JP5268074B2 - モード選択可能フィールドトランスミッタ - Google Patents

Description

本発明は、プロセス制御に用いられるフィールドトランスミッタ（ｆｉｅｌｄ ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ）に関する。具体的には、本発明は、選択可能な動作モードを有するフィールドトランスミッタに関する。

化学、石油、ガスなどの加工工場及び製薬工場は、種々のプロセス変数の慎重な制御及び監視を必要とする。プロセス変数の例は、圧力、温度、流量、導電性、及びｐＨを含む。加工工場全体にわたり配置されるプロセス変数を監視するために、フィールドトランスミッタとして知られるデバイスが開発された。フィールドトランスミッタは、検出要素を用いて測定されたプロセス変数に応答し、この変数を、測定されたプロセス変数の関数である標準化された伝送信号（例えば、電気信号又は光信号）に変換するトランスデューサを含む。
用途に応じて、加工工場全体にわたるプロセス変数を監視するために、多数のトランスミッタが必要になることがある。さらに、用途に応じて、各々のトランスミッタに要求される用途又は機能は異なることがある。種々の用途及び機能の各々に対処するために、製造業者は、典型的には、各々が異なる機能及び性能を提供する種々の固有のトランスミッタを提供する。

選択可能モードのフィールドトランスミッタは、機能、性能、及び電力消費量の異なる組み合わせを有する複数の動作モードの１つで動作するように構成可能である。選択可能モード・フィールドトランスミッタは、ハウジングと、ハウジング内に配置されたセンサと、センサにより与えられるデータを、ハウジングの外部にあるレシーバに伝送するトランスミッタ回路とを含む。トランスミッタ回路は、ハウジングの外部にある源から受信したモード選択データに応答して、トランスミッタ回路を複数の動作モードの１つに電気的に構成するコントローラを含む。

検出したプロセスデータを制御室に与えるように接続されたモード選択可能トランスミッタの斜視図である。 モード選択可能トランスミッタの単純化されたブロック図である。 検出したプロセスデータを制御室に与えるようにフィーチャ・ボードに接続された一対のモード選択可能トランスミッタの斜視図である。

本開示は、種々の選択可能な動作モードを提供するモード選択可能トランスミッタについて述べる。各々のモードは、モード選択可能トランスミッタ内で異なる電力の割り当て又は機能の割り当てを提供する。例えば、モード選択可能トランスミッタは、良好な全体的性能を提供するように電力を割り当てるユニバーサル・モードを有することができる。モード選択可能トランスミッタはさらに、測定されたプロセス変数の更新がユニバーサル・モードよりも高速で与えられる（トランスミッタの何らかの他の機能を犠牲にして）高速応答モードを有することもできる。モード選択可能トランスミッタの利点の１つは、単一のトランスミッタを用いて、種々の固有の用途に対処できることである。

図１は、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０と、プロセス・パイプ１２と、制御室１４とを含むプロセス測定システムの図である。モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、パイプ１２内に含まれる流体又はガスのプロセス変数（例えば温度、流量又は圧力）を監視するように連結される。本実施形態においては、監視されたプロセス変数は、撚り線対（ｔｗｉｓｔｅｄ ｗｉｒｅ ｐａｉｒ）１６を介して制御室１４に通信され、制御室１４は、撚り線対１６を介して電力をモード選択可能フィールドトランスミッタ１０に与える。

他の実施形態においては、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、同じく電力を制御室１４からモード選択可能フィールドトランスミッタ１０に与えるデジタル・マルチドロップ・ネットワークを介して制御室１４に接続される。デジタル・マルチドロップ・ネットワークに用いられるデジタル通信標準の例は、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ及びＰｒｏｆｉｂｕｓである。さらに別の実施形態においては、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、無線により制御室１４と通信する。本実施形態においては、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、バッテリ・システムにより電力供給され得る。この説明の目的のために、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０が撚り線対１６を介して制御室１４に接続される共通の実施形態に関して説明されるが、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、種々の構成において採用することができる。

本実施形態において、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、アナログ又はデジタルの通信手段を用いて、監視されたプロセス変数を制御室１４に通信することができる。モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、監視されたプロセス変数の値を反映するようにループ電流の大きさ（典型的には、４ｍＡ〜２０ｍＡ）を制御することにより、アナログデータを制御室１４に通信する。検出されたプロセス変数を制御室１４に通信するために確保されるループ電流の４ｍＡ〜２０ｍＡの範囲は、すべてのトランスミッタの動作が、４ｍＡ未満の電流で機能しなければならないことを意味する。モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０の性能を特定の用途に調整するために、制限された電流（制限された電力）を割り当てるための手段を提供する。

