JP2003533808A - 外部からアクセス可能なｄｃ回路コモンを有するプロセス制御送信機 - Google Patents

外部からアクセス可能なｄｃ回路コモンを有するプロセス制御送信機

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JP2003533808A JP2001584974A JP2001584974A JP2003533808A JP 2003533808 A JP2003533808 A JP 2003533808A JP 2001584974 A JP2001584974 A JP 2001584974A JP 2001584974 A JP2001584974 A JP 2001584974A JP 2003533808 A JP2003533808 A JP 2003533808A
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Abstract

(57)【要約】 外部からアクセス可能なＤＣ回路コモンを有するプロセス制御送信機を提供する。 【解決手段】外部からアクセス可能なＤＣ回路コモン(32)を有し、送信機(30)および外部プロセス電子回路(34)間で通信される信号のレベルシフトを行う必要性を除去したプロセス制御送信機(30)が開示されている。プロセス制御送信機(30)は、ハウジング(42)に貫通接続された第１(36)、第２(38)および第３(40)の端子を含む。ハウジング(42)内に収容された回路(44)は第１(36)、第２(38)および第３(40)の端子に接続され、第２の端子(38)に接続されたＤＣコモン(32)に関連して調整されたデジタル信号を使い、第２および第３の端子(38と40）を介して外部プロセス電子回路(34)と情報を通信するように構成される。外部プロセス電子回路(34)は第２および第３の端子(38と40)に接続され、レベルシフト調節を実施することなくデジタル信号を解釈する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、工業プロセスプラントでプロセス変数を計測するのに使用されるプ
ロセス制御送信機に関する。特に、本発明は外部からアクセス可能なＤＣ回路コ
モン（DC circuit common)を有するプロセス制御送信機に関する。
【０００２】 プロセス制御送信機は、工業プロセスプラントにおいてプロセス変数を監視し
、工業プロセスを制御するのに使用される。一般にプロセス制御送信機は制御室
から離れて配置され、プロセス制御ループによって制御室内のプロセス制御回路
に接続される。プロセス制御ループは、プロセス制御送信機に電力を供給して、
プロセス制御送信機とプロセス制御回路との間に通信リンクを提供する４−２０
mA電流ループであることができる。典型的には、送信機は、圧力、温度、流量、
ｐＨ、粘性、レベル、プロセス変数等の特性つまりプロセス変数を感知し、感知
されたプロセス変数に比例する出力を、プラント通信バスを介して遠隔地に送信
する。プラント通信バスには４−２０mAアナログ電流ループまたはデジタル的に
符号化された連続プロトコル、例えばＨＡＲＴ（登録商標）、またはＦＯＵＮＤ
ＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスプロトコルを使用することができる。
【０００３】 図１には、従来技術で見ることができるプロセス制御送信機の簡略化したブロ
ック図が示される。プロセス制御送信機１０はハウジング１２、回路１４、並び
に第１および第２端子１６Ａ，１６Ｂを有する。ハウジング１２は永久的には密
封されておらず、一般に低部ハウジング部材１２Ａと取り外しできるキャップ１
２Ｂを含む。代表的には、シール（図示しない）が低部ハウジング部材１２Ａと
キャップ１２Ｂとの間にサンドイッチ状に挟まれてハウジング１２を封止する。
プロセス制御ループ１８は、第１および第２端子１６Ａ，１６Ｂにおいて、プロ
セス制御送信機１０を制御室２０に接続することができる。回路１４はプロセス
変数に関係するセンサ入力２２を受信し、プロセス制御ループ１８を介して制御
室２０にプロセス変数情報を通信するように形成される。
【０００４】 一般的に回路１４は、プロセス制御ループ１８を介し、プロセス制御ループ１
８並びに第１および第２端子１６Ａ，１６Ｂを通って流れるループ電流ＩTを調
節することにより制御室２０と通信する。回路１４は、ノード２４の電圧に関連
するフィードバック出力ＦＢと共に、ループ電流ＩＴを感知する。該ノード２４
の電圧は、ＤＣコモン２６または感知抵抗ＲSENSEによる電圧降下に関連する。
フィードバック出力ＦＢは導線２８を介して回路１４に通信される。導線２８は
、ノード２４および回路１４間の導線２８にごくわずかの電流が流れるのを許容
する直列抵抗ＲSERIES２８を含む。回路１４はフィードバック出力ＦＢを使用し
、センサ入力２２に従ってループ電流ＩTを調節する。
【０００５】 第２端子１６Ｂは、抵抗ＲSENSEによる電圧降下によって、ＤＣ回路コモン２
６からオフセットされている電圧を有する。また、第２端子１６ＢおよびＤＣ回
路コモン２６間の電圧差は、ループ電流ＩTが回路１４によって変化するのにつ
れて変化する。その結果、回路１４で作成され、ＤＣ回路コモン２６に関して調
整される通信信号は、感知抵抗ＲSENSEによる電圧降下を補償するために、通信
信号の電圧レベルを変化（シフト）させることなく、プロセス制御送信機１０外
部のプロセス回路と都合良く通信することはできない。前記レベルシフトが必要
になることにより、コストは増大し、かつ送信機１０に接続され、ＤＣ回路コモ
ン２６に関して調整される信号を使って回路１４と通信するよう適合されるプロ
セス電子回路を複雑にする。また、レベルシフトの不適合つまりＤＣ回路コモン
による誤差の可能性が増大する。
【０００６】 発明の概要 外部からアクセスできるＤＣ回路コモンを有するプロセス制御送信機は、送信
