JP4629440B2 - 仮想無線送信器を提供するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（発明の分野）
本発明は、分散制御システムにおいて複数のフィールド装置をアクセスおよび監視することに関する。特定的には、本発明は、複数脳無線トランシーバを用いて未処理のセンサデータを検索して、センサデータを記憶し、ソフトウェアを用いてセンサデータを調整および評価するためのシステムに関する。

（発明の背景）
多くの産業の場において、制御システムが、在庫、財産などの監視および制御のために用いられる。多くの場合、そのような制御システムは、中央制御室を有し、それとともに、コンピュータシステムは、ユーザ入力および出力を有し、かつプリンタ、スキャナなどの当該技術において既知である周辺システムを有する。一般的に、コントローラおよび複数の処理サブシステムが、コンピュータシステムに結合されている。

典型的には、制御システムは、フィールド装置が制御室から分離または地理的に撤去されるように、分散されている。処理サブシステムは、フィールド装置に接続されている。本明細書で用いられているように、「フィールド装置」という用語は、分散制御システムにおいて機能を実行し、かつ制御技術において既知のあらゆる装置を含む。

一般的に、各フィールド装置は、トランスデューサを含む。トランスデューサは、物理的な入力に基づいて出力信号を生成する装置か、または入力信号に基づいて物理的な出力を生成する装置のいずれかを意味すると理解される。典型的には、トランスデューサは、入力を異なる形式を有する出力に変換する。多くの場合、あるシステムが電力を与えてトランスデューサを作動させ、その結果、トランスデューサは電力を通常は別の形態で第２のシステムに提供する。例えば、スピーカは、電気信号を音エネルギーに変換するトランスデューサである。トランスデューサの種類には、様々な分析装置、圧力センサ、サーミスタ、熱電対、ひずみゲージ、フロートランスミッタ、位置決め器、アクチュエータ、ソレノイド、表示灯などが含まれる。

従来より、アナログのフィールド装置が、２線式撚り対線電流ループによって、処理サブシステムおよび制御室に接続され、各装置は、１本の２線式撚り対線電流ループによって、制御室に接続される。典型的には、約２０〜２５ボルトの電圧差が２つの線の間で保たれ、４〜２０ミリアンペアの電流が、ループを流れる。アナログのフィールド装置が、電流ループを通る電流を感知された処理変数に比例した電流に変調することによって、信号を制御室へ送信する。制御室の制御下で動作を行うアナログのフィールド装置は、ループを通る電流の大きさによって制御され、当該電流は、コントローラの制御下で、処理サブシステムの複数のポートによって変調される。

従来の単体装置は、２値信号の送信およびそれに対する応答を行う。典型的には、単体装置は、２４ボルトの信号（交流または直流）、１１０または２４０ボルトの交流信号、または５ボルトの直流信号で動作する。当然ながら、単体装置は、制御環境によって要求された電気的な仕様に従って動作するように設計されてもよい。

歴史的には、フィールド装置は、１つの機能のみを行うことが可能であったが、今日では、デジタルデータを電流ループに重畳するハイブリッドシステムが、分散制御システムにおいて用いられてきている。ハイウェイアドレス指定可能遠隔トランスデューサ（ハート（ＨＡＲＴ））およびアメリカ計測学会（ＩＳＡ）フィールドバスＳＰ５０規格は、デジタル搬送波信号を電流ループ信号に重畳する。デジタル搬送波信号を用いて、２次および診断情報を送ることができる。搬送波信号上に提供される情報の例としては、２次処理変数、診断情報（センサ診断、装置診断、配線診断、処理診断など）、動作温度、センサ温度、較正データ、装置ＩＤ番号、構成情報などが含まれる。したがって、単一のフィールド装置は、様々な入力および出力変数を有してもよく、様々な機能を実施してもよい。

加えて、多くのフィールド装置は、感知された処理変数を調整するための回路を含む。多くの場合、フィールド装置は、センサと、アナログデジタル（Ａ／Ｄ）変換器と、信号を４〜２０ミリアンペアまたは１〜５ボルトの出力に調整するための用いられるプロセッサとを含む。「調整する（ｇｒｏｏｍｉｎｇ）」という用語は、線形化、温度補償、トリミング、拡大縮小、またはそうでなければ未処理のＡ／Ｄ信号を評価することをいう。「調整（ｇｒｏｏｍｉｎｇ）」処理は、各特定のフィールド装置の特定の型および環境に従って、代数式としてモデル化できる。したがって、「調整（ｇｒｏｏｍｉｎｇ）」処理は、あるフィールド装置と次のフィールド装置では異なり、特定の環境条件を明らかにするようになっている。

高度分散監視アプリケーションについては、無線送信器が可能である。しかしながら、無線システムの実施は、限られた受信可能領域、高い電力消費、およびコストの理由から、限界があった。特定的には、無線送信器を先行技術のセンサ／調整回路に追加すると、さらなる無線通信カードが導入され、この無線通信カードは、無線通信システム（例えば、ＰＣＳなど）上に信号を送るために、アナログ信号をデジタル信号に変換する。一般的に、センサからのデータは、既にデジタルであり、無線通信ボードに送る前にアナログ信号に変換しなければならず、無線通信ボードは、その後、アナログ信号をデジタル信号に変換し直す。無線通信ボードの導入は、フィールド装置内の回路量、したがってコストを増加させるだけでなく、追加の回路がフィールド装置の電力消費を増加させる。

