JP4751036B2 - プロセス制御システムと共に用いる自己構成型通信ネットワーク - Google Patents

Description

本開示は、一般的に、プロセス制御システムに関するものであり、さらに詳細には、プロセス制御システムと共に用いる自己構成型通信ネットワークに関するものである。

プロセス制御システムは、製品が製造されるまたはプロセスが制御される工場またはプラントにおいて広く用いられている（たとえば、化学工場、電力プラントなど）。また、プロセス制御システムは、たとえば石油の掘削処理プロセスおよび天然ガスの掘削処理プロセスなどの如き天然資源の採掘に用いられている。製造プロセス、資源発掘プロセスなどのほとんどどのプロセスであっても、一または複数プロセス制御システムの応用により自動化することができる。

プロセス制御システムが実現される方法は、長年にわたり発展してきた。初期のプロセス制御システムは、専用の集中型ハードウェアを用いて実現されることが一般的であった。しかしながら、最近のプロセス制御システムは、ワークステーション、インテリジェントコントローラ、スマートフィールドデバイスなどからなる高度な分散型ネットワークを用いて実現されることが一般的であり、その一部または全部が、総合的なプロセス制御戦略またはプロセス制御スキームの一部を実行しうる。具体的にいえば、最新のプロセス制御システムは、一または複数のデジタルデータバスを介して、相互におよび／または一または複数のコントローラに、通信可能に接続されるスマートフィールドデバイスおよび他のプロセス制御コンポーネントを備えている。もちろん、これら最近のプロセス制御システムの多くは、たとえば、４〜２０ミリアンペア（ＭＡ）デバイス、０〜１０ボルト直流（ＶＤＣ）デバイスなどの如き非スマートフィールドデバイスも備えている。これらのデバイスは、共有デジタルデータバスなどとは対照的に、通常、コントローラに直接接続されている。

いずれの場合であっても、フィールドデバイスは、たとえば、入力デバイス（たとえば、温度、圧力、流量などの如きプロセス制御パラメータを表すステータス信号を提供するセンサの如きデバイス）と、コントローラおよび／または他のフィールドデバイスから受信した命令に応答してアクションを実行する制御オペレータまたは制御アクチュエータとを備えている。たとえば、コントローラは、圧力または流量を増加するバルブ、温度を変更するヒータまたはチラー、プロセス制御システム内の原料を攪拌するミキサーなどに対して信号を送信しうる。

プロセス制御システム設計の一つの特に重要な特徴は、プロセス制御システム内で、フィールドデバイスを、相互に、コントローラに、および他のシステムまたはデバイスに通信可能に接続する方法が必要であることである。一般的に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内において機能できるようにするさまざまな通信チャネル、通信リンク、および通信パスは、通常、まとめて、入力／出力（Ｉ／Ｏ）通信ネットワークと呼ばれる。

通信ネットワークの接続形態、およびＩ／Ｏ通信ネットワークの実現に用いられる物理的な接続またはパスは、とくにそのＩ／Ｏ通信ネットワークがプロセス制御システムに関連する環境要因または環境条件から影響を受けるような場合には、フィールドデバイス通信のロバスト性または完全性に相当な影響を与えうる。たとえば、産業用制御の応用においては、フィールドデバイスおよびそれらに関連するＩ／Ｏ通信ネットワークを過酷な物理的環境（たとえば、高い、低い、または変動の激しい周囲温度、振動、腐食性の気体または液体など）、困難な電気環境（たとえば、高ノイズ環境、劣悪な電力品質、過渡電圧など）などの影響下にさらすことが多い。いずれの場合であっても、環境要因により、一または複数のフィールドデバイス、コントローラなどの間における通信の完全性が危うくなる。場合によっては、このような障害が通信に発生すると、プロセス制御システムが有効にまたは正しくその制御ルーチンを実行しなくなることがあり、このことにより、プロセス制御システムの効率および／または収益性の低下、装置の過剰な摩耗または損傷、装置、建造物構造、および／または作業員に対して損傷または打撃などを与えうる危険な状態の発生などが起こる。

従来、プロセス制御システムにおいて用いられるＩ／Ｏ通信ネットワークは、ハードワイヤードネットワークであった。具体的にいえば、これらのプロセス制御システム内のフィールドデバイスは、非スマートフィールドデバイスが、たとえば４〜２０ｍＡ、０〜１０ＶＤＣなどの如きアナログインターフェイスを介してコントローラに直接接続されているような階層的な接続形態を用いて、コントローラ、ワークステーション、および他のプロセス制御システムコンポーネントと通信可能に接続されていることが一般的であった。また、ほとんどの場合において、スマートフィールドデバイスも使用されており、ハードワイヤードデジタルデータバスを用いて相互に接続されており、これらのバスは、スマートフィールドデバイスインターフェイスデバイスを介してコントローラに接続されている。

ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、初期段階においては、ロバスト性を有するＩ／Ｏ通信ネットワークを提供することができるが、これらのロバスト性は、環境ストレス（たとえば、腐食性の気体または液体、振動、湿度など）により、時間の経過とともに著しく劣化しうる。たとえば、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの配線に関連する接触抵抗は、腐食、酸化などにより大幅に増加する。それに加えて、配線の絶縁および／または遮蔽が、劣化または損傷して、その周囲の電気的な干渉またはノイズが、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの配線を通じて伝送される信号の品質を以前よりも容易に低下させうるような状態を作りだす。場合によっては、絶縁性が失われると、回路が短絡する状態が発生し、それに関連したＩ／Ｏ通信配線が完全に損傷することがある。

さらに、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、比較的広範囲の地理的領域全体にわたり分散される大規模な工業プラントまたは工業設備にそのＩ／Ｏ通信ネットワークが関連する場合はとくに、設置費用が高い。ほとんどの場合、Ｉ／Ｏ通信ネットワークに関連する配線は、比較的に長い距離を配線しなければならない場合および／または多くの構造物（たとえば、壁、建物、装置など）の間、下方、または周りを通って配線しなければならない場合がある。このような長い距離を配線するには、多くの労力、すなわち多くの費用が必要となる。さらに、このような長い距離を配線すると、とくに、配線インピーダンスと電気的相互干渉とが原因で、信号が劣化し、それにより、通信が不安定になるおそれがある。

また、ハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークは、一般的に、再構成が非常に困難である。たとえば、新規のフィールドデバイスを追加するには、通常、その新規のフィールドデバイスとコントローラとの間に配線を設けることが必要となる。このような方法でフィールドデバイスを後付することは、古くから存在するプロセス制御プラントおよび／またはプロセス制御システムにおいて多くみかけるような長距離配線およびスペース制約が原因となり、非常に困難かつ費用のかかるものとなる場合がある。たとえば、導管、装置、および／または構造物の内の使用可能な配線パスの間に介在している配線の数が多いと、既存システムに対するフィールドデバイスの後付に伴う困難が著しく増加する。同様に、既存のフィールドデバイスを現場における配線の要求仕様が異なる新規のデバイスと交換する場合、その新規のデバイスを収容すべくさらなるおよび／または異なる配線を設けなければならないケースと同様の困難がある。

無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、ハードワイヤードＩ／Ｏネットワークに関連する困難の一部を回避すべく用いられることが多い。しかしながら、全てではないにしてもほとんどの無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、比較的高コストのハードウェアデバイス（たとえば、無線を使用可能なルータ、ハブ、スイッチなど）を用いて実現され、それらのほとんどは、比較的多量の電力を消費する。さらに、ハードウェアおよびソフトウェアを備える公知の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、ポイント・ツー・ポイント通信パスを用いており、このポイント・ツー・ポイント通信パスは、取り付け調整時に慎重に選択され、その後のシステムの動作中は固定される。これらの公知の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワーク内に固定の通信パスを確立するためには、通常、トランシーバおよび他の通信装置のタイプおよび／または位置を決定できるようにするために、費用のかかる現場調査を実行すべく一または複数の専門家を利用する必要がある。さらに、この現場調査により固定のポイント・ツー・ポイント通信パスが選択されると、次に、その専門家のうちの一または複数が、装置の構成、アンテナの調整などを行わなければならない。

公開されている無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、たとえばハードワイヤード通信パスに関連する長期ロバスト性の課題を多少なりとも解決するが、これらの公知の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは相対的に柔軟性に乏しい。詳細にいえば、ポイント・ツー・ポイント通信パスが用いられているので、確立された無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークに対して一または複数のさらなるまたは異なるフィールドデバイスを後付する場合、新規のまたは変更される通信パスを収容するために、既存の通信パスを比較的大規模に再構成する必要がある。さらに、通信パスを追加または変更するためには、新規のまたは修正された現場調査を作成し、追加のまたは異なるフィールドデバイスを収容するように、装置、アンテナなどを構成または再構成するための一または複数の専門家の協力が必要となる。したがって、無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークの設置に関連するコスト（たとえば、現場調査、専門家による構成など）に起因して、無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、とくに産業用途に通常用いられる比較的大規模なプロセス制御システムの場合には、法外なコストがかかることが多い。

