JP4955704B2 - 着脱可能な局所オペレータインタフェース - Google Patents

Description

本発明は産業プロセスに使用するためのフィールド装置に関し、特にそのようなフィールド装置と相互作用するオペレータのための着脱可能なオペレータインタフェースに関する。

産業フィールド装置（しばしば、産業プロセス送信機とも呼ばれる）は、フィールド装置内に産業プロセスに関連するプロセス変数を感知するように構成された回路を含んでいる。該プロセス変数は、温度、圧力（絶対又はゲージ圧を含む）、流体流量、粘度、ｐＨ、および特定の装置に依存する他の色々なプロセス変数を含むことができる。

そのような送信機は、校正機構を含んでいる。例えば、４−２０ｍＡ送信機では、感知されるパラメータの最小値すなわちゼロ値は、最小出力（例えば４ｍＡの電流）に等しくなるように調整される。同様に、感知パラメータの最大値は、最大出力（例えば２０ｍＡの電流）にセットされることができる。ゼロおよびスパン電位差計（span potentiometer）は、送信機の最小および最大指標を校正するために使用される。

最小および最大パラメータ値は設備毎、装置毎に変化するから、ユーザがその場その場でフィールド装置毎にそのゼロ点とスパン点とを設定して使用できるようにするボタンまたはネジを設けることは、産業フィールド装置の製造に一般的である。フィールド装置に応じて、ボタンまたはネジの位置は、フィールド装置のカバー内のような、フィールド装置の筐体内部であったり、装置の上部又は側部であって装置の外部であったりすることができる。あるいは、ゼロおよびスパンの設定は、フィールド装置に接続されているキーパッドのような、局所オペレータインタフェースを用いて行われることができる。

製薬産業、生化学産業、又は食料及び飲料産業のようなプロセス産業で使用される産業フィールド装置又はプロセス送信機は、製品を製造するのに使用されるプロセスの確認と立証に関する特別な要求を満足することがしばしば求められる。送信機の通常の手順の校正および定期的な校正の要求はこの確認と立証プロセスに含まれる。そのようなシステムへのアクセスは権限を与えられていないアクセスを防止するように制御されるが、一方、各フィールド装置又は送信機にそのような調節手段を提供することは、所望されないおよび／又は権限のない変化が装置設定になされることを可能にする。

そのため、オペレータが簡単且つ単純に調節でき、一方調整することの権限を与えられたオペレータの数を最小にする送信機の設定を調節するための装置が、プロセス制御フィールド装置およびモニタ装置には必要である。本発明の実施例は、これらおよび他の問題に対する解決を提供し、先行技術に勝る効果を提供する。

プロセス装置はプロセス装置の設定を格納するのに適した不揮発性メモリと、着脱可能な装置と通信する通信回路を含む。着脱可能装置は、プロセス装置の設定を修正するのに使用される。ラッチ要素はプロセス装置の設定をラッチするように構成されている。

本発明の実施形態では、産業プロセス変数送信機は、接続されている、ＬＯＩ（局所オペレータインタフェース：Local Operator Interface)モジュールのような着脱可能なインタフェースモジュールをテストできるように構成されている。該送信機内の回路は、着脱可能なインタフェースモジュールが接続されていない場合には、送信機の設定をラッチしてその後の変化又は変動の影響を受けないように構成されている。

図１は、本発明の実施形態が内蔵されている２線のモジュール差圧送信機の分解図である。送信機１００は、電力の供給と、遠隔のモニタおよびコントロールセンター９６への信号の通信とを、同一の２線を使用して行う２線送信機である。送信機１００は、適当なプロセスモニタおよびコントロール装置の単なる一例であり、本発明の使用又は機能に関していかなる限定を付すことを意図するものではない。

前記送信機１００は、特徴モジュール１０２と圧力感知モジュール１０６を含む。該圧力感知モジュール１０６は、産業プロセスのパイプ又は導管に、例えばフランジ１０８およびねじ付きパイプ１１６で取り付けられることができる。