無線による解決策が望ましいものの、電力消費がまだ高すぎ、無線トランシーバを各監視ポイントに追加する追加コストがまだ高すぎる。低コスト、低電力消費の無線の分散可能な無線フィールド装置が必要である。

（発明の簡単な概要）
本発明は、分散制御システム内の複数のフィールド装置およびコントローラ間の無線通信のためのシステムおよび方法を提供する。フィールド装置は、未処理データおよび２次情報を、コントローラとネットワーク通信を行って、データベースに無線送信する。未処理の処理変数データは、２次情報と共にデータベースに記憶される。仮想送信器アプリケーションは、フィールド装置固有の未処理の処理変数データをプログラム的に評価し、処理パラメータに従って測定値を生成する。仮想送信器アプリケーションは、表示信号を生成して、要求があれば、選択されたフィールド装置に対して表示信号を無線で送信する。

（詳細な説明）
図１は、先行技術の無線監視システム１０を示す。システム１０は、フィールド装置１２を有し、フィールド装置１２は、トランスデューサ１４と、調整回路１６と、無線通信ボード１８とを含む。フィールド装置１２に加えて、システム１０は、無線受信器２０と、短期または長期間データ記憶またはデータベース２２と、遠隔アクセスシステム２４とを含む。

開示の目的のために、「フィールド装置」という用語は、分散制御システムにおいて機能を実行するあらゆる装置のことをいい、制御技術において既知である。各フィールド装置は、トランスデューサを含む。先に述べたように、トランスデューサは、物理的な入力に基づいて出力信号を生成する装置か、または入力信号に基づいて物理的な出力を生成する装置のいずれかを意味すると理解される。トランスデューサの種類には、様々な分析装置、圧力センサ、サーミスタ、熱電対、ひずみゲージ、フロートランスミッタ、位置決め器、アクチュエータ、ソレノイド、表示灯などが含まれる。先に述べたように、「フィールド装置」という用語は、これらの装置を含むとともに、分散制御システムにおいて機能を実行し、かつ制御技術において既知であるあらゆる他の装置をも含む。本例において、トランスデューサ１４はセンサであり、以下、センサ１４と称する。

一般的に、フィールド装置１２は、パラメータを感知する。センサ１４は、感知されたパラメータを表すデジタル信号２６を生成する。調整回路１６は、信号に対する線形化、温度補償、トリミング、および／または評価を行う。加えて、典型的には、調節回路１６は、デジタル信号２６をアナログ信号２８に変換して、アナログ信号２８を無線通信ボード１８に渡す。無線通信ボード１８は、アナログ信号２８をデジタル信号に変換して、デジタル情報を無線トランシーバ２０に無線信号３０を介して送信し、無線トランシーバ２０は、デジタル情報をデータベース２２、またはランダムアクセスメモリおよびフラッシュメモリなどの他の短期記憶システムに記憶する。制御アプリケーションなどの遠隔アクセスシステム２４を用いる遠隔ユーザは、データベース２２に照会することによって、デジタル情報に直接アクセスできる。

本先行技術の処理において、デジタルからアナログ、そして再びデジタルへという変換の結果、時には情報が失われることがあった。さらに、様々な変換は重複的であり、変換を行う必要があるさらなる回路によって、電力消費問題が増大した。

先行技術において用いられた特定のフィールド装置は、アナログまたはデジタルのいずれでもよかった。アナログ装置は、典型的には、時間が経つにつれてドリフトを経験するようになり、アナログ装置の精度に悪影響を及ぼす。多くの場合、先行技術において、そのようなドリフトは、調整回路１６によって埋め合わされなければならなかった。代わりに、高価な耐ドリフトセンサまたはデジタル感知装置を用いることもできたが、コストが増加した。

本発明において、調整回路１６はフィールド装置から省かれ、それによって電力消費が減少し、フィールド装置の生産および保守コスト全体が減少し、不必要なアナログ‐デジタル変換が省略される。（典型的には、ネットワーク化されたコンピュータに記憶された）１つ以上のソフトウェアアプリケーションが、調整回路１６の代わりに「仮想送信器」として動作して、フィールド装置をから受信した未処理データを調整する（アナログドリフトを明らかにすることを含む）。本発明の流れにおいて、「未処理データ」または「データ」は、未処理のＡ／Ｄカウントのこという。言い換えれば、データは、１〜４０９６のような単一の数字のことをいう。調整なしでは、単一の数字または未処理データは、認識可能な意味を有さない。特定的には、送信される未処理データは、パラメータの型、データの範囲などを示すものではない。代わりに、そのような情報は、データベースに記憶される。

