JP6247761B2 - 産業用制御システムのモジュール種別を強化する方法 - Google Patents

Description

[0001] 産業用制御システム（ＩＣＳ）は、様々な産業的環境およびクリティカルなインフラストラクチャで用いられる幾らかの種別の産業用プロセス制御システムを含む。産業用制御システム（ＩＣＳ）の例は、これに限定されないが、管理制御およびデータ収集（ＳＣＡＤＡ）システム、分散制御システム（ＤＣＳ）、および、例えば、プログラム可能論理コントローラ（ＰＬＣ）を用いた他の制御装置等を含む。産業用環境またはインフラストラクチャ環境において遠隔局から収集される情報を用いて、オートメーション化され、および／またはオペレータ駆動方式の管理命令は、遠隔局の制御デバイスに送信することができる。これら制御デバイスは様々なローカル動作を制御することができる。例えば、弁や遮断器の開閉、ソレノイドの動作、センサ・システムからのデータ収集、およびローカル環境の警報状態の監視である。

[0002] プログラム可能離散入力モジュールについて説明する。１つ以上の実施形態において、プログラム可能離散入力モジュールは、入力信号に基づいてパルス幅変調信号を生成するように構成されるパルス幅変調モジュール、および復調パルス幅信号を生成するように構成されるパルス幅復調モジュールを含む。アイソレータは、パルス幅変調モジュールおよびパルス幅復調モジュールを絶縁するように構成される。アイソレータは、復調パルス幅信号を生成するパルス幅復調モジュールに供給されるパルス幅変調信号に基づいて、絶縁された変調パルス幅信号を発生するように構成される。第１比較器および第２比較器は、復調パルス幅信号を各プログラム可能基準と比較する。デジタル・フィルタは、離散入力信号を発生するために、第１比較器または第２比較器による比較信号出力をフィルタする。

[0003] 本摘要は、以下の詳細な説明で更に説明される単純化した形態での概念の選択を導入するために提供される。本摘要は、特許請求される主題のキーとなる特徴または必須の特徴を特定することを意図せず、また、特許請求される主題の範囲を決定するのを支援するように用いられるのを意図するのでもない。

[0004] 詳細な説明について添付の図面を参照して説明する。詳細な説明や図中の異なる例における同一の符号の使用により、類似または同一の項目を示すことがある。

図１は、本開示の例示の実装態様により、産業用制御システムを図示するブロック図である。 図２は、本開示の例示の実装態様により、プログラム可能離散出力モジュールを図示するブロック図である。 図Ａおよび３Ｂは、本開示の特定の実装態様により、図２に示されるプログラム可能離散出力モジュールを図示する回路図である。 図４は、本開示の例示の実装態様により、プログラム可能離散入力モジュールを図示するブロック図である。 図５は、本開示の特定の実装態様により、図４に示されるプログラム可能離散入力モジュールを図示する回路図である。 図６は、本開示の例示の実装態様により、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイや特定用途向け集積回路デバイス等として実装できるコンピューティング・デバイスを図示するブロックである。 図７は、本開示の例示の実装態様により、過電流イベントが発生したかどうかについての例示の方法を図示するフロー図である。 図８は、本開示の例示の実装態様により、離散入力信号を発生する例示の方法を図示するフロー図である。

概要
[0013] 産業用制御システム／プロセス制御システムは通例、入力／出力モジュールを含む。入力／出力モジュールは、機器(instrument)とインタフェースするように、または、電源バックプレーンを介してプロセスまたはフィールドの出力機器に命令を送信するように構成される。例えば、入力／出力モジュールは、産業プロセスに関連づけられた特性を測定するためのプロセス・センサとインタフェースするように使用することができる。他の例では、入力／出力モジュールは、モータの動作を制御するためのモータとインタフェースするように使用することができる。その結果、様々な入力／出力モジュールは、システムの様々な入力／出力用機器とインタフェースすることが必要となる。例えば、入力／出力モジュールとインタフェースする様々な機器は、異なる電圧レベルまたは電圧タイプで動作する。つまり、特定の機器は、専用の入力／出力モジュールを必要とする。例えば、２４ボルト（２４Ｖ）で動作する第１機器（例えば、センサ）のために、専用の入力／出力モジュールを必要とし、２４０ボルト（２４０Ｖ）で動作する第２機器（例えば、モータ）のために、他の専用の入力／出力モジュールを必要とする。

[0014] そこで、プログラム可能離散出力モジュールについて開示する。１つ以上の実装態様において、プログラム可能離散出力モジュールは、電流値を示す電流検知信号を発生する電流検知回路を含む。例えば、電流検知回路は、インピーダンス素子と並列に接続される差動増幅器を備えることができる。差分増幅器は、インピーダンス素子全体の電圧降下を表す出力信号（例えば、電流検知信号）を発生するように構成され、電流検知回路による電流の流れを示す。プログラム可能離散出力モジュールはまた、電流検知信号を過電流基準と比較するように構成される比較器を含み、過電流イベントが発生したかを示す比較信号を発生する。マイクロコントローラは、比較器に電気的に接続され、１つ以上のプログラム可能パラメータに基づいてスイッチング素子を制御する（例えば、挙動として制御する）ように構成される。プログラム可能パラメータは、プログラム可能離散出力モジュールとインタフェースするように構成される負荷および／またはモジュール内の現在の状態に基づいて、スイッチング素子の動作を命令することができる。実施形態において、プログラム可能離散出力モジュールは、ガルヴァニック絶縁(galvanic isolation)をプログラム可能離散出力モジュールに供給するための１つ以上のアイソレータを含む。

[0015] プログラム可能離散出力モジュール内の１つ以上のコンポーネントは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、それらの組み合わせ等で実装することができる。幾らかの実装態様の中には、プログラム可能離散出力モジュールは、産業用制御システム・コンポーネントとインタフェースするように構成されるものもある。産業用制御システム・コンポーネントは、必ずしもこれに限定されないが、２４ボルト（２４Ｖ）、４８ボルト（４８Ｖ）、１２０ボルト（１２０Ｖ）、または２４０ボルト（２４０Ｖ）のスイッチ電圧で動作するモジュールを含む。これらのコンポーネントはまた、交流（ＡＣ）電圧または直流（ＤＣ）電圧を利用して動作することもできる。つまり、モジュールは、通例、複数の離散モジュールに関連付けられる機能（例えば、凡そ８個の出力モジュールの機能を１個の出力モジュールで置き換える）を提供し、また、実質的に時間をおくことなくＡＣ／ＤＣ応答を供給することができる。

[0016] プログラム可能離散入力モジュールについても説明する。１つ以上の実装態様において、入力信号に基づいてパルス幅変調信号を発生するように構成されるパルス幅変調モジュール、および復調パルス幅信号を発生するパルス幅復調モジュールを備える。アイソレータは、パルス幅変調モジュールおよびパルス幅復調モジュールを絶縁し、また、復調パルス幅信号を発生するパルス幅復調モジュールのために、パルス幅変調信号に基づいて、絶縁された変調パルス幅信号を発生するように構成される。プログラム可能離散入力モジュールはまた、復調パルス幅信号をそれぞれのプログラム可能基準と比較する第１比較器および第２比較器を含む。デジタル・フィルタは、離散入力信号を発生するために、ｌ第１比較器または第２比較器による比較信号出力をフィルタするように構成される。

