他の構成要素の間にハードウェア上で実行されるソフトウェア及び/またはファームウェア例示的な装置及びシステムを以下に記すが、そのようなシステムは単なる例示であり、限定的であると見なされるべきではない点に留意されたい。たとえば、これらハードウェア、ソフトウェア及びファームウェア構成要素のいずれかまたはすべてはハードウェアのみ、ソフトウェアのみ、またはハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせのみで実現されうることが考えられる。したがって、例示的な装置及びシステムを以下に記すが、ここで提示する実施例がそのような装置及びシステムを実装する唯一の方法ではないことを当業者は容易に理解しうるであろう。
例示的なプロセス制御システムには、制御室(たとえば、図1の制御室108)、プロセス制御領域(たとえば、図1のプロセス制御領域110)、終端領域(たとえば、図1の終端領域140)及び1つまたは複数のプロセス領域(たとえば、図1のプロセス領域114及び118)が含まれる。プロセス領域には、特定のプロセス(たとえば、化学プロセス、石油プロセス、製薬プロセス、パルプ及び紙プロセスなど)の実行に関連する動作を行う複数のフィールド機器(たとえば、制御バルブ、制御モータ、制御ボイラ、監視、測定パラメータなど)が含まれる。厳しい環境条件(たとえば、比較的高い温度、空気中の毒素、危険な放射線レベルなど)のため、いくつかのプロセス領域に人間はアクセスできない。制御室は通常、人間が安全にアクセスできる環境内に1つまたは複数のワークステーションを含む。ワークステーションは、たとえば、変数値の変更、プロセス制御機能などによってプロセス制御システムの動作を制御するためにユーザ(たとえば、エンジニア、オペレータなど)がアクセスできるユーザアプリケーションを含む。プロセス制御領域には、制御室における1つまたは複数のワークステーションへと通信可能に接続される1つまたは複数の制御装置が含まれる。ワークステーションを介して実装されるプロセス制御戦略の実行によって、制御装置はプロセス領域におけるフィールド機器の制御を自動化する。例示的なプロセス戦略は、圧力センサフィールド機器を利用して圧力を測定し、フローバルブを開閉するために圧力測定に基づいてバルブポジショナへとコマンド自動的に送信するものである。終端領域には、制御装置のプロセス領域におけるフィールド機器との通信を可能にするマーシャリングキャビネットが含まれる。特にマーシャリングキャビネットは、信号をマーシャリングし、編成し、またはフィールド機器から制御装置に通信可能に接続された1つまたは複数のI/Oカードへとルーティングするために利用される複数の終端モジュールを含む。I/Oカードはフィールド機器から受信された情報を制御装置に対応する形式に変換し、また制御装置からの情報をフィールド機器に対応する形式に変換する。
プロセス制御システム内のフィールド機器を制御装置へと通信可能に接続するために利用される既知の技術は、各フィールド機器と、制御装置(たとえば、プロセス制御装置、プログラム可能な論理制御装置など)へと通信可能に接続されたそれぞれのI/Oカードとの間で別個のバス(たとえば、ワイヤ、ケーブルまたは回路)を利用するものである。I/Oカードは制御装置とフィールド機器との間で通信される情報を変換または転換することによって、異なるデータ型または信号型(たとえば、アナログイン(AI)データ型、アナログアウト(AO)データ型、離散イン(DI)データ型、離散アウト(DO)データ型、デジタルインデータ型及びデジタルアウトデータ型)及び異なるフィールド機器通信プロトコルに関連する複数のフィールド機器への制御装置の通信可能な接続を可能にする。たとえばI/Oカードは、フィールド機器を用い、そのフィールド機器に関連するフィールド機器通信プロトコルを利用して情報を交換するよう構成された1つまたは複数のフィールド機器インターフェイスを備えてもよい。異なるフィールド機器インターフェイスは異なるチャネル型(たとえば、アナログイン(AI)チャネル型、アナログアウト(AO)チャネル型、離散イン(DI)チャネル型、離散アウト(DO)チャネル型、デジタルインチャネル型及びデジタルアウトチャネル型)を介して通信を行う。また、I/Oカードはフィールド機器から受信した情報(たとえば、電圧レベル)を、フィールド機器の制御に関連する動作を行うために制御装置が利用することのできる情報(たとえば、圧力測定値)に転換することができる。既知の技術では、複数のフィールド機器をI/Oカードへと通信可能に接続するためのワイヤまたはバスの束(たとえば、多芯ケーブル)が必要とされる。
各フィールド機器を対応するI/Oカードへと通信可能に接続するために別個のバスを利用するこれら既知の技術とは異なり、いくつかの既知の装置及び方法では、複数のフィールド機器を終端パネル(たとえば、マーシャリングキャビネット)で終端し、フィールド機器をI/Oカードへと通信可能に接続するために終端パネルとI/Oカードとの間で通信可能に接続される1つのバス(たとえば、伝導性通信媒体、光通信媒体、無線通信媒体)を利用することにより、フィールド機器がI/Oカードへと通信可能に接続される。そのような装置及び方法が、そのすべての開示内容が参照によって本願に組み込まれる、2006年9月19日に出願された米国特許第8,332,567号、2012年12月10日に出願された米国特許第8,762,618号、2014年1月31日に出願された米国特許仮出願番号第14/170,072号及び2015年1月8日に出願された米国特許仮出願番号第14/592,354号において開示されている。要するにそのような技術は、複数の終端モジュールを、制御装置に通信可能に接続された1つまたは複数のI/Oカードへと通信可能に接続する例示的な汎用I/Oバス(たとえば、共有または共用通信バス)を利用するものである。各終端モジュールは、対応する終端モジュールへと通信可能に接続される端子台上で終端する、各フィールド機器からのそれぞれのフィールド機器のバス(たとえば、アナログバスまたはデジタルバス)を利用して、1つまたは複数のそれぞれのフィールド機器へと通信可能に接続される。