未処理データは、中央受信器に無線送信され、仮想送信器アプリケーションが未処理データを調整する。調整機能をソフトウェアで行うことにより、保守および変更処理が部分的に簡略化される。なぜなら、修正はハードウェアというよりもむしろソフトウェアでなされるからである。さらに、フィールド装置が分散されていても、ネットワーク化されたコンピュータ上のソフトウェアに対する調整は、各分散フィールド装置に即座に影響を与えることができる。最後に、未処理データを送信することにより、浮動小数点数の代わって、送信に必要なビットは少なくなるので、送信時間が少なくなる。

例えば、仮想送信器アプリケーションは、１つ以上の値テーブルを用いて、フィールド装置センサの較正および線形化、ドリフトに対する補償、データの評価および／または調整などを行う。値テーブルは、フィールド装置部品の製造者から新たな情報が入手可能になる場合には、改善または修正することができ、可能で、計算された値を即座により正確なものにできる。さらに、送信されたデータを（仮想送信器アプリケーションを用いて）ソフトウェアで評価し、（改善なしに）送信されたデータを直接記憶することにより、情報は、後の検索および分析のために保管され、その情報は、例えばセンサテーブル値が当初不正確である場合には、重要となるであろう。

図２に示すように、本発明の無線監視システム３２は、トランスデューサ３６および無線通信ボード３８からなる１つ以上のフィールド装置３４と、無線トランシーバ４０と、データベース４２と、仮想送信器アプリケーション４４と、遠隔アクセスシステム４６とを含む。

フィールド装置３４は、トランスデューサ３６と、無線通信ボード３８とを含む。先に示したように、トランスデューサ３６は、入力を入力とは異なる形式を有する出力に変換するあらゆる装置（すなわち、電気入力信号に基づく物理的な出力または物理的な入力信号に基づく電気出力を生成する装置）をいうと理解される。よって、トランスデューサ３６を含むフィールド装置３４は、入力装置または出力装置のいずれでもありうる。フィールド装置３４は、通信ボード３８と通信を行って、入力および出力成分の両方を含みうる。例えば、情報を感知して未処理データまたは未処理のＡ／Ｄカウントをトランシーバ４０に送信するため、および表示信号または表示コードをトランシーバ４０から受信して値をディスプレイに表示するために、フィールド装置３４は、センサ３６および表示灯またはＬＣＤディスプレイの両方を含んでもよい。

トランシーバ４０は、複数のフィールド装置３４との２方向無線通信が可能である。２方向無線通信は、無線ネットワーキング技術（ＩＥＥＥ８０２．１１ｂの無線アクセスポイントおよびカリフォルニア州アーバインのリンクシス社によって構築された無線ネットワーキング装置など）、セルラー式またはデジタルネットワーキング技術（カリフォルニア州サンホセのエアリスコミュニケーション社のマイクロバースト（登録商標）など）、超広帯域自由空間光学部品、移動体通信用グローバルシステム（ＧＳＭ）、一般パケット無線サービス（ＧＰＲＳ）、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）、スペクトラム拡散技術、赤外線通信技術、ＳＭＳ（ショートメッセージサービス／テキストメッセージング）、または他の無線技術を用いて完成されてもよい。より一般的には、２方向無線通信は、あらゆる回路交換ネットワークまたはあらゆるパケット化されたルーティングシステム上で行うことができる。好ましい実施形態においては、フィールド装置３４およびトランシーバ４０は、マイクロバースト（登録商標）ネットワークまたは同様の技術であって、既存のセルラー式またはデジタル制御チャンネル用いてデータを送信する技術を用いて通信を行う。マイクロバースト（登録商標）信号を用いると、フィールド装置３４をほぼどこにでも、制御センターからの距離がほぼどのような距離であっても、配置することができる。さらに、マイクロバースト（登録商標）信号は、例えば「常時接続」無線ネットワーキング信号よりも電力消費が少ない。

特定的には、トランシーバ４０は、制御チャンネルのうちの１つを用いることによって、特徴要求をフィールド装置３４に送る。返答して、フィールド装置３４の通信ボード３８は、「死んでいる」搬送波またはビジー信号を生成し、未処理データおよび２次情報を制御チャンネルのうちの１つに渡す。２次情報は、フィールド装置の現在のバッテリーレベル、装置の型を示す装置コード、装置ＩＤ、温度などを含んでもよい。各フィールド装置３４には、固有の識別子、言い換えればＩＤが割り当てられる。未処理データが送信されると、接続は破棄される。典型的には、平均的なデータ送信は、４１ビットより少ないビットを含み、送信にかかる時間は１秒以下である。

マイクロバースト技術を主に中心に説明しているが、先に示したように、他の無線技術も用いることができる。一般的に、本発明は、データ送信支援可能なあらゆる無線プロトコルを利用することができる。

好ましい実施形態では、感知されたパラメータは、１〜４０９６の値として送信および記憶され、これは、未処理のＡ／Ｄカウントである。他の２次情報は、単一値として同様に送信され、それにより、単一のデータバースト内で必要な情報すべてを送信することができるように、制御チャンネル上に送信されるビット数を最小限にする。その後、未処理の値は、仮想送信器アプリケーション４４によって評価できる。

