JP4987984B2 - 手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ - Google Patents

Description

本質安全性（intrinsically safe）の手持ち型フィールドメンテナンスツールが公知である。このようなツールは、プロセス制御・計測工業において、オペレータが所与のプロセス施設中のフィールド装置と都合よく通信したり、それに問い合わせしたりするのに非常に有用である。そのようなプロセス施設の例は、石油、製薬、化学、パルプ及び他の処理施設を含む。このような施設では、プロセス制御・計測ネットワークは、正しく機能している及び／又は校正されていることを保証するために定期的にメンテナンスを要する何十又は何百もの様々なフィールド装置を含むことがある。そのうえ、プロセス制御・計測施設において一つ以上のエラーが検出された場合、本質安全性の手持ち型フィールドメンテナンスツールの使用は、技術者がそのようなエラーを現場で速やかに診断することを可能にする。

一つのそのような装置が、商品名モデル375 Field Communicatorとして市販され、米テキサス州AustinのFisher-Roesmount Systems社から入手することができる。モデル375は、少なくとも二つの異なるプロセス通信プロトコルのフィールド装置との通信をサポートする本質安全性の手持ち型フィールドメンテナンスツールである。特に、モデル375は、多くの売り手からのHART（登録商標）及びFOUNDATION（商標）フィールドバス装置をサポートするように設計されている。そのうえ、モデル375は、Foundation（商標）フィールドバスセグメントの効果的な始動及びトラブルシューティングのための診断を実行するために使用することができる。モデル375は、技術者が、ネットワークＤＣ電圧及び平均ノイズを診断することによって高品質セグメントを生成することを可能にする。そのうえ、セグメント上の低周波数ノイズをモニタリングすることによって電源問題を検出することができ、通信信号レベルを観測することによって正しくない端末や欠陥装置を診断することができる。

欠陥装置が適切な通信信号レベルで通信しているが、通信そのものがエラーである状況では、従来技術の手持ち型フィールドメンテナンスツールの診断は十分ではないかもしれない。そのような場合、技術者が通信エラーを診断することを可能にするために、比較的大きく、潜在的に非本質安全性の装置、たとえば適切なハードウェア改変を加えたコンピュータを使用してプロセスループ上の通信を本質的に捕捉する。通常、そのようなコンピュータ又は制御システムは、フィールド装置から離れた制御室中に位置している。したがって、通信エラーに対処するためにフィールド中のフィールド装置に変更を加える場合、技術者は、制御室に戻ったのち、制御システム中のバスモニタ機能を呼び出す又は他の方法で起動して影響を受けたフィールド装置の通信を観測しなければならない。

手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタが提供される。手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタは、少なくとも一つのプロセス通信ループに結合可能であり、捕捉期間中にプロセス通信ループ上で観測される選択された量のデジタル通信を捕捉し、記憶するように構成されている。場合によっては、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタは、少なくとも二つの異なるプロセス通信プロトコル、たとえばHART（登録商標）及びFOUNDATION（商標）のプロセス通信ループに結合し、それらと対話するように構成されていることができる。また、捕捉され、記憶された通信データを解析する方法が提供される。

本発明の実施態様が特に有用であるマルチドロッププロセス通信システム環境の図である。 本質安全性の手持ち型フィールドバスモニタをフィールド装置に接続することができる方法を示す図である。 同じく本質安全性の手持ち型フィールドバスモニタをフィールド装置に接続することができる方法を示す図である。 手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタの図である。 本発明の実施態様にしたがって手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタを使用してプロセス通信ループをモニタリングする方法の流れ図である。 本発明の実施態様にしたがって、捕捉された通信に関するデータを解析及び／又は提供する方法の流れ図である。

図１は、本発明の実施態様が特に有用である例示的なシステムを示す。システム１０は、制御装置１２、入出力・制御サブシステム１４、本質安全（ＩＳ）バリヤ１６、プロセス通信ループ１８及びフィールド装置２０を含む。制御装置１２は、イーサネットシグナリングプロトコル又は他の適切なプロトコルにしたがって作動する、ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）のような任意の適切なリンクであることができるリンク２１を介して入出力・制御サブシステム１４に結合されている。入出力・制御サブシステム１４は本質安全バリヤ１６に結合され、このバリヤ１６は他方でプロセス通信ループ１８に結合されて、ループ１８と入出力・制御サブシステム１４との間のデータ通信を、そこを通過するエネルギーを制限するような方法で可能にする。