[0017] プログラム可能離散入力モジュールは、ユーザがプログラム可能基準またはセット・ポイントを、プログラム可能ヒステリシスと同様に選択することを可能にする既存のコンポーネントを利用することができ、他のプログラム可能離散出力モジュールと比べて動作コストを削減することができる。プログラム可能離散出力モジュール内１つ以上のコンポーネントは、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、それらの組み合わせ等で実装することができる。プログラム可能離散入力モジュールは、産業用制御システム・コンポーネントとインタフェースするように構成される。産業用制御システム・コンポーネントは、必ずしもこれに限定されないが、２４ボルト（２４Ｖ）、４８ボルト（４８Ｖ）、１２０ボルト（１２０Ｖ）、または２４０ボルト（２４０Ｖ）のスイッチ電圧で動作するコンポーネントを含む。これらのコンポーネントはまた、交流（ＡＣ）電圧または直流（ＤＣ）電圧を利用して動作することもできる。つまり、プログラム可能離散入力モジュールは、通例、複数の離散入力モジュールに関連付けられる機能（例えば、凡そ１６枚のカードの機能を１枚のカードで置き換える）を提供し、また、実質的に時間をおくことなくＡＣ／ＤＣ応答を供給することができる。

例示の産業用制御システム／プロセス制御システム
[0018] 図１は、１つ以上の産業用制御システム・コンポーネント（例えば、センサやモータ等）を制御または動作するための産業用制御システム／プロセス制御システム１００を示す。実施形態において、産業制御システム／プロセス制御システム１００は、プロセッサ１０４およびメモリ１０６を含むコンピューティング・デバイス１０２を含む。プロセッサ１０４は、コンピューティング・デバイス１０２に処理機能を提供し、また、如何なる数のプロセッサ、マイクロコントローラ、または他の演算処理システムをも含む。また、コンピューティング・デバイス１０２によってアクセスまたは生成されるデータや他の情報を格納するレジデンシャル・メモリまたは外部メモリを含むことができる。プロセッサ１０４は、本明細書において説明する技術を実装する１つ以上のソフトウェア・プログラム（例えば、モジュール）を実行することができる。

[0019] メモリ１０６は、コンピュータ可読媒体の例であり、コンピューティング・デバイス１０２の動作に関連付けられる様々なデータ、本明細書で説明するソフトウェア機能、またはプロセッサ１０４およびコンピューティング・デバイス１０２の他の構成要素に対し本明細書で説明するステップを実行するように命令する他のデータを格納するストレージ機能を提供する。単一のメモリ１０６をコンピューティング・デバイス１０２内に示しているものの、多種多様な種別および組み合わせのメモリを採用することができる。メモリ１０６は、プロセッサ１０４、スタンド・アロンのメモリ、または両方の組み合わせとして統合してもよい。メモリは、例えば、着脱可能および着脱不可能なメモリ要素、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュ・メモリ（例えば、ＳＤカード、ミニＳＤカード）、磁気メモリ、光メモリ、ＵＳＢメモリ・デバイス等を含むことができる。

[0020] コンピューティング・デバイス１０２は、該コンピューティング・デバイス１０２内に含まれる通信モジュール１１２を介して、１つ以上の入力／出力（I／O）モジュール１０８（即ち、フィールド・デバイス、プログラム可能離散入力／出力デバイス（例えば、プログラム可能離散出力モジュール２００またはプログラム可能離散入力モジュール４００））と通信ネットワーク１１０を通じて通信可能に結合される。本開示の特定の実装態様において、通信ネットワーク１１０はバックプレーン１１３を備え、電源を供給するのに、および／または、モジュール２００，４００のそれぞれの回路との通信を提供するのに用いる。他の実装態様において、通信ネットワークは、様々な異なる種別のネットワークおよび接続を少なくとも部分的に含むことができ、これに限定されないが、交換機機構、インターネット、イントラネット、衛星ネットワーク、セルラ・ネットワーク、モバイル・データ・ネットワーク、有線および／または無線接続等を含む。

[0021] 無線ネットワークは、如何なる複数の通信規格、プロトコルおよび技術を含むことができ、これに限定されないが、モバイル通信用グローバル・システム（ＧＳＭ（登録商標））、強化データＧＳＭ環境（ＥＤＧＥ）、高速ダウンリンク・パケット・アクセス（ＨＳＤＰＡ）、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）、符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）、ブルートゥース（登録商標）、無線フィデリティ（Ｗｉ−Ｆｉ）（例えば、ＩＥＥＥ８０２．１１ａ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ，ＩＥＥＥ８０２．１１ｇおよび／またはＩＥＥＥ８０２．１１ｎ）、ボイス・オーバー・インターネット・プロトコル（ＶｏＩＰ）、Ｗｉ−ＭＡＸ、電子メール用プロトコル（例えば、インターネット・メッセージ・アクセス・プロトコル（ＩＭＡＰ）および／またはポスト・オフィス・プロトコル（ＰＯＰ））、インスタント・メッセージング（例えば、拡張可能メッセージングおよびプレゼンス・プロトコル（ＸＭＰＰ））、インスタント・メッセージングおよびプレゼンス・レバレッジング用セッション開始プロトコル拡張（ＳＩＭＰＬＥ）、および／またはインスタント・メッセージングおよびプレゼンス・サービス（ＩＭＰＳ）、および／またはショート・メッセージ・サービス（ＳＭＳ）や、如何なる適切な通信プロトコルをも含む。

[0022] Ｉ／Ｏモジュール１０８は、１つ以上の産業用制御システム・コンポーネント１０９（例えばセンサおよび／またはモータ）とインタフェースするように構成される。Ｉ／Ｏモジュール１０８は、入力モジュール、出力モジュール、並びに／または入力および出力モジュールを含むことができる。例えば、入力モジュールは、プロセスまたはフィールドにおいて入力機器から情報を受信するように使用することができ、また、出力モジュールはフィールドにおいて出力機器に命令を送信するように使用することができる。例えば、Ｉ／Ｏモジュール１０８は、産業用制御システム・コンポーネント１０９に接続されることができる。産業用制御システム・コンポーネント１０９は、ガス工場や精油所等のためのパイピング圧力を測定するためのプロセス・センサを含む。実装態様において、Ｉ／Ｏモジュール１０８は、データを収集し、複数の適用分野(application)においてシステムを制御するように使用することができる。適用分野は、製造、生産、発電、製作、および精製のような産業プロセスや、水処置および給水、廃水収集および処理、石油およびガス・パイプライン、送電および給電、風力発電所、大規模通信システムのようなインフラストラクチャ・プロセスや、（例えば、ヒーティング、ベンチレーション、およびエア・コンディショニング（ＨＶＡＣ）装置およびエネルギ消費を監視・制御する）建物、空港、船、および宇宙ステーションのための施設プロセスや、石油およびガス、精油、化学薬品、医薬、食品および飲料、水および廃水、パルプおよび紙、外部電力、鉱業、金属のような大規模キャンパス工業処理プラントや、並びに／またはクリティカルなインフラストラクチャを含むが、必ずしもこれらに限定されない。Ｉ／Ｏモジュール１０８はまた、モータを備える産業用制御システム・コンポーネント１０９に接続されることもでき、動作特性（例えば、モータ速度、モータ回転力等）を制御するように構成することができる。他の実装態様において、産業用制御システム・コンポーネント１０９は弁を備えることができ、Ｉ／Ｏモジュール１０８は、１つ以上の弁の動作特性（例えば、弁の開閉）を制御するように構成される。

[0023] 通信モジュール１１２は、様々な通信コンポーネントおよび機能を表すことができ、これに限定されないが、１つ以上のアンテナ、ブラウザ、送信機および／またはレシーバ（例えば、無線周波数回路）、無線ラジオ、データ・ポート、ソフトウェア・インタフェースおよびドライバ、ネットワーク・インタフェース、データ処理コンポーネント等を含む。