トランシーバ４０は、「死んでいる」搬送波またはビジー信号の制御チャンネルから未処理データおよび２次情報を検索する。その後、未処理データおよび２次情報は、フィールド装置の固有のＩＤに従って、データベース４２に記憶される。最後に、仮想送信器アプリケーション４４は、各センサについて未処理データを検索し、２次情報を用いてセンサデータを評価する。例えば、仮想送信器アプリケーション４４は、１つまたは複数の温度補償値を検索テーブルから自動的に検索して、記憶された温度値に従って、感知されたデータを処理することができる。このように、フィールド装置３４においてさらなる電力消費をすることなく、感知されたデータを処理して、仮想送信器アプリケーション４４によって正確な値を生成することができる。

仮想送信器アプリケーション４４は、データベースとネットワーク通信を行う１つ以上のソフトウェアアプリケーションを含む。仮想送信器アプリケーション４４を、単一の独立型アプリケーション、モジュール方式のアプリケーション、または互いに独立したアプリケーションとして実施することができる。理想的には、仮想送信器アプリケーション４４は、新規のおよび／または変化する監視環境に対応可能なように、容易に更新および修正できる。

遠隔アクセスシステム４６は、一般的に、制御ソフトウェアを伴う。一般的に、遠隔アクセスシステム４６は、データベース４２とネットワーク通信を行う複数のコンピュータを必要とする。遠隔アクセスシステム４６は、ソフトウェアメニューおよび他のソフトウェア制御構成要素（ボタンなど）を、選択および表示のために提供する。遠隔アクセスシステム４６は、アクチュエータの駆動およびフィールド装置１２に対するフィードバック制御を行うためにも用いられうる。遠隔アクセスシステム４６は、仮想送信器アプリケーション４４からの情報を要求する。仮想送信器アプリケーション４４は、遠隔アクセスシステム４６からの要求に従って測定値を生成し、当該測定値は、遠隔アクセスシステム４６によってユーザに対して表示されうる。

未処理データは、仮想送信器アプリケーション４４によって、調整されたデータに変換される。調整されたデータは、感知されたパラメータに対して認識可能な関係にあり、未処理データはＡ／Ｄカウントを表し、調整前は認識可能な意味を有さない。

一般的に、配置されたフィールド装置３４は、いかなる電圧または電流源、コモンバス、または個別のバッテリーによって電力供給されてもよい。各フィールド装置３４は、エネルギー変換装置（ソーラーパネルなど）を用いて、エネルギー蓄積装置（バッテリー、コンデンサなど）、ハイブリッド（燃料電池、ソーラー支援充電型バッテリーコンビネーションなど）、または代替エネルギー源によって、電力供給されてもよい。好ましい一実施形態において、配置された各フィールド装置３４は、自身のバッテリー電源（図示せず）を有し、フィールド装置３４がどこでも短時間で配置できるようになっている。さらなるフィールド装置３４を追加するには、さらなるフィールド装置３４をトランシーバ４０のための呼び出しリストに追加する必要がある。

好ましい一実施形態において、フィールド装置３４は、最新のデータ検索を必要としない格納タンクまたは他の環境に配置される。例えば、フィールド装置３４を格納タンクなどに配置することによって、日々の測定は、補給の注文がなすべきときを決定するのに充分であろう。タンクが空になるにつれて、感知されたデータを分析して、消費傾向の決定、タンクが空になるであろうときを予測することができる。特定的には、仮想送信器アプリケーション４４は、タンクの変化率を用いて、タンクが空になるであろうときを推定することができ、メッセージを顧客に対して生成して、仮の補充注文日を示すことができる。代わりに、仮想送信器アプリケーション４４は、顧客の特定の要望に従って情報を評価するような学習アルゴリズムまたはある種のパターン認識を行うアルゴリズムであってもよい。

「調整された」データの代わりに未処理のセンサデータを記憶することにより、いくつかの利点が実現できる。第一に、フィールド装置３４は、必要となる回路構成要素が少なくなる。特定的には、フィールド装置３４からのデータを、各フィールド装置３４の回路によってではなく、制御センターの仮想送信器アプリケーション４４によって線形化することにより、各回路を配置するコストが削減できる。第２に、調整回路をなくすことにより、生じうる変換の層およびデータ損失をなくす。データをデジタル形式で保持することにより、データがデジタルからアナログそして再び戻すという変換で失われることはない。第３に、線形化または調整されたデータではなく未処理のセンサデータを保持することにより、仮想送信器アプリケーション４４を用いてデータ傾向を分析して、センサの動作不良の検出、処理変数が不安定になった場合の制御担当者に対する警告、および必要に応じた測定値データの生成を行うことができる。第４に、温度補償を調整または改善することができ、パラメータデータを用いて、時間が経つにつれて異なる方法で未処理データを評価することで、システム全体をより高精度にすることができる。最後に、仮想送信器アプリケーション４４が高性能になるにつれて、そうでなければ「調整された」データのみを記憶することによって失われるであろう記憶された処理データから、さらなる情報を少しずつ収集してもよい。

