(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロセスを制御するためのプロセス制御システムであって、
前記プロセスに結合され、かつプロセス条件を制御するように配列されたフィールドデバイスと、
前記プロセスに結合され、かつ前記プロセス条件と関連付けられたイベントトリガの発生について前記プロセスを監視するように配列された無線センサと、
前記フィールドデバイスから遠隔に配設された遠隔制御システムであって、前記遠隔制御システムが、第１のコントローラと、第１のメモリと、第１のプロセッサと、第１の無線通信モジュールとを含み、前記第１の無線通信モジュールが、前記第１のプロセッサに結合され、前記第１のコントローラと前記無線センサとの間の無線通信を可能にし、
前記遠隔制御システムが、前記第１のメモリに記憶され、かつ前記第１のプロセッサに結合された第１の制御モジュールをさらに含み、前記第１の制御モジュールは、前記第１のコントローラが第１の設定点に前記フィールドデバイスを配置して、前記プロセス条件を制御することを可能にするように前記プロセッサ上で実行されることができる、遠隔制御システムと、
前記フィールドデバイスに対してローカルに配設されたローカル制御システムであって、前記ローカル制御システムが、無線出力デバイスを含み、前記無線出力デバイスが、ローカルコントローラと、ローカルメモリと、ローカルプロセッサと、前記ローカルプロセッサに結合され、かつ前記ローカルコントローラと前記第１のコントローラとの間の無線通信を可能にするように配列されたローカル無線通信モジュールとを含む、ローカル制御システムと、
前記ローカルメモリに記憶され、かつ前記ローカルプロセッサに結合されたローカル制御モジュールであって、前記ローカルコントローラがローカル設定点に前記フィールドデバイスを配置することを可能にするように前記ローカルプロセッサ上で実行されることができる、ローカル制御モジュールと、を備え、
前記第１のコントローラは、前記ローカル設定点の調節を可能にするように前記ローカル制御モジュールを構成するようにさらに配列される、プロセス制御システム。
【請求項２】
前記無線出力デバイスは、前記ローカルプロセッサに動作可能に結合された入力デバイスと、前記ローカルプロセッサに動作可能に結合された出力デバイスとをさらに備える、請求項１に記載のプロセス制御システム。
【請求項３】
前記入力デバイスは、押しボタンを含む、請求項２に記載のプロセス制御システム。
【請求項４】
前記出力デバイスは、表示画面を含む、請求項２又は３に記載のプロセス制御システム。
【請求項５】
前記無線出力デバイスは、前記ローカルプロセッサ、前記ローカルメモリ、前記ローカル無線通信モジュール、及び前記ローカル制御モジュールを収容する筐体を含む、請求項１〜４のいずれかに記載のプロセス制御システム。
【請求項６】
プロセスを制御するためのプロセス制御システムであって、
前記プロセスに結合され、かつプロセス条件を調節するように配列されたフィールドデバイスと、
前記プロセスに結合され、かつ前記プロセス条件と関連付けられたイベントトリガの発生について前記プロセスを監視するように配列された無線センサと、
前記フィールドデバイスに動作可能に結合されたローカル制御ループであって、
前記無線センサに結合されたローカル無線通信モジュールを有するローカルコントローラであって、前記ローカルコントローラが、ローカルプロセッサと、ローカルメモリと、ローカル制御モジュールとをさらに含み、
前記ローカル制御モジュールが、前記ローカルメモリに記憶され、かつ前記ローカルプロセッサによって実行されることができ、前記ローカル制御ループが、前記ローカルコントローラが前記無線センサを監視し、前記ローカル制御モジュールによって決定されたローカル設定点に前記フィールドデバイスを配置するローカル制御モードで動作するように配列される、ローカルコントローラを含む、ローカル制御ループと、
前記フィールドデバイスに動作可能に結合された遠隔制御ループであって、
前記ローカルコントローラの前記ローカル無線通信モジュールに結合され、前記遠隔制御ループと前記ローカル制御ループとの間の無線通信を容易にする遠隔無線通信モジュールを有する、遠隔コントローラであって、
前記遠隔制御ループが、遠隔プロセッサと、遠隔メモリと、遠隔制御モジュールとをさらに含み、前記遠隔制御モジュールが、前記遠隔メモリに記憶され、かつ前記遠隔プロセッサによって実行されることができ、前記遠隔制御ループが、前記遠隔コントローラが前記無線センサを監視し、かつ前記遠隔制御モジュールによって決定された遠隔設定点に前記フィールドデバイスを配置する遠隔制御モードで動作するように配列される、遠隔コントローラを含む、遠隔制御ループと、を備え、
前記遠隔制御ループが、前記ローカル設定点を遠隔で変更するように前記ローカル制御モジュールを構成するようにさらに配列される、プロセス制御システム。
【請求項７】
前記無線センサ及び前記ローカルコントローラは、筐体に取り付けられる、請求項６に記載のプロセス制御システム。
【請求項８】
前記ローカルプロセッサ、前記ローカルメモリ、及び前記ローカル制御モジュールは、前記筐体内に収容される、請求項７に記載のプロセス制御システム。
【請求項９】
前記ローカルコントローラは、前記ローカルプロセッサに結合された入力デバイスと、前記ローカルプロセッサに結合された出力デバイスとを備える、請求項６〜８のいずれかに記載のプロセス制御システム。
【請求項１０】
前記入力デバイスは、押しボタンを含む、請求項９に記載のプロセス制御システム。
【請求項１１】
前記出力デバイスは、表示画面を含む、請求項９又は１０に記載のプロセス制御システム。
【請求項１２】
遠隔無線通信モジュールと、遠隔制御モジュールとを有するプロセス制御システムのための無線出力デバイスであって、前記遠隔制御モジュールが、遠隔メモリに記憶され、遠隔プロセッサによって実行されることができ、前記無線出力デバイスが、
プロセッサと、
前記プロセッサに結合されたローカルメモリと、
前記プロセッサに結合され、かつ前記プロセス制御システムとの無線通信を容易にする、無線通信モジュールと、
ローカルメモリに記憶され、前記無線出力デバイスがフィールドデバイスを制御するように構成される前記プロセッサによって実行されることができる、制御モジュールと、を備える、無線出力デバイス。
【請求項１３】
前記プロセッサに動作可能に結合され、かつ前記フィールドデバイスと関連付けられたプロセス条件に応答する、センサをさらに備える、請求項１２に記載の無線出力デバイス。
【請求項１４】
筐体内に収容される前記プロセッサと、前記ローカルメモリと、前記無線通信モジュールと、前記制御モジュールとをさらに備える、請求項１２又は１３に記載の無線出力デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、プロセス制御システムに関し、より具体的には、制御システムにおける現場計器のための制御環境を構成する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロセス制御システムは、長年、様々な産業において実施されている。石油精製、発電、及び化学製造では、プロセス制御システムは、少数の入力／出力（Ｉ／Ｏ）ノードを有する小さい制御システムから、例えば、バルブ、ルーバー、調整器、変位及びフロート液面センサ、安全弁、ならびに警報器等の何百さらには何千ものフィールド計器及びデバイスを有する非常に大きいシステムまでの様々な程度まで用いられている。
【０００３】
