JP3936098B2 - プロセス制御ネットワーク設計の分析に使用するためのトポロジー分析ツール - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的にはプロセス制御ネットワークに関し、より詳細には、プロセス制御ネットワーク設計の分析に使用するためのツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学、石油及び他の製造及び精製プロセス等の大きなプロセスは、プロセスの制御に影響を与えるプロセスパラメータの測定と制御とを行うために、設備の種々の位置に配された多くのフィールドデバイスを含んでいる。これらのデバイスは、バルブ及びスイッチ等の制御要素と同様に、例えば、温度、圧力及び流速などのセンサであり得る。歴史的には、プロセス制御の産業では、手動によるレベル及び圧力ゲージ等の読み取り、バルブハンドルの旋回等の手動の操作が、プロセス内のデバイスの測定と制御に使用されてきた。２０世紀の初めには、プロセス制御の産業では局部的な空気制御が使用されはじめ、局部的空気コントローラ、トランスミッタ及びバルブポジショナが、特定のプラントの位置の制御をもたらすために、プロセスプラント内の種々の位置に置かれた。１９７０年代のマイクロプロセッサに基づいた分散制御システムの出現に伴い、分散電子プロセス制御がプロセス制御の産業で流行するようになった。
【０００３】
分散制御システムは、プログラム可能な論理制御器であって、プロセスの至る所に配された電子センサ、トランスミッタ、電流−圧力変換器、バルブポジショナ等の多くの電子的モニタリング及び制御を行うデバイスに接続されたアナログ又はデジタルコンピュータを含んでいる。ＤＣＳコンピュータは、全体に亘る制御スキームに従うプロセスパラメータの測定と制御をもたらすために、集権的な、そしてしばしば複雑なコントロールスキームを格納し実行する。しかし、通常、ＤＣＳにより実行されるコントロールスキームは、ＤＳＣ業者にとって独自のものである。従って、ＤＣＳは、拡張し、アップグレードし、再プログラムし及び／又はサービスするのが困難で高価である。なぜなら、提供されるＤＣＳはこれらの動作の何れかを実行する完全な方法で関わるようになるべきだからである。更に、どのようなＤＣＳに使用され又は接続される装置も、ＤＣＳの独自の性質に限定され、提供されるＤＣＳは、特定の装置又は他の供給メーカーによって製造される装置の機能をサポートしないということによって制限される。
【０００４】
独自のＤＣＳの使用に於ける問題のいくつかに打ち勝つために、制御産業は、例えば、ＨＡＲＴ，ＤＥ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ，ＷＯＲＬＤＦＩＰ，ＬＯＮＷＯＲＫＳ，Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ及びＣＡＮプロトコル等の多くの標準となる開放通信プロトコルを発展させた。これらの標準プロトコルは、異なる製造業者によって製造されたフィールドデバイスを、同じプロセス制御環境内で一緒に用いられることを可能とする。理論的には、これらのプロトコルの一つに従うどのようなフィールドデバイスも、たとえそのフィールドデバイスがＤＣＳの製造業者と異なる製造業者によって製造される場合にも、そのプロトコルをサポートするＤＣＳ又は他のコントローラとプロセス内で通信するために使用され得、そしてＤＣＳによって制御され得る。
【０００５】
プロセス制御の業界には、プロセス制御を分散させ、これによりＤＣＳコントローラを簡略化し、又はかなりの程度までＤＣＳコントローラの必要性を低減させるという動きがある。分散された制御は、バルブポジショナ、トランスミッタ等のプロセス制御デバイスに一又はそれ以上のプロセス制御機能を果たさせることと、次に、他のプロセス制御デバイスによる使用のためにバス構造を横切ってデータを通信することにより提供される。制御機能を実行するために、各プロセス制御デバイスは、標準のそして開放されたプロトコルを使用してプロトコルデバイスと通信する能力と共に、一又はそれ以上の基本的な制御デバイスを実行する能力を有するマイクロプロセッサを含んでいる。このように、異なる製造業者によって製造されたフィールドデバイスは、互いに通信するために、そしてＤＣＳの介入なしに一又はそれ以上のプロセス制御機能又は制御ループを実現するために、プロセス制御ループ内で互いに接続され得る。異なる製造業者によって製造されたデバイスが、プロセス内で分散された制御をもたらすために標準のバスを介して互いに相互動作し及び通信するのを可能とする開放された通信プロトコルの一例は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎのＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバスプロトコル（以後、「フィールドバスプロトコル」と称する。）である。フィールドバスプロトコルは全てデジタルの２線式ループプロトコルである。
【０００６】
これらのプロトコルを使用するときは、プロセス制御システム又はネットワークの設計に関連する挑戦は、実際の物理的な配置と種々のプロセス制御デバイスとに関連している。特に、これらのプロトコルのそれぞれは、そのプロセス制御システムがその標準に一致する物理的特性に対する値の制限を表している。これらの制限には、通信セクションを横切る電圧降下、スプールの長さ（spur length）ケーブルの全長、電流の引き込み（current draw）及び特定のハブ上のプロセス制御デバイスの全数が含まれる。これらの制限の相関関係は重要であり、この制限の値に依存して変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、プロセス制御システムの設計の際には、システムの物理的な配置が設計され物理的に描画され、そして次に、システムの物理的特性が計算され、そして、その値が特定のプロトコルによって示されている制限の範囲内にあるかどうかを決定するために手によって再計算される。このプロセスは、物理的特性の値が相互に関係づけられ変更されるに伴い、時間がかかる。一つの値の変更は、プロセス制御環境の全体に亘る物理的特性の値の再計算を必要とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、標準のプロトコルに従うプロセス制御システムの設計に於ける支援のための分析ツールに適用されるものである。このようなツールは、プロセス制御システムの有効な設計を有利に許容し、更に、システムの物理的特性が標準に従うことを可能とする。
【０００９】
本発明の一つの見地は、標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計のための方法を指向している。プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有している。この方法は、プロセス制御ネットワークの設計が標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、バスの長さ、バスのケーブルのタイプ及びフィールドバスに必要な電圧を含む標準プロトコルの規格に関する情報に、分析のためにアクセスすることを行うソフトウェアの分析ツールを有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照することにより、本発明はよりよく理解され得、そして、多くの目的、特徴、及び利点が当業者に明らかにされる。
【００１１】
本発明のトポロジー分析ツールは、プロセス制御機能に使用されるフィールドバスデバイスを提供するプロセス制御システムに関連して詳細に記述されているが、本発明のトポロジー分析ツールは、他のタイプのフィールドデバイスと、２線式バス以外に依存するプロトコル並びにアナログのみ又はアナログ及びデジタルの通信を支持するプロトコルを含む通信プロトコルとを含むプロセス制御システムに使用され得る。従って、例えば、本発明のトポロジー分析ツールは、ＨＡＲＴ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ等の通信プロトコル又は現存する若しくは将来発展するであろう他の通信プロトコルを使用して通信を行うプロセス制御システムで使用され得る。
【００１２】
本発明のトポロジー分析ツールの詳細について議論する前に、フィールドバスプロトコル、このプロトコルに従って構成されるフィールドデバイス、フィールドバスプロトコルを実行するプロセス制御環境に現れる通信の方法、及びフィールドバスプロトコルの下に必要とされる値の制限についての一般的な記述が提供されるであろう。しかしながら、フィールドバスプロトコルはこの技術分野で公知であり、多くの論文、パンフレット及び明細書に詳細に記述され、とりわけ、テキサス州のオースティンに設置されている非営利団体であるＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎから入手可能である。特に、フィールドバスプロトコルの下で必要とされる値の制限を含むフィールドバスプロトコルは、「３１．２５Kbit/秒の結線と実装、電圧モード結線媒体応用ガイド」、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、１９９６に記載されている。
【００１３】
一般的には、フィールドバスプロトコルは、デジタルであり、シリアルであり、２線式通信プロトコル、又は計測器又はプロセス制御環境内に含まれるセンサ、アクチュエータ、コントローラ、バルブ等のプロセス制御装置を接続するバスへの規格化された物理インターフェイスを提供する双方向通信プロトコルである。フィールドバスプロトコルは、実際上、プロセス内のフィールド機器（フィールドデバイス）のためのローカルエリアネットワークを提供し、これは、プロセス内に分散している位置でこれらの装置が制御機能を果たすのを可能とし、全体の制御計画の実行のためにこれらの制御機能の遂行の前後で互いに通信するのを可能とする。フィールドバスプロトコルがプロセス制御ネットワークの全体に亘って分配されるべき制御機能を可能とする前に、プロトコルは、典型的にはＤＣＳに関連する中央集権化されたプロセスコントローラの複雑さを減少させ、又はその必要性を全く取り除く。