いくつかの実施例では、終端モジュールはエマソン・プロセス・マネジメントが開発したCHARM(特性化モジュール)である。終端モジュールは、たとえばフィールド機器情報をパケット化し、パケット化された情報を汎用I/Oバスを介してI/Oカードへと通信することによって、フィールド機器情報をフィールド機器からフィールド機器のバスを介して受信し、フィールド機器情報をI/Oカードへと汎用I/Oバスを介して通信するように構成される。1つまたは複数のI/Oカードは、汎用I/Oバスを介して受信したフィールド機器情報を抽出し、フィールド機器情報を制御装置へと通信することができる。制御装置はその後、情報の一部またはすべてを後の分析のために1つまたは複数のワークステーション端末へと通信することができる。同様に、I/Oカードはワークステーション端末からのフィールド機器情報をパケット化し、パケット化されたフィールド機器情報を複数の終端モジュールへと汎用I/Oバスを介して通信することができる。各終端モジュールはその後、それぞれのI/Oカードから受信したパケット化された通信からのそれぞれのフィールド機器情報を抽出またはパケット解除し、フィールド機器情報をそれぞれのフィールド機器へと通信することができる。
各終端モジュールは、異なる通信プロトコルを利用して通信を行う異なる型のフィールド機器へと接続されてもよい。したがって、I/Oカードとフィールド機器との間での情報の中継に加え、終端モジュールは、フィールド機器に関連する第1の通信プロトコル及び汎用I/Oバスに関連する第2のプロトコルに基づくI/Oカードとの通信を利用して、対応するフィールド機器と通信する。したがって、異なる終端モジュールは特定のフィールド機器と通信するために異なる通信プロトコルを利用してもよいが、すべての終端モジュールはI/Oカードと通信するために同じ通信プロトコルを利用する。このようにして、制御装置へと戻る通信は大幅に簡略化される。
プロセス制御システムにおける多数のフィールド機器との通信は、2線式アーキテクチャを利用して実装される。たとえば2線式離散入力(DI)フィールド機器において、フィールド機器の接点入力(たとえば、それに電力を供給し、かつ/または電気信号を印加する)を供給し、接点が閉じている時に電力を流すために、1本のワイヤが利用される。2線式DIフィールド機器における第2のワイヤは、プロセス制御システムへの入力としての役割を果たす(たとえば、接点が開いているか閉じているかを示すフィードバックを提供する)フィールド機器の出力信号のために利用される。既知の端子台は、プロセス制御システムにおいて2本のワイヤのそれぞれを制御装置に直接接続するためのインターフェイス及び/または上述のような次に制御装置と通信する終端モジュールを提供する。
対照的にいくつかのフィールド機器は、通信を可能にし、フィールド機器に動作するための電力を供給するための3本のワイヤを有する3線式フィールド機器である。たとえば、3線式DIフィールド機器において、フィールド機器及び接点入力(たとえば、それに電力を供給し、かつ/または電気信号を印加する)を供給するために、第1のワイヤが利用される。3線式DIフィールド機器の第2のワイヤは特に、フィールド機器に電力を供給するために利用される。第3のワイヤはプロセス制御システムへの入力としての役割を果たすフィールド機器の出力信号のために利用される。既知の端子台については2線式フィールド機器へと通信可能に直接接続することができるが、付加的な構成要素及び複雑性なしで3線式DIフィールド機器へと通信可能に接続することができる端子台はない。たとえば3線式フィールド機器は、既知の端子(2線式)台を介した通信の目的で既知の終端モジュールまで配線されてもよいが、フィールド機器はまた、機器に電力を供給するために外部電源まで配線されなければならない。そのような配線は端子台までのワイヤを接続するための2つの外部配線端子に加えて、5つもの外部配線端子を含むことができる。すなわち、端子台に関連する2つのワイヤ端子、外部電源に関連する付加的な2つの端子、そしてフィールド機器の3本のワイヤのそれぞれを端子台及び外部電源に接続できるようにするためのさらに3つの端子がある。さらに外部電源をこのように追加することでまた、通常電源のエネルギーが限られないように短絡回路保護のための外部電源と3線式フィールド機器との間の外部ヒューズの利用が必要となる。これら付加的な構成要素及び配線の要件により、3線式フィールド機器を実装するための費用及び複雑性が増大する。いくつかの既知のシステムは、そのような3線式フィールド機器の配線を容易にするために特別に製造された端子台を用いる。しかしながらエンジニアまたは他の施設職員がそのような端子台(たとえば、DI電子装置)に結合されている信号を感知する構成要素の変更を所望する場合、端子台及びすべての関連する配線を元に戻し、かつ/または取り外す必要がある。さらに3線式DIフィールド機器のための既知の端子台には、付加的な構成要素をなお必要とするようなヒューズは含まれない。
本明細書で開示する教示に従って構成される例示的な端子台は、3線式フィールド機器のプロセス制御システムへの直接接続を容易にするための上述の複雑性を克服する。いくつかの実施例では、本明細書で開示する端子台には3つのワイヤ端子が含まれるが、3線式DIフィールド機器の3本のワイヤのそれぞれがフィールド機器を対応する終端モジュールに直接接続するためにそのワイヤ端子に取り付けられてもよい。いくつかの実施例では、対応する3線式フィールド機器に必要な電力を供給する各終端モジュールに電力を供給するために、端子台が外部電源へと通信可能に接続される。すなわちいくつかの実施例では、端子台が電源とフィールド機器との間のインターフェイスを提供するので、各3線式フィールド機器を外部電源に個別に接続する必要を免れる。さらにいくつかの実施例では、別個の外部ヒューズを要することなくサージ保護を行うために、ヒューズが本明細書で開示する端子台に内蔵されている。そのようないくつかの実施例では、ヒューズは交換可能である。いくつかの実施例では、本明細書で開示する端子台が端子台を取り外すことなく、かつ/または対応するフィールド機器の端子台までの配線なしで、信号を感知する構成要素(たとえば、対応する終端モジュール内に含まれるDI電子装置)を含む終端モジュールの交換または変更を可能にする。その結果、当初の配線、整備及び/または3線式DIフィールド機器のための配線の更新がより少ない構成要素で大幅に簡略化されることで、時間的にも金銭的にも節約になり、システム全体の設置面積が削減される。