多くのプロセス制御システムでは、スタンドアロンのスナップ作動用途にて実施される１つ以上のフィールド(現場)デバイスを有することに共通している。この構成では、フィールドデバイスは、フィールドデバイスがフィールドデバイスがある現場の制御システム要員によってのみ制御または監視され得るという点において制御システムとは本質的に別個である。隔離されたフィールドデバイスまたは遠隔フィールドデバイスは、デバイスが動作情報に関するプロセス制御システムにフィードバックを提供しないとき、「ブラインド」動作すると見なされる。このようなフィードバックは典型的に、例えば、バルブの実際の位置またはバルブに関する他の情報で構成され得る。
【０００４】
従来、遠隔地にしばしば位置するこれらの「ブラインド」フィールドデバイスは典型的に、空気圧または油圧コントローラを介して制御された。空気圧コントローラは、単純な反復作業の自動化によく適している傾向がある。しかしながら、このようなコントローラは、機械的疲労及び劣化にさらされる場合があり、これは、プロセス制御システムの精度及び再現性の両方に悪影響を与える可能性があり、いずれかが最終的に制御システムの故障につながり得る。従って、遠隔で制御及び／または監視され得るフィールドデバイスを有することが有益であるから、プロセス制御システムは、フィールドデバイスの動作状態をより容易に評価することができる。
【０００５】
図１は、スタンドアロン用途におけるローカル制御ループの共通の構成を図示する。プロセスと関連するイベントトリガは、例えば、圧力スイッチ、マイクロスイッチ、リミットスイッチ、または他の好適なデバイス等のセンサによって監視される。センサは、コントローラに接続され、イベントトリガの発生に応答して、センサは、コントローラに警告する。同様に、コントローラは、フィールドデバイスと関連付けられたアクチュエータまたは変換器を活性化してプロセスを調節する。例えば、コントローラは、変換器もしくはアクチュエータに制御バルブを移動させ、スイッチを入れ、またはプロセスと関連する温度もしくは圧力を上昇もしくは低下させ得る。
【０００６】
当初、空気圧制御システムは、プログラマブル論理コントローラ（ＰＬＣ）または任意の電気／電子コントローラを組み込んでいなかった。制御システムは、固体デバイス、プログラマブル論理アレイ（ＰＬＡ）、ＰＬＣ、及びマイクロプロセッサ、ならびにマイクロコントローラの組み込みを有するデジタル論理を最終的に用いた。このような電子制御システムの出現で、コントローラとフィールドデバイスとの間の有線通信を介してフィールドデバイスを遠隔で監視及び制御することが可能になった。
【０００７】
図１に示されるようなスタンドアロン制御ループのフィールドデバイスを遠隔で監視することを望む場合、センサ及びフィールドデバイスは、電子制御システムに配線され得る。このような構成は図２に示されて、図１のローカル制御ループが制御システムを用いる。この構成では、プロセス値または変数は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ（商標）等の通信プロトコルを介してセンサから制御システムに送信される。制御システムは次に、設定点（例えば、動作パラメータ）を決定し、通信バス上でフィールドデバイスに制御信号を送信してプロセスを制御する。したがって、スタンドアロンのフィールドデバイスを監視及び制御することに対する責任は、フィールドデバイスの現場から遠方または遠隔制御システムに移された。
【０００８】
制御ループを制御システムにワイヤ結合することに対する１つの懸念は、システムの実際の配線と関連付けられる費用及び労力である。多くの場合、距離、荒涼とした地形、危険な環境、または制御ループ及び制御システムの２つの場所の間の地役権制約のため、制御ループを制御システムに配線することは単純に実現可能ではない。別の懸念は、最初のスタンドアロン構成及びそのスナップ作動動作と比較して、遠隔で接続されたフィールドデバイスを制御することに関与する時間の増加である。すなわち、有線フィールドデバイスに制御応答を送信することが必要とされる時間は、遠隔制御システムに検知されたプロセス値を送信し、コントローラで検知された値を処理し、かつ制御コマンドを遠隔に位置する制御要素に送り返すための時間、ならびに制御要素が応答するのにかかる時間を含む。時間のこの増加は、監視された変数が迅速に変化するプロセスを制御するシステムの能力に悪影響を与え得る。
【０００９】
制御システムに対して遠隔フィールドデバイスを配線することと関連するコスト及び複雑性を減少させるために、制御プロセスのいくつかの部分が無線通信のために修正された。無線センサの典型的な実施形態が図３に示され、そこで図１及び２に示されるセンサと制御システムとの間の配線は、無線機能に置換された。しかしながら、この修正は、スナップ作動構成に対して比較されたフィールドデバイスを制御する関連した時間の増加に関して生じる懸念に対処していない。対照的に、無線センサが多くの場合、バッテリ式であるため、無線センサから制御システムへの伝送速度は通常、バッテリを節約するために減少される。制御システムに対するセンサ値の最小化された伝送は残念ながら、有線センサを用いたシステムと比較して、プロセスを制御することが必要とされる時間がさらに長くなる。
【００１０】
遠隔で制御及び／または監視するフィールドデバイスをについて解決されるべきことが必要である上記の懸念に鑑みて、多くのフィールドデバイスがスタンドアロン用途で構成されたままであるのか理解することは難しくない。したがって、このようなフィールドデバイスを制御することは、フィールドデバイスの状態、位置、または他の動作パラメータを修正または調節するように苛酷な環境または危険な環境に位置し得る、フィールドデバイスの現場を訪れることを制御要員にさらに要求する。
【発明の概要】
【００１１】
プロセス制御システムから離れて設置されたフィールドデバイスを制御する例示的な装置及び方法が本明細書に記載される。１つの例示的な実施形態では、プロセスを制御するプロセス制御システムは、プロセスに結合され、かつプロセス条件を制御するように配列されたフィールドデバイスを含む。無線センサは、プロセスに結合され、かつプロセス条件と関連付けられたイベントトリガの発生についてプロセスを監視するように配列される。遠隔制御システムは、フィールドデバイスから遠隔に配設され、第１のコントローラと、第１のメモリと、第１のプロセッサと、第１の無線通信モジュールとを含む。第１の無線通信モジュールは、第１のプロセッサに結合され、第１のコントローラと無線センサとの間の無線通信を可能にする。遠隔制御システムは、第１のメモリに記憶され、かつ第１のプロセッサに結合された第１の制御モジュールをさらに含むことができる。第１の制御モジュールは、第１のコントローラが第１の設定点にフィールドデバイスを配置して、プロセス条件を制御することを可能にするようにプロセッサ上で実行されることができる。ローカル制御システムは、フィールドデバイスに対してローカルに配設され、無線出力デバイスを含む。無線出力デバイスは、ローカルコントローラと、ローカルメモリと、ローカルプロセッサと、ローカルプロセッサに結合され、かつローカルコントローラと第１のコントローラとの間の無線通信を可能にするように配列されたローカル無線通信モジュールとを含む。ローカル制御モジュールは、ローカルメモリに記憶され、ローカルプロセッサに結合される。ローカル制御モジュールは、ローカルコントローラがローカル設定点にフィールドデバイスを配置することを可能にするようにローカルプロセッサ上で実行されることができる。第１のコントローラは、ローカル設定点の調節を可能にするようにローカル制御モジュールを構成するようにさらに配列され得る。
【００１２】
所望される場合、無線出力デバイスは、ローカルプロセッサに結合された少なくとも１つの入力部と、ローカルプロセッサに結合された少なくとも１つ出力部とを有するユーザインターフェースを含むことができる。入力部は、キーパッド、キーボード、押しボタン等を含むことができ、出力部は、スクリーン、ＬＥＤ、オーディオスピーカ等の表示デバイスを含むことができる。