図２は、モータ選択可能トランスミッタ１０内のコンポーネントを示す１つの実施形態の単純化されたブロック図である。コンポーネントは、センサ２０と、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器２２と、Ａ／Ｄバイアス回路２４と、コントローラ２６と、クロック２８と、信号プロセッサ３０と、ローカル・オペレータ・インターフェース（ＬＯＩ）３２と、デジタル通信回路３４と、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３６と、メモリデバイス３８と、電流測定回路３９とを含む。コントローラ２６は、制御信号を接続されたコンポーネントに与えて、コンポーネントの動作を改変又は変更する。接続されたコンポーネントの各々の動作を選択的に制御することにより、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０を多数の異なるモードで動作するように制御することができる。

センサ２０は、プロセス変数を監視し、監視されたプロセス変数を表わす電気信号を与えるように接続されたトランスデューサである。センサ２０は、電気信号をＡ／Ｄ変換器２２に与え、Ａ／Ｄ変換器２２は、センサ２０により与えられるアナログ信号を、コントローラ２６に通信することができるデジタル信号に変換する。Ａ／Ｄバイアス回路２４は、Ａ／Ｄ変換器２２に与えられる電力を調節する。コントローラ２６は、測定されたプロセス変数を表わすデジタル信号を信号プロセッサ３０に与え、信号プロセッサ３０は、一連の数学的演算をデジタル信号に対して行う。例えば、信号プロセッサ３０は、信号補償アルゴリズムを実行して、検知されたプロセッサ変数を変更し、温度変化又は他の要因によりもたらされるセンサ２０の変動に対処することができる。

信号プロセッサ３０は、処理された信号をコントローラ２６に与え、コントローラ２６は、アナログ又はデジタル手段を用いて、処理された信号を制御室１４に通信する。アナログ通信の場合は、測定されたプロセス変数は（信号プロセッサ３０による処理後）、コントローラ２６により、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３６に与えられ、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３６は、測定されたプロセス変数に基づいて、ループ電流を４ｍＡから２０ｍＡまでの間で変調する。デジタル通信の場合は、コントローラ２６は、処理された信号（又は診断データといった他のデータ）をデジタル通信回路３４に与え、デジタル通信回路３４は、データを制御室１４に通信する。デジタル通信回路３４はさらに、要求及び命令といったデジタル通信を制御室１４から受信することもできる。

さらに、コントローラ２６は、データ（例えば、測定されたプロセス変数）をＬＯＩ３２に与えることができる。一実施形態においては、ＬＯＩ３２は、測定されたプロセス変数を局所的に表示する単純な表示ユニット（例えば、ＬＣＤ出力）を含むことができる。他の実施形態においては、ＬＯＩ３２は、より複雑な機能を含むことができる。例えば、ＬＯＩ３２は、表示ユニットと、ユーザが要求及び命令を局所的にモード選択可能フィールドトランスミッタ１０に与えることを可能にするユーザ・インターフェースとを含むことができる。

モード選択可能フィールドトランスミッタ１０により与えられる動作モードは、Ａ／Ｄ変換器２２、Ａ／Ｄバイアス２４、クロック２８、信号プロセッサ３０及びＬＯＩ３２といった、トランスミッタ内のコンポーネントの動作を制御又は変更することにより選択される。図２に示す実施形態においては、コントローラ２６は、望ましい動作モードを実施するために、モード選択命令を接続されたコンポーネントに与える。コンポーネントの制御は、２つ又はそれ以上のハードウェア構成間で選択すること、又は、コンポーネントにより実行されるソフトウェアを制御又は変更することを含むことができる。すなわち、モードの選択は、ハードウェア構成又はソフトウェア構成により実施することができる。

一般に、より高い性能と電力との間のトレードオフは、他のコンポーネントを犠牲にして、幾つかの要素がより高い性能のモードで稼動されることを可能にする。特定の動作モードを選択することにより、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、特定の用途のニーズを満たすように構成することができる。

図２に示すように、コントローラ２６は、モード選択命令をＡ／Ｄ変換器２２に与える。Ａ／Ｄ変換器２２に与えられたモード選択命令は、Ａ／Ｄ変換器２２と関連した更新速度を構成する。更新速度は、Ａ／Ｄ変換器２２が、測定されたプロセス変数を表わす電気信号をコントローラ２６に与える速度として定義される。

Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度に影響を与える幾つかの方法がある。一実施形態においては、より高速の更新速度は、Ａ／Ｄ変換器２２が動作する内部速度を増加させることにより実現される。内部更新速度は、Ａ／Ｄ変換器２２に対するハードウェア又はソフトウェアの変更を用いて、コントローラ２６により制御することができる。さらに、コントローラ２６は、クロック２８により生成されたクロック周波数を選択的に増減することにより、Ａ／Ｄ変換器２２の内部更新速度を構成することができる。Ａ／Ｄ変換器２２と関連した内部更新速度を増加させることは、一般に、Ａ／Ｄ変換器２２により与えられるデータの精度を保持するために、電力消費量の増加を必要とする。Ａ／Ｄ変換器の電力消費量を増加させることは、Ａ／Ｄバイアス回路２４に関して以下に述べられる。