【００１４】
図１を参照すれば、フィールドバスプロトコルに従うプロセス制御ネットワーク１００は、バス１０２を介して複数のフィールドデバイスに結合されたホスト１０１（Ｈ１）を有している。バス１０２は、他の特性と同様に相当する長さを有する複数のセクション又はセグメントを含んでいる。バス１０２はまた、一又はそれ以上の結合ボックス１０４（ＪＢ１、ＪＢ２、ＪＢ３）を含み、これらはしばしば「レンガ」として言及される。各結合ボックス１０４は、一又はそれ以上のフィールドデバイス１０６をバス１０２に結合している。また、ホスト１０１は、少なくとも一つの電源１０８に結合されている。最初に、プロセス制御ネットワーク１００はまた、プロセス制御ネットワークの設計の間プロセス制御ネットワークが望ましい標準のプロトコル、即ちフィールドバスプロトコルに対応することを可能とするために使用される分析ツール１２０を有するコンピュータシステム１３０を含んでいる。分析ツール１２０は、好ましくは、コンピュータ読み取り可能な媒体１３２に含まれ、コンピュータシステム１３０のプロセッサ１３４によって実行されるソフトウエアである。コンピュータ読み取り可能な媒体は、揮発性又は不揮発性のメモリ、フロッピディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又はソフトウエアが含まれ得る他のどのようなタイプの媒体であってもよい。ツール１２０はコンピュータシステム１３０のディスプレイ１３６上に表現されたスクリーンの表現を可能とする。図１に示されたネットワークは例示のみのものであり、フィールドバスプロトコルを使用して構成されるプロセス制御ネットワークで使用される多くの他の方法がある。プロセス制御ネットワーク１００は、通信センサを横切る電圧降下、特定の通信セクションのスプールの長さ（spur length）ケーブルの全長、セグメントの全電流の引き込み（current draw）及び特定の結合ボックスに結合されたプロセス制御デバイスの全数等の多くの物理的特性が含まれる。分析ツール１２０は、プロセス制御ネットワークが望ましい規格のプロトコルに対応しているかどうかを決定するために、これらの物理的特性値を分析する。
【００１５】
図２を参照すれば、分析ツール１２０の機能を例示するフローダイアグラムが示されている。プロセス制御ネットワークを設計する場合、分析ツール１２０は、その設計が特定のプロトコルによって述べられている制限に一致していることを確実にする有効な方法を提供する。より詳細には、分析ツール１２０がアクセスされるとき、ツール１２０の残りの部分と同様に、導入部２０２は、ＷＩＮＤＯＷＳオペレーティングシステムの下で実行される種々のプログラムに存在するような「ウィザード」機能に従って動作する。導入部２０２が見られた後、ユーザは次に、「次」のボタン等を押すことにより、顧客情報部分２０４に移行する。もし、ユーザが移行したくなければ、ユーザは「終了」ボタンなどを押すことによりツールから抜け出ることができる。
【００１６】
顧客情報部分２０４では、顧客についての情報がツールに提供される。この情報は、顧客の名称、会社の名称、そのネットワークが位置する設備の位置、ツールを供給する販売員の名前、及びその販売員にコンタクトするための名称を含み、これにより、カード構成部分２０６に移行することとなる。
【００１７】
、カード構成部分２０６は、ユーザに、プロセス制御ネットワークの物理的特性に関連する情報をツールに提供する方法を提供する。また、カード構成部分２０６は、ユーザに、プロセス制御ネットワーク１００の分析に使用される多くの動作を提供し得る。加えて、カード構成部分２０６は、プロセス制御ネットワークの設計のための明細書を得る方法をユーザに提供し得る。プロセス制御ネットワークのための情報が分析され、材料の明細書が生成された後は、ツールの動作は完了し、そして、ユーザは、望ましい規格に従うプロセス制御ネットワークの分析を手に入れる。
【００１８】
図３は、図２に示すカード構成２０６の動作を示すフローチャートである。カード構成部分２０６のステップ３０２に於いて、ユーザは利用可能なリストされたコントローラカード（例えば図４参照）から一つのコントローラカードを選択する。カードが選択された後、次に、選択されたコントローラカードのための適切な情報が、分析ツールに供給される。本質的には、選択されたコントローラカードにより、ユーザはネットワークのセグメントを構成する。好ましい実施形態では、各コントローラカードは２つのセグメントを制御するが、しかし、コントローラカードに依存して、むしろより少ないセグメントが一つのコントローラによって制御され得る。一度第１のセグメントが構成セグメント１のステップ３０４で構成されると、第２のセグメントが構成セグメント２のステップ３０６で構成される。セグメントが構成されている間、ユーザは、要約ワークシート部分３０８にアクセスすることにより、示されるように、ツール１２０に提供された情報の要約にアクセスすることができる。セグメントが構成されると、ツールは、プロセス制御ネットワークの設計が適切な規格に一致しているかどうかを、チェック計算ステップ３１０を介して分析する。もし、設計が標準の規格に一致していると、ツールはユーザにこの影響に対するメッセージを提供し、ツールの動作が完了する。もし、設計が標準の規格に一致していないと、次にユーザは、その規格に合っていない部分の設計を調整するために、構成ステップ３０４，３０６に戻ることができる。このように、ユーザは設計が標準のプロトコルに述べられている規格に一致するように、反復的にプロセス制御ネットワークの設計を行うことができる。加えて、設計が規格に一致しているか否かにかかわらず、ユーザは材料の明細書の部分３１２にアクセスすることができる。材料の明細書の部分３１２は、ユーザによって構成されたプロセス制御ネットワーク設計に基づいて、材料の明細書を生成する。
【００１９】
図４を参照すれば、図２のカード構成部分２０６の画面上の表示が示されている。トポロジー分析ツール１２０のカード構成の画面表示４００は、トポロジー分析ツールのカード構成部分の機能に実質的に相当する複数のセクションを含んでいる。より詳細には、カード構成画面表示４００は、電源４０４，４０６が結合されているコントローラカード４０２の表示を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがコントローラカード、従ってプロセス制御ネットワークの部分を選択するカード選択部４０８を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、コントローラカードに接続されている構成セグメント１の部分４１０及び構成セグメント２の部分４１２を有している。また、カード構成画面表示４００は、ユーザが特定のプロセス制御ネットワークのためのツール内に含まれる情報の要約にアクセスし得るワークシート部分４１４を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがそのプロセス制御ネットワークの種々のセグメントの構成を分析し得るチェック計算部分４１６を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがプロセス制御ネットワークのための材料の明細書にアクセスし得る材料明細部分４１８を含んでいる。また、カード構成画面表示４００は、セグメント１情報部分４２０とセグメント２情報部分４２２とを含んでいる。
【００２０】
セグメント１情報部分４２０とセグメント２情報部分４２２とは、コントローラに接続されたそれぞれのセグメントの構成に関する情報を提供する。具体的には、これらの情報部分のそれぞれは、セグメントに結合されるデバイスの全数、これらのデバイスの最小デバイス電圧、セグメントの全電流の引き込み（current draw）、そのセグメントに接続されたデバイスの数に基づくプロトコルによって許容されるスプールの最大長さ（spur length）、構成されたプロセス制御ネットワークの最長のスプール長さ及び設計の全セグメント長に関する情報を提供する。
【００２１】
図５を参照すれば、構成セグメント部分３０４，３０６の動作を示すフローチャートが示されている。ツール１２０の構成セグメント部分３０４，３０６の動作は、ツール１２０の構成セグメント１部分３０４とツール１２０の構成セグメント２の３０６部分と同様である。具体的には、電源供給ステップ５０２では、電源の電圧がユーザによって供給される。次に、ケーブル長ステップ５０４では、コントローラから結合部まで又は結合部からもう一つの結合部までのケーブルのセグメントの長さがユーザによって提供される。ケーブルタイプステップ５０６では、ケーブルのタイプがユーザによって提供される。ケーブルのタイプには、ケーブルの他の特性と同様にケーブル内で使用されるワイヤの口径についての情報が含まれる。ケーブルタイプの情報の提供の後、ツールの構成結合部分は、ユーザが構成結合ステップ５０８でプロセス制御ネットワークの結合を構成するのを許容するようにアクセスされる。次に、もし、構成すべき他のデバイスがあれば、ユーザは次にケーブル長ステップ５０４に戻り、次のケーブル長についての情報を提供する。図５は事象の或る順序を有するフローチャートを示しており、情報がツールに提供されるどのような順序も、本願発明の範囲内であることを理解すべきである。
【００２２】
図６及び図７を参照すれば、構成セグメント画面表示６００は、トポロジー分析ツール１２０の構成セグメント部分の機能に実質的に相当する複数のセクションを含んでいる。具体的には、構成セグメント画面表示６００は、どのセグメントが構成されているのかを識別するセグメント識別部分６０２を含んでいる。構成セグメント画面表示６００は、構成されているカードセグメントに対応するコントローラを識別するカード識別部分６０４を更に含み得る。構成セグメント画面表示は、ユーザがプロセス制御ネットワークによって使用されている電源の電圧をツールに供給する電源入力部分６０６を更に含み得る。構成セグメント画面表示６００はまた、示されているように、ユーザがツール１２０にプロセス制御ネットワークによって使用されている種々のケーブルの長さを提供する複数のケーブル長さ部分６０８を含んでいる。構成セグメント画面表示６００はまた、ユーザがツール１２０にプロセス制御ネットワークのセグメントによって使用されているケーブルのタイプを提供するケーブルタイプ部分６１０を含んでいる。好ましいケーブルのタイプは、プルダウンメニューを介してアクセスされ、これはユーザにケーブルタイプ（例えば図７を参照）に関する選択を提供する。構成セグメント画面表示６００はまた、ユーザがプロセス制御ネットワークのそれぞれの結合を構成するのを可能とする複数の構成結合部分６１２を含んでいる。