機および外部プロセス電子回路間で通信される信号のレベルシフトを実施する必
要をなくするように構成されている。プロセス制御送信機は、第１，第２および
第３の外部アクセス可能な端子と、シリーズレギュレータ、回路、シャント、お
よびシャント電流レギュレータを含む。第１および第２端子は、プロセス制御ル
ープと接続可能であり、送信機を通じてループ電流を導くように構成される。回
路は、負荷電流によって付勢され、プロセス変数および送信機に関係する情報を
管理し、ＤＣ回路コモンに関係してレギュレート（調整）される第３の端子にデ
ジタル信号を供給する。ＤＣ回路コモンは第２の端子に電気的に接続され、前記
デジタル信号は第２および第３の端子間で外部からアクセスできる。シリーズレ
ギュレータは、第１の端子に接続されて負荷電流を導き、該負荷電流を表す第１
のフィードバック出力を提供するように構成されている。シャントはシャント電
流を導き、シャント電流を表す第２のフィードバック出力を提供するように構成
されている。ループ電流は実質的に負荷電流とシャント電流との和である。シャ
ント電流レギュレータはシャント電流を通し、第１および第２のフィードバック
出力の関数としてループ電流を制御する。
【０００７】 図面の簡単な説明 図１は、従来技術に見ることができるプロセス制御送信機の簡略化したブロッ
ク図である。 図２は、本発明の一実施形態に係るプロセス制御送信機の簡略化されたブロッ
ク図である。 図３は、本発明の一実施形態に係るシリーズ−シャントレギュレータの簡略化
されたブロック図である。 図４は、本発明の別の実施形態に係るプロセス制御送信機の簡略化されたブロ
ック図である。 図５及び図６は、本発明の別の実施形態に係る電圧レギュレータの概略図であ
る。 図７は、本発明の一実施形態に係る第１のフィードバックネットワークの概要
図である。 図８は、本発明の一実施形態に係る第２のフィードバックネットワークの概要
図である。 図９は、本発明の一実施形態に係る出力段の概要図である。 図１０は、本発明の一実施形態に係る電流レギュレータの概要図である。
【０００８】 好ましい実施形態の詳細な説明 図２は、本発明の全体的な実施形態に係る、外部からアクセスできるＤＣ回路
コモン３２を含むプロセス制御送信機３０を示す。この特徴は送信機３０の外部
にあるプロセス電子回路３４が送信機３０と通信するために、ＤＣ回路コモン３
２に関してレギュレートされる信号を使用することである。その結果、本発明の
送信機３０は、従来技術の電流レギュレート回路が使われた場合に必要とされる
送信信号のレベルシフトを行うことなく外部プロセス電子回路３４と通信できる
。
【０００９】 送信機３０は第１、第２および第３の端子３６，３８および４０をそれぞれ含
み、これらは好ましくは外部からアクセスでき、かつ密封されたハウジング４２
を通って給電することができる。第２の端子３８はＤＣ回路コモン３２に接続さ
れ、ＤＣ回路コモン３２に外部から可能なアクセスを提供する。送信機３０は、
さらに回路４４およびシリーズ−シャントレギュレータ（series-shunt regulat
or）４６を含んでいる。第１および第２の端子３６および３８はプロセス制御ル
ープ５０を介して制御室４８に接続できる。回路４４は、一般に、ループ電流ＩT を使用し、プロセス制御ループ５０を通じて制御室４８と情報を通信するよう
に形成される。この情報は、プロセス変数情報、制御信号および送信機３０のセ
ッティングに関する情報を含むことができる。例えば、プロセス制御ループ５０
は、標準の４−２０mAアナログ信号を使ったアナログループ、またはＦＯＵＮＤ
ＡＴＩＯＮ（ファウンデーション：登録商標）フィールドバス、コントローラ・
エリア・ネットワーク（CAN)、もしくはプロファイバス等の、デジタル通信プロ
トコルに従ってデジタル信号を生成するデジタルループ、あるいは、ハイウェイ
・アドレッサブル・リモートトランスデューサ（ＨＡＲＴ:登録商標）等によっ
てアナログ信号上にデジタル信号が重畳される組み合わせであることができる。
また、送信機３０は、プロセス制御ループ５０を通じて受け取られるエネルギに
よって完全に電力供給される低電力プロセス送信機であることができる。
【００１０】 シリーズ−シャントレギュレータ４６は全体的に送信機３０を流れるループ電
流ＩTを制御するように形成される。従来技術（図１）の電流レギュレータと違
い、シリーズ−シャントレギュレータ４６はＤＣ回路コモン３２上の第２の端子
３８にループ電流ＩTが流出するのを可能にする。シリーズ−シャントレギュレ
ータ４６は第１の端子３６に接続される入力端子５２、第２の端子３８に接続さ
れるシャント電流出力端子５４、および回路４４に接続される負荷電流出力端子
５６を含む。シリーズ−シャントレギュレータ４６は、回路４４を付勢するのに
使用される負荷電流ＩLと、ループ電流ＩTを制御するのに使用されるシャント電
流Ｉsとを導出する。ループ電流ＩTは実質的に負荷電流ＩLとシャント電流Ｉsと
の和である。シリーズ−シャントレギュレータ４６は負荷電流ＩLを計測し、シ
ャント電流Ｉsをシャント電流出力に適用して所望値のループ電流ＩTを得る。
【００１１】 本発明の一実施形態において、回路４４は点線５８で示される制御信号をシリ
ーズ−シャントレギュレータ４６に供給する。制御信号は、ループ電流ＩTを予
定値にセットする指示をシリーズ−シャントレギュレータ４６に与える。この予
定値は、例えば回路４４に供給されるセンサ信号６０に関連付けることができる
。センサ信号６０はおおよそプロセス変数に関連する。図２には一つのセンサ信
号６０だけを示したが、追加的なセンサ信号は回路４４に供給され、温度のよう
な環境条件に関係するセンサ信号６０の誤差を補償するために使用することがで
きる。シリーズ−シャントレギュレータ４６は、制御信号５８および負荷電流ＩL に応答して、シャント電流Ｉsを調節する。
【００１２】 シリーズ−シャントレギュレータ４６の一実施形態を図３に示す。シリーズ−
シャントレギュレータ４６はシリーズレギュレータ（series regulator）６２、