別の実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器２２の内部更新速度を増加させることなく、Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度を増加させることができる。本実施形態においては、Ａ／Ｄ変換器２２は、より少ない内部データを用いて更新を与えるように構成される。最終的に、同じ又は同様な電力消費量の要件において更新速度が増加されるが、Ａ／Ｄ変換器２２により与えられるデータの全体的な精度はより低いものになる。したがって、コントローラ２６は、種々の方法でＡ／Ｄ変換器２２と関連した更新速度を構成することができる。

Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度を制御することに加えて、コントローラ２６はさらに、Ａ／Ｄ変換器２２が、モード選択可能トランスミッタ１０の起動後に第１の更新を与えるのにかかる時間を構成することもできる。Ａ／Ｄ変換器２２は、増加された内部速度で動作するように、又は、更新を形成するのに用いられるデータを減少させることにより（上述のように）、コントローラ２６によって構成することができる。第１の更新が与えられた後に、Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度は、通常の更新速度に戻ることができる。

Ａ／Ｄ変換器２２と関連した更新速度を改変するために、Ａ／Ｄ変換器２２に与えられたモード選択命令と併せて、コントローラ２６はさらに、モード選択命令をＡ／Ｄバイアス回路２４に与えて、Ａ／Ｄ変換器２２が電源（図示せず）から引き出される電力量を調節することができる。例えば、Ａ／Ｄ変換器２２の精度を保持しながら、Ａ／Ｄ変換器２２の内部速度が増加された場合には、Ａ／Ｄ変換器２２は、典型的には、付加的な電力消費量を必要とする。このシナリオにおいては、コントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２２が電源から引き出される電力量を増加させるようにＡ／Ｄバイアス回路２４を構成する。Ａ／Ｄ変換器２２が、消費される電力が少ない、より低速の更新速度で動作するように構成されている場合には、Ａ／Ｄバイアス回路２４は、Ａ／Ｄ変換器２２が電源から引き出される電力量を減少させるように構成される。

コントローラ２６は、モード選択命令をクロック２８に与えて、クロック２８の周波数を制御する。クロック２８により生成された周波数が、信号プロセッサ３０及びＡ／Ｄ変換器２２といった、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０内の多数のコンポーネントが動作する速度を決定する。例えば、より高速のクロック周波数は、信号プロセッサ３０が処理される命令の数を増加させることを可能にし、又は、Ａ／Ｄ変換器２２が増加した更新速度で動作することを可能にする。したがって、より高速のクロック周波数は、信号プロセッサ３０が、より複雑な信号調整アルゴリズムを実行して、検出されたプロセス変数の精度を改善するのを可能にするように用いることができ、又は、マイクロプロセッサが、より高速の全体的なペースでデータを処理してより高速の更新速度を可能にすることができるようにする。Ａ／Ｄ変換器２２に関して上述したように、さらに高速のクロック周波数を用いて、Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度を増加させることができる。しかし、より高速のクロック周波数と関連したトレードオフは、選択可能モード・トランスミッタ１０による電力消費量を増加させる。

クロック周波数を変更することにより信号プロセッサ３０の性能に影響を与えることに加えて、信号プロセッサ３０の性能は、これが実行するアルゴリズムを改変することにより変更することもできる。コントローラ２６は、信号プロセッサ３０に特定の信号補償アルゴリズムを実行するように命令することができ、又は、新しい又は変更されたアルゴリズムを信号プロセッサ３０に通信することができる。信号プロセッサ３０により実行される信号補償アルゴリズムは、信号プロセッサ３０により与えられる信号補償の精度に影響を与える。典型的には、信号補償アルゴリズムは、センサ２０及び温度のような現在動作中のパラメータの個々の特性を考慮して、信号補償を与える。複雑なアルゴリズムを用いて、より良好な（すなわち、より正確な）信号補償を与えることができる。より複雑な信号補償アルゴリズムは、信号プロセッサ３０による付加的なコンピュータ処理（すなわち、より多くの命令の実行）を必要とし、したがって、付加的な電力（又は、更新速度の低下といった何らかの他のトレードオフ）を必要とする。

コントローラ２６はまた、モード選択命令をＬＯＩ３２に与える。ＬＯＩ３２の制御は、ＬＯＩ３２を「オン」又は「オフ」に切り換えるのと同様に単純なものとすることができる。他の実施形態においては、ＬＯＩ３２は、種々の付加的な機能を含むことができる。例えば、ＬＯＩ３２は、グラフ描画機能又はユーザ・インターフェースといった高度な機能を与えるＬＣＤスクリーンを含むことができる。付加的な機能は、典型的には、付加的な電力要求を必要とする。したがって、選択された動作モードに基づいて、コントローラ２６は、ＬＯＩ３２のどの特徴又は機能が使用可能にされるかを制御する。例えば、節電のために、コントローラ２６は、ＬＯＩ３２により与えられる多数の進歩した特徴をオフにすることができる。

