JP2005536969A - 複数のフィールド機器の電源調整方法 - Google Patents

Abstract

データバス（ＤＢＬ）に接続され且つデータバス（ＤＢＬ）を通じて電流を供給される複数のフィールド機器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２の電源調整方法において、個々のフィールド機器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２の電流必要量が決定され、且つ、フィールド機器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２の電流消費が対応する制御信号によって調整される。このようにして、個々のフィールド機器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２の電流消費を集中的に調整することができ、これによりプロセス条件に合致させる。

Description

本発明は複数のフィールド機器の電源調整方法に関する。

オートメーション及びプロセス制御の技術において、フィールド機器は、プロセス変数（センサ）を測定し制御変数（アクチュエータ）を制御するために、しばしば用いられている。

流れ、充填レベル、差圧、温度決定等のためのフィールド機器がよく知られている。対応するプロセス変数、例えば質量又は体積流量、充填高さ、圧力、温度等、を記録するために、フィールド機器は関連するプロセス構成要素のごく近くに置かれる。

フィールド機器は標本化されたプロセス変数を表す測定信号を送出する。この測定信号は中央制御ユニット（例えば、制御室又はプロセス制御システム）に転送される。一般に
、全体のプロセス制御は制御ユニットからなされるが、この制御ユニットにおいては異なるフィールド機器の測定信号が評価され、その評価に基づいて、アクチュエータのための制御信号が生成され、これによりアクチュエータはプロセスの方向に影響を及ぼす。

アクチュエータの一例は制御可能なバルブで、これはパイプラインセクションにおける液体又は気体の流れを調整する。
フィールド機器と制御ユニットとの間の信号の伝送はデータバスを通じてディジタル方式で行われるようにすることができる。そのような信号伝送について国際的標準として知られているものは、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ、及びＣＡＮ−Ｂｕｓである。プログラム可能なフィールド機器の場合には、ＡＳＩＣ（特定用途向けＩＣ）又はＳＭＤ（面実装デバイス）を利用するのが最も普通である。

このように、プログラム可能なフィールド機器の場合には、常に「知能（ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ）」が現場、即ち実際の使用場所に入り込んできている。
フィールド機器の対応する制御プログラムは、フィールド機器内の不揮発性メモリに格納されており、マイクロプロセッサ内で実行されるが、前記マイクロプロセッサは、とりわけ、フィールド機器の動作、測定及び制御の機能を制御する。

フィールド機器には、しばしば、データバスを通じて電流が供給される。フィールド機器の電流消費は種々のファクタに依存し、且つ、一般に、終始一定というわけではない。測定が行われているときは、電流の供給増加（ピーク負荷）が必要となる。測定の合間は
、より少ない電流の供給（ベース負荷）で十分である。各フィールド機器の電流消費はハードウェアによって固定消費レベルに設定される。通常、消費レベルは、フィールド機器にその全機能のための常に十分な電流が確実に与えられるようにするために、ピーク負荷に対応する。これは測定の合間は不必要な電流が消費されているということを意味する。

より新しいフィールド機器においては、消費レベルはピーク負荷とベース負荷との間にある。しかし、これは、これらのフィールド機器が、測定が行われている間のエネルギ必要量をカバーするために、エネルギ備蓄手段を有していなければならないということを意味する。いったんそのエネルギ備蓄手段が完全に満たされると、ベース負荷を超えて供給されるエネルギは、無用な熱に変わることで浪費されなければならない。

データバスを通じて供給することができるのは一定量の電流（制限電流）だけである。即ち、データバスに接続することのできるフィールド機器の数が制限される。別々のフィールド機器の消費レベルの合計はその制限レベルを超えてはならない。可能な限り多くのフィールド機器をデータバスに接続しなければならないときは、別々のフィールド機器の消費レベルが可能な限り低く保たれなければならず、これは、結果として、各フィールド機器の測定レートが低くなるということを意味する。

データバスにフィールド機器を追加して接続するために、各フィールド機器の消費レベルを低くしなければならない場合、これは手作業でしか行えないので、費用がかかる。

本発明の目的は、個々のフィールド機器の消費レベルを単純で要求に合致し且つ効果的なコストで調整することのできる方法を提供することである。
この目的は、複数のフィールド機器がデータバスに接続され且つデータバスを通じて電流を供給されるとともに、各フィールド機器の電流消費が調整可能である、複数のフィールド機器の電源調整方法によって達成されるもので、その方法は、データバスに接続される個々のフィールド機器の電流必要量を定める段階、場合に応じて、データバスの電流負荷を定め又は計算する段階、及び、データバスの電流負荷の機能として前記個々のフィールド機器の電流消費を調整するためにデータバスを通じて制御信号を伝送する段階を備えている。