すべてといわないがほとんどのハードワイヤード式および無線のＩ／Ｏ通信ネットワークの場合のさらに困難ところは、このようなネットワークを採用するシステムにおけるフィールドデバイスに関連する物理的な位置および接続がロジック制御戦略に依存するということである。換言すれば、このロジック制御戦略は、そのプロセス制御システム全体にわたる特定の通信パスおよび物理的位置に、特定のフィールドデバイスを関連付けすべく作成されている。この結果、フィールドデバイスの位置、および／または（そのフィールドデバイスを使用する）制御戦略全体の少なくとも一部を実行するコントローラに通信デバイスを結合する通信パスを変更するには、通常、それに応じてその制御戦略を変更する必要がある。制御戦略に対するこのような変更には、時間がかかり、一または複数のシステムワークステーションを利用したシステムオペレータまたは他のユーザによる高価な労力も必要となる。

同様に、損傷したまたは異常なフィールドデバイスの交換は、既存のハードワイヤード式および無線のＩ／Ｏ通信ネットワークの場合、比較的時間のかかる作業である。たとえば、フィールドデバイス（たとえば、バルブ、温度センサなど）が現場において故障するかまたは故障しつつある場合、メンテナンス作業員はそのフィールドデバイスを交換することが一般的である。しかしながら、そのような交換が行われるまえに、交換用デバイスはプログラミングされなければならない。このプログラミングには、故障しつつあるまたは故障したフィールドデバイスにより用いられていた固有の識別子を上記の交換用フィールドデバイスに格納することが含まれる。このプログラミングは、通常現場では行われず、メンテナンス作業員により、中央ステーションにおいて実行されることがほとんどである。中央ステーションにおけるプログラミングのあと、交換用デバイスは、現場に持ち込まれて設置される。広域の地理的領域全体にわたり複数のフィールドデバイスが分散されているような場合、メンテナンス作業員が、それらのフィールドデバイスの交換の必要性をいつ知ったかによって、このメンテナンス作業員は、その現場から中央ステーションまで複数回移動しなければならないので、中央ステーションにおいて交換用のコンポーネントをプログラミングすることは、時間のかかる作業である。

また、固有の識別子に加えて、スマートフィールドデバイスは、他のデータおよび／またはルーチンを格納していることが一般的である。したがって、適切な固有の識別子で交換用デバイスをプログラミングすることに加えて、交換用デバイスは、また、取り替えの時点において故障したデバイスに格納されていた最新のバージョンのプロセスまたはルーチンを用いてプログラミングされなければならない。

以上のことから容易に明らかになるように、固有の識別子、プロセス、ルーチン、および／または他のプロセス制御データを用いておこなう交換用フィールドデバイスのプログラミングは、とくにフィールドデバイスが広域の地理的領域全体にわたり分散されているような場合には非常に厄介である。さらに、以上では、フィールドデバイスコンポーネントの交換に関連する問題が記載されたが、当業者にとり明らかなように、プロセス制御システム内のフィールドデバイス以外のコンポーネントの交換も厄介である。たとえば、コントローラ、入力／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス（有線または無線）、通信ハブなどの交換にも相当の再プログラミング労力が必要である。したがって、プロセス制御コンポーネントまたはプロセス制御デバイスの交換およびそれに付随する再プログラミングには、非常に多くの時間と費用を要することがわかる。

一つの態様によれば、無線利用可能なフィールドデバイスを構築する方法および装置は、その無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別情報を受信し、その識別情報をコンフィギュレーションデータベース情報と比較する。また、かかる方法および装置は、この識別情報とコンフィギュレーション情報との比較に基づいて、上記の無線利用可能フィールドデバイスに関連するコンフィギュレーション情報を検索しうる。さらに、かかる方法および装置は、上記無線利用可能フィールドデバイスを構成すべく、少なくとも一つの無線通信リンクを介して、そのコンフィギュレーション情報を上記の無線利用可能フィールドデバイスに送信しうる。

他の態様によれば、無線利用可能フィールドデバイスを交換する方法は、他の無線利用可能フィールドデバイスによりアクセス可能なメモリに、上記の無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別子を格納することと、上記の無線利用可能フィールドデバイスを取り除くことと、この取り除かれた無線利用可能フィールドデバイスに代えて、他の無線利用可能フィールドデバイスを搭載することとを有している。また、かかる方法は、他の無線利用可能フィールドデバイスに関連するコミッショニング要求を処理することを含んでいる。このコミッショニング要求は、その無線利用可能フィールドデバイスに付随する識別子を含みうる。さらに、かかる方法は、コミッショニング情報をデータベースから検索すべく上記の無線利用可能フィールドデバイスに付随する識別子を用いることと、少なくとも一つの無線通信リンクを介して、そのコミッショニング情報を他の無線利用可能フィールドデバイスに送信することとを含んでいる。

さらに他の態様によれば、コントローラと複数の無線利用可能フィールドデバイスとを備えるプロセス制御システムにおいて利用される通信ネットワークを確立するシステムおよび方法は、これらの無線利用可能フィールドデバイスとコントローラとの間での通信のルーティングに利用可能な複数の通信リンクを特定しうる。さらに、かかるシステムおよび方法は、予め定めた信号判断基準に基づいて、複数の無線通信リンクのうちの一部を上記の無線利用可能フィールドデバイスに自動的に割り当てうる。

図１は、無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを備えるプロセス制御システム100の一部分の一例を示すブロック線図である。図１に示されているように、プロセス制御システム100の一部は、複数の無線フィールドデバイス102〜118を備えている。一般的に、フィールドデバイス102〜118は、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126と無線入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス128〜136とを介して、コントローラ120に通信可能に接続されている。

本明細書においてさらに詳細に記載されるように、フィールドデバイス102〜118には、スマートタイプのフィールドデバイスおよび非スマートタイプのフィールドデバイスが含まれる。これらのフィールドデバイスは、他の同様に無線利用可能なフィールドデバイス、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちの一または複数、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136のうちの一または複数と無線通信を行うことができる。詳細にいえば、フィールドデバイス102〜118の各々は、一または複数の無線通信チャネル、無線通信パス、または無線通信リンクを用いて、フィールドデバイス102〜118のうちの他のフィールドデバイス、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136と通信するように構成されうる。その結果、所望ならば、フィールドデバイス102〜118の各々は、複数のまたは冗長の通信チャネル、通信パス、または通信リンクを介して、コントローラ120と通信可能であってもよい。

さらに、以下でさらに詳細に記載するように、フィールドデバイス102〜118は、無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークの自動構成または自己構成を可能にするように構成されている。たとえば、フィールドデバイス102〜118の各々をコントローラ120に通信可能に接続すべく確立される無線通信パスは、所与のハードウェア配置および動作環境条件（たとえば、電力品質、ノイズ、サービスのコスト、伝搬遅延、伝送エラー率など）に対して可能な最もロバストまたは効果的な無線通信を実現するように、システム100内において自動的に決定されうる（または、図４に示される他のデバイスまたはシステムと共に自動的に決定されうる）。さらに、その結果得られた自動的に確立された無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは自己回復機能を可能としうる。この自己回復機能では、故障しつつある、故障した、または問題のある通信リンクに直面するフィールドデバイスは、Ｉ／Ｏ通信ネットワーク内の通信の完全性（たとえば、信号品質、信号強度など）を維持するために、新規の通信リンクを確立するか、または冗長通信リンクを利用する。

さらに、図１に例示されているフィールドデバイス102〜118などの如き本明細書記載の無線利用可能フィールドデバイスが一または複数の無線通信チャネル、無線通信パス、または無線通信リンクを介したコントローラ120との通信を自動的に確立することに加えて、本明細書記載の無線利用可能フィールドデバイスは、システムオペレータまたは他の作業員からのいかなる介入をも必要とすることなく、自動的にコミッショニングまたは構成されうる。その結果、新規のおよび／または異なる（たとえば、交換、後付など）フィールドデバイスが、いかなるユーザの介入（プログラミング、構成またはコミッショニングのアクティビティなど）を必要とせずに、システム100に追加され、既存のロジック制御戦略内で用いられうる。したがって、本明細書記載の無線利用可能フィールドデバイスおよびＩ／Ｏ通信ネットワークにより、無線利用可能フィールドデバイスにより用いられる物理的通信用のパスまたはリンクの間の分離または独立と、システム100により実行されているプロセス制御戦略（またはその一部）により定義が規定されるフィールドデバイス間の論理的な接続または関係とが実現される。

