考慮している。さらに無線モデムオプションは専用あるいはローカル公共電話システムあるいは非常に遠隔地に対する衛星アクセスを考慮し、それによりインターネットあるいはローカルイントラネットへのアクセスを可能にする。機器データは規準フォーマットで作られており、機器は規準通信プロトコルと規準通信チャンネルを使用する。機器は一体化されたアンテナあるいはリモートアンテナのどちらでも使用できる。
【００２７】
システムデータ管理およびデータ中継の特徴は種々の方法で構築される。最も簡単なものは一つの機器からのデータが単一のユーザに伝達される一対一関係である。機器とデータアクセスが単一のユーザにより管理される。第２に多くの機器から収集したデータを単一のユーザに対し対照かつ伝達してもらうことが可能である。機器とデータアクセスは単一のユーザにより管理される。第３に多くの機器からのデータが収集され、種々のユーザに対し対照かつ伝達してもらうことが可能である。機器とデータアクセスおよび支配権はローカルなあるいは分散されたプロセスにより管理され、ユーザにより様々である。
【００２８】
オンサイトユーザはローカルディスプレーと表示器を有し、それは測定結果やエラーコードやメッセージを提供する液晶ディスプレー（ＬＣＤ）と、機器のステータスを書き記す発光ダイオード（ＬＥＤ）と、電源用ＬＥＤを含む。マスターリセットおよびシステムコンフィギュレーション用の手動入力スイッチが含まれる。またローカルターミナルオプションはローカル診断、設置ファームウェアのアップグレードおよび起こり得るプロセスデータのローカル検索を行うことを考慮している。
【００２９】
機器の別の特徴はそれがコンパクトで比較的自己充足的で高集積化されていることである。筐体は危険な場所で使用できる（対爆発性があり等級はゾーン１である）。筐体は物理的に頑丈で環境に対して密封されている。
【００３０】
応用として典型的には遠隔プロセス施設あるいはパイプラインにおける流体あるいはガス計測を含む。現場機器は比較的低コストであり、設置が容易である。現存施設に対してほとんど変更が要らない。
【００３１】
機器がオリフィスプレートと組み合わされた場合、システムは圧力と流量をモニターできる。実行されるべき高時間分解能の流量計算を可能にするために１秒に１回までの割合でデータをサンプリングするようオペレーティングシステムは機器に対し指示する。機器は計量計測への応用、使用個所での計測および移送パイプラインの漏れ検査に適している。機器は通常はログされた流量データと流量統計を無線デジタルモデムを介して周期的にユーザのデータベースに分配するためにリモートデータダンプモードで作動する。必要なら機器はプロセス変数あるいは状態が仕様外にあることを積極的に知らせる警報モードに切換えでき、あるいはプロセス条件を読み取るために周期的に問合せできる。装置は源泉、パイプラインモニターステーション等にあってもよい。一般的に通信は地上波セルラーサービスあるいはデジタル衛星リンクにより提供される無線通信チャンネルを介して行なわれる。新しい機器は遠隔および／または無人設定において、あるいは流量および総量の正確な収集とタイムスタンピングを要する場合、この新しい機器が使用できる。
【００３２】
システムは多くの用途を有する。例えばシステムは石油およびガスプラットフォーム、パイプライン、パイプライン施設で使用できる。システムは水の生産および地下水面レベルをモニターできる。この新しい機器は計量計測用として、あるいは備蓄・分配施設、化学処理施設、バルク移送施設（トラック、船舶、鉄道等）のモニター用として使用できる。さらに現場機器は使用個所システムで、また水や下水道を含む公共事業で使用してもよい。
【００３３】
（発明を実施するための最良の形態）
図１を参照しながら、本発明の現場機器２（ＦＩ）の基本的構成要素を描いた模式的フローチャートを説明する。ＦＩ２は特に石油およびガス産業用に設計された非常に高精度の圧力機器である。図の実施の形態において、二つのアナログ圧力センサー４、６が筐体内に含まれる。
【００３４】
センサーの核は高精度のシリコン結晶歪みゲージを有し、これは高圧オートクレーブ用アダプタにレーザ溶接されており、またこのアダプタは筐体にあるハウジングポートの一つにねじ込まれている。このサブアセンブリーは１２，０００ｐｓｉまでの圧力に等級づけられ、１．３の過圧力等級を有する。適当な圧力センサー４、６がカナダにあるＺ．Ｉ．Ｐｒｏｂｅ．Ｉｎｃ．から＃１４０９５１４０  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ｓｅｎｓｏｒの型名で市販されている。
【００３５】
温度プローブのような低精度外部抵抗型センサー８に取り付けるために補助アナログセンサーポートが筐体に含まれる。温度プローブはＯｍｅｇａ，Ｉｎｃ．からＰＲ−１２  Ｔｙｐｅの名前で市販されている。ＦＩ２はまた、ＲＳ−４８５信号バスを通して多数の外部センサーと通信するために装置が取り付くように補助デジタルセンサーポート９を組入れてもよい。このバスによりＦＩ２は種々のプロトコル（即ちＭｏｄバス）を用いて外部デジタルセンサーにポールする。ＦＩ２の筐体は防爆性であり、ゾーン１（クラス１、ディビジョン１、グループＣ，Ｄ等）の危険個所における動作に対してＣ．Ｓ．Ａ．／ＵＬ認証されている。実際の筐体は（産業上の利用可能性）において後述する。
【００３６】
本発明の教示には外部電源の使用も含み得るが、好ましい実施の形態において、ＦＩ２は内部バッテリーパック１０により自己電源供給される。再充電可能なバッテリーを使用してもよい。当業者には言うまでもないが再充電パックはソーラパネルを接続することにより補給しても、外部から電源供給された充電器で補給してもよい。
【００３７】
