JP7057043B2 - 危険領域において単極セットを使用してフィールドバス通信と電力を携帯メンテナンスツールから送信する方法、電気コネクタ組立体、可搬装置組立体、二極プラグ - Google Patents

Description

本出願は、本質的安全（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓａｆｅｔｙ）基準に則って電力と通信信号を２線式通信ラインに沿って選択的にフィールド機器に送る携帯メンテナンスツールに関する。

化学および石油プロセスに使用するようなプロセス制御システムは、一般的に、少なくとも１台のホストまたはオペレータのワークステーション、および１台以上のフィールド機器に、アナログ、デジタル、または結合アナログ／デジタルバスを介して通信可能に連結された１台以上のプロセスコントローラを有する。フィールド機器は、例えば、バルブ、バルブ保定装置、スイッチ、およびトランスミッタ（例えば、温度、圧力および流量センサ）などであり、プロセスプラント内でバルブの開閉やプロセスパラメータの測定などのような機能を発揮する。プロセスコントローラは、フィールド機器によって行われるプロセス測定の信号および／または他の情報をフィールド機器に関連する他の情報を受信し、この情報を使って制御ルーチンを行い、その後、バスで送信されてフィールド機器の操作を制御する制御信号を生成する。フィールド機器とプロセスコントローラから収集した情報で、オペレータまたは技術者は、例えば、プロセスを構成する、プロセスの現状の状態を見る、および／またはプロセスの操作を変更するなど、プロセスに対して所望の機能を実行するオペレータのワークステーションで１つ以上のアプリケーションを、実行できる。

多くの場合、フィールド機器は、オンサイトのセットアップ、コンフィギュレーション、テスト、メンテナンスを必要とする。例えば、フィールド機器をプロセス制御プラントの特定の位置に設置することができるようになる前に、フィールド機器をプログラム化し、そのフィールド機器を設置する前後にテストを行う必要がある場合もある。すでに設置されたフィールド機器は、メンテナンスの目的であるいは、例えば不良が検出され、フィールド機器をサービスまたは修理用に診断しなければならない場合に定期的にチェックをする必要がある。一般的に、フィールド機器のコンフィギュレーションおよびテストは携帯可搬メンテナンスツールを使って現場にて行う。実際、多くのフィールド機器が遠隔で、届きにくい位置に設置されることが多く、ユーザにとって、重量で嵩高く、非可搬性で、一般的には一度設置したフィールド機器を診断装置のある現場に運ばなければならないフルコンフィギュレーションやテスト装置を使用するより、設置した装置を遠隔位置から携帯可搬ツールを使ってテストをした方が便利である。

フィールド機器は、少なくとも部分的に操作可能であり、電力供給を受けることが出来る場合は、携帯メンテナンスツールまたは可搬性テスト装置（ＰＴＤ）をフィールド機器の通信端末に接続して診断ルーチンを行うことができる。一般的に、フィールド機器とＰＴＤは、２線式接続で通信を行う。例えば、FOUNDATION（登録商標）フィールドバス装置は、テストと携帯装置との通信に２線式接続を使用する。

現場でのフィールド機器のテストは、そのフィールド機器に電力を供給できなければ不可能となる場合もある。この煩雑性が発生するのは、例えば、停電が起こった場合、フィールド機器自体に局所的に電力の問題がある場合、または1台以上のフィールド機器がオフライン、すなわち不良状態にある場合である。一般的に、電力はフィールド機器を２線式電源供給ラインを介して電源に接続することによってフィールド機器に供給される。例えば、FOUNDATIOIN（登録商標）フィールドバス装置は、フィールドバス装置と通信する際に使用するものと同じ端子を介して電力を供給される。しかし、可搬式電力に関する検討事項と本質的安全（ＩＳ）基準が、特に、重要で危険なプロセス制御システムにフィールド機器を野外で設置する際に、フィールド機器に電力を供給する方法を規制している。

一般的に、フィールド機器に電力を供給するために使用する電圧は、フィールド機器と通信する際に使用する電圧よりも高い。さらに、野外でフィールド機器に電力を供給する前に、一定の安全対策を施さなければならない。特に、ＩＳガイドラインによると、技術者は、フィールド機器自体の内部では、フィールド機器のスイッチを入れてはいけないとしている。よって、フィールド機器を修理する技術者は、スイッチをフィールド機器の内部に使用または設置して、準備した、または余った電力供給ラインから装置への電力のスイッチを入れることはできない。フィールド機器は、揮発性物質または揮発性プロセスの近傍に設置されていることが多いので、電圧や電力の接続がフィールド機器に適用されるとアーク放電や火花の生成によって爆発を引き起こす可能性が高いため、ＩＳガイドラインは、内部電力スイッチを禁止している。参考までに、内部スイッチは、フィールド機器に一体に接続された、またはその内部に物理的に収納された、および／またはフィールド機器に固定されたあらゆるスイッチのことを含むと考えてよい。

関連するＩＳガイドラインは、また、ＰＴＤ内のフィールド機器に接続され、フィールド機器の近傍の内部に位置する電力をＯＮにしないように推奨している。ＩＳ基準は、一般的に、野外に設置され、操作されていない、または電力を供給されていないフィールド機器に電力を供給するときには、人の手の介在を規定していた。フィールド機器に電力を供給するため存在するＰＴＤを自動電力機能で構成することが望ましいが、この構成は、一般的にはＩＳ基準では禁止されている。

