(57)【要約】【解決手段】プロセス制御ユニットはセンサ／アクチュエータ部と、センサ／アクチュエータ部に接続され、通信ネットワークを介して処理可変送信機と通信するように動作可能な送信機部を含んでいる。送信基部は、通信ネットワークを通って他のプロセスの可変送信機と通信するように動作可能である。送信機は、処理モジュールと、少なくとも送信機に供給される電力出力を発生し、電力制御信号に基づいて電力出力を調整するように動作可能な電力モジュールとによって構成される。さらに、電力制御信号は、プロセス制御ユニットから離れたコントローラによって発生され、通信ネットワークを介してプロセス制御ユニットと通信される。さらに、電力制御モジュールは、制御可能な振幅限界値に従ってプロセス制御ユニットへの電力入力を制限する振幅リミッタと、制御可能な調整レート限界値に従ってプロセス制御ユニットへの電力入力の変化率を制限するパワーレート変化ユニットとを有する。
2004531790.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ／アクチュエータ部と、
前記センサ／アクチュエータ部に接続され、通信ネットワークを介して処理可変送信機と通信するように動作可能な送信機部とを備え、当該送信機部は、
処理モジュールと、
少なくとも前記送信機に供給される電力出力を発生し、電力制御信号に基づいて前記電力出力を調整するように動作可能な電力モジュールとを有しているプロセス制御機器。
【請求項２】
前記電力制御信号は、前記プロセス制御機器から離れた制御装置によって発信され、通信ネットワークを介して前記プロセス制御機器と通信される請求項１に記載のプロセス制御機器。
【請求項３】
前記電力モジュールは、前記電力出力を調整するための電力制御モジュールを備えている請求項１に記載のプロセス制御機器。
【請求項４】
前記電力制御モジュールは、
制御可能な限界値に従って前記プロセス制御機器への電力入力を制限するリミッタと、
制御可能な調整レート限界値に従って前記プロセス制御機器への電力入力の変化率を制限するパワーレート変化ユニットとを有する請求項３に記載のプロセス制御機器。
【請求項５】
前記制御可能な限界値は、ソフトウェアにより自動的に制御させる請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項６】
前記制御可能な限界値は、人間の介入により制御される請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項７】
前記制御可能な限界値は、回路により自動的に制御される請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項８】
前記制御可能な調整レート限界は、ソフトウェアにより自動的に制御される請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項９】
前記制御可能な調整レート限界は、人間の介入により制御される請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項１０】
前記制御可能な調整レート限界は、回路により自動的に制御される請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項１１】
前記制御可能な調整レート限界は、１ｍＡ／ｍｓに等しい請求項４に記載のプロセス制御機器。
【請求項１２】
前記電力モジュールの前記電力出力は、前記プロセス制御機器の少なくとも前記送信機部に供給される電流である請求項１に記載のプロセス制御機器。
【請求項１３】
前記通信ネットワークは、バス電力を前記電力モジュールに供給するために動作可能な有線通信路を備え、
前記電力出力のための供給源として前記バス電力を使用する請求項１に記載のプロセス制御機器。
【請求項１４】
前記有線通信路は、支線を備えたバストポロジとして構成される請求項１３に記載のプロセス制御機器。
【請求項１５】
前記有線通信路は、デイジーチェーントポロジとして構成される請求項１３に記載のプロセス制御機器。
【請求項１６】
前記有線通信路は、ツリートポロジによって構成される請求項１３に記載のプロセス制御機器。
【請求項１７】
前記有線通信路は、ポイント−ツー−ポイントトポロジにより構成される請求項１３に記載のプロセス制御機器。
【請求項１８】
それぞれが前記プロセス制御機器に対して使用可能な電力レベルを制御し、前記電力制御モジュールが、電力制御信号に基づいて使用可能な電力レベルを調整するように動作可能な複数の電力制御モジュールと、
プロセス制御機器に電気的に接続され、前記プロセス制御機器間の通信信号を通過させるように動作する通信ネットワークと、
前記通信ネットワークを介して前記プロセス制御機器に電力を供給するように動作する電源とを備えているプロセス制御システム。
【請求項１９】
さらに、前記電力制御信号を発生するとともに前記プロセス制御機器間の電力配分を制御するように動作する制御ステーションを有する請求項１８に記載のプロセス制御システム。
【請求項２０】
前記制御ステーションは、さらに前記プロセス制御機器の電力負荷を決定するように動作し、前記プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせるために前記プロセス制御機器間で機能を分配する請求項１９に記載のプロセス制御システム。
【請求項２１】
前記制御ステーションは、前記プロセス制御機器、前記プロセス制御機器のグループ、及び前記通信ネットワークの構成部材の少なくとも一つの間で電力消費をバランスさせるために前記プロセス制御機器間に機能を分配する請求項２０に記載のプロセス制御システム。
【請求項２２】
前記制御ステーションは、さらに前記プロセス制御機器間の限られた電力量の電力分配を制御するように動作する請求項１９に記載のプロセス制御システム。
【請求項２３】
前記電力制御モジュールは、
制御可能な振幅限界に従って、前記プロセス制御機器の使用可能な電力レベルを制限するように動作可能な振幅リミッタと、
制御可能な調整レート限界値に従って、前記プロセス制御機器の使用可能な電力レベルの変化レートを制限するように動作するパワーレート変化ユニットとを有する請求項１８に記載のプロセス制御システム。
【請求項２４】
前記制御可能振幅限界は、ソフトウェアにより自動的に制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項２５】
前記制御可能振幅限界は、人間の介入により制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項２６】
前記制御可能振幅限界は、回路により自動的に制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項２７】
前記制御可能調整レート限界値は、ソフトウェアにより自動的に制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項２８】
前記制御可能調整レート限界値は、人間の介入により制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項２９】
前記制御可能調整レート限界値は、回路により自動的に制御される請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項３０】
前記制御可能調整レート限界値は、１ｍＡ／ｍｓに等しい請求項２３に記載のプロセス制御システム。
【請求項３１】
前記電力制御モジュールは、前記プロセス制御ユニットに電流を供給する請求項１８に記載のプロセス制御システム。
【請求項３２】
前記通信ネットワークは電力制御モジュールにバス電力を供給するように動作する有線通信路を有し、
前記電力制御モジュールは、前記使用可能な電力レベルの供給源として前記バス電力を用いる請求項１８に記載のプロセス制御システム。
【請求項３３】
前記有線通信路は、支線を備えたバストポロジとして構成される請求項３２に記載のプロセス制御システム。
【請求項３４】
前記有線通信路は、デイジーチェーントポロジとして構成される請求項３２に記載のプロセス制御システム。
【請求項３５】
前記有線通信路は、ツリートポロジによって構成される請求項３２に記載のプロセス制御システム。
【請求項３６】
前記有線通信路は、ポイント−ツー−ポイントトポロジにより構成される請求項３２に記載のプロセス制御システム。
【請求項３７】
電気的にネットワークに接続されたプロセス制御機器間に分配された電力消費機能の初期電力要求を決定し、
前記プロセス制御機器の初期電力負荷を決定し、
前記ネットワークに接続された電源により供給される前記使用可能な電力レベルを決定し、
前記初期電力要求と、前記初期電力負荷と、使用可能な電力レベルの少なくとも一つに基づいて前記プロセス制御機器の間に前記電力消費機能を分配して前記プロセス制御機器間の前記電力負荷をバランスさせるプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項３８】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の分配が、ネットワークに接続された制御ステーションを用いて達成される請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項３９】
さらに前記プロセス制御機器に接続されたネットワークブランチの線路損を決定することを含む請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４０】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分は、前記ネットワークブランチの前記線路損に基づくものである請求項３９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４１】
前記プロセス制御機器間の電力消費機能の配分において個別の前記プロセス制御機器に関する電力負荷のバランスさせる請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４２】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分において前記ネットワークセグメントに対する前記電力負荷をバランスさせる請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４３】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分において電源による制限された電力量に対する前記電力負荷をバランスさせる請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４４】
ネットワークに電気的に接続されたプロセス制御機器間に分配された電力消費機能の初期電力要求を決定し、
前記プロセス制御機器の初期電力負荷を決定し、
前記ネットワークに接続された電源により供給される使用可能な電力レベルを決定し、
初期の電力要求と、前記初期電力負荷と、使用可能な前記電力レベルの少なくとも一つに基づいて前記プロセス制御機器の間に電力消費機能を分配して各個のプロセス制御機器に使用可能な電力レベルを調整し、前記プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせるプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４５】
前記プロセス制御機器に関連する前記電力制御モジュールの制御は、前記ネットワークに接続された制御ステーションを用いて達成される請求項４４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４６】