最後に、選択された動作モードに基づいて、コントローラ２６は、データが制御室１４に通信される方法を制御する。コントローラ２６は、モード選択命令をデジタル通信回路３４及びＤ／Ａ変換器３６に与える。多くの場合、デジタル通信は、断続的にしか採用されない（例えば、６ヶ月毎）。この場合には、コントローラ２６は、デジタル通信回路３４が「オン」であるか又は「オフ」であるかを選択的に制御することにより、節電することができる。さらに、コントローラ２６は、デジタル通信回路が動作する方法に関するモード選択命令を与えることができる。例えば、デジタル通信回路３４は、デジタル通信回路３４により生成されるデジタル信号強度が増加される高信号モードで動作するように構成することができる。このことは、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０が電子的にノイズのある条件で動作している場合には、有利であり得る。

コントローラ２６はさらに、モード選択命令をＤ／Ａ変換器３６に与えて、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０のアナログ通信に影響を与える。一実施形態においては、Ｄ／Ａ変換器３６の応答時間は、選択可能に構成される。Ｄ／Ａ変換器３６の応答時間は、Ｄ／Ａ変換器３６が、変化する入力変数に応答するのにかかる時間を定める。高速応答Ｄ／Ａ変換器３６は、Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度が増加される用途において有利であり得る。しかし、Ｄ／Ａ変換器３６の応答時間を増加させることにより、Ｄ／Ａ変換器３６により消費される電力量が増加し、Ｄ／Ａ変換器３６により発生する出力ノイズ量が増加する。対照的に、電力消費量は、Ｄ／Ａ変換器３６の応答時間を減少させることにより低下する。

したがって、図２に示す実施形態においては、コントローラ２６は、所望の動作モードを実施するために、モード選択命令を接続されたコンポーネントの１つ又はそれ以上に与える。

選択された動作モードでのモード選択可能フィールドトランスミッタ１０への（したがって、コントローラ２６への）通信は、種々の方法で実施することができる。一実施形態においては、所望の動作モードは、メモリデバイス３８にロードされ、これは電気的消却・プログラム可能型読取専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）により実施することができる。コントローラ３０は、メモリデバイス３８にアクセスし、制御信号を必要なコンポーネントの各々に与えて、所望の動作モードを実施する。この種類のモード選択可能フィールドトランスミッタは、典型的には、一度だけプログラムされ、特定の用途のニーズを満たすようにプログラムされる。例えば、顧客は、特定の動作要件を有するフィールドトランスミッタを注文することができる。製造業者又は販売代理店は、顧客により与えられた動作要件を満たす動作モードを有するように、メモリデバイス３８をプログラムする。この手法の利点は、特定の用途のニーズを満たすように、製造業者又は供給業者により単一のフィールドトランスミッタを容易にプログラムできるという点である。

別の実施形態においては、モード選択可能トランスミッタ１０は、運用中、異なる動作モード間で切り換えることができる。例えば、１つの実施形態においては、モード選択は、モード選択可能トランスミッタ１０のデジタル通信機能を用いて、制御室１４からコントローラ２６にデジタル通信される。デジタル通信は、コントローラ２６が所望の動作モードを実施するのに必要な情報を含むことができ、又は、メモリデバイス３８内に格納された所望の動作モードの識別をもたらすことができる。所望の動作モードを示す、受信されたデジタル通信に基づいて、コントローラ２６は、モード選択命令を必要なコンポーネントに与える。

他の実施形態においては、ユーザは、ＬＯＩ３２、又はモード選択データをコントローラ２６に与えるように接続された物理的スイッチを用いて、所望の動作モードを通信する。ＬＯＩ３２又は物理的スイッチから局所的に受信された命令に基づいて、コントローラ２６は、モード選択命令を必要なコンポーネントに与える。

別の実施形態においては、モード選択可能トランスミッタ１０は、あらゆる検出可能な余剰電力又は未使用電力に部分的に基づいて、自動的にモード選択決定をする。フィールドトランスミッタ１０は、製造の変動及び動作条件に対処するために、安全設計マージンに基づいて、指定されたものより少ない電力を消費するように設計することができる。最終的に、フィールドトランスミッタ１０は、フィールドトランスミッタ１０が使用可能な電力と、フィールドトランスミッタ１０の異なる機能により消費される電力の控えめな推定値より下で動作することができる。余剰電力又は未使用電力を検出することにより、フィールドトランスミッタ１０は、余剰電力又は未使用電力を利用するように動作モードを選択することができる。

