JP2003533809A - ２線式現場取付け可能プロセス装置 - Google Patents

２線式現場取付け可能プロセス装置

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Abstract

(57)【要約】 比較的多数のセンサを必要とする用途並びに現場での制御を向上する必要のある用途を満足する、２線式現場取付け可能プロセス装置を提供すること。 【解決手段】 複数の絶縁チャネルを有する２線式現場取付けプロセス装置（１６）は、入力チャネル又は出力チャネルであり得る１つのチャネルを含む。与えられた入力又は出力チャネルは、それぞれ、複数のセンサ又はアクチュエータ（３２、３４）へ連結されることが出来る。プロセス装置（１６）は、２線式プロセス制御ループ（１４）によって完全に付勢される。プロセス装置（１６）は、入力チャネル（４２、４４、４６）へ連結されたセンサ（２０，２２、２４、２６、２８，３０）の一つ又はそれより多くの特性を測定すると共に出力チャネル（４８）へ連結されたアクチュエータを制御するように適合されたコントローラ（４０）を含む。コントローラは、更に、プロセス入力情報をプロセス出力コマンドに関係付けるユーザ発生制御アルゴリズムを実行するように適合される。また、プロセス装置は、２線式ループを介して通信するように適合されたループ通信機（３６）を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 発明の背景 本発明は、プロセス装置に関する。より詳細には、本発明は、現場取付け可能
プロセス制御及び測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
プロセス装置は、石油化学製品の精製、食品の加工、電力の発生、及びその他
多くのプロセス等の産業上のプロセスを測定し且つ制御するために使用される。
プロセス測定装置は、プロセス変数送信機を含み、プロセス変数送信機は、圧力
や温度のようなプロセス変数を測定し、測定された変数をプロセスコントローラ
へ通信する。他のタイプのプロセス装置は、バルブコントローラ等のアクチュエ
ータである。一般的に、プロセス制御は、送信機と、アクチュエータと、プロセ
ス制御ループを介してコントローラと通信を行うプロセスコントローラとの組合
せを使用して達成される。両方のタイプのプロセス装置は、プロセスインタフェ
ース要素を介して物理的プロセスと対話する。プロセスインタフェース要素は、
電気信号を物理的プロセス条件に関連付ける装置であり、且つセンサ、リミット
スイッチ、バルブコントローラ、ヒータ、モータコントローラ及びその他多くの
装置等を含む。
【０００３】 プロセスコントローラは、一般的には、プロセスから遠く離れた制御室に配置
されるマイクロコンピュータである。プロセスコントローラは、一つ又はそれよ
り多くのプロセス測定装置からプロセス情報を受信して、適切な制御信号を一つ
又はそれより多くのプロセス制御装置に印加してプロセスに影響を及ぼし、それ
によってプロセスを制御することが出来る。
【０００４】 プロセスへの結合のためには、送信機及びアクチュエータが現場のプロセス近
くに取付けられるのが一般的である。このような物理的近接配置は、プロセス装
置を多くの環境上の問題にさらすことになる。例えば、プロセス装置は、極端な
温度、振動、腐食及び／又は可燃性環境、及び電気ノイズをしばしば受けること
になる。このような条件に耐えるために、プロセス装置は、特に「現場取付け」
用に設計される。このような現場取付け装置は、防爆であるように設計される頑
健な格納容器を使用している。更に、現場取付けプロセス装置は、「本質的に安
全」であると言われる回路を有するように設計され得る。この「本質的に安全」
とは、故障状態であっても、この回路は、危険な雰囲気の存在下で爆発を引き起
こし得るスパークや表面温度を発生するに十分な電気エネルギを一般には含まな
いことを意味する。更に、電気絶縁技術が、電気ノイズの影響を減少するために
通常使用される。これらは、現場取付けプロセス装置を他の装置から区別し、セ
ンサ特性を測定し且つこのような特性を示すデータを提供するいくつかの設計条
件の例である。
【０００５】 上記でリストアップされた環境への考察に加えて、現場取付け装置の他の問題
は配線の問題である。プロセス装置が制御室から離れたプロセス近くに配置され
るので、このような装置を制御室へ連結するために、長い配線がしばしば求めら
れる。これらの長い配線は、設置コストを高くすると共に維持を困難にする。
【０００６】 要求される配線を減少する一つの方法は、２線式プロセス装置を使用すること
である。これらの装置は、２線式プロセス制御ループを使用して制御室に連結さ
れる。２線式装置は、プロセス制御ループから電力を受け取り、プロセス装置へ
電力を提供することによって一般的に影響されない方法でプロセス制御ループを
介して通信を行う。２線を介する通信のための技術は、４〜２０ｍＡ信号送信、
ハイウェイ−アドレッサブル−リモート−トランスデューサ（Highway Addressa
ble Remote Transducer：ＨＡＲＴ）プロトコル、ファンデーション（商標）フ
ィールドバス（FOUNDATION Fieldbus）、プロフィバス−ピーエー（Profibus-PA
）等を含む。２線式プロセス制御システムは、配線を簡単にするが、制限量の電