ここで図1を参照すると、例示的なプロセス制御システム100の実装が米国特許第8,332,567号の教示に基づいて示される。例示的なプロセス制御システム100にはワークステーション102が含まれる。制御装置104へとバスまたは一般にアプリケーション制御ネットワーク(ACN)と称されるローカルエリアネットワーク(LAN)106を介して通信可能に接続される。LAN106は任意の所望の通信媒体及びプロトコルを利用して実装されてもよい。たとえばLAN106は配線で接続された、または無線のイーサネット通信プロトコルに基づいてもよい。しかしながら任意の他の好適な有線または無線通信媒体及びプロトコルが利用されうる。ワークステーション102は、1つまたは複数の情報技術アプリケーション、ユーザインタラクティブアプリケーション及び/または通信アプリケーションに関連する動作を行うよう構成されてもよい。たとえばワークステーション102は、ワークステーション102及び制御装置104が任意の所望の通信媒体(たとえば、無線、配線で接続されたなど)及びプロトコル(たとえば、HTTP、SOAPなど)を利用して他の機器またはシステムと通信することを可能にする、プロセス制御に関するアプリケーション及び通信アプリケーションに関連する動作を行うよう構成されてもよい。制御装置104は、システムエンジニアまたは他のシステムオペレータがたとえばワークステーション102または任意の他のワークステーションを利用して生成した、また制御装置104においてダウンロードされインスタンスを生成された、1つまたは複数のプロセス制御ルーチンまたは機能を実行するために構成されてもよい。図示例では、ワークステーション102は制御室108に位置し、制御装置104は制御室108とは別個のプロセス制御領域110に位置する。
図示例では、例示的なプロセス制御システム100が第1のプロセス領域114にフィールド機器112a〜cを、第2のプロセス制御領域118にフィールド機器116a〜cを含む。制御装置104とフィールド機器112a〜c及び116a〜cとの間で情報を通信するために、例示的なプロセス制御システム100はフィールドジャンクションボックス(FJB’s)120a〜b及び終端パネルまたはマーシャリングキャビネット122を備える。フィールドジャンクションボックス120a〜bのそれぞれは、フィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれからの信号をマーシャリングキャビネット122へとルーティングする。マーシャリングキャビネット122は次に、フィールド機器112a〜c及び116a〜cから受信した情報を(たとえば、編成する、グループ化するなどして)マーシャリングし、フィールド機器情報を制御装置104のそれぞれのI/Oカード(たとえば、I/Oカード132a〜b及び134a〜b)へとルーティングする。図示例では、マーシャリングキャビネット122がまた制御装置104のI/Oカードから受信した情報をフィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれへとフィールドジャンクションボックス120a〜bを介してルーティングするために利用されるように、制御装置104とフィールド機器112a〜c及び116a〜cとの間の通信は双方向である。
図示例では、フィールド機器112a〜cはフィールドジャンクションボックス120aへと通信可能に接続され、フィールド機器116a〜cはフィールドジャンクションボックス120bへと導電性、無線、及び/または光通信媒体を介して通信可能に接続される。たとえばフィールドジャンクションボックス120a〜bは、フィールド機器112a〜c及び116a〜cの電気的、無線、及び/または光トランシーバと通信するための1つまたは複数の電気的、無線、及び/または光データトランシーバを備えてもよい。図示例では、フィールドジャンクションボックス120bは、フィールド機器116cへと無線で通信可能に接続される。他の例示的な実装において、マーシャリングキャビネット122は省略してもよく、フィールド機器112a〜c及び116a〜cからの信号をフィールドジャンクションボックス120a〜bから制御装置104のI/Oカードへと直接ルーティングできる。さらに別の例示的な実施例において、フィールドジャンクションボックス120a〜bを省略してもよく、フィールド機器112a〜c及び116a〜cをマーシャリングキャビネット122へと直接接続できる。
フィールド機器112a〜c及び116a〜cは、フィールドバス対応バルブ、アクチュエータ、センサなどであってもよく、その場合はフィールド機器112a〜c及び116a〜cが周知のフィールドバス通信プロトコルを利用してデジタルデータバスを介した通信を行う。もちろん他の型のフィールド機器及び通信プロトコルが代わりに利用されうる。たとえばフィールド機器112a〜c及び116a〜cについては、代わりに周知のプロフィバス及びHART通信プロトコルを利用してデータバスを介した通信を行うプロフィバス、HARTまたはAS−i対応機器であることも可能である。いくつかの例示的な実施例において、フィールド機器112a〜c及び116a〜cは、デジタル通信の代わりにアナログ通信または離散通信を利用して情報を通信できる。また異なるデータ型に関連する情報の通信のために、通信プロトコルを利用することができる。いくつかの実施例では、1つまたは複数のフィールド機器112a〜c及び116a〜cは2線式フィールド機器である。いくつかの実施例では、1つまたは複数のフィールド機器112a〜c及び116a〜cは3線式フィールド機器である。
フィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれは、フィールド機器識別情報を格納するように構成される。フィールド機器識別情報は、フィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれを一意的に識別する物理デバイスタグ(PDT)値、デバイスタグ名、電子シリアル番号などであってもよい。図1の図示例では、フィールド機器112a〜cが物理デバイスタグ値PDT0〜PDT2の形式でフィールド機器識別情報を格納し、フィールド機器116a〜cがフィールド機器識別情報を物理デバイスタグ値PDT3〜PDT5の形式で格納する。フィールド機器識別情報はフィールド機器112a〜c及び116a〜cにおいて、フィールド機器メーカによって、かつ/またはフィールド機器112a〜c及び116a〜cの設置に関与するオペレータもしくはエンジニアによって格納されるか、プログラムされてもよい。
フィールド機器112a〜c及び116a〜cに関連する情報をマーシャリングキャビネット122においてルーティングするために、マーシャリングキャビネット122は対応する端子台(たとえば、図2の端子台206a)へとマーシャリングキャビネット122上で通信可能に接続される複数の終端モジュール124a〜c及び126a〜cを備える。端子台は、フィールド機器112a〜c及び116a〜cからのワイヤが取り付けられてもよい第1の物理インターフェイス(たとえば、ワイヤ終端点)、ならびに終端モジュール124a〜c及び126a〜cを保持し通信可能に接続する第2の物理インターフェイス(たとえば、電気的接触を有するスロット)、ならびに端子台をマーシャリングキャビネット122及び制御装置104へと通信可能に接続する第3の物理インターフェイスを提供する。このようにして、制御装置104と、終端モジュール124a〜c及び126a〜cと、フィールド機器112a〜c及び116a〜cとの間の通信が可能になる。終端モジュール124a〜cは第1のプロセス領域114におけるフィールド機器112a〜cに関連する情報をマーシャリングするように構成され、終端モジュール126a〜cは第2のプロセス領域118におけるフィールド機器116a〜cに関連する情報をマーシャリングするために構成される。図示されるように終端モジュール124a〜c及び126a〜cは、フィールドジャンクションボックス120a〜bへと多導体ケーブル128a及び128b(たとえば、マルチバスケーブル)のそれぞれを介して通信可能に接続される。マーシャリングキャビネット122が省略される他の例示的な実装において、終端モジュール124a〜c及び126a〜cならびに対応する端子台をフィールドジャンクションボックス120a〜bのそれぞれに設置することができる。
図1の図示例は、多導体ケーブル128a〜bの(1つまたは複数のワイヤを含む)各導体がフィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれに一意的に関連する情報を通信する、ポイントツーポイント構成を示す。たとえば多導体ケーブル128aは、第1の導体130a、第2の導体130b及び第3の導体130cを含む。特に第1の導体130aは終端モジュール124aとフィールド機器112aとの間で情報を通信するように構成される第1のデータバスを形成するために利用され、第2の導体130bは終端モジュール124bとフィールド機器112bとの間で情報を通信するように構成される第2のデータバスを形成するために利用され、さらに第3の導体130cは終端モジュール124cとフィールド機器112cとの間で情報を通信するように構成される第3のデータバスを形成するために利用される。マルチドロップ配線構成を利用する他の例示的な実装において、終端モジュール124a〜c及び126a〜cのそれぞれを1つまたは複数のフィールド機器へと通信可能に接続できる。たとえばマルチドロップ構成において、終端モジュール124aを第1の導体130aを介して、フィールド機器112aへと、また別のフィールド機器(図示せず)へと通信可能に接続することができる。いくつかの例示的な実施例において、無線メッシュネットワークを利用して複数のフィールド機器と無線で通信を行うように、終端モジュールを構成することができる。フィールド機器112a〜cが3線式フィールド機器であるいくつかの実施例では、多導体ケーブル128aはフィールド機器112a〜cに電力を伝達するための付加的な導体を含む。
終端モジュール124a〜c及び126a〜cのそれぞれは、フィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれと異なるデータ型を利用して通信するように構成されてもよい。たとえば終端モジュール124aは、フィールド機器112aとデジタルデータを利用して通信するデジタルフィールド機器インターフェイスを含んでもよく、一方終端モジュール124bは、フィールド機器112bとアナログデータを利用して通信するアナログフィールド機器インターフェイスを含んでもよい。
制御装置104(及び/またはワークステーション102)とフィールド機器112a〜c及び116a〜cとの間のI/O通信を制御するため、制御装置104は複数のI/Oカード132a〜b及び134a〜bを備える。図示例では、I/Oカード132a〜bは制御装置104(及び/またはワークステーション102)と第1のプロセス領域114のフィールド機器112a〜cとの間のI/O通信を制御するよう構成され、またI/Oカード134a〜bは制御装置104(及び/またはワークステーション102)と第2のプロセス領域118のフィールド機器116a〜cとの間のI/O通信を制御するよう構成される。