ＩＳ基準を遵守するため、現存のＰＴＤは、ＰＴＤとテスト中のフィールド機器との間に４本の線またはワイヤを連結するための４つの接続ポートを有するインターフェースを備える。一般的に、第１のライン対を使って第１の電圧範囲の通信信号を伝送し、第２のライン対を使って第２のより高い電圧または電圧範囲でフィールド機器に電力を供給する。第１のライン対は、主にフィールド機器のテスト中に使用し、第２のライン対／ワイヤは、フィールド機器が、フィールド機器によって機能（例えば、テスト機能またはコンフィギュレーション機能）の実施を可能とするために電力をフィールド機器に提供する必要があるときのみ使用する。このように、テスト中のフィールド機器への追加の電力は、フィールド機器とＰＴＤの間を追加のワイヤでつなぐなどを含む人の手による作業が常に必要となる。一言で言えば、ＩＳ基準は一般的には、２組の別々のラインまたはリードセットおよびフィールド機器を可搬テスト装置につなぐための３つまたは４つのポートを要求するなどの可搬フィールド機器テスト設備の開発を制限してきた。一方、２個のリードセットをＰＴＤに備え付けるのは一般的に行われていることであるが、これが野外技術者にとってメンテナンス機能を実施するときに最も効率がよく便利なソリューションとは限らない。

テスト中のフィールド機器へのスイッチＯＮまたは電力供給の方法は、携帯メンテナンスツールとフィールド機器の間の２線式通信ラインとの接続を含み、２線式通信ラインを第１の端部でフィールド機器のターミナルに接続し、第２の端部で二極プラグに接続し、二極プラグは、２線式通信ラインを携帯メンテナンスツールに電気的に接続する。２線式通信ラインの２本のワイヤを、二極プラグの第１と第２極に接続する。第１と第２極の間で電圧が検出されなければ、シャントプラグを挿入して２線式通信ラインの２本のワイヤの一方を携帯メンテナンスツールが供給する電圧に接続して、電力を同じ２線式通信ラインでフィールド機器に供給する。他の通信信号はシャントプラグを挿入後に伝達される。

フィールド機器に電圧を供給するために印加するＤＣ電圧は定電圧で、通信電圧は時間の関数である電圧でもよい。シャントプラグは、ＤＣ電圧がＯＦＦになると、携帯メンテナンスツールの再スタート時に意図に反してフィールド機器に電力が提供されないように自動的に２線式通信ラインから切り離される。

一般的に言えば、２線式通信ラインは、第１と第２極が２線式通信ラインに電気的に接続される二極プラグを含む電気コネクタ組立体の一部である。二極プラグは、メンテナンスツールに電気的に接続される携帯メンテナンスツールのジャックまたはソケットに挿入されるように構成されている。電気コネクタ組立体は、二極プラグとインターフェース接続するシャントプラグと、携帯メンテナンスツールとインターフェース接続する二極プラグを備え、ＤＣ電圧を２線式通信ラインに接続する。

また別のケースでは、プロセス制御ネットワークのフィールド機器と通信するための可搬装置組立体は、携帯メンテナンスツールをフィールド機器に電気的および通信可能に接続するための携帯メンテナンスツールと２線式通信ラインを有し、２線式通信ラインは、一対のフィールド機器端子に取り外し可能に接続される第１の端部を有する。組立体は、さらに、携帯メンテナンスツールの対応する３ジャックレセプタクルに挿入する構成の二極プラグを備え、２線式通信ラインの各ワイヤが二極プラグの第１または第２極のいずれかに接続される。組立体は、さらに２つの極を含むシャントプラグと、２つの極を互いに電気的に接続する回路を含む。シャントプラグの第２極は、インターフェースの第３のジャックに挿入する構成であり、シャントプラグの第１極は、二極プラグに挿入する構成である。二極プラグは、さらにシャントプラグの第２極を受容するジャックレセプタクルを有し、シャントプラグが携帯メンテナンスツールと二極プラグに挿入されると、シャントプラグの第２極と二極プラグの第２極を電気的に接続するように構成されている。

電気的にまた通信可能に携帯メンテナンスツールをフィールド機器に接続するための電気コネクタ組立体は、第１の端部がフィールド機器に接続される２線式通信ラインと、２線式通信ラインの第２の端部に接続され、携帯メンテナンスツールの３ジャックレセプタクルに挿入する構成の二極プラグと、携帯メンテナンスツールと二極プラグに接続される取り外し可能なシャントプラグを備える。

携帯メンテナンス装置をフィールド機器に接続する二極プラグは、プラグ体、第１極、第２極、プラグ体で終端する端末側終端を有する２線式通信ラインを備える。２線式通信ラインの第１のワイヤの端末側終端は、第１極または第２極のいずれかに接続され、２線式接続ラインの第２のワイヤの端末側終端は、第１極または第２極の他方に接続する。また、二極プラグは、第１極または第２極のいずれかに電気的に接続されるとともにさらに別のプラグの極を受容するように構成される１ジャックレセプタクルも含む。

図１は、電力と通信信号をテスト中のフィールド機器に供給する現存の従来技術装置を示す図である。 図２は、テスト中のフィールド機器へ電力と通信信号を供給する第２の現存の従来技術装置を示す図である。 図３は、２線式通信ラインを使ってテスト中のフィールド機器に電力と通信信号を供給するシャントプラグと二極プラグを使用する電気コネクタ組立体を備えたテスト装置を示す図である。 図４は、図３の組立体の二極プラグとシャントプラグを携帯メンテナンスツールと並べて示す分解側面図である。 図５は、図３の組立体のシャントプラグの例示側の斜視図である。 図６は、図３の組立体のシャントプラグの第２の例示側の斜視図である。 図７は、図４のプラグを使って携帯メンテナンスツールからテスト中のフィールド機器への電力をスイッチＯＮする、ＩＳ基準を遵守した方法のフローチャートである。 図８は、図３の電気コネクタ組立体とともに使用する構成の携帯メンテナンスツールの上面図である。 図９は、図８の携帯メンテナンスツールの上部の斜視図である。 図１０は、図３の２線式通信ライン構成の分解斜視図であり、図４の二極プラグとシャントプラグを含み、図８および９の携帯メンテナンスツールとともに並べて示した図である。

