JP2019515400A - プロセス制御システムにおけるマルチプロトコルフィールド装置 - Google Patents
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Abstract
Description
この出願は、2016年5月16日に提出された“Multi-Protocol
Field Device in Process Control System”という名称の米国の仮特許出願No.62/337,160の正規に提出された事案であって、その出願に優先権を主張する。その出願の全体の開示が、ここに明白に、この中に参照によって組み込まれる。
この構造は、フィールド装置の製造業者に、自動化業界にうまく参加するために、顧客に利用可能ないくつかのバージョンのフィールド装置を製造することを強いる。これは、本質的に同じフィールド装置に対して、様々な製図、ユーザーマニュアル、部品、在庫品などをもつ必要性を生じさせる。
さらに、フィールド装置は、1つのプロトコルのみを使うため、同じフィールド装置は、簡単には使用される場所を越えて持ち運び可能ではないか、又は、簡単には異なった工場若しくは異なった工場の自動化システム内で使用されない。
Fieldbusのような、第2のインターネットプロトコルであってもよい。1つの例では、第1のインターネットプロトコルは、多くの様々なタイプのコンピュータネットワークにおいて使われる(Ethernet又はProfinetのような)一般的な通信インターネットプロトコルであってもよく、第2のインターネットプロトコルは、HART又はFieldbus通信のような、プロセス制御通信において使用され、又は、それのために設計された、プロセス制御インターネットプロトコルであってもよい。また上に注意したように、フィールド装置10は、3、4、5などのような、2以上の通信プロトコルを使用又はサポートしてもよい。
Claims (68)
- 通信ネットワークリンクに接続されるように適合されたフィールド装置であって、
前記フィールド装置を前記通信ネットワークリンクへ接続するための通信インターフェースと、
プロセス測定をパラメータ化されたデータに変換する、又は、パラメータ化されたデータを物理的な動作へ変換する装置アプリケーションユニットと、
第1の通信プロトコルを用いて前記通信ネットワークリンクを介して通信を実行する、前記第1の通信プロトコルと関連付けられた第1の通信ユニットと、
第2の通信プロトコルを用いて前記通信ネットワークリンクを介して通信を実行する、前記第1の通信プロトコルとは異なった前記第2の通信プロトコルと関連付けられた第2の通信ユニットと、
を備えることを特徴とするフィールド装置。 - 前記通信インターフェースは、前記第1及び第2の通信ユニットと接続されて、
前記通信インターフェースは、前記第1及び第2の通信ユニットからの信号を前記通信ネットワークリンク上へ多重化し、前記第1の通信ユニットへ、前記通信ネットワークリンクに到着する前記第1の通信プロトコルにおける通信を提供し、前記第2の通信ユニットへ、前記通信ネットワークリンクに到着する前記第2の通信プロトコルにおける通信を提供するマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。 - 前記マルチプレクサは、伝送制御プロトコル(TCP)のマルチプレクサであることを特徴とする請求項2に記載のフィールド装置。
- 前記第1の通信プロトコルは、第1のインターネットプロトコル(IP)であり、前記第2の通信プロトコルは、前記第1のインターネット(IP)とは異なる第2のインターネットプロトコル(IP)であることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 前記第1のインターネットプロトコルは、一般的な通信インターネットプロトコルであり、前記第2のインターネットプロトコルは、プロセス制御インターネットプロトコルであることを特徴とする請求項4に記載のフィールド装置。
- 前記第1のインターネットプロトコルは、Ethernet/IPプロトコル又はProfinetプロトコルであり、前記第2のインターネットプロトコルは、HART-IPプロトコル又はFoundation Fieldbusプロトコルであることを特徴とする請求項5に記載のフィールド装置。
- プロセス状態を検出するための前記装置アプリケーションユニットに接続され、プロセス測定を生成するセンサ、又は、物理的な動作を実行するための前記装置アプリケーションユニットに接続され、プロセス変数を制御する制御装置、の1つをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 物理的な動作を実行するための前記装置アプリケーションユニットに接続され、それによって、装置アプリケーションからのパラメータ化されたデータに基づいてプロセス変数を制御する制御装置をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 前記制御装置は、アクチュエータであることを特徴とする請求項8に記載のフィールド装置。
