(57)【要約】プロセス制御システムにおけるバルブのための無線位置変換器が、バルブのアクチュエータの動きまたは位置を、アクチュエータの位置を示す値を含む無線信号に変換する。変換器は、例えば無線ＨＡＲＴプロトコルを使用することなどによって、無線信号を無線通信チャネル上でバルブコントローラに送信させる。無線通信チャネルは、変換器とコントローラとの間の排他的接続であり、変換器は、局所再充電可能なエネルギー蓄積デバイスによって電力を入れられる。コントローラは、無線信号に含まれる値に基づいてバルブを制御する。変換器はまた、無線信号をプロセス制御システムの制御ホストに送信させ得る。【選択図】図１
2016509653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バルブのアクチュエータの動きを前記アクチュエータの位置を示す値に変換する工程であって、
前記変換する工程が、無線位置変換器によって行われ、
前記無線位置変換器が、前記バルブにつながれる、変換する工程と、
信号のフィールドを前記アクチュエータの前記位置を示す前記値で（データ）追加する工程であって、
前記無線位置変換器によって行われる、（データ）追加する工程と、
前記信号を前記バルブの電空コントローラに無線で送信させる工程であって、
前記信号を無線で前記送信させることが、前記無線位置トランスミッタによって行われ、
前記バルブの前記電空コントローラが、前記信号に含まれる前記（データ）追加された値に基づいて排他的に前記アクチュエータの位置を決定し、
前記バルブの前記電空コントローラが、前記アクチュエータの前記決定された位置に基づいて前記バルブを制御する、送信させる工程と、を含む、方法。
【請求項２】
前記無線位置変換器に含まれるまたは前記無線位置変換器に近接したエネルギー蓄積デバイスによって前記無線位置変換器に電力を入れる工程を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
太陽エネルギー、エネルギー源に対する前記エネルギー蓄積デバイスの一時的な接続、局所振動もしくは運動からの回収エネルギー、または近接充電器からの誘導のうちの少なくとも１つを使用することによって、前記エネルギー蓄積デバイスを再充電する工程を更に含む、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記信号を無線で送信させる工程が、前記信号を無線通信チャネル上で、無線で送信させる工程を含み、前記無線通信チャネルが、前記無線位置変換器と前記電空コントローラとの間の排他的接続である、請求項１〜３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記信号を無線で送信させる工程が、無線メッシュ通信ネットワーク上でＨＡＲＴ無線プロトコルを使用して前記信号を無線で送信させる工程を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
プロセスプラントの制御ホストに無線通信ネットワークを使用して前記信号を無線で送信させる工程を更に含み、前記プロセスプラントが、前記バルブおよび前記電空コントローラを含む、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
プロセス制御システムにおける使用のための位置変換器であって、
制御デバイスにつながれたアクチュエータの位置を検出する位置センサであって、前記制御デバイスが、前記プロセス制御システムにおいて動作しているプロセスを制御する際に使用される、位置センサと、
前記アクチュエータの前記位置を示す無線信号を送信する通信インターフェースであって、
前記通信インターフェースが、無線通信チャネルにつながれ、
前記無線通信チャネルが、前記位置変換器と前記制御デバイスのコントローラとの間の排他的接続を形成する、通信インターフェースと、
前記通信インターフェースに電力を入れる再充電可能なエネルギー蓄積デバイスと、を備える、位置変換器。
【請求項８】
前記無線信号が、前記制御デバイスの前記コントローラまたは制御システムホストもしくは前記プロセス制御システムのうちの少なくとも１つに送信される、請求項７に記載の位置変換器。
【請求項９】
前記無線信号に含まれるフィールドの値が、前記アクチュエータの前記位置を示し、前記無線信号の受信側が、前記無線信号に含まれる前記フィールドの前記値に排他的に基づいて、前記アクチュエータの前記位置を決定する、請求項７〜８のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１０】
前記無線信号が、無線ＨＡＲＴプロトコルに従う、請求項７〜９のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１１】
前記無線通信チャネルが、前記プロセス制御システムの私的無線メッシュ通信ネットワークに含まれる、請求項７〜１０のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１２】
前記無線信号が、前記無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって定義されたスケジュールに従って送信される、請求項７〜１１のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１３】
前記位置センサが、ポテンショメータ、磁気センサ、圧電変換器、ホール効果センサ、またはストリングポテンショメータのうちの少なくとも１つを含む、請求項７〜１２のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１４】
前記制御デバイスがバルブである、請求項７〜１３のいずれかに記載の位置変換器。
【請求項１５】
バルブコントローラであって、
バルブに対応する制御信号を受信するための第１の入力と、
無線通信チャネル経由で無線位置変換器から無線位置信号を受信するための第２の入力であって、前記無線位置信号が、前記バルブのアクチュエータの位置を示す、第２の入力と、
前記制御信号および前記無線位置信号に基づいて前記バルブコントローラによって決定される駆動信号を送信して、前記バルブの前記アクチュエータを制御する出力と、
前記無線通信チャネルが、前記無線位置変換器と前記バルブコントローラとの間の排他的接続である、バルブコントローラ。
【請求項１６】
前記制御信号が、無線ＨＡＲＴプロトコルに従うこと、
前記無線位置信号が、前記無線ＨＡＲＴプロトコルに従うこと、
前記第１の入力が、無線メッシュネットワークに通信可能に接続され、前記制御信号が、前記無線メッシュネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って受信されること、あるいは
前記第２の入力が、前記無線メッシュネットワークに通信可能に接続され、前記無線位置信号が、前記無線メッシュネットワークの前記ネットワークマネージャによって生成された前記スケジュールに従って受信されることのうちの少なくとも１つである、請求項１５に記載のバルブコントローラ。
【請求項１７】
前記無線位置信号が、無線ＨＡＲＴプロトコルに従う、請求項１５〜１６のいずれかに記載のバルブコントローラ。
【請求項１８】
前記無線通信チャネルが、無線メッシュネットワークに含まれ、前記無線位置信号が、前記無線メッシュネットワークのネットワークマネージャによって生成されたネットワークスケジュールに従って受信される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のバルブコントローラ。
【請求項１９】
前記バルブコントローラが、前記無線位置信号に含まれるフィールドの値に基づいて前記駆動信号を決定する、請求項１５〜１８のいずれかに記載のバルブコントローラ。
【請求項２０】