下記に示す方法と装置により、本質的安全（ＩＳ）基準も遵守しながらフィールド機器が電力と通信信号を少ない２線リードセットまたは２線式通信ラインで、受け取とることができる。この方法と装置は、現在フィールド機器との通信と電力の供給に使っているシステムに多くの安全機能と利点を提供するものであり、これらのシステムについて、簡単に述べる。可搬式構成と較正ツールは、携帯メンテナンスツールまたは可搬式テスト装置（ＰＴＤ)の間の２線式接続と、これらの２つの装置の間の通信を行うために使用する２線式接続を採用するフィールド機器を必要とすることが多い。例えば、FOUNDATION(登録商標）のフィールドバス装置は、一般的に２線式通信ラインまたは２線リードセットでＰＴＤとフィールド機器を接続して、フィールド機器をセットアップ、構成、または診断する必要がある。フィールド機器にすでに電力が供給されていれば、一般的にフィールド機器のコンフィギュレーションとテストを行うのには２線式通信ラインで十分である。一方、場合によっては、FOUNDATION(登録商標）のフィールドバス装置のようなフィールド機器がテストおよび／またはコンフィギュレーションに電力が必要な場合には、コンフィギュレーションまたはテスト中に必要な電力を提供するＰＴＤを使用するのがより便利である、または必要である。しかし、ＩＳ基準では、ＰＴＤの内部から、またはフィールド機器自体の内部から電力スイッチＯＮとすることは許されていない（例えば、補助、または余剰な電力供給ラインが利用可能など）。何故なら、このようなＰＴＤは、危険な、爆発を伴うような環境で使用されることが多いからである。

図１は、ＰＴＤ１２を含む、テスト中のフィールド機器１０と通信すると同時にフィールド機器１０へ電力を供給する現存のシステム２５を示している。一般的に、ＰＴＤ１２からの第１のワイヤ対１４は、フィールド機器１０の一対の入力出力端子１８、２０に接続されてフィールド機器１０と通信する。例えば、ＰＴＤ１２は、フィールド機器１０から情報を抽出する診断ルーチンを行う。および／またはＰＴＤ１２は、プログラムの指示を第１のワイヤ対１４を介してフィールド機器１０に送ることによってフィールド機器１０を形成している。図１の現存のシステムでは、技術者は、ＰＴＤ１２がフィールド機器１０からの読み取りを得ることができない場合に、フィールド機器に電力が供給されていないと判断できる。場合によっては、技術者が目視検査やフィールド機器１０自体に設けたインジケータでフィールド機器１０の電力状態を確認することができる。フィールド機器に電力が供給されていない状態の時には、技術者はＰＴＤ１２とテスト中のフィールド機器１０の間を第２のワイヤ対１６で接続してフィールド機器１０に電力を供給する。一般的に、ＰＴＤ１２は、２個の二極プラグ３０、３２をＰＴＤ１２に接続するためのソケット、ジャック、あるいは他のタイプの電気レセプタクルを提供するインターフェース１３を有している。ここで、極とは、電位レセプタクルまたは図１のＰＴＤインターフェース１３のジャックのような雌のコネクタと結合するあらゆる種類の雄のコネクタのことをいう。二極プラグ３０、３２のそれぞれは、２つのワイヤ対１４、１６のうちの一方と接続され、ワイヤ対１４、１６は各プラグ３０、３２の別の極に接続される。

ＰＴＤ１２のインターフェース１３は、４つのジャック２１、２２、２３、２４を含む。第１の対のジャック２１、２２は、第１の二極プラグ３０と電気的結合してフィールド機器１０に通信信号を提供するために使用できる。ここで、２つ以上の要素を電気的に結合するとは、２つ以上の要素の間に電気を導通させることが出来る接続を意味する。第２の対のジャック２３、２４を、第２の二極プラグ３２に電気的結合して第２のワイヤ対１６を介してフィールド機器１０に電力を提供することができる。ＩＳ基準のような一般の安全規則は、すべての電力を運ぶ電線すべてが電線に電力を供給する前にフィールド機器１０に接続されていなければならないとうたっている。この規則は、第１のワイヤ対１４に沿って伝達される通信信号のような低圧通信信号だけでなく、第２のワイヤ対１６上の高い電圧に対しても拡げて解釈されうる。この指示を実行しないいかなるシステムもＩＳ基準に準拠していないことになる。さらに、ＩＳ基準によると、すべてのスイッチ手段は、フィールド機器１０の外部に位置していなければならない。図１の構成は、フィールド機器１０自体の内部で電力のスイッチをＯＮにできないので、ＩＳ基準を遵守していることになる。さらに、図１の構成は、プラグ３０、３２をＰＴＤインターフェース１３の対応するジャック２１、２２、２３、２４に接続する前に、ユーザがコネクタ組立体の端子１８、２０をフィールド機器１０に手動で接続できる。

図２は、（図１のシステムの４本の線から減らした）３本のワイヤまたは線４１、４２、４３を使ってＰＴＤ１２をフィールド機器１０に接続する典型的な可搬式テスト装置２６を示す。ＰＴＤ１２は、３本の線４１、４２、４３に対応する第１、第２、および第３のジャック５１、５２、５３を含む電気接続インターフェース１５を有する。インターフェース１５は、第２のジャック５２上の通信信号ＦＦ＋（例えば、FOUNDATION（登録商標）フィールドバス通信信号）と、第３のジャック５３上の電圧ＶＤＣ＋両者に共通線または接地線として使用できる第１のジャック５１を含む。