- 前記制御装置は、要素の物理的な動作を実行する電気的な又は水力のアクチュエータであることを特徴とする請求項8に記載のフィールド装置。
- プロセス測定を生成するため、プロセス状態を検出するためのセンサをさらに備えることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 前記第1の通信ユニットは、前記第1の通信プロトコルを用いて、装置管理通信を実行し、前記第2の通信ユニットは、前記第2の通信プロトコルを用いて、プロセス制御通信を実行することを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 前記プロセス制御通信は、実時間プロセス測定、又は、プロセス制御において使用する制御信号の通信を含むことを特徴とする請求項12に記載のフィールド装置。
- 前記プロセス制御通信は、50ミリセカンド以上のレートで送信されることを特徴とする請求項13に記載のフィールド装置。
- 前記プロセス制御通信は、10ミリセカンド以上のレートで送信されることを特徴とする請求項13に記載のフィールド装置。
- 前記装置管理通信は、アラーム信号、装置データ要求信号、又は、装置設定信号の1つ以上を含むことを特徴とする請求項12に記載のフィールド装置。
- 前記装置管理通信は、500ミリセカンド以下のレートで送信されることを特徴とする請求項12に記載のフィールド装置。
- 前記装置管理通信は、非周期的な方法で送信されることを特徴とする請求項12に記載のフィールド装置。
- 複数の異なった通信プロトコルのための通信プロトコル設定データを保存するメモリをさらに含み、
前記第1及び第2の通信ユニットの1つ以上は、保存され及び設定された通信プロトコルに関する通信を実行するために、前記メモリに保存された前記通信プロトコル設定データで設定可能であることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。 - 前記第1及び第2の通信ユニットの1つは、音声通信を実行することを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 前記第1及び第2の通信ユニットの1つに接続された音声検出及び伝送ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項20に記載のフィールド装置。
- 前記第1及び第2の通信ユニットの1つは、インターネット上の音声(VoIP)通信を実行することを特徴とする請求項20に記載のフィールド装置。
- 前記第1及び第2の通信ユニットの他の1つは、プロセス制御信号通信を実行することを特徴とする請求項20に記載のフィールド装置。
- 音声及び/又は動画装置への接続のための音声及び/又は動画通信ポートを含むことを特徴とする請求項20に記載のフィールド装置。
- 前記第1及び第2の通信プロトコルの1つは、無線通信プロトコルであることを特徴とする請求項1に記載のフィールド装置。
- 通信ネットワークリンク上のフィールド装置の通信を実行する方法であって、
前記フィールド装置と前記通信ネットワークリンクとの間の通信接続を確立するステップと、
前記フィールド装置のプロセッサを介して、前記フィールド装置において、プロセス測定をパラメータ化されたデータに変換する、又は、パラメータ化されたデータを物理的な動作を引き起こす制御信号へ変換するステップと、
第1の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置内の第1の通信ユニットを介して、前記通信ネットワークリンク上で、通信を実行するステップと、
前記第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置内の第2の通信ユニットを介して、前記通信ネットワークリンク上で、通信を実行するステップと、
を含むことを特徴とするフィールド装置の通信を実行する方法。 - 前記第1及び第2の通信ユニットを介して通信を実行するステップは、前記第1及び第2の通信ユニットからの信号を前記通信ネットワークリンク上へ多重化するステップと、前記第1の通信ユニットへ、前記通信ネットワークリンクに到着する前記第1の通信プロトコルにおける通信を提供するステップと、前記第2の通信ユニットへ、前記通信ネットワークリンクに到着する前記第2の通信プロトコルにおける通信を提供するステップと、を含むことを特徴とする請求項26に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 前記多重化するステップは、伝送制御プロトコル(TCP)を用いて信号を多重化するステップを含むことを特徴とする請求項27に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 前記第1の通信プロトコルは、第1のインターネットプロトコル(IP)であり、前記第2の通信プロトコルは、前記第1のインターネット(IP)とは異なる第2のインターネットプロトコル(IP)であることを特徴とする請求項27に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 前記第1のインターネットプロトコルは、一般的な通信インターネットプロトコルであり、前記第2のインターネットプロトコルは、プロセス制御インターネットプロトコルであることを特徴とする請求項29に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 前記フィールド装置上のセンサを介して、プロセス測定を生成するステップ、又は、