前記特徴モジュール１０２は、圧力感知モジュール１０６と密に接続され、送信機１００のために（以下でより詳細に説明される）電子回路を内蔵するように構成されている。好ましくはハーメチックシールされている電気コネクタ１１２は、図２に示される電気接続２０８を提供する一つの接続部を含んでいる。着脱できる入力インタフェースの一つのタイプは、電気接続２０８に電気的に接続されているボタン１２２を備えた液晶表示（LCD)回路を有する局所オペレータインタフェース（LOI)である。該ＬＯＩ１２０は、特徴モジュール１０２内の接続ボードを経て送信機１００に接続されている。該ＬＯＩ１２０は、送信機１００内の設定を制御するために使用される。

図２は、送信機１００を示す簡単化されたブロック図２００である。着脱可能に接続された着脱可能入力インタフェース２０２は、送信機１００に着脱可能に接続されることを示している。着脱可能入力インタフェース２０２は、送信機１００内の電気回路に接続され、送信機１００のパラメータを設定するのに使用される。図２では、不揮発性メモリ２０４に、設定２０６が格納される形態で示されている。着脱可能入力インタフェース２０２は、電気接続２０８を介して送信機１００に接続されている。送信機１００内のラッチ／ロック回路２１０は、着脱可能入力インタフェース２０２を送信機１００から切り離すことができるように、着脱可能入力インタフェース２０２からのスイッチまたは他の入力の状態をラッチするように構成されている。例えば、着脱可能入力インタフェース２０２の最後の状態スイッチはラッチされることができ、適切な入力が送信機１００内の回路へ提供されるであろう。このラッチは、ハードウェア又はソフトウェアで実施することができる。着脱可能入力インタフェース２０２は“ホットな取り替え可能（hot swappable）”であり、送信機１００内の回路への電力の供給を遮断することなく、選択的に送信機１００に接続されることができる。ラッチ回路２１０は、メモリ２０４のようなメモリ内に蓄積されているソフトウェア命令を実行するように構成されたマイクロプロセッサから構成することができる。

図３は特徴モジュール１０２をより詳細に示す送信機１００の断面図である。図３の構成では、着脱可能入力インタフェース（LOI)２０２は特徴モジュール１０２の端子に接続され、電気接続２０８を介してセンサモジュール１０６内にあるセンサモジュール回路２３０に接続される。図２に示されている、不揮発性メモリ２０４，設定２０６，ラッチ／ロック回路２１０およびテスト回路２１２は、センサモジュール回路２３０内で実施されることができる。センサ１９６は、センサモジュール回路２３０に接続される。センサは、プロセス変数を感知するように構成されている。

図３に示されているように、特徴モジュール１０２は、センサモジュール１０６上にねじ込まれている。接続端子１９８Aと１９８B、２３２，２３４および２３６は、特徴モジュール１０２内に示されている。端子１９８Aと１９８Bは、２線プロセス制御ループ９８に接続するために使用され、抵抗２３８を経てセンサモジュール回路２３０への接続を提供する。端子１９８Bはまたゼロスイッチ２５２に接続される。局所オペレータインタフェース２０２へ接続するための電気接続２０８は、端子１９８B、２３２，２３４および２３６を介して提供される。端子２３２は、ＣＡＮ(Controller Area Network)標準に従ってデータバスのような局所データバス接続を提供することができる。端子２３４および２３６は、送信機１００の設定を調節するために使用される。端子１９８Bは、２線と回路との接続に共通使用されている。

着脱可能入力インタフェース２０２は、スイッチ２５０，ゼロスイッチ２５２，スパンスイッチ２５４およびダイオード２５６を含む。スイッチ２５０は、書き込み保護スイッチ２５１と警報スイッチ２５３を含む。ゼロおよびスパンスイッチ２５２，２５４は、送信機１００のゼロおよびスパン設定を設定するのに使用される。書き込み保護スイッチ２５１は、前記装置をハードウェア書き込み保護状態に置くのに使用されることができる。そのような状態では、送信機１００の設定（図２の２０６）は変更されることはできない。警報スイッチ２５３は、警報状態が送信機１００からの警報高（ハイ）出力の信号とされるか、または警報低（ロウ）出力の信号とされるかどうかを制御する。