さらに前記プロセス制御機器に接続されたネットワークブランチの線路損を決定することを含む請求項４４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４７】
前記プロセス制御機器に連関する前記電力制御モジュールの制御は、さらに前記ネットワークブランチの線路損に基づいて行われる請求項４６に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４８】
前記プロセス制御機器に連関する前記電力制御モジュールの制御は、個別のプロセス制御機器に関する前記電力負荷をバランスさせる請求項４４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項４９】
前記プロセス制御機器に連関する前記電力制御モジュールの制御は、前記ネットワークセグメントに対する前記電力負荷をバランスさせる請求項４４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５０】
前記プロセス制御機器に連関する前記電力制御モジュールの制御は、前記電源により制限された電力量に対する前記電力負荷をバランスさせる請求項４４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５１】
少なくとも初期電力要求、初期電力負荷及び使用可能な電力の一つに基づいてプロセス制御機器間に電力消費機能を配分して、前記プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせるプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５２】
ネットワークにより接続された前記プロセス制御機器間に分配された前記電力消費機能の前記初期電力要求を決定し、
前記プロセス制御機器の前記初期電力負荷を決定し、
前記ネットワークに接続された電源により供給される前記使用可能な電力レベルを決定することをさらに含む請求項５１に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５３】
電力消費機能の配分は、前記プロセス制御機器間に前記電力消費機能を配分するために前記プロセス制御機器を接続するネットワークに接続された制御ステーションを用いることを含む請求項５１に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５４】
前記プロセス制御機器に接続されたネットワークブランチの線路損を決定することを含む請求項５１に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５５】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分は、前記ネットワークブランチの前記線路損に基づくものである請求項５４に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５６】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分は、個別のプロセス制御機器に関する前記電力負荷のバランスさせる請求項３７に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５７】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分は、前記プロセス制御機器が接続されるネットワークセグメントに対する前記電力負荷をバランスさせる請求項５１に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５８】
前記プロセス制御機器間の前記電力消費機能の配分は、電源による制限された電力量に対する前記電力負荷をバランスさせる請求項５１に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項５９】
初期の電力要求と、初期電力負荷と、使用可能な電力レベルの少なくとも一つに基づいて前記プロセス制御機器の間に前記電力消費機能を分配して各個のプロセス制御機器に使用可能な電力レベルを調整し、プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせるプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６０】
ネットワークに接続された前記プロセス制御機器間に分配された電力消費機能の初期電力要求を決定し、
前記プロセス制御機器の前記初期電力負荷を決定し、
前記ネットワークに接続された電源により供給される前記使用可能な電力レベルを決定することをさらに含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６１】
前記電力制御モジュールの制御は、前記プロセス制御機器に連関された前記電力制御モジュールを制御するための前記プロセス制御機器を接続するネットワークに接続された制御ステーションを用いることを含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６２】
前記プロセス制御機器に接続されるネットワークブランチの線路損を決定することを含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６３】
前記プロセス制御機器に連関された前記電力制御モジュール制御は、ネットワークブランチの線路損を用いることを含む請求項６２に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６４】
前記プロセス制御機器に連関された前記電力制御モジュールの制御は、個別のプロセス制御機器に関する前記電力負荷をバランスさせることを含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６５】
前記プロセス制御機器に連関された電力制御モジュールの制御は、前記ネットワークセグメントに関する前記電力負荷をバランスさせることを含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【請求項６６】
前記プロセス制御機器に連関された前記電力制御モジュールの制御は、電源による制限された電力量に対する前記電力負荷をバランスさせることを含む請求項５９に記載のプロセス制御システムの電力管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一般にデジタル又はアナログプロセス制御装置の送信機の電源制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業的制御システムは、一またはそれ以上の中央制御インターフェースと現場の装置間の通信及び制御を容易とする複雑なコンピュータネットワークに進化している。中央制御インターフェースはプロセス全体の通信及び制御を調整するために使用することができ、また、より大きく、分散されたコンピュータ化されたプロセス制御システムの一部を制御するために使用することも可能である。ある場合には、プロセス制御システムを構成するプロセスの現場装置と関連する機械（例えば、ポンプ、バルブ及びヒータ）は、平方マイルで測定されるのに十分な大きな空間を占有する。従って、現場装置及び機械は、高度に集積された制御装置を必要としている。
【０００３】
一般に、現場装置は、制御されているプロセスの監視に用いられて、プロセスにフィードバックを与えるとともにプロセスの調整に用いられる。現場装置は、また中央制御インターフェース／ステーション無しにプロセス全体の制御及び通信の調整に用いることができる。現場装置は、プロセスの変数を検出するセンサ型現場装置、若しくはプロセスのパラメータを制御するための制御型現場装置（例えば、ポジショナ、アクチュエータ）とすることができる。温度センサやフローメータ等のセンサ型現場装置は、プロセス変数を測定し、監視及びプロセスの調整のために測定結果を中央制御インターフェースに送信することができる。ポンプやバルブ等の制御型現場装置は中央制御インターフェース又は制御機能現場装置若しくは複数の制御機能現場装置によって自動的に制御することができ、若しくは例えばプロセス技師や工場作業者によって手動制御することができる。
【０００４】
多くの場合、現場装置及び中央制御インターフェースは、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）等の通信ネットワークを用いて相互に通信することができる。一般に、通信ネットワークに接続された各装置（現場装置及び中央制御インターフェース）は、電気信号の形でデータの送受信を行うための送信機を含んでいる。通信ネットワークに応じてこれらの信号は、例えばアナログ、デジタル及びパルス信号を含んでいる。通信ネットワークは、プロセス制御システムの種々の構成要素間の制御信号及びセンサ信号の送信に用いられる。さらに、通信ネットワークは、プロセス制御システムの構成要素及びプロセス自体の監視及び診断を容易とする。
【０００５】
種々の態様のプロセス制御システムは、独自のプロトコルに従うか、若しくはプロセス制御産業従事者によって開発され、広く受け入れられた標準に従うことができる。これらのプロトコル／標準は、通信プロトコル（例えば、データ送信のビット速度）、電力消費、通信バスの長さや安全対策等のプロセス制御システムパラメータを特定する。これらのプロトコル／標準は、現場装置の調整、安全規定及び広く受け入れられた標準の場合の適合性及び構成要素の互換性を含むプロセス制御システムに関する多くの利点を提供する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によれば、プロセス制御機器は、センサ／アクチュエータ部と、そのセンサ／アクチュエータ部に接続され、通信ネットワークを介して処理可変送信機と通信するように動作可能な送信機部とを有する。前記送信機は、処理モジュールと、少なくとも送信機に供給される電力出力を発生し、電力制御信号に基づいて電力出力を調整するように動作可能な電力モジュールとを含むことができる。さらに、電力制御信号は、プロセス制御機器から離れたコントローラによって発生され、通信ネットワークを介してプロセス制御機器と通信される。電力モジュールの電力出力は、少なくともプロセス制御機器の送信機部に供給される電気出力である。
【０００７】
さらに、電力モジュールは、電力出力を調整するための電力制御モジュールを含むことができる。電力制御モジュールは、制御可能な振幅限界値に従ってプロセス制御機器への電力入力を制限する振幅リミッタと、制御可能な調整レート限界値に従ってプロセス制御機器への電力入力の変化率を制限するパワーレート変化ユニットとを有することができる。制御可能な限界値は、ソフトウェア及び／又は回路により自動的に制御させ、及び／又は人間の介入により制御される。また、制御可能な調整レート限界値は、ソフトウェア、人間の介入又は回路により制御される。また、制御可能な調整レート限界値は、１ｍＡ／ｍｓに等しい。
【０００８】
さらに、通信ネットワークは、バス電力を電力モジュールに供給するために動作可能な有線通信路で構成され、電力出力のための供給源としてバス電力を使用する。有線通信路は、支線を備えたバストポロジ、デイジーチェーントポロジ、ツリートポロジ若しくはポイント−ツー−ポイントトポロジにより構成される。
【０００９】