一実施形態においては、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０は、電流測定デバイス３９を用いて零入力電流（ｑｕｉｅｓｃｅｎｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）（すなわち、フィールドトランスミッタ１０により現在消費される電流）を測定し、測定された零入力電流をコントローラ２６に与える。フィールドトランスミッタ１０により用いられる測定された零入力電流に基づいて、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０内の種々のコンポーネントにあらゆる未使用電流を割り当てることができる。

さらに、零入力電流は、典型的には、フィールドトランスミッタ１０の動作温度に応じて変化する。したがって、フィールドトランスミッタ１０の動作温度に関する情報を零入力電流測定値と併せて使用し、フィールドトランスミッタ１０の電力要件、並びに、フィールドトランスミッタ１０が余剰電流又は未使用電流を使用可能であるかどうかを判断することができる。一実施形態においては、零入力電流及び動作温度は、起動時に測定される。零入力電流と動作温度との間の既知の関係に基づいて、フィールドトランスミッタ１０の電流動作要件を導出することができ、あらゆる余剰電流又は未使用電流の存在を判断することができる。別の実施形態においては、零入力電流及び動作温度は連続して測定され、ここで余剰電流又は未使用電流の判断は、零入力電流及び動作温度の両方に基づいて行うことができる。余剰電流又は未使用電流の判断に基づいて、コントローラ２６は、モード選択命令を種々のコンポーネントに与えて、あらゆる余剰電力又は未使用電力を利用又は使用することができる。

例示的な動作モード
以下の例は、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０の可能な用途のモードを示すために用いられるものである。以下の例は、網羅的であることを意図するものではなく、モード選択可能フィールドトランスミッタ１０が使用可能な種々の異なる動作モードの例証に過ぎない。

ユニバーサル・モード
ユニバーサル・モードで動作するモード選択可能トランスミッタの性能は、良好な全体的な性能を与える。電力が個々のコンポーネントに割り当てられ、良好な更新速度、良好な信号補償、及び少なくとも幾つかのＬＯＩ動作を与える。この動作モードは、幅広い範囲の用途に対処する可能性が高い。

高速応答モード
ユニバーサル・モードと比較すると、高速応答モードは、より高速の更新速度を与える。この動作モードは、検出されたプロセス変数が時間と共に迅速に変化することがある用途において有用であり得る。
高速応答動作モードは、多数の方法で実施することができる。一実施形態においては、高速応答動作モードは、データがコントローラ２６に与えられる更新速度を増加させるようにＡ／Ｄ変換器２２の内部速度を構成することにより実装することができる。コントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２２の内部更新速度を直接増加させてもよいし、又は、増加された又はより高い周波数のクロック信号をＡ／Ｄ変換器２２に与えるようにクロック２８を構成してもよい。Ａ／Ｄ変換器２２により与えられる更新速度の増加は、典型的には、Ａ／Ｄ変換器２２への電力割り当てを増加させる。Ａ／Ｄ変換器２２により割り当てられた又は引き出された電力を増加させるために、コントローラ２６は、Ａ／Ｄ変換器２２が、電源（ここで示す）から付加的な電力を引き出すことを提供する又は可能にするように、Ａ／Ｄバイアス回路２４を構成する。

これらのコンポーネントに割り当てられた電力の増加は、他の機能に使用可能な電力の低下をもたらす。例えば、高速応答モードにおいては、ＬＯＩ３２又はデジタル通信回路３４のようなコンポーネントへの電力が減少され得る。ＬＯＩ３２への電力の減少は、ＬＯＩ３２により与えられる機能の低下をもたらす。デジタル通信回路３４は、電力を確保するために、要求に応じて、選択的に「オン」及び「オフ」にすることができる。さらに、デジタル通信回路３４に与えられる電力は、デジタル通信回路３４により与えられる／受信される信号の関連した信頼性を犠牲にして節約することができる。
さらに、信号プロセッサ３０により消費される電力は、信号補償アルゴリズムにより与えられる精度を犠牲にして、あまり複雑でない信号補償アルゴリズムを選択することにより減少させることができる。

したがって、一実施形態においては、高速応答モードは、付加的な電力をＡ／Ｄ変換器２２及びＡ／Ｄバイアス２４に割り当てて、更新速度を増加させる。これらのコンポーネントに割り当てられる電力の増加は、他の接続されたコンポーネントの１つ又はそれ以上に与えられた電力の減少に基づいている。したがって、高速応答モード内から選択する多数のサブ動作モードがあり得る。例えば、高速応答モードは、ＬＯＩ３２によって以前に消費された電力を再割り当てすることにより実施することができる。別の実施形態においては、電力は、ＬＯＩ３２から部分的に再割り当てされ、信号プロセッサ３０により与えられる信号補償の減少から部分的に再割り当てされる（信号プロセッサ３０により消費される電力の減少をもたらす）。
別の実施形態においては、高速応答モードは、電力をＡ／Ｄ変換器２２に再割り当てすることによってではなく、Ａ／Ｄ変換器２２により与えられる精度を犠牲にして、より高速の更新速度を与えるようにＡ／Ｄ変換器２２を構成することにより実施される。すなわち、コントローラ２６は、ユニバーサル・モードで用いられるものより少ない内部Ａ／Ｄ変換器データに基づいて更新を形成するように、Ａ／Ｄ変換器２２を構成する。このことは、付加的な電力をＡ／Ｄ変換器２２に割り当てる必要なく、Ａ／Ｄ変換器２２の更新速度を増加させることを可能にする。