【００１３】
プロセスを制御するプロセス制御システムの別の例示的な実施形態では、プロセス制御システムは、プロセスに結合され、かつプロセス条件を調節するように配列されたフィールドデバイスを含む。無線センサは、プロセスに結合され、かつプロセス条件と関連するイベントトリガの発生についてプロセスを監視するように配列される。ローカル制御ループは、フィールドデバイスに動作可能に結合され、かつ無線センサに結合されたローカル無線通信モジュールを有するローカルコントローラを含む。ローカルコントローラは、ローカルプロセッサと、ローカルメモリと、ローカル制御モジュールとをさらに含む。ローカル制御モジュールは、ローカルメモリに記憶されてもよく、ローカルプロセッサによって実行されることができてもよい。ローカル制御ループは、ローカルコントローラが無線センサを監視し、ローカル制御モジュールによって決定されたローカル設定点にフィールドデバイスを配置するローカル制御モードで動作するように配列されてもよい。遠隔制御ループは、フィールドデバイスに動作可能に結合され、かつローカルコントローラのローカル無線通信モジュールに結合されて、遠隔制御ループとローカル制御ループとの間の無線通信を容易にする遠隔無線通信モジュールを有する遠隔コントローラを含む。遠隔制御ループはまた、遠隔プロセッサと、遠隔メモリと、遠隔制御モジュールとを含む。遠隔制御モジュールは、遠隔メモリに記憶されてもよく、遠隔プロセッサによって実行されることができてもよい。遠隔制御ループは、遠隔コントローラが無線センサを監視し、かつ遠隔制御モジュールによって決定された遠隔設定点にフィールドデバイスを配置する遠隔制御モードで動作するように配列されてもよい。遠隔制御ループは、ローカル設定点を遠隔で変更するようにローカル制御モジュールを構成するようにさらに配列されてもよい。
【００１４】
さらなる例示的な実施形態では、フィールドデバイスを制御し、かつ制御システムに結合することができるための制御デバイスは、メモリ内に機械アクセス可能な命令を記憶する。実行されると、命令は、制御デバイスに制御システムと無線で通信させ、同様に、制御デバイスに、フィールドデバイスのプロセス条件を監視し、制御デバイスと制御システムとの間のフィールドデバイスの補完的制御を調整し、かつ制御信号をフィールドデバイスに送信させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】既存のスナップ作動制御ループのブロック図である。
【図２】制御システムを用いた既存の制御ループのブロック図である。
【図３】センサが制御システムに無線で結合される制御システムを用いた既存の制御ループのブロック図である。
【図４】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくはローカル制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられた例示的なプロセス制御システムのブロック図である。
【図５】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられたプロセス制御システムの例示的な一実施形態のブロック図である。
【図６】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられたプロセス制御システムの第２の例示的な実施形態のブロック図である。
【図７】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられた制御システムを用いて、補完的制御機能性を示す例示的なプロセスフロー図を示す。
【図８】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられた制御システムを用いて、補完的制御機能性を示す例示的なプロセスフロー図を示す。
【図９】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられた制御システムを用いて、補完的制御機能性を示す例示的なプロセスフロー図を示す。
【図１０】プロセッサ、制御モジュール、センサ、メモリ、及び制御出力を含む無線出力デバイスの一例を示す。
【図１１】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられたプロセス制御システムの第３の例示的な実施形態のブロック図である。
【図１２】本発明の教示に従って組み立てられ、フィールドデバイスもしくは制御ループを遠隔で監視及び／または制御するために用いられたプロセス制御システムの第４の例示的な実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
一般的に、制御システムは、プロセス条件と関連付けられた標的またはイベントトリガに応答するように構成されるコントローラを含む。プロセス条件は、典型的に、イベントトリガの発生についてプロセスに結合されたセンサを介して監視される。イベントトリガが発生すると、センサは、コントローラに発生の指標となることができる。コントローラは次に、発生日時等のイベントトリガの発生と関連付けられた対応する情報を記録することができ、及び／またはコントローラは、関連したフィールドデバイスのパラメータを調節してプロセスを制御する制御値を送信することによって応答することができる。
【００１７】
図４は、各々が出力表示画面２１４を有するデータ収集ユニット及び１つ以上のホストワークステーションまたはコンピュータ２１３（任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーション等であり得る）を含むメモリ２１２に通信可能に接続されたシステムまたはプロセスコントローラ２１１を有する例示的なプロセス制御システム２００を図示する。メモリ２１２は、任意の所望のタイプのメモリならびにデータを記憶するための任意の所望もしくは既知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアを含むことができ、ワークステーション２１３のうちの１つとは別個（図４に示されるような）またはその一部であってもよい。
【００１８】
例として、Ｅｍｅｒｓｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓ  Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔによって販売されているＦＩＥＬＤＶＵＥ（登録商標）ＤＶＣであり得るコントローラ２１１は、例えば、イーサネット（登録商標）接続または任意の他の所望の通信ネットワーク２２９を介してホストコンピュータ２１３及びメモリ２１２に通信可能に接続される。通信ネットワーク２２９は、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、広域ネットワーク（ＷＡＮ）、電気通信ネットワーク等の形態であってもよい。制御システム２００はまた、無線通信モジュール２０６に結合される少なくとも１つのプロセッサ２０５を含み、これは、制御システム２００との無線通信のやりとりを容易にする。
【００１９】