図２の実施形態において、未処理のセンサデータを記憶した後の仮想送信器アプリケーション４４は、センサデータを評価して、警報条件についてテストする。例えば、格納タンク量が１００刻み（０から１００単位）で分類される場合、１０単位を下回らないように格納タンク量を保持するのが望ましいであろう。システム３２は、オペレータによって構成されて、特定のフィールド装置について警報パラメータを１０単位に設定してもよい。仮想送信器アプリケーション４４は、センサデータを２次情報および温度補償値を考慮して評価して、感知された値が構成された警報レベルまたはそれ以下の場合に、仮想送信器出力信号（例えば、警報信号または測定値）をオペレータ、顧客、または所定の個人に対して生成する。加えて、仮想送信器アプリケーション４４は、タンク内の量変化率を計算して、警報を作動させるのに適当なときを決定することができる。

図３に示すように、感知されたデータがプログラムされたレベル以下となった場合に通信ボード３８が警報条件を検出して警報信号を呼び出しトランシーバ４０によって始動させることができるように、警報条件を検出するためのソフトウェアコード４８を含む書き換え可能なメモリを無線通信ボード３８が有するように、システム３２を実施してもよい。要するに、通信ボード３８をプログラムして、警報を自動的に生成するようにできる。サンマイクロシステムズ社によるＪ２ＭＥなどの携帯電話用ゲームおよびその他のプログラムを書くための、いくつかのソフトウェア開発プログラムが既に実施されており、同様のプログラムを用いて通信ボード３８をプログラムする。

加えて、各フィールド装置３４は、感知された値や仮想送信器アプリケーション４４から受信されたデータを表示するためのディスプレイ５０を備えることができる。フィールド装置３４上のボタンを押すことなどによるユーザの要求により、フィールド装置３４は、トランシーバ４０に対する呼び出しを開始して、感知された情報を表示要求と共に送信する。トランシーバ４０による受信後、仮想送信器アプリケーション４４は、データを評価して、送信されたデータを表す表示値（タンク内の量率など）を含む仮想送信器出力信号（すなわち、測定値）を計算する。その後、仮想送信器アプリケーション４４は、トランシーバ４０が表示値またはコードをフィールド装置３４に返すようにさせ、フィールド装置３４は、要求を出したユーザに対して値をディスプレイ５０に表示する。フィードバック値は、完全な浮動小数点数でなくとも、単純な表示コードであってもよく、これにより、送信トラフィックを最小限にする。

図４に示すように、システム３２は、好ましくは、複数のフィールド装置３４を含む。仮想送信器アプリケーション４４は、トランシーバ４０が各フィールド装置３４を順次呼び出すようにして、未処理データを検索して未処理データをデータベース４２に記憶するように構成できる。記憶されたデータは、仮想送信器アプリケーション４４またはネットワーク上の他のアプリケーション（図示せず）によって検索できる。

一般的に、データベース４２は、他のコンピュータワークステーションを有するコンピュータネットワークに常駐する。ワークステーションは、単用マシンであってもよいし、そうでなくてもよい。好ましい一実施形態において、コンピュータネットワークは、当該技術で周知の他のパーソナルコンピュータおよび様々な周辺装置を有する。様々なコンピュータワークステーションからのデータベースへのアクセスは、パスワード保護を含むがそれには限定されない様々な既知の機密保護措置を用いて制御されうる。システム３２は、特定のアプリケーションによって必要とされればアクセスを許可または禁止するように構成でき、必要に応じて、ネットワーク上に警報メッセージを向けさせるように構成することもできる。

先に示したように、自動警報ソフトウェアは、データベース４２のホストとして機能するサーバ上またはデータベース４２とネットワーク通信を行うあらゆるコンピュータ上に常駐してもよい。仮想送信器アプリケーション４４は、オペレータによって用いられて、センサデータの閲覧および制御信号の生成を行うことができる。代わりに、産業処理におけるように、制御信号は自動的に生成されて、位置決め制御などを行うことができるようにしてもよい。

仮想送信器アプリケーション４４は、要求により、未処理データを「調整」する。そのような調整は、線形化、温度補償、トリミング、またはそうでなければ未処理データの評価を含んでもよい。特定的には、仮想送信器アプリケーション４４は、未処理データを評価して、感知された変数を表す測定値を、較正およびデータベース４２に記憶された他のトランスデューサ情報を考慮して生成することができる。測定値は、制御アプリケーションを用いて、制御室のユーザによって要求されるか、または、フィールド装置３４が表示パネルを有していれば、本分野の作業者がフィールド装置上のボタンを押して測定値を要求でき、測定値は、仮想送信器アプリケーション４４によって計算され、かつディプレイ５０上での表示用に無線で送信される。

仮想送信器アプリケーション４４を用いて測定データを計算することにより、分散送信器システムにおいてデータを感知および処理するのに必要な回路量を最小限にする。未処理データを直接送信することにより、フィールド装置３４は、必要な電力消費がより少なくなり、典型的にはそもそも処理能力がより大きいサーバに処理工程が移管される。計算された表示用の測定値、未処理のトランスデューサデータまたは制御／コマンド情報のみを送信することにより、帯域幅の使用が最小限となる。なぜなら、必要なバイトまたはコードのみが実際に送信されるからである。これにより、送信する必要があるデータ量が限定され、それにより、送信時間が最小限になる。表示された値はほぼリアルタイムであるが、ディスプレイが較正およびそうでなければトランスデューサにおいて入手できない他の情報を提供できるように、仮想送信器は、トランスデューサに対応するさらなる情報を送ることができる。