読み値はカスタムオペレーティングシステム１２を介して予めプログラムされた時間間隔で取り込まれ、不揮発性メモリー１４に内部的に記憶される。エネルギーを節約するために、オペレーティングシステム１２内の予めプログラムされたルーチンを介して、読み取りと読み取りの間はエレクトロニクスとセンサーの電源が切られる。カスタムオペレーティングシステムはリアルタイムクロック（ＲＴＣ）を利用する。このＲＴＣは予めプログラムされた時間にシステムに電源を入れ、次に各新規読み値を取り込む準備としてメインプロセッサ１６に割り込む。エレクトロニクスが作動されると、プロセッサ１６はそれに接続された内部センサー４、６および外部センサー８、９のそれぞれから読み値を取り込み、これらの読み値を不揮発性メモリー１２に記憶する。オペレーティングシステム１２、メモリー１４およびマイクロプロセッサ１６はデータを受信、処理および記憶する制御手段と呼ぶ。
【００３８】
読み値が処理されると、それらは後により詳細に述べる防爆筐体内の窓を通して観察できる小さなＬＣＤ１８に選択的に表示される。ＬＣＤ１８と並んで現存のプログラムを開始し、プロセッサ１６をリセットし、ＦＩを手動で設定するいくつかの小さなスイッチもある。
【００３９】
後述するように、ＦＩ２は種々のプロセス個所を測定するために利用できる。例えばシステムは以下のために使用できる。即ち一つの圧力と一つの温度を測定するため、また二つの圧力と一つの温度を測定するため、またオリフィスガス流量（これは差圧の測定を要する）と一つの温度を測定するために使用できる。このリストは一例である。
【００４０】
開示される実施の形態の一つにおいて、ＦＩ２は井戸試験市場において使用できる。従って発明は加圧試験のモニターを考慮している。個々の井戸からの圧力を伝達するラインはデータの記録と送信を考慮した圧力センサー４を用いて通信できる。ＦＩ２は短期試験あるいは長期試験のために源泉あるいはパイプラインに設置できる。このように収集された読み値は不揮発性メモリー１４に記憶し、あるいは説明する他の通信手段により通信してもよい。
【００４１】
本システムの利点の一つは多数の異なる動作モードである。一つのモードでは試験後に標準のラップトップコンピュータのようなオンサイトコンピュータに読み値をダウンロードでき、そこで読み値を眺め、報告が作り出される。この動作モードは単に「メモリー」と名づけられる。
【００４２】
本発明の教示によれば、ＦＩ２は内部無線通信モジュール２０を用いて設計されている。好ましい実施の形態において、通信モジュール２０はＳｉｅｒｒａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ  Ｉｎｃ．から型名ＳＢ３００で市販されている。通信モジュール２０を有する現場ユニットはバッテリー１０を再充電する約３ワットの外部電源を必要とする。
【００４３】
一旦試験個所に設置されると、ＳＤＳ２は自己充足的で、その個所に長期間置いておいてもよい。無線通信モジュールを利用する動作モードにおいて、ＦＩ２はホストコンピュータからの要求により、あるいは定期的に、あるいは異常報告（即ち、後述する警告閾値を超えること）によりプロセス情報を中継することができる。センサー4、６、８、９の生読み値が取り込まれたら、これらの読み値はプロセス値に変換される。これはアルゴリズムと計測（ＣＡＬ）ファイルを用いて行なわれる。
【００４４】
ＦＩ２にパッケージされたモジュール２０は四つの手段、即ち（１）地上線電話、（２）経路切換えセルラーチャンネル（即ち第１世代のアナログ携帯電話チャンネルで動作する）、（３）セルラーデジタルパケットデータ（ＣＤＰＤ）および（４）衛星（即ちデータが低電力衛星通信を用いて送信可能）によりコンピュータにコンピュータ通信をさせる低電力装置である。これらの四つの標準通信手段により適切に、携帯電話がカバーしあるいは地上線接続ができる場所ならどこでもＦＩ２を配置することができる。
【００４５】
実施の形態の一つにおいて、通信モジュール２０と接続されたオペレーティングシステム１２によりＦＩシステムは井戸試験およびモニターへの応用を非限定的に含む全ての作業用ネットワークアーキテクチャとのあらゆる通信のためのトランスミッションコントロールプロトコル／インターネットプロトコル（ＴＣＰ／ＩＰ）を利用することが可能になる。
【００４６】
ＴＣＰ／ＩＰは主たる通信プロトコル規格である。ＴＣＰ／ＩＰは実際には関連して動作する二つの別の通信プロトコルである。関連するプロトコルのファミリー全体は二つのメインプロトコルとしてＴＣＰとＩＰを有するＴＣＰ／ＩＰ項目の中に包含される。ＴＣＰはデータをパケットに分解することも、またそれらを再アセンブルすることも一部分担する。ＩＰ部はデータパケットがどのようにネットワークを通じて送信されるかを扱う。ＴＣＰ／ＩＰを用いることにより異なるオペレーティングシステムで動作する異なるコンピュータは全てこのプロトコルに従う限り互いに通信できる。
【００４７】
当業者において高く評価されているように、現場レベルのＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ａｎｄ  Ｄａｔａ  Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ（ＳＣＡＤＡ）システムはマスター−スレーブ型の通信プロトコル（例えばＭｏｄバス）を用いる。大部分の現場モニター状況では、リモートオフィスコンピュータは典型的にはマスターであり、現場ユニットはスレーブである。スレーブはポールされたときホストに情報を伝達できるだけであるので、このことは本質的にどのようにデータが現場ユニットからオフィスに返送されるかを決定する。これは現場ユニットが警報状態にあっても中央オフィスに通知できないことを意味する。
【００４８】
ＴＣＰ／ＩＰプロトコルを用いればこのマスター−スレーブ関係を排除でき、情報を現場ユニットと中央オフィスの間を非同期的に流すことができる。この新システムは先行技術に勝る以下の利点を含む。第１に、現場ユニットはホストがポールするのを待たずに、異常あるいは警告状態が存在するときはいつでも中央ユニットに通知できる。第２に、無線ネットワークを通じてのパケット型送信は、現場ユニット無線装置が視線域内の他の全てのユニットに対し、送信リンクを機能不全にしかつ妨害する可能性を排除できる。第３にＦＩユニットはサイト配列を同時に読み取るように作動できる。以上のリストは一例である。
【００４９】
