JP6055103B2 - 端末を改善したフィールド機器 - Google Patents

Description

工業環境において、工業プロセスや化学プロセスおよび同様なものの原材料を監視して制御するために制御システムが使用されている。通例、制御システムは工業プロセスの重要な場所に配置されて、プロセス制御ループにより制御室の制御回路に連結されているフィールド機器を用いてこれらの機能を行う。「フィールド機器」とは、工業プロセスの測定、制御および監視で使用されるすべての機器を含め、分散型制御またはプロセス監視システムにおいてある機能を行うあらゆる機器をいう。

フィールド機器は多様な目的のために、プロセス制御および測定業界で使用される。通常、当該機器は、比較的厳しい環境の室外に設置でき、温度、湿度、振動、機械的衝撃等の極端な気候に耐えることができるようにフィールド強化筐体を有する。フィールド機器は通例比較的低電力で動作することができる。例えば、周知の４−２０ｍＡループからその動作電力のすべてを受信するフィールド機器が現在利用できる。

いくつかのフィールド機器は変換器を含む。変換器は、物理的入力に基づいて電気的出力を生成する機器、または電気的入力に基づいて物理的出力を生成する機器のいずれかを意味すると理解される。通例、変換器は入力を様々な形態を有する出力に変換する。変換器の種類には、様々な分析装置、圧力センサ、サーミスタ、熱電対、ひずみ計、流量センサ、ポジショナ、アクチュエータ、ソレノイド、インジケータライト、および他のものが含まれる。

通例、各フィールド機器はプロセス制御ループでプロセス制御室または他の回路と通信するために使用される通信回路を含む。いくつかの設備では、プロセス制御ループはフィールド機器に電力を供給するために調整電流および／または電圧をフィールド機器に送るためにも使用される。

従来、アナログフィールド機器は２線式プロセス制御電流ループにより制御室に接続されており、各機器が１つの２線式制御ループにより制御室に接続される。通例、電圧差は２本の線の間で、アナログモードの場合は１２〜４５ボルト、デジタルモードの場合は９〜５０ボルトの電圧範囲に維持される。いくつかのアナログフィールド機器は、感知したプロセス変数に比例する電流に電流ループを通して電流を変調することにより、信号を制御室に伝送する。他のアナログフィールド機器は、ループを通して電流の大きさを制御することにより、制御室の制御下でアクションを行うことができる。いくつかのプロセス制御ループは、フィールド機器と通信するために、デジタル信号も搬送することができる。デジタル通信はアナログ通信よりもはるかに大きな通信を可能にする。また、デジタルフィールド機器はフィールド機器ごとに個別の配線経路を必要としない。さらに、デジタル通信するフィールド機器は制御室および／またはフィールド機器に選択的に応答し、これらと通信することができる。

フィールド機器を提供する。フィールド機器は変換器に連結するように構成されているフィールド機器エレクトロニクスを含む。複数の端子がフィールド機器エレクトロニクスに連結されており、フィールド機器をプロセス通信ループに連結して、フィールド機器がプロセス通信ループで通信できるように構成されている。複数の端子の各々は多数の導体アタッチメント型式をサポートするように構成されている。

本発明の実施形態が特に有用なフィールド機器のブロック図である。 プロセス変数温度送信機など、本発明のある実施形態による改善されたプロセス通信ループ端末を有するフィールド機器の斜視説明図である。 本発明のある実施形態によるループ端末の分解斜視説明図である。 本発明のある実施形態により向上させた線の締め付けを施すために改造されたねじ切り留め具の斜視説明図である。