シャント６４、およびシャント電流レギュレータ６６を含む。負荷電流ＩLはシ
リーズレギュレータ６２によって制御され、シャント６４はシャント電流レギュ
レータ６６によって制御されるシャント電流Ｉsを導通する。シリーズレギュレ
ータ６２は入力端子５２を介して第１の端子３６に接続され、負荷電流ＩLに関
係する第１のフィードバック出力ＦＢ１を提供する。シャント６４は、シャント
電流出力５４にシャント電流Ｉsを導き、シャント電流Ｉsに関係する第２のフィ
ードバック出力ＦＢ２を提供する。シャント電流レギュレータ６６は第１および
第２のフィードバック出力ＦＢ１およびＦＢ２を受け取り、シャント電流Ｉsを
調節することによって、第１および第２のフィードバック出力ＦＢ１およびＦＢ
２の関数としての予定値にループ電流ＩTを制御する。制御信号５８は、所望の
予定値を通信するために、シャント電流レギュレータ６６によって受け取られる
。
【００１３】 再び図２において、回路４４は第３の端子４０に接続され、そこを通じて該回
路４４はデジタル信号を送受信することができる。該デジタル信号は、第２の端
子３８に接続されるＤＣ回路コモン３２に関連して調整される電圧である。該デ
ジタル信号は、例えばプロセス変数情報、送信機設定情報および制御情報等を含
むことができる。従来技術とは違い、シリーズ−シャントレギュレータ４６によ
って、第２の端子３８で外部からＤＣ回路コモン３２がアクセス可能になること
により、デジタル信号のレベルシフトは必要ない。その結果、第２の端子３８で
アクセスできるＤＣ回路コモン３２を有することによる一つの利点は、送信機３
０を第２および第３の端子３８，４０で外部プロセス電子回路３４に接続でき、
デジタル信号のレベルシフトを行うことなく、かつノイズマージンのロスなく、
外部プロセス電子回路３４および回路４４間でデジタル信号を通信できることで
ある。本発明の好ましい一実施形態において、回路４４は、第３の端子４０を論
理電圧レベル「ハイ」に維持するように構成され、このハイレベルは外部プロセ
ス電子回路３４に電力を供給するのに使用される。さらに回路４４は、第３の端
子４０を、好ましくはＤＣ回路コモン３２と同じ論理レベル「ロー」に引っ張る
よう構成されるのが好ましい。回路４４から第３の端子４０に供給される負荷電
流ＩLの一部は第１のフィードバック出力ＦＢ１によって表され、シリーズ−シ
ャントレギュレータ４６によって、ループ電流ＩTを所望レベルに維持できるよ
うに考慮されている。また、回路４４は、ダイオードまたはその他の回路ブロッ
ク構成によって、外部プロセス電子回路３４から第３の端子４０へ電流が逆流す
るのを防止する。したがって、プロセス送信機３０はループ電流ＩTが所望レベ
ルに維持されている間、外部プロセス電子回路３４と通信および給電することが
できる。
【００１４】 外部プロセス電子回路３４の一実施形態は、第３の端子４０を通じて回路４４
から表示情報を受け取る液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）である。ＬＣＤディスプレ
イは例えばセンサ信号６０に関係するプロセス変数情報を表示することができる
。一実施形態において、ＬＣＤディスプレイは、第３の端子４０において、回路
４４からの出力によって給電される。ここで、ＬＣＤディスプレイは、第３の端
子４０が「ロー」に引っ張られているときでも、ＬＣＤに電力を供給するのに必
要な電圧レベルを維持するためのコンデンサを含む。
【００１５】 別の実施形態において、外部プロセス電子回路３４は、上述のように第２およ
び第３の端子３８，４０、ならびに図２に示したように点線６８で示される第１
の端子３６に接続することができる拡張モジュールである。拡張モジュールは一
般に送信機の機能を拡張するように構成される。例えば、送信機３０の回路４４
で受信されるセンサ信号６０は、ＤＣ回路コモン３２に関連して調整され、第３
の端子４０を介して拡張モジュールで受信されるデジタル信号として拡張モジュ
ールと通信できる差圧計測値と関連することができる。拡張モジュールは、例え
ば流量計算を実行するため、受信した差圧計測値情報を使用することができる。
さらに、拡張モジュールはプロセス制御ループ５０を介して制御室４８と通信す
るように構成できる。その結果、拡張モジュールは送信機３０の回路４４に、プ
ロセス制御ループ５０を介した通信を不能にするように指示できる。また、拡張
モジュールは、送信機３０が使うように構成されていない通信プロトコルを使っ
て制御室４８と通信するよう構成することにより、送信機３０の機能を増大する
ことができる。さらに、送信機３０はもはやプロセス制御ループ５０を介して制
御室４８と直接通信しないので、拡張モジュールは回路４４に、シャント電流レ
ギュレータ６６が動作しないように指示でき、この結果、シャント電流Ｉsをお
およそゼロにすることができる。
【００１６】 図４において、送信機３０の別の実施形態を詳細に説明する。一実施形態にお
いて、回路４４は、一般的にはアナログ回路４４Ａである高電圧回路、および一
般的にはデジタル回路４４Ｂである低電圧回路を有する。アナログ回路４４Ａは
、アナログ回路４４Ａが、センサ信号６０に関係する出力信号を、それを通じて
デジタル回路４４Ｂに供給することができる導線７０によってデジタル回路４４
Ｂに接続される。デジタル回路４４Ｂは第３の端子４０に導線７２を介してデジ
タル信号を供給することができる。別の実施形態において、デジタル回路４４Ｂ
はシャント電流レギュレータ６６に導線７４を介してセンサ信号６０を示す信号
を供給する。最後に、デジタル回路４４Ｂは、導線７６および７８のそれぞれを
介して、ＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルに沿ったデジタル信号を送受信す
ることができるように構成できる。
【００１７】 シリーズ電圧レギュレータ６２はアナログ回路４４Ａを全体的に付勢する高電
圧レギュレータ６２Ａとデジタル回路４４Ｂを全体的に付勢する低電圧レギュレ