[0024] 図１に示すように、コンピューティング・デバイス１０２は、ユーザ（例えば、制御用システム／プロセス制御システム１００の運用業者等）に視覚上の出力を表示するように構成されるディスプレイ１１４に通信可能に結合される。視覚上の出力は、グラフィックス、テキスト、アイコン、ビデオ、およびそれらの如何なる組み合わせ（集合的に「グラフィックス」と称する。）をも含むことができる。幾らかの実施形態の中には、視覚上の出力の一部または全部がユーザ・インタフェース・オブジェクト等に対応するものもある。コンピューティング・デバイス１０２は更に、ユーザとシステム１００の間に通信機能を供給するためにユーザ・インタフェース・デバイス１１６（例えば、キーパッド、キーボード、ボタン、無線入力デバイス、指回し式ホイール入力デバイス、トラックスティック入力デバイス、タッチスクリーン等）に通信可能に結合することができる。ユーザ・インタフェース・デバイス１１６はまた、１つ以上の音声Ｉ／Ｏデバイス（例えば、マイクロホンやスピーカ等）を含むことができる。例えば、ユーザはユーザ・インタフェース・デバイス１１６を利用して、本明細書においてより大きく詳細に説明するように、１つ以上のプログラム可能離散入力またはプログラム可能離散出力モジュールに入力パラメータを供給することができる。

[0025] コンピューティング・デバイス１０２は、産業用制御システム（ＩＣＳ）モジュール１１８を含む。該ＩＣＳモジュールは、メモリ１０６に格納可能であり、また、プロセッサ１０４（例えば、プロセッサ１０８によって実行可能なプログラムを組み込む非一時的コンピュータ可読媒体）によって実行可能である。本明細書においてより詳細に説明するように、産業用制御システム・モジュール１１８は、コンピュータ１０２とＩ／Ｏモジュール１０８の間の通信の交換を促進する機能を、Ｉ／Ｏモジュール１０８（例えば、プログラム可能離散出力モジュール２００、プログラム可能離散入力モジュール４００）への動作パラメータを制御および／または提供するのと同様に表す。

例示のプログラム可能離散出力モジュール
[0026] 図２、図３Ａおよび図３Ｂは、本開示の例示の実装態様による、例示のプログラム可能離散出力モジュール２００を示す。プログラム可能離散出力モジュール２００は、産業用制御システム／プロセス制御システム１００用の別個の通信チャネルを表す。プログラム可能離散出力モジュール２００は、１つ以上の産業用システム制御コンポーネントとインタフェースするように構成することができる。当該コンポーネントは、これに限定されないが、温度センサ、液体タンク・センサ、圧力センサ等を含む。本開示の実装態様において、プログラム可能離散出力モジュール２００は、産業用制御システム・コンポーネント（例えば、ポンプ、モータ・コントローラ、弁等）を動作するように構成される。プログラム可能離散出力モジュール２００は、様々な電圧レベルまたは励起で動作する。例えば、第１ＩＣＳコンポーネント１０９は、第１電圧レベルで動作するように構成することができる。また、第２ＩＣＳコンポーネント１０９は、第２電圧レベルで動作するように構成することができる。これらの例では、同一のモジュール２００は、１つ以上のプログラム可能パラメータの受け取り応じて、何れかのコンポーネント１０９とインタフェースするように構成することができる。交流（ＡＣ）電圧励起は、２４ボルト、４８ボルト、１２０ボルト、または２４０ボルトとすることができる。他の例では、電圧励起は、直流（ＤＣ）電圧刺激または交流（ＡＣ）電圧刺激としてもよい。

[0027] 図２に示すように、プログラム可能離散出力モジュール２００は、端２０４Ａ，２０４Ｂに電気的に接続される少なくとも１つのスイッチング素子２０２を含む。端２０４Ａ，２０４Ｂは、通信ネットワーク１１０（例えばバックプレーン１１３）とインタフェースするように構成される。通信ネットワーク１１０はプログラム可能離散出力モジュール２００を受け入れるように構成される。スイッチング素子２０２は、電気路２０６（例えば、ワイヤやトレース等のような導体）内で電流の流れを少なくとも実質的に防止する開構成、および電気路２０６内で電流の流れを可能にする閉構成を有する。１つ以上の実装態様において、スイッチング素子２０２は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ、電気機械リレー等のような１つ以上のトランジスタを備えることができる。例えば、特定の実装態様において、図３Ａに示すように、スイッチング素子２０２は、パワー・トランジスタ２１０を備え、ドレイン端子２１２、ソース端子２１４、およびゲート端子２１６を含む。この実装態様において、モジュール２００は、直流（ＤＣ）励起構成を有する通信ネットワーク１１０とインタフェースするように構成される。他の特定の実装態様において、図３Ｂに示すように、スイッチ素子２０２は、第１パワー・トランジスタ２１０および第２パワー・トランジスタ２１８を備える。第２パワー・トランジスタ２１８は、ドレイン端子２２０、ソース端子２２２、およびゲート端子２２４を含む。この実装態様において、モジュール２００は、交流（ＡＣ）励起構成を有するＩＣＳコンポーネント１０９とインタフェースするように構成される。

[0028] スイッチング素子２０２は、電気路２０６に沿って電流検知回路２０８と直列に配置される。電流検知回路２０８は、プログラム可能離散出力モジュール２００に電流検知機能を提供するように構成される。例えば、電流検知回路２０８は、プログラム可能離散出力モジュール２００に過電流検出機能を提供するように構成される。特定の実装態様において、図３Ａおよび３Ｂに示すように、電流検知回路２０８は、電気路２０６内のインピーダンス素子２２６、およびインピーダンス素子２２６と電気的に並列に接続される差動増幅器２２８を備える。図示するように、差動増幅器２２８は、第１入力電圧端２３０、第２入力電圧端２３２、および出力端２３４を含む。差動増幅器２２８は、インピーダンス素子２２６全体の電圧降下を増幅し、増幅された電圧降下を表す信号を出力するように構成される。１つ以上の実装態様において、インピーダンス素子２２６は、１つ以上のレジスタ、既知の抵抗を有する電気トレース、または１つ以上の電界効果トランジスタ・デバイスを備えることができる。１つ以上の実装態様において、差動増幅器２２８は、モジュール２００に差動増幅器機能を供給するように構成される演算増幅器を備える。

[0029] プログラム可能離散出力モジュール２００はまた、モジュール２００に比較機能を供給するように構成される比較器２３６も含む。比較器２３６は、第１入力端２３８、第２入力端２４０、および出力端２４２を含む。第１入力端２３８は、差動アンプ２２８の出力端２３４に電気的に接続される。第２入力端２４０は基準信号（例えば、基準電圧）に電気的に接続される。比較器２３６は、増幅された電圧降下信号を基準信号と比較する。増幅された電圧降下信号が基準信号より大きいときに、比較器は、出力端２４２において第１信号（例えば、論理ハイ値(logic high)（例えば、論理「１」）信号を）出力するように構成される。反対に、増幅された電圧降下信号が基準信号未満であるときに、比較器２３６は第２信号（例えば、論理ロー値(logic low)（例えば、論理「０」）信号）を出力するように構成される。つまり、第１信号は、インピーダンス素子２２６全体で測定される電流が所定の閾値（例えば、過電流イベント）を超過するという状態を表すことができ、第２信号は、インピーダンス素子２２６全体で測定される電流が所定の閾値を超過しない状態を表すことができる。１つ以上の実装態様において、比較器２３６は、（例えば、デジタル比較器のような）ハードウェアに、または（例えば、プロセッサに比較機能を提供させるために、プロセッサによって実行可能な命令を有するプログラムを組み込んだコンピュータ可読媒体を含むメモリを有するプロセッサのような）ソフトウェアで実装することができる。