コントローラ２１１は、入力／出力（Ｉ／Ｏ）カードまたはデバイス２２６及び２２８を介して、かつ、例えば、標準的な４〜２０ｍａデバイス及び／またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）、ＨＡＲＴプロトコル等の任意の高性能通信プロトコルと関連付けられた任意の所望のハードウェア及びソフトウェアを用いてフィールドデバイス２１５〜２２２に通信可能に接続される。フィールドデバイス２１５〜２２２は、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、及び送信器（例えば、温度、圧力、及び流量センサ）等の任意のタイプのデバイスであり、開閉バルブ及び測定プロセスパラメータ等のプロセス内で機能を果たすことができる。Ｉ／Ｏカード２２６及び２２８は、任意の所望の通信またはコントローラプロトコルに適合する任意のタイプのＩ／Ｏデバイスであってもよい。
【００２０】
図４に示される例示的な実施形態では、フィールドデバイス２１５〜２１８は、Ｉ／Ｏカード２２６へのアナログ回線上で通信する標準的な４〜２０ｍａデバイスであるが、一方フィールドデバイス２１９〜２２２は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル通信を用いてＩ／Ｏカード２２８へのデジタルバス上で通信するＦｉｅｌｄｂｕｓフィールドデバイス等の高性能デバイスである。当然のことながら、フィールドデバイス２１５〜２２２は、将来的に開発されるあらゆる規格またはプロトコルを含む任意の他の所望の規格（複数可）またはプロトコルに適合することができる。
【００２１】
コントローラ２１１は、デバイス２１５〜２２２、ホストコンピュータ２１３、メモリ２１２と通信して、任意の所望の様式でプロセスを制御する。プラント内に分配される多くのコントローラのうちの１つであり得るコントローラ２１１は、１つ以上のプロセス制御ルーチンを実施または監視する。プロセス制御ルーチンは典型的に、１つ以上の制御ループまたは制御ルーチンであってもよく、メモリ２１２内に記憶され、かつプロセッサ２０５によって実行され得る、制御モジュールを含む。この説明を目的として、プロセス制御要素は、例えば、任意のコンピュータ可読記憶媒体に記憶されたルーチン、ブロック、または制御モジュールを含むプロセス制御システムのあらゆる部分または一部であり得る。
【００２２】
サブルーチン、サブルーチンの一部（コードの線など）等の制御モジュールまたは制御手順のあらゆる部分であり得る制御ルーチンは、ラダー論理、順次機能チャート、制御ルーチン図、プログラミングもしくは任意の他のソフトウェアプログラミング言語指向のオブジェクト、または設計パラダイム等を用いた任意の所望のソフトウェア形式で実施され得る。同様に、本明細書に記載される制御ルーチンは、例えば、１つ以上のＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、ＰＬＣ、または任意の他のハードウェアもしくはファームウェア要素にハードコードされ得る。制御ルーチンは、図形設計ツールまたは任意の他のタイプのソフトウェア／ハードウェア／ファームウェアプログラミングもしくは設計ツールを含む任意の設計ツールを用いて設計され得る。
【００２３】
コントローラ２１１は、任意の所望の様式で制御ルーチンまたは制御ストラテジーを実施するように構成され得る。例えば、コントローラ２１１は、機能ブロックとよく称されるものを用いて制御戦略を実施することができ、各機能ブロックは、制御ルーチン全体の一部またはオブジェクトであり、他の機能ブロックとともに動作して（リンクと呼ばれる通信を介して）、プロセス制御システム２００内のプロセス制御ループを実施する。機能ブロックは典型的に、送信器、センサ、もしくは他のプロセスパラメータ測定デバイスと関連付けられたもの等の入力機能、ＰＩＤ、ファジー論理等の制御を実施する制御ルーチンと関連付けられたもの等の制御機能、またはプロセス制御システム２００内のいくつかの物理的機能を実施するバルブ等のいくつかのデバイスの動作を制御する出力機能のうちの１つを実施する。これらの機能ブロックならびに他のタイプの機能ブロックのハイブリッドもまた存在し得る。制御システムの説明は、オブジェクト指向のプログラミングパラダイムを組み込む機能ブロック制御戦略を用いて本明細書に提供されるが、制御戦略、制御ルーチン、制御ループ、または制御モジュールはまた、ラダー論理、順次機能チャート等の他の既定を用いて、または任意の他の所望のプログラミング言語もしくはパラダイムを用いて、実施または設計され得る。
【００２４】
機能ブロック及び制御ルーチンは、コントローラ２１１内に記憶され、それによって実行されてもよく、これは、これらの機能ブロックが標準的な４〜２０ｍａデバイス及びＨＡＲＴデバイス等のいくつかのタイプの高性能フィールドデバイスに用いられるか、またはそれと関連付けられるときが典型的な場合である。機能ブロック及び制御ルーチンはまた、フィールドデバイス自体の中に記憶され、それによって実施されてもよく、これは、Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイスと同様であってもよい。
【００２５】
本開示のために、制御戦略、制御ルーチン、制御モジュール、制御機能ブロック、及び制御ループという用語は、プロセスを制御するように実行された制御プログラムを本質的に示し、これらの用語は、本明細書では相互に用いられ得る。しかしながら、以下の論述のために、制御モジュールという用語が用いられる。本明細書に記載されるモジュールが、そのように所望される場合、異なるコントローラまたは他のデバイスによって上で実装または実行されるその一部を有し得ることがさらに留意されるべきである。加えて、プロセス制御システム２００内に実施されるように本明細書に記載される制御モジュールは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェアなどを含む任意の形態を取ることができる。
【００２６】
図４の拡大されたブロック２３０によって示されるように、コントローラ２１１は、制御モジュール２３２及び２３４として示されるいくつかの単ループ制御モジュールを含むか、または実施することができ、制御モジュール２３６として示される１つ以上の高度な制御ループを実施することができる。単ループ制御モジュール２３２及び２３４は、適切なアナログ入力（ＡＩ）及びアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックに接続された単一入力／単一出力ファジー論理制御ブロック及び単一入力／単一出力ＰＩＤ制御ブロックをそれぞれ用いて、単ループ制御を実施することとして示され、これは、フィールドデバイス２１５〜２２２等のプロセス制御デバイスと関連付けられ得る。
【００２７】
高度な制御モジュール２３６は、多数のＡＩ機能ブロックに通信可能に接続された入力と、多数のＡＯ機能ブロックに通信可能に接続された出力とを有する多変数制御モジュール２３８を含むものとして示されるが、多変数制御モジュール２３８の入力及び出力は、任意の他の所望の制御モジュールに通信可能に接続されて、他のタイプの入力を受信し、他のタイプの制御出力を提供することができる。一般的に、プロセスは、操作変数（ＭＶ）入力（制御入力とも称される）、測定可能な外乱変数（ＤＶ）入力、及び未測定の外乱変数（ＸＶ）入力を含み得る１つ以上の入力を受信することができる。プロセスは、それに提供されたＭＶ、ＤＶ、及びＸＶ入力に基づいて動作して、プロセス出力信号または制御変数（ＣＶ）信号を生成することができる。図４に示される制御モジュール２３２、２３４、２３６、及び２３８は、コントローラ２１１によって実行されてもよく、あるいは、ワークステーション２１３のうちの１つ等の任意の他の処理デバイスによって、または後述されるように、無線出力デバイス３５２と相補的調整して、その中に位置し、実行され得ることを理解されよう。
【００２８】