この例示では、プロセス通信又はプロセス制御ループ１８は、FOUNDATION（商標）フィールドバスプロセス通信ループであり、マルチドロップ構造で結合、配設された状態で示されているフィールド装置２０に結合されている。代替のプロセス通信ループ（図示せず）はHART（登録商標）プロセス通信ループである。図１は、星形トポロジーのような他のトポロジーに比較してシステム配線を大幅に簡略化するマルチドロップ配線構造を示す。マルチドロップHART（登録商標）構造は最大１５台の装置をサポートするが、マルチドロップFOUNDATION（商標）フィールドバス構造は最大３２台の装置をサポートする。

本質安全性の手持ち型フィールドメンテナンスツール２２が、図１に示すようにループ１８に結合されている。図示するようにプロセス制御ループに結合されている場合、装置２２は、多数の通信及び診断機能を実行することができる。図２Ａは、端子２４を介してHART（登録商標）互換装置２０に結合された装置２２を示す。あるいはまた、装置２２は、図２Ｂに示すように、プロセス計測通信ループ上のHART（登録商標）互換装置、たとえば装置２４と、そのループそのものを介して通信することができる。

図３は、手持ち型フィールドメンテナンス装置２２の図である。装置２２は、本発明の実施態様にしたがって、ハードウェア、ソフトウェア又はそれらの組み合わせを介してバスモニタとして機能するように適合されることができる。図示するように、装置２２は、好ましくは、少なくとも二つのプロセス工業規格プロトコルにしたがって装置２２をプロセス通信ループ及び／又は装置に結合することを容易にする３個の通信端子２６、２８及び３０を含む。たとえば、装置２２が第一のプロセス工業規格プロトコルのループに結合される場合、そのような結合は、端子２６及び共通端子２８を使用して実施される。したがって、その場合、接続は、第一の工業規格プロトコルにしたがってプロセス通信ループと対話するように構成されているメディアアクセスユニット３２を介して形成される。さらには、装置２２が、第二の工業規格プロトコルにしたがって作動するプロセス・制御計測ループに結合される場合、そのような接続は、共通端子２８及び端子３０を介して形成される。したがって、そのような接続は、第二の工業規格プロトコルにしたがってプロセス通信ループと対話するように構成されている第二のメディアアクセスユニット３４を介して実施される。両方のメディアアクセスユニット３２及び３４は、メディアアクセスユニットの一方からデータを受け、そのデータを相応に解釈するプロセッサ３６に結合されている。

また、プロセッサ３６は、キーパッドモジュール３８及びディスプレイモジュール４０に結合されている。キーパッドモジュール３８は、ユーザから様々なキーパッド入力を受けるために装置２２のハウジング上のキーパッドに結合されている。ディスプレイモジュール４０は、データ及び／又はユーザインタフェースを提供するためにディスプレイに結合されている。

装置２２は、好ましくは、赤外線データアクセスポート４２、リムーバブルメモリモジュール４４及び拡張メモリモジュール４８を含む。赤外線データアクセスポート４２はプロセッサ３６に結合されて、装置２２が赤外線ワイヤレス通信を使用して別個の装置との間で情報を行き来させることを可能にする。ポート４２の一つの有利な使用は、バスモニタとして使用される場合、装置２２によって捕捉されたデータを転送することであり、この使用を以下さらに詳細に説明する。ポート４２のもう一つの有利な使用は、ツール２２の一つ以上のメモリに記憶された装置記述を転送及び／又は更新するための使用である。装置記述（Device Description ＤＤ）は、フィールド装置中のパラメータをコンピュータ読み取り可能なフォーマットで記述するために使用されるソフトウェア技術である。これは、プロセッサ３６上で実行されるソフトウェアアプリケーションがパラメータデータを検索し、使用するために必要な情報のすべてを含む。コンピュータ１２のような別個の装置は、フロッピーディスク、ＣＤ ＲＯＭ又はインタネットから新たな装置記述を得ることもできるし、新たな装置記述をツール２２にワイヤレス転送することもできる。

一つの実施態様では、リムーバブルメモリモジュール４４は、ポート／インタフェース４６を介してプロセッサ３６に取り外し可能に結合されている。リムーバブルメモリモジュール４４は、捕捉されたデジタル通信を含む適切なデータ及び／又はプロセッサ３６上で主アプリケーションの代わりに実行されることができるソフトウェアアプリケーションを記憶するように適合されている。たとえば、モジュール４４は、HART（登録商標）又はFOUNDATION（商標）フィールドバス通信ポートを使用して所与のプロセス弁のための包括的診断を提供するアプリケーションを含むことができる。さらには、モジュール４４は、特定の装置の校正又は構造を支援するソフトウェアアプリケーションを記憶することができる。モジュール４４はまた、更新されたアプリケーションの実行を可能にするために装置３６の不揮発性メモリに後で転送することができる、新規又は更新された主装置アプリケーションのためのソフトウェアイメージを記憶することができる。なおさらには、モジュール４４は、多数の装置の構成のためのリムーバブルメモリ記憶を提供して、フィールドメンテナンスオペレータが、比較的実質的な量の装置データを取得し、モジュール４４を取り外すだけでそのようなデータを簡便に記憶又は転送することを可能にする。