前記フィールド装置上のアクチュエータを介して、物理的な動作を実行するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項26に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。 - 前記第1の通信プロトコルを用いて、装置管理通信を実行するステップ、及び、前記第2の通信プロトコルを用いて、プロセス制御通信を実行するステップを、さらに含むことを特徴とする請求項26に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 前記フィールド装置のメモリ内の複数の異なった通信プロトコルのための通信プロトコル設定データを保存するステップ、及び、
ホスト装置が、通信を実行するために、前記メモリに保存された前記通信プロトコル設定データで、前記フィールド装置の前記第1及び第2の通信ユニットの1つ又は両方を設定することを可能にするステップを、さらに含むことを特徴とする請求項26に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。 - 前記第1及び第2の通信ユニットの1つを用いて、音声通信を実行するステップを含むことを特徴とする請求項26に記載のフィールド装置の通信を実行する方法。
- 通信ネットワークに関連付けられた通信リンクと、
1つ以上のフィールド装置と、
前記通信リンクへ通信接続された1つ以上の他の装置と、
を備えるプロセス制御システムであって、
前記1つ以上のフィールド装置のそれぞれは、
前記フィールド装置を前記通信リンクへ接続するための通信インターフェースと、
プロセス測定をパラメータ化されたデータに変換する、又は、パラメータ化されたデータを物理的な動作制御信号へ変換する装置アプリケーションユニットと、
第1の通信プロトコルを用いて前記通信リンクを介して通信を実行する、前記第1の通信プロトコルと関連付けられた第1の通信ユニットと、
第2の通信プロトコルを用いて前記通信リンクを介して通信を実行する、前記第1の通信プロトコルとは異なった前記第2の通信プロトコルと関連付けられた第2の通信ユニットと、
を備えることを特徴とするプロセス制御システム。 - 前記フィールド装置に対する前記通信インターフェースは、前記第1及び第2の通信ユニットと接続されて、
前記通信インターフェースは、前記第1及び第2の通信ユニットからの信号を前記通信リンク上へ多重化し、前記第1の通信ユニットへ、前記通信リンクに到着する前記第1の通信プロトコルにおける通信を提供し、前記第2の通信ユニットへ、前記通信リンクに到着する前記第2の通信プロトコルにおける通信を提供するマルチプレクサを備えることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 前記第1の通信プロトコルは、第1のインターネットプロトコル(IP)であり、前記第2の通信プロトコルは、前記第1のインターネット(IP)とは異なる第2のインターネットプロトコル(IP)であることを特徴とする請求項36に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上のフィールド装置の1つは、プロセス状態を検出するための前記装置アプリケーションユニットに接続され、プロセス測定を生成するセンサを備えることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上のフィールド装置の1つは、物理的な動作を実行するための前記装置アプリケーションユニットに接続され、プロセス変数を制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上の他の装置は、前記通信リンクに通信接続された1つ以上のホスト装置を含み、さらに、前記1つ以上のホスト装置において保存され及び実行される第1及び第2のアプリケーションを含み、
前記第1の通信ユニットは、第1の通信プロトコルを用いて、前記第1のアプリケーションで通信を実行し、前記第2の通信ユニットは、第2の通信プロトコルを用いて、前記第2のアプリケーションで通信を実行することを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 前記第1及び第2のアプリケーションの1つは、オンラインの制御活動を実行するプロセス制御アプリケーションであることを特徴とする請求項40に記載のプロセス制御システム。
- 前記第1及び第2のアプリケーションの第2のものは、装置又は工場管理活動を実行する装置又は工場管理アプリケーションであることを特徴とする請求項41に記載のプロセス制御システム。