図５は、液面制御プロセスの形態で本発明の第１の開示される例に従って組み立てられたプロセス制御システム３５０の図である。しかしながら、本開示を読むと、当業者であれば、記載される実施形態のいずれかに関連して本明細書に論述されるプロセスのいずれかが、例えば、流体流速、バルブ位置、温度、圧力等のプロセスプラントシステムに典型的に見出される多数のプロセスのうちのいずれか１つの形態を取り得ることを容易に理解するであろう。この例示的な実施形態では、保水タンクの液面は、センサによって監視され、液面が所定の限界を超える場合、イベントトリガが実現されることが可能であり、センサは、イベントトリガの発生をコントローラに示す。イベントトリガを認識すると、コントローラは、排水バルブ等の関連したフィールドデバイスに制御バルブを送信することによって応答することができ、そこでバルブは、液面が所定の限界未満に戻るように排水管を開くために作動する。
【００２９】
プロセス制御システム３５０は、プロセス３５１及びフィールドデバイス３５４に動作可能に結合され、これは、プロセス３５１と関連付けられたプロセス条件を制御するためにプロセス３５１にも結合される。プロセス制御システム３５０は、プロセス３５１に結合され、かつプロセス条件と関連付けられたイベントトリガの発生についてプロセス３５１を監視するように配列された無線センサ３５６を含む。図４に前述の遠隔制御システム２００は、コントローラ、メモリ、プロセッサ、及び無線通信モジュールを含む遠隔制御システム２００とともにフィールドデバイス３５４から遠隔に配設される。図示される例では、コントローラ、メモリ、プロセッサ、及び無線通信モジュールは、図４の制御システム２００に関連して前述されるコントローラ２１１、メモリ２１２、プロセッサ２０５、及び無線通信モジュール２０６であり得る。制御モジュール２４０は、コントローラ２１１が第１の設定点にフィールドデバイス３５４を配置して、プロセス条件を制御することを可能にするようにプロセッサ２０５によって実行されることができる。
【００３０】
プロセス制御システム３５０はまた、フィールドデバイス３５４に対して局所的に配設されたローカル制御システム３００を含む。ローカル制御システム３００は、無線出力デバイス３５２を含む。無線出力デバイスは、ローカルコントローラ３１０と、ローカルメモリ２５２と、ローカルプロセッサ２５０と、ローカルプロセッサ２５０に結合され、かつローカルコントローラ３１０と遠隔制御システム２００のコントローラ２１１との間の無線通信を可能にするように配列されたローカル無線通信モジュール２５４とを含む。ローカル制御システム３００は、ローカルメモリ２５２に記憶され、かつローカルプロセッサ２５０に結合されたローカル制御モジュール２５６を含む  ローカル制御モジュール２５６は、ローカルコントローラ３１０がローカル設定点にフィールドデバイス３５４を配置することを可能にするようにローカルプロセッサ２５０によって実行されることができる。遠隔制御システム２００のコントローラ２１１は、ローカル設定点の調節を可能にするようにローカル制御モジュール２５６を構成するように配列され得る。
【００３１】
設定点は、フィールドデバイス３５４が構成され得る位置である。例えば、バルブの設定点は、バルブが完全に開いた位置、完全に閉じた位置、またはその中間の位置などを構成され得る様々な位置であってよい。制御値は、フィールドデバイス３５４の設定点を構成するように、遠隔コントローラ２１１またはローカルコントローラ３１０のいずれかのコントローラから送信される。設定点の変更は、予期されたプロセス条件と比較して現在のプロセス条件に応答して行われ得る。例えば、液体保持タンクが特定の限界を超えることを許可されない場合、それが起こることを確実にするために制御ステップが取られる。センサは、保持タンク内の流体のレベルを監視し、プロセスコントローラに現在の状態を報告する。イベントトリガの発生時、すなわち、液面の特定の限界が到達すると、センサは、プロセスコントローラに通知する。プロセスコントローラは次に、制御値をフィールドデバイスに送信して、プロセスを調節することができる。
【００３２】
図１０にて示され、さらに詳細に後述されるように、無線出力デバイス３５２は、少なくとも１つの入力部４０８と、少なくとも１つの出力部４０６とを含み、両方がローカルコントローラ３１０に接続される。入力部４０８及び出力部４０６を経由してユーザがフィールドデバイス３５４のローカル設定点を手動で構成し得る。具体的には、入力部４０８は、制御システム内で用いるためにメモリ内に記憶された制御モジュールを選択するために、テキストもしくは記号がローカルコントローラ３１０と通信するために入力され得るか、または方向がローカルコントローラ３１０内のメニューツリーを操作するために入力され得る、キーボード、キーパッド、ボタン等であってよい。出力部４０６は、情報をユーザに通信することができるビデオ画面、ＬＥＤ、またはオーディオスピーカ等のいくつかのタイプの表示デバイスであってよい。
【００３３】
動作中、図５に示されるプロセス制御システム３５０は、遠隔制御システム２００に無線センサ３５６からのプロセス３５１の条件と関連付けられた情報を受信させることによってプロセス３５１を制御する。プロセス制御システム３５０を含む無線通信３１２は、例えば、Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ（ＨＡＲＴ）等の任意の既知の操作可能な手段によって達成され得る。１２８ビットのＡＥＳ暗号化、キー回転、認証、及び検証を有する周波数ホッピング技術及び対妨害技術の使用はまた、データ及び制御の保護を確実にするように実施され得る。
【００３４】
無線センサ３５６は、保持タンク内の流体のレベルを監視し、制御システム２００に関連情報を提供することができる。無線センサ３５６は、プロセス３５１を通知する遠隔制御システム２００に周期信号を送信することができる。イベントトリガが生じると、無線センサ３５６は、イベントトリガの発生を警告する遠隔制御システム２００に信号を送信することができる。遠隔制御システム２００は受信信号を処理することができ、その後で、制御値が無線出力デバイス３５２に送信され得て、これは、バルブの位置等の動作パラメータの設定点を調節するようにフィールドデバイス３５４と関連付けられたアクチュエータを続いて起動することができる。
【００３５】
図５に図示される例示的な実施形態の教示に従って組み立てられた制御システムは、制御システムの遠隔制御システムとフィールドデバイスとの間に以前に必要とされた配線基盤及び関連したコストを削減または除外することができる。加えて、図５の制御システムは、制御システムに接続し、かつ遠隔で制御するのが難しく、または負担となり過ぎると以前に考えられていた最初に実施されたスタンドアロン制御ループを遠隔で制御する能力を提供することができる。提供され得る別の利点は、遠隔制御システム２００及び第１設定点、ならびに／または無線出力デバイス３５２及びローカル設定点によってフィールドデバイス３５４の動作パラメータ設定点を変更する能力である。
【００３６】
図６に示される本発明の第２の例示的な実施形態をここで参照すると、単純化されたブロック図は、図５に示される第１の実施形態に用いられたいくつかの類似のプロセス制御要素を公開するが、プロセス制御要素は、わずかに異なる構成で配列される。具体的には、フィールドデバイス３５４は、プロセス３５１に結合され、プロセス条件を調節するように配列される。無線センサ３５６は、プロセス３５１に結合され、プロセス条件と関連付けられたイベントトリガの発生についてプロセスの監視を容易にするように配列される。ローカル制御ループ３０５は、フィールドデバイス３５４に動作可能に結合され、無線センサに結合されたローカル無線通信モジュールを有するローカルコントローラを含む。ローカルコントローラは、ローカルプロセッサと、ローカルメモリと、ローカル制御モジュールとをさらに含む。図６に示される例示的な実施形態では、ローカルコントローラ、ローカル無線通信モジュール、ローカルプロセッサ、ローカルメモリ、及びローカル制御モジュールは、図５のローカル制御システム３５０に関して上述されるローカルコントローラ３１０、ローカル無線通信モジュール２５４、ローカルプロセッサ２５０、ローカルメモリ２５２、及びローカル制御モジュール２５６であってもよい。ローカル制御モジュール２５６は、ローカルメモリ２５２に記憶され、ローカルプロセッサ２５０によって実行されることができる。ローカル制御ループ３０５は、ローカルコントローラ３１０が無線センサ３５６を監視し、ローカル制御モジュール２５６によって決定されたローカル設定点にフィールドデバイス３５４を配置するローカル制御モードで動作するように配列されてもよい。