【００２３】
ツール１２０の構成結合部分６１２がアクセスされたとき、ユーザはその結合部に結合されたデバイスと、その結合部にどのように結合されているかの情報を提供する。より詳細には、スプールケーブルタイプステップ７０２（図８）で、ユーザはその結合部とそのデバイスとを結合しているケーブルのタイプを選択する。ユーザは次に、スプール長さステップ７０４でスプールの長さが提供される。次に、機器ステップ７０６で、ユーザは結合ボックスに結合された機器のタイプを選択する。好ましい実施形態では、機器はフィールドバスプロトコルに従うデバイスである。ユーザは、その機器に任意にタグ識別子を割り当てることができる。ステップ７１０で示されているように構成する機器が無くなれば、次に、構成結合部分５８０が完了し、制御は構成セグメント部分に戻る。構成すべき他の機器があれば、ステップ７０２に戻ることにより、ユーザは次のデバイスのケーブルタイプを選択し、処理を継続する。図８はイベントのある順序を有するフローチャートを示している一方、情報がツールに提供される他のどのような順序も、本願発明の範囲内であることが認識されるであろう。
【００２４】
図９及び図１０を参照すれば、構成結合画面表示８００は、トポロジー分析ツール１２０の構成結合部分の機能に実質的に対応する複数のセクションを含んでいる。より詳細には、構成結合画面表示８００は、構成されている結合（即ち、図１のレンガ１０４）を識別する結合識別部分８０２を含んでいる。構成結合画面表示８００はまた、プロセス制御ネットワークのそれぞれのスプールによって使用されているケーブルのタイプをユーザがツールに提供する複数のスプールケーブルタイプ部分を含んでいる。これらのケーブルタイプは、好ましくは、ケーブルタイプに関する選択をユーザに提供するプルダウンメニューを介してアクセスされる。また、構成結合画面表示８００は、図示されているように、結合ボックスと機器との間を結合している種々のケーブルの長さをユーザがトポロジー分析ツール１２０に提供するスプールケーブル長部分８０４を含んでいる。構成結合画面表示８００は、また、そのスプールに結合されている機器のタイプをユーザがツールに提供する複数の機器タイプ部分８０６を含んでいる。機器タイプは、機器のタイプに関する選択をユーザに提供するプルダウンメニューを介してアクセスされる（例えば、図１０を参照）。
【００２５】
次に、、ツール１２０のチェック計算部分３１０について説明する。図１１を参照すれば、分析ツール１２０のチェック計算部分がアクセスされたとき、プロセス制御ネットワーク設計がチェックされる第１の規格は、スプール長ステップ９０２にある。スプール長ステップ９０２の間に、スプール長が標準プロトコルによって予め規定されるスプール長を越えないことを確実にするために、セグメントのスプール長の全てがチェックされる。スプール長はセグメント上（セグメント当たり）の機器の数によって制限される。即ち、機器の数が少ないほど、セグメント当たりの許容されるスプール長は長くなる。もし、スプール長がが予め決められたスプール長を越えたなら、次に、警告メッセージステップ９０４に示されているように、警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、デバイスの数がデバイス数チェックステップ９０８でチェックされる。そうでなければ、ツール１２０はデバイス数チェックステップ９０８に移行する。
【００２６】
デバイスの数が予め決められたデバイスの数を越えないことを確実にするために、セグメント当たりのデバイスの数がチェックされる。許容されるデバイスの数は、プロセス制御ネットワークによって使用されるコントローラに応じて変化し得る。好ましい実施形態では、コントローラは、セグメント当たり、バスに１６個のデバイスが結合されるのを許容する。しかしながら、現在のフィールドバス規格は、セグメント当たり、バスに３２個までのデバイスが結合されるのを許容する。もし、デバイスの数が予め決められた数を超えると、次に、警告メッセージが、警告メッセージステップ９１０に示されているように、ユーザに表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は全電流チェックステップ９１２に移行する。そうでなければ、ツール１２０は全電流チェックステップ９１２に直接移行する。
【００２７】
セグメント当たりの引き込みの全電流は、標準プロトコルによって許容される最大の電流引き込み（current draw）を越えないことを確実にするために、チェックされる。好ましい実施形態では、許容される最大電流引き込みは、３７５ミリアンペア／セグメントである。もし、電流引き込みが許容される最大電流引き込みを越えたら、次に、警告メッセージステップ９１４に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御はセグメント長チェックステップ９１６に移行する。そうでなければ、ツール１２０はセグメント長チェックステップ９１６に直接移行する。
【００２８】
セグメントケーブルの全長が標準プロトコルによって許容される最大のセグメント長を越えないことを確実にするために、全セグメントケーブル長（スプール長を含む）がチェックされる。好ましい実施形態では、もし、全セグメントケーブル長が許容される最大ケーブル長を越えたら、次に、警告メッセージステップ９１８に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は電圧チェックステップ９２０に移行する。そうでなければ、ツール１２０は電圧チェックステップ９２０に直接移行する。
【００２９】
プロセス制御ネットワークに結合されているどのデバイスも、標準プロトコルによって示される電圧を越えるか等しいことを確実にするために、セグメント当たりの最小電圧がチェックされる。好ましい実施形態では、この電圧は１２．５ボルトである。もし電圧降下が許容される電圧より小さければ、次に、警告メッセージステップ９２２に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は完了ステップ９２４に移行する。そうでなければ、ツール１２０は完了ステップ９２４に直接移行する。
【００３０】
完了ステップ９２４の間、全ての値がその制限内にあることを確実にするために、チェックされた値の全てがツール１２０によって再検査される。もしその値がその制限内にあれば、表示ステップ９２６に示すように、ユニット祝福画面表示が示され、制御はツール１２０のカード構成部分に戻る。もし、一つ又はそれ以上の値が制限婦負になければ、次に、ユーザはツール１２０のカード構成部分にアクセスしてプロセス制御ネットワーク設計を修正する。
【００３１】
図１２は警告メッセージステップ９０４でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１３は警告メッセージステップ９１０でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１４は警告メッセージステップ９１４でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１５は警告メッセージステップ９１８でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１６は警告メッセージステップ９２２でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。メッセージステップ９２６でユーザに表示されるメッセージの一例を示している。
【００３２】
図１８〜図２０は、要約部分３０８（図３）がアクセスされたときにユーザに表示される要約画面表示の一例が示されている。要約画面表示は、コントローラに固有のプロセス制御ネットワーク設計についての情報を提供する。加えて、各コントローラに固有の部分内では、要約の情報はセグメントに固有である。好ましくは要約画面表示は、プロセス制御ネットワーク設計の特性が標準プロトコルの制約内にあるかどうかを示す。例えば図１９、コントローラＨ１カード３及び図２０のコントローラＨ１カード４を参照されたい。
【００３３】
（他の実施形態）
他の実施形態も添付の特許請求の範囲の範囲内である。
【００３４】
例えば、好ましい実施形態が記述されるプロトコルがフィールドバスプロトコルのためのプロセス制御ネットワークを分析しているが、どのようなプロトコルも、適切な制約を調整することにより分析され得ることが理解されるであろう。
【００３５】
また、例えば、好ましい実施形態がＷＩＮＤＯＷＳオペレーティングシステムの下に動作し、ウィザードタイプの表示を使用しているが、これらの詳細部分は本発明の全体に亘る概念を制限するものではないことが理解されるであろう。
【００３６】
また、ツールの好ましい実施形態によって示されテストされるテストは、本発明に従うツールが行い得るテストの全ての網羅的なリストを意図するものではない。例えば、本発明に従う分析ツールはまた、通信のスループットチェック等の活動度のような通信をテストすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、標準のプロトコルに従うプロセス制御システムの設計に於ける支援のための分析ツールであり、このようなツールにより、プロセス制御システムの有効な設計が可能となり、一方、システムの物理的特性を標準に従わせることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の見地によれば、標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計のための方法が提供される。このプロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有しており、この方法は、バスの長さ、バスのケーブルのタイプ及びフィールドバスに必要な電圧を含む標準プロトコルの規格に関する情報に、そのツールによる分析のためにアクセスし、これにより、プロセス制御ネットワークの設計を標準プロトコルの規格に従わせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うトポロジー分析ツールを用いて分析されるプロセス制御ネットワークの概略ブロックダイヤグラムである。