ここで、図１に示されているシステム100の一例を詳細に説明する。フィールドデバイス102〜118は、センサ（たとえば、温度センサ、湿度センサなど）、駆動装置またはアクチュエータ（たとえば、バルブ、ダンパモータなど）、または無線通信を実行可能なその他のタイプのフィールドデバイスでありうる。たとえば、フィールドデバイス102〜118には、図２に示される無線インターフェイスデバイスに接続されるアナログまたはデジタル用の出力部（たとえば、４〜２０ｍＡ，０〜１０ＶＤＣ、可変周波数など）を備える従来型のフィールドデバイスが含まれうる。あるいは、フィールドデバイス102〜118は、従来型のインターフェイス（たとえば、４〜２０ｍＡ）の代わりにまたはそれに加えて、無線通信インターフェイスを一体的に組み入れうる。

図２に関連して以下でさらに詳細に記載するように、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、いかなる所望の無線通信技術を用いてもよい。所望の場合には、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、同時に複数のタイプの媒体を用いる、一を超える数の通信技術を用いてもよい。たとえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118の各々内の無線通信インターフェイスは、任意の所望のモジュレーションおよび／または通信プロトコルに用いる任意の所望の通信周波数を用いて、アナログまたはデジタルのうちの任意の形式により、情報（たとえば、プロセス制御情報、プロトコル情報、バージョン情報、タイムスタンプ、ローディング情報、アドレス指定情報など）の送受信を行うように構成されてもよい。さらに詳細にいえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118により用いられる無線通信インターフェイスは、エンバー社（Ｅｍｂｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からのエンバーネット（ＥｍｂｅｒＮｅｔ）や、アクソンエルエルシー社（Ａｘｏｎｎ ＬＬＣ）の無線技術を用いて、および／またはアエロコム（ＡＥＲＯＣＯＭ）社により提供されている製品を利用した９００ＭＨｚおよび／または２．４ＧＨｚのラジオ周波数におけるスペクトラム拡散通信方式を用いて実現しうる。このようなスペクトラム拡散通信方式を用いたデバイスの一例としては、コンピュテーショナルシステム社（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｓｔｅｍ、Ｉｎｃ）からのアールエフマイクロアナライザシステム（ＲＦ ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ）が挙げられる。無線デバイスの他の例としては、フローライン社からのエコーネット（ＥｃｈｏＮｅｔ）無線超音波レベルトランスミッタが挙げられる。このトランスミッタは、ネットワーク接続を行うためにセルラーネットワークを用いる。さらに、モバイルメッセージ用の技術およびサービス（たとえば、ＧＳＭ、ＳＭＳ、ＭＭＳ、ＥＭＳ）を用いて、ワイドエリアネットワーク上にＩ／Ｏ通信を実現しうる。また、フィールドデバイス102〜122に関連する無線通信には、無線センシング用の無線規格であるＩＥＥＥの１４５１、８０２１１の如き規格、ブルーツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）タイプの信号、および／またはその他の所望のプロトコルもしくは規格が利用されうる。

ラジオ通信は、フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数を、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126に接続するために用いられうる。無線利用可能フィールドデバイス102〜118と同様に、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126は、通信ハブとして機能しうるし、また、エンバー社（Ｅｍｂｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）からのエンバーネット（ＥｍｂｅｒＮｅｔ）や、アクソンエルエルシー社（Ａｘｏｎｎ ＬＬＣ）の無線技術を用いて、またはアエロコム（ＡＥＲＯＣＯＭ）社により提供されている製品を利用した９００メガヘルツ（ＭＨｚ）および／または２．４ギガヘルツ（ＧＨｚ）のラジオ周波数におけるスペクトラム拡散通信方式を用いて実現しうる。また、ラジオ通信は、無線センシング用のＩＥＥＥの１４５１無線規格、ブルーツース（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）、モドバス（Ｍｏｄｂｕｓ）などの如き通信規格またはプロトコルを利用しうる。一般的に、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126は、一または複数の無線フィールドノードを形成すべく用いられうる。たとえば、フィールドデバイス102、104と無線フィールドデバイスインターフェイス122とが一つのフィールドノードを形成し、フィールドデバイス106〜110と無線フィールドデバイスインターフェイス124、126とが他の無線フィールドノードを形成しうる。このような無線フィールドノードは、コントローラ120から物理的に離れた場所に設置されていることが一般的であるが、必ずしもこれに限定されない。無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126の各々は、一例として示されるとともに図３に関連して以下でさらに詳細に記載される無線通信インターフェイス回路を備えうる。

コントローラ120との無線通信は、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136を介して、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126とフィールドデバイス112〜118との間で実行される。これらの無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136は、上記の無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126および無線利用可能フィールドデバイス112〜118に適合する通信用のプロトコルまたはスキームを用いる。たとえば、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136は、それぞれ、図３に関連して以下に示され、記載されるインターフェイスの一例と同等または同一の一または複数の無線通信インターフェイスを備えている。しかしながら、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126とは対照的に、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136は、差し込み可能カードエッジコネクタ、レイルバスコネクタなどを介して、コントローラ120に電気的に接続されるように物理的に構成されうる。

コントローラ120は、たとえばＤｅｌｔａＶ（登録商標）コントローラの如きいかなる所望のコントローラを用いて実現されてもよい。このＤｅｌｔａＶコントローラは、フィッシャーローズマウントシステムズ社より販売されている。このコントローラ120は、プロセス制御戦略の全体または一部を実行するために、（無線Ｉ／Ｏインターフェイス134、136を介して直接に、または無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126を介して直接に、）フィールドデバイス102〜118と通信しうる。さらに、コントローラ120は、制御戦略を協働して実行すべく、他のコントローラ、ワークステーションなど（いずれも図示せず）に接続されうる。いずれの場合であっても、コントローラおよびそのコントローラとともに制御戦略を実行する方法は、周知のことであるため、本明細書では詳細に記載しない。

無線利用可能フィールドデバイス102〜118により用いられる通信プロトコルに関係なく、フィールドデバイス102〜118は、自動的に検出し、一または複数の利用可能な通信用のパスまたはリンクを利用して通信することができる。さらに一般的にいえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136、およびコントローラ120は、そこで利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクの特性および／または品質を検査し、協働して自動的に、ロバストな無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを形成することができる。具体的にいえば、Ｉ／Ｏ通信ネットワークにとって最良の品質または可能な限り最高度な通信の完全性を実現する、利用可能な無線通信チャネル、無線通信パス、または無線通信リンクの組み合わせを選択・利用することにより、与えられたいかなるハードウェアの配置および環境条件のセットに対してであっても、そのＩ／Ｏ通信ネットワークのロバスト性および／または完全性を最大にすることができる。

フィールドデバイス102〜118は、利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクからの選択に関して複数の判断基準を用いうる。たとえば、より短い通信パスまたは通信リンク（たとえば、より短い距離、より少ない論理ホップ）の方が、より長い通信パスまたは通信リンクよりも通常好ましいので、フィールドデバイス102〜118の各々は、コントローラ120との情報交換を可能にする最も短いリンクまたはリンクの組み合わせを選択することが好ましい。このようにして、フィールドデバイス102〜118により形成されるＩ／Ｏ通信ネットワークの構成または配置は、従来より公知であるＩ／Ｏ通信ネットワークにおいて一般的であるより集中的なＩ／Ｏ通信ネットワークと対照的に、制御戦略に物理的に近い状態に維持されることが可能になる。また、信号強度、信号品質、通信干渉、論理ホップなどの如き他の検討項目も、ロバストな無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを形成するための、利用可能な通信チャネル、通信パス、通信リンクのうちの適切なものの選択のために、フィールドデバイス102〜118により用いられうる。