力を接続された装置へ提供するに過ぎない。例えば、４〜２０ｍＡ信号送信に従
って通信する装置は、４ｍＡ以下を引き込まねばならず、そうでない場合、その
装置の電流消費がそのプロセス変数へ影響を及ぼす。従来から、２線式プロセス
装置の少ない電力量が提供され得る機能性を制限している。
【０００７】 プロセス制御工業で現場配線を減少させる他の方法は、２つのセンサ入力を有
する送信機を設けることである。このような送信機は、送信機／センサの数を減
少し、それによって、配線コスト並びに全体のシステムコストを減少する。この
ような送信機の一例は、ミネソタ州、エデン プレイリー（Eden prairie）のロ
ーズマウント インコーポレイテッド（Rosemount Inc.）から購入可能なモデル
３２４４ＭＶ多変数温度送信機（Model 3244MV Multivariable Temperature Tra
nsmitter）である。
【０００８】 現在の多変数送信機は、配線コスト並びに全体のシステムコストを減少するが
、それらは、従来から、２つのセンサを含む用途に制限されている。従って、例
えば、１６個のセンサを有する用途では、８台の多変量送信機がなお必要である
。更に、異なるセンサグループが独立して接地されると、接地ループエラーが発
生し且つそれがプロセス測定に悪影響を及ぼす恐れがある。
【０００９】 多数のセンサを制御室へ連結することの問題を解決するために使用される現在
の方法は、それらのセンサを直接に制御室へ連結することを含む。例えば、多数
の温度センサを必要とする状況の場合、一般的に、顧客は、熱電対配線が測定「
ポイント」と制御室との間の距離をスパンする、「ダイレクトラン（直接配線）
」熱電対構成を作り出す。これらのダイレクトラン構成は、一般的に多くのシン
グル又はデュアルセンサ送信機を得るコストに比較して安価であるが、多くの配
線労力が必要であり、且つプロセス測定において、長いランに起因して電気ノイ
ズに対してより敏感になる。
【００１０】 また、プロセス制御工業では、制御機能を実行可能な現場取付け装置を設ける
ことによってプロセス制御への長い配線の影響を減少している。このように、プ
ロセス制御の幾つかの局面が現場に移され、それによって、より素早い応答時間
と、主プロセスコントローラへの依存度の減少と、より高いフレキシビリティが
提供される。更に、現場取り付け装置におけるこのような制御機能に関する情報
は、ローズマウント インコーポレイテッド（Rosemount Incorporated）へ譲渡
された「現場取付け制御ユニット（FIELD-MOUNTED CONTROL UNIT）」と題する、
ワリオル（Warrior）氏等への米国特許第５，８２５，６６４号に見られる。
【００１１】 制御機能を実行する多変数送信機とプロセス装置は、プロセス制御の技術を前
進させたが、なお、比較的多数のセンサを必要とする用途並びに現場での制御を
向上する必要のある用途を満足する必要がある。
【００１２】 要約 本発明により、２線式現場取り付けプロセス装置が提供される。一実施の形態
において、このプロセス装置は、複数の絶縁チャネルを含み、これらのチャネル
は、入力チャネル或いは出力チャネルである一つのチャネルを含む。所与の入力
又は出力チャネルは、それぞれ複数のセンサ又はアクチュエータに連結される。
プロセス装置は、２線式プロセス制御ループによって完全に電力供給を受ける。
プロセス装置は、入力チャネルへ連結されたセンサの一つ又はそれより多くの特
性を測定すると共に出力チャネルに連結されたアクチュエータを制御するコント
ローラを含む。また、プロセス装置は、２線式ループを介して通信するループ通
信機を含む。
【００１３】 他の実施の形態では、２線式現場取付けプロセス装置は、プロセス入力情報を
プロセス出力コマンドに関連付けるユーザ発生制御アルゴリズムを実行するコン
トローラを含む。この実施の形態のプロセス装置は、２線式ループを介して通信
するループ通信機を含む。
【００１４】 図面の簡単な説明 図１は、本発明の一実施の形態による２線式現場取付けプロセス装置を使用す
るプロセス制御システムの概略図である。 図２は、図１に示されるプロセス装置のシステムブロック図である。 図３は、本発明の一実施の形態による現場取付けプロセス装置を備えたプロセ
ス変数を提供する方法のシステムブロック図である。 図４は、本発明の一実施の形態による現場取付けプロセス装置を動作させる方
法のシステムブロック図である。
【００１５】 好ましい実施形態の詳細な説明 図１に示される２線式現場取付け可能プロセス装置１６が与えられ、このプロ
セス装置１６は、従来のプログラマブル論理コントローラと共に使用されるアル
ゴリズムと同様な複雑なユーザ発生制御アルゴリズムを実行出来る。実施の形態
では、入力チャネルと、出力チャネルと、これら２つのあらゆる組合せを含むこ
とが出来る。一般的に、各チャネルは、そのプロセス装置の他の部分から絶縁さ
れている。このような絶縁によって多数入力送信機を現在制限している接地ルー
プエラーが除去される。最後に、電力管理は、本発明の実施の形態において２線
式プロセスループ１４によって完全に電力供給されているように行われる。これ
ら及び他の特徴は、図面及び以下に提供される図面に関連する記述を参照するこ
とによって明らかとなる。
【００１６】 図１は、制御室１２、プロセス制御ループ１４及びプロセス装置１６を含むプ
ロセス制御システム１０の概略図である。プロセス制御システムは、制御室１２