ータ６２Ｂとを含む。ノード８４で電圧レギュレータ６２に受け取られる負荷電
流ＩLは、このようにアナログ回路４４Ａおよびデジタル回路４４Ｂ間で分割さ
れる。アナログ回路４４Ａはノード８０で高電圧レギュレータ６２Ａに接続され
、好ましくは高電圧レギュレータ６２Ａによってアナログ回路４４Ａの動作に必
要とされる電圧に維持される。一実施形態において、高電圧レギュレータ６２Ａ
はノード８０を４．３ボルトに維持する。デジタル回路４４Ｂは低電圧レギュレ
ータ６２ＢとＤＣ回路コモン３２とに接続される。低電圧レギュレータ６２Ｂは
ノード８０との結合部で示されるように高電圧レギュレータ６２Ａから電力を受
け入れる。デジタル回路４４Ｂは導線８２を通じて低電圧レギュレータ６２Ｂに
よって付勢される。一実施形態において、低電圧レギュレータ６２Ｂは導線８２
を３．０ボルトに維持する。
【００１８】 図５は高電圧レギュレータ６２Ａの、簡略化された回路図を示す。高電圧レギ
ュレータ６２Ａは導線８６を通じてノード８４に接続される。負荷電流ＩLはダ
イオードＤ１を流れ、極性反転または電力遮断が生じたときにノード８４へ負荷
電流ＩLが逆流するのを防止する。高電圧レギュレータ６２Ａは一般には直列パ
ス電圧レギュレータであり、演算増幅器（オペアンプ）ＯＡ１、コンデンサＣ１
および抵抗器Ｒ１，Ｒ２からなる集積比較器を含む。オペアンプＯＡ１は、正入
力に接続される基準電圧ＶREFと抵抗器Ｒ１およびＲ２の接続点の電圧とを比較
する。基準電圧ＶREFはノード９０で要求される電圧つまり調整電圧ＶREG1にの
何パーセントかに設定される。該パーセンテージは分圧器を構成する抵抗器Ｒ１
およびＲ２によって設定される。オペアンプＯＡ１の出力は、ｎチャネル空乏型
ＭＯＳＦＥＴとして示されているトランジスタＴ1を制御する。電力供給バイパ
スコンデンサＣ２およびＣ３は、調整電圧ＶREG1の揺動を制限する。感知抵抗Ｒs1 は負荷電流ＩLを感知するのに使用される。感知抵抗Ｒs1を横切る電圧は、導
線９２および９４をそれぞれ介してノード８８においてアクセスできる。一実施
形態において、高電圧レギュレータ６２Aは電圧ＶREG1を４．３ボルトに維持す
る。集積比較器は抵抗器Ｒ２を介してＤＣ回路コモン３２に結合される。電力供
給バイパスコンデンサＣ２およびＣ３もまたＤＣ回路コモン３２に結合される。
固有の安全の要請に合致するように、ツェナーダイオードクランプ（図示せず）
を、ノード９０およびＤＣ回路コモン３２間に接続することができる。当業者は
、アナログ回路４４Aのような、回路４４で使用できる安定した調整電圧ＶREG1
を形成するように動作する、高電圧レギュレータ６２Ａの、異なる多くの構成が
可能であることを理解できる。
【００１９】 低電圧レギュレータ６２Ｂの一実施形態を図６に示す。低電圧レギュレータ６
２Ｂは、集積回路９６において高電圧レギュレータ６２Ａから調整電圧ＶREG1を
受け取る。集積回路９６は、調整電圧ＶREG1の入力に応答して、出力９８に調整
電圧ＶREG2を生成するように構成されている。該適当な集積回路の一つはアナロ
グデバイス社(Analog Device ,Incorporated)によって製造されたＡＤＰ３３３
０集積回路である。電力供給バイパスコンデンサＣ４およびＣ５は、調整デジタ
ル電圧ＶDREG内の揺動を低減するように動作する。ツェナーダイオードＺ1およ
びＺ2は、故障条件下では、導線１００およびＤＣ回路コモン３２間の電圧低下
を制限するように構成され、これによって低電圧レギュレータ６２Ｂが固有の安
全基準に従う。一実施形態において、ツェナーダイオードＺ１およびＺ２は５．
６ボルトのツェナーダイオードである。
【００２０】 電圧レギュレータ６２は、さらに、図３に示したように第１の電流フィードバ
ックＦＢ１をシャント電流レギュレータ６６に供給するように構成されたフィー
ドバックネットワーク１０２（図４）を含むことができる。一実施形態において
、第１のフィードバックネットワーク１０２は負荷電流ＩLのＤＣ成分に関係す
るフィードバック信号を提供する。図４は別の実施形態を示し、第１のフィード
バックネットワーク１０２は、シャント電流レギュレータ６６に対して、負荷電
流ＩLのＡＣおよびＤＣ成分に関係するフィードバックを供給する。第１のフィ
ードバックネットワーク１０２の一つの可能な構成を図７に示す。ここでは、第
１のフィードバックネットワーク１０２は、導線９２および９４の間に位置する
分圧器の抵抗Ｒ３およびＲ４間に接続される導線１０５を介して、負荷電流ＩL
のＤＣ成分に関するＤＣフィードバックを提供することができる。さらに、負荷
電流ＩLのＡＣ成分に関するＡＣフィードバックを、導線１０６を介して供給す
ることができる。抵抗Ｒ５およびコンデンサＣ４は、負荷電流ＩLを表すＡＣ成
分だけが通過するのを許容するＤＣブロッキング回路を構成する。
【００２１】 シャント６４は、図４に示すように、第２の感知抵抗ＲS2および第２のフィー
ドバックネットワーク１０８を含む。第２の感知抵抗ＲS2はシャント電流Ｉsを
感知するように配置される。第２のフィードバックネットワーク１０８は、シャ
ント電流Ｉsを表す第２のフィードバック出力ＦＢ２（図３および図４参照）を
生成するように構成されている。一実施形態において、第２のフィードバック出
力ＦＢ２はシャント電流ＩsのＤＣ成分に関係する。別の実施形態では、第２の
フィードバック出力ＦＢ２は図４に示すように、シャント電流ＩsのＡＣおよび
ＤＣ成分に関係するＡＣおよびＤＣ成分を含む。
【００２２】 図８は、導線１１０および１１２を介して第２の感知抵抗ＲS2における電圧降
下を計測する第２のフィードバックネットワーク１０８の一つの可能な実施形態
を示す。第２のフィードバック出力ＦＢ２のＤＣ成分は導線１１４に形成され、
第２のフィードバック出力ＦＢ２のＡＣ成分は導線１１６に形成される。導線１
１０および１１４間に接続される抵抗Ｒ６は、一般的に大きい抵抗を有している
ので、導線１１４を通る電流が低減してシャント電流Ｉsは実質的に第２の感知