図２に示すように、フィールド機器１０の入力および出力端子１８、２０は、第１のワイヤセット４４（ワイヤ４１、４２を含む）を介してそれぞれＰＴＤインターフェース１５の第１と第２のジャック５１、５２に接続される。第２のワイヤセット４３（１本のワイヤ４３と共通線４１を含む）は、必要に応じてフィールド機器１０に電力を供給するための端子１８、２０を通して電圧ＶＤＣ＋を提供する。システム２６は、フィールド機器１０への１本の端子接続により、ＰＴＤ１２をセットアップするために必要なコンフィギュレーションハードウェアを減らしている。よって、図１のシステム２５では、技術者が、第１のワイヤ対１４の第１と第２のワイヤを端子１８、２０に接続し、第２のワイヤ対１６の第１と第２のワイヤを同じ端子１８、２０に接続しなければならなかったが、図２に示すシステム２６では、技術者は、電力が必要なときに追加のワイヤ４３をフィールド機器１０に接続するだけですむ。残念なことに、システム２６では、技術者は、２本のワイヤ４１、４２を有する第１のセット４４と１本のワイヤを有する第２のセット４３の２セットの接続線を持ち運ばなければならない。

図３は、２線式通信ライン電気コネクタ組立体１２６を使用してフィールド機器１０とＰＴＤ１２の間に通信信号を提供し、さらに必要なときにはフィールド機器１０に補助電力を提供するテスト組立体１２５を示す。図３のＰＴＤ１２は、通信信号をフィールド機器１０に提供し、必要に応じて電力をフィールド機器１０に提供するためのインターフェース１７を含む。特に、インターフェース１７は、通信と電力をフィールド機器１０に提供するための第１、第２、第３のジャック６１、６２、６３を有する。この場合、第１のジャック６１は、共通または接地線であり、第２のジャック６２は、通信信号電圧ＦＦ＋を提供し、第３のジャック６３は、フィールド機器１０に電力を提供するための電圧ＶＤＣ＋を提供する。結果として、図３のＰＴＤまたは携帯メンテナンスツール１２は、図２のＰＴＤと類似しているまたは同一でもよい。

２線式通信ラインコネク組立体１２６の二極プラグ１００とシャントプラグ２００は図３と図４の分解図に示すＰＴＤ１２のインターフェース１７と結合する構成である。特に、二極プラグ１００の第１極１０１と第２極１０２は、ＰＴＤインターフェース１７の対応する第１と第２のジャック６１、６２とそれぞれ結合するように構成されている。ＰＴＤ１２とフィールド機器１０を接続する２線式ライン１１４は、プラグ１００の第１の端部で終端している。図４によりわかりやすく示しているように、２線式ライン１１４の第１のワイヤ１１６は、プラグ１００の第１極１０１に電気的に結合され、２線式ライン１１４の第２のワイヤ１１７は、プラグ１００の第２極１０２に電気的に結合される。図３を再び参照する。２線式ライン１１４は、ワイヤ１１６が、フィールド機器１０の端子２０に電気的に結合し、ワイヤ１１７が、フィールド機器１０の端子１８に電気的に結合する第２の端部で終端している。上記のように、ＩＳ基準は、フィールド機器１０に可能な接続のタイプを一時的であるもの、取り外し可能であるもの、フィールド機器１０と一体化されていないものに制限している。場合によっては、フィールド機器１０は、２線式ライン１１４と接続するための標準ねじ込み式コネクタを有していてもよい。しかし、２線式ライン１１４は、他の構造、プラグ、ラグ、またはコネクタの第２の端部で終端していてもよい。

図３に示したコネクタ組立体１２６では、二極プラグ１００は、インターフェース１７の第３のジャック６３の電源ＶＤＣ＋に直接接続していない。その代わり、図３～４に示すように、二極プラグ１００は、第２極１０２に電気的に結合し、よって、プラグ１００がＰＴＤ１２に挿入されるとワイヤ１１７とインターフェース１７の第２のジャック６２と電気的に結合する１ジャック式レセプタクル１２１を有する。しかし、シャントプラグ２００は、電源ＶＤＣ＋とプラグ１００のワイヤ１１７を接続するように動作する。特に図４は、二つの極２０１、２０２を共に電気的に結合する第１および第２極２０１、２０２とシャント回路２０７を有するコネクタ組立体１２６のシャントプラグ２００を示す。極２０１、２０２は二極プラグ１００をジャックレセプタクル１２１を介して二極プラグ１００に、また、インターフェース１７の第３のジャック６３を介してＰＴＤ１２に電気的に連結するように構成されている。シャントプラグ２００は、二極プラグ１００とインターフェース１７の中に挿入され、プラグ１００の第２極１０２とシャントプラグ２００の第２の極２０２は電気的に結合される。シャント回路２０７は２つの極２０１、２０２を一緒に結合し、それによって第２と第３のジャック６２、６３が２線式ライン１１４のワイヤ１１７と電気的に結合されるからである。この結合では、第２のジャック６２からかかる第１の電圧ＶＤＣ＋と第１のジャック６１からの通信信号電圧ＦＦ－を、２線式通信ライン１１４のみを使ってフィールド機器端子１８、２０にかけることができる。

図３の電気コネクタ組立体１２６は、図１および２の現存のシステム上に存在する多くの利点を提供する。例えば、組立体１２６は、ＰＴＤ１２を使ってフィールド機器１０をテストするための２本の２線式接続ラインの必要性を排除している。技術者は、従来のシステムが必要とするような２セットの接続線を持ち運ばなくても、１セットの接続線を持ち運ぶだけで済む。さらに、コネクタ組立体１２６は、フィールド機器１０に意図しない電力を供給しないように防ぐことができる。例えば、組立体１２６の安全機能の１つは、シャントプラグ２００のＬ字型本体である。図４の分解図によりわかりやすく示すように、シャントプラグ２００の極２０１、２０２は、同一平面状になく、シャントプラグ２００の本体は、シャントプラグ２００をプラグ１００のジャック１２１に挿入し、インターフェース１７の第３のジャック６３に挿入すると二極プラグ１００のコーナーと適合するＬ字型である。図３～４に示すように、プラグ１００の第１および第２極１０１、１０２の距離は、シャントプラグ２００の第１および第２極２０１、２０２の間の距離とプラグ１００の第２極１０２とシャントプラグ２００の第２極２０２の間の両距離より大きい。インターフェース１７のレイアウトとシャントプラグ２００と二極プラグ１００の極の間の間隔は、ユーザが誤って電力を供給したり、ＰＴＤ１２を短絡させたりしないように防ぐ役割を持つ。例えば、２つの極１０１、１０２の間の距離と第２と第３のジャック６２、６３の距離は異なるので、ユーザは二極プラグ１００をインターフェース１７の第２および第３のジャック６２、６３に挿入する可能性は低く、よって、電力を２線式通信ライン１１４に供給する可能性も低い。さらに、ＰＴＤ１２はさらに下記に示すように、電力を供給するための手動の操作を必要とするように構成されているため、ユーザは、シャントプラグ２００を挿入することなく、２線式通信１１４ラインに誤って電力を供給することはできない。