前記無線位置変換器が、前記コントローラとは異なる環境に位置する、請求項１５〜１９のいずれかに記載のバルブコントローラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、バルブに関するものであり、より詳細には、プロセス制御システムにおいてバルブとコントローラを無線でつなぐ方法および装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子制御デバイス（例えば、電空コントローラ、プログラム可能なコントローラ、アナログ制御回路等）は、典型的には、プロセス制御デバイス（例えば、制御バルブ、ポンプ、ダンパー等）を制御するために使用される。これらの電子制御デバイスは、プロセス制御デバイスの特定の動作をもたらす。安全性、費用効率、および信頼性の目的のために、多くの周知のダイヤフラム型またはピストン型の空気式アクチュエータが、プロセス制御デバイスを作動させるために使用され、典型的には、電空コントローラによってプロセス制御システム全体につながれる。電空コントローラは、通常、１つ以上の制御信号を受信して、それらの制御信号を空気式アクチュエータに提供される圧力に変換して、空気式アクチュエータにつながれたプロセス制御デバイスの所望の動作をもたらすように構成される。例えば、プロセス制御ルーチンが、空気圧で作動されるバルブに、より大きな量のプロセス流体を通過させることを要求する場合、バルブと関連した電空コントローラに印加される制御信号の大きさは、（例えば、電空コントローラが、４〜２０ｍＡの制御信号を受信するように構成される場合において、１０ミリアンペア（ｍＡ）から１５ｍＡまで）増加され得る。
【０００３】
電空コントローラは、典型的には、空気圧で作動される制御デバイスの動作応答を検知するか検出するフィードバック検知システムまたは素子（例えば、位置センサ）によって生成されたフィードバック信号を使用する。例えば、空気圧で作動されるバルブの場合において、フィードバック信号は、位置センサによって測定されるか決定されるようなバルブの位置に対応するフィードバック電流信号である。典型的には、バルブの位置に対応するフィードバック電流信号は、有線接続によってコントローラに送信され、バルブの位置は、コントローラの２つの入力における抵抗にわたる電圧差に基づいてコントローラによって計算される。
【０００４】
いくつかのシステムにおいて、空気圧で稼働されるバルブは、電気アイソレータと電空コントローラの両方に有線方式で接続される。電気アイソレータはまた、電空コントローラに有線方式で接続される。そのようにして、バルブは、コントローラに対して直接的に第１の接続と、電気アイソレータを通してコントローラに対して第２の接続と、を有する。電気アイソレータは、３つ又のＡＣ電力供給部からバルブとコントローラの両方に電力を提供して、バルブからのフィードバック電流信号を、抵抗を通じてコントローラに供給させる。バルブとコントローラの両方は同じ電力供給部によって電力が入るので、電気アイソレータの使用は、接地ループの発生を最小限にする。
【０００５】
コントローラが、バルブから２つの電気入力接続間の、すなわち、第１の有線接続であって、それにおいてフィードバック電流信号がバルブから直接的に受信される、第１の有線接続と、第２の有線接続であって、それにおいてフィードバック電流信号が、電気アイソレータと関連した抵抗を通じてバルブから受信される、第２の有線接続との間の電圧差を決定する。コントローラは、次いで、電圧差を使用して、バルブのアクチュエータの位置を計算して、計算された位置を所望の設定点または制御信号と比較して、位置制御プロセスを利用して、計算された位置および制御信号（例えば、計算された位置と制御信号との間の差）に基づいて駆動値を生成する。この駆動値は、空気式アクチュエータにつながれた制御デバイスの所望の操作（例えば、バルブの所望の位置）を実現するために空気式アクチュエータに提供されることになる圧力に対応する。
【発明の概要】
【０００６】
第１の態様に従って、方法は、バルブのアクチュエータの動きをアクチュエータの位置を示す値に変換する工程を含み、その変換する工程が、無線位置変換器によって行われ、無線位置変換器が、バルブに動作可能なようにつながれる。方法は、アクチュエータの位置を示す値で信号のフィールドを（データ）追加する工程であって、無線位置変換器によって行われる（データ）追加する工程と、信号をバルブの電空コントローラに無線で送信させる工程であって、信号が、無線位置トランスミッタによって無線で送信される、送信させる工程と、を含む。バルブの電空コントローラが、信号に含まれる（データ）追加された値に排他的に基づいてアクチュエータの位置を決定して、バルブの電空コントローラが、アクチュエータの決定された位置に基づいてバルブを制御する。
【０００７】
第２の態様に従って、プロセス制御システムにおける使用のための位置変換器は、制御デバイスにつながれたアクチュエータの位置を検出する位置センサを備える。制御デバイスが、プロセス制御システムにおいて動作するプロセスを制御する際における使用のために使用されるか配置される。通信インターフェースは、アクチュエータの位置を示す無線信号を送信するように配置され、通信インターフェースが、無線通信チャネルに動作可能なようにつながれ、無線通信チャネルが、位置変換器と制御デバイスのコントローラとの間の排他的接続を形成する。再充電可能なエネルギー蓄積デバイスが、通信インターフェースに電力を入れるために提供され配置される。
【０００８】
第３の態様に従って、バルブコントローラは、バルブに対応する制御信号を受信するための第１の入力と、無線通信チャネルによって無線位置変換器から無線位置信号を受信するための第２の入力と、を備え、無線位置信号が、バルブのアクチュエータの位置を示す。出力は、制御信号および無線位置信号に基づいてバルブコントローラによって決定される駆動信号を送信して、バルブのアクチュエータを制御する。無線通信チャネルは、無線位置変換器とバルブコントローラとの間の排他的接続である。
【０００９】
前述の第１、第２、または第３の態様のうちの任意の１つ以上に更に従って、無線位置信号を生成する方法、位置変換器、および／またはバルブコントローラが、任意の所望の組み合わせで、以下の好適な形態のうちの任意の１つ以上を更に含み得る。
【００１０】
１つの好適な形態において、方法は、無線位置変換器に含まれるまたは無線位置変換器に近接したエネルギー蓄積デバイスによって、無線位置変換器に電力を入れる工程を含み得る。
【００１１】
別の好適な形態において、方法は、太陽エネルギー、エネルギー源に対するエネルギー蓄積デバイスの一時的な接続、局所振動もしくは運動からの回収エネルギー、または近接充電器からの誘導のうちの少なくとも１つを使用することによって、エネルギー蓄積デバイスを再充電する工程を含み得る。
【００１２】
更なる好適な形態において、方法は、信号を無線で送信させる工程が、信号を無線通信チャネル上で、無線で送信させる工程を含むことを含み得、無線通信チャネルが、無線位置変換器と電空コントローラとの間の排他的接続である。
【００１３】
別の好適な形態において、方法は、信号を無線で送信させる工程が、信号を無線メッシュ通信ネットワーク上でＨＡＲＴ無線プロトコルを使用して無線で送信させる工程を含むことを含み得る。
【００１４】
更なる好適な形態において、方法は、信号をプロセスプラントの制御ホストに無線通信ネットワークを使用して無線で送信させる工程を含み得、プロセスプラントが、バルブおよび電空コントローラを含む。
【００１５】
別の好適な形態において、無線信号は、制御デバイスのコントローラまたは制御システムホストもしくはプロセス制御システムのうちの少なくとも１つに送信され得る。
【００１６】
別の好適な形態において、無線信号に含まれるフィールドの値が、アクチュエータの位置を示しており、無線信号の受信側が、無線信号に含まれるフィールドの値に排他的に基づいて、アクチュエータの位置を決定する。
【００１７】
更なる好適な形態において、無線信号が無線ＨＡＲＴプロトコルに従い、および／または無線通信チャネルが、プロセス制御システムの私的無線メッシュ通信ネットワークに含まれる。
【００１８】
別の好適な形態において、無線信号が、無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって定義されたスケジュールに従って送信される。
【００１９】
更なる好適な形態において、位置センサが、ポテンショメータ、磁気センサ、圧電変換器、ホール効果センサ、またはストリングポテンショメータのうちの少なくとも１つを含む。
【００２０】
別の好適な形態において、制御デバイスがバルブである。
【００２１】