[0030] 図２に示したように、プログラム可能離散出力モジュール２００は、第１アイソレータ２４４および第２アイソレータ２４６を含む。アイソレータ２４４，２４６は、プログラム可能離散出力モジュール２００にガルヴァニック絶縁を提供するように構成される。特定の実装態様において、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、アイソレータ２４４，２４６は、それぞれの光送信機２４８，２５０、および対応する光センサ（例えば、光受信機）２５２，２５４を備えることができる。このような実装態様において、光送信機２４８，２５０は、電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで発出するように構成される。例えば、光送信機２４８，２５０は、非可視光スペクトル（例えば、赤外スペクトルや無線周波数スペクトル等）で生じる電磁放射線を発出し、または、可視光スペクトルで生じる電磁放射線を発出することができる。第１アイソレータ２４４の光学センサ２５２は、光送信機２４８によって発出される電磁放射線を検出して、比較器信号を表す信号（例えば、絶縁された比較器信号）に電磁放射を変換するように構成される。

[0031] 実施形態において、光送信機２４８，２５０は、これに限定されないが、１つ以上の発光ダイオードや１つ以上のレーザ・ダイオード等を備えることができる。比較器２３６の出力信号は、第１アイソレータ２４４の光送信機２４８を駆動するように構成される。例えば、比較器２３６の出力信号を表す、制限された波長のスペクトルで、電磁放射線を発出するように構成することができる。実施形態において、光センサ２５２，２５４は、光検出器（例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等）を備え、検出される電磁放射線を、対応する電気信号に変換する。

[0032] プログラム可能離散出力モジュール２００はまた、アイソレータ２４４，２４６に電気的に接続されるマイクロコントローラ２５６も含む。マイクロコントローラ２５６は、モジュール２００に専用の処理機能を提供することができる。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、第１アイソレータ２４４の光センサ２５２は、マイクロコントローラ２５６に電気的に接続され、また、マイクロコントローラ２５６は、第２アイソレータ２４６の光送信機２５０に電気的に接続される。１つ以上の実装態様において、マイクロコントローラ２５６は、マイクロコントローラ２５６に処理機能を提供するように構成される少なくとも１つのプロセッサ、およびプロセッサによって実行可能な１つ以上のモジュール（例えば、コンピュータ・プログラム）を格納するように構成されるメモリを含む。

[0033] マイクロコントローラ２５６は、絶縁された比較器信号に基づいてスイッチング素子２０２を動作させる。実装態様において、マイクロコントローラ２５６は、１つ以上のプログラム可能パラメータに基づいてスイッチング素子２０２のスイッチングの挙動を制御するように構成される。実施形態において、マイクロコントローラ２５６は、負荷に対応するプログラム可能パラメータ即ち負荷種別を含むことができ、離散出力モジュール２００とインタフェースするように構成される。例えば、マイクロコントローラ２５６は過電流イベントが発生したことを示す信号を受け取ると、マイクロコントローラ２５６は、マイクロコントローラ信号を出力して、スイッチング素子２０２に、開構成に移行させるように構成される。この例では、マイクロコントローラ２５６は、光送信機２５０を駆動するマイクロコントローラ信号を発生および出力する。光送信機２５０は、マイクロコントローラ信号を表す、制限された波長のスペクトルでの電磁放射線を発出する。光センサ２５４は、マイクロコントローラ信号を表す、制限された波長のスペクトルでの電磁放射線を検出し、検出された電磁放射線に基づいて、信号、即ち絶縁マイクロコントローラ信号を発生する。

[0034] 絶縁マイクロコントローラ信号は、スイッチング素子２０２に、閉構成から開構成に移行させる。例えば、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、光センサ２５４は、パワー・トランジスタ２１０（および／または第２パワー・トランジスタ２１８）のゲート端子２１６（および／またはゲート端子２２４）に電気的に接続される。過電流イベントが発生すると、絶縁マイクロコントローラ信号は、電気路２０６内での電流の流れを少なくとも実質的に防止するために、動作状態（例えば、アクティブ・モードまたは三極管モード）から非動作状態（例えば、カットオフ・モード）に、パワー・トランジスタ２１０（および／またはパワー・トランジスタ２１８）に移行させるように構成される。過電流イベントが発生しないときは、スイッチング素子２０２は閉構成に維持することができる。

[0035] マイクロコントローラ２５６は、端２０４Ａ，２０４Ｂとインタフェースされるスイッチング素子２０２のスイッチングの挙動を、負荷種別に基づいて制御するように構成される。例えば、ユーザは、１つ以上のプログラム可能パラメータを供給または選択することができる。１つ以上のプログラム可能パラメータは、負荷種別に基づいて過電流イベントの間にどのように反応するか（例えば、ソフト選択可能な過電流挙動）について、マイクロコントローラ２５６に命令する。つまり、システム１００のユーザは、スイッチング素子２０２の挙動をモジュール２００の負荷に合わせて調整することができる。実装態様において、マイクロコントローラ２５６は、スイッチング素子２０２に、過電流イベントの指標(indication)を受け取ったことに応答して、プログラムされた回数量にわたり、プログラムされた離散時間間隔で閉構成に移行させることができる。他の実装態様において、負荷タイプに応じて、マイクロコントローラ２５６は、スイッチング素子２０２が過電流イベントに起因して閉構成に移行するのを防止するように構成される。

[0036] 産業用制御システム１００は、複数のプログラム可能離散出力モジュール２００を採用することができ、それぞれが通信ネットワーク１１０（例えば、バックプレーン１１３）を介してコンピューティング・デバイス１０２と通信するように構成される。バックプレーン１１３は、モジュール２００とコンピューティング・デバイス１０２の間で電力伝送および／または通信信号伝送を提供する。１つ以上の実装態様において、それぞれのチャネル、即ちそれぞれのモジュール２００は、異なるプログラム可能パラメータを用いてプログラムして、当該それぞれのモジュール２００におけるスイッチの挙動を制御することができる。他の実装態様において、各チャネルは、それぞれのモジュール２００におけるスイッチの挙動を制御するために同一のプログラム可能パラメータを用いてプログラムすることができる。つまり、モジュール２００、即ちチャネルは、当該モジュール２００とインタフェースするために、負荷種別に基づいてそれぞれ個別にプログラム可能である。

例示のプログラム可能離散入力モジュール
[0037] 図４および図５は、本開示の例示の実装態様による、例示のプログラム可能離散入力モジュール４００を示す。プログラム可能離散入力モジュール４００は、１つ以上の産業用システム制御コンポーネントとインタフェースするように構成される産業用制御システム１００用の離散通信チャネルを表す。１つ以上の産業用システム制御コンポーネントは、これに限定されないが、温度センサ、液体タンク・センサ、圧力センサ等を含む。プログラム可能離散入力モジュール４００は、産業用制御システム１００の入力パラメータを表す入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおいて入力信号を受け取るように構成される。例えば、入力信号は、産業用制御システム１００に付随する温度センサにより供給される温度パラメータを表すことができる。他の例では、入力信号は、産業用制御システム１００に付随する液体センサにより供給されるタンク内の液面を表すことができる。更に他の例では、入力信号は、産業用制御システム１００に付随する圧力センサにより供給される圧力パラメータを表すことができる。モジュール４００は、該モジュール４００に供給される１つ以上のプログラム可能パラメータに基づいて、異なる電圧入力（例えば、電圧励起）で動作するＩＣＳコンポーネントとインタフェースするように構成される。例えば、交流（ＡＣ）電圧励起は、２４ボルト（２４Ｖ）、４８ボルト（４８Ｖ）、１２０ボルト（１２０Ｖ）、または２４０ボルト（２４０Ｖ）とすることができる。電圧励起は、直流（ＤＣ）電圧入力または交流（ＡＣ）電圧入力としてもよい。