シャントプラグ２００は、ＰＴＤ１２を使用するときの操作の安全性を高めることができる追加の機能も含む。第１のケースでは、シャント２００プラグは、シャントプラグ２００の２つの極２０１、２０２を接続するシャント回路２０７の一部としてのダイオード２０８を備える。ダイオード２０８により、シャントプラグ２００は、ＰＴＤ１２に影響または損傷を与える可能性のある、２線式ライン１１４の逆流電流をすべて遮断する。第２のケースでは、シャントプラグ２００は、過負荷から保護するため、極２０１、２０２と並んでヒューズ２０９を備えていてもよい。ヒューズは望ましければ本質安全ヒューズでもよい。この構成は、フィールド機器１０が例えば短絡した場合に有用である。

図５および６は、さらに手動の操作を容易とすることができるシャントプラグ２００のメカニズムを示す図である。図５において、シャントプラグ２００の本体２１０は、ユーザが現場で作業している間に、ユーザがシャントプラグ２００を取り外す際に役立つように構成してもよい。シャントプラグ２００の本体２１０の第１の側２１３は、シャントプラグ２００の表面を粗目にするためにプラスチックリブ２１２または凹部を設け、ユーザのシャントプラグ２００の把持性を高めている。例えば、ユーザが保護手袋をしなければならない場合、プラスチックリブ２１２により、ユーザは安全にシャントプラグ２００を握ってＰＴＤ１２と二極プラグ１００を取り外すことができるようになる。図６を参照する。シャントプラグ２００の本体２１０の第２の側２１５は、ラベルを載置するための平坦で凹型領域２１４を有する。本体２１０の凹型領域２１４により、シャントプラグ２００の本体２１０からラベルがはがれにくくなる。凹型領域２１４に貼付したラベルで、シャントプラグ２００自体を識別させてもよいし、および／またはシャントプラグ２００を使うための警告または指示を表示してもよい。

シャントプラグ２００は、さらに、追加のメカニズムを含み、電力がフィールド機器１０に必要なときに手作業の介在ができる構成にしてもよい。シャントプラグ２００は、（例えば、機械的、電気的、または磁気的）メカニズムを組み合わせてフィールド機器１０への電力のスイッチをＯＮにするときに、ＩＳ基準が規定している手作業の介在を促がしてもよい。先に説明したように、テストが完了したときにシャントプラグ２００を二極プラグ１００に挿入した状態を保つことによって、次に２線リードセット１１４を新しいフィールド機器に接続したときにフィールド機器１０に意図に反して電力を供給するリスクが高まる。このような事態が起こることを防ぐため、シャントプラグ２００の１つのメカニズムにより、例えば、一方向パワースイッチにより、２線式通信ライン１１４から電力が切り離されたときにシャント回路２０７を開放し、シャントプラグ２００を、ユーザがシャントプラグ２００を手動で取り外し、再び差し込むまでは開放状態とする。あるケースでは、ＰＴＤ１２の電力を切ったときに、シャントプラグ２００へ供給された電圧を二極プラグ１００とＰＴＤ１２から電気的に切断するようにプログラム化されたソフトウェアモジュール１９３（図１０に示す）をＰＴＤ１２に設けてもよい。ＰＴＤ１２のソフトウェアモジュール１９３はＰＴＤ１２の（図３に示す）第１および第２のジャック６１、６２の間の負荷、または電流を検出するように構成されている。ＰＴＤ１２が第１および第２のジャック６１、６２の間の負荷を検出しない場合、ＰＴＤ１２は、ＰＴＤ１２がフィールド機器１０に接続されていない、または通信していないと判断し、ＰＴＤ１２の第３のジャック６３の電力接続を開放することができる。第３のジャック６３は、ユーザが、ソフトウェアモジュール１９３を使って２線式通信ライン１１４の第１および第２のワイヤ１１６、１１７を他のフィールド機器に再び接続し、電力の接続を再び開始するまでは、開放位置にとどまり、よって電流がジャックに流れない。シャントプラグ２００を二極プラグ１００とＰＴＤ１２から取り外すことによって、電気コネクタ組立体１２６の手動リセットを行うことができる（第３のジャック６３に対する開回路をソフトウェアモジュール１９３がどのポイントで検出するか）。別のケースでは、まず取り外し、次にシャントプラグ２００を二極プラグ１００とＰＴＤ１２に挿入しなおすことで手動のリセットを行うことができる。よって、ＰＴＤ１２は、ユーザが再び電力を提供しようと意識的に行うまでは自動的に電源を切断し、電圧を印加しないようにプログラム化されているので、ＰＴＤ１２のこれらのメカニズムのいずれかを使用することは有益である。これらのメカニズムは、ユーザが誤って電力を供給してしまう可能性を低減する。

純粋に機能の立場からみると、例示のシャントプラグは異なる形状でもよい。一方、ここに示すシャントプラグ２００は、別の選択肢としてシャントプラグ２００のＬ字型本体に対して装飾を施している。ここに示した構成は、製造コストを上げるので、図示のシャントプラグ２００は、本発明から導き出すことができる可能なすべての経済的利点を得ることができないかもしれない。他方で、この構成は、審美性が高く、購買者にとって目立ちやすく、そのシャントプラグがどこにあるのかを識別する要因となり得ることが考えられる。