次に図２を参照しながら、基本的な圧力センサー４の模式図が議論される。種々の図における同様の数字は同様の構成要素を意味することに注意してほしい。一般的に半導体圧力変換器はＮａｔｉｏｎａｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ、ＭｏｔｏｒｏｌａおよびＨｏｎｅｙｗｅｌｌから市販されている。好ましい実施の形態の圧力センサー４は温度補正係数アルゴリズムをオペレーティングシステムに適用することにより変形されたが、好ましい実施の形態の圧力センサー４は前に述べたようにＺ．Ｉ．Ｐｒｏｂｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されている、
【００５０】
実施の形態の一つにおいて、センサー４は一般的にその表面に取り付けられた抵抗ブリッジセンサー３２を有するフレキシブルシリコン絞り３０から成る。絞りの片側は密封チャンバ３４に面し、他の片側は入力圧力に対し開いている。絞りの変位は抵抗センサーに周知の信号を生じさせる。ブリッジ回路、励起、機器増幅器、および他の補償および調整回路を含む必要な電子回路３１の全てが含まれる。
【００５１】
好ましい実施の形態のハードウェア構成の模式図である図３を次に説明する。電源管理手段５０は内部の再充電可能な電池５２を含み、これは好ましい実施の形態においてはＬｉの再充電可能なバッテリーである。このバッテリー５２は摂氏−２０度から摂氏＋５０度の周囲温度範囲に適している。電源管理手段５０の特徴のいくつかにはバッテリーを重大な放電劣化現象から保護する低電圧遮断を考慮したバッテリー保護回路（図示せず）も含む。またバッテリーを過充電から保護する高電圧クランプも含まれる。また電源管理手段５０にはバッテリーが長い時間最高充電電圧になったままにならないようにするバッテリーサイクルおよび調整用回路も含まれる。新しいバッテリー技術に対して変更できるように構成可能なスマートチャージャー技術も含まれる。
【００５２】
図３に示されるように、ハードウェア構成はまた外部電源オプションを含む。オプションとしてソーラパネル接続５４を含んでもよい。設計はまた電源管理モジュールに電気的に接続されるべき、オプションのバッテリーバンク５６を考慮している。さらに本質的に安全な１２ＶＤＣ出力へのユニバーサルＡＣメインコンバータを伴うメインアダプタ５８を含んでもよい。ハードウェア構成には限界電流式、限界電圧式の短絡防止されかつＥＳＤ（静電放電）防護された補助電源出力６０を含む。
【００５３】
ハードウェアはさらに数字６２で表されるマイクロコンピュータスーパバイザ機能回路を備える。回路６２はサンプリングを開始するための割り込みを生じるように設計されたリアルタイムクロックを内蔵する。回路６２はまた全速、減速および停止の特徴を有するマイクロＣＰＵクロックを含む。回路６２はさらに電源供給モニター、ウォッチドッグタイマーおよびシステムリセット機能を有する。リセット機能は電源起動あるいは電源遮断に対するリセットおよび一定の回復可能なシステム欠陥に対するリセットを含む。
【００５４】
マイクロコンピュータ６４はＳＲＡＭ６６、不揮発性ＲＯＭ６８、ＥＥＲＯＭ７０およびフラッシュキャッシュメモリー７２を内蔵するメモリー記憶手段を含む。メモリー手段は周知のように相互作用用のマイクロプロセッサ７３に電気的に接続される。ＳＲＡＭ６６はＮＥＣ  Ｃｏ．からＵＰＤ４３１０００ＡＧＺの名前／部品番号で市販されている。ＲＯＭ６８はＡＴＭＥＬ  Ｃｏ．からＡＴ２９Ｃ０２０Ａの名前で市販されており、ＥＥＰＲＯＭ７０はＡＴＭＥＬ  Ｃｏ．からＡＴ２８Ｃ２５６の名前で市販されており、フラッシュメモリー７２はＡＭＤからＡＭ２９Ｆ０３２Ｂの名前で市販されている。マイクロプロセッサ７３はＩＮＴＥＬ  Ｃｏ．からＳＢ８０Ｃ1８８ＥＣ１３の名前で市販されている。
【００５５】
ローカルＲＳ−２３２Ｃ７２シリアルポートがラップトップコンピュータ７２ａのようなローカルターミナルを介してターミナル接続検出、ポートコンフィギュレーションおよび機器コンフィギュレーションを考慮した設計に組み込まれる。ポートコンフィギュレーションとハードウェアハンドシェ−クする手段とを有するユニバーサル非同期送受信機（ＵＡＲＴ）７４は電気的にＲＳ−２３２Ｃに接続される。ＵＡＲＴはＥＸＡＲ  Ｃｏ．からＸＲ１５Ｃ８５０ＣＭの名前で市販されている。
【００５６】
ポートコンフィギュレーションと、ハードウェア接続手段と、スマートセンサーと処理装置へのアクセスのためのプロビジョンとを有するＲＳ−４８５シリアルポート７６が組み込まれる。ＲＳ−４８５ポートは前述のデジタルセンサーのようなスマートデバイスに電気的接続を可能にする。ＲＳ−４８５ポートはまたＵＡＲＴ７７に電気的に接続され、これがまたマイクロプロセッサ７３に電気的に接続される。
【００５７】
指示器およびディスプレー手段７８が含まれ、これは好ましい実施の形態においてはＬＣＤである。ＬＣＤはグラフィックス、数字等で基本的なプロセスデータ表示、セットアップガイダンスおよびエラー報告を行うのに適している。ＯＫ、警報および故障指示器用の緑色、黄色および赤色光を発する発光ダイオードを用いることができる。
【００５８】
手動入力が手動入力モジュール８０を介して可能で、これはマスターリセット、簡単セットアップ、ディスプレーコンフィギュレーション等のための（カバー付きの）押しボタンでもよい。デジタル入力キャプチャポート８２が含まれ、これにより外部コンタクトセンサーを用いて状態、状態の変化、タイミング、計数応用に対する信号をモニターできる。
【００５９】
アナログセンサーおよび読み出しモジュールは一般的には符号８４で表される。図示された構成は図のように配置された三つのアナログセンサーポート８６、８８、９０を有する。一体化された精密圧力ポート８６は一つまたは二つのチャンネルを有し、温度補償手段と信号を工学的単位に変換する変換手段とを含み、４／６線抵抗励起を含み、絶対圧力あるいは差圧を測定する能力を有する。オプションとしてリモートあるいは内部センサーポート８８が含まれ、これは一つの４／６線励起センサーを有し、このセンサーは典型的には中精度プロセス温度あるいは圧力センサーである。オプションとして一つの６線励起センサーが接続されたリモートあるいは外部センサーポート９０を含んでもよい。ポート９０は第２の内部ポートが用いられない場合に採用してもよい。