更なる好適な形態において、制御信号が無線ＨＡＲＴプロトコルに従い得、無線位置信号が無線ＨＡＲＴプロトコルに従い得、第１の入力が、無線メッシュネットワークに通信可能に接続され得、制御信号が、無線メッシュネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って受信され、および／または第２の入力が、無線メッシュネットワークに通信可能に接続され得、無線位置信号が、無線メッシュネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って受信される。
【００２２】
別の好適な形態において、無線位置信号が、無線ＨＡＲＴプロトコルに従う。
【００２３】
更に別の好適な形態において、無線通信チャネルが、無線メッシュネットワークに含まれ、無線位置信号が、無線メッシュネットワークのネットワークマネージャによって生成されたネットワークスケジュールに従って受信される。
【００２４】
更に別の好適な形態において、バルブコントローラが、無線位置信号に含まれるフィールドの値に基づいて駆動信号を決定する。
【００２５】
更に別の好適な形態において、無線位置変換器が、コントローラとは異なる環境に位置する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】制御デバイスのコントローラと無線通信している無線位置変換器を含むプロセス制御システム例のブロック図である。
【図２】図１の無線位置変換器およびコントローラの詳細なブロック図である。
【図３】制御デバイス、コントローラ、ルータ、および他のネットワークデバイス間に無線通信を提供する無線通信ネットワークを利用するプロセス制御システム例を例示するブロック図である。
【図４】無線位置信号をコントローラに提供する方法例である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下は、いくつかある構成要素の中で特に、ハードウェア上で実行されるソフトウェアおよび／またはファームウェアを含む方法ならびに装置例を記載するが、そのようなシステムは、単に例示的なものにすぎず、限定するものとして考えられるべきではないことが留意されるべきである。例えば、これらのハードウェア、ソフトウェア、およびファームウェア構成要素のいずれかまたは全てが、ハードウェアにおいて排他的に、ソフトウェアにおいて排他的に、あるいはハードウェアとソフトウェアの任意の組み合わせで、具体化され得ることが考慮される。したがって、以下は、方法および装置例を記載するものの、提供される例が、そのような方法および装置を実施する唯一の手法ではない。
【００２８】
典型的には、プロセス制御システムにおいて、コントローラ（例えば、電空コントローラ）は、制御デバイス（例えば、制御バルブ、ポンプ、ダンパー等）に直接的につながれる。制御デバイスにつながれた位置センサは、制御デバイスにつながれたアクチュエータの運動を測定して、アクチュエータの移動または位置を示す抵抗出力を制御デバイスのコントローラに提供する。コントローラは、抵抗出力にわたる電圧差に基づいてアクチュエータの位置を計算して、その位置を所望の制御信号または設定点と比較して、その比較に基づいて制御デバイスを制御する信号を出力する。
【００２９】
しかしながら、いくつかの適用において、位置の指示がその上で送信される配線は、ノイズがある。この電気的ノイズは、いくつかの場合において、制御デバイスが、それがそうすることを命令されなかったとしても動き得るような範囲で、センサの出力を損ない得る。すなわち、配線上のノイズは、正しくない値を制御デバイスのコントローラにおいて受信させ得る。したがって、正しくない値により、制御デバイスによって制御されるプロセスは、それ自体、制御されないことになり得る。
【００３０】
他の適用において、位置センサとコントローラとの間の有線接続は、不可能ではないにしても、環境状態、例えば接近不可能性、温度、湿度、放射、振動、および同様のことなどに起因して、非常に費用がかかって困難である。
【００３１】
本明細書に開示された装置および方法の実施形態は、ある方式であって、その方式において、制御デバイスの位置変換器が通信可能にかつ無線でコントローラにつながれ得る方式を提供する。位置変換器にコントローラを無線でつなぐことは、コントローラが、位置変換器から位置指示信号を無線で受信することを可能にして、それ故、ノイズがある配線および有害な環境状態に起因する正しくない信号が、緩和される。更に、本明細書に記載される方法および装置例は、位置変換器とは異なる動作環境にコントローラを設置して位置付ける柔軟性を提供する。そのようにして、プロセス制御システムの性能は向上し得、プロセス制御システムの設置費用は低減し得る。
【００３２】
開示される方法および装置は、電空デジタルバルブコントローラと空気圧で作動されるバルブを含む例と関連して以下に記載されるが、開示される方法および装置は、他の種類のコントローラを用いて、他の方式で作動されるバルブを用いて、ならびに／またはバルブ以外のプロセス制御デバイスを用いて、実施され得る。
【００３３】
図１は、制御システム２およびプロセス制御領域４を含むプロセス制御システム１の図である。プロセス制御システム１は、プロセスプラント、例えば石油、化学および／または他の種類の産業プロセスプラントなどに含まれ得、プロセス制御システム１は、プロセスプラントによって実行される１つ以上のプロセスを制御し得る。制御システム２は、ワークステーション、コントローラ、整理棚（ｍａｒｓｈａｌｌｉｎｇ  ｃａｂｉｎｅｔ）、入力／出力カード、および／または任意の他の種類のプロセス制御システム管理構成要素（図１に示されない）を含み得る。典型的には、制御システム２は、例えば囲まれた部屋などのようなプロセス制御領域４とは異なる領域に位置しており、例えば、制御システム２をノイズ、ダスト、熱、および他の望ましくない環境状態から遮断する。制御システム２は、プロセス制御領域４に位置する電空コントローラ１２と通信可能に接続し得る。制御システム２は、電空コントローラ２０に電力を入れ得、または電空コントローラ２０は、局所エネルギー源、例えば外部電圧源、太陽光発電、バッテリ電源、キャパシタ等によって、電力を入れられ得る。
【００３４】
電空コントローラ２０は、通信インターフェース２２を含み、その通信インターフェース経由で制御システム２からの信号および／または制御システム２への信号が、１つ以上の通信チャネル１０上で送受信され得る。１つ以上の通信チャネル１０は、有線通信チャネル、無線通信チャネル、または有線と無線通信チャネルの両方を含み得る。したがって、インターフェース２２は、有線インターフェース、無線インターフェース、または有線と無線インターフェースの両方であり得る。インターフェース２２は、制御ホスト、他のコントローラ、および／または制御システム２に含まれる他の要素と通信するように構成され得る。ある実施形態において、インターフェース２２は、他のコントローラおよび／またはプロセス制御領域４に含まれる要素と通信するように構成される。
【００３５】
ある実施形態において、インターフェース２２は、制御システム２から、プロセス制御領域４に位置するバルブ３０についてバルブ状態を特定するまたはバルブ状態に対応する（複数の）チャネル１０上で、制御信号を受信し得る。例えば、インターフェース２２を使用して電空コントローラ２０によって受信された制御信号は、バルブ３０につながれた空気式アクチュエータ３１を開かせ、閉じさせ、またはおよそ中間の位置まで移動させ得る。
【００３６】
インターフェース２２において受信された制御信号（例えば、入力信号）は、例えば、４〜２０ｍＡ信号、０〜１０ＶＤＣ信号、無線信号、および／またはデジタルコマンド等を含み得る。例えば、制御信号が４〜２０ｍＡ信号である場合において、デジタルデータ通信プロトコル、例えば、周知のＨｉｇｈｗａｙ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（ＨＡＲＴ）プロトコルなどが、電空コントローラ２０との有線接続１０上で通信するために使用され得る。別の例において、制御信号は、無線ＨＡＲＴプロトコルを使用して無線通信チャネル１０上で受信される無線制御信号であり得る。他の例において、制御信号は、０〜１０ＶＤＣ信号、または他の種類の信号であり得る。そのようなデジタル通信は、電空コントローラ２０から識別情報、動作状況情報および診断的情報を取り出すために制御システム２によって使用され得る。更にまたは代わりに、そのようなデジタル通信は、それのそれぞれのコントローラ２０を通してバルブ３０の制御をもたらすために制御システム２によって使用され得る。
【００３７】