図７は、ＩＳ基準を遵守しながら図３の組立体１２６を使って選択的にテスト中のフィールド機器１０に電力を供給する方法のフローチャートを示す。ブロック６０２では、テスト中のフィールド機器１０に２線式通信ライン１１４を接続する。上記のように、２線式通信ライン１１４を通して電圧を接続している間にアーク放電または火花を生成する危険性を低減するには、２線式通信ライン１１４を可能な電源に接続する前に２線式通信ライン１１４はまず、フィールド機器１０に接続しなければならない。ブロック６０４では、二極プラグ１００（リードセットの端末側終端として機能する）をＰＴＤ１２のインターフェース１７に差し込むことによって２線式接続ライン１１４をＰＴＤ１２に接続する。ブロック６０６では、ＰＴＤ１２のプロセッサ１９０（図１０に示す）は、ＰＴＤ１２とフィールド機器１０の間の通信を開始し、例えば、ＰＴＤ１２がフィールド機器１０から通信信号を受け取るか、または２線式通信ライン１１４上の電圧を検出する。この通信は、２線式通信ライン１１４の測定（例えば、インピーダンスまたは電流）を含んでいてもよい。通信は、フィールド機器１０に応答する（例えば接続試験用パケット）ように促す信号も含んでいてもよい。場合によっては、２線式通信ライン１１４に供給する通信信号は、時間の関数である電圧信号であり、一方、他の場合には、通信信号は、変調されたＤＣ電圧でもよい。ブロック６０８で、プロセッサ１９０は、ブロック６０６で検出した２線式通信ライン１１４上の電圧の測定に基づいてフィールド機器１０がアクティブか、もしくは電力が供給されているかを判断する。例えば、ブロック６０８で、プロセッサ１９０は、フィールド機器１０に電力を供給され、および／または（さらなる通信を行うことも含む）コンフィギュレーション機能を実行できるインピーダンスまたは電流かどうかを判断する。フィールド機器１０に電力が供給され、通信を受信できる場合は、ブロック６１０で、プロセッサ１９０がテストおよび／またはコンフィギュレーションルーチンまたは機能を２線式通信ライン１１４を介して実行する。フィールド機器１０に電力が供給されていない場合には、ブロック６１２で、プロセッサ１９０は、（ＰＴＤ１２を介して）シャントプラグ２００をインターフェース１７と二極プラグ１００のジャック１２１に接続または挿入して電圧を２線式通信ライン１１４に印加するようにユーザを促す。そして、このルーチン６００はブロック６０６に戻ってフィールド機器１０との通信を始める。ブロック６０８で、プロセッサ１９０が、フィールド機器１０がアクティブで通信が成功したと判断したら、ブロック６１０で、プロセッサ１９０はテストおよび／またはコンフィギュレーションルーチンを２線式通信ライン１１４を介して実行する。

ブロック６１０で、プロセッサ１９０はプログラムの実行がいつ完了するかを判断する。例えば、プロセッサ１９０は、ブロック６１０では、ユーザが与えたコマンドすべての処理が完了したかどうかを判断できる。ブロック６１０で、プロセッサ１９０は、操作が完了したことを表示し、さらに、シャントプラグ２００をＰＴＤ１２と二極プラグ１００から切断するようにユーザを促す。ＩＳ基準に適合するため、ユーザは、シャントプラグ２００を二極プラグ１００とＰＴＤ１２から切り離して、フィールド機器１０から適当な距離に立ち、フィールド機器１０の電力のスイッチをＯＦＦにする。この操作により、２線式通信ライン１１４がまず、フィールド機器の端子１８、２０で切り離された場合に起こりうる、フィールド機器１０の近傍でのアーク放電が開始するリスクを低減する。ユーザにシャントプラグ２００を外すように促すことによっても、電力供給電圧に接続されている状態で２線式ライン１１４を異なるフィールド機器に接続してしまうという将来的な危険性も低減することができる。

図８～１０の携帯メンテナンスツールまたはＰＴＤ１２は（１）異なる型のフィールド機器に通信可能に、また電気的に結合し、（２）ＰＴＤインターフェースで接続を保護し、（３）論理的およびフェールセーフのレイアウトを有するインターフェースを提供するように好都合に設計されている。図８～１０のＰＴＤ１２は、例えば、ＨＡＲＴ通信プロトコルフィールド機器またはFOUNDATION（登録商標）フィールドバス装置など、１つ以上のタイプのフィールド機器でテストまたはコンフィギュレーションルーチンを実行するように構成されている。ＰＴＤ１２の上部１８０により、１つの型のフィールド機器に対応する第１のインターフェース１６４と、第２のフィールド機器に対応する第２のインターフェース１７１を提供することにより、図８にもっともわかりやすく示すように、ＰＴＤ１２は異なるフィールド機器と接続できるようになる。例えば、ＰＴＤ１２の上部１８０は、ＨＡＲＴ通信プロトコルフィールド機器とFOUNDATION（登録商標）フィールドバスフィールド機器の両者それぞれと通信する２つのジャック、またはインターフェースのグループ１６４、１７１を備える。インターフェース１７１の第１、第２、および第３のジャック１６１、１６２、１６３は、図３の２線式通信ラインコネクタ組立体１２６を受容するように構成されている。結果として、図８～１０のＰＴＤを、図３のＰＴＤに置き換えることができる。