抵抗ＲS2だけを通る。抵抗Ｒ７およびコンデンサＣ５は、導線１１２に第２のフ
ィードバック出力ＦＢ２のＤＣ成分が流入するのをブロックする一方、抵抗Ｒ６
を通過して導線１１２へ流れる第２のフィードバック出力ＦＢ２をフィルタリン
グするように作用する。その結果、第２のフィードバック出力のＤＣ成分だけを
、導線１１４に沿って通過させる。抵抗Ｒ８およびコンデンサＣ６は第２のフィ
ードバック出力ＦＢ２のＡＣ成分を導線１１０から導線１１６へ通過させるＤＣ
ブロッキング回路を形成する。したがって、第２のフィードバック出力ＦＢ２の
ＡＣ成分だけが導線１１６を通過する。
【００２３】 シャント電流レギュレータ６６の一実施形態は、図４に示したように、電流レ
ギュレータ１１８および出力段１２０を含む。出力段１２０は、一般的に第１フ
ィードバックネットワーク１０２および第２のフィードバックネットワーク１０
８のそれぞれから受け取った第１および第２のフィードバック出力に応答して制
御信号を提供するように構成される。制御信号は導線１２２を介して電流レギュ
レータ１１８に供給される。電流レギュレータ１１８は、制御信号に応答してル
ープ電流ＩTを所定値に設定するようにシャント電流Ｉsを調節する。このように
、出力段１２０は、シャント電流Ｉsを調節して、ループ電流ＩTが予定値に調節
されるように電流レギュレータ１１８を制御する。該予定値は導線７４を介して
、デジタル回路４４Ｂのような回路４４から受信された信号に関連させることが
できる。第１および第２のフィードバック出力ＦＢ１およびＦＢ２のＡＣ成分は
、ノード１２４において合計される。同様に、第１および第２のフィードバック
出力ＦＢ１およびＦＢ２のＤＣ成分は、ノード１２６において合計される。第１
および第２のフィードバック出力のＡＣおよびＤＣ成分は、それぞれ導線１２８
および１３０を介して出力段１２０で受信される。
【００２４】 図９に、出力段１２０の一つの可能な構成を示す。ここでは、第１および第２
のフィードバック出力ＦＢ１およびＦＢ２のＤＣ成分は、抵抗Ｒ９およびＲ１０
を通り、オペアンプＯＡ２およびコンデンサＣ７で構成される集積比較器に至る
。出力段１２０の集積比較器は、負入力の電圧を正入力の基準電圧ＶREFと比較
する。オペアンプＯＡ２は、オペアンプＯＡ２の負入力の電圧と正入力との差に
応答して導線１２２上の出力信号を生成する。第１および第２のフィードバック
出力のＡＣ成分は抵抗Ｒ９およびコンデンサＣ７を通過でき、これらは導線１２
２においてオペアンプＯＡ２の出力に加えられる。こうして、出力段１２０は第
１および第２のフィードバック出力ＦＢ１、ＦＢ２に応答して、導線１２２を介
して電流レギュレータ１１８に供給される制御信号を生成する。
【００２５】 上述のように、電流レギュレータ１１８はシャント電流Ｉsの流れを制御する
。電流レギュレータ１１８のための一つの可能な構成は、図１０に示すように、
複合トランジスタ１３４Ａおよび１３４Ｂで形成されるダーリントン回路を利用
する。出力段１２０からの制御信号は、抵抗Ｒ１１を介してトランジスタ１３４
Ｂにおいてダーリントン回路に受け取られる。ダーリントン回路は、抵抗Ｒ１１
を介して出力段１２０から受信された制御信号に応答して、シャント１３６を流
れるシャント電流Ｉsの流れを制御する。ダイオードＤ２がシャント１３６に直
列に配置され、極性反転または電力遮断時に電流が逆流するのを防止する。また
、拡張モジュールが接続されたときに、シャント電流Ｉsが流れないのをより確
実にするため、ツェナーダイオードＺ３をシャント１３６と直列に配置すること
ができる。
【００２６】 再び図４において、送信機３０はまた、外部からアクセスでき、回路４４に結
合する第４および第５の端子１３８および１４０をそれぞれ含むことができる。
一実施形態において、第４および第５の端子１３８および１４０はデジタル回路
４４Ｂに接続し、送信機３０のための論理レベル切り替えを提供する。
【００２７】 本発明は好ましい実施形態により説明されたが、当業者は形状および細部にお
いて本発明の範囲から逸脱しないで変形できることを認識できるであろう。例え
ば、上述の本発明は第２の端子３８に関して正電圧を有する第１の端子３６によ
って動作するように全体的に設計されている。しかしながら、第２の端子３８に
関して負である極性を有する第１の端子３６によって動作するように発明を構成
できる本発明の変形を、当業者は理解できる。さらに、上述した多くの構成部の
多くの別の構成を、当業者は理解できる。したがって、添付されたクレームは、
これらの代替や変形のすべてが発明の真の精神や範囲内に入ることを意図してい
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術に見ることができるプロセス制御送信機の簡略化したブロック図であ
る。
【図２】 本発明の一実施形態に係るプロセス制御送信機の簡略化されたブロック図であ
る。
【図４】 本発明の別の実施形態に係るプロセス制御送信機の簡略化されたブロック図で
ある。
【図５】 本発明の別の実施形態に係る電圧レギュレータの概略図である。
【符号の説明】
３０……送信機、３２……ＤＣ回路コモン、３４……プロセス電子回路、３６
……第１の端子、３８……第２の端子、４０……第３の端子、４２……ハウジン
グ、４４……回路、４６……シリーズ−シャントレギュレータ、４８……制御室
、５０……プロセス制御ループ、５２……入力端子、５４……シャント電流出力
端子、５６……負荷電流出力端子、６０……センサ信号
【手続補正書】
【提出日】平成１５年２月２８日（２００３．２．２８）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項２】 第１、第２および第３の外部からアクセス可能な貫通接続端子
であって、該第１および第２の端子がプロセス制御ループに接続可能であり、か
つ、送信機を介してループ電流ＩTを流すように適合された端子と、 ベースモジュールとを備え、 該ベースモジュールが、 前記第１の端子に接続された入力端子および前記第２の端子に接続されたシャ