に連結される単一のプロセス装置を含んでいるが、システム１０は、多くのプロ
セス制御ループを介して一つ又はそれより多くの制御室へ連結された数百のプロ
セス装置を含んでいても良い。
【００１７】 制御室１２は、一般的には、マイクロコンピュータを含む装置１６からは離れ
て位置される施設である。制御室１２内のユーザは、マイクロコンピュータを使
用してプロセス制御ループ１４を介し種々のプロセス装置と対話し、従って制御
室からプロセス（単数又は複数）を制御する。明瞭にするために、制御室１２は
、単一のブロックとして図示されている。しかしながら、幾つかの制御システム
の実施の形態において、制御室１２は、実際に、プロセス制御ループ１４がイン
ターネットのようなグローバルコンピュータネットワークへ連結されてもよく、
それによって、世界中のユーザが在来のウェブブラウザソフトウエアからプロセ
ス装置１６にアクセス出来る。
【００１８】 ループ１４は、２線式プロセス制御ループである。ループ１４上で通信するた
めに多くの２線式プロセス通信プロトコルが存在し、且つあらゆる適切なプロト
コルが使用され得る。例えば、ＨＡＲＴプロトコル、ファンデーション（商標）
フィールドバス（FOUNDATION Fieldbus）プロトコル、及びプロフィバス−ピー
エー（Profibus-PA）プロトコルが本発明の実施の形態と共に使用され得る。ル
ープ１４は、接続されたプロセス装置へ電力を供給すると共に種々の装置同士間
での通信を行う。
【００１９】 プロセス装置１６は、適切なプラスチック材料から構成されることが好ましい
カバー１７とベース１９を含む。ベース１９は、取付けのための工業標準ＤＩＮ
レールとかみ合うようになっている。より詳細に記述されるように、装置１６は
、ループ１４を介して電力が受信されると単独で動作すると共に現場取付けに適
する。従って、装置１６は、（−４０〜８５℃のような）比較的大きな温度範囲
、機械振動、及び９０％を越える相対湿度に耐えるように構成される。このよう
な環境に対する抵抗力は、主にこの明細書で後述されるように、頑健なコンポー
ネントの選択により達成される。（破線で示される）オプションの格納容器１８
は、更なる耐久性を提供すると共に米国電機製造者協会（National Electrical
Manufactures Association：ＮＥＭＡ）格納容器のような任意の公知の格納容器
或いは防爆格納容器であり得る。図１に示されるプロセス装置の実施の形態は、
多くの入力と出力を有すると共にユーザ発生制御アルゴリズムを実行するための
（図２に示される）適切な演算回路を含む。このアルゴリズムは、特定の入力事
象を装置１６によって制御される出力へ関連付ける多くの論理ステートメントよ
りなる。ユーザは、装置１６と局所的にインタフェースすることによって又は制
御ループ１４を介して装置１６と通信することによってアルゴリズムを変更し得
る。アルゴリズムは、リレーラダー論理（Relay Ladder Logic）及びシーケンシ
ャル機能チャート（Sequential Function Charts：ＳＦＣ‘ｓ）のような従来の
論理発生ソフトウエアを使用して発生し得る。この意味で、装置１６は、２線式
現場取付け可能プログラマブル論理コントローラと考えられうる。この記述は、
図１と図２に示される実施の形態に焦点が当てられているが、このような記述は
、簡略化のために行われている。理由は、入力や出力を単独で使用する実施の形
態が明瞭に考えられるからである。従来では、装置１６内の演算電力を有する装
置は、禁止の電力制約に起因して２線式プロセス制御ループ上で動作されること
が出来ない。
【００２０】 プロセス装置１６は、センサ２０、２２、２４、２６、２８及び３０、並びに
アクチュエータ３２と３４へ連結される。センサ２０、２２及び２４は、公知の
タイプの熱電対であり、それらは、種々のプロセスポイントへ連結されてそれぞ
れのプロセスポイントでのプロセス変数に基づいて電圧信号を提供する。抵抗温
度装置（ＲＴＤ）２６、２８及び３０もまた種々のプロセスポイントへ連結され
て、それぞれのプロセスポイントでのプロセス温度に基づく抵抗を提供する。Ｒ
ＴＤ２６は、公知の３線接続を介して装置１６へ連結され、種々の配線構成が本
発明の実施の形態で使用され得ることを例示している。アクチュエータ３２と３
４は、プロセス装置１６へ連結され、適切なバルブ、スイッチ等を装置１６から
の制御信号に基づいて作動させる。上述のように、装置１６は、ユーザ発生制御
アルゴリズムを実行して特定の入力状態を特定の出力コマンドに関連付けること
が出来る。例えば、装置１６は、プロセス流体の温度を選択されたレベルに維持
するために、プロセス流体の温度を検知して、アクチュエータ３２をこのプロセ
ス流体へ連結されたヒータに係合させる。
【００２１】 図２は、図１に示される装置１６のシステムブロック図である。装置１６は、
ループ通信機３６、電力モジュール３８、コントローラ４０、チャネル４２、４
４、４６、４８、及びメモリ５２を含む。ループ通信機３６は、プロセス制御ル
ープ１４へ連結され、ループ１４を介して双方向データ通信に適用される。ルー
プ通信機３６は、従来のファンデーション（商標）フィールドバス（FOUNDATION
Fieldbus）通信コントローラ等のような公知の通信装置を含むことが出来る。
更に、通信機３６は、１９８８年１０月に出版された、クラスナンバー３６１０