- 前記第1及び第2のアプリケーションの第2のものは、前記通信リンク上で音声及び/又は動画信号を通信する音声アプリケーションであることを特徴とする請求項40に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上のホスト装置は、第1のホスト装置と第2のホスト装置とを含み、
前記第1のホスト装置は、第1の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置の1つの前記第1の通信ユニットと通信する第1のホスト装置通信インターフェースを備え、
前記第2のホスト装置は、第2の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置の1つの前記第2の通信ユニットと通信する第2のホスト装置通信インターフェースを備えることを特徴とする請求項40に記載のプロセス制御システム。 - 前記第1及び第2のアプリケーションは、前記第1及び第2の通信プロトコルを用いて、前記通信リンク上で、前記フィールド装置と同時に通信することを特徴とする請求項40に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上のフィールド装置の1つは、複数の異なった通信プロトコルのための通信プロトコル設定データを保存するメモリをさらに含み、
前記第1及び第2の通信ユニットの少なくとも1つは、通信を実行するために、前記メモリに保存された前記通信プロトコル設定データで設定可能であることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 第1及び第2の通信ユニットの1つは、前記通信リンクを介して、前記第1及び第2の通信ユニットの1つによって使用された通信プロトコルに構成することを設定可能であることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。
- 前記1つ以上の他の装置は、前記通信リンクに通信接続された1つ以上のホスト装置を含み、
前記1つ以上のホスト装置の1つは、プロセスを制御するためのプロセス制御ルーチンを実行するプロセス制御装置であることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 前記1つ以上の他の装置は、前記通信リンクに通信接続された1つ以上のホスト装置を含み、
前記1つ以上のホスト装置の1つは、ユーザワークステーションであることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 前記1つ以上の他の装置は、前記通信リンクに通信接続された1つ以上のホスト装置を含み、
前記1つ以上のホスト装置の1つは、ヒストリアンデータベースであることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 前記1つ以上の他の装置は、前記通信リンクに通信接続された1つ以上のホスト装置を含み、
前記1つ以上のホスト装置の1つは、ビッグデータ装置であることを特徴とする請求項35に記載のプロセス制御システム。 - 通信ネットワークに関連付けられた通信リンクを介して、フィールド装置を、1つ以上の他の装置へ通信接続するステップと、
第1の通信プロトコルを用いて通信するために、前記フィールド装置の第1の通信ユニットを用いることを含んで、前記第1の通信プロトコルを用いて、前記通信リンク上で、前記1つ以上の他の装置と前記フィールド装置との間で、第1のデータを通信するステップと、
第2の通信プロトコルを用いて通信するために、前記フィールド装置の第2の通信ユニットを用いることを含んで、前記第1の通信プロトコルとは異なる前記第2の通信プロトコルを用いて、前記通信リンク上で、前記1つ以上の他の装置の1つと前記フィールド装置との間で、第2のデータを通信するステップと、
を含むことを特徴とするプロセス制御システム内の通信実行方法。 - プロセス測定を、パラメータ化されたデータへ変換するステップ、又は、パラメータ化されたデータを、前記フィールド装置内の物理的な動作制御信号へ変換するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記第1及び第2のデータを通信するステップは、
前記第1及び第2の通信ユニットからの信号を、前記通信リンク上へ多重化するステップと、
前記第1の通信ユニットへ、前記通信リンク上に到着する前記第1の通信プロトコルにおける通信を提供するステップと、