以上により得られる無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークのロバスト性をさらに向上させるために、フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数は、コントローラ120と通信するための複数のまたは冗長な通信チャネル、通信パス、または通信リンクを用いて選択しうる。たとえば、フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数は、利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクが比較的劣悪な品質であると判定しうるし、またその結果として、二つ以上のチャネル、パス、またはリンクを同時に利用してコントローラ120と通信することを選択しうる。上記のように、これらの二つ以上のチャネル、パス、またはリンクは、異なる通信プロトコルおよび／または媒体を用いて実現されうる。このようにして、フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数および／またはコントローラ120は、連続的に、どの通信チャネル、通信パス、または通信リンクが現時点において最良品質の伝送特性および伝送信号を提供するかを調べ、それらを特定すると、
それらの高品質の信号から制御信号を選択的に抽出することができる。しかしながら、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、さまざまな異なる方法で、複数のまたは冗長な通信チャネル、通信パス、通信リンクを、確立して用いてもよい。たとえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数は、コントローラ120との通信のために、複数の利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクから一つを積極的に選択する。この場合、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数は、コントローラ120との通信のために、一つの通信チャネル、通信パス、または通信リンクを、必要に応じて（すなわち、実行中に）選択してもよい。もちろん、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちの一つが、使用中の通信チャネル、通信パス、または通信リンクの信号品質および／または伝送特性が、他の利用可能なチャネル、パス、またはリンクと比較して低下したと判定した場合、または他の利用可能なチャネル、パス、またはリンクに関連する伝送特性または信号品質の方が比較的に良くなった場合、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちのその一つは、そのチャネル、パス、またはリンクを介するように、その通信の経路指定をしてもよい。

図１に示されているシステム100の一例を詳細に説明する。無線利用可能フィールドデバイス102、104は、複数の異なるチャネル、パス、リンク138〜146を介して、コントローラ120と通信しうる。たとえば、フィールドデバイス102は、通信リンク138を用いて、通信リンク140、142の組み合わせを用いて、および／または通信リンク144、146、142の組み合わせを用いて、無線フィールドデバイスインターフェイス122および無線Ｉ／Ｏインターフェイス128を介したコントローラ120との通信を行いうる。同様に、フィールドデバイス104は、通信リンク146、142の組み合わせ、通信リンク144、140、142の組み合わせ、および／または通信リンク144、138の組み合わせを利用してコントローラ120と通信しうる。上述のように、無線利用可能フィールドデバイス102、104の一方または両方は、コントローラ120と、複数のまたは冗長な通信パスを確立するように構成されうる。その場合、所望ならば、無線利用可能フィールドデバイス102、104の一方または両方は、同時に複数の通信パスを介して、コントローラ120と通信してもよい。これに加えてまたはこれに代えて、無線利用可能フィールドデバイス102、104の一方または両方は、コントローラ120との通信のために、複数の利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクの最良の一つを連続的にまたは周期的に選択してもよい。

図１においてフィールドデバイス102、104に対して示されている様態などのように、単一の無線フィールドデバイスインターフェイスを介してコントローラ120と通信するために複数の通信パスを利用するように構成されていることに加えて、無線利用可能フィールドデバイス102〜118および無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126もまた、複数のまたは冗長な通信パスを利用して相互に通信するように構成されてもよい。図１に示されているように、無線利用可能フィールドデバイス106〜110は、通信リンク148〜154を介して、無線フィールドデバイスインターフェイス124、126と通信するように構成されている。具体的にいえば、無線フィールドデバイス108は、通信リンク150、152を介して、それぞれに対応する無線フィールドデバイスインターフェイス124、126の一方または両方と通信するように構成されているものとして例示されている。さらに一般的にいえば、明瞭さのために図示されていないが、無線利用可能フィールドデバイス102〜110のうちのいずれであっても、直接におよび／またはフィールドデバイス102〜110のうちの他のフィールドデバイスを通じて、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちの一または複数と通信するように構成されうる。したがって、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちのいずれか一つが故障するかまたは劣悪な通信を供するような場合は、その無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちの故障した一つを利用してコントローラ120と現在通信している無線利用可能フィールドデバイスは、直接におよび／またはフィールドデバイス102〜110のうちの他のフィールドデバイスを介して、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちの他の利用可能な一つを利用する通信に経路変更してもよい。

また、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126は、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136のうちの一以上を介してコントローラ120と通信するように構成されうる。たとえば、図１に示されているように、無線フィールドデバイスインターフェイス122は、通信リンク156、158のうちの一方または両方を介したコントローラ120との通信を確立するように構成されうる。したがって、無線フィールドデバイスインターフェイス122が無線Ｉ／Ｏインターフェイス128との通信に困難をきたした場合、無線フィールドデバイスインターフェイス122は、通信リンク158および無線Ｉ／Ｏインターフェイス130を介したコントローラ120との通信を継続または開始することができる。もちろん、必要に応じてまたは所望ならば、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちのいずれかと無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136のうちのいずれかとの間に通信リンクを確立してもよいが、明瞭さのために図１には示されていない。

無線利用可能フィールドデバイスが物理的にコントローラ120の近くに存在する場合、これらの無線利用可能フィールドデバイスのうちの一または複数は、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136のうちの一または複数と直接に通信するように構成されうる。たとえば、図１に示されているように、無線利用可能フィールドデバイス112〜118は、通信リンク160〜168および無線Ｉ／Ｏインターフェイス134〜136を介してコントローラ120と通信するように構成されているものとして例示されている。もちろん、フィールドデバイス112〜118のうちの一または複数は、直接にまたはそれに代えて、フィールドデバイス112〜118のうちの他のフィールドデバイスを利用して、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136のうちの一つ以上と通信するように構成されてもよい。図１に一例として例示されているように、無線利用可能フィールドデバイス114は、無線Ｉ／Ｏインターフェイス134、136と、そのそれぞれに対応するリンク162、164を介して通信するように構成されている。

以下でさらに詳細に記載するように、無線利用可能フィールドデバイス102〜118の各々が最初に構成されると、この無線利用可能フィールドデバイス102〜118の各々は、コントローラ120との通信を確立しうる利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクを特定することから始める。これらのフィールドデバイス102〜118の各々に対する好ましいチャネル、パス、またはリンクは、信号強度、伝送チャネル特性などに基づいて選択されうる。このようにして、最終的には、最高品質かつ最もロバストな通信チャネル、通信パス、または通信リンクの組み合わせが、例示のシステム100のＩ／Ｏ通信ネットワークを形成するために用いられる。

一旦確立されると、Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、システム100に対しての無線利用可能フィールドデバイスの環境条件の変化、移動、交換、および／もしくは追加または通信に影響を与えるその他の変更に対する補正を行うべく、それらに適応して変更されうる。たとえば、無線利用可能フィールドデバイス102が、通信リンク138を利用しているとき、通信に困難を（たとえば、信号品質の低下）きたした場合、フィールドデバイス102は、リンク140、142を介した、および／またはリンク144、146、142の組み合わせを介した通信に自動的に経路変更しうる。また、たとえば、無線利用可能フィールドデバイス108が無線フィールドデバイスインターフェイス124から離れて無線フィールドデバイスインターフェイス126の近くに物理的に移動された場合、この無線利用可能フィールドデバイス108は、通信リンク150の利用を停止し、通信リンク152を選択しうる。他の例では、無線利用可能フィールドデバイス116が最初システム100に設置されておらず、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの初期構成のあとに追加された場合、この無線利用可能フィールドデバイス116は、コントローラ120と通信すべく、無線Ｉ／Ｏインターフェイス136との通信リンク168を自動的に確立しうる。

いずれの場合であっても、コントローラ120は、連続的または周期的に、Ｉ／Ｏ通信ネットワークを監視し、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの現在の物理的な構成に論理的な制御戦略をマッピングする。したがって、コントローラ120により実行される論理的な制御戦略は、無線利用可能フィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、および無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136により形成されるＩ／Ｏ通信ネットワークの物理的な形態に依存せずにまたは分離して動作することができる。換言すれば、多くの従来のシステムとは対照的に、フィールドデバイスの通信パスの変更、移動、追加および／または除去、並びに交換などの如きＩ／Ｏ通信ネットワークに関連する物理的な条件を変更しても、通常、論理的な制御戦略を変更をしなくとも良く、よって、システムオペレータまたは他のユーザがその制御戦略を再構成する必要がない。

たとえば流量、温度、レベル、設定値などの如き制御情報および／または制御パラメータに加えて、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、他のタイプの情報をコントローラ120と交換しうる。たとえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、ステータス情報および／または診断情報をコントローラ120に提供してもよい。具体的にいえば、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、通信信号の品質または強度に関する情報、通信再試行、古いまたは再生されたデータまたは情報の識別に用いられるうるタイムスタンプなどを供しうる。このようなＩ／Ｏ通信ネットワークのステータス情報は、通信問題の回避または削除のためにＩ／Ｏ通信ネットワークを自動的に再構成すべく、コントローラ120および／またはコントローラ120に接続されたなんらかの他のシステム、ワークステーションなどにより用いられうる。