図１の例示した電空コントローラ２０は、アクチュエータ３１の位置、それ故、バルブ３０の位置を制御し得る。電空コントローラ２０は、図示されないが、制御ユニット、電流−空気（Ｉ／Ｐ）コンバータ、および空気式継電器を含み得る。他の例において、電空コントローラ２０は、バルブアクチュエータ３１に対して圧力を制御するおよび／または提供するための任意の他の構成要素を含み得る。更に、電空コントローラ２０は、他の信号処理構成要素、例えば、アナログ・デジタルコンバータ、フィルタ（例えば、低域フィルタ、高域フィルタ、およびデジタルフィルタ）、増幅器等を含み得る。例えば、制御システム２から受信された制御信号は、電空コントローラ２０内の制御ユニットによって処理される前に（例えば、低／高域フィルタを使用して）フィルタリングされ得る。
【００３８】
より具体的には、電空コントローラ２０は、無線位置変換器３２によって生成された無線フィードバックまたは位置信号を制御システム２に由来する制御信号と比較することによって、アクチュエータ３１の位置を制御し得る。無線位置変換器３２によって生成された無線フィードバック信号は、例えば、無線ＨＡＲＴプロトコルまたはいくつかの他の適切な無線プロトコルに従い得、１つ以上の無線通信チャネル１２上で変換器３２からコントローラ２０に送信され得る。
【００３９】
無線位置変換器３２によって生成された無線フィードバック信号は、（複数の）無線チャネル１２につながれた第２の通信インターフェース２４における電空コントローラ２０によって受信され得る。インターフェース２４は、無線トランシーバ、または無線レシーバを含み得る。電空コントローラ２０は、第２のインターフェース２４経由で無線位置変換器３２から受信された無線フィードバックまたは位置信号に基づいて、フィードバック信号を決定し得る。ある実施形態において、第１のインターフェース２２および第２のインターフェース２４は、単一の無線インターフェースに一体化され得る。
【００４０】
制御システム２によって提供された制御信号は、バルブ３０の所望の動作（例えば、スパンを操作する制御バルブ３０のパーセンテージに対応する所望の位置）に対応する設定点または参照信号として、電空コントローラ２０によって使用され得る。電空コントローラ２０内の制御ユニット（図示しない）は、駆動値を決定する位置制御アルゴリズムまたはプロセスにおける値として、制御信号および無線フィードバック信号を使用することによって、無線フィードバック信号を制御信号と比較し得る。制御ユニットによって行われた位置制御プロセスは、フィードバック信号と制御信号との間の差に基づいて駆動値を決定し得る（例えば、計算する）。この計算された差は、ある実施形態において、電空コントローラ２０がバルブ３０につながれたアクチュエータ３１の位置を変化させるための量に対応する。計算された駆動値はまた、ある実施形態において、電空コントローラ２０内のＩ／Ｐコンバータに空気圧を生じさせるために制御ユニットによって生成された電流に対応する。電空コントローラ２０は、例えば、出力２５経由で駆動信号を出力して、バルブ３０を制御する。
【００４１】
ある実施形態において、電空コントローラ２０内のＩ／Ｐコンバータは、出力２５に含まれる。Ｉ／Ｐコンバータは、ソレノイドを通して印加される電流に基づいて磁場を生成する電流−圧力型の変換器であり得る。ソレノイドは、ノズルに対して動作するフラッパを磁気的に制御し得、ノズル／フラッパを通る流量制限を変動させて、ソレノイドを通る平均電流に基づいて変動する空気圧を提供する。この空気圧は、空気式継電器によって増幅され得、バルブ３０につながれたアクチュエータ３１に印加され得る。電空コントローラ２０内の空気式継電器は、アクチュエータ３１に空気圧でつながれ得、アクチュエータ３１に空気圧（図示しない）を提供する。
【００４２】
例えば、電空コントローラ２０内の制御ユニットによって生成される電流を増やす駆動値は、空気式継電器に、空気式アクチュエータ３１に印加される空気圧を増やさせ得、アクチュエータ３１にバルブ３０を閉じた位置の方へ位置付けさせ得る。同様に、制御ユニットによって生じられる電流を減らす駆動値は、空気式継電器に、空気式アクチュエータ３１に印加される空気圧を減らさせ得、アクチュエータ３１にバルブ３０を開いた位置の方へ位置付けさせ得る。
【００４３】
他の例において、電空コントローラ２０の出力２５は、電圧−圧力型の変換器を含み得、その場合において、駆動信号は、バルブ３０を制御するための変動圧力出力を提供するように変動する電圧である。更に、出力の他の例は、加圧空気、液圧流体等を含む他の種類の加圧流体を実施し得る。
【００４４】
図１のバルブ例３０に戻ると、バルブ３０は、ある実施形態において、入口と出口との間に流体の流れの通路を提供する開口を定義するバルブシートを含み得る。バルブ３０は、例えば、ロータリーバルブ、１／４回転バルブ、モーター作動式バルブ、ダンパー、あるいは任意の他の制御デバイスまたは装置であり得る。バルブ３０につながれた空気式アクチュエータ３１は、バルブステム経由で流れ制御部材に動作可能なようにつながれ得、それは、流れ制御部材を第１の方向に（例えば、バルブシートから離して）動かし、入口と出口との間のおよび第２の方向における（例えば、バルブシートの方への）流体の流れを可能にして、入口と出口との間の流体の流れを制限するか防ぐ。
【００４５】
バルブ例３０につながれたアクチュエータ３１は、複動式のピストンアクチュエータ、単動式のばね復帰ダイヤフラムまたはピストンアクチュエータ、あるいは任意の他の適切なアクチュエータまたはプロセス制御デバイスを含み得る。バルブ３０を通して流量を制御するために、バルブは、無線位置変換器３２につながれる。ある実施形態において、無線位置変換器３２が、バルブ３０につながれたアクチュエータ３１の位置を検知するセンサ３３、例えばポテンショメータおよび／または磁気センサを含み得る、位置センサならびに／あるいは圧力センサなどを含む。センサ３３は、ポテンショメータ、磁気センサ、圧電変換器、ホール効果センサ、ストリングポテンショメータ等を含み得る。用語「センサ」および「位置センサ」は、本明細書において交換可能に使用される。
【００４６】
無線位置変換器３２のセンサ３３は、アクチュエータ３１の位置、それ故、バルブシートに対する流れ制御部材の位置（例えば、開いた位置、閉じた位置、中間の位置等）を検出し得る。ある実施形態において、センサ３３は、無線位置変換器３２が、アクチュエータ３１の位置に対応するアクチュエータ３１の線形の動きを無線フィードバック信号に変換することを可能にする。ある実施形態において、センサ３３は、無線位置変換器３２が、アクチュエータ３１の位置を無線フィードバック信号に変換することを可能にする。無線位置変換器３２は、無線フィードバック信号を電空コントローラ２０に送信させるように構成され得る。無線フィードバック信号は、バルブ３０につながれたアクチュエータ３１の位置、それ故、バルブ３０の位置を表わし得る。本明細書に記載される技法、方法および装置例は、電空コントローラ２０が、バルブ３０につながれ得る図１の任意の種類の無線位置変換器例３２からフィードバック信号を受信することを可能にする。
【００４７】
一般的に、無線位置変換器３２の位置センサ３３は、有害な環境状態の影響を実質的に受けない。無線位置変換器３２は、有害な環境状態から位置センサ３３を更に隔離するか保護するために、電磁気抑制回路、ノイズフィルタリング回路、振動耐性構成要素、および／または放射線遮断構成要素を含み得る。
【００４８】
無線位置変換器３２は、局所電源もしくはエネルギー蓄積デバイス３８から電力を受信する入力または接続３５を含み得る。ある実施形態において、局所電源またはエネルギー蓄積デバイス３８が、一体ユニットとして無線位置変換器３２と共に含まれる。ある実施形態において、局所電源またはエネルギー蓄積デバイス３８は、再充電可能である。例えば、局所電源またはエネルギー蓄積デバイス３８は、バッテリ、キャパシタ、または他の再充電可能なエネルギー蓄積デバイスであり得る。局所電源またはエネルギー蓄積デバイス３８を再充電するための任意の既知の技法、例えば、太陽エネルギーを捕獲すること、バッテリを取り替えること、局所熱、振動および／または運動からエネルギーを回収すること、例えばＡＣ電源などのプラグイン源に一時的に接続すること、近接充電器を使用して誘導的に再充電すること、あるいは他の適切な再充電技法などが、使用され得る。
【００４９】