【図２】本発明に従うトポロジー分析ツールの動作を示すフローチャートである。
【図３】図２のトポロジー分析ツールのカード構成の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２のトポロジー分析ツールのカード構成部分の画面上の表現である。
【図５】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の動作を示すフローチャートである。
【図６】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の画面上の表現である。
【図７】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の画面上の表現である。
【図８】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の動作を示すフローチャートである。
【図９】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の画面上の表現である。
【図１０】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の画面上の表現である。
【図１１】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１３】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１４】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１５】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１６】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１７】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１８】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【図１９】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【図２０】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【符号の説明】
１００ プロセス制御ネットワーク
１０１ ホスト
１０２ バス
１０４ レンガ
１０４ 結合ボックス
１０６ フィールドデバイス
１０８，４０４，４０６ 電源
１２０ トポロジー分析ツール
１３０ コンピュータシステム
１３２ 媒体
１３４ プロセッサ
１３６ ディスプレイ
２０２ 導入部
２０４ 顧客情報部分
２０６ カード構成
２０６ カード構成部分
３０４ 構成セグメント１部分
３０４，３０６ 構成セグメント部分
３０８ 要約ワークシート部分
３０８ 要約部分
３１０，４１６ チェック計算部分
４００ カード構成画面表示
４００ 画面表示
４０２ コントローラカード
４０８ カード選択部
４１４ ワークシート部分
４１８ 材料明細部分
４２０ セグメント１情報部分
４２２ セグメント２情報部分
５８０，６１２ 構成結合部分
６００ 構成セグメント画面表示
６０２ セグメント識別部分
６０４ カード識別部分
６０６ 電源入力部分
６１０ ケーブルタイプ部分
８００ 構成結合画面表示
８０２ 結合識別部分
８０４ スプールケーブル長部分
８０６ 機器タイプ部分
【発明の属する技術分野】
本発明は、概略的にはプロセス制御ネットワークに関し、より詳細には、プロセス制御ネットワーク設計の分析に使用するためのツールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
化学、石油及び他の製造及び精製プロセス等の大きなプロセスは、プロセスの制御に影響を与えるプロセスパラメータの測定と制御とを行うために、設備の種々の位置に配された多くのフィールドデバイスを含んでいる。これらのデバイスは、バルブ及びスイッチ等の制御要素と同様に、例えば、温度、圧力及び流速などのセンサであり得る。歴史的には、プロセス制御の産業では、手動によるレベル及び圧力ゲージ等の読み取り、バルブハンドルの旋回等の手動の操作が、プロセス内のデバイスの測定と制御に使用されてきた。２０世紀の初めには、プロセス制御の産業では局部的な空気制御が使用されはじめ、局部的空気コントローラ、トランスミッタ及びバルブポジショナが、特定のプラントの位置の制御をもたらすために、プロセスプラント内の種々の位置に置かれた。１９７０年代のマイクロプロセッサに基づいた分散制御システムの出現に伴い、分散電子プロセス制御がプロセス制御の産業で流行するようになった。
【０００３】
分散制御システムは、プログラム可能な論理制御器であって、プロセスの至る所に配された電子センサ、トランスミッタ、電流−圧力変換器、バルブポジショナ等の多くの電子的モニタリング及び制御を行うデバイスに接続されたアナログ又はデジタルコンピュータを含んでいる。ＤＣＳコンピュータは、全体に亘る制御スキームに従うプロセスパラメータの測定と制御をもたらすために、集権的な、そしてしばしば複雑なコントロールスキームを格納し実行する。しかし、通常、ＤＣＳにより実行されるコントロールスキームは、ＤＳＣ業者にとって独自のものである。従って、ＤＣＳは、拡張し、アップグレードし、再プログラムし及び／又はサービスするのが困難で高価である。なぜなら、提供されるＤＣＳはこれらの動作の何れかを実行する完全な方法で関わるようになるべきだからである。更に、どのようなＤＣＳに使用され又は接続される装置も、ＤＣＳの独自の性質に限定され、提供されるＤＣＳは、特定の装置又は他の供給メーカーによって製造される装置の機能をサポートしないということによって制限される。
【０００４】
独自のＤＣＳの使用に於ける問題のいくつかに打ち勝つために、制御産業は、例えば、ＨＡＲＴ，ＤＥ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ，ＷＯＲＬＤＦＩＰ，ＬＯＮＷＯＲＫＳ，Ｄｅｖｉｃｅ−Ｎｅｔ及びＣＡＮプロトコル等の多くの標準となる開放通信プロトコルを発展させた。これらの標準プロトコルは、異なる製造業者によって製造されたフィールドデバイスを、同じプロセス制御環境内で一緒に用いられることを可能とする。理論的には、これらのプロトコルの一つに従うどのようなフィールドデバイスも、たとえそのフィールドデバイスがＤＣＳの製造業者と異なる製造業者によって製造される場合にも、そのプロトコルをサポートするＤＣＳ又は他のコントローラとプロセス内で通信するために使用され得、そしてＤＣＳによって制御され得る。
【０００５】
プロセス制御の業界には、プロセス制御を分散させ、これによりＤＣＳコントローラを簡略化し、又はかなりの程度までＤＣＳコントローラの必要性を低減させるという動きがある。分散された制御は、バルブポジショナ、トランスミッタ等のプロセス制御デバイスに一又はそれ以上のプロセス制御機能を果たさせることと、次に、他のプロセス制御デバイスによる使用のためにバス構造を横切ってデータを通信することにより提供される。制御機能を実行するために、各プロセス制御デバイスは、標準のそして開放されたプロトコルを使用してプロトコルデバイスと通信する能力と共に、一又はそれ以上の基本的な制御デバイスを実行する能力を有するマイクロプロセッサを含んでいる。このように、異なる製造業者によって製造されたフィールドデバイスは、互いに通信するために、そしてＤＣＳの介入なしに一又はそれ以上のプロセス制御機能又は制御ループを実現するために、プロセス制御ループ内で互いに接続され得る。異なる製造業者によって製造されたデバイスが、プロセス内で分散された制御をもたらすために標準のバスを介して互いに相互動作し及び通信するのを可能とする開放された通信プロトコルの一例は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ ＦｏｕｎｄａｔｉｏｎのＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバスプロトコル（以後、「フィールドバスプロトコル」と称する。）である。フィールドバスプロトコルは全てデジタルの２線式ループプロトコルである。
【０００６】
これらのプロトコルを使用するときは、プロセス制御システム又はネットワークの設計に関連する挑戦は、実際の物理的な配置と種々のプロセス制御デバイスとに関連している。特に、これらのプロトコルのそれぞれは、そのプロセス制御システムがその標準に一致する物理的特性に対する値の制限を表している。これらの制限には、通信セクションを横切る電圧降下、スプールの長さ（spur length）ケーブルの全長、電流の引き込み（current draw）及び特定のハブ上のプロセス制御デバイスの全数が含まれる。これらの制限の相関関係は重要であり、この制限の値に依存して変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現在では、プロセス制御システムの設計の際には、システムの物理的な配置が設計され物理的に描画され、そして次に、システムの物理的特性が計算され、そして、その値が特定のプロトコルによって示されている制限の範囲内にあるかどうかを決定するために手によって再計算される。このプロセスは、物理的特性の値が相互に関係づけられ変更されるに伴い、時間がかかる。一つの値の変更は、プロセス制御環境の全体に亘る物理的特性の値の再計算を必要とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、標準のプロトコルに従うプロセス制御システムの設計に於ける支援のための分析ツールに適用されるものである。このようなツールは、プロセス制御システムの有効な設計を有利に許容し、更に、システムの物理的特性が標準に従うことを可能とする。