さらに、他の実施態様によれば、プロセス制御システムが、それぞれがプロセス制御機器に対して使用可能な電力レベルを制御し、該電力制御モジュールが電力制御信号に基づいて使用可能な電力レベルを調整するように動作可能な複数の電力制御モジュールと、プロセス制御機器に電気的に接続され、プロセス制御機器間の通信信号を通過させるように動作する通信ネットワークと、通信ネットワークを介してプロセス制御機器に電力を供給するように動作する電源とによって構成する。さらに、電力制御モジュールによって制御される電力は、電流である。
【００１０】
プロセス制御システムは、電力制御信号を発生するとともにプロセス制御機器間の電力配分を制御するように動作する制御ステーションを有することができる。制御ステーションは、さらにプロセス制御機器の電力負荷を決定するように動作し、プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせる。制御ステーションは、プロセス制御機器、プロセス制御機器のグループ及び通信ネットワークの構成部材の少なくとも一つの間で電力消費をバランスさせるためにプロセス制御機器間に機能を分配する。また、制御ステーションは、さらにプロセス制御機器間の限られた量の電力の電力分配を制御するように動作する。
【００１１】
さらに、電力制御モジュールは、制御可能な振幅限界に従って、プロセス制御機器の使用可能な電力レベルを制限するように動作可能な振幅リミッタと、制御可能な調整レート限界値に従って、プロセス制御機器の使用可能な電力レベルの変化レートを制限するように動作するパワーレート変化ユニットとを有する。制御可能振幅限界は、ソフトウェア及び／又は回路により自動的に制御され、及び／又は人間の介入により制御される。制御可能調整レート限界値は、ソフトウェア及び／又は回路により自動的に制御され、及び／又は人間の介入により制御される。また、制御可能な調整レート限界値は、１ｍＡ／ｍｓに等しい。
【００１２】
さらに、通信ネットワークは電力制御モジュールにバス電力を供給するように動作する有線通信路を有し、電力制御モジュールは、使用可能な電力レベルの供給源としてバス電力を用いる。有線通信路は、支線を備えたバストポロジ、デイジーチェーントポロジ、ツリートポロジ及び／又はポイント−ツー−ポイントトポロジにより構成される。
【００１３】
一つのプロセス制御システムの電力を管理する方法は、ネットワークにともに接続されたプロセス制御機器間に分配された電力消費機能の初期電力要求を決定することを含むことができる。方法は、プロセス制御機器の初期電力負荷を決定することと、ネットワークに接続された電源により供給される使用可能な電力レベルを決定することをさらに含むことができる。さらに、方法は、初期の電力要求と、初期電力負荷と、使用可能な電力レベルの少なくとも一つに基づいてプロセス制御機器の間に電力消費機能を分配してプロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせる。プロセス制御機器間の電力消費機能の分配が、ネットワークに接続された制御ステーションを用いて達成される。
【００１４】
プロセス制御システムの電力管理方法は、さらに、プロセス制御機器に接続されたネットワークブランチの線路損を決定することを含む。さらに、プロセス制御機器間の電力消費機能の配分は、ネットワークブランチの線路損に基づくものである。
【００１５】
さらに、プロセス制御機器間の電力消費機能の配分は、個別のプロセス制御機器に関する電力負荷をバランスさせ、ネットワーク構成要素に対する電力負荷をバランスさせ、及び／又は電源による制限された電力量に対する電力負荷をバランスさせることができる。
【００１６】
プロセス制御システムの電力管理方法のもう一つの態様は、ネットワークにともに接続されたプロセス制御機器間に分配された電力消費機能の初期電力要求を決定し、プロセス制御機器の初期電力負荷を決定し、ネットワークに接続された電源により供給される使用可能な電力レベルを決定することを含むことができる。電力管理方法は、さらに、初期の電力要求と、初期電力負荷と、使用可能な電力レベルの少なくとも一つに基づいてプロセス制御機器の間に電力消費機能を分配して各個のプロセス制御機器に使用可能な電力レベルを調整し、プロセス制御機器間の電力負荷をバランスさせることを含むことができる。プロセス制御機器に関連する電力制御モジュールの制御は、ネットワークに接続された制御ステーションを用いて達成されるであろう。
【００１７】
プロセス制御システムの電力管理方法は、さらに、プロセス制御機器に接続されたネットワークブランチの線路損を決定することを含むことができる。さらに、プロセス制御機器に連関する電力制御モジュールの制御は、さらにネットワークブランチの線路損に基づいて行われてもよい。
【００１８】
さらに、プロセス制御機器に連関する電力制御モジュールの制御は、個別のプロセス制御機器に関する電力をバランスさせ、ネットワーク構成要素に対する電力負荷をバランスさせ、及び／又は電源による制限された電力量に対する電力負荷をバランスさせることを含むことができる。
【００１９】
従って、プロセス制御機器は、例えば、標準及び／又はプロトコルによって特定された電力の限界値に関してプロセス制御機器の改良された調整及び制御を実現しながらプロセス制御産業の種々の標準／プロトコルにおいて使用することができる。
【００２０】
一またはそれ以上の実施例の詳細は、図面及び以下の説明により述べる。他の特徴及び利点は、明細書、図面及び請求の範囲から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下の説明は、プロセス制御システム機器のデジタル及びアナログによる実施に適用可能である。以下に述べるプロセス制御システムは、プロセス及び製造の自動化の用途に用いることができる。さらに、「送信機」は、一般に、現場装置の通信及び処理部であって、通信の送受信及びプロセス制御システムの現場装置及び／又は他の装置の制御を示すために用いられる。
【００２２】
プロセス制御システム（例えば、工場の製造及び／又は処理動作を制御するための）は、しばしば、食品、薬品又は材料の処理等の動作の監視及び制御のための分散されたセンサ及びアクチュエータの制御システムを用いる。センサは、例えば、処理材料の流量、圧力及び温度を監視し、他方、アクチュエータは、例えば、バルブの開放及び熱の調整の制御を行う。工場の処理動作は、数百又は数千のこの種のセンサ及びアクチュエータに依存しており、センサ及びアクチュエータは工場のプロセスサイトに亘って分散されている。
【００２３】
一般に工場では、プロセス制御システムの分散された機器のそれぞれ（例えば、センサ及びアクチュエータ）は、通信路（例えば、電気的リンク）によって相互に接続され、さらに付加的に制御ステーション又は複数の制御ステーションに接続される。プロセスセンサやアクチュエータを持たない他のタイプの機器（例えば、制御装置）は、プロセス制御システムに接続することができる。機器内の通信機能は、センサ、アクチュエータ及び一またはそれ以上の付加的な制御ステーション間のプロセス情報の通信を可能とする。さらに、機器は、ハードウェア、ソフトウェア若しくはその双方によって実施される。「送信機」の用語は、センサ／アクチュエータの組み合わせ及び対応する処理／通信インターフェースの組み合わせを表すものとして、以下の説明を通して交換可能に用いられる。さらに、「機器」の用語は、以下の説明を通してセンサ／アクチュエータ及び対応する処理／通信インターフェースの組み合わせを表すものとして交換可能に用いられる。技術的に「送信機」は通信装置であるが、プロセス制御産業において、「送信機」の用語は、例えば、センサ／アクチュエータ、信号処理装置及び通信インターフェースを含む全現場装置（例えば、「温度送信機」）を意味するようになってきた。「制御ステーション」及び「中央制御ステーション」の用語は、以下の説明において、処理装置及び機器間の通信を制御する通信制御ユニット及び／又はオペレータインターフェースを意味する。制御ステーションは、通信はもとより処理動作を制御し、制御ステーション、プロセス制御システム全体に接続された多数の制御ステーションの一つとすることができる。さらに、上記のように、プロセス制御システムは、何らの制御ステーションなしに機能することができ、プロセス制御システムの制御はプロセス制御システムの通信路に接続された一またはそれ以上の機器によって行われる。
【００２４】
バス上の通信は、各送信機が、固有の識別子によって識別される。この識別子は、識別番号（ＩＤ）を示しているが、他の識別子（例えば、識別名、位置）を示すこともできる。ＩＤは、製造時に送信機に割り当てられ、例えば、送信機のシリアル番号、装置の製造日及び装置の形式（例えば、圧力センサ）を示すことができる。一旦割り当てられると、ＩＤは符号化され、将来的に参照するために送信機のメモリモジュール（例えば、ＥＥＰＲＯＭ）に電子的に格納される。ＩＤは、装置がバスに接続された後に、装置がプロセス制御システムによって素早く識別されるので、プロセス制御システムへの装置の導入を容易とする。なお、プロセス制御システムのネットワークに接続された装置を個別に識別するための他の技術があり、これらの識別方法は、固定的にすることもでき、また動的にすることもできる。
【００２５】
ユーザが認識可能な送信機識別子を付与するために、プロセス制御システムにおいて付加的な識別方法を採用することができる。この方法において、オペレータは、装置がプロセス制御システムと通信したときに、タグ番号又は装置名を割り当てることができる（さらに識別するために、例えば、装置の位置）。こうした通信手順は、一般に意図する検出／起動機能に関する送信機の較正と、タグ番号又は装置名の割り当て及び送信機データの訂正及び記憶機能の初期化を含んでもよい。
【００２６】
しばしば、多数のセンサ及びアクチュエータはバスと呼ばれる特定の通信路を共有している。複数の別個のバスが、アクチュエータ及びセンサの数及びそれらの物理的な配置に応じて工場全体に敷設される。中央制御ステーションは、センサ及びアクチュエータ送信機と通信路を通じて通信して、その動作を指令するとともにその状態を監視する。例えば、検知された大流量の状況において、バルブアクチュエータに対応する送信機にプロセス制御システムの通信路を通して中央制御ステーションがバルブの閉塞を指令することができる。
【００２７】
工場におけるバスは、しばしば、非常に高度なケーブル系によって実施される。バスは二本の導線による４−２０ｍＡの通信リンクによって実施される。他の態様において、通信路は無線通信システムによって実施することが可能である。通信路の実施態様に拘わらず、送信機と中央制御ステーション間の実際の通信は一般に、標準化された通信プロトコルに従って生じる。
【００２８】
標準化された通信プロトコル（種々の構成要素の標準及びプロセス制御システムのコンフィグレーション仕様を含む）は、例えば、プロセス制御産業の従事者によって開発されたガイドラインの標準化されたセットに従う。プロセス制御システムの国際標準の一つの利点は、構成要素の互換性及び交換可能性である。
【００２９】
国際的に受け入れられた通信プロトコルの一つはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信標準である。国際的に受け入れられた他の通信標準は、ＰＲＯＦＩＢＵＳ（商標）である。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信標準は、現場（例えば、工場のフロア上の種々の位置）におけるより非集中の、分散された制御を可能とするためにプロセス制御システムのネットワークを通じた制御アプリケーションの分散を可能とする。以下の説明はたまたまＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信プロトコルに関して説明するが、説明は、プロセス制御システムの種々の他の方法及びプロトコルに適用されることを理解するべきである。
【００３０】