【００３７】
上述の実施形態（複数可）は、制御システムに対するさらなる柔軟性及び制御を有する制御システム要員を提供する。具体的には、遠隔制御ループの共有は、フィールドデバイス３５４に動作可能に結合され、ローカルコントローラ３１０のローカル無線通信モジュール２５４に結合された遠隔無線通信モジュールを有し、かつ遠隔制御ループとローカル制御ループ３０５との間の無線通信３１２を容易にする遠隔コントローラを含む。図６に示される例示的な実施形態では、遠隔制御ループ、遠隔コントローラ、遠隔無線通信モジュールは、図４に関して前述される遠隔制御システム２００、遠隔コントローラ２１１、及び遠隔無線通信モジュール２０６であってもよい。同様に、遠隔制御ループ２０１は、遠隔プロセッサ２０５と、遠隔メモリ２１２と、遠隔制御モジュール２４０とをさらに含むことができる。遠隔制御モジュール２４０は、遠隔メモリ２１２に記憶されてもよく、遠隔プロセッサ２１１によって実行されることができてもよい。遠隔制御ループ２０１は、遠隔コントローラ２１１が無線センサ３５６を監視し、遠隔制御モジュール２４０によって決定された遠隔設定点にフィールドデバイス３５４を配置する遠隔制御モードで動作するように配列されてもよい。遠隔制御ループ２０１は、ローカル設定点を遠隔で変更するようにローカル制御モジュール２５６を構成するようにさらに配列されてもよい。
【００３８】
動作中、図６に示されるプロセス制御システム３６０は、無線出力デバイス３５２のローカルコントローラ３１０に無線センサ３５６からのプロセス３５１の条件と関連付けられた情報を受信させることによってプロセス３５１を制御する。図５に記載される例示的な実施形態と同様に、無線センサ３５６は、保持タンク内の流体のレベルを監視し、制御システム３６０に関連情報を定期的に提供することができる。しかしながら、図５に示されるようにセンサ情報を遠隔制御システム２００に送信する代わりに、図６に示される実施形態の無線センサ３５６は、プロセス条件に関する情報を無線出力デバイス３５２に直接送信する。無線出力デバイス３５２は、無線センサ３５６からの情報を受信し、この情報を処理し、続いて制御値を送信して、フィールドデバイス３５４と関連付けられたアクチュエータを起動して、動作パラメータの値の位置等の動作パラメータの設定点を調節することができる。
【００３９】
図６に示される様式で出力デバイス３５２を遠隔制御ループ２０１及びそのシステムコントローラ２１１と無線で結合することは、センサ３５６及び無線出力デバイス３５２等の無線デバイスに対して、互いに直接通信し、かつプロセス動作情報を交換する能力を提供することができる。この構成は、ユーザ設定を変更する能力を有する制御システム要員をさらに提供し、制御システム２００ならびに無線出力デバイス３５２からフィールドデバイス３５４のバルブ制御及び／または監視された位置等を無効にすることができる。換言すれば、無線出力デバイス３５２及びそのローカルコントローラ３１０は、ローカル制御ループ３０５を制御することに対してのみ責任があってもよく、または遠隔制御ループ２０１及びそのコントローラ２１１は、ローカル制御ループ３０５を制御することに対してのみ責任があってもよい。
【００４０】
加えて、無線出力デバイス３５２及びシステムコントローラ２１１は、ローカル制御ループ３０５を制御することに対する責任を共有することができるか、またはローカル制御ループ３０５を制御する際に互いを補完することができる。したがって、設定点パラメータ等のフィールドデバイス３５４の動作パラメータは、ローカル制御ループ３０５の現場近くに物理的に制御要員が存在する必要がなく、無線出力デバイス３５２またはシステムコントローラ２１１から修正または監視されてもよい。
【００４１】
この構成では、遠隔システムコントローラ２１１及び無線出力デバイス３５２の両方は、ローカル制御ループ３０５のプロセスを制御及び／または監視する能力を有する。すなわち、遠隔制御ループ２０１及び無線出力デバイス３５２は、フィールドデバイス３５４と関連付けられたパラメータを制御及び調節するように互いを補完する。したがって、フィールドデバイス３５４のパラメータに対する変更は、コントローラ２１１または無線出力デバイス３５２のいずれかから行われ得る。そのように、最初に、ローカル制御ループ３０５の制御は、無線出力デバイス３５２の唯一の責任であってもよいが、ローカル制御ループ３０５の制御はここで、遠隔制御ループ２０１及びそのコントローラ２１１によって補完されるか、またはそれと共有されてもよい。同様に、プロセスの監視は、遠隔制御ループ２０１と無線出力デバイス３５２との間で共有されてもよい。
【００４２】
システムコントローラ２１１は、フィールドデバイス３５４の制御を実行することができるが、遠隔制御ループ２０１のコントローラ２１１と無線出力デバイス３５２との間の無線結合は、単に従来の配線構成のための置換だけではない。すなわち、図６で実施される制御処理は、従来の制御システム様式ではなく、むしろフィールドデバイス様式である。換言すれば、無線出力デバイス３５２がフィールドデバイス３５４も制御することができるため、プロセス変数及び出力コマンドは、制御システムコントローラ２１１とのやりとりを送信される必要がない。したがって、遠隔制御ループ２０１との頻度の低い通信のやりとりが必要とされてもよく、プロセス通信の顕著な減少が生じ、これは、プロセス変更に対するより速い応答を可能にすることによってフィールドデバイス３５４の制御を改善することができる。
【００４３】
さらに、本発明によって提供され得る補完的制御態様に関して、図７は、図６のプロセス制御システム３６０内で用いられ得る制御モジュールを選択するための例示的なプロセス５００を図示する。具体的には、複数の制御モジュールは、無線出力デバイス３５２上のメモリ２５２内に記憶されるか、またはそれに結合されてもよい。制御モジュールは、図１０に示される無線出力デバイス３５２のユーザインターフェース４０４を用いて、メニューツリーを経たナビゲーションを介してアクセス可能であってよい。最初に、ローカル制御ループ３０５及びフィールドデバイス３５４の単一または二重制御操作の選択は、ブロック５０２で選択され得る。フィールドデバイス３５４の単一制御操作は、遠隔コントローラ２１１または制御システム３６０のローカルコントローラ３１０のいずれかがフィールドデバイス３５４を制御することのみを可能にするが、フィールドデバイスの二重制御操作は、遠隔及びローカルコントローラの両方がフィールドデバイスを制御する責任に寄与することを可能にする。フィールドデバイス３５４の二重制御操作を選択すると、無線出力デバイス３５２及び遠隔制御ループ２０１の両方は、ブロック５０４で制御ループ３００の少なくともいくつかの制御態様に対して責任がある。この補完的制御能力は、制御プロセスの利用可能な処理能力の調整及び最適化を容易にすることができる。例えば、この柔軟性は、無線出力デバイス３５２または遠隔制御ループ２０１を介して調節されるように、バルブ位置（複数可）、トリガ点（複数可）、不感帯、サイクルカウンタアラート（複数可）等の設定をさらに可能にすることができる。あるいは、フィールドデバイス３５４の単一制御が所望される場合、無線出力デバイス３５２のローカルプロセッサ２５０またはシステムコントローラ２１１の遠隔プロセッサ２０５によって実行される対応する制御モジュールの選択がブロック５０６で行われ得、このときシステムコントローラ２１１または無線出力デバイス３５２のいずれかがブロック５０８及び５１０それぞれで制御ループ３００を制御することに対してのみに責任があるだろう。これらの制御シナリオのいずれかでは、例示的な制御モジュールは、メモリ等のコンピュータ可読記憶媒体に存在してもよく、無線出力デバイス３５２またはシステムコントローラ２１１（ワークステーション及びコンピュータ２１３を含む）のいずれかの上のコンピュータまたは処理デバイスによって実行されることができる。