しかし、図８～１０の構成では、図３のインターフェース１７のように３つのジャックを一線状に並べる代わりに、ＰＴＤ１２のインターフェース１７１が三角形が傾斜したように並べた３つのジャックを有している。インターフェース１６４は、不等辺四角形に並べた少なくとも６個のジャックを有する。図３のインターフェース１７のジャック６１、６２、６３と同様に、インターフェース１７１の３つのジャック１６１、１６２、１６３がそれぞれ接地または共通線ＦＦ－／ＶＤＣ－、通信電圧ＦＦ＋、および電源ＶＤＣ＋に対応する。第１のジャック１６１は第２のジャック１６２から、第２のジャック１６２と第３のジャック１６３の間の距離より大きい距離を開けて位置している。ジャック１６１、１６２、１６３の間の距離は、それぞれ、二極プラグ１００の極１０１、１０２の間の距離と、二極プラグ１００の第２極１０２とシャントプラグ２００の第２極２０２間の距離それぞれに対応する。さらに、二極プラグ１００の本体の形状と、シャントプラグ２００の本体の形状は特にコネクタ組立体１２６がＰＴＤ１２のインターフェース１７１の三角形の配置と一致したときのみ合うように構成してもよい。例えば、二極プラグ１００の本体は、二極プラグ１００とシャントプラグ２００がＰＴＤ１２の三角形のインターフェース１７１と一致したときのみシャントプラグ２００のＬ字型本体を受容する形状に合うように構成してもよい。

図９に示すように、ＰＴＤ１２の上部１８０は、ＰＴＤ１２のインターフェース１６４、１７１のジャックをシールドする保護リッジ１７０を有する。図９は、ＰＴＤ１２の上部１８０の斜視図であり、保護リッジ１７０とインターフェース１６４、１７１のジャックの傾斜した配置がよりわかりやすく示されている。リッジ１７０は、ＰＴＤ１２の上部１８０と一体の、角度がついた突起であり、トップ１８０の後ろ側エッジにおけるジャックに対する保護バリアとなる。また、図９は、ジャックの傾斜した配置と、ＰＴＤ１２の上部１８０からジャックがどのように角度をつけて突出し、逆にジャックが保護リッジ１７０を超えて突出しないようにどのように埋め込まれているかを示している。図１０は、ＰＴＤ１２とＰＴＤ１２の上部１８０のインターフェース１７１に合わせて並べた２線通信コネクタ組立体１２６の分解図である。また、図１０は、コードとプログラミング指示を保存するメモリ１９１に接続され、ＰＴＤ１２が上記の機能と、テスト、通信、コンフィギュレーション、および通常、ＰＴＤ１２によって実行されるプログラミング指示などを含む他の機能も果たすことができるように構成されたプロセッサ１９０を示す図である。メモリ１９１の内部に位置するソフトウェアモジュール１９３は、上記のうちの一つの機能を実行する。

上記のＰＴＤ１２は、フィールド機器１０がアクティブで電力が供給されている限り、プログラム化しても、あるいはＤＣ電圧を図３の第３のジャック６３、あるいは図８から１０の第３のジャック１６３に印加するように構成してもよい。例えば、ＰＴＤ１２は、電力スイッチを有さない構成であり、これは、ＩＳ基準を遵守している。何故なら、一般的にＰＴＤ１２の電力スイッチが未知の電力状態であるかもしれず電力が誤ったタイミングで意図に反して供給されてしまうかもしれないためである。

図８～１０に示された上記のＰＴＤ１２は、便利でフェールセーフの設計機能を提供するものである。例えば、ＰＴＤ１２の上部１８０は、異なる型のフィールド機器接続ラインを受容するように構成されている。ＰＴＤ１２の別の便利な機能は、ＰＴＤ１２の上部１８０のインターフェース１６４、１７１の位置である。フィールド機器接続線を現場にいるときにＰＴＤ１２の上部１８０に接続することは、技術者にとってさらに便利である。何故なら、技術者は、ＰＴＤ１２の面をよりよく見ることができ、また、接続線が技術者の移動可能性を干渉しないからである。さらに、インターフェース１６４、１７１をＰＴＤ１２の上部１８０に角度をつけて配置したので、接続状態をよりよく見ることができる。例えば、ＰＴＤ１２をフィールド機器１０に接続するためにＰＴＤ１２を前後に動かしながら押し込んだり回転させたりする代わりに、技術者は、ＰＴＤ１２を定位置に保持し、接続線をＰＴＤ１２を傾けることなく正確に接続することができる。ＰＴＤ１２の上部１８０のリッジ１７０は、ＰＴＤ１２が落下した場合に接続線に対する保護バリアとして働く。最後に、上記のようなジャックの配置は、ＰＴＤ１２をフィールド機器１０に接続する際に、図３のコネクタ組立体１２６を意図に反して誤って使用しないように防ぐことができる。インターフェース１７１の三角形のレイアウトとシャントプラグ２００と二極プラグ１００の極の間の間隔は、ユーザが誤って電力を供給したり、ＰＴＤ１２を短絡させないように防いだりする役割を持つ。例えば、２つの極１０１、１０２の間の距離と第２と第３のジャック１６２、１６３の距離は異なり、極１０１、１０２はジャック１６２、１６３と一致しないので、ユーザは二極プラグ１００をインターフェース１７１の第２および第３のジャック１６２、１６３に挿入することができない。さらに、ユーザは、シャントプラグ２００を接続して電力をフィールド機器１０に供給する前に、二極プラグ１００をＰＴＤ１２に接続しなければならない。

純粋に機能的な立場から、例としてあげたＰＴＤの上部と全体的な構造は、単に異なるジャックの配置および／または装置自体の全体的な形状を含む場合もある。一方で、図８～１０に示すＰＴＤ１２は、別の選択肢を有する。すなわちジャックを配置するために装飾を施すこと、およびＰＴＤ１２の上部１８０のインターフェースの角度方位である。ここに示した構成は、製造コストを上げるので、図示のＰＴＤ１２は、本発明から導き出すことができ得るすべての経済的利点を得ることができないかもしれない。他方で、この構成は、見て美しく、購買者にとって目立ちやすく、そのＰＴＤがどこにあるのか識別しやすくなるとも考えられる。