さらに、送信機は通常バスに接続された単一の「マスタ」コントローラによって管理される、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスプロトコルは、バスに接続されたいずれの送信機もバス上の他の装置を管理することができる（例えば、本来のコントローラが故障した場合）。さらに、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスプロトコルは、デジタル通信のビット速度を特定する。
【００３１】
ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス及びＰＲＯＦＩＢＵＳ（商標）プロトコルの一つの特徴は、プロセス制御システムの機器がプロセスを制御できることである。また、制御している機器が何らかの理由によって故障した場合、プロセス制御システムの他の機器が代わってプロセスの制御を行うことができる。この制御は、例えばバス上に伝達される通信、スケジューリング及び優先順位情報を含んでいる。この要領で、プロセス制御システムは、中央制御ステーションが無くても稼動することができる。
【００３２】
図面について説明すれば、図１は、簡略化されたプロセス制御システム１００を示しており、これは送信機に取り付けられた装置を使用することができる一つの実施態様である。プロセス制御システム１００は、例えば、リザーバ１０５，ポンプ（例えば、遠心ポンプ）１１０，管路部１１５（例えば、２インチ径のパイプ）、管路部１１５を通る材料の流量を制御するための制御可能なバルブ１２０と、流量計１２５と温度センサ１３０を含むことができる。種々の他のプロセス制御装置は、特定のプロセス制御アプリケーションに応じてプロセス制御システム１００を含むことができる。なお、プロセス制御システム１００は、（管路を通じて材料を移動させる他に）例えばコンベアベルトプロセス、ロボットオートメーションプロセス及び他の製造及び産業のプロセス等の多くの構成において実施することができる。
【００３３】
さらに、プロセス制御システム１００は、プロセス制御システム１００の種々の装置の監視及び制御を容易にするためのネットワーク１３５（例えば、バス）を含むことができる。さらに、プロセス制御システム１００は、プロセス制御システム１００の監視及び制御を集中させるオペレーション制御ステーション１４０を含むことができる。ネットワーク１３５は、さらに、プロセス制御システム１００の種々の装置間の通信を容易とすることができる。なお、この明細書において「ネットワーク」の用語は、一般的なバス通信及び電源供給ネットワークを含むものとして使用される。
【００３４】
オペレーション制御システム１４０及び図に示す他の制御ステーションは、ネットワーク１３５に直接リンクして示されているが、リンクは図示のものよりも多くの相互接続を含むことができる。例えば、ネットワーク１３５は、制御ステーション１４０が接続されるイーサネットベースの通信システムに接続可能なコントローラやインターフェースカード二線通信構成（例えば、プロセス制御システムに使用されるタイプの）とすることができる。さらに、図示の制御ステーション１４０及び他の制御ステーションは、コンピュータ又は現場取付けコントローラ若しくは制御機能を内蔵したフィールドバスＩ／Ｏモジュールとすることができる。
【００３５】
図１に示した簡略化した実施例において、プロセス制御システム１００は、プロセスの一般的なフィードバック制御を提供することができる。例えば、ポンプ１１０は、流量計１２５によって検出された測定流量に応じたレートで導管部１１５を通って材料を圧送するように制御することができる（例えば、制御ステーションにおいて発生させる信号から）。流量計１２５は、制御ステーション１４０に、導管部１１５を通る材料の流量を示す信号を出力する。従って、制御ステーション１４０は、特定のプロセス制御システム１００を制御、監視するためのプログラムされたパラメータに基づいてポンプ１１０を制御することができる。
【００３６】
図２は具体例として、プラントワイドプロセス制御システム２００を示しており、プロセスを監視／制御するための現場装置２０５と、プロセス制御システム２００全体を監視するための集中監視／制御ステーションを提供する制御ステーション２１０、及び現場装置２０５と制御ステーション２１０を相互に通信可能に接続するネットワーク２１５を含んでいる。
【００３７】
現場装置２０５は、プロセス制御システム２００によって制御されるプロセスの種々のパラメータの検出及び制御のための現場装置である。これらの現場装置２０５は、温度、圧力及び流量センサや、ポンプ、バルブ及びボイラアクチュエータ／制御装置等の現場装置を示す。現場装置２０５の具体的な実施例は、以下により詳細に説明する。
【００３８】
ネットワーク２１５は、一般的な二線通信構成（例えばツイストペア接続）を用いて実施される。ネットワーク２１５は、銅線、光ファイバ又は他の適当な接続メディアを含むことができる。他の実施態様において、ネットワーク２１５は、無線とすることもできる。ネットワーク２１５は、接続された種々の現場装置２０５間のアナログ（例えば、４〜２０ｍＡの信号）、デジタル及びパルス出力の通信を提供する。上記のように、ネットワーク２１５を介しての通信は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信プロトコルやＰＲＯＦＩＢＵＳ（商標）ＰＡ（プロセスオートメーション）プロトコル等の特定のプロトコルに従う。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信プロトコルやＰＲＯＦＩＢＵＳ（商標）ＰＡ通信プロトコルに従ったデジタル通信は、例えば、３１．２５ｋｂｉｔ／ｓ、１０Ｍｂｉｔ／ｓ又は２．５Ｍｂｉｔ／ｓの通信速度によって行われる。
【００３９】
少なくとも有線構成における実施時に、ネットワーク２１５は、接続された現場装置２０５に電源を供給する。これらのネットワーク２１５によって電源を供給された現場装置２０５は、公知のバスにより電源供給された装置である。図２に示すように、電源２２０がネットワーク２１５に接続され、現場装置２０５に電源を供給する。現場装置２０５への電源供給及び通信の提供には、ネットワーク２１５に対するいくつかの問題点が存在する。例えば、電源スパイク及び負荷変動は、ネットワーク２１５にノイズを導入し、通信に悪影響を与える。従って、ネットワーク２１５は、例えば、こうした問題を回避するために制御ステーション２１０によって注意深く管理される。
【００４０】
制御ステーション２１０は、ネットワーク２１５に接続された現場装置２０５の遠隔監視及び制御を提供することができる。制御ステーション２１０は、人間のオペレータとプロセス制御システム２００間の相互作用を容易とするソフトウェア及びグラフィカルユーザインタフェースを備えたコンピュータのワークステーションを含むことができる。
【００４１】
プロセス制御システム２００のコンフィギュレーションに応じて、制御ステーション２１０は、集中処理制御（例えば、監視、計算及び調整）や分散プロセス制御の管理（プロセス制御システム２００の全体のなかの一部の個別の監視、計算及び調整する分散コントローラの監視及び調整）を行う。制御ステーション２１０は、ネットワーク２１５上で通信する全ての現場装置２０５に対して送信時間を調整することができる。さらに、制御ステーション２１０は、プロセス制御システム２００に対する安全、診断及び保守機能を提供／調整することができる。さらに、制御ステーション２１０は、工場作業者及びプロセス技師の利益のためにプロセス制御システム２００の全体図を提供することができる。重ねて言えば、これらの機能は、プロセス制御システム２００の制御トポロジに応じて、制御ステーション２１０無しに一またはそれ以上の現場装置によって実施することができる。
【００４２】
制御ステーション２１０は、ネットワーク２１５に接続された個々の現場装置２０５をポーリングし、現場装置２０５間の特性を設定する。例えば、プロセスの重要な部分は、０．５秒毎の監視及びフィードバック調整を必要とし、他方プロセスの重要性の低い部分は、５分間隔での監視を必要とする。このように、制御ステーション２１０は、重要な部分の現場装置２０５は、重要性の低い部分の現場装置２０５よりも頻繁にネットワーク２１５を通じて通信する。
【００４３】
さらに、図２に示すように、プロセス制御システム２００は、例えば、接続されたネットワークブランチ２３０上の電源供給を制限するパワーバリア２２５等の付加的な安全部品を必要とする可能性がある。例えば、ガソリン処理設備において、ネットワークブランチ２３０が、物理的に発火性の高い物質の近くに設置されている場合には、ネットワークのブランチ２３０に供給される電力量が制限されることが重要である。ネットワークブランチ２３０に供給される過剰な電力は、スパークを生じさせて、爆発を起こすかも知れない。従って、パワーバリア２２５は、安全レベルにネットワークブランチ２３０への電源供給を制限するためにネットワーク２１５に設けられる。
【００４４】
図２は二つのパワーバリア２２５のみを示しているが、プロセス制御システム２００上に他のパワーバリアを設置することができる。さらに、各パワーバリア２２５は、受動的（例えば、電源２２０からネットワークブランチ２３０に流れる電力を単に制限する）か、若しくは能動的とすることができる。能動的パワーバリアは、ネットワークブランチ２３０に制限された電力を供給するために別の電源を含むことができる。この場合、電源２２０からの電力は、ネットワークブランチ２３０から遮断されて、プロセス制御システム２００の他の部分への電源２２０による電力供給を可能とする。換言すれば、ネットワークブランチ２３０は、電源２２０による電源の供給のドレインとはならない。
【００４５】
さらに、制御システム２００の構成に従って、現場装置２０５へ電源を供給するために、他の電源２２０がネットワーク２１５に接続されてもよい。多数の電源２２０を備えた、特に電力がパワーバリア２２５によって制限されたネットワークブランチ２３０上の処理制御システム２００においては、（現場装置２０５への電力が実際にネットワーク２１５によって供給されているならば）現場装置２０５が自らの動作電力を取り込む電力の供給制限が存在する。
【００４６】
従って、現場装置２０５は低電力消費レベルで動作するよう設計されるべきであり、さらに特定の処理制御システム２００の現場装置２０５、またはネットワークブランチ２３０は使用可能な電力収支内で動作するよう、選択されるべきである。ネットワーク２１５に接続された現場装置２０５により消費される総電力量は、定格電力水準、及び／またはネットワーク２１５上で使用可能な電力を超えるべきではない。従って処理制御システム２００の設計及び動作の際の電力管理は非常に重要である。
【００４７】
例えば、パワーバリア２２５がネットワークブランチ２３０で利用できる電力を８０ｍＡに制限すると、ネットワークブランチ２３０に接続された現場装置２０５により消費される電流は８０ｍＡ以下となる。適切に設計されたシステムでは、各電力制限ネットワーク２００またはネットワークブランチ２３０中に、現場装置２０５により使用される利用可能な余剰電力を備えている。換言すると、ネットワークブランチ２３０に接続された現場装置２０５により消費される電流は、この例においては、８０ｍＡ以下のあるレベルで消費するように設計されるべきである。
【００４８】
また、ネットワーク２１５の電力消費に関して、ネットワーク２１５の導線／ケーブルの抵抗による電圧降下を考慮しなければならない。ネットワーク２１５のブランチが特に長い場合には、ブランチ端部の現場装置において使用可能な電力は、ネットワークのラインロスにより減少する。
【００４９】