[0038] 図示のように、プログラム可能離散入力モジュール４００は、入力端４０６および出力端４０８を有するパルス幅変調モジュール４０４を含む。パルス幅変調モジュール４０４は、入力端４０６で入力信号に基づいてパルス幅変調信号を発生するように構成される。幾らかの実施形態の中には、パルス幅変調モジュール４０４は、電圧変換器４１０に通信可能に接続されるものもある。このような実施形態において、電圧変換器４１０は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂに電気的に接続される。変換器４１０は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおいてアナログ電流（ＡＣ）入力信号（例えば、ＡＣ電圧信号）を受け取り、アナログ電流（ＡＣ）入力信号を、対応する直流（ＤＣ）出力信号に変換するように構成される。

[0039] 特定の実装態様において、変換器４１０はブリッジ整流器４１２を含む。ブリッジ整流器４１２は、少なくとも４つのダイオード４１４Ａ，４１４Ｂ，４１４Ｃ，４１４Ｄを含み、ブリッジ構成（即ち、ダイオード・ブリッジ）となるように配置される。しかしながら、他の種別の電圧変換器デバイスをブリッジ整流器４１２の代わりに利用してもよいものと考察される。図５に示すように、ブリッジ整流器４１２は、変換された出力信号を分圧器４１８に供給する出力端４１６Ａ，４１６Ｂを含む。分圧器４１８は、入力信号（即ち、変換信号）の一部である出力信号を発生するように構成される。図示するように、分圧器４１８は、少なくとも２つのインピーダンス素子４２０Ａ，４２０Ｂを含み、入力信号をインピーダンス素子値の関数として減衰させるように構成される。インピーダンス素子の値は、システム１００の要件に従って選択することができる。特定の実装態様において、インピーダンス素子４２０，４２２はレジスタである。分圧器４１８は、パルス幅変調モジュール４０４に電気的に接続される。先に説明したように、パルス幅変調モジュール４０４は、入力端４０６において供給される信号（即ち、分圧器４１８によって供給される信号）の関数として、出力端４０８においてパルス幅変調信号を発生するように構成される。幾らかの実施形態の中には、産業用制御システム１００のユーザ（例えば、オペレータ）は、モジュール４００への電圧入力の種別（例えば、ＡＣ電圧入力信号またはＤＣ電圧入力信号）に基づいて、入力電圧検出動作モードを選択することができるものもある。例えば、ＩＣＳモジュール１１８は、プロセッサ１０４に、電圧種別のグラフ図の表示をモジュール４００に入力させるように構成される。ユーザは、モジュール４００が監視することになる電圧入力をモジュール１１８に選択させるために、ユーザ・インタフェース・デバイス１１６を利用することができる。選択に基づいて、モジュール１１８は、プロセッサ１０４に、電圧入力がＡＣであるときに変換器４１０の動作をイネーブルさせる、または電圧入力信号がＤＣであるときに変換器４１０の動作をディセーブルさせるように構成される。変換器４１０がディセーブルされるときは、入力端４０２Ａ，４０２Ｂは、ＤＣ電圧入力信号がパルス幅変調モジュール４０４に直接供給されるように、パルス幅変調モジュール４０４に直接接続される。プロセッサ１０４は、スイッチ４２３Ａ，４２３Ｂ，４２３Ｃ，４２３Ｄの動作を制御するように構成することができ、その結果、スイッチ４２３Ａ，４２３Ｂが開構成であり且つ電圧入力がＡＣであるときに、入力端４０２Ａ，４０２Ｂ（スイッチ４２３Ｃ，４２３Ｄは閉構成である）およびモジュール４０４の間に直接接続を防止することができ、また、スイッチ４２３Ａ，４２３Ｂが閉構成であり且つ電圧入力がＤＣであるときに、入力端４０２Ａ，４０２Ｂおよびモジュール４０４（スイッチ４２３Ｃ，４２３Ｄは開構成である）を直接接続することができる。

[0040] 実施形態において、パルス幅変調モジュール４０４はまた、入力端４０２Ａ，４０２Ｂと直接接続することもできる。このような実施形態において、パルス幅変調モジュール４０４は、ＡＣ入力信号を受け取り、ＡＣ信号がパルス幅モジュール４０４に向けた直流電流信号を発生するのをデジタル的にフィルタするように構成される。

[0041] 図４に示すように、プログラム可能離散入力モジュール４００は、プログラム可能離散入力モジュール４００にガルヴァニック絶縁を提供するように構成されるアイソレータ４２４を含む。アイソレータ４２４は、プログラム可能離散入力モジュール４００の第１部分４２６を、プログラム可能離散入力モジュール４００の第２部分４２８から絶縁する。図示するように、パルス幅変調モジュール４０４は、アイソレータ４２４に電気的に接続され、パルス幅変調信号がアイソレータ４２４に供給される。アイソレータ４２４は、第１部分４２６と第２部分４２８の間で、電気エネルギ（例えば、情報を表す電気エネルギやデータを表す電気エネルギ）の交換を可能にするように構成される。実装態様において、アイソレータ４２４は、光送信機４３０および光学センサ４３２（例えば、光センサ）を備える。例えば、図５に示すように、パルス幅変調信号は、電磁放射を、パルス幅変調信号を表す制限された波長のスペクトルで発出するように構成される光送信機４３０を駆動する。例えば、光送信機４３０は、非可視光スペクトル（例えば、赤外スペクトルや無線周波数スペクトルなど）で生じる電磁放射線を発出する、または、可視光スペクトルで生じる電磁放射を発出するように構成される。光送信機４３０は、これに限定されないが、１つ以上の発光ダイオードや１つ以上のレーザ・ダイオード等を備えることができる。

[0042] 光センサ４３２は、光送信機４３０によって発出される電磁放射を検出し、パルス幅変調信号を表す、絶縁された変調パルス幅信号（例えば電気信号）に電磁放射線を変換するように構成される。１つ以上の実装態様において、光センサ４３２は、検出された電磁放射線を、絶縁変調パルス幅電気信号に変換する光検出器（例えばフォトダイオードやフォトトランジスタ等）を備える。

[0043] 図４に示すように、プログラム可能離散入力モジュール４００は、入力端４３６および出力端４３８を有するパルス幅復調モジュール４３４を含む。図４に示すように、入力端４３６は、アイソレータ４２４に電気的に結合される。特定の実装態様において、図５に示すように、入力端４３６は、光センサ４３２に電気的に接続される。パルス幅復調モジュール４３４は、入力端４３６での絶縁変調パルス幅信号に基づいて、パルス幅復調信号を発生するように構成される。

[0044] プログラム可能離散入力モジュール４００はまた、少なくとも第１比較器４４０および第２比較器４４２も含む。本明細書においてより詳細に説明するように、比較器４４０，４４２はソフトウェアにより設定可能である。例えば、比較器４４０，４４２は、プログラム可能閾値（例えば、基準ポイント）およびプログラム可能ヒステリシスを含む。比較器４４０，４４２は、様々な方法で実装することができる。例えば、比較器４４０，４４２は、ハードウェア（例えば、デジタル比較器）で実装することができる。他の例では、比較器４４０，４４２は、プロセッサに比較機能を供給させるソフトウェア（例えば、プログラム実行可能命令）で実装することができる。