図１は、本発明の実施形態が特に有用なフィールド機器のブロック図である。フィールド機器１０は、内部にループ通信モジュール１４、パワーモジュール１６、コントローラ１８および変換器回路２０が配設されているフィールド強化筐体１２を含む。フィールド機器１０がプロセス変数送信機である実施形態では、変換器回路２０はアナログ・デジタルコンバータなどの測定回路を含むことができる。変換器回路２０は変換器２２に作動的に連結可能である。変換器２２はフィールド機器１０から遠隔に配設してもよく、またはフィールド機器１０の筐体１２の内部に配設してもよい。いくつかの実施形態では、変換器２２は、プロセス流体の温度または圧力などのプロセス変数に関連したセンサ出力を供給するセンサである。

ループ通信モジュール１４は複数の導体端末または端子２４、２６に連結されており、フィールド機器１０をプロセス通信ループ２８に連結することを可能にしている。プロセス通信ループ２８は、フィールド機器１０と別の機器との間で少なくとも１方向の通信を提供するあらゆる導体構成である。フィールド機器１０は、試験または診断など、ローカルインタラクションを向上させるための追加の特徴を許容する端子３０など、追加の端子を含むことができる。いくつかの実施形態では、ループ通信モジュール１４はプロセス通信ループ２８上の信号とインタラクトし、当該信号を示す情報をコントローラ１８に供給する。さらに、いくつかの実施形態では、フィールド機器１０はプロセス制御ループ２８を通して受信されるエネルギーにより完全に電力を供給することができる。パワーモジュール１６は当該電力を受信して、ループ通信モジュール１４、コントローラ１８および変換器回路２０などのフィールド機器１０とともに他のコンポーネントに供給するための電力を調整するように構成されている。

コントローラ１８は、プログラム命令を実行してフィールド機器の機能性を提供するように構成されているマイクロプロセッサであることが好ましい。フィールド機器１０がプロセス変数送信機である実施形態では、コントローラ１８は、ハードウェア、ソフトウェアまたはその両方を通して、変換器回路２０と定期的にインタラクトして、定期的なプロセス変数測定値を取得し、プロセス制御ループ２８で通信するために当該測定値に関連した情報をループ通信モジュール１４に供給するように構成されている。

現在、導体のフィールド機器１０への連結は、フィールド機器を設置する場所に適切な規格に従って行われる。例えば、フィールド機器を米国などの管轄区域に設置する場合、第１型式の導体アタッチメント型式が採用される。例えば、スペードラグを、剥かれた線端に取り付ける。スペードラグはさらにフィールド機器上のねじ端子に取り付けられる。しかし、フィールド機器をヨーロッパなどの別の管轄区域に設置する場合、第２型式の導体アタッチメント型式が採用される。例えば、ヨーロッパでは、剥かれた線端を単に端子に差し込んで、そこで止めねじによって締め付ける。様々な管轄区域によって導体アタッチメント型式の要件が異なることを考えると、複数の異なる型式のフィールド機器接続が提供されなければならない。そのため、製造者は本質的に同じ目的のために異なる型式の導体アタッチメント型式を持つフィールド機器を提供する。このことが複雑さとコストを増大させる一方で、エンドユーザに提供されるサービスレベルを下げる。さらに、エンドユーザがフィールド機器を注文して、導体アタッチメント型式を指定しないか、または間違った導体アタッチメント型式を指定すると、ユーザは、該当する管轄区域の承認規格に適合しているのに、配線されたそのプロセス制御ループに物理的に接続できないフィールド機器を受け取ることになる。

本発明の実施形態は、各ループ端末が複数の導体アタッチメント型式を有する複数のループ端末を有するフィールド機器を提供する。したがって、製造者は本発明の実施形態に従うループ端末を有するフィールド機器を簡単に提供することができ、エンドユーザがその管轄区域に対して間違った導体アタッチメント型式を受け取ることがありえない。このことはユーザの満足度を高めるだけでなく、両方の導体アタッチメント型式を提供する１つの設計で設計が標準化されるため、製造コストを低減することができる可能性がある。