（Class Number 3610）「クラスＩ、ＩＩおよびＩＩＩ、区分１危険（分類）区域
で用いるための本質的に安全な装置および関連装置（Intrinsically Safe Appar
atus and Associated Apparatus for Use in Class I,II and III,Division 1 H
azardous (Classified)Locations）」と題する工場共通認可基準（Factory Mutu
al Approval Standard）で記述されているように、本質安全仕様の承認を容易と
するために適切なアイソレーション回路を含むことが出来る。
【００２２】 電力モジュール３８は、この電力モジュール３８がループ１４から受け取った
電力に基づいて装置１６の全てのコンポーネントへ電力を提供するようにループ
１４へ連結される。電力モジュール３８は、この電力モジュール３８が全てのコ
ンポーネントへ電力を供給することを指示する単一の矢印５０を有するが、この
ような電力は複数の電圧で供給されることが可能であることに留意すべきである
。例えば、電力モジュール３８は、電力を複数の電圧で提供するスイッチング電
源を含むことが好ましい。例えば、Ａ／Ｄ変換器とアイソレータのような幾つか
のコンポーネントは４．９ボルトのようなより高い電圧を受け取るが、コントロ
ーラ４０、メモリ５２及びループ通信機３６のような低電力コンポーネントが３
．０ボルトのようなより低い電圧を受け取る。更に、電力モジュール３８は、提
供される電圧の内の少なくとも一つの電圧が変化可能であるようにプログラマブ
ルであることが好ましい。電圧モジュール３８の選択可能性によって、本明細書
で後述されるように、電圧管理が容易にされる。
【００２３】 コントローラ４０は、メモリ５２に連結され、このメモリに格納されたプログ
ラム命令を実行する。メモリ５２は、シャープエレクトロニクス（Sharp Electr
onics）から入手可能なモデルＬＲＳ１３３１のような３．０ボルトで動作する
低電力メモリであることが好ましい。更に、メモリ５２は、フラッシュメモリと
揮発性メモリの両方が単一のメモリモジュール上に設けられた「スタック」メモ
リであってもよい。ユーザ発生制御アルゴリズム、即ち、コントローラ４０で実
行される「プログラム」は、ユーザによる装置１６への局所的連結によって、又
はループ１４を介する装置１６へのアクセスによって変更されることが出来る。
幾つかの実施の形態において、プログラムは、プロセスイベント入力をコントロ
ーラ４０によって決定される出力に関連付ける命令を含む。この意味で、装置１
６は、従来現場取付けでは十分に頑健ではなく且つ２線式現場装置の低電力レベ
ルで動作出来ないプログラマブル論理コントローラと同様に機能する。しかしな
がら、そのようにプログラマブル論理コントローラの機能を提供することによっ
て、一層複雑なプロセス制御アルゴリズムが、リレーラダー論理（Relay Ladder
Logic）等のような、ユーザに馴染のインタフェースを介して実行され得る。
【００２４】 コントローラ４０は、モジュール３８から電力を受け取り、ループ通信機３６
と通信する。コントローラ４０は、イリノイ州シューンバーグのモトローラ社（
Motorola Inc.）から入手可能なモデルＭＭＣ２０７５低電力マイクロプロセッ
サを含むことが好ましい。更に、コントローラ４０は、コントローラ４０のクロ
ックレート、従って演算速度と電力消費がループ１４を介して装置１６へ送られ
る適切なコマンドを介して選択可能であるように選択可能内部クロックレートを
有することが好ましい。クロック速度が速くなるに従ってコントローラ４０はよ
り多くの電力を引き込むようになるので、コントローラ４０のクロック選択と、
電力モジュール３８によってコントローラ４０へ供給される電圧レベルの選択が
タンデムに実行されることが好ましい。このように、装置１６の処理速度と電力
消費が選択可能であり、一緒に変化する。
【００２５】 コントローラ４０は、インタフェースバス５４を介して種々のチャネルに連結
されており、このインタフェースバス５４は、同期周辺インタフェース（Synchr
onous Peripheral Interface：ＳＰＩ）のような高速データ通信用に設計された
シリアルバスが好ましい。チャネル４２、４４、４６及び４８は、それぞれ、通
信アイソレータ５６，５８，６０及び６２を介してバス５４へ連結され、これら
のアイソレータは、公知のオプトアイソレータであることが好ましいが、それら
は、変圧器やコンデンサのような任意の適切なアイソレーション装置であっても
よい。幾つかの実施の形態において、チャネル４２、４４、４６及び４８は、並
列形式でデータを提供し、並直列変換器６４が直列形式と並列形式との間でデー
タを変換するために使用される。好ましくは、変換器６４は、ユニバーサル非同
期受信機／送信機（ＵＡＲＴ）である。
【００２６】 チャネル４２は、コントローラ４０に連結され、且つセンサ端子１〜ｎ、マル
チプレクサ（ＭＵＸ）６６、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器６８、通信ア
イソレータ５６及び電力アイソレータ７０を含む。通信アイソレータ５６と電力
アイソレータ７０が単一の回路に組合され得ることが意図される。チャネル４２
は、特に、熱電対、抵抗温度装置、ひずみ計、圧力センサ、又はその他のセンサ
タイプのような指定のセンサタイプを測定するのに適用される。各センサ端子は