【００４４】
図６に示される例示的な制御システム３６０で用いられるための単一または補完的制御モジュールの追加の選択肢はまた、図８に示されるように提供されてもよく、そこで補完的制御構成と関連付けられた制御モジュールを選択するための例示的なプロセス６００が図示される。最初に、フィールドデバイス３５４の単一または二重制御操作の選択は、ブロック６０２で選択され得る。単一制御構成を選択すると、どのコントローラを用いるかに関する別の選択がブロック６０４で行われる。ローカル無線出力デバイス３５２が選択される場合、無線出力デバイスは、ブロック６０６で制御ループ３００を制御することに対して責任があり、システムコントローラ２１１は、ブロック６０８でフィールドデバイス３５４を制御することを許可されなくてもよい。しかしながら、システムコントローラ２１１は、ブロック６１０で選択すると、フィールドデバイス３５４を監視することを許可されてもよい。この場合、ローカル制御ループ３０５の制御パラメータに対する修正は、無線出力デバイス３５２を介してのみ達成され得る。
【００４５】
補完的制御ルーチンが実施され得る１つのプラント状況は、制御ループ内の緊急遮断弁（ＥＳＤ）のパーシャルストローク試験（ＰＳＴ）を伴う。ＥＳＤのＰＳＴの間、ＥＳＤの試験を視覚的に観測し、かつ中断または縮小されないことを確実にすることを所望され得る。したがって、ＰＳＴは、制御システム要員が存在することができる間、ＥＳＤの近くの無線出力デバイス３５２によって行われ、独占的に制御され得る。ＰＳＴ中にＥＳＤに対する修正または調節を防ぐために、補完的制御ルーチンは、所望される場合、システムコントローラ２１１がＥＳＤを制御または修正するのを妨げることができるが、システムコントローラ２１１は、ＥＳＤを監視することをさらに許可され得る。あるいは、フィールドデバイス３５４の制御責任を備えることをシステムコントローラ２１１に所望され得るが、無線出力デバイス３５２は、フィールドデバイス３５４を制御するのを妨げられるが、恐らくフィールドデバイス３５４を監視することを許可される。
【００４６】
図６に示される例示的な制御システム３６０で用いられるための補完的制御構成と関連付けられた制御モジュールを選択するための別の例示的なプロセス７００が図９に示される。最初に、フィールドデバイスの単一または二重制御操作の選択は、ブロック７０２で選択され得る。単一制御を選択すると、システムコントローラ２１１のさらなる選択は、ブロック７０４でフィールドデバイス３５４を制御するために行われ得る。したがって、システムコントローラ２１１は、ブロック７０６で制御ループ３００を制御することに対して責任がある。無線出力デバイス３５２は、制御ループ３００の制御に寄与するために選択されなかったが、無線出力デバイス３５２は、そのように所望される場合、ブロック７１０でフィールドデバイス３５４を監視することを許可され得る。この場合、制御モジュールは、フィールドデバイス３５４を制御するように遠隔制御ループ２０１を提供することができるが、一方、無線出力デバイス３５２は、フィールドデバイス３５４を監視することのみを許可されてもよいが、フィールドデバイス３５４を制御することを許可されなくてもよい。この構成では、ローカル制御ループ３０５に対する修正は、遠隔制御ループ２０１を介してのみ達成され得る。したがって、フィールドデバイス３５４の動作パラメータに対する調節は、遠隔制御ループ２０１を介してのみ、かつローカル制御ループ３０５に存在する制御要員の必要なく行われることができる。
【００４７】
無線出力デバイス３５２、無線センサ３５６、及び制御モジュール２５６が筐体内で組み立てられ得ることがさらに企図される。このような構成の例示的な一実施形態が図１０に示され、本質的に安全かつ非発火性要件を満たすように設計された頑丈な筐体４０２を含む。無線通信モジュール２５４及び電源、例えば、バッテリ（図示せず）が筐体４０２で収容される。筐体４０２は、アンテナと、上述される出力デバイス４０６または表示画面を有する外部アクセス可能なユーザインターフェース４０４とをさらに含む。ユーザインターフェース４０４はまた、制御モジュールの設定もしくは選択、制御モジュールのメニューツリーを介したナビゲーション、または無線出力デバイス３５２の校正に用いられ得る押しボタン等の上述される少なくとも１つの入力デバイス４０８を含む。無線出力デバイス３５２は、フィールドデバイス３５４、例えば、空気圧もしくは油圧アクチュエータの近くまたはそれに直接取り付けられ得る。空気圧または油圧フィールドデバイスを用いた制御用途では、多方向スプールバルブ４１０は、無線出力デバイス３５２の筐体４０２に動作可能に取り付けられ得る。
【００４８】
無線出力デバイス３５２はまた、バルブ、摺動ステム及び回転シャフトアクチュエータ、調整器、変位及びフロート液面センサ、ならびに安全弁を監視することができる。無線出力デバイス３５２は、フィードバックの目的のために磁気アセンブリを組み込むことができる。磁気アセンブリは、フィールドデバイス３５４のバルブステムに直接取り付けられてもよく、そこでフィールドデバイス３５４の設備位置を検知する位置モニタとともに磁場が用いられる。位置モニタは、設備位置を示すように正確な無線フィードバック信号を提供する、真のリンケージレス(true linkage-less)の非接触無線位置送信器及びリミットスイッチであってよい。加えて、無線出力デバイス３５２または遠隔制御ループ２０１は、出力デバイス３５２の非接触手段を介して、バルブサイクル、バルブ位置等のフィールドデバイス３５４からの追加の情報を取得することができる。
【００４９】
無線出力デバイス３５２のメニューツリー及びユーザインターフェース４０４を用いて、無線出力デバイス３５２及び遠隔制御ループ２０１の間で補完的制御構成を有する所望の制御モジュールが選択されてもよい。入力ボタン４０８及び表示画面４０６は、メニューツリーを通り、かつフィールドデバイス３５４を制御するための所望の補完的制御モジュールを選択するために用いられ得る。複数の制御モジュールは、選択のために利用可能であってもよく、これは、制御システムまたは無線出力デバイス３５２のいずれかのメモリ内に存在することができる。加えて、制御モジュールは、ハンドヘルドデバイス、メモリデバイス等の別のソースから有線または無線ダウンロードによって外部から利用可能であってもよい。選択された制御モジュールは、システムコントローラ２１１のプロセッサ２０５または無線出力デバイス３５２のプロセッサ２５０によって実行されてもよく、そこで補完的制御の任意の組み合わせがフィールドデバイス３５４を制御するために無線出力デバイス３５２と制御システムとの間で用いられてもよい。
【００５０】