図２は、プロセス変数温度送信機など、本発明のある実施形態による改善されたプロセス通信ループ端末を有するフィールド機器１００の斜視説明図である。プロセス変数温度送信機１００は、図１に関して上述したものなど、内部にプロセス変数送信機エレクトロニクスが配設されている送信機本体１０２を含む。送信機エレクトロニクスはハウジング１０２内に入れることができ、さらにそれをヘッドマウント筐体などの堅牢な筐体の内部に配設することができる。図２に図示するように、プロセス変数送信機１００には３つの異なる端子が設けられている。各当該端子は２つの潜在的な端末型式を含む。具体的には、クランプ板１１０およびリード線端末ブラケット１１２に当たるためのねじ切り留め具１０４、１０６、１０８が設けられている。各当該ねじ切り留め具１０４、１０６、１０８はそれぞれ横穴１１４、１１６、１１８にも通じる。この構成は本発明の実施形態による非常に有用なリード線端末を提供する。具体的には、スペードラグを必要とする線端末は、クランプ板１１０とリード線アタッチメントブラケット１０２との間に取り付けることができる。代わりに、管轄区域がヨーロッパスタイルの端末を要求する場合、剥き線を単に横穴１１４、１１６、１１８に差し込むことができ、それからそれぞれのねじ切り留め具１０４、１０６、１０８を回して、剥き線に当てて保持することができる。このように、各当該ねじ切り留め具はスペードラグ端末および剥き線端末のどちらにも有用である。また、本発明の実施形態は非常にコンパクトなリード線アタッチメントを提供するが、このことはフィールド強化筐体内に搭載するとき、余分な空間がほとんどないフィールド機器では重要である。

図３は、本発明のある実施形態による線端末の分解斜視説明図である。端末２００は回路基板隣接面２０４に溶接、半田付け、またはその他の形態で固着される導電性ブロック２０２を含む。ブロック２０２は横穴２０６およびねじ切り通路２０８を含む。ねじ切り通路２０８は横穴２０６と交差し、ねじ切り留め具２１２の雄ねじ２１０を受容するために内側にねじ切りされている。図３はベース部２１４と、上方に延びて傾斜したリード線アタッチメント部２１６とを有するリード線アタッチメントブラケット１１２も図示している。上方に延びて傾斜したリード線アタッチメント部２１６は、試験計器または携帯通信機からなどのクリップを受容するように構成されている対の開口２１８、２２０を含む。端末２００は、それから下方に延びている対の傾斜アーム２２４、２２６を有するクランプ板２２２も含む。クランプ板２２２はねじ切り留め具２１２の雄ねじを通すような大きさになされている開口２２８を含む。フィールド機器をスペードラグとともに使用するアプリケーションでは、ラグはベース部２１４と傾斜して下方に延びているアーム２２４、２２６との間に締め付けられる。さらに、リード線が剥き線である実施形態では、剥き線は矢印２３０で示すように横穴２０６に差し込まれる。それから、ねじ切り留め具２１２を、下面２３２が剥き線と接触状態で推進されるように回す。このように、スペードラグ接続および剥き線接続のどちらも、極めてコンパクトなフォームファクタに収容することができる。

図４は、本発明のある実施形態により向上させた線の締め付けを施すために改造されたねじ切り留め具の斜視説明図である。留め具３５０は、ねじ回しなどの適した工具に係合するように構成されている留め具ヘッド３５２を有する。留め具３５０は、内側にねじ切りした穴２０８内に螺合して受容される雄ねじ部３５４も含む。また、留め具３５０は下面２３２に装着される変形可能なリード線係合部材３５６も有する。リード線係合部材３５６はリード線に係合して、留め具３５０が原位置に推進されながら、リード線に対して比較的一定の圧力の量を与えるように構成されている。リード線係合部材３５６は金属製で、導電性であることが好ましい。好ましくは、リード線係合部材３５６は留め具３５０の残りが作られる同じ材料で作られる。さらに、リード線係合部材３５６が完全に潰れる前に留め具３５０の表面３５８がその最終位置に当たる場合、剥き線に加えられる圧力量を比較的一定した範囲内に維持できる。これは下面２３２が剥き線に直接当たるだけの実施形態とは対照的である。このような状況においては、ねじ切り留め具に加えられるトルクに正比例するので、剥き線に加えられる力ははるかに大きくなる。リード線係合部材３５６が使用され、リード線係合部材３５６が完全に潰れる前に表面３５８が原位置に来る実施形態では、部材３５６により剥き線にかかる圧力量は部材３５６の変形量、部材３５６を構成する材料のヤング率、およびその形状に関連する。