図１における電空コントローラ２０および無線位置変換器３２は、プロセス制御領域４内に位置しているように示されるが、電空コントローラ２０および無線位置変換器３２のそれぞれは、それぞれの異なる動作環境に位置し得、１つ以上の無線通信チャネルによって、例えば、プロセスプラントまたは制御環境１の無線通信ネットワークに含まれる無線通信チャネルなどによって、通信可能に共につながれ得る。例えば、無線位置変換器３２は、比較的高い温度および高い湿度環境（例えば、湿度９０％および華氏１８０度（°Ｆ））内に位置し得る一方、電空コントローラ２０は、湿度１０％および７２°Ｆに設定された制御環境に位置する。
【００５０】
更に、無線通信チャネル１２は、ある実施形態において、無線位置変換器３２とコントローラ２０との間の排他的接続である。特に、無線位置変換器３２およびコントローラ２０を接続する配線は無い。そのようにして、無線位置変換器３２は、電力を受信するためにまたはコントローラ２０と通信するために（無線通信チャネル１２以外の）任意の他の接続を要求しない。実際には、本開示の技法で、電気アイソレータは、無線位置変換器３２に電力を供給するために必要とされない。むしろ、無線位置変換器３２は、（いくつかの実施形態において、無線位置変換器３２それ自体に含まれる）局所源３８によって電力を入れられるので、煩雑な配線が、変換器３２に電力を入れるために変換器３２におくられる必要はない（および維持される必要はない）。その上、変換器３２およびコントローラ２０は、異なる、別個のおよび個別の電源によって電力を入れられるので、接地ループを最小限にするための電気アイソレータの必要性は、非現実的である。
【００５１】
なお更に、本開示の技法で以て、電気アイソレータはまた、コントローラ２０が、変換器３２のアクチュエータ３１の位置を計算するために、抵抗にわたって変換器３２によって生成されたフィードバック電流信号を印加することを必要とされない。特に、電圧差を決定するためにコントローラ２０において２つの入力を要求する代わりに、およびコントローラ２０が、決定された電圧差に基づいてアクチュエータ３１の位置を計算することを要求する代わりに、コントローラ２０は、単に、無線チャネル１２につながれた入力２４において無線位置変換器３２から信号（例えば、パケット）を受信する。無線信号から、コントローラ２０は、信号におけるフィールドから（データ）追加された値を抽出して、ここで、（データ）追加された値は、アクチュエータ３１の位置を示す。ある実施形態において、無線信号から（データ）追加された値は、アクチュエータ３１の位置を決定するためにコントローラ２０によって使用される無線位置変換器３２から受信された入力または値だけであり、無線位置変換器３２からの第２の入力または値は、必要とされない。したがって、本開示の技法で、電気アイソレータと、アイソレータ、バルブおよびコントローラを接続する配線だけが必要とされないのみならず、コントローラがアクチュエータ３１の位置を計算するために要求された追加的なハードウェア、処理時間およびメモリもまた、要求されない。
【００５２】
無線位置変換器３２の詳細なブロック図が、図２に示される。前に記述したように、無線位置変換器３２は、バルブ３０のアクチュエータ３１につながれた位置センサ３３を含み得る。無線位置変換器３２は、センサ３３におよびメモリ５２につながれたプロセッサ５０を更に含み得る。メモリ５２は、有形の、非一時的なメモリであり得、１つ以上のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を含み得る。例えば、メモリ５２は、１つ以上の半導体メモリ、磁気的に読み取り可能なメモリ、光学的に読み取り可能なメモリ、および／または任意の他の適切な有形の、非一時的なコンピュータで読み取り可能な記憶媒体として実施され得る。メモリ５２は、プロセッサ５０によって実行可能なコンピュータで実行可能な命令を記憶し得、センサ３３の出力をバルブ３０のアクチュエータ３１の位置を示す値に変換して、その値を無線位置信号のフィールドに（データ）追加する。コンピュータで実行可能な命令は、無線位置信号を無線インターフェース５５経由で変換器３２から送信させるように更に実行可能であり得る。無線インターフェース５５は、１つ以上の無線通信チャネル１２に通信可能につながれ得、無線インターフェース５５は、トランシーバを含み得、またはトランスミッタおよびレシーバを含み得る。
【００５３】
ある実施形態において、無線位置信号は、無線ＨＡＲＴプロトコルに従うパケットであり、無線通信チャネル１２は、プロセス制御システム１の無線メッシュ通信ネットワークに含まれ、パケットは、無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って、無線通信チャネル１２上で送受信される。例えば、ネットワークマネージャは、無線位置変換器３２によって生成されたパケットについて送信スロットを定義するネットワーク通信スケジュール（例えば、「ネットワークスケジュール」）を生成し得、それ故、パケットは、コントローラ２０において受信されて、バルブ３０と、そのバルブ３０が一部であるプロセスと、を正確にかつ安全に制御する。ある実施形態において、無線メッシュ変換器３２に関するスケジュールの１つ以上の部分が、（例えば、無線通信ネットワーク経由でネットワークマネージャから）変換器３２に供給され得、メモリ５２に記憶され得、それ故、プロセッサ５０は、パケットまたは信号を、記憶されたスケジュールに従ってコントローラ２０に送信させ得る。
【００５４】
無線位置信号は、無線インターフェース５５経由で電空コントローラ２０に送信され得、バルブ３０を制御する。ある実施形態において、無線位置信号は、位置モニタリングもしくは他の目的のために無線インターフェース５５経由で制御システム２に更にまたは代わりに送信され得る。例えば、無線位置信号は、制御システム２の制御システムホストに送信され得る。無線位置信号は、直接的に、あるいは、プロセス制御プラントまたはシステム１の無線通信ネットワークに含まれる１つ以上の中間ノード経由で、制御システム２に送信され得る。ある実施形態において、プロセッサは、パケットまたは信号を、メモリ５５に記憶されたスケジュールに従って制御システム２に送信させ得、ここで、スケジュールは、無線インターフェース５５につながれた無線通信ネットワークのネットワークマネージャによって生成される。
【００５５】
図２はまた、図１の電空コントローラ２０の詳細なブロック図を含む。前に記述したように、コントローラ２０は、制御システム２から制御信号を受信する第１の入力またはインターフェース２２と、無線位置変換器３２から無線位置信号を受信する第２の入力またはインターフェース２４と、を含む。無線インターフェース２４は、１つ以上の無線通信チャネル１２に通信可能につながれ得、そのチャネル上で、無線位置変換器３２によって生成された無線位置信号が受信される。無線インターフェース２４は、トランシーバを含み得、または、トランスミッタおよびレシーバを含み得る。
【００５６】
第１のインターフェース２２は、有線インターフェース、無線インターフェース、または１つ以上の通信チャネル１０につながれた有線および無線インターフェースであり得る。第１のインターフェース２２が無線インターフェースを含む実施形態において、第１のインターフェース２２および第２のインターフェース２４は、単一の集積化された無線インターフェースであり得る。ある実施形態において、１つ以上の通信チャネル１０および／または１つ以上の通信チャネル１２が、プロセスプラントまたはシステム１の無線メッシュ通信ネットワークに含まれる。
【００５７】
電空コントローラ２０は、メモリ６２に、入力２２、２４に、および出力２５につながれた制御ユニットまたはプロセッサ６０を更に含む。メモリ６２は、有形の、非一時的なメモリであり得、１つ以上のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体を含み得る。例えば、メモリ６２は、１つ以上の半導体メモリ、磁気的に読み取り可能なメモリ、光学的に読み取り可能なメモリ、および／または任意の他の適切な有形の、非一時的なコンピュータで読み取り可能な記憶媒体として実施され得る。メモリ６２は、バルブ３０を制御するために出力２５によって送信されることになる駆動信号の値を、第２のインターフェース２４から受信された無線位置信号および第１のインターフェース２２から受信された制御信号に基づいて、決定するためのプロセッサ６０によって実行可能なコンピュータで実行可能な命令を記憶し得る。例えば、駆動信号を決定するコンピュータで実行可能な命令は、制御システム２から構成の間におよび／もしくは実時間の間にダウンロードされる位置制御アルゴリズムまたはプロセスを含む。