動作において、局所オペレータインタフェース２０２は、例えばブラインド係合コネクタを用いて電気接続２０８にプラグインする。この接続は、好ましくは、プロセス制御ループ９８への接続を邪魔することなく行うことができる。ダイオード２５６は、データバス２３２とスイッチライン２３４と２３６の一方との間に接続するように構成されている。センサモジュール回路２３０内のソフトウェアは、ダイオード２５６の存在を感知するように構成されている。例えば、ソフトウェアは、テスト回路２１２を構成するように形成され、ダイオード２５６の存在を検知することにより、局所オペレータインタフェース２０２の存在を確認する。本発明の一つの特徴によれば、センサモジュール回路２３０内のソフトウェアは、電気接続２０８を周期的に検査して、送信機１００の正常な動作の間にダイオード２５６の存在を検出するように構成されている。ダイオード２５６の存在又は不存在をモニタすることによって、ソフトウェアは、ゼロおよびスパンスイッチ２５２および２５４、警報スイッチ２５３および書き込み保護スイッチ２５１のようなスイッチが存在しているかまたは不存在であるかどうかを判断することができる。もし存在するなら、ソフトウェアは、スイッチ２５０，２５１，２５２および２５４の状態を調べることができる。もし、不存在であるなら、ソフトウェアは最後の調整メモリをラッチし、保持することができる。

接点１９８，２３２，２３４および２３６は、局所オペレータインタフェース２０２が特徴モジュール１０２にプラグインする時、２線プロセス制御ループ９８への接続は維持され、送信機回路への電力供給はロスされないように構成されている。この構成に関して、着脱可能入力インタフェース２０２は“ホットな取り替え可能（hot swappable）”であり、送信機１００の動作中に特徴モジュール１０２への接続または特徴モジュール１０２からの切り離しを選択的に行うことができる。さらに、ＬＣＤなどの能動装置は、局所オペレータインタフェース２０２を切り離すことにより、電気接続２０８にプラグインされることができる。

図４は、本発明に従って動作するように構成された、センサモジュール回路２３０内で動作するソフトウェアの簡単化されたブロック図である。ブロック３０２では、ソフトウェア３００は、図３に示されているダイオード２５６を検知することにより、局所オペレータインタフェース２０２の存在をテストする。ブロック３０４で応答が返ってこないと、ラッチ／ロック回路２１０はブロック３０６で電流送信機設定をロックし、制御がブロック３０２へ戻される。（ラッチ／ブロック回路２１０はソフトウェア、ハードウェア、またはそれらの結合で実施できることに注意されたい）

ブロック３０４で応答が返ってくると、制御はブロック３０８へ進められ、ラッチ回路２１０は図２に示されているように装置設定２０６をロックから外す。ブロック３１０では、局所オペレータインタフェース２０２を用いて送信機の設定を任意に変えることができる。他の実施形態では、送信機の設定は、２線プロセス制御ループ９８を介して、例えばモニタ及びコントロールセンター９６または可搬可能な構成のツールから送信される制御設定値を用いて変えられることができる。

送信機１００が自身の初期化ルーチンを実行しているとき、送信機１００中のソフトウェアは、電力供給されたデータバスとＳＷ２ラインに問い合わせ情報を送る。初期化ルーチンの間にダイオードの存在が検知され送信機１００がひとたびランモードに達すると、ソフトウェアは、ゼロ又はスパンボタンが押されたかどうか、又はモードスイッチがその状態を変化したか（オン又はオフ）を検知するために、周期的に、データバスおよびＳＷ２ラインに問い合わせ情報を送る。初期化の間にダイオードの存在が検知されないと、送信機は、前記ＬＯＩが接続されておらず、マニュアルの入力ルーチンを行うことができないと仮定する。しかしながら、送信機中の回路は、ダイオード２５６の存在のための問い合わせを周期的に行い、マニュアルの入力ルーチンを敏感に行うことができる。