【００６０】
センサーポート８６、８８、９０はアナログ励起調整回路９１ａに電気的に接続され、この回路はアナログマルチプレクサ９１ｂに電気的に接続される。信号は直接マイクロプロセッサ７３に送られてもよいし、あるいは好ましい実施の形態のように精密アナログ−デジタル変換器９１ｃに送られる。アナログマルチプレクサ９１ｂはＭＡＸＩＭ  Ｃｏ．からＭＡＸ４０５２Ａの名前で市販されている。精密ＡＤＣ９１ｃはＢＵＲＲ  ＢＲＯＷＮ  Ｃｏ．からＡＤＳ１２１１Ｅの名前で市販されている。ＡＤＣ９１ｃは図３に示すようにマイクロプロセッサ７３に接続される。
【００６１】
データの収集にはどのようなタイプのものでも最小限一つのセンサーが必要である。上記のように最大限三つのアナログセンサーチャンネルをシステムに含んでもよく、そのうち二つは圧力（Ｐ）あるいは差圧（ｄＰ）センサーでもよい。従ってポート８６および８８を介する一体化されたアナログセンサーは高精度６線測定用で、Ｐ、ｄＰ，Ｐ＋Ｐ、Ｐ＋ｄＰの組合せが可能である。ポート８８あるいはポート９０を介した外部アナログセンサーは中精度であり、４線あるいは４−２０ｍＡタイプでもよく、これにより圧力（Ｐ）、差圧（ｄＰ）、抵抗温度検出器（ＲＴＤ）、Ｐ＋ＲＴＤ、ｄＰ＋ＲＴＤの組合せが可能である。
【００６２】
デジタル入力キャプチャ８２に動作的に関連付けられた外部のコンタクトタイプのセンサーは状態、状態変化あるいはタイミングを検出する。ＲＳ−４８５ポート７６を介して接続されたリモートデジタルセンサー９１が採用されてもよく、このタイプのセンサーは種々のベンダーから市販されている。
【００６３】
コンパクトな無線モデム９１ｄが含まれる。モデム９１ｄはＵＡＲＴ対応入力を有し、ＣＤＰＤデータ交換を使用できる。好ましい実施の形態においてモデム９１ｄは低電力ＲＦ出力を有し、モデム９１ｄは前記のようにＳｉｅｒｒａ  Ｗｉｒｅｌｅｓｓ，Ｉｎｃ．から市販されている。アンテナ９１ｅはデータを送信するために図示されている。
【００６４】
本発明の教示によれば、可能な機器構成の一つは有線電話ネットワークへの接続を含む。さらに無線通信形式を使用してもよく、これには電話モデムを介する経路切換えセルラー、パケット型のデジタル地上波セルラー手段あるいはやはりパケット型のデジタル衛星リンク手段を含む。データ転送の別の選択には携帯端末装置あるいはラップトップコンピュータに対するＲＳ−２３２ポート７２の使用を含む。
【００６５】
次に図４を参照して、本発明の第１のシステムアーキテクチャの模式的フローチャートを説明する。石油およびガス施設１５０全体のどのソースからの圧力もＦＩ２に通信できる。好ましい実施の形態において、圧力は炭化水素鉱床に達した石油およびガス井戸１５１から通信される。圧力はダウンホール、源泉、フローライン、分離装置、パイプライン、処理装置等からＦＩ２に通信してもよい。
【００６６】
図４では地下鉱床に達した井戸からの圧力はＳＤＳ２のセンサー４に伝達される。アナログ温度センサー８もやはり含まれる。センサー４、８は例えば圧力と温度のデータを収集し、次にそのデータを前に議論したように処理するオペレーティングシステム１２に送信する。オペレーティングシステムは次にこのデータを、図４において数字１５２で示すデジタル情報を送信可能な現場通信モジュール２０に転送する。
【００６７】
現場通信モジュール２０はデジタルデータをデータベースエンジン１５４に送信するが、これはＯｒａｃｌｅ  Ｉｎｃ．からＯｒａｃｌｅ  ８ｉの名前で市販されている。データベースエンジン１５４は通信モジュール２０と通信する現場通信ソフトウェア１５５をロードしている。データベースエンジン１５４は動作的にデータベース１５８に関連付けられているデータマネージャソフトウェア１５６から成る。ソフトウェア環境において、「動作的に関連付けられている」という場合、この言葉は二つの構成要素が互いに電子的にデータを交換できることを単に意味する。データベース１５８は受信した種々のデータの記憶を可能にするテーブル構成を有する。またサーバ１６２とデータベースエンジン１５４が通信できるようにサーバ１６２とインターフェース接続するソフトウェアから成るユーザインターフェースモジュール１６０も含まれる。
【００６８】
情報システムのアーキテクチャはまたサーバ１６２にロードされたインターフェース１６４を含む。このインターフェース１６４は第三者の位置にあってもよいし、多数のユーザコンピュータ１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ、１６６ｄにロードしてもよい。また第三者のコンピュータ１６６ａ〜１６６ｄにはブラウザがロードされる。従ってユーザはこの第三者の位置でデータベース１５８にアクセスしてもよい。
【００６９】
データベースエンジン１５４はオペレータ自身のサイトでロードしてもよい。これはデータのセキュリティーとオペレータによる管理を考慮している。あるいはデータベースエンジンはオペレータのサイトとは別の第三のサイトに物理的に配置してもよい。
【００７０】
本発明の教示によれば、多数のＦＩユニットが多数個所に配置でき、個々のＦＩユニットはデータベースエンジン１５４に無線で送信する現場通信モジュールを有する。
【００７１】
従ってデータベースエンジン１５４は多数の測定個所から来た、それに記憶された多くの情報を有する。さらに多数のユーザは多数の個所からデータベース１５８にアクセスできる。
【００７２】
次に図５を参照して、本発明の第２のシステムアーキテクチャを説明する。このシナリオの下で、井戸１６８からの圧力はセンサー４に、さらにＦＩ２に伝達され、このＦＩはまた現場通信モジュール２０に通信し、これは１５２を無線でデータベースエンジン１５４に送信する。データベースエンジン１５４は現場通信ソフトウェア１５５、データマネージャソフトウェア１５６をロードしている。データベース１５８は受信した種々のデジタルデータの記憶を可能にするテーブル構成を有する。またウェブサーバ１７０とインターフェース接続するソフトウェアから成るユーザインターフェースモジュール１６０も含まれる。サーバインターフェース１７６も含まれ、サーバインターフェース１７６はデータベースエンジン１５４とウェブサーバ１７０との間を通信する機能をする。