さらに、システム100により、ユーザまたは他のオペレータは、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちの特定のフィールドデバイスがコントローラ120との通信に利用すべき（すなわち、好ましい）または利用しなければならない固定の通信パスならびに／または代替のおよび／もしくは冗長な通信パスを指定できる。さらに、無線利用可能フィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136は、通信ドロップアウト（たとえば、少なくとも所定の期間の通信の停止または劣化）を検出し、このドロップアウトに関連するデータを疑わしデータ、不良データ、不確かなデータなどとしてフラッグを付しうる。

無線利用可能フィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136により用いられる通信は、安全保護通信でありうる。たとえば、無線通信は、その通信に含まれる情報に権限を有していない人がアクセスできないようにするいかなる所望の符号化スキームおよび／または暗号化スキームを利用してもよい。さらに、所望のレベルの安全保護を実現すべく、パスワード保護および他の公知のまたは開発された安全保護技術を必要に応じて採用してもよい。また、通信の完全性の点検を可能にすべく、符号化スキームが、無線利用可能フィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136、および／またはコントローラ120により用いられてもよい。このようなエラー点検の結果は、そのようなエラーを削減または削除すべく、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの再編（たとえば、代替えのまたは冗長な通信パスの利用）に用いられうる。

図２〜図４に関連して以下でさらに詳細に記載するように、無線利用可能フィールドデバイス102〜118のうちの一または複数は、図２に例示されているインターフェイスの如き無線通信インターフェイスが設けられるとともに、たとえば４〜２０ｍＡまたはＨＡＲＴに準拠するインターフェイスを備えている従来のフィールドデバイスでありうる。このようにして、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークは、そのＩ／Ｏネットワーク内のフィールドデバイスの一部または全部のハードワイヤードＩ／Ｏコネクションと共に用いられうる。たとえば、一部の例では、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークの方法および装置は、既存のハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークに後付されることにより、ハードワイヤード通信パスと無線通信パスとを備えるロバストなＩ／Ｏ通信ネットワークを実現している。一部のケース、とくに配線、コネクションなどの完全性やそれらにより搬送される通信信号が劣化したりまたは不安定になってきている旧式のハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークの場合には、そのシステムに本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークが後付けされ、この無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークに対して信頼が得られた時点で、そのハードワイヤード通信パスが撤去または除去される。さらに、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークが、たとえば４〜２０ｍＡおよび／またはＨＡＲＴに準拠するフィールドデバイスと共に用いられる場合、ＨＡＲＴ信号に関連する情報またはパラメータは、それらのデバイスに関連する無線リンクを介してコントローラ120に伝送される。このようにして、所望ならば、コントローラ120は、ＨＡＲＴ信号などにより提供されうるさらなる情報を利用することができる。

以上より明らかなように、無線利用可能フィールドデバイス102〜118は、自動的に、利用可能な通信チャネル、通信パス、または通信リンクを検出し、コントローラ120との最良のまたは最もロバストな通信を提供するチャネル、パス、またはリンクのセットまたは組み合わせを選択することができる。これにより、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126および無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136と共に、無線利用可能フィールドデバイス102〜118を利用することにより、システム100は、自己構成（たとえば、自動的に構成可能）Ｉ／Ｏ通信ネットワークを実現することができ、それにより、公知の無線通信システムの構成の際に通常発生する現場調査、専門家の助力などに関連する費用が著しく削減または排除される。さらに、無線利用可能フィールドデバイス102〜118が、通信の困難性および／または不良を検出し、その通信問題を削減または排除すべく、必要に応じて通信の経路変更を自動的に行うことができるので、図１に例示されているシステム100により形成されるＩ／Ｏ通信ネットワークは、自己修正または自己回復する。したがって、この通信システムは、通信の不良または困難性の削減または排除にユーザまたはシステムオペレータの介入を通常必要とする公知のＩ／Ｏ通信ネットワークによりも優れたロバスト性を有する。さらに、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークの方法および装置を、既存のハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークまたは既存の公知の無線通信ネットワーク（たとえば、従来のポイント・ツー・ポイントタイプの通信ネットワーク）に組み入れることが可能である。このようにして、既存のハードワイヤードシステムおよび／または従来の無線システム、とくに配線が問題視されてきているかまたは劣化してきているシステム内の通信性能を、そのシステムの完全停止を必要としうる完全なシステム解体の費用に悩む必要もなく、著しく向上させることができる。

図２は、フィールドデバイスとの無線通信を可能にすべくフィールドデバイスとともに用いられうる無線インターフェイスデバイス200の一例を示すブロック線図である。図２に示されているように、無線インターフェイスデバイス200は、一または複数のフィールドデバイス204、206からの信号を無線インターフェイスデバイス200に電気的に結合する物理コネクションを備えている。プロセッサ208、メモリ210、無線トランシーバ212、および通信インターフェイス回路214は、すべてバス216を介して、物理コネクション202のうちの一または複数に接続されうる。バス216は、複数の配線、回路トレースなどを用いて実現されうる。無線トランシーバ200は、一または複数の他の無線利用可能フィールドデバイス、無線フィールドデバイスインターフェイス、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス（たとえば、図１に例示されているフィールドデバイス102〜118、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126、および／または無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136）を相手にラジオ通信を送受信するように構成されている。

ここで、図２に例示されている無線インターフェイスデバイス200を詳細に説明する。物理コネクション202は、ネジ端子、差し込み可能コネクション（雌頭部または雄頭部）、圧接コネクション、またはその他の所望のタイプの電気的接続部を備えている。フィールドデバイス204、206は、たとえば、一般に入手可能な４〜２０ｍＡＨＡＲＴプロトコルに準拠したフィールドデバイスであってもよい。その場合、４〜２０ｍＡ信号およびＨＡＲＴ信号は、配線220、222を介して伝送され、これらの配線は、物理コネクション202で終端となる。配線220、222は、多芯ワイヤもしくは多芯ケーブル、ツイストペアケーブル、または電気信号をフィールドデバイス204、206から物理コネクション202まで伝送するいかなる適切なタイプのワイヤであってもよい。

通信インターフェイス回路214は、物理コネクション202およびバス216を介して、フィールドデバイス204、206からの信号を受信し、次いで、プロセッサ208により用いられるようにこれらの信号を調節または処理しうる。具体的にいえば、通信インターフェイス回路214は、レベルシフト回路、過電圧保護回路、過渡応答保護回路、静電放出保護回路、短絡回路保護回路、ノイズフィルタ、アンチエイリアス保護回路、増幅および／またはバッファ回路、減衰回路、アナログ−デジタルコンバータ回路、デジタル−アナログコンバータ回路などが含みうる。既存のハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークを維持することが望ましい場合、通信インターフェイス回路214は、フィールドデバイス204、206により配線220、222上に出力された信号の複製を回線224、226を介して出力しうる。したがって、フィールドデバイス204、206が４〜２０ｍＡ出力を供する場合、通信インターフェイス回路214は、既存のハードワイヤードＩ／Ｏ通信ネットワークによる利用のために、実質的に同一の４〜２０ｍＡ信号を回線224、226上に出力しうる。

通信インターフェイス回路214は、フィールドデバイス204、206から受信したアナログ信号（たとえば、４〜２０ｍＡ信号）を、デジタル情報に変換し、次いで、このデジタル情報は、バス216を介して伝達され、プロセッサ208により処理されうる。これに代えてまたはこれに加えて、通信インターフェイス回路214は、プロセッサ208からのデジタル情報または命令を受信し、その情報または命令を、フィールドデバイス204、206に対して出力される一または複数のアナログ信号（たとえば、４〜２０ｍＡ信号）に変換しうる。さらに、通信インターフェイス回路214は、フィールドデバイス204、206によりアナログ信号とともに供されるデジタル信号を抽出するように構成されうる。たとえば、フィールドデバイス204、206がＨＡＲＴに準拠するデバイスである場合、それらのフィールドデバイス204、206に関連する４〜２０ｍＡ信号のうちのＨＡＲＴに準拠する部分に含まれるデバイス情報は、通信インターフェイス回路214により抽出され、プロセッサ208へ伝送され、次いで、トランシーバ212を介して伝送される。

メモリ210は、たとえばＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＥＥＲＯＭ，フラッシュメモリなどの如き個体メモリであってもよく、たとえばディスクドライブの如き任意の所望のタイプの磁気的または光学的な格納媒体であってもよく、スマートカードの如き着脱可能なメモリデバイスであってもよく、またはその他のタイプのメモリもしくはメモリデバイスの組み合わせであってもよい。いずれの場合であっても、メモリ210は、プロセッサ208により読み取り可能であり、本明細書記載の方法のうちの一または複数をプロセッサ208に実行させうるソフトウェアまたはインストラクションを内部に格納している。