ント電流出力端子を有し、負荷電流ＩLを流し、かつ、前記シャント電流出力端
子から流れ出るシャント電流Ｉsを調整することによってループ電流ＩTを制御す
るシリーズ−シャントレギュレータと、 負荷電流ＩLによって付勢される回路であって、センサ信号を受信し、前記第
２の端子に接続された該回路のＤＣコモンに関連して調整される電圧を有する第
３の端子にデジタル信号を供給し、該デジタル信号が前記第２および第３の端子
間で外部からアクセス可能であるように構成された回路とを含んでいるプロセス
制御送信機。
【請求項３】 前記シリーズ−シャントレギュレータが、 前記入力端子に接続され、負荷電流ＩLを出力し、該負荷電流を表す第１のフ
ィードバック出力を提供するように構成されたシリーズレギュレータと、 シャント電流出力端子にシャント電流Ｉsを出力し、該シャント電流を表す第
２のフィードバック出力を提供し、ループ電流ＩTが実質的に負荷電流ＩLおよび
シャント電流Ｉsの和であるように構成されたシャントと、 シャント電流Ｉsを搬送し、第１および第２のフィードバック出力の関数であ
る予定値にループ電流ＩTを制御するように構成されたシャント電流レギュレー
タとを備えた請求項１または２記載のプロセス制御送信機。
【請求項４】 前記プロセス制御ループによって完全に給電されている請求項 １または２ 記載のプロセス制御送信機。
【請求項６】 前記第１および第２のフィードバック出力が、負荷電流および
シャント電流のＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項３記載のプロセス制御送
信機。
【請求項７】 前記第１および第２のフィードバック出力が、負荷電流および
シャント電流のＡＣおよびＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項３記載のプロ
セス制御送信機。
【請求項８】 送信機に対して論理レベル切り換えを提供するように構成され
た第４および第５の端子の少なくとも一方をさらに備え、該第４および第５の端
子が外部からアクセス可能な貫通接続端子であるように構成された請求項１また は２ 記載のプロセス制御送信機。
【請求項９】 前記第１、第２、および第３の端子に接続可能な拡張モジュー
ルをさらに備え、該拡張モジュールが前記第２および第３の端子を介して前記ベ
ースモジュールの回路と通信する請求項２記載の送信機。
【請求項１０】 前記拡張モジュールが、流量計算および通信拡張能力からな
るグループから選択された少なくとも一つの特徴を備える請求項９記載の送信機
。
【請求項１１】 前記拡張モジュールが、デジタル通信プロトコルに従って前
記第２および第３の端子を介して前記ベースモジュールと通信する請求項９記載
の送信機。
【請求項１２】 ハウジングを貫通接続する第１、第２および第３の端子であ
って、前記第１および第２の端子がプロセス制御ループに接続可能であり、該送
信機および前記第３の端子を通るループ電流ＩTを流せるように構成された端子
を形成し、 前記第１の端子に接続された入力端子および前記第２の端子に接続されるシャ
ント電流出力端子を有し、負荷電流ＩLを流して前記シャント電流出力端子から
流れ出るシャント電流Ｉsを調整することによりループ電流ＩTを制御するシリー
ズ−シャントレギュレータを前記ハウジング内に設置し、 前記負荷電流ＩLによって付勢された前記ハウジング内の回路であって、セン
サ信号を受信し、前記第２の端子に接続された該回路のＤＣコモンに関連して調
整された電圧を有するデジタル信号を前記第３の端子に供給し、前記デジタル信
号が前記第２および第３の端子間で外部からアクセス可能であるように構成され
た回路を設置するプロセス制御送信機の製造方法。
【請求項１３】 前記プロセス制御ループを介して前記送信機に電力を供給す
ることを含む請求項１２記載の方法。
【請求項１４】 前記デジタル信号が、デジタル通信プロトコルに従っている
請求項１２記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ，ＴＲ)，ＯＡ(ＢＦ ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ， ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，Ｇ Ｍ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＭＺ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ， ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＧ，ＡＬ，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，Ｂ Ｚ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＯ，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ ，ＤＫ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ， ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，Ｉ Ｓ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ， ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，Ｐ Ｔ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ， ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ネルソン，リチャード，エル． アメリカ合衆国 55317 ミネソタ州、チ ャンハッセン、ライマン コート 1070 Ｆターム(参考） 5H219 AA01 BB01 CC17 DD04