【００７３】
図５に書き留めてあるように、この実施の形態については少なくとも二つのシステム配置例がある。第１にはサーバインターフェース１７６はインターネット１７８に接続でき、これは顧客１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃ、１６６ｄ等に対して接続を許すことになる。
【００７４】
第２目として、本発明の教示については、現場センサー４、６はリンク１８４で表されるように顧客１６６ｄのような個々の顧客に直接接続され得る。このリンク１８４は前に議論したように無線リンクでも、電話線でも、あるいは他の従来手段でもよい。オペレータはセキュリティー上の理由でこの特別のリンクを持ちたいかも知れないし、あるいはバックアップシステムを持ちたいかも知れない。理由は何であれアーキテキチャはこの種の配置を考慮している。
【００７５】
図５には異常報告用の配置が示されている。データマネージャソフトウェア１５６は警報条件、即ち圧力および／または温度データがある所定レベルを超えた場合の処理を考慮してもよい。例えばこの異常を認識するルーチンがソフトウェアに書き込まれ、ソフトウェアが異常を自動的に顧客１６６ａ、１６６ｂ、１６６ｃおよび／または１６６ｄに所定の通り報告する。
【００７６】
図６はサーバ配置の一つの実施の形態の模式図である。第１のコンピュータ１６７ａが用いられ、これは第２のコンピュータ１６７ｂに接続される。コンピュータ１６７ａはロードされたユーザインターフェース、ＨＴＭＬおよび現場通信を有する。コンピュータ１６７ｂはロードされたデータベースマネージャおよびデータベースを有する。
【００７７】
図７は本発明のデジタル信号処理のフローチャートである。スマートデバイス３００からの信号はＲＳ−４８５デバイス７６で受信（３０２）され、次にＵＡＲＴ３０４に送信される。ＵＡＲＴはマイクロプロセッサ３０６により受け入れられるように信号を調整する。オペレーティングシステムのオペレーションモードによってはマイクロプロセッサ３０６はステップ３０８においてＵＡＲＴ７４に読み値を転送でき、これがまたＲＳ−２３２Ｃ７２に送られる（３１０）。ＲＳ−２３２Ｃ７２はローカルターミナルコンピュータ３１２へのローカルダンプを考慮しており、ユーザは例えばオンサイトで収集されたデータにアクセスできる。
【００７８】
あるいはオペレーションモードはデータがＵＡＲＴ３１４に流れるように命令でき、これが次に信号をシーケンスステップ３１６に示すように無線モデム９１に流す。モデムはステップ３１８に見られるように信号をリモートコンピュータに送信する。リモートコンピュータからデータが図４および５に関連して前記したような種々の手段を介してばらまかれる。
【００７９】
図８は本発明のアナログ信号処理のフローチャートである。アナログセンサーデバイス８６、８８、９０からの信号はアナログ信号励起調整モジュールおよびアナログマルチプレクサ３２０において受信され、そこでアナログ信号は調整され、ステップ３２２においてマイクロプロセッサに転送される。次にオペレーティングシステムのオペレーションモードによってはマイクロプロセッサはステップ３２４において読み値をＵＡＲＴ７４に転送でき、これは次にＲＳ−２３２Ｃ７２に送られる（３２６）。ＲＳ−２３２Ｃ７２はローカルターミナルコンピュータ３２８へのローカルダンプを考慮しており、ここでユーザは例えばオンサイトで収集されたデータにアクセスできる。
【００８０】
あるいはオペレーティングシステムのモードはデータがＵＡＲＴ３３０に流れるように命令でき、これが次に信号をシーケンスステップ３３２に示すように無線モデム９１に流す。モデムは信号をステップ３３４に見られるようにリモートコンピュータに送信する。リモートコンピュータからデータが図４および５に関連して前記したような種々の手段を介してばらまかれる。
【００８１】
図９は読み取りを行うためにセンサーに電源を入れるシーケンスと読み取りステップのシーケンスのフローチャートである。オペレーティングシステムは予めプログラムされた時間間隔でウェーックアップ信号を発生し（３５４）、これがセンサーに電源を入れる（３５６）。センサーはブロック３５８に示すように読み取りを行う。そのあとオペレーティングシステムはセンサーの電源を切る（３６０）。
【００８２】
そのあとオペレーティングシステムはキャッシュメモリーに記憶されたセンサーの生の値を前述の変換アルゴリズムを用いて実際の単位に変換する（３６２）。変換された読み値はLCDに表示される（３６４）。変換されたデータはメモリーに記憶される（３６６）。オペレーティングシステムは所定の時間間隔に従って次の発信時点を決定し、発信時には現場機器が（通信モジュールを介して）データをローカルコンピュータにモデムを通じて送る（３６８）。次にオペレーティングシステムは次のウェークアップ時間を計算し（３７０）、そのあとにセンサーの電源を低下させる（３７２）（スリープと言う）信号を発生する。所定の時間間隔が終了したあと、ウェークアップ信号が発生され、例えばブロック３５４に見られるステップに戻るループを発生して、これらのステップが図９に示すように繰り返される。
【００８３】
図１０を参照しながら、本発明の筐体４００の模式図を説明する。好ましい実施の形態において、筐体４００は一般的には円筒形の基体４０２を含み、これが外側円筒表面４０４を有し、またこれが、これから伸びる４つの突き出た開口（図７では４０６、４０８、４０９のみ図示する）を有する。開口は事実上一般的には円筒形であり、外径４１０を有し、これが内径４１２まで伸びている。内径４１２は内ネジ手段４１４等の接続手段を有し、これは係合ネジ手段を有するアダプタに密封係合する。４つの開口全てが類似の内ネジ手段を有する。密封を助けるためにOリングを用いてもよい。代わりに他の接続手段としてピンや溶接アダプタも含む。図１０に見られるように、基体はＬＣＤ４１８を配置するための開口を有する上面４１６を含む。