調整回路をソフトウェア的に実施することにより、分散フィールド装置に対するアップグレードを最小限にする。本願のアプリケーションで、ソフトウェアップグレードおよび調整計算が、新規にまたはアップグレードされたアプリケーションをネットワーク上にインストールすることによってほぼ即座に実施できる。複数のユーザがプログラムにアクセスするか、または様々なプログラムがプログラムまたはアプリケーションに対して関数呼び出しを行う場合には、アップグレードおよび修正は、ネットワーク全体のすべてのフィールド装置について直ちに実施されるであろう。

制御室（図示せず）は、典型的には、コンピュータと、ユーザ入力／出力装置と、様々な形式のデータ記憶装置と、当該技術において既知の他の計算処理装置とを含む。制御室は、典型的には、バス（図示せず）を介してデータベース４２に結合され、所有権を主張できるデジタル通信ネットワーク、所有権を主張できるプロトコルを使用するオープンデジタル通信ネットワーク、または安全な通信プロトコルを使用する標準デジタル通信ネットワークであってもよい。仮想送信器アプリケーション４４は、制御室から様々なコマンドを受信し、制御室にデータを提供する。

本発明は、先行技術よりも多くの利点を提供する。最初に、好ましい実施形態において、アナログ変換がデータに対して行われないので、データの全体的な精度が上昇する。第２に、仮想送信器アプリケーション４４がサーバに対するソフトウェアアプリケーションであるので、各分散装置においてソフトウェアを追加またはアップグレードすると、高くつき、時間がかかり、非常に困難なことが多いが、その代わりに、ソフトウェアアップグレードの効力をシステム全体に対して１回のソフトウェアのインストールで即座に発揮させることができる。加えて、単に新たなアプリケーションをサーバに追加することにより、フィールド装置を変更することなく、パターン認識などの新たな機能および新たな診断ソフトウェアをいつでも追加することができる。データは未処理の形式で記憶されるので、仮想送信器アプリケーションに対するあらゆるアップグレードは、データベース内のデータと下位互換性がある。結果生じた監視システムは、要求される回路が少なく、消費電力が少なく、送信および記憶前にデータを調整する先行技術のシステムよりもより柔軟性および適応性が高い。

本発明のシステムは、各アクチュエータ／トランスデューサ３６がその感知されたパラメータを、共有された通信ボード３８に対してデータベース４２に対する無線送信用に送信するように、複数のフィールド装置３４が１つの通信ボード３８を共有する代替実施形態において実施されてもよい。

本発明は好ましい実施形態を参照して説明してきたが、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形式および詳細について変更を行ってもよいことを、当業者は認識するであろう。

図１は、先行技術の無線監視システムのブロック図である。 図２は、本発明の無線監視システムのブロック図である。 図３は、本発明の無線監視システムの代替実施形態のブロック図である。 図４は、複数の無線フィールド装置を示す、本発明の無線監視システムのブロック図である。

Claims (37)