Claims (28)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 外部からアクセス可能なＤＣコモンを有するプロセス制御送信
    機において、 外部からアクセス可能な第１、第２および第３の貫通接続端子であって、該第
    １および第２の端子がプロセス制御ループに接続可能であり、かつ該送信機を通
    ってループ電流ＩTを流すように構成されている端子と、 前記第１の端子に接続された入力端子および前記第２の端子に接続されたシャ
    ント電流出力端子を有するシリーズ−シャントレギュレータであって、負荷電流
    ＩLを出力し、前記シャント電流出力端子から流れ出るシャント電流Ｉsを調整す
    ることによってループ電流ＩTを制御するシリーズ−シャントレギュレータと、 前記負荷電流ＩLによって付勢される回路であって、センサ信号に応答してル
    ープ電流ＩTを制御し、かつ、前記第２の端子に接続された該回路のＤＣコモン
    に関連して調整される電圧を有する第３の端子へデジタル信号を供給するように
    構成され、前記デジタル信号が前記第２および第３の端子間で外部からアクセス
    可能である回路とを備えたプロセス制御送信機。
  2. 【請求項２】 前記シリーズ−シャントレギュレータが、 前記入力端子に接続され、負荷電流ＩLを出力し、該負荷電流を表す第１のフ
    ィードバック出力を提供するように構成されたシリーズレギュレータと、 シャント電流出力端子にシャント電流Ｉsを出力し、該シャント電流を表す第
    ２のフィードバック出力を提供し、ループ電流ＩTが実質的に負荷電流ＩLおよび
    シャント電流Ｉsの和であるように構成されたシャントと、 シャント電流Ｉsを搬送し、第１および第２のフィードバック出力の関数であ
    る予定値にループ電流ＩTを制御するように構成されたシャント電流レギュレー
    タとを備えた請求項１記載のプロセス制御送信機。
  3. 【請求項３】 前記プロセス制御ループによって完全に給電されている請求項
    １記載のプロセス制御送信機。
  4. 【請求項４】 前記デジタル信号が、ＣＡＮ、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＦＯＵ
    ＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス、およびプロファイバスデジタル通
    信プロトコルからなるグループから選択されたデジタル通信プロトコルに従って
    いる請求項１記載のプロセス制御送信機。
  5. 【請求項５】 前記回路が、前記シャント電流レギュレータに結合されるプロ
    セス変数出力を含み、 前記シリーズ−シャントレギュレータが、前記プロセス変数の関数であるルー
    プ電流を制御し、それによって前記予定値が該プロセス変数出力と関連するよう
    にさらに構成された請求項１記載のプロセス制御送信機。
  6. 【請求項６】 前記回路が、前記シリーズ−シャントレギュレータを使用して
    、通信プロトコルに従って外部に配置されたプロセス電子回路と、プロセス制御
    ループを介して通信するように構成された請求項１記載のプロセス制御送信機。
  7. 【請求項７】 前記通信プロトコルが、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＦＯＵＮＤＡ
    ＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス、およびプロファイバスからなるグループ
    から選択されたデジタル通信プロトコルである請求項６記載のプロセス制御送信
    機。
  8. 【請求項８】 前記第１および第２のフィードバック出力が、負荷電流および
    シャント電流のＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項２記載のプロセス制御送
    信機。
  9. 【請求項９】 前記第１および第２のフィードバック出力が、負荷電流および
    シャント電流のＡＣおよびＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項２記載のプロ
    セス制御送信機。
  10. 【請求項１０】 送信機に対して論理レベル切り換えを提供するように構成さ
    れた第４および第５の端子の少なくとも一方をさらに備え、該第４および第５の
    端子が外部からアクセス可能な貫通接続端子であるように構成された請求項１記
    載のプロセス制御送信機。
  11. 【請求項１１】 第１、第２および第３の外部からアクセス可能な貫通接続端
    子であって、該第１および第２の端子がプロセス制御ループに接続可能であり、
    かつ、送信機を介してループ電流ＩTを流すように適合された端子と、 ベースモジュールとを備え、 該ベースモジュールが、 前記第１の端子に接続された入力端子および前記第２の端子に接続されたシャ
    ント電流出力端子を有し、負荷電流ＩLを流し、かつ、前記シャント電流出力端
    子から流れ出るシャント電流Ｉsを調整することによってループ電流ＩTを制御す
    るシリーズ−シャントレギュレータと、 負荷電流ＩLによって付勢される回路であって、センサ信号を受信し、前記第
    ２の端子に接続された該回路のＤＣコモンに関連して調整される電圧を有する第
    ３の端子にデジタル信号を供給し、該デジタル信号が前記第２および第３の端子
    間で外部からアクセス可能であるように構成された回路とを含んでいるプロセス
    制御送信機。
  12. 【請求項１２】 前記シリーズ−シャントレギュレータが、 前記入力端子に接続され、前記負荷電流ＩLを出力し、該負荷電流を表す第１