好ましくは、モジュール４４は、プロセスプラント内の危険区域で交換可能であるように適合されている。したがって、モジュール４４は、１９８８年１０月にFactory Mutual Researchによって公布されたAPPROVAL STANDARD INTRINSICALLY SAFE APPARATUS AND ASSOCIATED APPARATUS FOR USE IN CLASS I, II AND III, DIVISION 1 HAZARDOUS (CLASSIFIED) LOCATION, CLASS NUMBER 3610で定められた本質安全要件に適合することが好ましい。また、さらなる工業規格、たとえばカナダ規格協会（ＣＳＡ）及びヨーロッパＣＥＮＥＬＥＣ規格に適合するための改変が考えられる。適合しやすくするためのメモリモジュール４４及び／又はインタフェース４６の特定の構造的改変の例は、モジュール４４内に貯蔵されたエネルギーが発火源となることがないよう、メモリモジュール４４の作動電圧レベルを十分に低くするようなエネルギー制限回路を含む。さらには、モジュール４４は、モジュール４４上の特定の端子がショートした場合でも、発火が阻止されるよう、放出エネルギーが十分に低くなることを保証するための電流制限回路を含むことができる。最後に、インタフェース４６は、メモリモジュール４４上の電気接点の外部環境への露出を防ぐと同時に正しいインタフェース接点がモジュール４４と電気的に接触することを可能にするよう特別に設計されている物理的特徴を含むことができる。たとえば、モジュール４４は、モジュール４４をインタフェース４６に結合することによって刺し通し又は他の方法で取り外すことができるオーバモデリングを含むこともできる。

装置２２はまた、好ましくは、装置２２の主ボードに配置されたコネクタ５０を介してプロセッサ３６に結合された拡張メモリモジュール４８を含む。モジュール４８は、装置２２によって実行されると、装置２２を本発明の実施態様の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタとして機能させるソフトウェアアプリケーションを含むことができる。拡張メモリモジュール４８はまた、第一及び第二の工業規格プロトコルの装置記述を含むことができる。モジュール４８はまた、多数のプロトコルに関する装置２２の機能性を決定するライセンスコードを含むことができる。たとえば、モジュール４８内に常駐するデータは、ツール装置が一つのプロセス工業規格モード、たとえばHART（登録商標）プロトコルの中だけで作動する許可を与えられていることを示すこともできる。最終的には、モジュール４８内のそのデータの異なる設定が、装置２２が二つ以上の工業規格プロトコルにしたがって作動する許可を与えられていることを示すこともできる。モジュール４８は、好ましくは、主ボード上のコネクタ５０に挿入され、実際には、装置２２の部分的解体、たとえばポート５０にアクセスするためのバッテリパックの取り外しを要するかもしれない。

図４は、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタを使用してプロセス通信ループ上でデータを捕捉し、提供する方法１００の流れ図である。方法１００はブロック１０２で始まり、ここで技術者又はオペレータが手持ち型フィールドバスモニタをプロセス通信ループに物理的に結合する。このような結合は、図２Ａ及び２Ｂを参照して先に説明したいずれかの方法で実施することができる。ひとたび手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタがそのように結合されたならば、ブロック１０４が実行される。ブロック１０４は、技術者がボタンを押す又は何らかの他の適切なオペレータ入力を生成するかして捕捉期間を手作業で始動することに応答して実行されることができる。そのうえ、技術者はまた、捕捉期間開始のためのトリガとして、プロセス通信条件、たとえば特定のフィールド装置から生じる通信を設定することができる。ひとたびブロック１０４で捕捉が開始されると、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタは、手持ち型フィールドバスモニタが接続されているプロセス制御ループ上で生じるすべてのデジタル通信を記憶する。すべてのデジタル通信のコピーのこの記憶はブロック１０６で生じ、ブロック１０８で示すように適切な捕捉期間終了条件が検出されるまで継続する。終了条件は、別の適切なオペレータ入力、たとえばオペレータが終了又は停止ボタンを押す入力の受信であってもよいし、別のプロセス通信条件の発生であってもよい。ブロック１１０で、記憶された通信データが手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタによって提供される。そのようなデータを提供する方法は実質的に異なることができ、図５を参照してさらに詳細に説明する。