【０００９】
本発明の一つの見地は、標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計のための方法を指向している。プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有している。この方法は、プロセス制御ネットワークの設計が標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、バスの長さ、バスのケーブルのタイプ及びフィールドバスに必要な電圧を含む標準プロトコルの規格に関する情報に、分析のためにアクセスすることを行うソフトウェアの分析ツールを有している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
添付の図面を参照することにより、本発明はよりよく理解され得、そして、多くの目的、特徴、及び利点が当業者に明らかにされる。
【００１１】
本発明のトポロジー分析ツールは、プロセス制御機能に使用されるフィールドバスデバイスを提供するプロセス制御システムに関連して詳細に記述されているが、本発明のトポロジー分析ツールは、他のタイプのフィールドデバイスと、２線式バス以外に依存するプロトコル並びにアナログのみ又はアナログ及びデジタルの通信を支持するプロトコルを含む通信プロトコルとを含むプロセス制御システムに使用され得る。従って、例えば、本発明のトポロジー分析ツールは、ＨＡＲＴ，ＰＲＯＦＩＢＵＳ等の通信プロトコル又は現存する若しくは将来発展するであろう他の通信プロトコルを使用して通信を行うプロセス制御システムで使用され得る。
【００１２】
本発明のトポロジー分析ツールの詳細について議論する前に、フィールドバスプロトコル、このプロトコルに従って構成されるフィールドデバイス、フィールドバスプロトコルを実行するプロセス制御環境に現れる通信の方法、及びフィールドバスプロトコルの下に必要とされる値の制限についての一般的な記述が提供されるであろう。しかしながら、フィールドバスプロトコルはこの技術分野で公知であり、多くの論文、パンフレット及び明細書に詳細に記述され、とりわけ、テキサス州のオースティンに設置されている非営利団体であるＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎから入手可能である。特に、フィールドバスプロトコルの下で必要とされる値の制限を含むフィールドバスプロトコルは、「３１．２５Kbit/秒の結線と実装、電圧モード結線媒体応用ガイド」、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、１９９６に記載されている。
【００１３】
一般的には、フィールドバスプロトコルは、デジタルであり、シリアルであり、２線式通信プロトコル、又は計測器又はプロセス制御環境内に含まれるセンサ、アクチュエータ、コントローラ、バルブ等のプロセス制御装置を接続するバスへの規格化された物理インターフェイスを提供する双方向通信プロトコルである。フィールドバスプロトコルは、実際上、プロセス内のフィールド機器（フィールドデバイス）のためのローカルエリアネットワークを提供し、これは、プロセス内に分散している位置でこれらの装置が制御機能を果たすのを可能とし、全体の制御計画の実行のためにこれらの制御機能の遂行の前後で互いに通信するのを可能とする。フィールドバスプロトコルがプロセス制御ネットワークの全体に亘って分配されるべき制御機能を可能とする前に、プロトコルは、典型的にはＤＣＳに関連する中央集権化されたプロセスコントローラの複雑さを減少させ、又はその必要性を全く取り除く。
【００１４】
図１を参照すれば、フィールドバスプロトコルに従うプロセス制御ネットワーク１００は、バス１０２を介して複数のフィールドデバイスに結合されたホスト１０１（Ｈ１）を有している。バス１０２は、他の特性と同様に相当する長さを有する複数のセクション又はセグメントを含んでいる。バス１０２はまた、一又はそれ以上の結合ボックス１０４（ＪＢ１、ＪＢ２、ＪＢ３）を含み、これらはしばしば「レンガ」として言及される。各結合ボックス１０４は、一又はそれ以上のフィールドデバイス１０６をバス１０２に結合している。また、ホスト１０１は、少なくとも一つの電源１０８に結合されている。最初に、プロセス制御ネットワーク１００はまた、プロセス制御ネットワークの設計の間プロセス制御ネットワークが望ましい標準のプロトコル、即ちフィールドバスプロトコルに対応することを可能とするために使用される分析ツール１２０を有するコンピュータシステム１３０を含んでいる。分析ツール１２０は、好ましくは、コンピュータ読み取り可能な媒体１３２に含まれ、コンピュータシステム１３０のプロセッサ１３４によって実行されるソフトウエアである。コンピュータ読み取り可能な媒体は、揮発性又は不揮発性のメモリ、フロッピディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、又はソフトウエアが含まれ得る他のどのようなタイプの媒体であってもよい。ツール１２０はコンピュータシステム１３０のディスプレイ１３６上に表現されたスクリーンの表現を可能とする。図１に示されたネットワークは例示のみのものであり、フィールドバスプロトコルを使用して構成されるプロセス制御ネットワークで使用される多くの他の方法がある。プロセス制御ネットワーク１００は、通信センサを横切る電圧降下、特定の通信セクションのスプールの長さ（spur length）ケーブルの全長、セグメントの全電流の引き込み（current draw）及び特定の結合ボックスに結合されたプロセス制御デバイスの全数等の多くの物理的特性が含まれる。分析ツール１２０は、プロセス制御ネットワークが望ましい規格のプロトコルに対応しているかどうかを決定するために、これらの物理的特性値を分析する。
【００１５】
図２を参照すれば、分析ツール１２０の機能を例示するフローダイアグラムが示されている。プロセス制御ネットワークを設計する場合、分析ツール１２０は、その設計が特定のプロトコルによって述べられている制限に一致していることを確実にする有効な方法を提供する。より詳細には、分析ツール１２０がアクセスされるとき、ツール１２０の残りの部分と同様に、導入部２０２は、ＷＩＮＤＯＷＳオペレーティングシステムの下で実行される種々のプログラムに存在するような「ウィザード」機能に従って動作する。導入部２０２が見られた後、ユーザは次に、「次」のボタン等を押すことにより、顧客情報部分２０４に移行する。もし、ユーザが移行したくなければ、ユーザは「終了」ボタンなどを押すことによりツールから抜け出ることができる。
【００１６】
顧客情報部分２０４では、顧客についての情報がツールに提供される。この情報は、顧客の名称、会社の名称、そのネットワークが位置する設備の位置、ツールを供給する販売員の名前、及びその販売員にコンタクトするための名称を含み、これにより、カード構成部分２０６に移行することとなる。
【００１７】
、カード構成部分２０６は、ユーザに、プロセス制御ネットワークの物理的特性に関連する情報をツールに提供する方法を提供する。また、カード構成部分２０６は、ユーザに、プロセス制御ネットワーク１００の分析に使用される多くの動作を提供し得る。加えて、カード構成部分２０６は、プロセス制御ネットワークの設計のための明細書を得る方法をユーザに提供し得る。プロセス制御ネットワークのための情報が分析され、材料の明細書が生成された後は、ツールの動作は完了し、そして、ユーザは、望ましい規格に従うプロセス制御ネットワークの分析を手に入れる。
【００１８】
図３は、図２に示すカード構成２０６の動作を示すフローチャートである。カード構成部分２０６のステップ３０２に於いて、ユーザは利用可能なリストされたコントローラカード（例えば図４参照）から一つのコントローラカードを選択する。カードが選択された後、次に、選択されたコントローラカードのための適切な情報が、分析ツールに供給される。本質的には、選択されたコントローラカードにより、ユーザはネットワークのセグメントを構成する。好ましい実施形態では、各コントローラカードは２つのセグメントを制御するが、しかし、コントローラカードに依存して、むしろより少ないセグメントが一つのコントローラによって制御され得る。一度第１のセグメントが構成セグメント１のステップ３０４で構成されると、第２のセグメントが構成セグメント２のステップ３０６で構成される。セグメントが構成されている間、ユーザは、要約ワークシート部分３０８にアクセスすることにより、示されるように、ツール１２０に提供された情報の要約にアクセスすることができる。セグメントが構成されると、ツールは、プロセス制御ネットワークの設計が適切な規格に一致しているかどうかを、チェック計算ステップ３１０を介して分析する。もし、設計が標準の規格に一致していると、ツールはユーザにこの影響に対するメッセージを提供し、ツールの動作が完了する。もし、設計が標準の規格に一致していないと、次にユーザは、その規格に合っていない部分の設計を調整するために、構成ステップ３０４，３０６に戻ることができる。このように、ユーザは設計が標準のプロトコルに述べられている規格に一致するように、反復的にプロセス制御ネットワークの設計を行うことができる。加えて、設計が規格に一致しているか否かにかかわらず、ユーザは材料の明細書の部分３１２にアクセスすることができる。材料の明細書の部分３１２は、ユーザによって構成されたプロセス制御ネットワーク設計に基づいて、材料の明細書を生成する。
【００１９】