高速開始モード
高速開始モードは、フィールドトランスミッタ１０の起動後、できるだけ迅速に第１の測定変数を測定し、通信する。高速開始モードは、いくつかの用途において有用であり得る。例えば、１つの適用においては、フィールドトランスミッタ１０は、低速で（例えば、１秒毎に１回データが測定される）プロセス変数を測定する無線デバイス（バッテリ駆動の）である。バッテリ電力を節約するために、フィールドトランスミッタ１０は、測定の間に電源を切ったり、又は「スリープ」状態にしたりすることができる。この用途においては、プロセス変数を測定し通信するのに必要な起動後の時間を減少させることにより、プロセス変数を測定し通信するのに必要な電力量全体が減少され、バッテリ寿命の節約がもたらされる。

別の用途においては、フィールドトランスミッタ１０の起動後、できるだけ迅速にプロセス変数を測定し通信することが重要であり得る。本実施形態においては、２段階の初期化プロセスが採用され、そこでは、高速開始モードを採用して、起動時に増加した速度でプロセス変数を測定し通信し、次いで、高速開始モードの後で、フィールドトランスミッタ１０の標準的又は完全な初期化を採用して、後続のプロセス変数の測定を行う。

高速応答モードと同様に、高速開始モードにおいては、コントローラ２６は、より高速の更新速度で動作するように、Ａ／Ｄ変換器２２を構成する。さらに、コントローラ２６は、より高い周波数で動作するように、クロック２８を構成することができる。第１の測定又は更新だけが増加した更新速度又はクロック周波数で行われるため、更新速度及びクロック周波数の両方とも、他の場合にはより長い時間にわたって持続できない速度で稼動させることができる。

高速開始モードにおける動作（上述の実施形態のいずれかにおける）は、Ａ／Ｄ変換器２２といったコンポーネントへの電力の割り当てを必要とする。高速開始モードは、典型的には、フィールドトランスミッタ１０の起動後の短い時間実施されるだけであるため、使用可能な電力は、最初に、Ａ／Ｄ変換器２２及び信号プロセッサ３０といった必要なコンポーネントに配分され、プロセス変数の高速な初期測定をもたらすことができる。第１の初期測定が行われた後で、ＬＯＩ３２及びデジタル通信回路３４といった、フィールドトランスミッタ１０内の他のコンポーネントに電力を再割り当てすることができる。

高性能の信号補償モード
ユニバーサル・モードと比較すると、高性能の信号補償モードは、可能な最も正確なデータ信号を与える。信号補償は、検出されたプロセス変数の精度に影響を与える個々のセンサ特性によるものである。信号プロセッサ３０により処理されるデータの精度は、信号補償アルゴリズムの複雑さによって決まる。より正確なデータ信号を与えるためには、信号プロセッサ３０は、信号プロセッサ３０により実行される命令の数（したがって、処理時間）を増加させる、より複雑な信号補償アルゴリズムを利用する。この動作モードは、検出されたプロセス変数の精度が最も重要である用途において有用であり得る。

一実施形態においては、より複雑な信号補償アルゴリズムに必要な処理時間の増加は、更新速度の減少を伴う。更新速度の減少は、信号プロセッサ３０が、より複雑な信号補償アルゴリズムを用いて、各々の測定されたプロセス変数を処理するのに必要な時間を可能にする。別の実施形態においては、更新速度は変化しないままであるが、信号プロセッサ３０が、更新速度を低下させることなく、より複雑な信号補償アルゴリズムにおいて必要とされる付加的な命令を実行できるように、クロック２８の周波数が増加される。信号プロセッサ３０が動作する周波数の増加は、信号プロセッサ３０により消費される電力を増加させる。上述のように、信号プロセッサ３０への電力の割り当ての増加は、どこか他の場所の電力割り当ての減少を伴わなければならない。

高度なＬＯＩモード
高度なＬＯＩ動作モードにおいては、付加的な又はより複雑な機能を与えるために、付加的な電力がＬＯＩ３２に割り当てられる。例えば、ＬＯＩ３２により与えられる付加的な機能は、獲得された測定済みプロセス変数のグラフ化といった機能を含むことができる。高度なＬＯＩモードに与えられる付加的な機能を与えるために、付加的な電力がＬＯＩ３２に割り当てられる。ＬＯＩ３２に与えられる付加的な電力に適合させるために、フィールドトランスミッタ１０内の他のコンポーネントへの電力が減少される。例えば、更新速度又は信号補償を犠牲にして、ＬＯＩ３２への電力の再割り当てを行うことができる。