なお、上記のプロセス制御システム２００は、追加のセンサ、送信機、電源、制御ステーション及び種々の他のプロセス制御装置を含むことができる。さらに、図１、２に示すネットワーク１３５及び２１５は、それぞれ、ここでは簡略化のために省略されている終端機、Ｉ／Ｏインターフェース及び接続ボックス等のネットワーク要素を含むことができる。さらに、ネットワーク１３５，及び２１５は、マルチドロップ構成（bus with spurs）として示したが、種々の他の構成を用いることができる。例えば、ポイント−ツー−ポイント、デイジーチェーン、ツリー、及びそれらの組み合わせを、ネットワーク１３５及び２１５を実施するために使用することができる。
【００５０】
図３は、センサ／アクチュエータ部３０５及び送信機部３１０を有する現場装置３００の例示的な実施例を示している。センサ／アクチュエータ部３０５は、制御されるプロセス環境に設置し、一体化するためのハウジング３１５を含むことができる。さらに、センサ／アクチュエータ部３０５は、プロセス環境変数を検出し、又はプロセス環境において動作する制御装置（例えば、ポンプ又はバルブ）を制御するセンサ／アクチュエータ３２０を含むことができる。この説明の目的で、現場装置３００は、図３に温度検出装置として示されている。ここで示すハウジング３１５は、例えば、処理される材料が流通するパイプ（例えば、図１の通路部１１５）に挿入することができる。
【００５１】
送信機部３１０は、センサ／アクチュエータ部３０５から受信した信号を濾波及び処理する電子機器を含むことができる。送信機部３１０は、例えばデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、フィールドプログラマブルゲートアレ、ＡＳＩＣ、他のプログラマブルロジック又はゲートアレ又はプロセッサコアを備えたプログラマブルロジックのうちの一またはそれ以上の要素を用いて実施することができる。送信機部３１０は、少なくともセンサ／アクチュエータ部３０５から受信した信号に基づいてネットワーク３３０を通じて制御ステーション３２５に送信する出力信号を発生する。また、送信機部３１０は、ネットワーク３３０を通じてデータを送信するとともに他の装置と通信する電子機器を含むことができる。送信機部３１０は、デジタル及び／又はアナログ信号の濾波、処理及びその送受信可能な電子機器を含むことができる。送信機部３１０は、送信機部３１０内において行われる処理に基づいて決定を行うことができる。
【００５２】
現場装置３００には、独自の電源３３５が設けられ、若しくは現場装置３００は、ネットワーク３３０から動作電力の供給を受けることができる。バス電源３４０は、図２を参照して説明したように、現場装置３００に電源を供給するための現場装置（又は他の通信装置）と同様の方法で、ネットワーク３３０に接続することができる。
【００５３】
プロセス制御システム２００及び現場装置３００が、例えばＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスプロトコル等のプロセス制御装置のための標準に従って設計され、プロセス制御システム２００及び現場装置３００の種々のデザインパラメータは、一般に所定の基準値内におさまるようにする。例えば、最小及び最大電力消費、通信プロトコル及び現場装置３００の物理的構成を特定することができる。より詳細に説明すれば、フィールドバスベースの実施は、ネットワーク３３０に接続された各現場装置３００に最小の電源が供給される。該各現場装置３００への最小の電源は、現場装置３００の適切な作業開始、及び機能性を保証するために指定されている。さらに、フィールドバスプロトコルの仕様は、現場装置３００によって消費される電力の変化は、１ｍＡ／ｍｓを超える変化であってはならない。このように、現場装置３００に供給され、消費される電源は、例えば送信機部３１０によって、厳密に監視され、調整することができる。
【００５４】
送信機部３１０の電源消費動作の一つは、現場装置３００に関連した処理機能の実行に関するものである。処理機能（以下「機能」又は「タスク」と称す）は、例えば、マイクロプロセッサのソフトウェアルーチン、デジタル回路機能及びアナログ回路機能を含むことができる。処理機能の一つの例は、プロセス制御システムの装置又は複数の装置を制御するためのＰＩＤ（比例−積分導関数）制御機能である。ＰＩＤ制御機能は、単一の装置、装置のグループ又はプロセス制御システム２１０全体を制御することができる。さらに、ＰＩＤ制御機能は、例えば、単一の現場装置３００又は付加的な中央制御ステーション２１０によって処理することができる。
【００５５】
ある機能の処理を行うためには、ある量又はレベルの電力が必要である。例えば、ＰＩＤ制御機能は、コンピュータ的に集中的な機能であり、これを実行するために比較的大きな電力を必要とする。送信機部３１０によって処理すべき機能の数及びタイプに応じて、各現場装置３００は、割り当てられた機能を完了するために異なるレベルの電力が必要となる。従って、各現場装置３００の各送信機部３１０の個別の電源管理が重要である。機能（又はタスク）とそれらの所要電力との関係は、図７を参照して後述する。
【００５６】
図４は、機器４００（例えば、図３の送信機部３１０）のより詳細な実施例を示している。機器４００は、プログラマブルマイクロプロセッサチップによって実施可能な処理ユニット４０５を含むことができる。機器４００は、また、処理ユニット４０５の処理速度を制御するためのクロック発生器４１０と、処理ユニット４０５を制御するデータ及び／又はソフトウェアを格納するフラッシュメモリ４１５を含むことができる。ある場合には、クロック発生器４１０は、物理的に処理ユニット４０５の一部とすることができる。処理ユニット４０５は、現場装置３００のセンサ／アクチュエータ部３０５からの／のための信号及びセンサ／アクチュエータ部への信号を処理することができる。さらに、処理ユニット４０５は、データの作成及びネットワーク４２０を通しての送信及びネットワーク４２０からのデータの受信及び処理を行うことができる。
【００５７】
一つの実施例において、機器４００の処理ユニット４０５は、例えば、現場において手持ち又は携帯用現場コントローラ、装置の製造中の工場コンピュータ、若しくはネットワーク４２０に接続中に制御ステーション３２５を介してプログラムすることができる。プログラミングは、故障状態を検出する指令及び故障状態に応答しての警報の発信を含むことができる。
【００５８】
機器４００は、また例えば電源制御モジュール４３０及び電源４３５等の種々の部分で実施される電源モジュール４２５（一点鎖線で規定される）を含むことができる。電源モジュール４２５は、現場装置３００に対する電源を受け、変換し、制御し及び／又は供給することができる。例えば、電源モジュール４２５は、ネットワーク４２０から供給されるバス電力（供給電流源として４４０及び４４５を示す）を機器４００の種々の構成部材及び付加的にセンサ／アクチュエータ部３０５によって使用可能な電力に変換する。
【００５９】
電源制御モジュール４３０は、電源４３５に供給される電力レベルを、機器４００によって使用するために調整される。電源４３５（例えば、分巻調整器）は、電源調整及びノイズ低減回路を含むことができ、電流又は電圧の形で電源を供給することができる。
【００６０】
バス電源３４０は、現場装置２０５の送信機４００にネットワーク４２０を介して分配される電流の形で電力を供給することができる。バス電源は、電流調整器４４０及び４４５によって調整され、機器４００に供給される。理論的には、図４に示すように、バス電源は、定電流調整器４４０（例えば、静止電流源(quiescent current source)）及び電源４３５を供給する調整可能な電流調整器４４５を含むことができる。定電流調整器４４０及び調整可能な電流調整器４４５は、以下に図５，６を参照して後述するように、組み合わせ回路又は個別の回路として実施される。定電流調整器４４０は、現場装置３００の最小所要電力に合わせて設定することが可能であり、電力制御モジュール４３０は、例えば処理ユニット４０５による付加的な機能処理等の機器４００の特定の要求に適応するように調整可能な電流調整器４４５のレベルを調整する。
【００６１】
電源モジュール４２５（一点鎖線で囲んで示す）及び電力制御モジュール４３０（破線で囲んで示す）は、例えば定電力レベル供給源（例えば、設計基準が各現場装置３００の各機器４００に供給すべき最小電力を要求している場合）及び可変電源等の機能の間の区別をするために図４には別個に定義されている。機器４００は、また、より下限を持つ単一の調整可能な電源を有するものとして実施することも可能である。
【００６２】
図４に示すように、電力制御モジュール４３０は、バス電力を供給するネットワーク４２０に干渉（例えばノイズ）を生じないように例えば設計基準によって特定された割合に電力を調整するためのパワーレート変化リミッタ４５０（例えば、∂i/∂tフィルタ）を含むことができる。一般に、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバス通信プロトコルは、送信機による電流の引出は、１ｍＡ／ｍｓを超えて変化することができない。従って、パワーレート変化リミッタ４５０は、電源４３５に供給される電力の増減をこの特定の基準値を特定するために１ｍＡ／ｍｓ以内の変化率に制御する。さらに、電源制御モジュール４３０は、振幅リミッタ４５５を含むことができる。振幅リミッタ４５５は、電源４５５に供給される電力レベルの全体又は調整可能な一部の最大値を制御する。
【００６３】
さらに、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバスプロトコルは、例えば、バスに接続された装置は２０ｍｓ以内で動作し及び安定する。この「初期電力仕様」は、連続して行われる通信に影響することなく、新しい装置の接続を可能とする。さらに、この仕様は、主に定電流調整器４４０に影響する。
【００６４】
機器４００は、ソフトウェア処理を用いて電力制御モジュール４３０を制御することによって、電源４３５による自身の電源の調整を行う。若しくは又は付加的に、処理ユニット４０５は、電源４３５による機器４００への電力供給レベルを調整するために制御ステーション３２５からの電力制御信号を受け取る。いずれの場合も、処理ユニット４０５は、電力制御モジュール４３０に制御信号（例えば、電力制御調整信号）を出力することによって電力制御モジュール４３０によって与えられる電力レベルの調整を制御し、電力制御モジュール４３０をより精密に制御するためにフィードバック信号を受ける。一つの実施例によれば、電力制御調整信号は、パルス幅変調信号とすることができる。
【００６５】
付加的には、機器４００は、図４に示すように、ハードウェア検出器／モニタ４６０を含んでいる。ハードウェア検出器／モニタ４６０は、プロセス制御システムに接続されるハードウェアの追加又は取り外しを監視することができる。例えば、追加のセンサ（運転するためのより大きな電力を必要とする）を、機器４００に取り付けることができる（またはバスに取り付けられるが、機器４００から電力が供給される）。ハードウェア検出器／モニタ４６０は、新たに追加されたセンサを検出し、即座に、電力モジュール４２５によって供給される電力を増加させるためにパワーレート変化リミッタ４５０に信号を送信することによって機器４００にとって適切なより大きな電力を要求する。また、信号は、ハードウェア検出器／モニタ４６０から処理ユニット４０５に送信して、ハードウェアに変更及び電力の変更の要求を処理ユニット４０５に報知する。さらに、ハードウェア検出器／モニタ４６０は機器４００の一部として製造することができ、また後刻追加することができる（例えば、一旦機器４００がプロセス制御システムに設置されてから）。
【００６６】
なお、図４に示す構成部材は、適当な場合には選択的に取り除かれ、再配置され、組み合わせられ若しくは他の構成部材によって補われることができる。さらに、機器４００は、付加的な構成部材（例えば、ハードウェア検出器／モニタ４６０）はこの分野で追加又は取り外しすることができる。さらに、図３に関して述べるように、機器４００は、図４に示されるネットワーク４２０から供給されるバス電源電力とは区別されて、独自の電源によって供給することができる（例えば、外部電源３３５）。この別の電源は、別の２４Ｖの直流フィールド電源線に接続することによって実装可能である。