図４を参照すれば、図２のカード構成部分２０６の画面上の表示が示されている。トポロジー分析ツール１２０のカード構成の画面表示４００は、トポロジー分析ツールのカード構成部分の機能に実質的に相当する複数のセクションを含んでいる。より詳細には、カード構成画面表示４００は、電源４０４，４０６が結合されているコントローラカード４０２の表示を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがコントローラカード、従ってプロセス制御ネットワークの部分を選択するカード選択部４０８を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、コントローラカードに接続されている構成セグメント１の部分４１０及び構成セグメント２の部分４１２を有している。また、カード構成画面表示４００は、ユーザが特定のプロセス制御ネットワークのためのツール内に含まれる情報の要約にアクセスし得るワークシート部分４１４を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがそのプロセス制御ネットワークの種々のセグメントの構成を分析し得るチェック計算部分４１６を含んでいる。カード構成画面表示４００はまた、ユーザがプロセス制御ネットワークのための材料の明細書にアクセスし得る材料明細部分４１８を含んでいる。また、カード構成画面表示４００は、セグメント１情報部分４２０とセグメント２情報部分４２２とを含んでいる。
【００２０】
セグメント１情報部分４２０とセグメント２情報部分４２２とは、コントローラに接続されたそれぞれのセグメントの構成に関する情報を提供する。具体的には、これらの情報部分のそれぞれは、セグメントに結合されるデバイスの全数、これらのデバイスの最小デバイス電圧、セグメントの全電流の引き込み（current draw）、そのセグメントに接続されたデバイスの数に基づくプロトコルによって許容されるスプールの最大長さ（spur length）、構成されたプロセス制御ネットワークの最長のスプール長さ及び設計の全セグメント長に関する情報を提供する。
【００２１】
図５を参照すれば、構成セグメント部分３０４，３０６の動作を示すフローチャートが示されている。ツール１２０の構成セグメント部分３０４，３０６の動作は、ツール１２０の構成セグメント１部分３０４とツール１２０の構成セグメント２の３０６部分と同様である。具体的には、電源供給ステップ５０２では、電源の電圧がユーザによって供給される。次に、ケーブル長ステップ５０４では、コントローラから結合部まで又は結合部からもう一つの結合部までのケーブルのセグメントの長さがユーザによって提供される。ケーブルタイプステップ５０６では、ケーブルのタイプがユーザによって提供される。ケーブルのタイプには、ケーブルの他の特性と同様にケーブル内で使用されるワイヤの口径についての情報が含まれる。ケーブルタイプの情報の提供の後、ツールの構成結合部分は、ユーザが構成結合ステップ５０８でプロセス制御ネットワークの結合を構成するのを許容するようにアクセスされる。次に、もし、構成すべき他のデバイスがあれば、ユーザは次にケーブル長ステップ５０４に戻り、次のケーブル長についての情報を提供する。図５は事象の或る順序を有するフローチャートを示しており、情報がツールに提供されるどのような順序も、本願発明の範囲内であることを理解すべきである。
【００２２】
図６及び図７を参照すれば、構成セグメント画面表示６００は、トポロジー分析ツール１２０の構成セグメント部分の機能に実質的に相当する複数のセクションを含んでいる。具体的には、構成セグメント画面表示６００は、どのセグメントが構成されているのかを識別するセグメント識別部分６０２を含んでいる。構成セグメント画面表示６００は、構成されているカードセグメントに対応するコントローラを識別するカード識別部分６０４を更に含み得る。構成セグメント画面表示は、ユーザがプロセス制御ネットワークによって使用されている電源の電圧をツールに供給する電源入力部分６０６を更に含み得る。構成セグメント画面表示６００はまた、示されているように、ユーザがツール１２０にプロセス制御ネットワークによって使用されている種々のケーブルの長さを提供する複数のケーブル長さ部分６０８を含んでいる。構成セグメント画面表示６００はまた、ユーザがツール１２０にプロセス制御ネットワークのセグメントによって使用されているケーブルのタイプを提供するケーブルタイプ部分６１０を含んでいる。好ましいケーブルのタイプは、プルダウンメニューを介してアクセスされ、これはユーザにケーブルタイプ（例えば図７を参照）に関する選択を提供する。構成セグメント画面表示６００はまた、ユーザがプロセス制御ネットワークのそれぞれの結合を構成するのを可能とする複数の構成結合部分６１２を含んでいる。
【００２３】
ツール１２０の構成結合部分６１２がアクセスされたとき、ユーザはその結合部に結合されたデバイスと、その結合部にどのように結合されているかの情報を提供する。より詳細には、スプールケーブルタイプステップ７０２（図８）で、ユーザはその結合部とそのデバイスとを結合しているケーブルのタイプを選択する。ユーザは次に、スプール長さステップ７０４でスプールの長さが提供される。次に、機器ステップ７０６で、ユーザは結合ボックスに結合された機器のタイプを選択する。好ましい実施形態では、機器はフィールドバスプロトコルに従うデバイスである。ユーザは、その機器に任意にタグ識別子を割り当てることができる。ステップ７１０で示されているように構成する機器が無くなれば、次に、構成結合部分５８０が完了し、制御は構成セグメント部分に戻る。構成すべき他の機器があれば、ステップ７０２に戻ることにより、ユーザは次のデバイスのケーブルタイプを選択し、処理を継続する。図８はイベントのある順序を有するフローチャートを示している一方、情報がツールに提供される他のどのような順序も、本願発明の範囲内であることが認識されるであろう。
【００２４】
図９及び図１０を参照すれば、構成結合画面表示８００は、トポロジー分析ツール１２０の構成結合部分の機能に実質的に対応する複数のセクションを含んでいる。より詳細には、構成結合画面表示８００は、構成されている結合（即ち、図１のレンガ１０４）を識別する結合識別部分８０２を含んでいる。構成結合画面表示８００はまた、プロセス制御ネットワークのそれぞれのスプールによって使用されているケーブルのタイプをユーザがツールに提供する複数のスプールケーブルタイプ部分を含んでいる。これらのケーブルタイプは、好ましくは、ケーブルタイプに関する選択をユーザに提供するプルダウンメニューを介してアクセスされる。また、構成結合画面表示８００は、図示されているように、結合ボックスと機器との間を結合している種々のケーブルの長さをユーザがトポロジー分析ツール１２０に提供するスプールケーブル長部分８０４を含んでいる。構成結合画面表示８００は、また、そのスプールに結合されている機器のタイプをユーザがツールに提供する複数の機器タイプ部分８０６を含んでいる。機器タイプは、機器のタイプに関する選択をユーザに提供するプルダウンメニューを介してアクセスされる（例えば、図１０を参照）。
【００２５】
次に、、ツール１２０のチェック計算部分３１０について説明する。図１１を参照すれば、分析ツール１２０のチェック計算部分がアクセスされたとき、プロセス制御ネットワーク設計がチェックされる第１の規格は、スプール長ステップ９０２にある。スプール長ステップ９０２の間に、スプール長が標準プロトコルによって予め規定されるスプール長を越えないことを確実にするために、セグメントのスプール長の全てがチェックされる。スプール長はセグメント上（セグメント当たり）の機器の数によって制限される。即ち、機器の数が少ないほど、セグメント当たりの許容されるスプール長は長くなる。もし、スプール長がが予め決められたスプール長を越えたなら、次に、警告メッセージステップ９０４に示されているように、警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、デバイスの数がデバイス数チェックステップ９０８でチェックされる。そうでなければ、ツール１２０はデバイス数チェックステップ９０８に移行する。
【００２６】
デバイスの数が予め決められたデバイスの数を越えないことを確実にするために、セグメント当たりのデバイスの数がチェックされる。許容されるデバイスの数は、プロセス制御ネットワークによって使用されるコントローラに応じて変化し得る。好ましい実施形態では、コントローラは、セグメント当たり、バスに１６個のデバイスが結合されるのを許容する。しかしながら、現在のフィールドバス規格は、セグメント当たり、バスに３２個までのデバイスが結合されるのを許容する。もし、デバイスの数が予め決められた数を超えると、次に、警告メッセージが、警告メッセージステップ９１０に示されているように、ユーザに表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は全電流チェックステップ９１２に移行する。そうでなければ、ツール１２０は全電流チェックステップ９１２に直接移行する。
【００２７】
セグメント当たりの引き込みの全電流は、標準プロトコルによって許容される最大の電流引き込み（current draw）を越えないことを確実にするために、チェックされる。好ましい実施形態では、許容される最大電流引き込みは、３７５ミリアンペア／セグメントである。もし、電流引き込みが許容される最大電流引き込みを越えたら、次に、警告メッセージステップ９１４に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御はセグメント長チェックステップ９１６に移行する。そうでなければ、ツール１２０はセグメント長チェックステップ９１６に直接移行する。
【００２８】
セグメントケーブルの全長が標準プロトコルによって許容される最大のセグメント長を越えないことを確実にするために、全セグメントケーブル長（スプール長を含む）がチェックされる。好ましい実施形態では、もし、全セグメントケーブル長が許容される最大ケーブル長を越えたら、次に、警告メッセージステップ９１８に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は電圧チェックステップ９２０に移行する。そうでなければ、ツール１２０は電圧チェックステップ９２０に直接移行する。
【００２９】