オンデマンドＬＯＩモード
オンデマンドＬＯＩモードは、列挙される他の動作モードのいずれかと併せて用いることができる節電特徴である。オンデマンドＬＯＩモードは、ＬＯＩ３２に電力が割り当てられないか又は非常に少量の電力が割り当てられるスリープ・モードでＬＯＩ３２を維持する。要求時に、電力は、短い時間（例えば、３０秒）、一時的にＬＯＩ３２に供給され、ユーザが、ＬＯＩ３２を介してフィールドトランスミッタ１０を見ること又はこれと対話することを可能にする。このことは、コントローラ２６がフィールドトランスミッタ１０内で電力を一時的に再割り当てして、ＬＯＩ３２に与えられた電力の一時的な増加を補償することを必要とする。この電力の再割り当ては、更新速度の一時的な低下、又は、信号プロセッサ３０により与えられる信号補償の精度の一時的な低下をもたらし得る。この動作モードの利点は、ＬＯＩ３２がスリープ・モードにある期間、フィールドトランスミッタ１０の機能又は性能を向上させる能力である。

高速アナログモード
高速アナログモードにおいては、付加的な電力がＤ／Ａ変換器３６に割り当てられ、応答速度（すなわち、Ｄ／Ａ変換器３６が、測定されたプロセス変数の変化に応答する速度）が増加されるようになる。一実施形態においては、高速アナログモードを実施するために割り当てられる付加的な電力は、電力がデジタル通信回路３４にほとんど割り当てられないか又は割り当てられないスリープ・モードでデジタル通信回路３４を動作させることによって与えられる。このモードは、プロセス変数が迅速に変化し、付加的な電力が既に割り当てられてＡ／Ｄ変換器２２と関連した更新速度を増加させている用途において有用であり得る。

スリープ・モードでデジタル通信回路３４を動作させることにより、電力が、フィールドトランスミッタ１０内の他のコンポーネントに再割り当てされることが可能になる。さらに、デジタル通信回路３４は、スリープ・モードの間、デジタル通信のためにループ電流を監視することができる。デジタル活動が検知された場合には、デジタル通信回路３４が動作モードに切り換えられ、電力がデジタル通信回路３４に割り当てられる。

高信号モード
ユニバーサル・モードと比較すると、高信号モードは、改善されたデジタル通信信号を与える。この動作モードは、フィールドトランスミッタ１０が、他の場合には、フィールドトランスミッタ１０がデジタル情報を通信するのを防止することがある電子的に「ノイズのある」条件で動作する用途において有用であり得る。ここでも、デジタル通信回路３４に付加的な電力が割り当てられることは、フィールドトランスミッタ１０内の他のコンポーネントの１つへの電力が減少されることを意味する。

電力半値（Ｈａｌｆ Ｐｏｗｅｒ）モード
この動作モードは、図３に示す分散型のアーキテクチャのような分散型フィールドデバイス・アーキテクチャにおいて有用である。図３に示す構成においては、２つのモード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂが、それぞれパイプ４２ａ及び４２ｂにおけるプロセス変数データを監視するように接続される。モード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂは、アナログ又はデジタル手段を用いて制御室１４と通信するのではなく、モード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂが、コントローラ・エリア・ネットワーク（ＣＡＮ）バス４６を用いてデータをフィーチャ・ボード４８（ｆｅａｔｕｒｅ ｂｏａｒｄ）に通信する点を除いては、図１及び図２に関して説明されたフィールドトランスミッタ１０と本質的に同じであり得る。フィーチャ・ボード４８は、次いで、撚り線対５０を用いて、典型的なアナログ又はデジタル通信を介して、モード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂにより与えられたデータを制御室１４に通信する。

図３に示すもののような分散型用途においては、モード選択可能トランスミッタ４０ａ及び４０ｂは、制御室１４により与えられる電力を共有しなければならない。したがって、電力半値モードは、モード選択可能トランスミッタ４０ａ及び４０ｂが、他の場合には単一の又は独立型のフィールドトランスミッタ（図１に示すモード選択可能フィールドトランスミッタ１０のような）に割り当てられるものの半分の電力で動作するように構成されることを可能にする。

典型的には、図３に示すもののような分散型アーキテクチャにおいては、フィールドトランスミッタは、電力が制限される分散型システムにおいて動作するように設計される。電力半値モードで動作する能力は、モード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂといった一般的なフィールドトランスミッタを分散型環境で用いることを可能にする。電力半値モードにおいては、各々のモード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂは、他の場合には単一の又は独立型のフィールドトランスミッタに割り当てられるものの半分の電力で動作するように制約される。各々のモード選択可能フィールドトランスミッタ４０ａ及び４０ｂに与えられる電力は、要望に応じて、各々のフィールドトランスミッタ内で分散することができる。