前記の説明では、様々な異なる実施形態を詳しく説明したが、特許の範囲は、本紙最後の特許請求の範囲の文言によって定義されるものである。詳細な説明は、例示のみを目的として構築されたものであり、すべての可能な実施形態を設営するものではない。さらに、FOUNDATION（登録商標）フィールドバスフィールド機器の接続について述べてきたが、説明した組立体および装置は、他のプロセス制御システムとフィールド機器のタイプにも使用できる。数多くの様々な実施形態を実行できる。現行の技術または本紙の提出日後に開発された技術のいずれかを使用することも特許請求の範囲に含まれるものとする。

よって、ここで説明し、図示した上記の技術と構造には本特許請求の範囲の精神と範囲から逸脱することなく、様々な変更や変形を加えてもよい。よって、ここで説明する方法と装置は、例示に過ぎず、特許請求の範囲を制限するものではない。

Claims (20)

1. 携帯メンテナンス装置をフィールド機器に接続するための二極プラグであって、
   プラグ本体と、
   第１極および第２極と、
   前記プラグ本体で終端となる端末側終端を有する２線式通信ラインと、
   １ジャックレセプタクルと、
   を備える二極プラグであって、
   前記２線式通信ラインの前記端末側終端の第１のワイヤは、前記第１極および前記第２極の一方に接続され、
   前記２線式通信ラインの前記端末側終端の第２のワイヤは、前記二極プラグの前記第１極および前記第２極の他方に接続され、
   前記１ジャックレセプタクルは、更なるプラグの極を受容する前記二極プラグの前記第１極と前記第２極の一方に電気的に接続される、
   二極プラグ。
2. 前記２線式通信ラインの前記端末側終端の前記第１のワイヤは、前記第１極に接続され、
   前記１ジャックレセプタクルは、前記第１極に電気的に接続されている、
   請求項１に記載の二極プラグ。
3. 前記第２極は、前記１ジャックレセプタクルから電気的に絶縁されている、請求項２に記載の二極プラグ。
4. 前記第２極は、前記１ジャックレセプタクルに電気的に接続されていない、請求項２に記載の二極プラグ。
5. 前記１ジャックレセプタクルは、前記２線式通信ラインの前記端末側終端の前記第１のワイヤに電気的に接続されている、請求項２に記載の二極プラグ。
6. 前記１ジャックレセプタクルは、前記２線式通信ラインの前記端末側終端の前記第１のワイヤを電力供給に間接的に接続するように構成されている、請求項５に記載の二極プラグ。
7. 前記１ジャックレセプタクルは、前記第１極と軸方向に整列されている、請求項５に記載の二極プラグ。
8. 前記２線式通信ラインは、異なる端末側終端を含み、
   前記異なる端末側終端の第１のワイヤは、電気的装置の第１の端末と電気的に接続されるように構成され、
   前記異なる端末側終端の第２のワイヤは、前記電気的装置の第２の端末と電気的に接続するように構成されている、
   請求項１に記載の二極プラグ。
9. 前記２線式通信ラインの前記異なる端末側終端は、第２のプラグ本体に終端する、請求項８に記載の二極プラグ。
10. 前記２線式通信ラインの前記異なる端末側終端は、ラグで終端する、請求項８に記載の二極プラグ。
11. 前記端末側終端の前記第１のワイヤは、前記異なる端末側終端の前記第１のワイヤに電気的に連結され、
    前記端末側終端の前記第２のワイヤは、前記異なる端末側終端の前記第２のワイヤに電気的に連結されている、
    請求項８に記載の二極プラグ。
12. 前記２線式通信ラインの前記異なる端末側終端で、前記第１のワイヤは、前記電気的装置の前記第１の端末にねじ込むためのねじ式コネクタを含み、且つ、前記第２のワイヤは、前記電気的装置の前記第２の端末にねじ込むためのねじ式コネクタを含む、請求項８に記載の二極プラグ。
13. 前記プラグ本体は、平行な第１の面及び第２の面を含み、
    前記１ジャックレセプタクルは、前記第１の面に配置され、
    前記２線式通信ラインは、前記第１の面を通って配置され、
    前記第１極および前記第２極は、前記プラグ本体の前記第２の面から離れて伸びる、
    請求項１に記載の二極プラグ。
14. ただ１つのレセプタクルを備え、
    前記１つのレセプタクルは、前記１ジャックレセプタクルである、
    請求項１に記載の二極プラグ。
15. フィールド機器に携帯メンテナンス装置を接続するための二極プラグであって、
    プラグ本体と、
    前記プラグ本体から伸びる第１極および第２極と、
    前記プラグ本体で終端となる端末側終端を有する２線式通信ラインと、
    レセプタクルと、
    を備える二極プラグであって、
    前記２線式通信ラインの前記端末側終端の第１のワイヤは、前記第１極に接続され、
    前記２線式通信ラインの前記端末側終端の第２のワイヤは、前記二極プラグの前記第２極に接続され、
    前記レセプタクルは、さらなるプラグの極を受容するために前記第１極に電気的に接続され、
    前記レセプタクルは、前記プラグ本体を通って伸びる、
    二極プラグ。
16. 前記プラグ本体は、第１の面および第２の面を含み、
    前記レセプタクルは、前記第１の面から前記プラグ本体を通って伸び、
    前記第１極および前記第２極は、前記第２の面と前記プラグ本体とから離れて伸びる、
    請求項１５に記載の二極プラグ。
17. 前記第１極、前記第２極、および前記レセプタクルは、前記プラグ本体の前記第１の面に垂直な方向に伸びる、請求項１６に記載の二極プラグ。
18. 前記第１の面および前記第２の面は平行である、請求項１６に記載の二極プラグ。
19. 前記第１極および前記第２極は平行である、請求項１５に記載の二極プラグ。
20. 前記レセプタクルおよび前記第１極は、軸方向に整列されている、請求項１５に記載の二極プラグ。

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