【００８４】
液晶ディスプレー（ＬＣＤ）４１８が示され、ＬＣＤはプリント回路基板に電気的に接続されている。ＬＣＤは前述のようにデジタル圧力読み出しに取り付けられる。従ってオペレータは筐体４００を利用してデジタル圧力読み出しを見ることができる。ＬＣＤ４１８はＶａｒｉｔｒｏｎｉｘ  Ｌｔｄ．から入手可能なカスタム配置である。
【００８５】
こうしてアダプタが一旦開口内に置かれると筐体４００は閉じられた容器となる。この筐体４００は防爆性の閉じられた容器を表す。当業者には言うまでもないが炭化水素は危険な、かつ／または腐食性の物質であり得る。本発明の教示によれば、井戸からの圧力は究極には開口内のセンサーに伝えられる。発明の重要な態様は内側チャンバ２２９に圧力がかからないことである。さらに内側チャンバ４２０はセンサー用のプリント回路基板、メモリー、オペレーティングシステム、モデム、バッテリー等を収容する。従って筐体はまた内部爆発に耐えられねばならない。炭化水素流体およびガスは低い発火点を持ち、極めて可燃性であることを忘れてはならない。
【００８６】
オペレーションおよびデータのフローチャートである図１１を説明する。特に図１１はオペレーションおよびデータフローのシステムソフトウェアおよびファームウェアを描いている。オペレーティングシステムは図３のハードウェア回路６２を技術的に含むスーパバイザ手段９０を含む。スーパバイザ手段９０はまたもう一つのファームウェアを含み、これは精密圧力マップ、ＲＴＤ（抵抗温度検出器）計測および外部アナログ入力チャンネル上のカスタムセンサーのための特別目的の計測（即ち４−２０ｍＡ変換）のための計測マップローダ手段９２ａを含む。また連続して電源が入れられるリアルタイムクロック手段９４も含まれる。リアルタイムクロック９４はデータサンプリング用の次のマイクロプロセッサ割り込みに対するプログラマブルディレーを有する。
【００８７】
スーパバイザ９０はさらにデータサンプリングのための割り込みおよびスケジューラ９６を含む。ファームウェアインストーラ９８はローカルターミナルあるいはリモート通信チャンネルを介してアクセスできるブートローダを含む。コマンドインタープリタ手段１０２が含まれ、これはセンサーコンフィギュレーション、電源管理コンフィギュレーション、ＲＴＣコンフィギュレーション、ＵＡＲＴコンフィギュレーション、メモリーコンフィギュレーション、ディスプレーコンフィギュレーションを行う手段を含み、生のセンサー値、プロセス値、および種々の中間計算値へのアクセスを可能にする。
【００８８】
測定データ管理モジュール２０４はスーパバイザ手段９０に電気的に接続される。測定データ管理モジュール２０４はプロセス統計と、プロセス変数計算結果になされる高度の計算とを生み出す手段２０６を含む。測定データ管理モジュール２０４はまたトレンド手段２０８と時間圧縮手段２１０とを含む。あるレベルの統計およびプロセスデータはデバイスの寿命を含む、ある期間保存できる。好ましい実施の形態においては最古のデータは最も圧縮され、最新のデータは高解像力で（時間と大きさ両方について）保存される。さらにデータをアーカイブする手段２１２が提供される。
【００８９】
スーパバイザはシステム機能モジュール２１４に動作的に接続される。システム機能モジュール機能２１４は切換えモデム電源、切換えアナログ回路電源およびいくつかの場合において切換え外部電源を考慮した電源管理手段２１６を含む。システムコンフィギュレーションはまたシリアル番号、生産ロット、ハードウェアおよびファームウェア改訂コード、モデル番号、作られた日および工場、初期コンフィギュレーション、現行コンフィギュレーション、サービス開始日および他のデータのような情報をデジタルに含むシステム証明書２１８が含まれる。
【００９０】
さらに最終サービス日、オペレータおよび記録ロケータ番号を含むメンテナンスログと、最終計測日、計測源、計測ＩＤおよび現在の計測ステータスと、筐体がいつ開けられたかを詳述し、かつサービスが実行されたことを検出し、かつ変更が生じたかどうかを検出する筐体アクセスログとを含むデバイスメンテナンス手段２２０が含まれる。デバイス管理２２０はまたメンテナンス履歴およびランタイム稼動統計を更新する。
【００９１】
デバイス管理２２０は次の事前メンテナンス時期について通知するためにカウントダウンクロック等を含む事前メンテナンス指示器を有する。さらにバッテリーチャージが低い、バッテリーが古いあるいは適切に再充電しない場合に指示可能なバッテリーメンテナンス／交換用の点検がある。
【００９２】
ウォッチドッグタイマー手段２２２も含まれる。システム機能モジュールはキャッシュメモリーおよびＥＥＰＲＯＭメモリーを有する不揮発性メモリー制御を含む。システムエラーおよび警報手段２２４が含まれ、エラーが現在のセッションの間に回復可能か、あるいはマスターリセットにより回復可能か、あるいは物理的介在でのみ回復可能かを指示する。別の特徴はシステムがスタートアップ時に作動される点検および診断と、自動点検／診断を実行するシステムと、ＲＴＣ（リアルタイムクロック）のステータスに関するモニターとを有することである。内部アナログ個所をモニターする手段が含まれる。これらの点検は電源投入により、あるいは手動で、あるいはローカルターミナル接続を通じて、あるいは無線接続を通じて遠隔からトリガーされる。システム警告およびエラー警報は診断が働かない場合、あるいは疑わしい値を受信した場合に通信ポートから作り出される。システムはこれらのエラー／異常をログし、出された警報が見落とされた場合にローカルエラー履歴記録が保存される。
【００９３】