【００５８】
ある実施形態において、無線位置信号は、無線ＨＡＲＴプロトコルに従うパケットであり、無線通信チャネル１２は、プロセス制御システム１の無線メッシュ通信ネットワークに含まれ、パケットは、無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って、無線通信チャネル１２上で送受信される。例えば、ネットワークマネージャは、無線位置変換器３２からコントローラ２０において受信されるパケットのための受信スロットを定義するネットワークスケジュールを生成し得、バルブ３０と、そのバルブ３０が一部であるプロセスとを正確にかつ安全に制御する。ある実施形態において、コントローラ２０に関するスケジュールの１つ以上の部分は、（例えば、無線通信ネットワーク経由でネットワークマネージャから）コントローラ２０に供給され得、メモリ６２に記憶され得、それ故、コントローラ２０は、記憶されたスケジュールに従って無線位置変換器３２からパケットまたは信号を受信する。
【００５９】
図３は、例となるプロセス制御ネットワーク１００を例示しており、そのネットワークに無線位置変換器３２が組み込まれ得る。ある実施形態において、プロセス制御ネットワーク１００が、図１の制御システム１に含まれる。特に、ネットワーク１００は、プラント自動化ネットワーク１１２および通信ネットワーク１１４を含み得る。図１に示されるプロセス制御ネットワーク１００の実施形態において、通信ネットワーク１１４が、無線メッシュ通信ネットワークとして例示される。ある実施形態において、通信ネットワーク１１４は、無線ＨＡＲＴ（Ｈｉｇｈｗａｙ  Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）プロトコル、例えば、「無線ＨＡＲＴネットワーク」をサポートする。しかしながら、ネットワーク１００のいくつかの実施形態において、通信ネットワーク１１４は、有線ＨＡＲＴプロトコル、例えば、「有線ＨＡＲＴネットワーク」をサポートし得る。いくつかの実施形態において、有線と無線の両方のＨＡＲＴネットワーク１１４が、ネットワーク１００に含まれ得る。
【００６０】
プラント自動化ネットワーク１１２は、通信バックボーン１２０上で接続された１つ以上の固定ワークステーション１１６および１つ以上の携帯型ワークステーション１１８を含み得る。ワークステーション１１６、１１８は、プロセス制御ネットワーク１００の「ワークステーション」、「制御システムホスト」、「制御ホスト」、または「ホスト」として本明細書において交換可能に呼ばれる。バックボーン１２０は、イーサネット（登録商標）、ＲＳ−４８５、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ  ＤＰまたは他の適切な通信プロトコル上で実施され得る。
【００６１】
プラント自動化ネットワーク１１２および無線ＨＡＲＴネットワーク１１４は、ゲートウェイ１２２経由で接続され得る。特に、ゲートウェイ１２２は、有線方式でバックボーン１２０に接続され得、任意の適切な既知のプロトコルを使用することによってプラント自動化ネットワーク１１２と通信し得る。ゲートウェイ１２２は、独立型デバイスとして、ホストもしくはワークステーション１１６もしくは１１８の拡張スロットに挿入可能なカードとして、またはＰＬＣをベースとしたもしくはＤＣＳをベースとしたシステムのＩＯサブシステムの一部として、あるいは任意の他の方式で、実施され得る。ゲートウェイ１２２は、ネットワーク１１２上で動くアプリケーションに、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４の種々のネットワークデバイスへのアクセスを提供し得る。プロトコルおよびコマンド変換に加えて、ゲートウェイ１２２は、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のスケジューリングスキームのタイムスロットおよびスーパーフレーム（時間的に均等に間隔を置かれた通信タイムスロットの組）によって使用される同期されたクロッキングを提供し得る。
【００６２】
いくつかの状況において、ネットワークは、１つ以上のゲートウェイ１２２を有し得る。これらの複数のゲートウェイは、無線ＨＡＲＴネットワークとプラント自動化ネットワーク１１２または外部の世界との間の通信のために追加的な帯域幅を提供することによって、ネットワークの実効スループットおよび信頼性を向上するように使用され得る。一方で、ゲートウェイ１２２デバイスは、無線ＨＡＲＴネットワーク内のゲートウェイ通信の必要性に従って適切なネットワークサービスから帯域幅を要求し得る。ゲートウェイ１２２は、システムが動作可能である間に必要な帯域幅を更に見直し得る。例えば、ゲートウェイ１２２は、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４の外側に存在するホストから要求を受信し得、大量のデータを取り出す。ゲートウェイデバイス１２２は、次いで、このトランザクションに適用させるために、例えばネットワークマネージャなどの専用サービスから追加的な帯域幅を要求し得る。ゲートウェイ１２２は、次いで、トランザクションの完了するとに不必要な帯域幅の解除を要求し得る。
【００６３】
いくつかの実施形態において、ゲートウェイ１２２は、仮想ゲートウェイ１２４および１つ以上のネットワークアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂに機能的に分割される。ネットワークアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂは、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４の帯域幅および全体の信頼性を増大させるために、ゲートウェイ１２２と有線で通信して物別の理デバイスであり得る。しかしながら、図１は、物理的に分離したゲートウェイ１２２とアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂとの間の有線接続２６を例示するが、要素１２２〜１２６がまた、一体デバイスとして提供され得ることが理解されるであろう。ネットワークアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂは、ゲートウェイデバイス１２２から物理的に分離し得るので、アクセスポイント１２５ａ、１２５ｂのそれぞれは、いくつかの別個の位置に戦略的に置かれ得る。帯域幅を増大させることに加えて、複数のアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂが、１つ以上の他のアクセスポイントにおいて、１つのアクセスポイントにおける潜在的に劣悪な信号品質を補償することによって、ネットワークの全体の信頼性を上げることができる。複数のアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂを有することはまた、アクセスポイント１２５ａ、１２５ｂのうちの１つ以上における不具合の場合において冗長性を提供する。
【００６４】
ゲートウェイデバイス１２２は、ネットワークマネージャソフトウェアモジュール１２７（例えば、「ネットワークマネージャ」）およびセキュリティマネージャソフトウェアモジュール１２８（例えば、「セキュリティマネージャ」）を更に含み得る。別の実施形態において、ネットワークマネージャ１２７および／またはセキュリティマネージャ１２８は、プラント自動化ネットワーク１１２のプロセス制御ホスト１１６、１１８のうちの１つ上で動き得る。例えば、ネットワークマネージャ１２７は、ホスト１１６上で動き得、セキュリティマネージャ１２８は、ホスト１１８上で動き得る。ネットワークマネージャ１２７は、ネットワーク１１４の構成、ネットワーク１１４に含まれるデバイス、例えば無線ＨＡＲＴデバイスなどの間の通信をスケジューリングすること（すなわち、スーパーフレームを構成すること）、ネットワーク通信スケジュールを決定することおよびそれの少なくとも一部を受信側デバイスやコントローラに配達させること、ルーティングテーブルを管理すること、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４の健全性をモニタリングすることおよび報告することの責任を負い得る。余剰なネットワークマネージャ２７がサポートされる間、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４毎に１つのアクティブなネットワークマネージャ１２７だけがあるべきであることが考慮される。１つの可能な実施形態において、ネットワークマネージャ１２７は、ネットワークのレイアウト、各ネットワークデバイスの能力および更新レートに関する情報、ならびに他の関連情報を分析する。ネットワークマネージャ１２７は、次いで、これらの要因を考慮して、ネットワークデバイスへの、ネットワークデバイスからの、およびネットワークデバイス間の通信の経路やスケジュールを定義し得る。ある実施形態において、ネットワークマネージャ１２７は、制御ホスト１１６、１１８のうちの１つに含まれ得る。