図５は、図４のブロック１１０のより詳細な図である。ブロック１１０は、一般に、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタによる記憶されたプロセス通信データの提供を示す。図５に示すように、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタは、ブロック１１２で示すように、記憶されたデータを処理することができる。記憶されたデータの処理は、所望により、適切なデータ変換又はグルーピングを含むことができる。たとえば、通信データは、ブロック１１４で示すように、それが観測されたところのフィールドバスフレームにしたがってグルーピングすることができる。さらには、通信データは、ブロック１１６で示すように、それが送られた先のフィールドバス装置又はそれが生じたところのフィールドバス装置にしたがってグルーピングすることもできる。なおさらには、通信データは、ブロック１１８で示すように、時間にしたがってグルーピングする又は時系列的に配列することができる。なおさらには、プロセス通信データは、ブロック１２０で示すように、二つ以上のフィールド装置の間の対話がいっしょにリンクされるよう、通信スレッドにしたがってグルーピングすることもできる。ひとたび記憶された通信データがブロック１１２に関して述べたように処理されたならば、ブロック１２２で示すように、処理されたデータを出力することができる。処理された通信データの出力もまた、有意に異なることができる。たとえば、出力は、ブロック１２４で示すように、単に、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ上のディスプレイを介してオペレータに提供することもできる。しかし、処理されたデータはまた、ブロック１２６で示すように、第三の装置、たとえば制御装置に送信又は他の方法で通信することもできる。そのような通信は適切な方法で実施することができ、たとえば、ブロック１２８で示すようにプロセス通信ループを介して送信することもできるし、ワイヤレス通信法、たとえば無線周波数通信、赤外線通信、ＧＰＲＳ通信、ＧＳＭ通信、Wi-Fi通信及び／又はBluetooth通信を介して送信することもできる。

好ましい実施態様を参照しながら本発明を説明したが、当業者は、本発明の本質及び範囲を逸することなく、形態及び詳細における変更を加えることができることを理解するであろう。

Claims (15)

1. プロセス通信ループに結合可能な複数の端子、
   複数の端子に結合され、プロセス通信ループ上の信号とデジタルデータとの間の変換を行うように構成された少なくとも一つのメディアアクセスユニット、
   少なくとも一つのメディアアクセスユニットに結合され、プロセス通信ループ上の信号に基づいて少なくとも一つのメディアアクセスユニットからデジタル情報を受けるように構成された制御装置、
   ユーザが捕捉期間を決定するためのユーザインタフェース、
   決定された捕捉期間中に受信されるすべてのデジタル情報を記憶するための、制御装置に結合されたメモリ
   を含む手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
2. 記憶されたデジタル情報をディスプレイを介して提供するように構成されたディスプレイモジュールをさらに含む、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
3. 制御装置に動作可能に結合され、記憶されたデジタル情報を提供するように構成されたワイヤレスデータアクセスポートをさらに含む、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
4. 少なくとも一つのメディアアクセスユニットが複数のメディアアクセスユニットを含み、各メディアアクセスユニットが、異なるプロセス通信規格プロトコルにしたがって通信するように構成されている、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
5. 複数のメディアアクセスユニットの一つが、HART（Highway Addressable Remote Transducer）プロトコルにしたがって通信するように構成されている、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
6. 複数のメディアアクセスユニットの別の一つが、FOUNDATIONフィールドバスプロトコルにしたがって通信するように構成されている、請求項５記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
7. 複数のメディアアクセスユニットの別の一つが、FOUNDATIONフィールドバスプロトコルにしたがって通信するように構成されている、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
8. 中に埋め込まれたソフトウェアを有するメモリモジュールをさらに含み、ソフトウェアが、制御装置によって実行されると、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタをしてバスモニタリング機能を提供させる、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
9. メモリモジュールが、手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタの主ボードに結合された拡張メモリモジュールである、請求項８記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
10. メモリがリムーバブルメモリモジュールを含む、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
11. ユーザインタフェースが、捕捉期間を開始するための少なくとも一つのボタンを含む、請求項１記載の手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ。
12. プロセス通信ループ上のデジタル情報を捕捉する方法であって、
    手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタをループに結合すること、
    捕捉開始条件を満たすこと、
    捕捉終了条件が生じるまでループ上で観測されるすべてのデジタル情報を手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ中に捕捉し、記憶すること、及び
    記憶されたデジタル情報を提供すること
    を含む方法。
13. 記憶されたデジタル情報を提供することが、記憶されたデジタル情報を手持ち型フィールドメンテナンスバスモニタ上に表示することを含む、請求項１２記載の方法。
14. 記憶されたデジタル情報を提供することが、記憶されたデジタル情報をワイヤレスデータアクセスポートを介して送信することを含む、請求項１２記載の方法。
15. 記憶されたデジタル情報を提供することが、記憶されたデジタル情報をプロセス通信ループを介して送信することを含む、請求項１２記載の方法。

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