図1の図示例では、I/Oカード132a〜b及び134a〜bは制御装置104にある。フィールド機器112a〜c及び116a〜cからの情報をワークステーション102に通信するため、I/Oカード132a〜b及び134a〜bは情報を制御装置104に通信し、制御装置104は情報をワークステーション102に通信する。同様に、ワークステーション102からの情報をフィールド機器112a〜c及び116a〜cに通信するため、ワークステーション102は制御装置104に情報を通信し、制御装置104はその後情報をI/Oカード132a〜b及び134a〜bに通信し、さらにI/Oカード132a〜b及び134a〜bは情報をフィールド機器112a〜c及び116a〜cへと終端モジュール124a〜c及び126a〜cを介して通信する。他の例示的な実装において、I/Oカード132a〜b及び134a〜bがワークステーション102及び/または制御装置104に直接通信できるように、I/Oカード132a〜b及び134a〜bを制御装置104内部のLAN106へと通信可能に接続することができる。
I/Oカード132a及び134aのいずれかの故障時にフォールトトレラント動作を提供するために、I/Oカード132b及び134bは冗長I/Oカードとして構成される。すなわちI/Oカード132aが故障した場合に、冗長I/Oカード132bはそうでない場合にI/Oカード132aが行うであろう同じ動作を制御しこれを行う。同様に冗長I/Oカード134bは、I/Oカード134aが故障した場合に制御を行う。
終端モジュール124a〜cとI/Oカード132a〜bとの間の、また終端モジュール126a〜cとI/Oカード134a〜bとの間の通信を可能にするため、終端モジュール124a〜cはI/Oカード132a〜bへと第1の汎用I/Oバス136aを介して通信可能に接続され、終端モジュール126a〜cはI/Oカード134a〜bへと第2の汎用I/Oバス136bを介して通信可能に接続される。フィールド機器112a〜c及び116a〜cのそれぞれのために別個の導体または通信媒体を利用する多導体ケーブル128a及び128bとは異なり、汎用I/Oバス136a〜bのそれぞれは、複数のフィールド機器(たとえば、フィールド機器112a〜c及び116a〜c)に対応する情報を同じ通信媒体を利用して通信するよう構成される。たとえば通信媒体は、たとえばパケットベースの通信技術、多重通信技術などを利用して2つ以上のフィールド機器に関連する情報を通信することができる、シリアルバス、2線式通信媒体(たとえば、ツイストペア)、光ファイバー、パラレルバスなどであってもよい。
実質的に同じ方法で情報を通信するために、汎用I/Oバス136a及び136bが利用される。図示例では、I/Oバス136aがI/Oカード132a〜bと終端モジュール124a〜cとの間で情報を通信するよう構成される。I/Oカード132a〜b及び終端モジュール124a〜cは、どの情報が終端モジュール124a〜cのどれに対応しているかをI/Oカード132a〜bが識別できるような、またどの情報がフィールド機器112a〜cのどれに対応しているかを終端モジュール124a〜cのそれぞれが決定できるようなアドレス指定方法を利用する。終端モジュール(たとえば、終端モジュール124a〜c及び126a〜cのうちの1つ)がI/Oカード132a〜b及び134a〜bのうちの1つに接続される場合、そのI/Oカードは自動的にその終端モジュールのアドレスを(たとえば、終端モジュールから)取得して、終端モジュールと情報を交換する。このようにして、I/Oカード132a〜b及び134a〜bに手動で終端モジュールアドレスを提供する必要なく、また終端モジュール124a〜c及び126a〜cのそれぞれをI/Oカード132a〜b及び134a〜bまで個別に配線する必要なく、終端モジュール124a〜c及び126a〜cをバス136a〜bのそれぞれのどの場所においても通信可能に接続することができる。
異なるデータ型のインターフェイス(たとえば、異なるチャネル型)を利用してフィールド機器112a〜c及び116a〜cと通信するよう構成されることが可能であり、共有I/Oバス136a及び136bのそれぞれを利用してI/Oカード132a〜b及び134a〜bと通信するよう構成される終端モジュール124a〜c及び終端モジュール126a〜cの提供により、図1の図示例では複数の異なるフィールド機器インターフェイス型をI/Oカード132a〜b及び134a〜b上で実装する必要なく、異なるフィールド機器データ型(たとえば、フィールド機器112a〜c及び116a〜cが利用するデータ型またはチャネル型及び対応する通信プロトコル)に関連するデータのI/Oカード132a〜b及び134a〜bへのルーティングが可能である。したがって1つのインターフェイス型(たとえば、I/Oバス136a及び/またはI/Oバス136bを介して通信するためのI/Oバスインターフェイス型)を有するI/Oカードは、異なるフィールド機器インターフェイス型を有する複数のフィールド機器と通信を行うことができる。
図示例では、I/Oカード132aはデータ構造133を含み、I/Oカード134aはデータ構造135を含む。データ構造133は、汎用I/Oバス136aを介してI/Oカード132aと通信するために割り当てられるフィールド機器(たとえば、フィールド機器112a〜c)に対応するフィールド機器識別番号(たとえば、フィールド機器識別情報)を格納する。終端モジュール124a〜cは、データ構造133に格納されたフィールド機器識別番号を利用してフィールド機器が終端モジュール124a〜cの1つに誤って接続されているかどうかを判断することができる。データ構造135は、汎用I/Oバス136bを介してI/Oカード134aと通信するために割り当てられるフィールド機器(たとえば、フィールド機器116a〜c)に対応するフィールド機器識別番号(たとえば、フィールド機器識別情報)を格納する。データ構造133及び135は、構成時間または例示的なプロセス制御システム100の動作中に、エンジニア、オペレータ、及び/またはユーザによりワークステーション102を介して事前設定されることが可能である。図示されないが、冗長I/Oカード132bはデータ構造133と同一のデータ構造を格納し、冗長I/Oカード134bはデータ構造135と同一のデータ構造を格納する。追加的にまたは代替案として、データ構造133及び135をワークステーション102に格納することもできる。