本発明の本質的思想は、データバスの電流負荷に基づいて複数のフィールド機器への
更に広くは全てのフィールド機器にわたっての電流供給を制御することである。このようにして、データバスに接続されるフィールド機器の数を増やすことができ（コスト節約）、又はフィールド機器の測定レートを上げることができる。

有利な方法として制御信号はプロセス制御システム又はフィールド機器の一つから発信させることができる。
本発明の更に発展した形では、制御信号は逐次許可された（ａｕｔｈｏｒｉｚｅｄ）フィールド機器から発信させることができる。

本発明には前記方法を遂行するための装置も含まれる。

以下、本発明について、次に示す図面に基づいて、より詳細に説明する。
図１は複数のフィールド機器を有するデータバスシステムの概略図、図２はフィールド機器の概略図である。

図１は複数のフィールド機器及びプロセス制御システムＰＬＳを含むデータバスシステムＤＢＳを示す。フィールド機器はセンサＳ及びアクチュエータＡを含む。データバスに関与する要素はデータバスＤＢＬを通じて接続される。プロセス制御システムＰＬＳは、一般に、制御室内に配置され、そこから全体のプロセス制御が集中的に行われる。

センサＳ及びアクチュエータＡは「現場に」あり、別々のプロセス構成要素（タンク、充填装置、パイプライン等）に配置される。センサＳ１，Ｓ２及びＳ３は例えばプロセス変数である温度Ｔ、圧力Ｐ及び流量Ｆ、を各々一定のプロセス構成要素において感知する
。アクチュエータＡ１及びＡ２は例えばパイプラインセクションを流れる液体又は気体の流量を調整するバルブコントローラである。プロセス制御システムＰＬＳ、センサＳ及びアクチュエータＡの間のデータ通信は、特別なプロトコル（例えばＰＲＯＦＩＢＵＳ又はＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ、ＣＡＮ−ＢｕＳ）によって、国際的に標準化された伝送技術（例えばＲＳ ４８５又はＩＥＣ １１５８）に従って既知の方法で行われる。

データバスを通じて供給することができるのは一定量の電流（制限電流）だけである。これはアプリケーション（Ｅｘ−ｒａｎｇｅ、非Ｅｘ−ｒａｎｇｅ）に依存する。
図２に、フィールド機器の一例として、センサＳ１をより詳細に示す。センサＳ１はデータバスＤＢＬに直接接続されている。接続はデータラインＤＬ１を通じてフィールドバスインタフェースＦＢＳに接続されたＴカプラーＴによってなされる。しばしば媒体アクセスユニット（ＭＡＵ）とも言われるフィールドバスインタフェースＦＢＳは、選ばれた伝送技術に対応する全ての伝送及び受信機能をサポートし、且つ、センサＳ１の電流供給の役目を担う。データラインＤＬ２はフィールドバスインタフェースＦＢＳから通信ユニットＫＥまでつながっており、この通信ユニットはデータバスからの通信情報（ｔｅｌｅｇｒａｍ）を読み取り又自らデータバスに通信情報を書き込む。通信ユニットＫＥは、しばしばＡＳＩＣモデム（ｍｏｄｅｍ−ＡＳＩＣ）の形で設けられ、データラインＤＬ３を通じてマイクロプロセッサμＰに接続されている。前記μＰの制御プログラムは不揮発性メモリＥＥ内に格納されており、これは電気的消去・再書き込み可能メモリ（フラッシュメモリ、又はフラッシュＥＰＲＯＭ）である。マイクロプロセッサμＰは更にインタフェースＳと接続されている。インタフェースＳは外部記憶装置、例えば携帯可能なパーソナルコンピュータへの接続のための機能を果たす。制御プログラム及び外部メモリからのデータはインタフェースＳを通じてフィールド機器に伝送することができる。前記μＰには更にメモリ（ＲＡＭ）並びに表示及び操作ユニットＡＢが接続されている。また、マイクロプロセッサμＰはＡ／ＤコンバータＡＤを通じて測定トランスデューサＭＷＡにも接続されている。Ａ／ＤコンバータはトランスデューサＭＷＡのアナログ測定信号をディジタル測定信号に変換する。このディジタル測定信号はマイクロプロセッサμＰ内で処理される。

制御ラインＳＬはマイクロプロセッサμＰの制御出力Ａ１からスイッチＳＲにまで延びている。このスイッチはフィールドバスインタフェースＦＢＳの制御入力Ｅ１と接続されており且つ複数の択一的に選択可能な抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ２，Ｒ４を経てアースにつながっている。抵抗は連続的に調整することも考えられる。