【００６７】
図５は、電源４３５に供給する定電流調整器４４０及び調整可能な電流調整器４４５の一つの実施例としての電流源５００を示している。図示のように、演算増幅器５０５は、ドレインＤ、ソースＳ、及びゲートＧを有するｎ−チャンネルのエンハンスメント形（enhanced）ＭＯＳＦＥＴ５１０を制御する。演算増幅器５０５は、ＭＯＳＦＥＴ５１０のゲートＧに電気信号を送信することによってＭＯＳＦＥＴを制御することができる。「オン」に制御されると、ＭＯＳＦＥＴ５１０は、Ｒｓｅｎｓｅを介しての電流の流通を許容する。なお、ＲｓｅｎｓｅはＭＯＳＦＥＴ５１０のソースＳに接続され、Ｖｍ（例えば、ネットワーク４２０のバス電力からの電圧）はＭＯＳＦＥＴ５１０のドレインＤに接続される。
【００６８】
電圧Ｖｒｅｆは、演算増幅器５０５の正入力に与えられる基準電圧とすることができる。Ｖｒｅｆは、ＭＯＳＦＥＴ５１０を制御するための少なくともあるレベルの信号を出力するために、演算増幅器５０５を制御するよう与えられる設定電圧であり、また少なくともあるレベルの電流（例えば、ＩＱ）も制御できるよう与えられた設定電圧である。ＭＯＳＦＥＴ５１０を通って流れるある量の電流を制御することによって、Ｒｓｅｎｓｅを通って電源４３５に流れる適宜の電流を生じさせる。電源４３５は、最終的に機器４００に電源を供給する分巻調整器とすることができる。
【００６９】
抵抗Ｒｆｅｅｄｂａｃｋは、演算増幅器５０５の負入力にフィードバックを与えることができ、一端がＭＯＳＦＥＴ５１０のソースＳとＲｓｅｎｓｅの間に接続され、他端が演算増幅器５０５も負入力に接続されるものとして示されている。演算増幅器５０５の負入力は、パワーレート変化リミッタ４５０と振幅リミッタ４５５を介して処理ユニット４０５からの電力制御調整信号を受けるローパスフィルタ５１５に接続することができる。ローパスフィルタ５１５は、図示のように、二つの抵抗Ｒｆｉｌｔｅｒと容量Ｃｆｉｌｔｅｒを含むことができる。電力制御調整信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号とすることができ、実質的に、ローパスフィルタ５１５を通過したときに、ＭＯＳＦＥＴ５１０を通る電流を制御し、従って電源４３５に供給される電流を制御する演算増幅器５０５の出力を調整可能に制御（制御信号としてのＶｒｅｆから演算増幅器５０５に供給される電圧レベルに関して）可能な直流電圧値となる。なお、電力制御調整信号は、接地ＧＮＤを基準とせず、むしろ電源４３５のハイサイドを基準とする。このように、演算増幅器５０５の負入力に与えられる信号は、演算増幅器５０５にＶｒｅｆによって与えられる信号に対してオフセット信号と考えることができる。
【００７０】
図５に示すように、機器４００の安定動作電流ＩＱ（例えば、制御信号Ｖｒｅｆによる）は、例えば、可変電流Ｉｖ（例えば、電力制御調整若しくはオフセット信号によって）で電源４３５に出力される。従って、Ｉｖは、電源４３５に供給される電流全体のレベルを増減することができる（演算増幅器５０５の負入力に与えられるオフセット信号に応じて）。従って、電力制御調整信号は、機器４００が使用可能な総電力を調整することができる。
【００７１】
電源４３５に供給する調整可能な電流調整器４４５の他のより簡単でより低い精度の実施例は、調整可能な電流源６００として図６に示されている。この実施例の一部として、低電流調整器４４０からの安定電流ＩＱは示されていない。実際に、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス通信プロトコルは、現場装置の電源に供給されるべき電流源からのより低い精度の値を許容する。図６に示すように、Ｖｍ（例えばネットワーク４２０のバス電力からの電圧源）は、抵抗Ｒｓｅｎｓｅ及び、電源４３５に可変電流レベルＩＶを供給するＰＮＰトランジスタ６０５を介して接続されている。トランジスタ６０５は、エミッタＥ、ベースＢ及びコレクタＣを有しており、レジスタＲｓｅｎｓｅは、Ｖｍとトランジスタ６０５のエミッタＥ間に接続される。さらに、可変電流ＩＶは、トランジスタ６０５のコレクタＣによって制御され、電源４３５に供給されることができる。
【００７２】
図６の回路は、さらにコレクタＣ、ベースＢ及びエミッタＥを有するＮＰＮトランジスタ６１０を含むことができる。Ｒｓｅｎｓｅを流れる電圧及びＶＢＥ（トランジスタ６０５のベースＢ及びエミッタＥ間の電圧）の和は、Ｒｒｅｆを流れる電圧に等しい。また、抵抗ＲＥはトランジスタ１６０のエミッタＥと接地ＧＮＤ間に接続されることができる。ＲＥを流れる電圧は、Ｒｒｅｆを流れる電圧とほぼ等しくすることができる。このように、トランジスタ６０５は、トランジスタ６１０のコレクタＣ及び抵抗Ｒｒｅｆ間のノードにおける電圧によって決定される電気信号によって制御することができる。
【００７３】
図５に示す図と同様に、処理ユニット４０５によって発生される電力制御調整信号（パワーレート変化リミッタ４５０及び振幅リミッタ４５５を介して）は、ローパスフィルタ６１５を通して調整可能な電流源６００に入力することができる。ローパスフィルタ６１５は、図示のように、二つの抵抗Ｒｆｉｌｔｅｒ及び容量Ｃｆｉｌｔｅｒを含むことができる。さらに、電源制御調整信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号とすることができ、ローパスフィルタ６１５を通って流れるときに、電源制御調整信号は実質的にトランジスタ６１０のベースＢへの電流を調整可能に制御できる直流電圧値となり、トランジスタ６１０は上記のように自体がＲｒｅｆに流れる電圧に直接関連したＲＥを流れる電圧に直接関連することができる。上記のように、Ｒｒｅｆを通る電圧は、トランジスタ６０５を介して流れる電流、従って電源４３５に供給される電流を制御することができる。従って、電力制御調整信号は、機器４００が使用可能な全体の電力を調整することができる。
【００７４】
なお、電流／電圧調整スキームを含む電力制御技術は周知であり、多くのアナログ及びデジタル回路装置によって実施可能である。図５，６に示した回路は、単にアナログ電流制御回路の二つの実施例を示すものである。なお、図５，６に示すアナログ回路は、ＤＳＰチップ内又はデジタル回路のソフトウェアによって実施可能である。さらに、種々の他の回路部品を、図５，６に示す回路（ノイズフィルタ及び極性の問題を解消するためのダイオード等）に付加することができ、図５，６に示す構成部品は適当で有れば選択的に取り除かれ、再配置し、グループ化し、組み合わせ、他の構成部材で補足若しくは置き換えることができる。
【００７５】
図７に関して説明すると、この図はタスク−電力関係チャート７００を示している。これらの関係は、送信機が運転／処理される機能（タスク）の数及びタイプに基づいて特定の送信機によって必要とされ得る電力の正確な予測を提供することができる。理解されるように、電力の変化はソフトウェアに関連し、若しくはハードウェアに関連している。例えば、チャート７００は、「１秒ループセンサ読み取り更新(1-second looped sensor reading update）」機能（７０５で示す）は、処理のために２ｍＷの電力を必要とする。例えば「０．５秒ループセンサ読み取り更新(0.5-second looped sensor reading update)」等の異なる処理速度（７１０に示す）は、異なる電力量を必要とする（この場合にはサンプルレートが増加しているのでより大きな電力（３．５ｍＷ）が必要である）。実際、より高い速度の処理は、一般に、付加的な電力を必要とする（処理が、サンプリング又は演算等を含んでいるか否か）。さらに、送信機は、ネットワークを通して更新されたセンサの読みの更新に対応したデータを送信するために５ｍＷの電力を必要とする（７１５に示す）。さらに、制御ステーション３２５からダウンロードした新しいソフトウェアをフラッシュメモリ４１５に書き込む等のソフトウェアの更新（７２０に示す）には、４ｍＷの電力を必要とする。
【００７６】
さらに、機器４００（またはいくつかの機器）にプロセス制御機能を割り当てることは、機器がプロセス制御システムの制御機能を処理するためにより大きな電力を使用することを必要とする。プロセス制御システムの制御は、プロセス制御システムに連関した制御ステーション３２５がない場合には、例えば個別の送信機又は複数の送信機によって行われる。従って、制御機能ブロック（７２５に示す）は、例えば１０ｍＷの電力を必要とする。また、ハードウェアの追加（７３０に示す）及び異なるタスク（７３５に示す）処理速度の増加は図７に示す付加的な電力を必要とする可能性がある。
【００７７】
一旦特定の送信機によって取り扱われる機能の数及びタイプがわかると、送信機が必要とする消費電力量を予測することができる。従って、電力モジュール４２５により機器４００に供給される電力は、（電力制御モジュール４３０によって供給された電力等の調整による）送信機の予測される電力消費要求を満足するように調整される。この送信機毎又は全システムベースの調整は、重い処理を実行するための送信機の電力の増加及び軽い処理の実行するための電力を減少させる。
【００７８】
チャート７００内に示すタスク−電力関係データは、制御ステーション３２５、送信機又はその双方に格納することができる。このように、送信機自体は電力モジュール４２５による適当な電力供給を制御することができ、制御ステーション３２５は、各送信機に対する電力モジュール４２５による適当な電源供給を制御することができる（例えば、電力モジュール４２５による電力供給を調整するために各個の送信機にあて電力制御信号を送信することによって）。さらに、使用される電力電流の計算、電力容量、使用可能な電力及び所要電力の増減は、制御ステーション３２５、送信機４００又はその双方により計算される。
【００７９】
図７に示すタスクは相互に独立している（従って、所要電力は加算されることを示唆している）が、タスクの中には、共生的に処理され組み合わせられたタスクの完了に必要な総電力を減少させる容量で処理されるものもある。いくつかのタイプのタスクは同時に又はリソースを分け合って処理することができ、タスクの個別の処理により少ない電力を必要とする。このように、リソースを分けあうタスクにおいて消費される低減された電力を計算するための種々の方法を、送信機によって要求され／使用される電源を予測するために使用することができる。
【００８０】
図８Ａ、８Ｂに示す現場装置の送信機（即ち機器４００）は電力を管理するための処理８００，８５０を示している。図８Ａに示すように、機器４００又は制御ステーション３２５は、新しい機能（又はタスク）を機器４００によって処理するように要求することができる（ステップ８０５）。これは、オペレータが増加するプロセス制御システム２００の制御又は監視を特定したとき又は他の送信機からの機能が再割り当てされた時に実行される。
【００８１】
次に、ネットワークブランチ２３０（又はネットワーク２１５）の電力、機器４００により現在消費されている電力及び新しい機能を処理するための電力が決定される（ステップＳ８１０）。なお、評価は、ハードウェア（例えば、動作するための電力消費）及びソフトウェア（例えば、処理のための電力消費）を決定する。次いで、機器４００が新しいタスクを処理するための電力を供給することができるかどうかを判断する（ステップＳ８１５）。機器４００が新しいタスクを処理するための電力が供給できないと判断された場合、タスクは機器４００によって拒絶することができる（ステップ８２０）。例えば、ネットワークブランチ（即ち、支線）２３０において使用可能な最大電力はすでに割り当てられているので、機器４００を配置する際により大きな電力を使用することはできず、機器４００がタスクを処理するための電力を獲得することができないので、タスクは拒絶される。他の例として、機器４００が現在いくつかの処理を、より大きな電力の供給を受けることができない状態で処理している場合（例えば、容量及び安全性の理由で）、タスクは機器４００によって拒絶される。より具体的には、機器４００は、ネットワークバス電力から引き出される２０〜３０ｍＡの範囲の電力調整を行うように設計されており、機器４００はすでに２９ｍＡのアンペア数で動作しており（例えば、処理機能）、付加的なタスクが３０ｍＡの電流の引き出しを生じる可能性があり、従って機器４００によって拒絶しなければならない。