好適な実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく形態および細部に変更を行うことができることを認識するであろう。

１０…フィールド機器
１４…ループ通信モジュール（フィールド機器エレクトロニクス）
１６…パワーモジュール（フィールド機器エレクトロニクス）
１８…コントローラ（フィールド機器エレクトロニクス）
２０…変換器回路（フィールド機器エレクトロニクス）
２２…変換器
２４、２６、３０…端子
２８…プロセス通信ループ
１００…フィールド機器（プロセス変数送信機）
１０２…ハウジング（リード線アタッチメントブラケット）
１０４、１０６、１０８…ねじ切り留め具
１１０…クランプ板
１１２…リード線端末ブラケット
１１４、１１６、１１８…横穴
２１２…ねじ切り留め具
３５０…（ねじ切り）留め具

Claims (14)

1. フィールド機器であって、
   変換器に連結されるフィールド機器エレクトロニクスと、
   前記フィールド機器エレクトロニクスに連結されており、前記フィールド機器をプロセス通信ループに電気的に接続して、前記フィールド機器を前記プロセス通信ループで通信できるようにする複数のループ端子とを具備し、
   前記複数のループ端子の各々が、複数の異なる型式のループ導体へと接続できるよう、複数の異なるループ導体アタッチメント型式を具備することを特徴とするフィールド機器。
2. 前記複数のループ端子の各々が、剥き線の端部を受容するような大きさに形成された横穴を有するブロックに螺合して受容されるねじ切り留め具を含むことを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
3. 前記ブロックが導電性である請求項２に記載のフィールド機器。
4. 前記ブロックがプリント回路基板に装着された請求項２に記載のフィールド機器。
5. 前記ブロックが、さらに、前記ねじ切り留め具のヘッドと前記ブロックとの間に配置されたリード線アタッチメントブラケットを具備する請求項２に記載のフィールド機器。
6. さらに、前記ヘッドと前記リード線アタッチメントブラケットとの間に配置されたクランプ板を具備する請求項５に記載のフィールド機器。
7. 前記リード線アタッチメントブラケットが、ある角度で上方に延び、テストクリップを受容するための少なくとも一つの開口を有する請求項５に記載のフィールド機器。
8. 前記ねじ切り留め具が、前記剥き線の端部に係合するように構成された下面を有する請求項２に記載のフィールド機器。
9. 前記ねじ切り留め具が、リード線係合部材を含む請求項８に記載のフィールド機器。
10. 前記リード線係合部材が、前記ねじ切り留め具が前記剥き線の端部に固く留められる時に偏向する請求項９に記載のフィールド機器。
11. 前記リード線係合部材が半円形である請求項１０に記載のフィールド機器。
12. 前記フィールド機器が前記複数のループ端子から完全に電力供給される請求項１に記載のフィールド機器。
13. 前記変換器がプロセス変数センサであり、前記フィールド機器エレクトロニクスが前記複数のループ端子に作動的に連結されて、前記プロセス通信ループで前記プロセス変数センサからのプロセス変数測定値を表す信号を搬送するループ通信モジュールを含むことを特徴とする請求項１に記載のフィールド機器。
14. さらに、前記フィールド機器エレクトロニクスを含むフィールド強化筐体を具備する請求項１に記載のフィールド機器。