【００６５】
図１を再び参照にすると、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４は、１つ以上の野外装置または制御デバイス１３０〜１４０を含み得る。一般に、プロセス制御システム、例えば、化学、石油または他のプロセスプラントにおいて使用されるようなものは、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、センサ（例えば、温度、圧力および流量センサ）、ポンプ、ファン等のような野外装置を含む。野外装置は、プロセス制御ネットワーク１００によって制御されるプロセス内のプロセス制御機能を果たし得る。プロセス制御機能は、例えば、開いているか閉じているバルブおよび／またはプロセスパラメータのモニタリングあるいは測定を含み得る。無線ＨＡＲＴ通信ネットワーク１１４において、野外装置１３０〜１４０は、無線ＨＡＲＴパケットを生成するものおよび消費するものである。
【００６６】
外部ホスト１４１は、外部ネットワーク１４３に接続され得、その外部ネットワークは、更には、ルータ１４４経由でプラント自動化ネットワーク１１２に接続され得る。外部ネットワーク１４３は、例えば、Ｗｏｒｌｄ  Ｗｉｄｅ  Ｗｅｂ（ＷＷＷ）であり得る。外部ホスト１４１は、プラント自動化ネットワーク１１２または無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のいずれにも属さないが、外部ホスト１４１は、ルータ１４４経由でネットワーク１１２、１１４の両方上でデバイスにアクセスし得る。したがって、プロセス制御システム１００の通信ネットワーク１１４およびプラント自動化ネットワーク１１２は、私的ネットワークであり得、それ故、ネットワーク１１２、１１４に対するアクセスが確保される。例えば、ネットワーク１１２および／またはネットワーク１１４への接続を望むデバイスは、承認されることを要求され得る。同様に、外部ホスト１４１は、外部ネットワーク１４３からの通信のための安全なネットワークアクセスを制御し得る。
【００６７】
無線ＨＡＲＴネットワーク１１４は、有線ＨＡＲＴデバイスで経験されるものと類似の動作性能を提供するプロトコルを使用し得る。このプロトコルの適用は、プロセスデータモニタリング、（より厳格な性能要件を伴う）重要データモニタリング、キャリブレーション、デバイス状況および診断的モニタリング、野外装置トラブルシューティング、試運転、ならびに監督処理制御を含み得る。これらの適用は、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４が、必要とされるときに高速更新を提供することができるプロトコルを使用することを要求しており、要求されるときに大量のデータを動かして、立ち上げおよび保守作業のために一時的にだけ無線ＨＡＲＴネットワーク１１４に加わるネットワークデバイスをサポートする。
【００６８】
一実施形態において、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のネットワークデバイスをサポートする無線プロトコルは、ＨＡＲＴの拡張の、有線環境の単純ワークフローおよび慣行を維持する広く受け入れられた産業標準である。無線ＨＡＲＴプロトコルは、プロセス適用のための無線通信標準を確立するために使用され得、ＨＡＲＴ通信の適用と、それが無線プロセス自動化の適用をサポートするＨＡＲＴ技術を高めることによって産業に提供する利益と、を更に拡大し得る。
【００６９】
図３を再び参照にすると、フィールドまたは制御デバイス１３０〜１３６は、無線ＨＡＲＴデバイスであり得る。換言すれば、野外装置１３０、１３２ａ、１３２ｂ、１３４、または１３６は、無線ＨＡＲＴプロトコルスタックの全ての層をサポートする一体ユニットとして提供され得る。ネットワーク１００において、野外装置１３０は、無線ＨＡＲＴ流量計であり得、野外装置１３２ｂは、無線ＨＡＲＴ圧力センサであり得、野外装置１３６は、無線ＨＡＲＴ圧力センサであり得る。
【００７０】
特に、野外装置１３４は、無線位置変換器（例えば図１の無線位置変換器３２など）を含むバルブまたはバルブポジショナであり得、野外装置１３２ａは、野外装置１３４から位置の指示を受信するコントローラ（例えば図１のコントローラ２０など）であり得る。ある実施形態において、制御ホスト１１６および／または制御ホスト１１８は、例えば、無線メッシュ通信ネットワーク１１４、ゲートウェイ１２２、およびプラント自動化ネットワーク１２０などを経由して、野外装置１３４からの位置の指示のうちの少なくともいくつかをそれぞれ受信する。
【００７１】
更に、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４は、ルータデバイス１６０を含み得る。ルータデバイス１６０は、１つのネットワークデバイスから別のものにパケットを転送するネットワークデバイスであり得る。ルータデバイスとして働くネットワークデバイスは、どのネットワークデバイスにそれが特定のパケットを転送するべきであるかを決定するために内部ルーティングテーブルを使用し得る。独立型ルータ、例えばルータ１６０などは、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４上の全デバイスがルーティングをサポートするような実施形態では要求され得ない。しかしながら、（例えば、ネットワークを拡張するために、またはネットワークにおいて野外装置の電力を節約するために）専用ルータ１６０をネットワークに追加することは、有益であり得る。
【００７２】
無線ＨＡＲＴネットワーク１１４に直接的に接続された全てのデバイスは、ネットワークデバイスとして呼ばれ得る。特に、無線ＨＡＲＴフィールドまたは制御デバイス１３０〜１３６、ルータ６０、ゲートウェイ１２２、およびアクセスポイント１２５ａ、１２５ｂは、ルーティングやスケジューリングの目的のための、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のネットワークデバイスまたはノードである。非常にロバストで容易に拡張できるネットワークを提供するために、全てのネットワークデバイスが、ルーティングをサポートし得ること、ならびに各ネットワークデバイスが、それのＨＡＲＴアドレスによって大域的に識別され得ることが考慮される。更に、各ネットワークデバイスは、更新レート、接続セッション、およびデバイスリソースに関連した情報を記憶し得る。手短に言えば、各ネットワークデバイスが、ルーティングおよびスケジューリングに関連した最新の情報を維持する。ネットワークマネージャ１２７は、新たなデバイスがネットワークに加わるときはいつでも、あるいは、ネットワークマネージャが、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のトポロジーまたはスケジューリングの変化を検出するか生じさせるときはいつでも、ネットワークデバイスの初期設定あるいは再初期設定のときに、この情報をネットワークデバイスに通信する。
【００７３】