プロセス制御ネットワークに結合されているどのデバイスも、標準プロトコルによって示される電圧を越えるか等しいことを確実にするために、セグメント当たりの最小電圧がチェックされる。好ましい実施形態では、この電圧は１２．５ボルトである。もし電圧降下が許容される電圧より小さければ、次に、警告メッセージステップ９２２に示されているように、ユーザに警告メッセージが表示される。もし、警告メッセージが表示されると、制御は完了ステップ９２４に移行する。そうでなければ、ツール１２０は完了ステップ９２４に直接移行する。
【００３０】
完了ステップ９２４の間、全ての値がその制限内にあることを確実にするために、チェックされた値の全てがツール１２０によって再検査される。もしその値がその制限内にあれば、表示ステップ９２６に示すように、ユニット祝福画面表示が示され、制御はツール１２０のカード構成部分に戻る。もし、一つ又はそれ以上の値が制限婦負になければ、次に、ユーザはツール１２０のカード構成部分にアクセスしてプロセス制御ネットワーク設計を修正する。
【００３１】
図１２は警告メッセージステップ９０４でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１３は警告メッセージステップ９１０でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１４は警告メッセージステップ９１４でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１５は警告メッセージステップ９１８でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。図１６は警告メッセージステップ９２２でユーザに表示される警告メッセージの一例を示している。メッセージステップ９２６でユーザに表示されるメッセージの一例を示している。
【００３２】
図１８〜図２０は、要約部分３０８（図３）がアクセスされたときにユーザに表示される要約画面表示の一例が示されている。要約画面表示は、コントローラに固有のプロセス制御ネットワーク設計についての情報を提供する。加えて、各コントローラに固有の部分内では、要約の情報はセグメントに固有である。好ましくは要約画面表示は、プロセス制御ネットワーク設計の特性が標準プロトコルの制約内にあるかどうかを示す。例えば図１９、コントローラＨ１カード３及び図２０のコントローラＨ１カード４を参照されたい。
【００３３】
（他の実施形態）
他の実施形態も添付の特許請求の範囲の範囲内である。
【００３４】
例えば、好ましい実施形態が記述されるプロトコルがフィールドバスプロトコルのためのプロセス制御ネットワークを分析しているが、どのようなプロトコルも、適切な制約を調整することにより分析され得ることが理解されるであろう。
【００３５】
また、例えば、好ましい実施形態がＷＩＮＤＯＷＳオペレーティングシステムの下に動作し、ウィザードタイプの表示を使用しているが、これらの詳細部分は本発明の全体に亘る概念を制限するものではないことが理解されるであろう。
【００３６】
また、ツールの好ましい実施形態によって示されテストされるテストは、本発明に従うツールが行い得るテストの全ての網羅的なリストを意図するものではない。例えば、本発明に従う分析ツールはまた、通信のスループットチェック等の活動度のような通信をテストすることも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
本発明は、標準のプロトコルに従うプロセス制御システムの設計に於ける支援のための分析ツールであり、このようなツールにより、プロセス制御システムの有効な設計が可能となり、一方、システムの物理的特性を標準に従わせることが可能となる。
【００３８】
また、本発明の見地によれば、標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計のための方法が提供される。このプロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有しており、この方法は、バスの長さ、バスのケーブルのタイプ及びフィールドバスに必要な電圧を含む標準プロトコルの規格に関する情報に、そのツールによる分析のためにアクセスし、これにより、プロセス制御ネットワークの設計を標準プロトコルの規格に従わせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従うトポロジー分析ツールを用いて分析されるプロセス制御ネットワークの概略ブロックダイヤグラムである。
【図２】本発明に従うトポロジー分析ツールの動作を示すフローチャートである。
【図３】図２のトポロジー分析ツールのカード構成の動作を示すフローチャートである。
【図４】図２のトポロジー分析ツールのカード構成部分の画面上の表現である。
【図５】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の動作を示すフローチャートである。
【図６】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の画面上の表現である。
【図７】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント部分の画面上の表現である。
【図８】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の動作を示すフローチャートである。
【図９】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の画面上の表現である。
【図１０】図２のトポロジー分析ツールの構成セグメント結合の画面上の表現である。
【図１１】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の動作を示すフローチャートである。
【図１２】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１３】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１４】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１５】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１６】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１７】図２のトポロジー分析ツールのチェック計算部分の種々のポテンシャルの結果の画面上の表現である。
【図１８】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【図１９】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【図２０】図２のトポロジー分析ツールの概要部分画面上の表現である。
【符号の説明】
１００ プロセス制御ネットワーク
１０１ ホスト
１０２ バス
１０４ レンガ
１０４ 結合ボックス
１０６ フィールドデバイス
１０８，４０４，４０６ 電源
１２０ トポロジー分析ツール
１３０ コンピュータシステム
１３２ 媒体
１３４ プロセッサ
１３６ ディスプレイ
２０２ 導入部
２０４ 顧客情報部分
２０６ カード構成
２０６ カード構成部分
３０４ 構成セグメント１部分
３０４，３０６ 構成セグメント部分
３０８ 要約ワークシート部分
３０８ 要約部分
３１０，４１６ チェック計算部分
４００ カード構成画面表示
４００ 画面表示
４０２ コントローラカード
４０８ カード選択部
４１４ ワークシート部分
４１８ 材料明細部分
４２０ セグメント１情報部分
４２２ セグメント２情報部分
５８０，６１２ 構成結合部分
６００ 構成セグメント画面表示
６０２ セグメント識別部分
６０４ カード識別部分
６０６ 電源入力部分
６１０ ケーブルタイプ部分
８００ 構成結合画面表示
８０２ 結合識別部分
８０４ スプールケーブル長部分
８０６ 機器タイプ部分
Claims (28)
- 標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計を分析するための方法であって、該プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有し、前記方法が、
プロセッサとメモリとを有するコンピュータに、前記メモリに格納され前記標準プロトコルの規格に関する情報を含む分析ツールを提供すること、
前記コンピュータに前記バスの長さに関する情報を提供すること、
前記コンピュータに前記バスのケーブルタイプに関する情報を提供すること、
前記コンピュータに前記フィールドデバイスに要求される電圧に関する情報を提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記バスの長さ、前記バスのケーブルタイプ、前記フィールドデバイスの前記要求電圧を分析するように前記コンピュータの分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項１記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項１記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記バスに結合された結合部を有し、前記フィールドデバイスはスプールを介して前記結合部に結合され、更に、
前記スプールの長さに関する情報を前記コンピュータに提供すること、
前記スプールのケーブルタイプに関する情報を前記コンピュータに提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記スプールの長さ、前記スプールのケーブルタイプを分析するように前記コンピュータの分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項３記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項２記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記結合部に結合した複数のフィールドデバイスを有し、更に、