図示例では、マーシャリングキャビネット122がプロセス制御領域110とは別個の終端領域140に位置して示される。終端モジュール124a〜c及び126a〜cを制御装置104へと通信可能に接続するために実質的により多くの通信媒体(たとえば、それぞれがフィールド機器112a〜c及び116a〜cの1つまたはそれらのマルチドロップセグメントに沿って限定されたグループに一意的に関連する複数の通信バス)の代わりにI/Oバス136a〜bを利用することにより、通信の信頼性を実質的に低下させることなく制御装置104を既知の構成よりもマーシャリングキャビネット122から比較的遠くに位置させることが容易になる。いくつかの例示的な実施例において、マーシャリングキャビネット122及び制御装置104が同じ領域に位置するように、プロセス制御領域110及び終端領域140を組み合わせることができる。どのような場合であっても、マーシャリングキャビネット122及び制御装置104をプロセス領域114及び118とは別の領域に置くことで、I/Oカード132a〜b及び134a〜b、終端モジュール124a〜c及び126a〜c、ならびに汎用I/Oバス136a〜bを、プロセス領域114及び118に関連してもよい厳しい環境条件(たとえば、熱、湿度、電磁雑音など)から隔離することが可能になる。このようにして、終端モジュール124a〜c及び126a〜cならびにI/Oカード132a〜b及び134a〜bには、そうでない場合にプロセス領域114及び118の環境条件において動作するために必要となる、信頼できる動作(たとえば、信頼できるデータ通信)の保証のために必要な動作仕様上の特徴(たとえば、遮蔽、より堅牢な回路、より複雑なエラーチェックなど)が必要とされないため、フィールド機器112a〜c及び116a〜cのための通信及び制御回路の製造費用と比較すると、終端モジュール124a〜c及び126a〜cならびにI/Oカード132a〜b及び134a〜bの設計及び製造の費用及び複雑性を大幅に削減することができる。
例示的なマーシャリングキャビネット122ならびに終端モジュール124a〜c及び126a〜cのさらなる詳細及び他の例示的な実装が、そのすべての開示内容が参照によって本願に組み込まれる、米国特許仮出願番号第8,332,567号、米国特許第8,762,618号、米国特許仮出願番号第14/170,072号及び米国特許仮出願番号第14/592,354において開示されているのと同様に、ワークステーション、制御装置及びI/Oカードを通信可能に接続するために、さらなる詳細及び他の例示的な実装が利用されてもよい。
図2は、例示的な終端パネルまたは図1のマーシャリングキャビネット122の詳細図である。図示例では、マーシャリングキャビネット122にはソケットレール204を備える基板202が含まれる。図示例のソケットレール204は、終端モジュール124a〜cが通信可能に接続されてもよい端子台206a〜cを受信するように構成される。またマーシャリングキャビネット122は、終端モジュール124a〜cを図1において前述した汎用I/Oバス136aへと通信可能に接続するI/Oバストランシーバ208を備える。I/Oバストランシーバ208は、終端モジュール124a〜cとI/Oカード132a〜bとの間で交換される信号を調整する送信器増幅器及び受信器増幅器を利用して実装されてもよい。マーシャリングキャビネット122は、端子モジュール124a〜cを(端子台206a〜cを介して)I/Oバストランシーバ208へと通信可能に接続する別の汎用I/Oバス210を備える。いくつかの実施例では、複数の基板202を通信可能に接続することで、付加的な終端モジュールをI/Oトランシーバ208へと通信可能に接続できるようにしてもよい。そのようないくつかの実施例では基板は、連続的な基板202が基礎である支持フレーム214(たとえば、DINレール)に結合されるように、各基板202を越えてI/Oバス210を相互に接続するためのコネクタ212を備える。
I/Oカード132a〜bと終端モジュール124a〜cとの間で情報を交換するために共有通信インターフェイス(たとえば、I/Oバス210及びI/Oバス136a)を利用することで、設計または設置プロセスの後期にルーティングを行うフィールド機器のI/Oカードへの接続を定義することができる。たとえば、終端モジュール124a〜cをマーシャリングキャビネット122内の様々な位置(たとえば、ソケットレール204の異なるソケットにおける様々な端子台206a〜c)でI/Oバス210へと通信可能に接続できる。また、I/Oカード132a〜bと終端モジュール124a〜cとの間の共有通信インターフェイス(たとえば、I/Oバス210及びI/Oバス136a)がI/Oカード132a〜bと終端モジュール124a〜cとの間の通信媒体の数(たとえば、通信バス及び/またはワイヤの数)を削減し、それによって、既知のマーシャリングキャビネット構成において設置することができる既知の終端モジュールの数よりも比較的多い終端モジュール124a〜c(及び/または終端モジュール126a〜c)をマーシャリングキャビネット122に設置することが可能になる。