無線トランシーバ212は、プロセッサ208とバス216を介した通信をし、ラジオ信号および任意の所望の通信規格または通信プロトコルを用いて、アンテナ218を介した通信をするように構成されている。好ましいが必ずしもこれに限定されるわけではないが、無線トランシーバ212およびプロセッサ208は、協働して、復数の通信リンクをフィールドデバイス204、206が同時に利用できる無線通信プロトコルを実現する。たとえば、フィールドデバイス204、206によって、そのプロセス制御情報、診断情報などが、一を超える他の無線フィールドデバイスインターフェイス、無線Ｉ／Ｏインターフェイス、および無線利用可能フィールドデバイスなどに対して局所的にブロードキャスティングされることを可能にすべく、パケットをベースにするトランスミッションプロトコルを用いうる。これに加えて、プロセッサ208および無線トランシーバ212は、たとえば、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークの方法およびシステムを実現するために、エンバー社（Ｅｍｂｅｒ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）および／またはアクソンＬＬＣ社（Ａｘｏｎｎ ＬＬＣ）から販売されているシステムおよびソフトウェアを用いてもよい。

プロセッサ208および無線トランシーバ218が協働して本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークのシステムおよび方法を実現する特定の方法に関係なく、無線インターフェイスデバイス200の利用により、フィールドデバイス204、206が、プロセス制御情報、制御パラメータ、診断情報などを、ラジオ信号を用いてコントローラ120に伝送することが可能となる（図１）。無線インターフェイスデバイス200が、それ自体を介して接続するデバイスから物理的に離れているユニットまたはモジュールとして実現される場合、このインターフェイスデバイス200は、ハウジングなど（図示せず）内に配設される集積回路、受動素子、ディスクリート半導体デバイスなどを含む一または複数のプリント回路基盤などを用いて組み立てられうる。その場合、無線インターフェイスデバイス200に関連するハウジングは、フィールドデバイス、装置、壁、またはその他の表面への取り付けを容易にするように構成されている。あるいは、無線インターフェイスデバイス200は、各フィールドデバイス内に組み込まれうる（たとえば、図１に例示されている無線利用可能フィールドデバイス102〜118）。無線インターフェイスデバイス200がフィールドデバイス内に組み込まれる場合、物理コネクション202は全く用いられないかまたは削除されうる。また、無線インターフェイスデバイス200のフィールドデバイス204、206と機能ブロック208〜214との間のコネクションは、回路トレース、ワイヤなどにより形成されてもよい。

無線インターフェイスデバイス200の特定の物理構成に関係なく、無線インターフェイスデバイス200は、接続または関連付けされているフィールドデバイスからその電力を導入しうる。さらに、所望ならば、無線インターフェイスデバイス200は、本質安全デバイスを必要とする環境における利用に適切なように作成されうる。

図３は、無線利用可能フィールドデバイスとの通信に用いられうる無線インターフェイスデバイス300の一例を示すブロック線図である。一般的に、図３の無線インターフェイスデバイス300は、図２に例示された無線インターフェイスデバイス200と補完関係にある。図３に例示されているように、無線インターフェイスデバイス300は、アンテナ304に接続されている無線トランシーバ302と、プロセッサ306と、メモリ308と、通信インターフェイス回路310と、物理コネクション312とを備えており、これらのすべては、バス314を介して通信可能に接続されうる。

無線インターフェイスデバイス300は、たとえばフィールドデバイス102〜110のうちの一または複数（図１）との通信を可能にするために、たとえば無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126のうちの一つ（図１）内で用いられうる。したがって、無線トランシーバ302は、無線トランシーバ218（図２）と通信するように構成されている。また、図３に示されている無線インターフェイスデバイス300は、フィールドデバイス（たとえば、図１の無線利用可能フィールドデバイス112〜118）および／または無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126（図１）との直接通信を可能にするために、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136（図１）内で用いられうる。

プロセッサ306、メモリ308、無線トランシーバ302、および通信インターフェイス回路310のブロックは、図２に示されているプロセッサ208、メモリ210、無線トランシーバ218、および通信インターフェイス回路214のブロックと同等または同一でありうるが、物理コネクション312は、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126（図１）および無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136（図１）の異なるコネクション要件に適応するように構成されうる。たとえば、無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136（図１）とともに用いられる場合、物理コネクション312は、レイルバスと対の関係にあるエッジコネクタでありうる。その一方、無線フィールドデバイスインターフェイス122〜126（図１）とともに用いられる場合、物理コネクション312は、電源接続用のネジ端子などおよび／またはワイヤピッグテイルなどでありうる。

図４は、本明細書記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを実現しうるプロセス制御システムの一例を示すブロック線図である。図４に例示されているように、プロセス制御システム400は、一または複数のワークステーション402、404と、一または複数のコントローラ406、408とを備えており、これらは、すべて、バス410を介して通信可能に接続されている。あるいは、ワークステーション402、404は、それぞれ、内部に格納されるインストラクションを実行するパーソナルコンピュータを用いて実現されてもよい。いずれの場合であっても、ワークステーション402、404は、コンフィギュレーションタスク、エンタープライズ最適化および／または管理タスク、キャンペイン管理タスク、システム診断タスク、通信タスクなどを実行しうる。たとえば、ワークステーション402は、実行されるとシステムオペレータによる一または複数のフィールドデバイス、コントローラなどのステータスの問い合わせや、アラートまたはアラームに関連する一または複数の問題を診断する診断ルーチンの実行などを可能にするソフトウェアまたはルーチンを有しうる。その一方、ワークステーション404は、実行されるとバッチプロセスまたはなんらかの他のプロセス制御スキームを実行すべくシステム400全体の動作の調整や、ネットワーク414および無線通信リンク416を介した無線ユーザデバイス412間の通信の調整などを行うソフトウェアまたはルーチンを有しうる。

バス410は、従来型のハードワイアードバス、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などでありうる。たとえば、バス410は、従来型のイーサネットをベースにしたバスでありうる。図４には示されていないが、所望ならば、ワークステーション402、404の間および／またはコントローラ406、408の間に、追加のまたは冗長な通信バスまたは通信リンクが用いられてもよい。

アラーム情報またはアラート情報の処理、診断ルーチンの実行、バッチ管理ルーチンの実行、メンテナンス管理ルーチンの実行などに加えて、ワークステーション402、404のうちの一方または両方は、制御戦略情報（たとえば、プロセス制御ルーチンまたはその一部）をコントローラ406、408へダウンロードするように構成されうる。これらのコントローラ406、408は、たとえばテキサス州オースティンにあるフィッシャーローズマウントシステムズ社から販売されているＤｅｌｔａＶコントローラの如きいかなる適切なコントローラを用いて実現されてもよい。

コントローラ406、408は、それぞれ対応する無線Ｉ／Ｏインターフェイス418、420に接続されており、これらの無線Ｉ／Ｏインターフェイスは、図１に関連して示されまたは記載された無線Ｉ／Ｏインターフェイス128〜136と同等または同一である。複数の無線利用可能フィールドデバイス422〜430は、チャネル、パス、またはリンク432〜442を介して、無線Ｉ／Ｏインターフェイス418、420を通じて、通信可能に接続されている。

無線利用可能フィールドデバイス422〜430との通信に加えて、コントローラ406、408は、また、一または複数の非スマートフィールドデバイス432、434に接続されうる。これらの非スマートフィールドデバイス432、434は、従来型の４〜２０ｍＡ、０〜１０ＶＤＣの非スマートフィールドデバイスまたはその他のタイプの非スマートフィールドデバイスでありうる。また、コントローラ408は、Ｉ／Ｏデバイス440を介して、複数のスマートフィールドデバイス436、438に通信可能に接続される。スマートフィールドデバイス436、438は、公知のデジタルデータトランスミッションプロトコルを用いてデジタルデータバス442上で通信するＦｉｅｌｄｂｕｓデバイス、ＨＡＲＴデバイス、Ｐｒｏｆｉｂｕｓデバイス、またはその他のタイプのスマートフィールドデバイスでありうる。このようなスマートフィールドデバイスは公知であるので、本明細書において、これ以上詳細には記載しない。

図４に示されているように、ワークステーション402は、データベース444に接続されており、このデータベースはいかなる所望のタイプのメモリを用いて実現されてもよい。たとえば、データベース444は、磁気メモリデバイスと、光学式メモリデバイスと、個体メモリデバイスとのいかなる所望な組み合わせを備えていてもよい。データベース444は、プロセス制御情報、制御パラメータ、コンフィギュレーション情報、診断情報などを格納すべくワークステーション402により用いられうるし、これらの情報の一部または全部は、無線利用可能フィールドデバイス422〜430と関連しうる。