、熱電対のような単一のセンサをマルチプレクサ６６へ連結するのに適用される
。マルチプレクサ６６は、センサの内の一つセンサの特性（熱電対の電圧）が測
定され且つアイソレータ５６とＵＡＲＴ６４を介してコントローラ４０と通信さ
れるように、そのセンサをＡ／Ｄ変換器６８へ連結する。チャネル４２に対する
電力は、電力モジュール３８から電力アイソレータ７０を介して受け取られる。
電力アイソレータ７０は、変圧器であることが好ましいが、それは、任意の適切
な装置でもよい。当業者は、通信アイソレータ５６と電力アイソレータ７０とが
協働してチャネル４２が装置１６の他の部分から絶縁されることを確実にするこ
とを理解出来るであろう。
【００２７】 チャネル４４は、チャネル４２と同様であり、同じコンポーネントは、同じ参
照番号が付与されている。チャネル４４は、チャネル４２のセンサとは異なるタ
イプのセンサを測定するように構成されることが出来る。例えば、一実施の形態
では、チャネル４２は、熱電対の電圧を測定するように構成され、チャネル４４
は、ＲＴＤの抵抗を測定するように構成される。このように、チャネル４４の各
センサ端子は、２線、３線、４線（ケルビン）接続におけるＲＴＤに連結するよ
うに構成される。チャネル４２と４４の各々は、装置１６の他の部分から絶縁さ
れるので、第１の独立して接地されたセンサのチャネル４２への連結及び第２の
独立して接地されたセンサのチャネル４４への連結によって望ましくない接地ル
ープエラーを発生することはない。更に、各チャネルは、特定の用途に対して最
適化され得る、特定のセンサタイプに対して構成され得るので、Ａ／Ｄ変換精度
や変換レートのようなパラメータは、その特定のセンサタイプに対して調整され
得る。例えば、高精度用に設計されたチャネルは、比較的ゆっくりとした変換時
間を有する非常に高い精度を提供するように構成されたＡ／Ｄ変換器を使用出来
る。逆に、素早く変化出来る、プロセス変数を測定するセンサ用に設計されたチ
ャネルは、より低い精度の高速Ａ／Ｄ変換器を使用出来る。本質的に、任意のセ
ンサ入力は、コントローラ４０から受信した構成情報に基づいて、抵抗タイプセ
ンサでの動作と電圧タイプセンサでの動作との間で切り替えられることが出来る
。コントローラ４０は、ループ１４を介して受信された情報、又は局所入力（図
示せず）に基づいて構成情報を提供出来る。更に、コントローラ４０は、構成情
報をチャネルへ提供して各チャネル毎に、更には各センサ毎に、アナログ／デジ
タルサンプリングレートを調節出来る。これは、センサの変化レートがそのプロ
セスについて知られている情報に基づいて予測される場合に特に有利である。
【００２８】 チャネル４６はチャネル４２と４４と同様であるが、チャネル４６がデジタル
入力を受信するように構成されているので、このチャネル４６は、アナログ／デ
ジタル変換器を含まない。図示されているように、入力１〜ｎは、マルチプレク
サ６６へ連結され、マルチプレクサ６６は、選択された入力の信号を通信アイソ
レータ６０とＵＡＲＴ６４を介してバス５４へ伝達する。幾つかのデジタル入力
の実施の形態では、その入力レベルは、デジタル入力がアイソレータ６０を介し
てＵＡＲＴ６４へ直接与えられるようにされてもよい。デジタル入力は、通常リ
ミットスイッチにおける接点閉のような論理タイプ信号を示す。しかしながら、
デジタル入力１〜ｎは、それらの入力がアラームや他のブールタイプ信号のよう
な論理信号を表すように他のプロセス装置のデジタル出力へ連結されてもよい。
【００２９】 チャネル４８は、チャネル４６と同様であるが、本質的にチャネル４６とは逆
に動作する。従って、ＵＡＲＴを介してチャネル４８へ送られた直列情報は、並
列形式に変換され、通信アイソレータ６２を介して搬送されて個々のアクチュエ
ータ出力を設定する。このように、論理信号は、ＡＣＴＵＡＴＯＲ１〜ｎとラベ
ル付けされた端子へ送られて、このような端子（図示せず）へ連結されたアクチ
ュエータを希望通りに係合又は係合解除させる。このようなアクチュエータは、
バルブコントローラ、ヒータ、モータコントローラ及び任意の他の適切な装置の
ような適切な装置であり得る。本質的に、論理タイプ出力に基づいてアドレス可
能な任意の装置がアクチュエータである。
【００３０】 図３は、本発明の実施の形態に従う現場取付けプロセス装置を備えたプロセス
変数を提供する方法のシステムブロック図である。この方法は、ブロック８０で
開始し、ここで現場取付け可能プロセス装置は２線式プロセス制御ループによっ
て完全に電力供給を受ける。ブロック８２で、プロセス装置は、第１の絶縁入力
チャネルを介して第１のセンサへ連結される。センサ信号は、第１の絶縁入力チ
ャネルを介して取得され、この信号は、プロセス変数を表す。ブロック８４で、
プロセス装置は、第２の入力センサ信号を取得するために第２の絶縁入力チャネ
ルを介して第２のセンサへ連結される。第１と第２の入力チャネルは絶縁されて
いるので、第１と第２のセンサの独立接地は望ましくない接地ループエラーを引
き起こさない。ブロック８６で、プロセス装置は、センサ信号の内の一方又は両
方に基づいてプロセス変数を演算する。更に、本方法が２つのセンサに関して記
述されるが、プロセス変数が任意の数のセンサ信号の関数であるように、多くの
更なるセンサが使用されることが出来る。例えば、プロセス装置は、センサの値
を平均し、それらの差、標準偏差、又は任意の他の適切な関数を提供する。ブロ