オペレーションおよびデータのフローのもう一つのモジュールはプロセスモニタリングモジュール２２６である。モジュール２２６は種々のサンプリングレート、トリガーモード、計測およびデータ解析に何時、如何に変更するかを決定するサンプルシーケンスアルゴリズム２２８を含む。従ってプロセスデータサンプリングオプションは定期サンプリングを含み、この場合プロセス値は固定、あるいは順序立てされたスケジュールで適当な割合で決定される。典型的にはこのサンプリングはプロセス値がゆるやかに変化するか、あるいは全く変化しない場合に用いられる。また適応サンプリングも可能であり、この場合プロセス値はプロセスの最新履歴により決まる動的な割合で決定される。適応サンプリングは典型的にはプロセス値が不規則に変化する場合に用いられる。
【００９４】
プロセスモニタリングはプロセス変数計算手段２３０を含み、これは原料組成補正に備えるＡＧＡ３あるいはＡＧＡ８およびＡＰＩ「規準」ガス−流体計算を考慮している。計算手段２３０は種々の流体特性、表および式を含み、オリフィスメータデバイスの説明書（材料、寸法、個々のＩＤ等）を含んでもよい。プロセスデータ計算オプションの中にはプロセスおよびシステムに関する現在の値および状態を取り込む能力がある。さらにプロセスおよびシステムに関する値および状態の履歴が取り込める。この履歴はこのように測定されたパラメータの最大、最小、平均、合計等のプロセス統計を決定するのに用いられる。
【００９５】
またこのモジュールにはローカルおよび（インストールされていれば）リモートセンサーの両者から取り込まれ、変換され、組み合わされた信号に基づくプロセス警報手段２３２が含まれる。プロセス警報手段２３２はデフォルトの、あるいは所定のプロセスモニタリングアルゴリズムおよび警報条件、あるいはユーザが定めたアルゴリズムおよびロジックを用いてもよい。このモジュールはディスプレーを通じて警報条件を通知し、ＲＳ−２３２および無線ポートにメッセージを発信する。
【００９６】
測定トリガーレート手段２３４は種々のプロセス依存アルゴリズムを用いてより大きなシーケンスに組み合わされる一つ、多数および／あるいは自動反復シーケンスを有する。手段２３４はプロセス変数でトリガーされるシーケンスおよびサンプリングレート変化を含む適応および調整サンプリング方法を含む。トリガーはプロセス変数、比例、割合、導関数、積分および状態入力から引き出される。サンプリング方法はリモートトリガーシーケンスおよびサンプリングレートを含み、リモートコマンドが支部をシーケンスロジック内に押し込む。
【００９７】
もう一つのモジュールはセンサー応答変換２３８を含むデータ取り込み２３６である。高精度圧力センサーに関して、圧力―温度マップ上で収斂するまで反復内挿が用いられる。他の簡単なセンサーについては、センサーの伝達関数を補償するために適当な一次元変換を用いてもよい。ＡＤＣ設定手段２４２およびＭＵＸ制御手段２４４を考慮したＡＤＣ読み出しおよび制御手段２４０が設けられ、これは多数のアナログセンサーおよびＡＤＣチャンネル選択手段２４６に接続される。
【００９８】
通信およびプロトコルマネージャモジュール２４８も含まれ、これによりオペレータが通信チャンネル用の適当なデータ表現およびプロトコルを選択できるようになる。ＲＳ−４８５ポート７６が含まれ、外部スマートセンサーに接続しても、他の制御システムに接続しても、警報機能に接続しても、プロセスモニタリングに接続してもよい。コマンドインタープリタ１０２へのローカルターミナルアクセスを考慮するＲＳ−２３２ポート７２が含まれる。ＲＳ−２３２Ｃはローカルデータ検索、オプションの定期的品質管理および計測アクセス、オプションのファームウェア更新アクセス、センサーコンフィギュレーション、結線コンフィギュレーション、ローカル診断およびデバッグアクセスを考慮している。
【００９９】
無線チャンネル管理手段２５４が含まれ、これはデータ圧縮手段２５６、誤差補正手段２５８、データ暗号化手段２６０、認証およびアクセス制御手段手段２６２を含む。データ暗号化手段はいくつかのベンダーから市販されており、データ暗号化手段はデータ暗号化規格（ＤＥＳ）を用いてもよい。データ暗号化手段２６０はＲＳＡ  ＤＡＴＡ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  Ｉｎｃ．からＲＣ−４およびＲＣ−２規格の下で市販されており、これらの両方とも無線モデムを用いるＣＤＰＤ1.1規格を満たしている。
【０１００】
コンパイルされたデータはサービスマンによりローカルターミナルポートを通じて引き出される。そのあとデータはデータ管理施設に手で運ばれる。リモートデータダンプモードが動作不能あるいは信頼性に欠ける場合、データダンプモードが主としてバックアップとして用いられる。
【０１０１】
前記のように好ましい実施の形態の一つにおいて、収集データは無線モデムを通じて遠隔地に通信される。この通信はインストールされたオペレーティングシステムを介する機器により起動しても、リモートユーザデータベースサーバにより起動してもよい。データは公共電話ネットワークあるいはインターネットあるいはＴＣＰ／ＩＰを用いる一つ以上のユーザあるいはデータベースに対する民間通信ネットワークを通じて中継される。また別のモードにおいて、データはローカルターミナルあるいは遠隔ユーザに対し「リアルタイム」の読み出しを行うインタラクティブセッションの間に交換される。
【０１０２】
警報モードにおいて、プロセスおよびシステムのステータス情報が一つ以上の機器の通信チャンネルを通じて自動的に送られる。プロセス値計算あるいはシステムエラーが、警報条件が存在すると決定した場合、データ配信が開始される。典型的な例は低流量、過剰圧力、総量、限界値である。
【０１０３】
（産業上の利用可能性）
ここで開示された新規な機器およびシステムの応用は流量計測を含む。実行されるべき高時間分解能流量計算を可能にするために機器は１秒に１回までの割合でデータをサンプリングする。システムは計量計測課金、使用個所計測および伝達パイプライン漏れ点検に適しているであろう。機器は通常はログされた流量データと流量統計を無線デジタルモデムを介してユーザのデータベースにリモートデータダンプモードで分配する働きをする。必要なら機器はプロセス変数あるいは状態が仕様外であるという信号を出す警報モードに切換えるか、あるいはプロセス条件を読み取るように定期的に問合せされる。機器の位置は源泉でもパイプラインモニターステーションでもよい。通信手段は地上セルラーサービス（デジタルパケットまたは経路切換え）あるいはデジタル衛星リンクを含む。第１の要件は遠隔で、無人の、正確な収集と流量および総量データのタイムスタンピングであろう。