終端モジュール124a〜c及びI/Oバストランシーバ208に電力を供給するために、マーシャリングキャビネット122は電源回路218を備える。いくつかの実施例では、終端モジュール124a〜cは電源回路218からの電力を利用して、フィールド機器(たとえば、図1のフィールド機器112a〜c)と通信を行うために利用される通信チャネルまたは通信インターフェイスに電力を供給し、かつ/またはフィールド機器に動作用の電力を供給する。追加的にまたは代替案として、図2に示されるようにいくつかの実施例では、各基板202は外部電源220に接続されてもよいローカル電源バス216を備える。外部電源220は、24ボルトの直流(VDC)または120/230ボルトの交流(VAC)のような任意の好適な電源であってもよい。いくつかの実施例では、終端モジュール124a〜cは外部電源220からの電力を利用して、通信チャネルまたは通信インターフェイスに電力を供給し、かつ/またはフィールド機器に動作用の電力を供給する。このようにローカル電源バス216を通じて電力を供給することにより、そのような電力を要する各3線式フィールド機器を外部電源まで別途配線する必要がなくなる。構成要素が少なくなって費用が節約されることに加え、システムの配線及び整備のために必要な時間が減ることで、制御システムの実装費用が削減される。図示例では、終端モジュール124a〜cは内部電源回路218または外部電源220のいずれかからの電力を利用してもよいが、いずれの場合にも、I/Oカード132a〜bとの通信はなおI/Oバストランシーバ208を介しI/Oバス210を通じて達成される。終端モジュール124a〜cが内部電源回路218または外部電源220のいずれからの電力を利用するかは、終端モジュール124a〜cを基板202とインターフェイス接続するために利用される端子台の型または構成による。すなわちいくつかの実施例では、端子台206aは端子台206aを基板202に電気的に接続するための複数のコネクタ(たとえば、図3Bの基板コネクタ310)を備える。いくつかの実施例では、少なくとも1つのコネクタが終端モジュール124aを(電力を供給するための)基板202のローカル電源バス216に直接接続し、少なくとも1つの他のコネクタが終端モジュール124aを(通信を可能にするための)基板202の汎用I/Oバス210に直接接続する。
図3A〜3Cは、図2の端子台206a〜cと同様または同一であってもよい例示的な端子台300の上面図、側面図及び端面図をそれぞれ示す。図4は、端子台300のスロット301に部分的に挿入される図1及び2の例示的な終端モジュール124aを有する図3A〜3Cの例示的な端子台300の側面図を示す。図4の図示例で示されるように、終端モジュール124aは端子台300へとスロット301を介して取り外し可能に接続される。より詳細には、終端モジュール124aが端子台300のスロット301に挿入された場合に、終端モジュール124aを端子台300の対応する接点304へと通信可能に接続し、かつ/または電気的に接続する複数の接点302が、例示的な終端モジュール124aには含まれる。このようにして、終端ブロック300が適切であり、基板202(図2)に接続され、かつ/またはフィールド機器へと通信可能に接続される一方で、終端モジュール124aを選択的に取外し、かつ/または終端ブロック300に接続することができる。いくつかの実施例では、端子台300の接点304が終端モジュール124aの接点302へと電気的に接続される場合に、終端モジュール124aを解放するかまたは終端モジュール124aを設置されたポジションで固定する移動ラッチ305が、端子台300に含まれる。追加的にまたは代替案として、いくつかの実施例では、ラッチ305が終端モジュール124aを部分的に設置されたポジションで選択的に固定する。部分的に設置されたポジションにおいて、終端モジュール124aは終端モジュール124aの接点302、304と(図4に示されるものと同様の)端子台300との間の電気的接触を防ぐ一方でスロット301内に適切に保持される。フィールド機器までの配線はこのようにして、整備を容易にするためまたは(たとえば、図2の外部電源220から提供された)フィールド機器へと電力を移すために制御システムから分離されてもよい。
いくつかの実施例では、終端モジュール124aを図2の汎用I/Oバス210へと通信可能に接続するために、端子台300は複数の基板コネクタ310を備える。上述のようにいくつかの実施例では、少なくとも1つの基板コネクタ310が終端モジュール124aを汎用I/Oバス210へと接続し、終端モジュール124a及び外部電源220からの関連するフィールド機器に電力を供給するために、少なくとも1つの他の基板コネクタ310が終端モジュール124aをローカル電源バス216に接続する。すなわち、基板202へのすべてのコネクタが汎用I/Oバス210を終端モジュールと直接接続するいくつかの既知の端子台とは異なり、図示例の端子台300は汎用I/Oバス210及びローカル電源バス216のそれぞれに別個の接続を提供する。基板コネクタ310は、たとえば絶縁突刺しコネクタ、ナイフコネクタなどを含む任意の好適なインターフェイスを利用して実装されてもよい。このようにして終端モジュール124aはI/Oバス210への通信及び対応するフィールド機器への電力の伝達をいずれも可能にすることができる。より詳細には、終端モジュール124aとI/Oバス210との間の情報の通信を可能にするために、I/Oバス210へと接続される基板コネクタ310はまた、終端モジュール124aの1つまたは複数の接点302へと内部接続される。同様に終端モジュール124aとフィールド機器との間の電力の伝達を可能にするために、ローカル電源バス216へと接続される基板コネクタ310はまた、終端モジュール124aの1つまたは複数の異なる接点302へと内部接続される。
いくつかの実施例では、端子台300はフィールド機器(たとえば、図1のフィールド機器112a)からの伝導性通信媒体(たとえば、バスワイヤ)を(たとえば、ねじ308によって作動する移動ケージクランプを介して)固定するためのワイヤ終端点306のようなフィールド機器インターフェイスを備える。より詳細には、いくつかの実施例では、フィールド機器112aは3線式DIフィールド機器である。そのようないくつかの実施例において、端子台300の3つのワイヤ終端点306のそれぞれは、3線式フィールド機器からの3本のワイヤのうちの1本を受容することができる。終端モジュール124aが端子台300へと取り外し可能に接続される場合、終端点306は終端モジュール124aの1つまたは複数の接点302へと通信可能に接続され、終端モジュール124aとフィールド機器112aとの間の情報の通信を可能にする。さらにいくつかの実施例では、終端点306は1つまたは複数の接点302へと通信可能に接続され、外部電源220からの電力に基づいて終端モジュール124aとフィールド機器112aとの間の電力の伝達を可能にする。