ック８８で、演算されたプロセス装置が出力される。このような出力は、プロセ
ス制御ループを介して送られる情報、ローカル表示、或いは出力チャネルを介し
て行われるローカル出力の形態であり得る。
【００３１】 図４は、本発明の実施の形態に従う現場取付けプロセス装置を動作させる方法
のシステムブロック図である。ブロック８０で、装置は２線式プロセス制御ルー
プによって完全に電力供給を受ける。ブロック９２で、装置は入力を受け取る。
このような入力は、上述の複数の絶縁入力チャネルのような入力チャネルを介し
て受信される信号の形式で、２線式プロセス制御ループを介して受信されたプロ
セス情報の形式で、ローカル入力の形式で、又は入力信号と情報の任意の組合せ
の形式であり得る。ブロック９４で、装置は、ユーザプログラマブル論理を実行
して入力情報を一つ又はそれより多くのプロセス出力に関係付ける。ユーザプロ
グラマブル論理は、単純なアルゴリズムや、ラダー論理、ＳＦＣ、ファジー論理
、適合制御、或いはニューラルネットワーク等の複雑なアルゴリズムであっても
よい。ブロック９６で、装置は、ユーザプログラマブル論理の動作を介して決定
された出力を提供する。その出力は、デジタル又はアナログのローカル出力、或
いはその出力は、２線式プロセス制御ループを介して情報として送信されること
が出来る。
【００３２】 本発明は、４個のチャネルを有する２線式プロセス装置の実施の形態を参照し
て記述されたが、当業者には、特許請求の範囲の請求項で定義されている本発明
の精神と範囲から離れることなく、形式及び詳細において変更を行うことが出来
ることが理解されべきでる。例えば、種々のモジュールが例示され且つ個別に記
述されたが、幾つかのこのようなモジュールは、ＡＳＩＣ上へのように、物理的
に一体に埋め込まれることが出来ることを明瞭に意図している。更に、コントロ
ーラ４０が単一のモジュールとして記述されているが、このコントローラの複数
の機能が複数のマイクロプロセッサ上に分散され、それによって一つのマイクロ
プロセッサが較正、線形化等のような低レベルＩ／Ｏインタラクションを提供す
ると共に第２の（もう一つの）マイクロプロセッサがユーザ発生制御アルゴリズ
ムを実行するようにしてもよい。更に、ここでの記述は、開示されたチャネルを
介して提供される入力と出力に焦点が当てられているが、幾つかのプロセス入力
又はプロセス出力がプロセス制御ループを介して他のプロセス装置から及び／又
はそれへ通信されることが可能であることを明瞭に意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態による２線式現場取付けプロセス装置を使用するプロセ
ス制御システムの概略図である。
【図２】 図１に示されるプロセス装置のシステムブロック図である。
【図３】 本発明の一実施の形態による現場取付けプロセス装置を備えたプロセス変数を
提供する方法のシステムブロック図である。
【図４】 本発明の一実施の形態による現場取付けプロセス装置を動作させる方法のシス
テムブロック図である。
【符号の説明】
１０ プロセス制御システム １２ 制御室 １４ ２線式プロセスループ １６ プロセス装置 １７ カバー １８ 格納容器 １９ ベース ２０、２２、２４、２６、２８、３０ センサ （２６、２８、３０ 抵抗温度装置（ＲＴＤ）） ３２、３４ アクチュエータ ３６ ループ通信機 ３８ 電力モジュール ４０ コントローラ ４２、４４、４６、４８ チャネル ５０ 単一の矢印 ５２ メモリ ５４ インタフェースバス ５６、５８、６０、６２ 通信アイソレータ ６４ 並直列変換器（ＵＡＲＴ） ６６ マルチプレクサ（ＭＵＸ） ６８ アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換機 ７０ 電力アイソレータ ８０、８２、８４、８６、８８、９２，９４、９６ ブロック
───────────────────────────────────────────────────── 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，ＣＲ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ ，ＤＭ，ＤＺ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ， ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＭＺ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，Ｒ Ｏ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ， ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ペリューソ，マルコス アメリカ合衆国 55317 ミネソタ州、チ ャンハッセン、ウェスト レイク コート 8310 (72)発明者 ディマルコ，スティーブン，ジェイ． アメリカ合衆国 55317 ミネソタ州、チ ャンハッセン、ドーブ コート 1131 (72)発明者 レンツ，ギャリー，エー． アメリカ合衆国 55346 ミネソタ州、エ デン プレイリー、ミストラル レーン 6536 Ｆターム(参考） 5H220 CX05 JJ12 JJ26 KK03 【要約の続き】 （３６）を含む。