【００８２】
機器４００に新しいタスクの処理に使用可能な電力が有ると判断された場合、タスクは受け入れられ、機器４００の新しい電力レベルが予測される（ステップ８２５）。新しい電力レベルは、処理と図７に示すタスク−電力関係チャートと同様のルックアップテーブルを用いて選択され、機器４００への電力供給は新しいタスクを処理するために必要な予測された電力に対応するために増加される。機器４００に関して選択された新たな電力が選択されると、電力制御モジュール４３０は機器４００に供給される電力を調整する（ステップ８３０）。
【００８３】
機器４００は、その電力レベルの調整を取り扱うように設計されている場合、処理ユニット４０５は電力レベルの調整を計算し、ステップ８２５において決定された特定の量により電力制御モジュール４３０に機器４００に供給される電流を調整させる。また、制御ステーション３２５は、ステップ８２５において新たに決定された電力レベルを達成するために必要な電力レベルの調整量に対応する電力制御信号を発生することができ、電力制御信号を、ネットワーク４２０を介して特定の機器４００に送信する。電力制御信号からの情報に対して作用する処理ユニット４０５は、電力制御モジュール４３０に機器４００の電源４３５に供給される電力レベル（例えば、電流）の調整を行わせる。その結果、他の現場装置２０５に対して利用可能な電力は、減少若しくは増加して、最適な電力消費にために必要な電力の再調整を他の現場装置２０５に要求する。
【００８４】
例えば、処理ユニット４０５は、電力制御モジュール４３０にステップ８２５において決定された特定の量を判定することによって機器４００に供給される電流を増加させる。そのためパワーレート変化リミッタ４５０によるレート（例えば、１ｍＡ／ｍｓ）で電流は増加する。電力変化のレートに制限された時に、電力調整は完了までに時間を要する。従って、機器４００は、新しいタスク（ステップ８３５）の実行以前に新しい電力レベルに到達するまで待つ。一旦新しい電力レベルが調整されると、機器４００は新しいタスクの処理を開始することができる（ステップ８４０）。
【００８５】
図８Ｂに関して説明すれば、対応する電力低減処理８５０（例えば、「タスクの停止／電力の低減」の要求処理）が示されている。このプロセスは例えば機器４００に対する使用可能な電力の低減が望まれ、必要とされる場合又は送信機から機能又はタスクが削除される時（例えば、タスクが他の機器４００に再割り当てされ、若しくは全て削除されたとき）に用いられる。
【００８６】
このように、機器４００又は制御ステーション３２５は、ある機能又はタスクを機器４００から削除するか他に移すように要求することができる（ステップ８５５）。若しくは、機器４００又は制御ステーション３２５は、電力をあるレベルで低減させ（ステップ８６０）及びタスク（又は複数のタスク）を機器４００から削除するか他に移すためにそれらを選択することによって放棄するように要求することができる（ステップ８６５）。
【００８７】
いずれにせよ、必要とされるタスクの処理は停止される（ステップ８７０）。一度そのタスクが処理されないと、機器４００が利用できる電力は低減される（ステップ８７５）。図８Ａに示した処理と同様、該低減させた電力レベルは、ある処理及び図７に示すようなルックアップテーブルを用いることで選択することができる。あるいは、該低減された電力レベルが既知であれば（例えば、ステップ８６０において選択された時）、機器４００への利用可能な電力はそのレベルへ低減される。
【００８８】
機器４００において使用可能な電力を新しい低減された電力レベルに減少させるために、電力制御モジュール４３０は、電流／パワーレート変化リミッタ（例えば、１ｍＡ／ｍｓ）に従ったレートで機器４００に供給される電力を調整することができる。
【００８９】
図８Ａ及び８Ｂに概略を示した処理ステップは、機器４００、制御ステーション３２５，ネットワーク４２０に接続されたポータブルコントローラ又はそれらの全ての組み合わせによって実行することができる。付加的に、処理ステップは、適当な場合には選択的に反復、スキップ、除去、再配置、グループ化、組み合わせ、ネストされたループ化、他のステップによる補完、サブルーチンへの配置又はランダム化することができる。
【００９０】
図９に関して説明すれば、電力の配分及び／又はプロセス制御システム２００のネットワーク２１５に接続された送信機４００間の電力消費機能は、手順９００に従って改良される。上記に説明したように、電力配分及び／又はプロセス制御システム２００の電力消費機能の最適化は、標準動作のための電力を見積もり損なうことなくプロセス制御システム２００の効率及び容量を改善することができる。換言すれば、ネットワークに接続された装置は、その時々に割り当てられる全てのタスクを行うのに必要な最小電力消費のために特に設計する必要はない。電力及び／又は電力消費機能は、ある送信機４００の特定の要求に適応するため及びネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０を通る電力消費を最適化するために必要とされた場合に再配分される。
【００９１】
電力の配分及び／又は送信機間の電力消費機能の最適化は、ネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０に接続された機器４００の初期電力要求を決定することによって開始される（ステップ９０５）。初期電力要求の決定は、ネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０に接続された各機器４００をポーリングして、行う必要のある機能又はタスクに基づいて機器４００の電力要求を判定する。前述のように、各機器４００は、独自のアドレスによって識別が可能である。ポーリングは、電力の配分及び／又は送信機間の電力消費機能の最適化のための処理を行う能力を持つ制御ステーション２１０又は他の機器４００によって開始される。また、初期電力要求は、ネットワーク２１５に接続された全ての機器の電力消費タスクのスケジュールにアクセスすることによって決定することができる。タスクのスケジュールは、制御ステーション２１０又は他の記憶装置及び／又はプロセス制御システム２００に連関された処理装置によって保持される。
【００９２】
制御ステーション２１０又は電力分配及び／又は送信機間の電力消費機能の最適化のための処理を行う能力を有する全ての機器４００は、ネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０に接続された全ての現場装置２０５初期の（即ち、最適化前の）電力消費を決定することができる（ステップ９１０）。初期電力消費の決定は、各機器４００によって現在消費される電力を決定するためにネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０に接続された送信機４００をポーリングすることによって行うことができる。例えば、各機器４００は、電力消費レベルを決定することができる電力レベル検出回路を有することができる。この情報は、いずれの送信機４００が追加のタスクを実行するために現在より大きな電力を消費できるか（例えば定格量）の判定やいずれの送信機４００が最大特定レベルに近い（又はそれ以上）の消費電力を消費しているかの判定に用いられる。さらに、実ネットワーク２１５を構成しているワイヤの抵抗により消費される電力は、該ネットワーク２１５を横切る電力消費を査定するために、より正確に測定される。
【００９３】
次に、例えばネットワーク電源２２０又は電源バリア２２５に供給される使用可能な電力が決定される（ステップ９１５）。このステップの結果によって、ネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０に接続された送信機４００間に分配される最大の使用可能な電力の決定を可能とするとともに分配のために使用可能な未使用電力があればその決定を可能とする。
【００９４】
注目する送信機４００の初期電力要求及び初期電力消費（例えば、付加又は引き出される）及びネットワーク２１５又はネットワークブランチ２３０の使用可能な電力が決定されると、電力の再配分及び／又はネットワーク２１５と接続された送信機４００間の電力消費機能が開始できる。
【００９５】
例えば、電力消費タスクは、ネットワーク２１５を通る送信機４００間の電力負荷の最適なバランスのために再割り当てすることができる（即ち一つの送信機から取り除き、他の送信機に割り当てる）（ステップ９２０）。これは制御ステーション２１０又は対応機器４００によって制御される。実際の処理は、処理ユニット４０５によって処理されるタスクの数を減少させるために一つの機器４００のソフトウェアのアップグレード、及び処理ユニット４０５によって処理されるタスクの数を増加させるために他の機器４００のソフトウェアのアップグレードを含んでいる。
【００９６】
他の電力管理方法によれば、送信機４００の電力制御モジュール４３０は、ネットワーク２１５に接続されたプロセス処理装置間のシステムをバランスさせる容量で電力負荷が分散されるように、個別の送信機４００の使用可能な電力を調整するために制御される（例えば、制御ステーション２１０又は全ての他の能力を備えた機器４００によって）。（ステップ９２５）これには、この「スペア」の電力を必要としない送信機４００に現在割り当てられている電力を中断する（例えば機器４００の電源４３５に送られる電力を低減させるために電力制御モジュール４３０を制御する）ことを含めることができる。
【００９７】
なお、ステップ９０５〜９２５は、個別に実行することもできるが、個別の送信機４００及びプロセス制御システムの最適な電力管理を達成するために組み合わせることもできることも理解するべきである。さらに、図９に示す処理ステップは、適当であれば選択的に反復し、スキップし、除去し、再配置し、グループ化し、組み合わせ、ネストされたループ化し、他のステップで補足し、サブルーチンに配置し又はランダム化することができる。
【００９８】
さらに、上記に説明し、例えば図８Ａ、８Ｂ及び９に図示した電力管理プロセスは、プロセス制御システムの初期構成中に実行することもでき、またプロセス制御システムの動作中に実行することもできる。実際に、電力管理プロセスは、プロセス制御システムに追加の現場装置２０５又はネットワークブランチ２３０が導入されたとき、又は既存の現場装置２０５又はネットワークブランチ２３０が交換されたときに実行される。
【００９９】
上記の説明に基づいて、プロセス制御システムのネットワークに接続された各個の送信機によって消費される電力の個別の制御は、例えばプロセス制御システムに関する追加の機能をある送信機が処理を可能とすることができる。さらに、プロセス制御システム全体に関して、ネットワークに接続された個別の送信機による電力消費の個別の制御は、例えば、ネットワークに接続された装置間で供給された電力の最適な分配を可能とすることができる。
【０１００】