[0045] 第１比較器４４０および第２比較器４４２は、システム１００に比較機能を供給する。図４に示すように、第１比較器４４０は、パルス幅復調モジュール４３４の第１出力端４３８に電気的に接続される。同様に、第２比較器４４２は、パルス幅復調モジュール４３４の第２出力端４４０に電気的に接続される。第１比較器４４０および第２比較器４４２はまた、バックプレーン１１３を介してプロセッサ１０４と動作可能に接続される。例えば、第１比較器４４０は、入力端４４６を介してバックプレーン１１３に接続され、第２比較器４４２は入力端４４８を介して通信ネットワーク１１０に接続される。本開示の実装態様において、システム１００は、第１比較器４４０および第２比較器４４２に、プログラム可能基準、即ちセット・ポイントを設けるように構成される。ユーザまたはオペレータは、第１比較器４４０のための第１プログラム可能基準を選択することができる。同様に、ユーザは、第２比較器４４２のための第２２プログラム可能基準を選択することができる。例えば、ＩＣＳモジュール１１８（例えば、コンピュータ可読プログラム）は、ディスプレイ１１４においてユーザが選択することができるプログラム可能基準（システム１００およびプログラム可能離散入力モジュールの設計により予め規定されたプログラム可能基準）のセットをプロセッサ１０４に表示させるように構成される。

[0046] ユーザは、ユーザ・インタフェース・デバイス１１６を利用することができ、プログラム可能基準（例えば、第１プログラム可能セット・ポイント即ち閾値、および第２プログラム可能セット・ポイント、即ち閾値）を、プログラム可能基準のセットから選択することができる。ユーザ選択に応答して、モジュール１１８は、対応する比較器４４０，４４２におけるプログラム可能基準をプロセッサに設定させるように構成される。実装態様において、第１プログラム可能基準の設定は、第２プログラム可能基準の設定とは異なるものとすることができる。例えば、第１プログラム可能基準は、高いセット・ポイントを表してよく、また、第２プログラム可能基準は、低いセット・ポイントを表してもよい。プログラム可能基準値は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂでの電圧励起値（即ち、２４ボルト（２４Ｖ）、４８ボルト（４８Ｖ）、１２０ボルト（１２０Ｖ）または２４０ボルト（２４０Ｖ））の種別に基づく（即ち、対応する）ことができる。

[0047] 比較器４４０，４４２は、対応の端４３８，４４０における復調パルス幅信号をプログラム可能基準のそれぞれ（即ち、セット・ポイントのそれぞれ）と比較するように構成される。例えば、第１比較器４４０は、復調パルス幅信号を第１プログラム可能基準と比較するように構成される。復調パルス幅信号が第１プログラム可能基準よりも大きいときに、第１比較器４４０は第１信号（例えば論理ハイ信号）を出力するように構成される。第１信号は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおける入力信号が、当該端４０２Ａ，４０２Ｂにおける前の入力信号よりも大きいことを示す。当該前の入力信号は、前の離散時間間隔の間にシステム１００に関連づけられた産業環境のパラメータ（例えば、温度、液面、圧力等）を表す。復調パルス幅信号が第１プログラム可能基準未満であるときに、第１比較器は第２信号（例えば論理ロー信号）を出力するように構成される。第２信号は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおける入力信号が、当該端４０２Ａ，４０２Ｂにおける前の入力信号と少なくとも概ね同一であることを示す。

[0048] 第２比較器４４２は、復調パルス幅信号を第２プログラム可能基準と比較するように構成される。復調パルス幅信号が第２プログラム可能基準よりも大きいときに、第２比較器４４２は第３信号（例えば論理ハイ信号）を出力するように構成される。第３信号は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおける入力信号が、当該端４０２Ａ，４０２Ｂにおける前の入力信号と少なくとも概ね同一であることを示す。復調パルス幅信号が第２プログラム可能基準未満であるときに、第２比較器４４２は第４信号（例えば論理ロー信号）を出力するように構成される。第４信号は、入力端４０２Ａ，４０２Ｂにおける入力信号が、当該端４０２Ａ，４０２Ｂにおける前の入力信号未満であることを示す。

[0049] 図４および図５に示すように、プログラム可能離散入力モジュール４００は、入力端４５０，４５２および出力端４５４を有するデジタル・フィルタ４４８を含む。デジタル・フィルタ４４８は、デジタル・フィルタ機能をモジュール４００に提供するように構成される。デジタル・フィルタ４４８は、比較器４４０，４４２それぞれの出力端４４４，４４６に電気的に接続される。デジタル・フィルタ４４８は、比較器４４０，４４２が受け取る信号をデジタル的にフィルタし、離散入力信号を発生する。離散入力信号は、システム１００に供給され、端４０２Ａ，４０２Ｂにおける入力信号が当該端４０２Ａ，４０２Ｂにおける前のサンプル入力信号よりも大きいか、少なくとも概ね同一であるか、またはそれ未満であるかについて示す。例えば、離散入力信号は、産業用制御システム１００に関連づけられる環境がある時間期間にわたり変化したかについて示す。１つ以上の実装態様では、出力端４５４は、通信ネットワーク１１０を介してプロセッサ１０４に通信可能に接続される。プロセッサは産業用制御システムの要件に従って離散入力信号を利用する。

[0050] １つ以上の実装態様では、システム１００は、複数のプログラム可能離散入力モジュール４００を採用することができ、それぞれが通信ネットワーク１１０を介してコンピューティング・デバイス１０２と通信するように構成される。例えば、通信ネットワーク１１０は、プログラム可能離散入力モジュール４００とインタフェースするように構成されるバックプレーン（例えば、電力バックプレーン）を備えることができる。プログラム可能入力デバイス４００のそれぞれは、システム１００内のチャネルを表す。バックプレーンは、デバイス４００とコンピューティング・デバイス１０２の間で電力伝送および／または通信信号送信を提供する。デバイス４００は、システム１００に付随する様々なモジュール１０９から収集されるデータを表す入力信号を受け取ることができる。例えば、第１モジュール４００（例えば第１チャネル）はタンク内の温度を表す入力信号を受け取ることができる。同様に、第２モジュール４００（例えば第２チャネル）は、タンク内の液面を表す入力信号を受け取ることができる。この例では、第１モジュール４００は第１励起レベル（例えば、４８ボルト（４８Ｖ））で生じる入力信号を受け取ることができる一方で、第２モジュール４００は第２励起レベル（例えば、２４０ボルト（２４０Ｖ））で生じる入力信号を受け取ることができる。デバイス４００（例えば、複数のチャネル）は、ソフトウェア選択可能パラメータ（即ち、プログラム可能閾値やプログラム可能ヒステリシス）をユーザから受け取るように構成される。つまり、ユーザは、ソフトウェア選択可能パラメータを、システム１００の環境監視要件に従って各デバイスや各チャネルに供給することができる。

[0051] 図６は、本開示の例示の実装態様による、コンピューティング・デバイス６００を示す。図示するように、コンピューティング・デバイス６００は、プロセッサ６０２およびメモリ６０４、並びに通信モジュール６０６を含む。これらは、プロセッサ１０４、メモリ１０６、および通信モジュール１１２として先に説明したのと同一の機能を少なくとも提供する。例えば、本明細書において説明するように、メモリ６０４は、１つ以上のプロセスをプロセッサ６０２に実行させるために、プロセッサ６０２によって実行可能なプログラムを組み込むコンピュータ可読媒体を含む。本開示の実装態様において、コンピューティング・デバイス６００は、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ、マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路デバイス、またはこれらの組み合わせ等を表す。