1. 複数の配置されたフィールド装置および制御室における少なくとも１つのコンピュータを有する分散システムを監視する方法であって、各フィールド装置は、トランスデューサと、無線トランシーバと、を含み、該方法は、
   未調整のデジタルトランスデューサデータを生成するために、該配置されたフィールド装置で情報を感知することと、
   該未調整のデジタルトランスデューサデータを各フィールド装置から該基地局へ無線送信することと、
   各フィールド装置から該送信された情報の該未調整のデジタルトランスデューサデータを基地局で受信することと、
   該受信された情報の該未調整のデジタルトランスデューサデータをコンピュータネットワーク上のデータベースに記憶することと、
   フィールド装置からの未処理のデータを調整するのに必要な２次情報を各フィールド装置のためデータベースに記憶することと、
   フィールド装置から離間しかつ該コンピュータネットワークに接続されるサーバ上で、仮想送信器アプリケーションプログラムを実行することと、
   制御室におけるコンピュータによる、選択されたフィールド装置からの測定値に対する要求を該サーバにおいて受信することと、
   該データベースからサーバに、該選択されたフィールド装置によって生成された、記憶された未調整のデジタルトランスデューサデータと、該選択されたフィールド装置に対する記憶された２次情報と、を検索して取り出すことと、
   該仮想送信器アプリケーションによって、前記記憶された２次情報を用いて該記憶された未調整のデジタルトランスデューサデータをサーバ上でプログラム的に調整して、該測定値を導き出すことと、
   該ネットワークを介してサーバから、該測定値を要求した制御室におけるコンピュータへ、該測定値を送信することと、
   を含む、方法。
2. 前記測定値を所定のパラメータ値に対して評価することと、
   前記サーバにおいて出力信号を生成することと、
   前記サーバから該出力信号を送信することと、
   をさらに含み、
   前記評価は仮想送信器アプリケーションによって行われ、
   前記出力信号は、所定のパラメータ値に対する測定値の評価によって生成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記出力信号は表示コードであり、前記出力信号を送信することは、
   表示コードを選択されたフィールド装置に送信して、フィールド装置のディスプレイに表示させることを含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記出力信号は調節信号であり、前記出力信号を送信することは、
   該調節信号を選択されたフィールド装置に送信して、該選択されたフィールド装置に関連したパラメータを変更することを含む、請求項２に記載の方法。
5. 前記出力信号は警報信号である、請求項２に記載の方法。
6. 分散モニタリングシステムであって、
   複数のフィールド装置であって、各フィールド装置は、
   感知されたパラメータの物理的測定に基づく未処理のデジタルデータを生成するトランスデューサであって、該未処理のデジタルデータは未調整である、トランスデューサと、
   該未処理のデジタルデータを無線送信するための無線トランシーバと、
   を備える、複数のフィールド装置と、
   各フィールド装置から送信された該未処理のデジタルデータを受信するためのベーストランシーバと、
   各フィールド装置についての該未処理のデジタルデータを記憶し、かつそのフィールド装置からの該未処理のデジタルデータを調整するために必要とされる２次情報を記憶するためのファイルであって、該ファイルはネットワークを介してアクセス可能である、ファイルと、
   該ネットワーク上にあり、かつ前記フィールド装置から離間したサーバと、
   を備え、
   該サーバは、仮想送信器アプリケーションを有しており、該仮想送信器アプリケーションは、制御室におけるコンピュータから該ネットワークを介して受信された要求に基づき、該記憶された未処理のデジタルデータおよび該２次情報を検索して取り出し、該要求において識別された各フィールド装置について、該感知されたパラメータに対して認識可能な関係にある測定値を、該フィールド装置に対する記憶された２次情報を用いて未処理のデータを調整することによって生成し、かつ、該測定値を該要求をなした該制御室におけるコンピュータに対して送信することを特徴とするシステム。
7. 前記測定値は、前記未処理のデジタルデータおよび前記２次情報を式に挿入することによって計算される、請求項６に記載のシステム。
8. 前記未処理のデジタルデータは、前記トランスデューサから導き出された未処理のアナログデジタルコンバータカウントである、請求項６に記載のシステム。
9. 前記無線トランシーバは、無線通信リンクの制御チャンネルにより前記未処理のデジタルデータを送信する、請求項６に記載のシステム。
10. 前記無線通信リンクは、パケット化されたルーティングネットワーク上のリンクである、請求項９に記載のシステム。
11. 前記無線通信リンクは、回路交換ネットワーク上のリンクである、請求項９に記載のシステム。
12. 前記無線トランシーバは、セルラー方式の通信回路、デジタル通信回路、赤外線通信回路、およびＩＥＥＥ８０２．１１ｂ対応無線通信回路からなる群から選ばれる、請求項６に記載のシステム。
13. 前記仮想送信器アプリケーションは、データベースと通信を行う複数のソフトウェアアプリケーションを備える、請求項６に記載のシステム。
14. 前記複数のソフトウェアアプリケーションのうちの少なくとも１つは、前記データベースに記憶された前記未処理のデジタルデータを分析し、この分析は、前記未処理のデジタルデータにおける認識可能なパターンを検知することである請求項１３に記載のシステム。
15. 前記フィールド装置はバッテリーにより電力供給される、請求項６に記載のシステム。
16. 前記仮想送信器アプリケーションは、前記未処理のデジタルデータが所定のパラメータから逸脱している場合に、警報信号を生成するための警報機能をさらに備える、請求項６に記載のシステム。
17. 前記ベーストランシーバは、前記ネットワークを介して前記サーバから測定値を示す表示値を受け、該ベーストランシーバで受けた前記フィールド装置上のユーザからの要求に従って、前記フィールド装置のディスプレイ上に表示するように前記表示値を前記無線トランシーバに送信し、
    前記要求は、前記無線トランシーバから送信されることを特徴とする請求項６に記載のシステム。
18. 前記仮想送信器アプリケーションは、１つまたは複数の値テーブルを含み、該値テーブルは、ネットワークを介して前記ファイルから検索された前記２次情報および前記記憶されたデジタルデータを用いて前記表示値を計算するように用いられることを特徴とする請求項１７に記載のシステム。