    のフィードバック出力を提供するように構成されたシリーズレギュレータと、 前記シャント電流出力端子へシャント電流Ｉsを出力し、該シャント電流Ｉsを
    表す第２のフィードバック出力を提供し、前記ループ電流ＩTが実質的に負荷電
    流ＩLおよびシャント電流Ｉsの和であるように構成されたシャントと、 シャント電流Ｉsを搬送し、第１および第２のフィードバック出力の関数であ
    る予定値にループ電流ＩTを制御するように構成されたシャント電流レギュレー
    タとを備えた請求項１１記載のプロセス制御送信機。
  13. 【請求項１３】 前記第１、第２、および第３の端子に接続可能な拡張モジュ
    ールをさらに備え、該拡張モジュールが前記第２および第３の端子を介して前記
    ベースモジュールの回路と通信する請求項１１記載の送信機。
  14. 【請求項１４】 前記拡張モジュールが、流量計算および通信拡張能力からな
    るグループから選択された少なくとも一つの特徴を備える請求項１３記載の送信
    機。
  15. 【請求項１５】 前記拡張モジュールが、デジタル通信プロトコルに従って前
    記第２および第３の端子を介して前記ベースモジュールと通信する請求項１３記
    載の送信機。
  16. 【請求項１６】 前記デジタル通信プロトコルが、ＨＡＲＴ（登録商標）、Ｆ
    ＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス、ＣＡＮおよびプロファイバス
    からなるグループから選択された請求項１５記載の送信機。
  17. 【請求項１７】 前記第３の端子が、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に電力を供
    給し、かつ、該ＬＣＤと情報を通信するように構成された請求項１１記載の送信
    機。
  18. 【請求項１８】 前記送信機が、プロセス制御ループによって完全に電力を供
    給される請求項１１記載のプロセス制御送信機。
  19. 【請求項１９】 前記回路が、前記シャント電流レギュレータに結合されるプ
    ロセス変数出力を含み、 前記シリーズ−シャントレギュレータが、前記プロセス変数出力の関数である
    ループ電流を制御し、それによって前記予定値が前記プロセス変数出力と関連す
    るようにさらに構成された請求項１１記載のプロセス制御送信機。
  20. 【請求項２０】 前記回路が、前記シリーズ−シャントレギュレータを使用し
    て、通信プロトコルに従い外部に配置されたプロセス電子回路と、前記プロセス
    制御ループを介して通信するように構成された請求項１１記載のプロセス制御送
    信機。
  21. 【請求項２１】 前記通信プロトコルが、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＦＯＵＮＤ
    ＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス、およびプロファイバスからなるグルー
    プから選択されたデジタル通信プロトコルである請求項２０記載のプロセス制御
    送信機。
  22. 【請求項２２】 前記第１および第２のフィードバック出力が、前記負荷電流
    およびシャント電流のＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項１２記載のプロセ
    ス制御送信機。
  23. 【請求項２３】 前記第１および第２のフィードバック出力が、前記負荷電流
    およびシャント電流のＡＣおよびＤＣ成分にそれぞれ関連している請求項１２記
    載のプロセス制御送信機。
  24. 【請求項２４】 送信機に対して論理レベル切り換えを提供する第４および第
    ５の端子の少なくとも一方を備え、該第４および第５の端子が、外部からアクセ
    ス可能な貫通接続端子であるように構成された請求項１１記載のプロセス制御送
    信機。
  25. 【請求項２５】 ハウジングを貫通接続する第１、第２および第３の端子であ
    って、前記第１および第２の端子がプロセス制御ループに接続可能であり、該送
    信機および前記第３の端子を通るループ電流ＩTを流せるように構成された端子
    を形成し、 前記第１の端子に接続された入力端子および前記第２の端子に接続されるシャ
    ント電流出力端子を有し、負荷電流ＩLを流して前記シャント電流出力端子から
    流れ出るシャント電流Ｉsを調整することによりループ電流ＩTを制御するシリー
    ズ−シャントレギュレータを前記ハウジング内に設置し、 前記負荷電流ＩLによって付勢された前記ハウジング内の回路であって、セン
    サ信号を受信し、前記第２の端子に接続された該回路のＤＣコモンに関連して調
    整された電圧を有するデジタル信号を前記第３の端子に供給し、前記デジタル信
    号が前記第２および第３の端子間で外部からアクセス可能であるように構成され
    た回路を設置するプロセス制御送信機の製造方法。
  26. 【請求項２６】 前記プロセス制御ループを介して前記送信機に電力を供給す
    ることを含む請求項２５記載の方法。
  27. 【請求項２７】 前記デジタル信号が、ＣＡＮ、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＦＯ
    ＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス、およびプロファイバスデジタル
    通信プロトコルからなるグループから選択されたデジタル通信プロトコルに従っ
    ている請求項２５記載の方法。
  28. 【請求項２８】 前記外部プロセス電子回路が、液晶ディスプレイおよび拡張
    モジュールの一方を含んでいる請求項２５記載の方法。
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