[0052] 先に説明した１つ以上のデバイスは、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、それらの組み合わせ等で実装することができる。例えば、パルス幅変調モジュール４０４は、パルス幅変調機能を提供するように構成される単一の離散集積回路デバイス（即ち、マイクロコントローラ）内に組み込まれるコンピューティング・デバイス６００として実装することができる。他の例では、パルス幅復調モジュール４３４、比較器４４０，４４２、および／またはデジタル・フィルタ４４８は、ソフトウェアまたはハードウェアで実装することができる。例えば、パルス幅復調モジュール４３４、比較器４４０，４４２、および／またはデジタル・フィルタ４４８は、１つ以上のコンピューティング・デバイス６００内に実装（即ち、特定用途向け集積回路デバイス、マイクロコントローラ、または複数の集積回路デバイスとして実装）することができる。他の例において、パルス幅復調モジュール４３４、比較器４４０，４４２、および／またはデジタル・フィルタ４４８の機能は、ソフトウェアによって提供することができる。例えば、パルス幅復調モジュール４３４、比較器４４０，４４２、および／またはデジタル・フィルタ４４８の機能は、プログラム実行可能命令として実装することができ、メモリ６０４のような有形媒体に格納することができる。プログラム実行可能命令は、対応するコンポーネント（パルス幅復調モジュール４３４、比較器４４０，４４２、またはデジタル・フィルタ４４８）のそれぞれの機能をプロセッサ６０２に提供させる。

例示の方法
[0053] 図７は、過電流イベントが発生したかを決定する例示の方法を示す。図示する方法７００では、電流値を表す信号（例えば、電圧降下）は、電流検知回路で発生する（ブロック７０２）。１つ以上の実装態様において、電流検知回路２０８は、電気路２０６に沿って電流を検知するように構成される。先に説明したように、差分増幅器２２８は、インピーダンス素子２２６全体の電圧降下を増幅させて、増幅された電圧降下を表す信号を出力するように構成される。図６に示すように、増幅電圧降下を表す信号は、過電流基準と比較される（ブロック７０４）。図３Ａおよび図３Ｂに示すように、比較器２３６は、増幅電圧降下の信号を過電流基準（即ち、電圧基準）と比較するように構成される。増幅電圧降下信号が過電流基準より大きいときに、比較器２３６は過電流イベントが発生したことを示す信号を出力するように構成される。増幅電圧低下信号が過電流基準未満であるときに、比較器２３６は過電流イベントが発生していないことを示す信号を出力するように構成される。

[0054] スイッチング素子のスイッチチング挙動はマイクロコントローラによって制御される（ブロック７０６）。先に説明したように、マイクロコントローラ２５６は、スイッチング素子２０２の動作（即ち、スイッチング挙動）を制御するように構成される。マイクロコントローラ２５６が、過電流イベントが発生したことを示す信号を受け取るときに、マイクロコントローラ２５６はスイッチング素子２０２の動作を制御するように構成される。例えば、マイクロコントローラ２５６は、スイッチング素子２０２に、閉構成から開構成に移行させて、電気路２０６を通じて電流が流れるのを防止するように構成される。幾らかの実装態様の中には、マイクロコントローラ２５６は、１つ以上の負荷パラメータに基づいて機能させるようにマイクロコントローラ２５６に命令するプログラム可能パラメータを含むものもある。図７に示すように、過電流イベントを示す信号を受け取ったことに応答して、マイクロコントローラは、プログラムされた回数量にわたり、プログラムされた離散時間間隔において、スイッチング素子に、開構成から閉構成に移行させるように構成される。例えば、モジュール２００とインタフェースする負荷種別に応じて、マイクロコントローラ２５６は、過電流イベントの指標を受け取ったことに応答して、プログラムされた回数量にわたり、プログラムされた離散時間間隔において、スイッチング素子２０２に、閉構成に移行させるように構成される。他の例では、負荷種別に応じて、マイクロコントローラ２５６は、過電流イベントに起因してスイッチング素子２０２が閉構成に移行し戻すのを防止するように構成される。

[0055] 図８は、先に説明したプログラム可能離散入力モジュール２００を利用する離散入力信号を発生する方法８００を示す。図８に示すように、入力信号を受け取る（ブロック８０２）。モジュール２００は、１つ以上のＩ／Ｏモジュール１０８（例えば産業用制御システム環境内のセンサ１０９）とインタフェースするように構成される。パルス幅変調信号が、入力信号に基づいて、パルス幅変調モジュールにおいて発生される（ブロック８０４）。先に説明したように、パルス幅変調モジュール２０４は、入力信号に基づいてパルス幅変調信号を発生するように構成される。

[0056] パルス幅変調信号に基づいて絶縁されたパルス幅変調信号は、アイソレータによって発生される（ブロック８０６）。アイソレータ４２４は、パルス幅復調モジュールによる復調のために絶縁される信号を生成するように構成される。例えば、光送信機４３０は、パルス幅変調信号に基づいて、電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで発出するように構成される。光センサは、電磁放射線を検出し、検出された電磁放射線に基づいて絶縁された信号を生成するように構成される。

[0057] 絶縁されたパルス幅変調信号に基づいて復調されたパルス幅信号を発生する（ブロック８０８）。先に説明したように、絶縁された信号は、パルス幅復調モジュール４３４によって復調される。図７に示すように、第１比較信号は、パルス幅復調信号の第１プログラム可能基準との比較に基づいて発生される（ブロック８１０）。また、第２比較信号は、パルス幅復調信号の第２プログラム可能基準との比較に基づいて発生される（ブロック８１２）。第１比較信号および第２比較信号は、対応の第１プログラム可能基準および第２プログラム可能基準にそれぞれ基づいて、第１比較器および第２比較器によって発生される。第１プログラム可能基準および第２プログラム可能基準は、ユーザがセット・ポイントを選択することができるように、ユーザ選択可能とすることができる。セット・ポイントは、モジュール２００に関連づけられる電圧励起に基づくことができる。第１比較信号または第２比較信号の少なくとも一方は、離散入力信号を発生するために、デジタル・フィルタにおいてフィルタされる（ブロック８１４）。先に説明したように、デジタル・フィルタは、システム１００の離散入力信号を発生するために、第１比較信号または第２比較信号をフィルタする。

結論
[0058] 以上、構造的特徴および／またはプロセス動作に特定的な文言で主題について説明したが、添付した特許請求の範囲において定められた主題は、以上で説明した具体的な特徴やアクトには必ずしも限定されないことは理解されてしかるべきである。逆に、以上で説明した具体的な特徴やアクトは、特許請求の範囲を実施する形態例として開示したまでである。

Claims (29)