本明細書に記載される遠隔フィールドデバイスに対する無線及び補完的制御態様の別の利点は、２つの計器、例えば、レベル測定及び／または監視に対するもの、及びバルブ制御に対するものを必要とする以前の制御システム構成とは対照的に、１つのみの計器がその測定及び制御に必要とされ得ることである。例えば、図１０に示される無線出力デバイス３５２は、図１１に示されるような制御システムに組み込まれてもよい。単一無線出力デバイス３５２内のプロセッサ２５０、センサ３５６、制御モジュール（複数可）２５６、通信モジュール２５４、及び制御出力４０６のアセンブリは、既知の制御システムのコントローラとセンサとの間ならびにコントローラとフィールドデバイスとの間の往復通信と比較して、フィールドデバイス３５６を制御する時間を著しく減少させることができる。したがって、図１０に示される無線出力デバイス３５２は、現場で既存の空気圧または油圧コントローラを置換し、かつ本明細書に記載される制御及び監視利点を提供することができる。すなわち、無線出力デバイス３５２は、システムコントローラの制御責任を補完し、システムコントローラにフィードバックを提供し、及び／またはシステムコントローラからの制御パラメータ、例えば、設定点への変更を受信することができる。
【００５１】
この点について、プロセス変更に対するより速い応答時間は、通信バス上のスケジュールベースの信号伝送がセンサとコントローラとの間、かつコントローラからフィールドデバイスに戻って必要とされる以前の制御構成と比較して、信号通信が減少される１つの計器を用いて実現され得る。加えて、本明細書に記載される無線制御用途は、制御システムの既存の基盤に容易に組み込まれ、安全性の向上ならびに監査報告の軽減及び精度の改善を提供する。
【００５２】
他の例示的な実施形態がイベントトリガとして個別の入力及び／または出力を監視して、応答を有効にすることを含むことがさらに企図される。換言すれば、個別の信号出力は、１つの制御パラメータの変更が状態の変化を引き起こすように別の制御パラメータとインターロックまたは相互接続される制御システムにわたってカスケーディング制御信号を可能にするトリガ信号を送信するために用いられてもよい。図１２に示されるように、これらの入力及び出力は、無線で送受信されてもよく、ゲートウェイ型の中継を通過することができるか、あるいは、制御デバイス間の直接のピアツーピア通信であってもよい。無線出力デバイス間のこの相互接続は、特定の条件に開放された一方のデバイスが他方のデバイスによって動作を引き起こし得る無線出力デバイス間のインターロックを可能にすることができる。
【００５３】
無線出力デバイス等のローカルループコントローラと制御システムとの間のフィールドデバイスの制御責任は、ローカル制御デバイスによって独占的に、制御システムによって独占的に、またはそれらの間の様々な組み合わせで制御されるフィールドデバイスパラメータを提供する。したがって、制御システム要員は、そのフィールドデバイスのパラメータを観測、監視、または修正するために地理的に離れた制御ループの現場に行くことをもはや必要とされなくてもよい。加えて、ローカル制御デバイス及び制御システムは、フィールドデバイスを補完的制御するように協働するか、または制御のいずれの部分を制御または監視し、所定の期間、責任を監視することからどちらか一方を恐らく除外することができる。
【００５４】
補完的制御機能性を有する制御モジュールは、全体の監視を調整する向上された柔軟性、特定のフィールドデバイスに対する制御、ならびに制御システム全体を制御システム要員に提供する。この柔軟性の別の利点は、システムコントローラが保守サービスのために中止される場合に実現されることができ、無線出力デバイスは、システムコントローラがサービスに戻され得るときまで、フィールドデバイスを監視及び制御することに対して責任を負うことを許可されてもよい。したがって、制御システム内の補完的制御は、制御システムの完全または部分的停止中にローカル制御ループの継続的運転を提供することができる。
【００５５】
本発明の一態様は、概して、センサ及びフィールドデバイスに動作可能に結合されたローカルコントローラ、例えば、無線出力デバイスを含むローカル制御ループを対象とする。ローカル制御ループは、遠隔コントローラを有する遠隔制御ループに無線で結合されることができ、そこでローカルコントローラ及び遠隔コントローラは、フィールドデバイスを補完的制御するように協働する。制御プロセスの一部分は、ローカル制御ループ内で、センサと遠隔コントローラとの間、ならびに遠隔コントローラと現場／制御デバイスとの間の往復通信を必要とされる制御システムの従来の様式ではなく生じ得る。無線出力デバイスと遠隔制御ループとの無線結合は、既存のスタンドアロン制御ループが遠隔で制御及び／または監視されることを可能にすることができる。
【００５６】
上記の説明は、他の構成要素の中でも、ハードウェア上で実行されたソフトウェア及び／またはファームウェアを含む例示的な装置及びシステムを提供するが、このようなシステムは例示にすぎず、限定的と見なされるべきではない。したがって、この説明は、例示的な装置及びシステムを提供するが、提供される実施例は、このような方法及び装置を実施する唯一の方式ではない。
【００５７】
また、本明細書に記載される制御モジュールは、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ及び標準的４〜２０ｍａデバイスとともに用いられると記載されたが、当然のことながら、それらは、任意の他のプロセス制御通信プロトコルまたはプログラミング環境を用いて実施されてもよく、任意の他のタイプのデバイス、制御モジュール、またはコントローラとともに用いられてもよい。本明細書に概して記載される制御モジュールは、好ましくはソフトウェアで実施されるが、それらは、ハードウェア、ファームウェア等で実施されてもよく、プロセス制御システムと関連付けられた任意の他のプロセッサによって実行されてもよい。したがって、本明細書に記載されるコントローラルーチンは、標準的な多目的ＣＰＵまたはそのように所望される場合、例えば、ＡＳＩＣ等の特別に設計されたハードウェアまたはファームウェアで実施されてもよい。ソフトウェアで実施されると、ソフトウェアは、コンピュータまたはプロセッサ等のＲＡＭまたはＲＯＭ内の磁気ディスク、レーザーディスク(登録商標)、光ディスク、または他の記憶媒体等の任意のコンピュータ可読メモリ内に記憶されてもよい。同様に、このソフトウェアは、例えば、コンピュータ可読ディスクまたは他の可搬コンピュータ記憶機構を含む任意の既知または所望の伝達方法を介してユーザまたはプロセス制御システムに伝達されるか、または電話回線、インターネット等の通信チャネル上で変調されてもよい。
【００５８】
したがって、開示される方法及び装置は、特定の実施例を参照することで記載され、単に例示的であることを意図され、本発明を限定するものではないが、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく開示される実施形態に変更、追加、または削除が行われ得ることは当業者に明らかである。したがって、本特許は、文字通り、または均等論下のいずれかで添付の特許請求の範囲の範囲内に適正に含まれる製造のすべての方法、装置、及び物品を包含する。
【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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【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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【図１２】
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