ある場合には、現場装置２０５は、追加の電力を要求することができる。例えば、プロセス技師が、より正確な読み取り又はより多くのサンプルの読みを提供する温度センサ等の特定のセンサタイプの装置またはより大きな制御を提供するバルブポジショナ等のアクチュエータタイプの装置を必要とする場合、特定の装置２０５は、付加的な電力消費機能又はタスクを実行するために調整することができる。より詳細な例として、バルブポジショナ装置がより大きな度合いの制御を行うように調整されると、追加のソフトウェアブロックを装置２０５にダウンロードする必要があり、装置２０５の機器４００によって実行される。より大きな度合いの制御は、また、機器４００のクロック発生器４１０のクロックレートを増加させる必要が生じる可能性がある。従って、ソフトウェアのダウンロード／アップグレード、追加のソフトウェアブロックの処理及びクロックレートの増加は、全て追加の電力を必要とする可能性がある。
【０１０１】
例えば、追加の電力は、装置２０５の機器４００のソフトウェアが変更された時（例えば、アップグレード、ダウンロード又はプログラム可能に調整された時）に、必要となる。従って、制御ステーション２１０は、ソフトウェアが変更された特定の装置２０５に電力調整信号を出力することができる。電力調整信号は、電力制御モジュール４３０の出力のパワーレート変化リミッタ４５０及び振幅リミッタ４５５のパラメータの範囲で増加を機器４００に生じさせる可能性がある（例えば、一時的にはソフトウェアがアップグレードされている間、又は無期限で、追加のタスクの処理に適応して）。機器４００に供給された電力レベルは、例えば、固定値、選択された値によって、若しくはオペレータ又は制御ステーション２１０のソフトウェア又は現在の電力要求に従って機器４００によって決定された値によって決定される設定値を増加させることができる。
【０１０２】
追加の電力消費サービス（例えば、ソフトウェアのアップグレード）は、スペア電力として、現在使用可能な電力よりも大きな電力を必要とする場合、時折他の現場装置２０５のいくつかは、追加の電力消費サービスを実行する装置２０５により多くの電力を開放するために電力消費を低減するように要求される。
【０１０３】
現場装置２０５に対する調整（即ち、電力の低減／増加及び検出／制御調整）は、手持ち又は携帯用現場コントローラを用いた技術によって現場において行われる。若しくは、現場装置２０５は、制御ステーション２１０によって送られる電力調整信号によって調整することができる。さらに、調整は制御ステーション２１０からダウンロードされた電力管理ソフトウェアを用いて行われ、ソフトウェアは現場装置２０５の機器４００に格納することができる。
【０１０４】
ネットワーク２１５の電源２２０（又は電源２２０若しくは電力バリア２２５）からは有限量の電力のみが使用可能な可能性が与えられると、現場装置２０５の電力消費負荷を最適化することが望ましい可能性がある。各現場装置２０５及びネットワーク２１５の物理的に有線接続された部材は、電力を消費する傾向がある。プロセス制御システム２００の各コンフィギュレーションは独特であり（例えば、現場装置２０５の数、現場装置２０５の配置等によって）、プロセス制御システム２００の電力負荷の均衡は、プロセスの制御におけるより高い効率を引き出すことができる。従って、より多くの現場装置２０５を、電力消費レベルに悪影響を与えず、ネットワーク２１５全体の再構成を必要とせずに、既存の構成に追加することができる。
【０１０５】
図１０には、電力負荷の均衡を必要とするネットワーク接続されたプロセス制御システム１０００の構成が示されている。プロセス制御システム１０００は、ネットワーク２１５及び制御ステーション２１０を含んでいる。さらに、プロセス制御システム１０００は、電力バリア１０１５を有するネットワークブランチ１００５と、それに接続された二つの現場装置２０５と電力バリア１０２０を有するネットワークブランチ１０１０とそれに接続された三つの現場装置２０５を含んでいる。電力バリア１０１５及び１０２０が各ネットワークブランチ１００５及び１０１０のそれぞれに同一で、限られた量の電力を供給すると、ネットワークブランチ１００５及び１０１０に接続された現場装置２０５の各送信機は、通常（最適化前には）同量の電力を消費し、ネットワークブランチ１０１０の電力負荷は、ネットワークブランチ１００５の電力負荷よりも大きい。
【０１０６】
一般に、現場装置２０５の全ての機器４００に関して、上記のように、多数の機能が、処理ユニット４０５によって処理される。このように、第一の送信機が第二の送信機よりもより多くの機能（例えば、ソフトウェアブロック）を処理すると、第一の送信機は、より早く動作しなければならず、より多くのパラメータを処理するためにより高いクロックレートを必要とし、ネットワーク２１５を介してこれらのパラメータの対応するデータを送信しなければならず（バス通信レートは変化しないので）、少なくともより長い期間動作しなければならない。これらの処理デューティの増加や、より高いクロックレートは、より多くの電力を必要とする。さらに、ネットワーク２１５を介してより大きなデータを送信するために、より大きな帯域幅を必要とし、従って追加の電力が必要となる可能性がある。そのため、機器４００は。処理に必要な機能の数及びタイプに応じてより多く又はより少ない電力が必要となる。
【０１０７】
このように、ネットワークブランチ１００５に接続された現場装置２０５の送信機により多くのプロセス制御機能（例えば、ソフトウェア処理）を追加し、ネットワークブランチ１０１０に接続された現場装置の送信機のプロセス制御機能を低減させることによって、電力バリア１０１５、１０２０及び送信機の負荷を最適化することが望ましい。従って、ネットワークブランチ１００５に接続された個別の現場装置２０５は、個別の現場装置２０５よりも大きな電力を使用し、従って、ネットワークブランチ１００５，１０１０の電力負荷が相互により良くバランスされる。
【０１０８】
さらに、いずれの現場装置２０５によっても実行可能なプロセス制御タスク（例えば、ソフトウェア機能）がある。これらのプロセス制御タスクは、全ての現場装置２０５によって実行される必要はない。このように、これらのプロセス制御タスクは、他の現場装置２０５よりも電力消費の少ない現場装置２０５に割り当てられるか、若しくは、より多くの余剰電力を有するネットワークの支線上の現場装置２０５に割り当てられる（現場装置２０５はこれらの追加のソフトウェア機能を行うためにより大きな電力を使用することができるので）。
【０１０９】
図１１には、電力負荷のバランスを必要とするネットワーク接続されたプロセス制御システム１１００の構成の他の実施例が示されている。遠隔装置１１０５が、他の近くの現場装置２０５と比較して電源２２０又は制御ステーション２１０から非常に遠い位置にあり、従ってネットワーク２１５の長い部分１１１０内の線損失を克服するためにより大きな電力を必要とする場合に、電力負荷の最適化を必要とする他の状況が生じる。この問題を克服する一つの方法は、遠隔装置１１０５からある処理機能を除くことであり、従って、電力要求及び消費を低減させる。遠隔装置２０５から除かれた処理機能は、（最大パワーレートの範囲で）プロセス制御システム１１００の電力負荷を最適化するために近くの現場装置２０５に割り当てられる。
【０１１０】
なお、図１０及び１１に関して説明した電力バランス状況は特に図８Ａ、図８Ｂ及び図９に関して上記に説明した電力管理技術によって調整される。従って、個別の送信機への電力供給は、例えば個別の送信機のニーズとプロセス制御システム全体（又はその部分）のニーズがバランスするように制御することができる。
【０１１１】
現場装置２０５及びプロセス制御システムのポテンシャルをフルに発揮させるために、現場装置２０５における電力消費を最小化することが望ましい。電力消費を最小化することによって、支線毎の最大電力制限を持つ一本のマルチドロップケーブルにより多くの現場装置２０５を含めることができる。さらに、平均電力消費は、現場装置２０５の初期起動後に、必要に応じて電力を消費する要素を追加することによって最小化することができる。こうした要素は、例えば、機器４００を再プログラムする能力（例えば、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス標準に従って設計された、いくつかの現場装置に見られるＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバスメディアアクセス（Fieldbus Media Access）の再プログラミング）、最小セットを超える追加のコンピュータ化ブロック（例えば、送信機機能）を追加する能力、及び処理ユニット４０５のクロックレート比を増加させることによって送信機のスループットを増加させる能力を含むことができる。これらの要素は、要素の処理中の短時間にのみ、若しくは現場装置２０５が動作中無期限に電力消費を増加させる。一旦現場装置２０５に初期電力が与えられ、現場装置２０５への通信が確立されると、現場装置２０５の電力が制御される。ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（商標）フィールドバス標準は、現場装置２０５によって消費される電流が特定の時間内（起動後）に安定値に到達し、その後通信電流変調に比較して特定の低いレート以下（例えば、約１ｍＡ／ｍｓ）のレートで変化する。従って、電力は上記の要領で電力が調整される限り、追加の要素に一致するレベルを達成するために、上記のように調整される。
【０１１２】
いくつかの実施例を、図面を参照しながら説明したが、特許請求の範囲に記載した範囲内において形状及び詳細において種々の変更が可能であることは当業者に理解されるであろう。例えば、送信機４００に供給される電源は、プロセス制御システムから分離され、その外部の電源であるが、使用可能な電力及び送信機４００によって配分及び使用可能な電力には未だに制限がある。従って、ここで説明した可変電力要素は、外部の制限された電源によってシステムに適用可能であり、有利である。さらに、ここで説明する可変電力要素は全てのタイプの電力供給方法（例えば、電圧及び電流）及び全てのタイプの電力分配／送信方法（例えば、二線、バス、ケーブル及び光ケーブル）を用いるシステムに適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】プロセス制御システムのブロック図である。
【図２】図１のプロセス制御システムのプラント全体のネットワークの実施例のブロック図である。
【図３】図１のシステムの現場装置のブロック図である。
【図４】図３の現場装置の送信機部のブロック図である。
【図５】図４の送信機の可変電力ユニットの回路図である。
【図６】図４の送信機の可変電力ユニットの他の回路図である。
【図７】機器の機能と電力消費の関係を示す図である。
【図８Ａ】図８Ａは、ネットワーク接続されたプロセス制御システムに接続された送信機の電力管理処理のフローチャートである。
【図８Ｂ】図８Ｂは、ネットワーク接続されたプロセス制御システムに接続された送信機の電力管理処理のフローチャートである。
【図９】プロセス制御システムのネットワークに接続された機器間の電力及び／又は電力消費機能の配分を改良するための処理のフローチャートである。
【図１０】電力負荷が最適化されたネットワーク接続されたプロセス制御システムの構成の一例を示す図である。
【図１１】電力負荷が最適化されたネットワーク接続されたプロセス制御システムの構成の他例を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
2004531790.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004531790.tif 000066
【国際調査報告】
2004531790.tif 000067
2004531790.tif 000068
2004531790.tif 000069
2004531790.tif 000070
2004531790.tif 000071