他の例示的な実装において、端子台300は終端ねじ308の代わりに、任意の他の好適な型のフィールド機器インターフェイス(たとえば、ソケット)を備えてもよい。また、1つのフィールド機器インターフェイス(たとえば、ねじ308を有する終端点306)が図示されるが、端子台300は、複数のフィールド機器を終端モジュール124aへと通信可能に接続できるように構成された、より多くのフィールド機器インターフェイスを備えてもよい。
ローカル電源バス216に電気的に接続される例示的な終端ブロック300については、対応する終端モジュール124a及び対応するフィールド機器に関連する短絡回路が発生し、基板202上の他の端子台における他の終端モジュールから電力を移す可能性がある。したがって図示例では、終端ブロック300は、(他の端子台における)他の終端モジュールが電力を失わないように保護するヒューズ312を備える。いくつかの実施例では、ヒューズは交換可能である。このようにして、別個の外部ヒューズを入手し配線する費用が削減される。さらにヒューズ312を端子台300に組み込むことで、システム全体の設置面積が削減される。
図5は、(たとえば、図1のフィールド機器112aに対応する)3線式フィールド機器502まで配線される図3及び4の例示的な端子台300の例示的な実装の概略図である。いくつかの実施例では、フィールド機器502は、たとえば光電または容量センサ、スイッチまたは動作に電力を必要とする他のそのようなDI機器のような離散入力(DI)フィールド機器である。図示例では、端子台300は、外部電源220からの電力504を供給する.基板202へと通信可能に接続される。さらに図5の図示例では、そのすべての開示内容が参照によって本願に組み込まれる、米国特許仮出願番号第8,332,567号、米国特許第8,762,618号、米国特許仮出願番号第14/170,072号及び米国特許仮出願番号第14/592,354号においてより詳細に記されるように、フィールド機器502と制御装置104(図1)との間の通信を可能にするために、端子台300は絶縁及び制御回路506を提供する終端モジュール124aへと通信可能に接続される。
図5の図示例で示されるように、フィールド機器502の3本のワイヤのそれぞれは、端子台300の3つの終端点306の1つに直接取り付けられる。信号通信及び電力の伝達は、終端モジュール124a及び(外部電源220へと接続されてもよい)基板202に関連する(基板コネクタ310を含む)端子台300の内部配線及び設計を通じて達成される。さらにいくつかの実施例では、端子台300は、短絡回路保護のために終端点306と(電力を供給するための)基板202との間で端子台300に内蔵されているヒューズ312を含む。
比較のために、図6は、共有2線式アーキテクチャを処理するよう構成された既知の端子台602を利用して終端モジュール124aまで配線される3線式DIフィールド機器502の概略的な実装を示す。上述のように3線式フィールド機器を実装するため、外部電源が必要である。図5の図示例と異なり、図6の端子台602は基板202を通じて電力を供給するために設けられていない。その結果、外部電源604を3線式フィールド機器502へと別途接続しなければならない。そのようなシナリオでは3線式フィールド機器502を外部電源604及び端子台602の両方とインターフェイス接続するためには、3つの中間端子606が必要となる場合がある。さらに付加的なワイヤ608を端子台602に取り付け、また2つの付加的な端子610を介して外部電源604へと電気的に接続する必要が生じる場合がある。さらに内部に配線された外部電源604については、短絡回路保護のための外部ヒューズ612が必要となる。図6に示される終端606、610、ワイヤ608及びヒューズ612のそれぞれは、図5に示される例示的な端子台300の利用によって避けられうるシステム制御のための費用及び複雑性を追加する、付加的かつ別個の構成要素である。さらに図5に示される例示的な実装は、付加的な構成要素が除外されるかまたは端子台300内に組み込まれるかのいずれかであるため、図6で示されるものよりも設置面積がはるかに狭い。
図5で図示する例示的な電力を供給するために、外部電源220はなお基板202まで配線されなければならないが、いくつかの実施例では、この配線は基板202へと通信可能に接続されたすべてのフィールド機器のために1度行われる必要があるのみである。いくつかの実施例では、基板202は最大12の端子台及び対応する終端モジュールを保持する。対照的に、既知の技術を利用すると、各付加的な3線式フィールド機器は図6に示されるように、外部電源604に個別に接続されなければならず、それによってさらに制御システムの設定及び整備の費用及び複雑性が増大する。
図7は、(たとえば、図1のフィールド機器112aと同様または同一であってもよい)2線式フィールド機器702まで配線される、図3及び4の例示的な端子台300の例示的な実装の概略図である。端子台300は、図5に示されるように3線式フィールド機器へと通信可能に接続するために有利に用いられてもよいが、いくつかの実施例では、端子台300はまた、図7に示すように共有2線式フィールド機器へと通信可能に接続するために利用されてもよい。いくつかの実施例では、2線式フィールド機器702は外部電源220を介して電力を供給される。その結果、本明細書で開示する例示的な端子台300は2線式フィールド機器または3線式フィールド機器のいずれかをプロセス制御システムへと通信可能に接続するために利用されてもよい。
ある例示的な装置が本明細書にて開示されているが、本特許の範囲はそれによって限定されない。対照的に、本特許の請求の範囲内に正しく含まれるすべての方法、装置及び製品を本特許は包括する。