前記第2の通信ユニットへ、前記通信リンク上の前記第2の通信プロトコルにおける通信を提供するステップと含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。 - 前記第1の通信プロトコルは、第1のインターネットプロトコル(IP)であり、前記第2の通信プロトコルは、前記第1のインターネットプロトコル(IP)とは異なる第2のインターネットプロトコル(IP)であることを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記フィールド装置内のセンサを介して、プロセス測定を生成するステップ、又は、前記フィールド装置上のアクチュエータを介して、物理的な動作を実行するステップ、を含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記プロセス制御システム内の通信実行方法は、前記第1の通信プロトコルを介して通信された前記第1のデータを用いて、装置管理通信を実行するステップ、及び、前記第2の通信プロトコルを介して通信された前記第2のデータを用いて、プロセス制御通信を実行するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 設定メモリにある複数の異なった通信プロトコルに対する通信プロトコル設定データを保存するステップ、及び、ホスト装置に、通信を実行するため、設定メモリに保存された通信プロトコル設定データで、前記第1及び第2の通信ユニットの1つ又は両方を設定することを可能にするステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記通信リンクで前記第1のデータと前記第2のデータを同時に通信するステップをさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記通信リンクで前記第1のデータと前記第2のデータを同時に通信するステップは、前記通信リンク上で、前記第1の通信プロトコルにおける前記第1のデータのメッセージに、前記第2の通信プロトコルにおける前記第2のデータのメッセージを、インターリーブするステップを含むことを特徴とする請求項59に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記通信リンク上で前記第1のデータと前記第2のデータを同時に通信するステップは、前記第1のデータを通信するために、前記通信リンク上の第1のチャンネルを使用するステップ、及び、前記第2のデータを通信するために、前記通信リンク上の第2のチャンネルを使用するステップ、を含むことを特徴とする請求項59に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記第1又は第2の通信ユニットの1つを用いる音声通信を実行するステップを含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記第1の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置と、1つ以上のホスト装置の1つの中の第1のアプリケーションとの間で、通信を実行するステップ、及び、前記第2の通信プロトコルを用いて、前記フィールド装置と、1つ以上のホスト装置の1つの中の第2のアプリケーションとの間で、通信を実行するステップ、を含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記フィールド装置内の前記第1及び第2の通信ユニットの1つによって使用される通信プロトコルを設定するステップをさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記フィールド装置を用いるプロセスを制御するための前記1つ以上の他の装置の1つ内のプロセス制御ルーチンを実行するステップ、及び、前記フィールド装置と制御ルーチンとの間で、制御信号を送る前記第1及び第2のの通信プロトコルを使用するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記1つ以上の他の装置の1つの中で、ユーザインターフェースルーチンを実行するステップ、及び、前記フィールド装置とユーザインターフェースとの間で、ユーザインターフェース信号を送信するため、前記第1及び第2の通信プロトコルを使用するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 前記1つ以上の他の装置の1つの中で、データベース保存ルーチンを実行するステップ、及び、前記フィールド装置とデータベース保存ルーチンとの間で、データ保存信号を送信するため、前記第1及び第2の通信プロトコルを使用するステップ、をさらに含むことを特徴とする請求項52に記載のプロセス制御システム内の通信実行方法。
- 通信ネットワークリンクに接続されるように適合されたフィールド装置であって、
前記フィールド装置を前記通信ネットワークリンクへ接続するための通信インターフェースと、
プロセス測定をパラメータ化されたデータに変換する、又は、パラメータ化されたデータを物理的な動作へ変換する装置アプリケーションユニットと、
前記通信ネットワークリンクを介して通信を実行するため、前記第1の通信プロトコル又は第1の通信プロトコルとは異なる第2の通信プロトコルを用いるように設定されてよい設定可能通信ユニットと、
前記第1の又は第2の通信プロトコルを用いて通信する通信ユニットによって使用されるための前記第1又は第2の通信プロトコルの1つに関連付けられた通信プロトコル設定データを保存する設定可能メモリと、
を備えることを特徴とするフィールド装置。
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