【０１０４】
別の応用としてオリフィスメータを用いる流量計測が考えられる。機器は内部アナログＰセンサー、内部あるいは外部ｄＰセンサー（その個所の必要精度に必要ならば）、および外部ＲＴＤ温度センサーを必要とする。オリフィスメータを通る流量あるいは総量がオリフィス特性およびＡＧＡ流量方程式を用いて決定される。
【０１０５】
また別の応用としてタービンあるいは変位流量計が考えられる。機器は内部アナログＰ、外部ＲＴＤ温度センサーおよび流量計からのパルスを計数する一つ以上のデジタル入力キャプチャチャンネルを必要とする。正確な流量決定はデジタル入力計数率に関連して圧力および温度補償により達成される。
【０１０６】
また別の応用として超音波および多相流量計が含まれる。機器は内部アナログＰ、外部ＲＴＤ温度センサーおよび超音波流量計と対話するデジタル通信ポート（ＲＳ−４８５）を必要とする。正確な流量決定は流量計を通過する流動断面のレイノルズ数を決定するための圧力および温度値を用いることにより達成され、これにより流量計読み値の正確な補正が可能になる。
【０１０７】
本発明の教示による機器及び方法は生産のモニターと最適化に用いることができる。機器は生産圧力をモニターするためにおよそ１分に１回データをサンプリングする。必要なら機器は圧力が使用外にあるという信号を出すための警報モードに自動的に切換えでき、あるいは現在の圧力を読み取るために定期的に問合せできる。機器は源泉にあっても、あるいはその近くにあってもよい。通信手段は地上セルラーサービス（デジタルパケットあるいは経路切換え）あるいはデジタル衛星リンクにより提供される無線通信を含む。第１の要件は源泉圧力の遠隔、無人決定を含む。源泉にはＰとＰＴＤセンサーの両方が備わっている。圧力測定の割合は数分から数時間のオーダで、典型的には数日経ってからタイムスタンピング、ログおよびダンプがなされる。圧力が確立された性能帯域を逸脱した場合、機器は直ちに警報を発する。
【０１０８】
本発明の好ましい実施の形態を説明したが、説明した実施の形態は例証のみを目的としていること、またそこから当業者が当然思いつく等価物、多くの変形および変更の全範囲と合致させる場合、本発明の範囲は添付の請求範囲によってのみ定められることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  表面データシステムの基本的構成要素を示す模式的フローチャートである。
【図２】  圧力データプローブの実施の形態を示す断面図である。
【図３】  好ましい実施の形態のハードウェア構成を示す模式図である。
【図４】  本発明の第１のシステムアーキテクチャを示す模式的フローチャートである。
【図５】  本発明の第２のシステムアーキテクチャを示す模式的フローチャートである。
【図６】  サーバ配置の一つの実施の形態を示す模式図である。
【図７】  本発明のデジタル信号処理を示すフローチャートである。
【図８】  本発明のアナログ信号処理を示すフローチャートである。
【図９】  読み取り値を取り込むためにセンサーに電源を入れるシーケンスを示すフローチャートである。
【図１０】  本発明の筐体を示す模式図である。
【図１１】  好ましい実施の形態を示す動作およびデータフローチャートである。
【符号の説明】
２  現場機器
４  センサー
６  センサー
８  センサー
９  センサー
１０  バッテリー
１２  オペレーティングシステム
１４  メモリー
１６  マイクロプロセッサ
１８  ＬＣＤ
２０  通信モジュール
５８  メインアダプタ
７２ａ  ラップトップコンピュータ
８６  アナログセンサーポート
８８  アナログセンサーポート
９０  アナログセンサーポート
９１  無線モデム
９１ｂ  アナログマルチプレクサ
９１ｃ  アナログ−デジタル変換器
９１ｄ  コンパクト無線モデム
９１ｅ  アンテナ
１５４  データベースエンジン
１５８  データベース
１６２  サーバ
１６６ａ  ユーザコンピュータ
１６６ｂ  ユーザコンピュータ
１６６ｃ  ユーザコンピュータ
１６６ｄ  ユーザコンピュータ
１６７ａ  第１のコンピュータ
１６７ｂ  第２のコンピュータ
１７０  ウェブサーバ
１７６  サーバインターフェース
１７８  インターネット
２２４  警報手段
２２９  内側チャンバ
２３２  プロセス警報手段
２５８  誤差補正手段
２６０  データ暗号化手段
３００  スマートデバイス
３０２  ＲＳ−４８５における受信ステップ
３０４  ＵＡＲＴ
３０６  マイクロプロセッサ
３０８  ＵＲＴへの送信ステップ
３１０  ＲＳ−２３２Ｃへの送信ステップ
３１２  ローカルターミナルコンピュータ
３１４  ＵＲＴ
３１６  モデムへの送信ステップ
３１８  リモートコンピュータへの送信ステップ
３２０  アナログマルチプレクサ
３２２  マイクロプロセッサへの転送ステップ
３２４  ＵＡＲＴへの送信ステップ
３２６  ＲＳ−２３２Ｃへの送信ステップ
３２８  ローカルターミナルコンピュータ
３３０  ＵＡＲＴ
３３２  モデムへの信号送信ステップ
３３４  リモートコンピュータへの送信ステップ
３５４  ウェークアップ信号発生ステップ
３５６  電源投入ステップ
３５８  読み取りステップ
３６０  電源切断ステップ
３６２  生センサー値−実際値変換ステップ
３６４  ＬＣＤ表示ステップ
３６６  記憶ステップ
３６８  ローカルコンピュータへのデータ送信ステップ
３７０  次のウェークアップ時間の計算ステップ
３７２  スリープステップ
４００  筐体
４０６  開口
４０８  開口
４０９  開口
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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