図３を再び参照にすると、直接無線接続１６５によって接続された一対のネットワークデバイスにおいて、各デバイスは、他を近隣として認識する。それ故、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４のネットワークデバイスは、多数の接続１６５を形成し得る。２つのネットワークデバイス間の直接無線接続１６５を確立する可能性および望ましさは、いくつかの要因、例えば、ノード間の物理的距離、ノード間の障害物、２つのノードのそれぞれにおける信号強度などによって、決定される。更に、２つ以上の直接無線接続１６５が、直接無線接続１６５を形成することができないノード間の経路を形成し得る。例えば、無線ＨＡＲＴ手持ち式デバイス１５５と無線ＨＡＲＴデバイス１３６との間の直接無線接続１６５は、無線ＨＡＲＴデバイス１３６とルータ１６０との間の第２の直接無線接続１６５と共に、デバイス１５５と１６０との間に通信経路を形成する。
【００７４】
各無線接続１６５は、送信の周波数、無線リソースにアクセスする方法等に関連した大きな組のパラメータによって特徴付けられる。当業者は、一般に、無線通信プロトコルが、指定された周波数、例えば、米国における連邦通信委員会（ＦＣＣ）によって割り当てられたもの上で、または無線スペクトルの無認可部分（２．４ＧＨｚ）などにおいて、動作し得ることを認識するであろう。本明細書に記述されるシステムおよび方法は、任意の指定された周波数または周波数の範囲上で動作する無線ネットワークに適用され得るが、以下に記述される実施形態は、無線スペクトルの無認可または共有部分において動作する無線ＨＡＲＴネットワーク１１４に関する。この実施形態に従って、無線ＨＡＲＴネットワーク１１４は、必要に応じて特定の無認可の周波数範囲において動作するように容易に稼働され調整され得る。
【００７５】
図４は、無線位置信号を制御デバイスのコントローラに提供する方法例２００のフローチャートである。方法２００は、電空コントローラ例２０、無線位置変換器例３２、図１、２および／もしくは３に示される構成例と関連して、ならびに／または他の適切なコントローラ、制御デバイス、および／もしくは構成と関連して、動作し得る。ある実施形態において、方法２００の１つ以上の部分は、無線位置変換器３２によって行われる。
【００７６】
方法２００は、前述の技法のいずれかの任意の組み合わせ、例えば、ファームウェア、ソフトウェア、個別論理および／またはハードウェアの任意の組み合わせなどを使用して、実施され得る。更に、図４の動作例を実施する多くの他の方法が、用いられ得る。例えば、ブロックの実行の順序は、変更され得、および／または記載したブロックの１つ以上は、変更され得、排除され得、細分化され得、あるいは組み合わされ得る。更に、方法２００のいずれかまたは全ては、例えば、別個の処理スレッド、プロセッサ、デバイス、個別論理、回路等によって、連続して実行され得るおよび／または並行して実行され得る。
【００７７】
方法２００が、バルブのアクチュエータの動きを信号に変換することを含む（ブロック２０２）。例えば、無線位置変換器３２はバルブ３０につながれて、変換器３２は、バルブ３０のアクチュエータ３１の動きを、アクチュエータの動きまたは位置を示す値に変換する。アクチュエータの動きまたは位置を示す値は、無線位置信号のフィールドに（データ）追加され得る。ある実施形態において、無線位置信号は、無線ＨＡＲＴプロトコルに従う。
【００７８】
方法２００はまた、バルブを制御するために、無線プロトコルを使用して、無線位置変換器によって、無線位置信号をバルブの電空コントローラに無線で送信させることを含む（ブロック２０５）。例えば、無線位置変換器３２は、バルブ３０を制御するために、無線位置信号を電空コントローラ２０に無線で送信させる。ある実施形態において、無線位置信号は、バルブ３０を制御するためにコントローラ２０によって要求されるバルブ３０から受信される単なる入力である。ある実施形態において、無線位置信号は、無線ＨＡＲＴ通信プロトコルに従う。ある実施形態において、無線位置信号は、例えば、無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールなどに従って、無線メッシュ通信ネットワークの通信チャネル上で電空コントローラに送信される。ある実施形態において、無線通信チャネルであって、そのチャネル上で信号が送信される無線通信チャネルは、無線位置変換器とコントローラとの間の単なる接続である。
【００７９】
方法２００はまた、信号を、プロセスプラントまたはプロセス制御システムの制御ホストに無線で送信させることを含み得、バルブおよび電空コントローラがそれに含まれる（ブロック２０８）。例えば、無線位置信号は、プロセス制御システム１００の制御システムホスト１１６、１１８に送信され得る。ある実施形態において、無線位置信号は、無線メッシュ通信ネットワークのネットワークマネージャによって生成されたスケジュールに従って、無線メッシュ通信ネットワーク上で制御システムホストに送信される。
【００８０】
方法２００のいくつかの実施形態は、ブロック２０５および２０８のうちの１つだけを含み得、方法２００のいくつかの実施形態は、ブロック２０５および２０８の両方を含み得る。
【００８１】
ある実施形態において、方法２００が、電源によって無線位置変換器に電力を入れることを含む（ブロック２１０）。例えば、無線位置変換器３２（例えば、無線位置変換器３２のプロセッサ５０および／または通信インターフェース５５）は、電源によって電力を入れられる。典型的には、電源は、無線位置変換器に物理的に近接した局所電源、例えば、電源、バッテリ、キャパシタに対する直接の局所有線接続、または他の適切な局所電源などである。いくつかの実施形態において、局所電源が、一体ユニットとして無線位置変換器に含まれる。
【００８２】
いくつかの実施形態において、電源は、再充電可能なエネルギー蓄積デバイスであり、方法２００は、任意の既知の再充電技法、例えば、太陽エネルギーの捕獲や変換、バッテリの取り替え、局所熱のエネルギー回収、振動および／または運動、例えばＤＣ電源などのプラグイン源に対する一時的な接続、近接充電器を使用する誘導、あるいは任意の他の適切な再充電手段または機構を使用して、再充電可能なエネルギー源を再充電することを含む。
【００８３】
上記した種々のブロック、動作、および技法の少なくともいくつかは、ハードウェア、ファームウェアおよび／もしくはソフトウェア命令を実行するプロセッサ、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施され得る。例えば、無線位置変換器３２の少なくとも一部は、ハードウェア、ファームウェアおよび／もしくはソフトウェア命令を実行するプロセッサ、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施され得る。更に、図４のブロックの少なくとも一部は、ハードウェア、ファームウェアおよび／もしくはソフトウェア命令を実行するプロセッサ、またはそれらの任意の組み合わせにおいて実施され得る。
【００８４】
ソフトウェアまたはファームウェア命令を実行するプロセッサを利用して実施されるとき、ソフトウェアまたはファームウェア命令は、任意の非一時的な、有形のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体、例えば、磁気ディスク、光ディスク、ＲＡＭもしくはＲＯＭまたはフラッシュメモリ、テープドライブ等に記憶され得る。ソフトウェアまたはファームウェア命令は、プロセッサによって実行されるとき、プロセッサに種々の活動を行わせるメモリあるいは他の非一時的なコンピュータで読み取り可能な記憶媒体上に記憶されたマシンで読み取り可能な命令を含み得る。
【００８５】
ハードウェアにおいて実施されるとき、ハードウェアは、個別の構成要素、集積回路、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、プログラム可能な論理デバイス等のうちの１つ以上を備え得る。
【００８６】
前述の文章は、多数の異なる実施形態の発明を実施するための形態を規定するが、特許の範囲は、この特許の最後に規定された特許請求の範囲の言葉およびそれらの等価物によって定義されることが理解されるべきである。全ての可能な実施形態を記載することは、不可能ではないにせよ、非現実的であろうから、発明を実施するための形態は、単に例示的なものとして解釈されることになり、全ての可能な実施形態を記載しない。多数の代替の実施形態が、特許請求の範囲内に依然として入ることになる、現在の技術またはこの特許の出願日後に開発された技術のいずれかを使用して、実施され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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