本発明は、好ましい実施形態に関して述べられたが、当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、形態及び詳細の変更を行うことができることを認識するであろう。

１０、４０ａ、４０ｂ：モード選択可能フィールドトランスミッタ
１２：プロセス・パイプ
１４：制御室
１６、５０：撚り線対
２０：センサ
２２：アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器
２４：アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）バイアス回路
２６：コントローラ
２８：クロック
３０：信号プロセッサ
３２：ローカル・オペレータ・インターフェース（ＬＯＩ）
３４：デジタル通信回路
３６：デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器
３８：メモリデバイス
３９：電流測定回路

Claims (12)

1. ハウジングと、
   検出されるプロセス変数を表わす電気信号を生成する、前記ハウジング内に配置されたセンサと、
   前記センサにより与えられる前記電気信号に基づいて前記ハウジングの外部にあるレシーバに出力を伝送する、該ハウジング内に配置されたトランスミッタ回路と、
   含み、前記トランスミッタ回路は、機能、性能及び電力消費量の異なる組み合わせを有する複数のアクティブ動作モードに構成可能であり、
   前記トランスミッタ回路は、前記ハウジングの外部にある源から受信されたモード選択データに応答して、該トランスミッタ回路を前記複数のアクティブ動作モードの１つに電気的に構成するコントローラを含むことを特徴とするモード選択可能フィールドトランスミッタ。
2. 前記トランスミッタ回路は、
   前記センサにより与えられた前記電気信号をデジタル信号に変換するアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器を含み、前記Ａ／Ｄ変換器は、選択された更新速度で動作するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能トランスミッタ。
3. 前記トランスミッタ回路は、
   前記Ａ／Ｄ変換器に与えられた電力を調節するように接続されたＡ／Ｄバイアス回路を含み、前記Ａ／Ｄバイアス回路は、前記Ａ／Ｄ変換器に与えられる電力を選択された量に調節するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項２に記載のモード選択可能トランスミッタ。
4. 前記トランスミッタ回路は、
   前記センサにより与えられる前記電気信号に応答して信号補償を与える信号プロセッサを含み、前記信号プロセッサは、選択された信号補償アルゴリズムを実行するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
5. 前記トランスミッタ回路は、
   前記トランスミッタ回路内のコンポーネントに与えられるタイミング信号を生成するクロックを含み、前記クロックは、選択された周波数で前記タイミング信号をもたらすように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
6. 前記トランスミッタ回路は、
   データを表示するためのグラフィカル表示を与えるローカル・オペレータ・インターフェース（ＬＯＩ）を含み、前記ＬＯＩは、選択されたレベルの機能を与えるように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
7. 前記トランスミッタ回路は、
   前記モード選択可能トランスミッタと前記外部のレシーバとの間でデジタル通信信号を与えるデジタル通信回路を含み、前記デジタル通信回路は、選択された信号強度でデジタル通信信号を生成するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
8. 前記トランスミッタ回路は、
   前記モード選択可能トランスミッタと前記外部にあるレシーバとの間でデジタル通信信号を与えるデジタル通信回路を含み、前記デジタル通信回路は、スリープ・モード又はアクティブ・モードのいずれかで動作するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
9. 前記トランスミッタ回路は、
   前記センサにより与えられる前記電気信号に基づいて前記外部にあるレシーバに伝送される前記出力を生成するデジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を含み、前記Ｄ／Ａ変換器は、選択された応答速度で動作するように、前記コントローラにより電気的に構成可能であることを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
10. 前記トランスミッタ回路は、
    前記トランスミッタの外部にある前記源から受信された前記モード選択データを格納するためのメモリを含み、前記コントローラは、前記メモリ内の前記モード選択データにアクセスし、前記格納されたモード選択データに基づいて前記トランスミッタ回路を電気的に構成することを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
11. 前記トランスミッタ回路は、
    複数のアクティブ動作モードに対応するモード選択データを格納するためのメモリを含み、
    前記コントローラは、選択された動作モードを識別する前記モード選択コマンドを、前記トランスミッタの外部にある前記源から受信し、該コントローラは、前記選択された動作モードに対応する前記モード選択データにアクセスし、前記選択されたモード選択データに基づいて前記トランスミッタ回路を構成することを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。
12. 前記トランスミッタ回路は、
    前記トランスミッタ回路の電流の使用を監視し、前記監視された電流の使用を前記コントローラに与える電流測定回路を含み、前記コントローラは、該監視された電流の使用用途に基づいて該トランスミッタ回路を構成することを特徴とする、請求項１に記載のモード選択可能フィールドトランスミッタ。

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