JP3859515B2

JP3859515B2 - 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

Info

Publication number: JP3859515B2
Application number: JP2001584974A
Authority: JP
Inventors: ウェストフィールド，ブライアン，エル．; ロパー，ウェストン; ネルソン，リチャード，エル．
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-05-04
Also published as: DE10196182B4; JP2003533808A; WO2001088643A2; AU2001257544A1; WO2001088643A3; DE10196182T1; US6504489B1

Description

【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４−２０mA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ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（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１２Ｂ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１８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Ｉ_T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Ｉ_Ｔ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Ｒ_SENSE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Ｒ_SERIES２８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Ｉ_Tを調節する。
【０００５】
第２端子１６Ｂは、抵抗Ｒ_SENSEによる電圧降下によって、ＤＣ回路コモン２６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Ｉ_T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Ｒ_SENSE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３２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 regulator）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Ｉ_T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ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（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Ｉ_T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Ｉ_T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Ｉ_Lと、ループ電流Ｉ_Tを制御するのに使用されるシャント電流Ｉ_sとを導出する。ループ電流Ｉ_Tは実質的に負荷電流Ｉ_Lとシャント電流Ｉ_s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Ｉ_Lを計測し、シャント電流Ｉ_sをシャント電流出力に適用して所望値のループ電流Ｉ_T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Ｉ_Ｔを予め設定された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Ｉ_Ｌに応答して、シャント電流Ｉ_Ｓ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Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｓを導き、シャント電流Ｉ_Ｓ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Ｉ_Ｓ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ＦＢ２の関数として予め設定された値にループ電流Ｉ_Ｔを制御する。制御信号５８は、所望の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３０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Ｉ_L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Ｉ_T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Ｉ_T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Ｉ_s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４４Ｂ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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｖ_REF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Ｖ_REFはノード９０で要求される電圧つまり調整電圧Ｖ_REG1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Ｖ_REG1の揺動を制限する。感知抵抗Ｒ_s1は負荷電流Ｉ_Lを感知するのに使用される。感知抵抗Ｒ_s1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Ｖ_REG1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Ｖ_REG1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６２Ｂ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Ｖ_REG1を受け取る。集積回路９６は、調整電圧Ｖ_REG1の入力に応答して、出力９８に調整電圧Ｖ_REG2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ＡＤＰ３３３０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Ｖ_DREG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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｉ_L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Ｒ_S2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Ｒ_S2はシャント電流Ｉ_s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Ｉ_s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Ｉ_s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Ｉ_s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Ｒ_S2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１１０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Ｉ_sは実質的に第２の感知抵抗Ｒ_S2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１０８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Ｉ_Ｔ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Ｉ_Ｔが予め設定された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Ｖ_REF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１２２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Ｉ_s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１３４Ｂ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Ｉ_s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Ｉ_s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

Claims

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、第１および第２の貫通接続端子がプロセス制御ループに接続可能かつ前記プロセス送信機を通してループ電流Ｉ_Ｔを流すように構成された、第１、第２および第３の貫通接続端子と、
前記第１の貫通接続端子に接続された入力端子、前記第２の貫通接続端子に接続されたシャント電流出力端子および負荷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、前記負荷電流出力端子から負荷電流Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｓを調整することによってループ電流Ｉ_Ｔを制御するシリーズ−シャントレギュレータと、
前記負荷電流出力端子と前記第２の貫通接続端子に接続され、前記負荷電流Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｔを制御し、かつ前記第２の貫通接続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デジタル信号を前記第３の貫通接続端子に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の貫通接続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。
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、第１および第２の貫通接続端子がプロセス制御ループに接続可能かつ前記プロセス送信機を通してループ電流Ｉ_Ｔを流すように適合された、第１、第２および第３の貫通接続端子と、
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の貫通接続端子に接続された入力端子、前記第２の貫通接続端子に接続されたシャント電流出力端子および負荷電流出力端子を有し、前記負荷電流出力端子から負荷電流Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｓを調整することによってループ電流Ｉ_Ｔを制御するシリーズ−シャントレギュレータと、
前記負荷電流出力端子と前記第２の貫通接続端子に接続され、前記負荷電流Ｉ_Ｌ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の貫通接続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デジタル信号を第３の貫通接続端子に供給し、該デジタル信号が前記第２および第３の貫通接続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。
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Ｉ_Ｌを出力し、該負荷電流Ｉ _Ｌ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Ｉ_Ｓを出力し、該シャント電流Ｉ_Ｓ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Ｉ_Ｔが実質的に負荷電流Ｉ_Ｌとシャント電流Ｉ_Ｓの和であるように構成されたシャントと、
シャント電流Ｉ_Ｓを搬送し、第１および第２のフィードバック出力の関数として予め設定された値にループ電流Ｉ_Ｔ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。
前記プロセス制御送信機は、プロセス制御ループ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請求項１または２記載のプロセス制御送信機。
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として予め設定された値にループ電流Ｉ _Ｔを制御し、それによって前記予め設定された値が前記プロセス変数出力と関連している請求項１または２記載のプロセス制御送信機。
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Ｉ _Ｌおよびシャント電流Ｉ _Ｓ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。
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Ｉ _Ｌおよびシャント電流Ｉ _Ｓ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。
前記プロセス制御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１または２記載のプロセス制御送信機。
前記第１、第２、および第３の貫通接続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の貫通接続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記載のプロセス制御送信機。
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。
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の貫通接続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記載のプロセス制御送信機。
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かつ前記プロセス送信機を通してループ電流Ｉ_Ｔを流すように構成された、第１、第２および第３の端子を形成し、
前記第１の端子に接続された入力端子、前記第２の端子に接続されたシャント電流出力端子および負荷電流出力端子を有し、前記負荷電流出力端子から負荷電流Ｉ_Ｌ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Ｉ_Ｓを調整することによってループ電流Ｉ_Ｔを制御するシリーズ−シャントレギュレーを前記ハウジング内に設置し、
前記負荷電流出力端子と前記第２の端子に接続され、前記負荷電流Ｉ_Ｌによって付勢される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第３の端子に供給し、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を設置するプロセス制御送信機の製造方法。
前記プロセス制御送信機は、プロセス制御ループ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請求項１２記載のプロセス制御送信機の製造方法。
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記載のプロセス制御送信機の製造方法。