19. 前記仮想送信器アプリケーションは、デジタルデータをプログラム的に要求および検索し、かつ該デジタルデータを所定の値に対して比較するための診断アプリケーションを備える、請求項６に記載のシステム。
20. 複数の配置されたフィールド装置を有する分散システムを監視する方法であって、各フィールド装置は、トランスデューサと、無線トランシーバと、を含み、該方法は、
    未処理のデジタルデータを生成するために、該配置されたフィールド装置のうちの一つを用いてパラメータを感知することと、
    該未処理のデジタルデータを該フィールド装置から基地局に対して無線送信することであって、該未処理のデジタルデータは、該トランスデューサによって行われた該パラメータの物理的測定によって生成される未処理の数値を表す、ことと、
    該フィールド装置からの該測定情報を該基地局で受信することと、
    該未処理のデジタルデータをコンピュータネットワーク上のメモリに記憶することと、
    各フィールド装置のための２次情報を該コンピュータネットワーク上のメモリに記憶することと、
    該パラメータを表す測定値を導き出すように、制御室におけるコンピュータからの要求に基づいて該記憶された未処理のデジタルデータをプログラム的に調整することであって、記憶された未処理のデジタルデータを生成したフィールド装置に対する記憶された２次情報を用いて、該ネットワークのサーバ上において実行する仮想送信器アプリケーションによって該調整がなされる、プログラム的に調整することと、
    該サーバから該要求をなした制御室におけるコンピュータへ、該ネットワークを介して該測定値を送信することと、
    を含み、
    前記サーバは前記フィールド装置から離間することを特徴とする方法。
21. 前記記憶された測定情報をプログラム的に調整することは、
    前記記憶された未処理のデジタルデータを前記メモリから検索することと、
    調整式に従って、前記測定値を該記憶された未処理のデジタルデータからプログラム的に計算することと、
    を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記導き出された測定値を所定のパラメータ値に対して評価することと、
    サーバにおいて出力信号を生成することと、
    サーバから該出力信号を送信することと、
    をさらに含み、
    前記評価は仮想送信器アプリケーションによって行われ、
    前記出力信号は、所定のパラメータ値に対する前記導き出された測定値の評価によって生成されることを特徴とする請求項２０に記載の方法。
23. 前記出力信号は表示コードであり、前記出力信号を送信することは、
    フィールド装置のディスプレイに表示するために、表示コードを該フィールド装置に送信することを含む、請求項２２に記載の方法。
24. 前記出力信号は調節信号であり、前記出力信号を送信することは、
    該調節信号を前記フィールド装置に送信して、該フィールド装置に関連したパラメータを変更することを含む、請求項２２に記載の方法。
25. 前記出力信号は警報信号である、請求項２２に記載の方法。
26. 分散システムであって、
    複数のフィールド装置の分散ネットワークであって、各フィールド装置は、トランスデューサと、該トランスデューサによって行われた物理的な測定によって生成された未調整の数値を表す未処理のデジタルデータを備える無線信号を送信するための関連する第１の無線トランシーバと、を有する、分散ネットワークと、
    該無線信号を受信するための第２の無線トランシーバと、
    該第２の無線トランシーバによって受信された該無線信号に基づいて該未処理のデジタルデータを記憶し、かつ各フィールド装置に関連した２次情報を記憶するためのデータベースと、
    前記フィールド装置から離間した位置において、ネットワークに接続されるサーバ上において実行する仮想送信器アプリケーションであって、該記憶されたデータおよび各フィールド装置に関連した該２次情報を該データベースから検索し、かつ制御室におけるコンピュータからの要求に対して該未処理のデジタルデータおよび２次情報に基づいて測定値を生成し、かつ該要求をする制御室におけるコンピュータにネットワークを介して該測定値を送信する仮想送信器アプリケーションと、
    を備え、
    前記仮想送信器アプリケーションは、前記２次情報により前記未処理のデジタルデータを調整することを特徴とするシステム。
27. 前記未処理のデジタルデータは、前記トランスデューサから導き出された未処理のアナログデジタルコンバータカウントを備える、請求項２６に記載のシステム。
28. 前記第１の無線トランシーバは、セルラー方式の通信回路、デジタル通信回路、超広帯域通信回路、および自由空間光学通信回路からなる群から選ばれる、請求項２６に記載のシステム。
29. 前記無線信号は、無線通信リンクの制御チャンネルを用いて送信される、請求項２６に記載のシステム。
30. 前記１つ以上のフィールド装置は、エネルギー変換装置を用いて電力供給される、請求項２６に記載のシステム。
31. 前記仮想送信器アプリケーションは、前記測定値が所定のパラメータから逸脱している場合に、警報信号を生成するための警報機能をさらに備える、請求項２６に記載のシステム。
32. 前記無線信号は、回路交換ネットワークを用いて送信される、請求項２６に記載のシステム。
33. 前記無線信号は、パケット化されたルーティングネットワークを用いて送信される、請求項２６に記載のシステム。
34. 前記第２の無線トランシーバは、ネットワークを介してサーバから測定値を示す表示値を受け、該第２の無線トランシーバで受けたフィールド装置上のユーザからの要求に従って、前記フィールド装置のディスプレイ上に表示するように前記表示値を前記第１の無線トランシーバに送信し、
    前記要求は、前記第１の無線トランシーバから送信されることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
35. 前記仮想送信器アプリケーションは、デジタルデータをプログラム的に要求および検索し、かつ所定の値に対して該データを比較するための診断アプリケーションを備える、請求項２６に記載のシステム。
36. 前記仮想送信器アプリケーションは、前記データベースと通信を行う複数のソフトウェアアプリケーションを備える、請求項２６に記載のシステム。
37. 前記複数のソフトウェアアプリケーションのうちの少なくとも１つが、前記データベースに記憶された前記デジタルデータを分析し、この分析は、前記未処理のデジタルデータにおける認識可能なパターンを検知することである請求項３６に記載のシステム。

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