ネットワーク414は、ハードワイヤードネットワーク（たとえば、公衆交換電話網、インターネットなど）と、無線ネットワーク（セルラー式ラジオ通信ネットワーク、衛星通信ネットワークなど）との任意の所望の組み合わせを用いて実現されるワイドエリアネットワークでありうる。具体的にいえば、ネットワーク414の一部または全部が無線通信を用いる場合、通信は、グローバルシステム・フォー・モバイル・コッミュニケーションズ（Ｇｌｏｂａｌ Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｍｏｂｉｌｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）（ＧＳＭ）プロトコルおよび／もしくはセルラー・デジタル・パケット・データ（Ｃｅｌｌｕｌａｒ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐａｃｋｅｔ Ｄａｔａ）（ＣＤＰＤ）プロトコル、ＧＰＲＳプロトコル、ＴＤＭＡベースプロトコル、ならびに／またはＣＤＭＡベースプロトコルに準拠しうる。したがって、無線ユーザデバイス412は、モバイル電話、ページャ、無線利用可能個人情報端末、無線利用可能ラップトップコンピュータなどでありうる。無線ユーザデバイス412は、無線利用可能フィールドデバイス422〜430、非スマートフィールドデバイス432、434、およびスマートフィールドデバイス436、438に関連するアラート情報、診断情報、またはその他のプロセス制御情報などを受信するように構成されうる。さらに、無線ユーザデバイス412は、ワークステーション402、404、コントローラ406、408、および／またはフィールドデバイス422〜438に対して、制御情報、命令情報、情報要求、またはその他の情報を送信するようにも構成されうる。以上のように、サービステクニシャン、現場管理者、またはその他のシステムのユーザもしくはオペレータは、実質的にいかなる遠隔の位置からであっても、制御システム400を運用することができる。

図５，図６，および図７は、本明細書記載の方法および装置を用いて無線フィールドデバイスをコミッショニングしうる方法の一例を示すフローダイアグラムである。図５を説明すると、無線利用可能フィールドデバイス（図４の無線利用可能フィールドデバイス422〜430のうちの一つ）が、プロセス制御システム（たとえば、図４のプロセス制御システム400）に追加され、そのプロセス制御システム内で移動され、および／または交換されるとき、当該無線利用可能フィールドデバイスは、まず、始動される（ブロック502）。始動のあと、無線利用可能フィールドデバイスは、その存在を公表する（ブロック504）。その存在を公表するために、無線利用可能フィールドデバイスは、利用可能なすべての通信チャネル、通信パス、または通信リンクを介して、その存在を表す一または複数のメッセージを周期的にまたは連続的にブロードキャスティングしうる。このブロードキャストメッセージは、フィールドデバイス識別情報（たとえば、タグ）を有しうるし、たとえば一または複数無線Ｉ／Ｏインターフェイス（たとえば、無線Ｉ／Ｏインターフェイス418、420）により受信され、これらの無線Ｉ／Ｏインターフェイスに関連する一または複数コントローラ（たとえば、コントローラ406、408）へ伝送されうる。

この無線利用可能フィールドデバイスは、コミッショニング要求を受信したか否かを判定すべくチェックを行い（ブロック506）、コミッショニング要求が受信されていない場合、当該無線利用可能フィールドデバイスは、その存在を公表し続ける（ブロック504）。それとは逆に、無線利用可能フィールドデバイスがコミッショニング要求を受信した場合（ブロック506）、当該無線利用可能フィールドデバイスはコミッショニングされる。このコミッショニングは、無線利用可能フィールドデバイスにダウンロードされ、その内に格納される制御戦略、制御パラメータなどの格納および／または機能を有効にすることが含まれる。一旦コミッショニングされると、無線利用可能フィールドデバイスは、通信するように構成されているコントローラと（たとえば無線Ｉ／Ｏインターフェイスを介して）通信する（ブロック510）。

図６は、無線利用可能フィールドデバイスの公表に対してコントローラが応答する方法の一例を示している。図６に示されているように、コントローラは、なんらかの新規のデバイスが存在するか否かを判定する（ブロック600）。たとえば、コントローラは、受信しているすべてのメッセージを処理し、これらのメッセージのうちのいずれかが新規のデバイス（たとえば、コミッショニングを要求しているデバイス）の存在を示すか否かを判定する。新規のデバイスが検出されると、コントローラは、その新規のデバイスに関連する情報を、アクセス可能なメモリ（図示せず）に格納されているアクティブデバイスのリスト追加しうる（ブロック602）。次いで、コントローラは、ワークステーション（たとえば、図４のワークステーション402）に関連する共通データベース（たとえば、図４のデータベース444）にそのアクティブリスト情報をアップロードしうる。コミッショニングプロセスを促進または実行すべくアクティブリスト情報が上記のワークステーションにより用いられる方法については、図７に関連して以下で記載する。コントローラが新規のデバイス情報とともに共有データベースをアップロードまたは更新したあと（ブロック604）、このコントローラは、なんらかの新規のデバイスが存在するか否かの検出に戻る（ブロック600）。新規のデバイスがブロック600で検出されない場合、コントローラは、アクティブリストの更新要求が受信されたか否かをチェックする（ブロック606）。アクティブリストの更新要求がブロック606で受信されている場合、コントローラは、共有データベース内のアクティブリストをアップロードまたは更新する（ブロック604）。それとは逆に、そのような要求がブロック606で受信されていない場合、コントローラは、制御をブロック600に戻す。

図７は、ワークステーション（たとえば、ワークステーション402）が、一または複数のコントローラから受信したアクティブリスト情報に基づいて、無線利用可能フィールドデバイスを自動的に感知・構成しうる方法の一例を示している。ワークステーション（たとえば、ワークステーション402）は、そのデータベース（たとえば、データベース444）内に格納されている統合アクティブリスト（すなわち、一または複数のコントローラから受信したアクティブリストを結合したもの）を再検討し、その統合アクティブリストを、コンフィギュレーションデータベースまたはコンフィギュレーション情報（これもまた、たとえば、データベース444内に格納されていてもよい）と比較することにより、新規の無線利用可能フィールドデバイスを自動的に感知しうる（ブロック700）。たとえば、ワークステーションは、タグ情報および／または他のデバイス識別情報を比較しうる。上記のコンフィギュレーションデータベース内の情報は、プロセス制御システム内で用いられるフィールドデバイスのコミッショニング情報を含みうるし、システムデザイナまたは他のシステムユーザにより生成され、その制御システムの作動まえにデータベース内に前もって格納されうる。

いずれの場合であっても、アクティブリスト内に存在するデバイスに関連するとともにコンフィギュレーションデータベース内に格納されるコミッショニング情報は、そのコンフィギュレーションデータベースから検索され（ブロック702）、適切なデバイスに自動的にダウンロードされる（ブロック704）。統合アクティブリスト内のデバイスの内の制御戦略に割り当てられていないデバイス（たとえば、コンフィギュレーションデータベース内にコンフィギュレーション情報が予め格納されていないデバイス）は、システムデザイナまたは他のユーザにより選択・構成されてもよく、そのデザイナまたは他のユーザの命令のもとにコミッショニングされてもよい。

図８は、本明細書記載の方法および装置を用いて無線利用可能フィールドデバイスの交換を促進する一つの方法の例を示すフローダイアグラムである。まず、交換用の無線利用可能フィールドデバイスは、そのメモリにダウンロードまたは格納されるタグ情報および／または他の識別情報を有している（ブロック800）。次いで、この交換用無線利用可能フィールドデバイスは、現場に設置され、故障したまたは故障しつつあるデバイスと交換される。この交換用デバイスが、始動されると、コミッショニング情報を必要とするか否かを判定しうる（ブロック804）。コミッショニング情報は、その情報が交換用のデバイスによりすでにダウンロードされているかまたはローカルに格納されて利用可能になっている場合には、必要とされないこともある。しかしながら、コミッショニング情報が必要とされる場合は、その交換用デバイスはコミッショニングされる（ブロック806）。コミッショニングプロセスは、図５から図７に例示されている方法と同等または同一でありうる。