調整についてのその他の可能性としては電界効果型トランジスタ又は制御可能な電流及び電圧源がある。
フィールドバスインタフェースＦＢＳはセンサＳ１の全体の電流供給の役目を担う。

本発明によれば、センサＳ１の電流供給は制御ユニットＥ１と接地ヌルポイントとの間の抵抗の機能として変化させることができる。センサＳ１の電流必要量は、その時点で、測定がされているか否かに依存する。測定フェーズの間は、電流必要量の増加（ピーク負荷）が見られる。測定が休止している間は、より低い電流供給（ベース負荷）で通常は十分である。

次に本発明の方法をより詳細に説明する。この方法の最初の段階では、データバスＤＢＬに接続される個々のフィールド機器の電流必要量は、その時点で動作している制御ユニットによって決定される。動作している制御ユニットとしてはプロセス制御システムＰＬＳ又はフィールド機器Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１又はＡ２の一つを挙げることができる。電流必要量の決定は、インストレーションがオンとなったときに、サービス技術者又は制御ユニットのどちらかによっても行うことができる。

タンクを充填する間は、安全な充填を確保するために、充填レベルセンサの測定レートを上げることを必要とするというようにすることができる。測定レートを上げるためには
、より高い電流消費が必要である。

データバスＤＢＬに接続されるフィールド機器の電流負荷は定められるか、又は計算される。
これに加えて、生じる可能性のある過負荷も検知することができる。

この方法の更に次の段階では、制御信号はデータバスの電流負荷に対応する個々のフィールド機器に伝送される。これらの制御信号によって個々のフィールド機器の電流消費が調整される。

このようにして、個別のフィールド機器の電流消費をプロセス条件に合致させることができる。
制御信号はプロセス制御システムＰＬＳ、又は、他の実施形態の場合には、フィールド機器の一つによって生成することができる。

制御信号を生成するための許可（ａｕｔｈｏｒｉｚａｔｉｏｎ）を一つのフィールド機器から他のフィールド機器に渡すことも考えられる。
本発明は、更に、本発明の方法を実行する装置を含む。

別の実施形態においては、データバスＤＢＬに結び付けられる全てのフィールド機器がベース電流モードで動作させられる。許可（トークン）をもった一つ又は複数のフィールド機器のみがピーク負荷モードへの切り替えを許される。許可（トークン）の受け渡しに続いて、その特定のフィールド機器は自動的にベース電流モードに戻るように切り替えられる。複数のトークンを複数のフィールド機器の間で受け渡しさせることも考えられる。

複数のフィールド機器を有するデータバスシステムの概略図である。 フィールド機器の概略図である。

Claims (7)

1. 複数のフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）がデータバス（ＤＢＬ）に接続され且つデータバス（ＤＢＬ）を通じて電流を供給されるとともに、フィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）の電流消費が調整可能である、複数のフィールド機器の電源調整方法において、
   ａ） データバス（ＤＢＬ）に接続されるフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）の電流必要量を定める段階、
   ｂ） 場合に応じて、データバス（ＤＢＬ）の電流負荷を定め又は計算する段階、及び、ｃ） データバス（ＤＢＬ）の電流負荷の機能として個々のフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２
   ，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）の電流消費を調整するためにデータバス（ＤＢＬ）を通じて制御信号を伝送する段階を備えた、電源調整方法。
2. 前記制御信号はプロセス制御システム（ＰＬＳ）から発信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記制御信号はフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）の一つから発信されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記制御信号を伝送する許可は一つのフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）から他のフィールド機器に渡されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 複数のフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）がデータバス（ＤＢＬ）に接続され且つデータバス（ＤＢＬ）を通じて電流を供給されるとともに、フィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）の電流消費が調整可能である、複数のフィールド機器の電源調整方法において、
   ａ） 許可をもたないフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）をベース電流モードで動作させる段階、
   ｂ） 許可をもったフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）をピーク電流モードで動作させる段階、及び、
   ｃ） 前記許可を別のフィールド機器（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ａ１，Ａ２）に渡す段階を備えた、電源調整方法。
6. 前記請求項のうちいずれか一つに記載の方法を遂行する装置。
7. データバス（ＤＢＬ）を通じてプロセス制御システム（ＰＬＳ）に接続され且つデータバスを通じて電流を供給されるフィールド機器において、その電流消費は前記フィールド機器での手動操作により調整可能であることを特徴とするフィールド機器。

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