一般に、本発明は、送信機回路に選択的に接続し、ホットな取り替えのできる局所オペレータインタフェースを提供するために、送信機回路から電力を引き出す通信バスを使用する。局所オペレータインタフェースは、接続を確立するために、送信機上にスナップ止めやねじ止めされることのできる接続ボードを介して送信機回路に接続される。一般に、前記装置は特徴モジュール１０２内の端子にプラグインする。本発明は、キーおよびロックシステムを提供するモジュールプラグ局所オペレータインタフェース（ＬＯＩ）を提供する。該ＬＯＩ装置は、既知の入力に対して、例えば４−２０ｍＡの送信機出力を設定するために使用されるゼロおよびスパン押しボタンを含んでいる。該ＬＯＩ装置は、また、警報を設定するため、警報パラメータを設定するため、フィールド装置を校正するため、および書き込み保護モードを可能にするために使用されることができる他のスイッチ又はジャンパーを含むことができる。該ＬＯＩ装置は、それが送信機への電力を中断することなく付加又は取り外しできるように、送信機の電力供給端子と分離されている。さらに、該ＬＯＩは、局所ＬＣＤディスプレー又は他のオプション回路と互いに取り替え可能である。該ＬＣＤディスプレーは、ゼロ／スパンボタンとモードスイッチを用いても良いし、用いなくても良い。

このシステムは、送信機への中断なしに動作中に、それが装着されるおよび／または取り外されることができることを意味する、ホットな取り替え能力を含んでいる。これにより、ユーザが、作動中の送信機中にＬＯＩ／ＬＣＤを差し込み、何らかの必要な調節を行い、それからＬＯＩ／ＬＣＤを取り外すことができるようにする。好ましい実施形態では、ＬＯＩ／ＬＣＤの取り外しは、送信機の状態を最後の既知の状態に維持し、その後ソフトウェアが調節できないように送信機の設定をロックする。このように、フィールド装置は設計され、最後の既知の状態にロックされるので、他の機器が該フィールド装置の設定を変更するという心配はない。上記の説明はプロセス変数送信機についてなされたが、本発明は、産業プロセスを制御および／またはモニタするための産業プロセスに使用されるいかなる装置にも適用できる。一つの特定の態様では、プロセス装置は２線プロセス制御ループに接続し、電力の供給を受け、同一の２線プロセス制御ループを介して通信する。

前記ダイオードは、ＬＯＩボードを設計目的の動作を許可する仮想キーとして用いられるようにする。電力が大きくなると、送信機１００上のソフトウェアの進行はその初期化ルーチンを通り抜けて進み、ダイオードの存在を検出すると、ＬＯＩボードを示すことが付加される。ソフトウェアはマニュアルの入力機能を可能にする。該ソフトウェアは、ダイオードがまだ存在するかどうかを調べるために、データバスとＳＷ２ラインに周期的に問い合わせ信号を送る。もしダイオードが存在しなくなると、ソフトウェアは前記入力を無視し、該入力からのいかなる変化をも拒絶する。ソフトウェアは周期的に続行され、ＬＯＩ２０２が再度接続されたかどうかを調べるために該ダイオードの存在が監視される。

ソフトウェアがダイオードの存在を検知しないと、それはデータバスライン上に周期的にヘイルメッセージ（hail message）を送る。ＬＣＤのような周辺データバス装置が該ヘイルメッセージに応答すると、ソフトウェアはデータバスプロトコルを使用する装置と通信する。データバス通信を用いると、送信機のソフトウェアは、付加された特徴モジュールが（局所ゼロおよびスパンボタンとモードスイッチのような）マニュアルの入力を含むかどうかを調べることができる。入力データは前記データバスプロトコルを用いて送信機ソフトウェアに送られる。その後、特徴ボードが機能を停止または物理的に除去されると、前記送信機ソフトウェアはダイオードのチェックを開始し、通信を再確立するためにヘイルメッセージを送る。

本発明は好ましい実施形態を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなしに変形できることを認識するであろう。例えば、データバスプロトコルはＣＡＮプロトコルとしてもよい。