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２線式現場取付け可能プロセス装置であって、 ２線式プロセス制御ループに連結可能であり、且つ前記２線式プロセス制御ル
    ープから受け取った電力で前記プロセス装置を完全に付勢するように適合された
    電力モジュールと、 前記電力モジュールへ連結され、前記ループ上で通信するように前記２線式プ
    ロセス制御ループへ連結可能なループ通信機と、 前記ループ通信機と電力モジュールへ連結されたコントローラと、 前記コントローラと前記電力モジュールへ動作上連結され、前記プロセス装置
    から電気絶縁された第１のチャネルであって、複数の第１の端子を介して少なく
    とも一つのセンサへ連結するように構成された前記第１のチャネルと、 前記コントローラと前記電力モジュールへ動作上連結され、前記プロセス装置
    から電気絶縁された第２のチャネルであって、複数の第２の端子を介して少なく
    とも一つの第２のプロセスインタフェース要素へ連結するように構成された前記
    第２のチャネルと、を備えた２線式現場取付け可能なプロセス装置。
  2. 【請求項２】 前記複数の第１の端子へ連結された第１のマルチプレクサと、 前記コントローラと前記第１のマルチプレクサへ連結された第１のアナログ―
    デジタル変換器と、を更に備え、前記第１の変換器は、前記複数の第１の端子の
    内の一つからのアナログ信号をデジタル値に変換すると共に前記デジタル信号を
    前記コントローラへ伝達する、請求項１に記載の装置。
  3. 【請求項３】 前記第２のプロセスインタフェース要素はセンサであり、前記プロセス装置は
    、 前記複数の第２の端子へ連結される第２のマルチプレクサと、 前記コントローラと前記第２のマルチプレクサへ連結される第２のアナログ―
    デジタル変換器と、を更に備え、前記第２の変換器は、前記複数の第２の端子の
    内の一つからのアナログ信号をデジタル値へ変換すると共に前記デジタル信号を
    前記コントローラへ伝達する、請求項２に記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記第２のプロセスインタフェース要素は、デジタル出力を提供し、前記プロ
    セス装置は、複数のデジタル入力を受信して前記デジタル入力の内の少なくとも
    一つの入力に基づいて信号を前記コントローラへ伝達するように前記複数の第２
    の端子へ連結された第２のマルチプレクサを更に含む、請求項２に記載の装置。
  5. 【請求項５】 前記第２のプロセスインタフェース要素はアクチュエータであり、前記プロセ
    ス装置は、前記コントローラからのコマンド信号に基づいて前記複数の第２の端
    子に複数のデジタル信号を提供するように前記コントローラと前記複数の第２の
    端子へ連結された第２のマルチプレクサを更に含む、請求項２に記載の装置。
  6. 【請求項６】 前記第１のプロセスインタフェース要素は、デジタル出力を提供し、前記プロ
    セス装置は、複数のデジタル入力を受信して前記デジタル入力の内の少なくとも
    一つの入力に基づいて信号を前記コントローラへ伝達するように前記コントロー
    ラと前記複数の第１の端子へ連結された第１のマルチプレクサを更に含む、請求
    項１に記載の装置。
  7. 【請求項７】 前記第２のプロセスインタフェース要素は、デジタル出力を提供し、前記プロ
    セス装置は、複数のデジタル入力を受信して前記デジタル入力の内の少なくとも
    一つの入力に基づいて信号を前記コントローラへ伝達するように前記コントロー
    ラと前記複数の第２の端子へ連結された第２のマルチプレクサを更に含む、請求
    項６に記載の装置。
  8. 【請求項８】 前記第２のプロセスインタフェース要素はアクチュエータであり、前記プロセ
    ス装置は、前記コントローラからのコマンド信号に基づいて複数のデジタル出力
    を前記複数の第２の端子へ提供するように前記コントローラと前記複数の第２の
    端子へ連結された第２のマルチプレクサを更に含む、請求項６に記載の装置。
  9. 【請求項９】 前記コントローラがマイクロプロセッサである、請求項１に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記マイクロプロセッサが低電力マイクロプロセッサである、請求項９に記載
    の装置。
  11. 【請求項１１】 前記マイクロプロセッサはユーザ選択可能なクロック速度を有する、請求項９
    に記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記コントローラへ連結され、且つユーザ発生制御アルゴリズムを格納するよ
    うに適合されたメモリを更に備える、請求項１に記載の装置。
  13. 【請求項１３】 前記制御アルゴリズムは一連の論理状態よりなる、請求項１２に記載の装置。
  14. 【請求項１４】 前記メモリが低電力メモリである、請求項１２に記載の装置。
  15. 【請求項１５】 前記メモリがスタックメモリである、請求項１２に記載の装置。
  16. 【請求項１６】 前記コントローラは前記制御アルゴリズムを連続的に実行するように適合され
    た、請求項１２に記載の装置。