1. プログラム可能離散入力モジュールであって、
   入力信号に基づいてパルス幅変調信号を発生するように構成されるパルス幅変調モジュールと、
   復調パルス幅信号を発生するように構成されるパルス幅復調モジュールと、
   前記パルス幅変調モジュールおよび前記パルス幅復調モジュールを少なくとも実質的に絶縁するように構成されるアイソレータであって、前記復調パルス幅信号を発生する前記パルス幅復調モジュールのために、パルス幅変調信号に基づいて、絶縁された変調パルス幅信号を発生するように構成される、アイソレータと、
   前記パルス幅復調モジュールに通信可能に結合される第１比較器であって、前記復調パルス幅信号を第１プログラム可能基準と比較するように構成され、該比較に基づいて、第１比較器出力信号を出力するように構成される、第１比較器と、
   前記パルス幅復調モジュールに通信可能に結合される第２比較器であって、前記復調パルス幅信号を第２プログラム可能基準と比較するように構成され、該比較に基づいて、第２比較器出力信号を出力するように構成される、第２比較器と、
   前記第１比較器および前記第２比較器に通信可能に結合されるデジタル・フィルタであって、前記第１比較器出力信号または前記第２比較器出力信号の少なくとも一方をデジタル的にフィルタして、離散入力信号を発生するように構成される、デジタル・フィルタと
   を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
2. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを含むマイクロコントローラを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、デジタル・フィルタ機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
3. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、デジタル・フィルタ機能を提供するように構成されるフォールド・プログラマブル・ゲート・アレイを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
4. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、デジタル・フィルタ機能を提供するように構成される離散回路を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
5. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、パルス幅変調機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
6. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、パルス幅変調機能を提供するように構成されるフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
7. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、パルス幅変調機能を提供するように構成される特定用途向け集積回路を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
8. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１比較器または前記第２比較器の少なくとも一方がデジタル比較器を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
9. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１比較器または前記第２比較器の少なくとも一方が、更に、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、比較機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
10. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１プログラム可能基準または前記第２プログラム可能基準の少なくとも一方が、前記第１プログラム可能基準または前記第２プログラム可能基準の少なくとも一方に関連づけられるセット・ポイントを選択するために、ユーザによってプログラムされるように構成されるユーザ選択可能プログラム可能基準を含む、プログラム可能離散入力モジュール。
11. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記アイソレータが、前記パルス幅変調信号に基づいて、電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで発出するように構成される光送信機と、前記電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで検出するように構成され、該検出に応答して前記絶縁された変調パルス幅信号を発生するように構成される光センサとを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
12. 請求項１記載のプログラム可能離散入力モジュールであって、更に、入力端および出力端を有する電圧変換器を備え、前記出力端が前記パルス幅変調モジュールに通信可能に結合され、前記電圧変換器が、前記入力端におけるアナログ電圧信号を前記出力端における直流電流信号に変換するように構成され、前記直流電流信号が前記入力信号を含む、プログラム可能離散入力モジュール。
13. 請求項１２記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記電圧変換器がブリッジ整流器を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
14. プログラム可能離散入力モジュールであって、
    デジタル入力信号に基づいて、パルス幅変調信号を発生するように構成されるパルス幅変調モジュールと、
    復調パルス幅信号を発生するように構成されるパルス幅復調モジュールと、
    前記パルス幅変調モジュールおよび前記パルス幅復調モジュールを少なくとも実質的に絶縁するように構成されるアイソレータであって、前記復調パルス幅信号を発生する前記パルス幅復調モジュールのために、パルス幅変調信号に基づいて、絶縁されたパルス幅変調信号を発生するように構成される、アイソレータと、
    前記パルス幅復調モジュールに通信可能に結合される第１比較器であって、前記復調パルス幅信号を第１プログラム可能基準と比較するように構成され、該比較に基づいて、第１比較器出力信号を出力するように構成される、第１比較器と、
    前記パルス幅復調モジュールに通信可能に結合される第２比較器であって、前記復調パルス幅信号を第２プログラム可能基準と比較するように構成され、該比較に基づいて、第２比較器出力信号を出力するように構成される、第２比較器と、
    前記第１比較器および前記第２比較器に通信可能に結合されるデジタル・フィルタであって、前記第１比較器出力信号または前記第２比較器出力信号の少なくとも一方をデジタル的にフィルタして、離散入力信号を発生するように構成される、デジタル・フィルタと
    を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
15. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを含むマイクロコントローラを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、デジタル・フィルタ機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
16. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、デジタル・フィルタ機能を提供するように構成されるフォールド・プログラマブル・ゲート・アレイを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
17. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記デジタル・フィルタが、デジタル・フィルタ機能を提供するように構成される離散回路を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
18. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、パルス幅変調機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
19. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、パルス幅変調機能を提供するように構成されるフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
20. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記パルス幅変調モジュールが、パルス幅変調機能を提供するように構成される特定用途向け集積回路を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
21. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１比較器または前記第２比較器の少なくとも一方がデジタル比較器を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
22. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１比較器または前記第２比較器の少なくとも一方が、更に、有形コンピュータ可読媒体を有するメモリと結合されるプロセッサを備え、前記有形コンピュータ可読媒体が、前記プロセッサに、比較機能を提供させるために、前記プロセッサによって実行可能なプログラムを組み込む、プログラム可能離散入力モジュール。
23. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記第１プログラム可能基準または前記第２プログラム可能基準の少なくとも一方が、前記第１プログラム可能基準または前記第２プログラム可能基準の前記少なくとも一方に関連づけられるセット・ポイントを選択するために、ユーザによってプログラムされるように構成されるユーザ選択可能プログラム可能基準を含む、プログラム可能離散入力モジュール。
24. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記アイソレータが、前記パルス幅変調信号に基づいて、電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで発出するように構成される光送信機と、前記電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで検出するように構成され、該検出に応答して前記絶縁されたパルス幅変調信号を発生するように構成される光センサとを備える、プログラム可能離散入力モジュール。
25. 請求項１４記載のプログラム可能離散入力モジュールであって、更に、入力端および出力端を有する電圧変換器を備え、前記出力端が前記パルス幅変調モジュールに通信可能に結合され、前記電圧変換器が、前記入力端におけるアナログ電圧信号を前記出力端における直流電流信号に変換するように構成される、プログラム可能離散入力モジュール。
26. 請求項２５記載のプログラム可能離散入力モジュールにおいて、前記電圧変換器がブリッジ整流器を備える、プログラム可能離散入力モジュール。
27. 離散入力信号を発生する方法であって、
    入力信号を受け取るステップと、
    パルス幅変調モジュールにおいて、前記入力信号に基づいてパルス幅変調信号を発生するステップと、
    パルス幅復調モジュールによる復調のために、アイソレータにおいて、前記パルス幅変調信号に基づいて、絶縁されたパルス幅変調信号を発生するステップであって、前記アイソレータが、前記パルス幅変調モジュールおよび前記パルス幅復調モジュールを絶縁するように構成される、ステップと、
    前記絶縁されたパルス幅変調信号に基づいて、前記パルス幅復調モジュールにおいて、パルス幅復調信号を発生するステップと、
    第１比較器において前記パルス幅復調信号および第１プログラム可能基準の比較に基づいて、第１比較信号を発生するステップと、
    第２比較器において前記パルス幅復調信号および第２プログラム可能基準の比較に基づいて、第２比較信号を発生するステップであって、前記第１プログラム可能基準が前記第２プログラム可能基準とは異なる、ステップと、
    離散入力信号を発生するために、デジタル・フィルタにおいて、前記第１比較信号または前記第２比較信号の少なくとも一方をフィルタするステップと
    を含む、方法。
28. 請求項２７記載の方法であって、更に、前記第１プログラム可能基準のための第１セット・ポイントを規定すること、または、前記第２プログラム可能基準のための第２セット・ポイントを規定することの少なくとも一方についてのユーザ選択を受け取るステップを含む、方法。
29. 請求項２７記載の方法において、前記絶縁されたパルス幅変調信号を発生するステップは、前記パルス幅変調信号に基づいて、電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで放出するステップ、および、光センサにおいて、前記電磁放射線を、制限された波長のスペクトルで検出するステップを含み、
    前記光センサが、前記検出に応答して前記絶縁されたパルス幅変調信号を発生するように構成される、方法。

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