本発明の一実施形態の送信機および特徴モジュールの分解図である。 図１の送信機に接続された着脱可能の局所オペレータインタフェースの簡単化したブロック図である。 部分的な断面の中に取り外しのできるＬＯＩ回路を示す産業プロセス変数送信機の簡単化した図である。 送信機回路がＬＯＩ回路に基づいて送信機の設定を操作するプロセスの簡単化したフロー図である

符号の説明

９８…２線プロセス制御ループ、１００…送信機、１０２…特徴モジュール、１０６…
圧力感知モジュール、１１２…電気コネクタ、１２０…ＬＯＩ、２０８…電気接続、２３０…センサモジュール回路、２５１…書き込み保護スイッチ、２５２…ゼロスイッチ、２５３…警報スイッチ、２５４…スパンスイッチ、２５６…ダイオード。

Claims (16)

1. 産業プロセスをモニタし制御するために使用する着脱可能オペレータインタフェースを備えたプロセス装置において、
   送信機のゼロおよびスパン設定をするのに用いられるスイッチ、およびダイオードを含む着脱可能なオペレータインタフェースに接続された接続端子と、
   前記着脱可能なオペレータインタフェース中の前記ダイオードの存在を周期的に検知することにより該着脱可能なオペレータインタフェースの存在を検出し、出力を提供するように構成されたテスト回路と、
   前記着脱可能オペレータインタフェースに応答して装置の設定を格納するように構成された不揮発性メモリと、
   前記着脱可能オペレータインタフェースが前記プロセス装置から切り離された場合に、前記テスト回路からの前記出力に基づいて前記格納された装置の設定が変更されるのを禁止することにより、前記装置の設定が変更されないように構成されたラッチ要素と、
   前記産業プロセスのプロセス変数を感知するように構成されたセンサとを具備するプロセス装置。
2. 前記プロセス装置が、産業プロセスのプロセス変数をモニタするように構成された産業プロセス送信機を含む請求項１に記載のプロセス装置。
3. さらに、前記着脱可能オペレータインタフェースを前記装置に通信可能に接続するように構成された二方向通信バスを含む請求項１に記載のプロセス装置。
4. 前記二方向通信バスがＣＡＮプロトコルに従っている請求項３に記載のプロセス装置。
5. 前記装置の設定が、プロセスパラメータのための測定値の範囲に相当する出力値の範囲を定義するゼロおよびスパン設定である請求項１に記載のプロセス装置。
6. 前記装置の設定が警報の設定を含む請求項１に記載のプロセス装置。
7. 前記装置の設定が書き込み保護の設定を含む請求項１に記載のプロセス装置。
8. 前記ラッチ要素がソフトウェアで実施される請求項１に記載のプロセス装置。
9. プロセス装置における装置設定を格納する方法であって、
   送信機のゼロおよびスパン設定をするのに用いられるスイッチ、およびダイオードを含む着脱可能なオペレータインタフェースを前記プロセス装置に付加すること、
   前記着脱可能なオペレータインタフェースと前記プロセス装置との間の接続を前記ダイオードの存在により周期的に検知すること、
   前記着脱可能なオペレータインタフェースからのマニュアル入力を読むこと、
   前記着脱可能なオペレータインタフェースが前記検知により検出された場合に、前記マニュアル入力に応答して前記プロセス装置中の装置設定を格納すること、
   および、前記着脱可能なオペレータインタフェースが前記検知により前記プロセス装置から切り離されたと検知された場合に前記装置設定を変更できないように、前記格納された装置設定をラッチし、格納されている装置設定が変化するのを禁止することからなるプロセス装置における装置設定格納方法。
10. 産業プロセスのプロセス変数をモニタすることを含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
11. さらに、適応された着脱可能オペレータインタフェースと二方向通信することを含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
12. 前記二方向通信がＣＡＮプロトコルに従ってなされる請求項１１に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
13. 前記装置設定が、プロセスパラメータの測定値の範囲に相当する出力値の範囲を定義するゼロ及びスパン設定を含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
14. 前記装置設定が警報の設定を含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
15. 前記装置設定が書き込み保護の設定を含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。
16. ソフトウェアでラッチのステップを実現することを含む請求項９に記載のプロセス装置における装置設定格納方法。

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