前記結合部に幾つのフィールドデバイスが結合しているかに関する情報を前記コンピュータに提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記プロセス制御ネットワーク設計に含まれるフィールドデバイスの数を分析するように前記コンピュータの分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項５記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項１記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記標準プロトコルが実質的にフィールドバスプロトコルに従っている方法。 - 標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計を分析するための方法であって、該プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有し、前記方法が、
前記バスの長さに関する情報を分析ツールに提供すること、
前記バスのケーブルタイプに関する情報を分析ツールに提供すること、
前記フィールドデバイスに要求される電圧に関する情報を分析ツールに提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記バスの長さ、前記バスのケーブルタイプ、前記フィールドデバイスの前記要求電圧を分析するように前記分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項８記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項８記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記バスに結合された結合部を有し、前記フィールドデバイスはスプールを介して前記結合部に結合され、更に、
前記スプールの長さに関する情報を前記分析ツールに提供すること、
前記スプールのケーブルタイプに関する情報を前記分析ツールに提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記スプールの長さ、前記スプールのケーブルタイプを分析するように前記分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項１０記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項９記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記プロセス制御ネットワークは前記結合部に結合した複数のフィールドデバイスを有し、
前記結合部に幾つのフィールドデバイスが結合しているかに関する情報を前記分析ツールに提供すること、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記プロセス制御ネットワーク設計に含まれるフィールドデバイスの数を分析するように前記分析ツールを使用すること
を包含している方法。 - 請求項１２記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
もし、プロセス制御ネットワークが前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示すること
を更に包含している方法。 - 請求項８記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための方法であって、
前記標準プロトコルが実質的にフィールドバスプロトコルに従っている方法。 - 標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計を分析するための装置であって、該プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有し、該装置は、
プロセッサと前記標準プロトコルの規格に関する情報を含む分析ツールを格納したメモリとを有するコンピュータと、
前記コンピュータに前記バスの長さに関する情報を提供する手段と、
前記コンピュータに前記バスのケーブルタイプに関する情報を提供する手段と、
前記コンピュータに前記フィールドデバイスに要求される電圧に関する情報を提供する手段と
を有し、
前記分析ツールは、前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記バスの長さ、前記バスのケーブルタイプ、前記フィールドデバイスの前記要求電圧を分析する装置。 - 請求項１５記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示する手段
を更に包含している装置。 - 請求項１５記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記バスに結合された結合部を有し、前記フィールドデバイスはスプールを介して前記結合部に結合され、更に、
前記スプールの長さに関する情報を前記コンピュータに提供する手段と、
前記スプールのケーブルタイプに関する情報を前記コンピュータに提供する手段と
を備え、
前記コンピュータの分析ツールは、前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記スプールの長さ、前記スプールのケーブルタイプを分析する
装置。 - 請求項１７記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示する手段
を更に包含している装置。 - 請求項１６記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記結合部に結合した複数のフィールドデバイスを有し、更に、
前記結合部に幾つのフィールドデバイスが結合しているかに関する情報を前記コンピュータに提供する手段
を有し、
前記コンピュータの分析ツールは、前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記プロセス制御ネットワーク設計に含まれるフィールドデバイスの数を分析する
装置。 - 請求項１９記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、前記コンピュータ上に警告を表示する手段
を更に包含している装置。 - 請求項１５記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記標準プロトコルが実質的にフィールドバスプロトコルに従っている装置。 - 標準プロトコルの規格に合致するプロセス制御ネットワークの設計を分析するための装置であって、該プロセス制御ネットワークは、バスを介してフィールドデバイスに接続されたコントローラを有し、前記装置が、
コンピュータ読み取り可能な媒体と、
前記コンピュータ読み取り可能な媒体に格納された分析ツールと
を有し、前記分析ツールは、
前記バスの長さに関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記バスのケーブルタイプに関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記フィールドデバイスに要求される電圧に関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記バスの長さ、前記バスのケーブルタイプ、前記フィールドデバイスの前記要求電圧を分析するための手段と
を包含している装置。 - 請求項２２記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、前記分析ツールは、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示すること
を更に包含している装置。 - 請求項２２記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記バスに結合された結合部を有し、前記フィールドデバイスはスプールを介して前記結合部に結合され、前記分析ツールは、更に、
前記スプールの長さに関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記スプールのケーブルタイプに関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記スプールの長さ及び前記スプールのケーブルタイプを分析するための手段と
を包含している装置。 - 請求項２４記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、前記分析ツールは、更に、
もし、プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示する手段
を更に包含している装置。 - 請求項２３記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記プロセス制御ネットワークは、前記結合部に結合した複数のフィールドデバイスを有し、前記分析ツールは、更に、
前記結合部に幾つのフィールドデバイスが結合しているかに関する情報を前記分析ツールに提供する手段と、
前記プロセス制御ネットワーク設計が前記標準プロトコルの規格に従うことを確実にするために、前記プロセス制御ネットワーク設計に含まれるフィールドデバイスの数を分析するための手段と
を包含している装置。 - 請求項２６記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
もし、プロセス制御ネットワークが前記標準プロトコルの規格に従っていないなら、警告を表示する手段
を更に包含している装置。 - 請求項２２記載のプロセス制御ネットワーク設計を分析するための装置であって、
前記標準プロトコルが実質的にフィールドバスプロトコルに従っている装置。
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