  17. 【請求項１７】 前記電力モジュールがスイッチングタイプの電源である、請求項１に記載の装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記プロセス装置が防爆格納容器内に収容されている、請求項１に記載の装置
    。
  19. 【請求項１９】 前記電力モジュール、ループ通信機、コントローラ、第１のチャネル、及び第
    ２のチャネルは、本質的に安全である、請求項１に記載の装置。
  20. 【請求項２０】 ２線式現場取付け可能プロセス装置であって、 ２線式プロセス制御ループに連結可能であり、且つ前記２線式プロセス制御ル
    ープから受け取った電力で前記プロセス装置を完全に付勢するように適合された
    電力モジュールと、 前記電力モジュールへ連結され、前記ループ上で通信するように前記２線式プ
    ロセス制御ループへ連結可能なループ通信機と、 前記ループ通信機と電力モジュールと連結されると共に、プロセス変数出力を
    提供するように適合されたコントローラと、 前記電力モジュールと前記コンとローラへ連結されたメモリモジュールであっ
    て、前記少なくとも一つのプロセス変数を前記プロセス出力へ関連付けるユーザ
    発生制御アルゴリズムを格納するように適合された前記メモリモジュールと、 前記コントローラと前記電力モジュールとに動作上連結され、前記プロセス装
    置から電気絶縁された入力チャネルであって、少なくとも一つのセンサ入力を受
    信するように適合された前記入力チャネルと、を備え、 前記コントローラは、前記少なくとも一つセンサ入力と前記ユーザ発生制御ア
    ルゴリズムを介して受信されたセンサ信号の少なくとも一部に基づいて前記プロ
    セス変数を演算する、２線式現場取付け可能プロセス装置。
  21. 【請求項２１】 前記プロセス装置が防爆格納容器内に収容されている、請求項２０に記載の装
    置。
  22. 【請求項２２】 前記電力モジュール、ループ通信機、コントローラ、メモリモジュール、及び
    入力チャネルは、本質的に安全である、請求項２０に記載の装置。
  23. 【請求項２３】 ２線式現場取付け可能プロセス装置であって、 ２線式プロセス制御ループに連結可能であり、且つ前記２線式プロセス制御ル
    ープから受け取った電力で前記プロセス装置を完全に付勢するように適合された
    電力モジュールと、 前記電力モジュールへ連結され、前記ループ上で通信するように前記２線式プ
    ロセス制御ループへ連結可能なループ通信機と、 前記ループ通信機と電力モジュールと連結されると共に、少なくとも一つのプ
    ロセス変数に基づいてプロセス変数出力を提供するように適合されたコントロー
    ラと、 前記電力モジュールと前記コンとローラへ連結されたメモリモジュールであっ
    て、前記少なくとも一つのプロセス変数を前記プロセス変数出力へ関連付けるユ
    ーザ発生制御アルゴリズムを格納するように適合された前記メモリモジュールと
    、 前記コントローラと前記電力モジュールとに動作上連結され、前記プロセス装
    置から電気絶縁された出力チャネルであって、前記コントローラからのコマンド
    信号に基づいて出力を提供するように適合された前記出力チャネルと、を備え、 前記コントローラは、前記少なくとも一つのプロセス変数と前記ユーザ発生ア
    ルゴリズムに基づいて前記コマンド信号を前記出力チャネルへ提供する、２線式
    現場取付け可能プロセス装置。
  24. 【請求項２４】 前記プロセス装置が防爆格納容器内に収容されている、請求項２３に記載の装
    置。
  25. 【請求項２５】 前記電力モジュール、ループ通信機、コントローラ、メモリモジュール、及び
    出力チャネルは、本質的に安全である、請求項２３に記載の装置。
  26. 【請求項２６】 プロセス変数を提供するための現場取付け可能２線式プロセス装置の使用方法
    であって、前記方法は、 ２線式プロセス制御ループを用いて前記プロセス装置を完全に付勢すること、 第１の絶縁チャネルを介して前記プロセス装置を第１のセンサへ選択的に連結
    して前記第１のセンサの第１の特性を測定すること、 第２の絶縁チャネルを介して前記プロセス装置を第２のセンサへ選択的に連結
    して前記第２のセンサの第２の特性を測定すること、 前記第１と第２の測定された特性の内の少なくとも一方に基づいてプロセス変
    数を演算すること、 前記演算されたプロセス変数に基づいてプロセス変数出力を提供すること、を
    含むプロセス変数を提供するための現場取付け可能２線式プロセス装置の使用方
    法。
  27. 【請求項２７】 プロセス変数を提供するための現場取付け可能２線式プロセス装置の使用方法
    であって、前記方法は、 ２線式プロセス制御ループを用いて前記プロセス装置を完全に付勢すること、 前記プロセス装置を少なくとも一つのセンサへ連結して前記センサの少なくと
    も第１の特性を測定すること、 ユーザ発生アルゴリズムの作用と少なくとも前記第１の特性に基づいてプロセ
    ス変数出力を演算すること、 前記プロセス変数出力を提供すること、を含むプロセス変数を提供するための
    現場取付け可能２線式プロセス装置の使用方法。
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