上記で図８に関連して一般的に記載されたフィールドデバイス交換技術をよりよく理解するために、例示のプロセス制御システム400内における無線利用可能フィールドデバイスの交換のさらに詳細な一例を以下に記載する。たとえば、ワークステーション404のシステムオペレータは、無線利用可能フィールドデバイス422に関連するアラートまたはアラームを受信するとする。そのアラートまたはアラームがフィールドデバイス422の交換が必要であると示している場合、システムオペレータは、ネットワーク414および通信リンク416を介して、無線ユーザデバイス412のうちの一つにそのアラートまたはアラームを送信しうる。このアラートまたはアラームが送信された無線ユーザデバイスは、たとえば、メンテナンス作業員に関連するページャあってもよいしセルラー電話であってもよい。

アラートまたはアラームを受信すると、メンテナンス作業員は、交換用デバイスを取得し、その交換用デバイスにタグ情報を割り当てうる（たとえば、ダウンロードまたは格納しうる）。次いで、メンテナンス作業員は、故障しつつあるまたは故障したデバイスを取り除き、上記の交換用デバイスを設置する。新規の無線利用可能フィールドデバイス422であるこの交換用デバイスは、始動されると、コミッショニング要求を、通信リンク432と、無線Ｉ／Ｏインターフェイス418と、コントローラ406とを通じて、コンフィギュレーションアプリケーションを実行しうるワークステーション402へルーティングする。このワークステーション402は、上記の交換用無線利用可能フィールドデバイス422のタグまたは他の識別子に関連するコミッショニング情報がデータベース444内にすでに格納されているか否かを判定する。交換用デバイス422のコミッショニング情報がデータベース444内に格納されている場合、ワークステーション402のオペレータは、フィールドデバイス422の交換要求がワークステーション422により受理されていることを通知される。オペレータは、その交換をメンテナンス作業員に確認し、ワークステーション402においてその交換要求を受諾しうる。ワークステーション402において交換要求が一旦受諾されると、ワークステーション402は、該当するコミッショニング情報を交換用無線利用可能フィールドデバイス422へダウンロードしうる。

本発明の教示に従って構成される特定の装置が本明細書に記載されているが、本特許に該当する範疇はそれにより限定されない。それどころか、本特許は、文字通りにまたは均等論的に、添付されたクレームの範疇に該当する本発明の教示にかかるすべての装置、方法、および製品を網羅するものである。

無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを備えているプロセス制御システムの一部の一例を示すブロック線図である。 フィールドデバイスとともに用いられてこれらのフィールドデバイスとの無線通信を可能にしうる無線インターフェイスデバイスの一例を示すブロック線図である。 無線利用可能フィールドデバイスとの通信に用いられうる無線インターフェイスデバイスの一例を示すブロック線図である。 本明細書に記載の無線Ｉ／Ｏ通信ネットワークを実現しうるプロセス制御システムの一例を示すブロック線図である。 無線フィールドデバイスをコミッショニングしうる方法の一例を示すフローダイアグラムである。 無線フィールドデバイスをコミッショニングしうる方法の一例を示すフローダイアグラムである。 無線フィールドデバイスをコミッショニングしうる方法の一例を示すフローダイアグラムである。 本明細書に記載の方法および装置を用いてフィールドデバイスの交換を容易にする一つの方法の一例を示すフローダイアグラムである。

符号の説明

100 プロセス制御システム
102〜118 無線フィールドデバイス
120 コントローラ
122〜126 無線フィールドデバイスインターフェイス
128〜136 無線入力／出力（Ｉ／Ｏ）インターフェイス
138〜146 チャネル、パス、リンク
148〜168 通信リンク
200 無線インターフェイスデバイス
204、206 フィールドデバイス
208 プロセッサ
210 メモリ
212 無線トランシーバ
214 通信インターフェイス回路
216 メモリ
218 アンテナ
220、222 配線
224、226 回線
300 無線インターフェイスデバイス
302 無線トランシーバ
304 アンテナ
306 プロセッサ
308 メモリ
310 通信インターフェイス回路
312 物理コネクション
314 バス
400 プロセス制御システム
402、404 ワークステーション
406、408 コントローラ
410 バス
414 ネットワーク
416 無線通信リンク
418、420 無線Ｉ／Ｏインターフェイス
422〜430 無線利用可能フィールドデバイス
432、434 非スマートフィールドデバイス
436、438 スマートフィールドデバイス
440 Ｉ／Ｏデバイス
442 スマートフィールドデバイスデータバス
444 データベース

Claims (12)

1. プロセスプラント環境において、プロセス制御システムにより実施されるプロセス制御戦略の一部を実行する無線利用可能フィールドデバイスを構成する方法であって、
   前記無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別情報を装置が受信する工程と、
   前記装置が前記識別情報をコンフィギュレーションデータベース情報と比較する工程と、
   前記識別情報と前記コンフィギュレーションデータベース情報との比較に基づいて、前記装置がプロセス制御戦略の一部を実行する前記無線利用可能フィールドデバイスに関連するプロセス制御情報、制御パラメータ又はコンフィギュレーション情報を検索する工程と、
   前記装置が、少なくとも一つの無線通信リンクを介して、前記無線利用可能フィールドデバイスに前記プロセス制御情報、制御パラメータ又はコンフィギュレーション情報を送信して、無線利用可能フィールドデバイスが、プロセス制御戦略の一部を実行するように構成する工程と、
   無線利用可能フィールドデバイスに送信された前記プロセス制御情報、制御パラメータ又はコンフィギュレーション情報を用いて、無線利用可能フィールドデバイスを介して、プロセス制御戦略の一部を実行する工程を有している方法。
2. 前記識別情報がデバイスタグ情報を含んでいる、請求項１記載の方法。
3. 前記識別情報を前記コンフィギュレーションデータベース情報と比較する工程が、前記識別情報の少なくとも一部が前記コンフィギュレーションデータベース情報の少なくとも一部と一致しているか否かを判定する工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
4. 前記無線利用可能フィールドデバイスに関連する前記識別情報を受信する工程が、複数の無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別情報を有するリストを受信する工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
5. 前記複数の無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別情報を有する前記リストに基づいて、現在アクティブな無線利用可能フィールドデバイスの統合リストを更新する工程をさらに含んでいる、請求項４記載の方法。
6. 前記無線利用可能フィールドデバイスに関連する前記識別情報を受信する工程が、該無線利用可能フィールドデバイスに通信可能に接続されているコントローラから少なくとも一つのメッセージを受信する工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
7. 前記無線利用可能フィールドデバイスに前記コンフィギュレーション情報を送信する工程が、前記少なくとも一つの無線通信リンクおよび第二の無線通信リンクを介して該コンフィギュレーション情報を送信する工程を含んでいる、請求項１記載の方法。
8. 無線利用可能フィールドデバイスを交換する方法であって、
   第２の無線利用可能フィールドデバイスにアクセス可能なメモリに、前記無線利用可能フィールドデバイスに関連する識別子を格納する工程と、
   前記無線利用可能フィールドデバイスを取り外す工程と、
   前記取り外された無線利用可能フィールドデバイスの代わりに、前記第２の無線利用可能フィールドデバイスを設置する工程と、
   前記無線利用可能フィールドデバイスに関する前記識別子を有し、前記第２の無線利用可能フィールドデバイスに関連するコミッショニング要求を処理する工程と、
   前記無線利用可能フィールドデバイスに関する前記識別子を用いて、プロセス制御情報、制御パラメータ又は前記コンフィギュレーション情報を含むコミッショニング情報をデータベースから検索する工程と、
   少なくとも一つの無線通信リンクを介して、前記第２の無線利用可能フィールドデバイスに前記コミッショニング情報を送信する工程と、
   無線利用可能フィールドデバイスに送信されたコミッショニング要求に含まれる前記プロセス制御情報、制御パラメータ又はコンフィギュレーション情報を用いて、第２の無線利用可能フィールドデバイスを介して、プロセス制御戦略の一部を実行する工程を有している方法。
9. 前記無線利用可能フィールドデバイスに関する前記識別子がデバイスタグ情報を含んでいる、請求項８記載の方法。
10. アラートまたはアラームのうちの少なくとも一つを受信する工程と、該アラートまたはアラームのうちの少なくとも一つに応答して、無線ユーザデバイスにメッセージを送信する工程とをさらに含んでいる、請求項８記載の方法。
11. 前記無線ユーザデバイスは、電話、携帯情報端末、ポータブルコンピュータ、およびページャのうちの少なくとも一つである、請求項１０記載の方法。
12. 前記無線利用可能フィールドデバイスに関連する前記識別子を用いて、前記データベースからの前記コミッショニング情報を検索する工程は、一致する識別子を前記データベースが有するか否かを判定する工程と、該一致する識別子に基づいて、前記コミッショニング情報を検索する工程とを含んでいる、請求項８記載の方法。

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