JP4834541B2

JP4834541B2 - ２つのプロトコルインタフェースを備えた送信機

Info

Publication number: JP4834541B2
Application number: JP2006509388A
Authority: JP
Inventors: ヘドケ，ロバート，シー．
Original assignee: ローズマウントインコーポレイテッド
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2011-12-14
Anticipated expiration: 2024-03-26
Also published as: US20040199681A1; WO2004088609A2; CN1771523A; DE602004031202D1; RU2358325C2; RU2005134222A; US6904476B2; CN100440889C; WO2004088609A3; EP1611559B1; JP2006522412A; EP1611559A2

Description

本発明は、プロセス制御産業に関する。より詳細には、本発明は、プロセス制御産業において使用される、２線式プロセス制御ループを用いて通信するフィールド機器に関する。

プロセス制御産業において、遠隔的にプロセス変数を感知するために、送信機などのフィールド機器が使用される。プロセス変数は、プロセスの制御に用いるか、またはプロセス動作に関する情報をコントローラに提供するために、制御室へ送信される。例えば、石油精製などのプロセスを制御するために、プロセス流体の圧力に関する情報が制御室へ送信されて使用される。別のタイプのフィールド機器は、例えば、バルブコントローラである。

情報を送信するための１つの典型的な従来技術は、プロセス制御ループを通って流れる電流量を制御することを含む。電流は、制御室内の電源から供給され、送信機は、現場にあるその位置からの電流を制御する。例えば、４ｍＡの信号が、０の読みを示すために用いられ、２０ｍＡの信号が、全目盛の読みを示すために用いられる。最近では、送信機は、プロセス制御ループを通って流れるアナログ電流信号上に重畳されるデジタル信号を用いて、制御室と通信するデジタル回路を採用している。

デジタル信号だけを送信するいくつかの技術がある。そのような技術の１つの例は、ローズマウントインコーポレイテッド（Rosemount Inc.）が提唱するＨＡＲＴ（登録商標）通信プロトコルである。ＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルおよび他の同様なプロトコルは、典型的には、送信機制御あるいは呼びかけ信号などの所望の応答を引き出すために送信機へ送られる一組のコマンドあるいは指示を含む。

Ｆｉｅｌｄｂｕｓは、ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎによって提供される通信プロトコルであり、プロセス制御ループ上に情報を送信するための通信層またはプロトコルを規定することに用いられる。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルでは、ループを通って流れる電流は、アナログ信号を送信するためには使用されない。その代わりに、全ての情報はデジタル方式で送信される。さらに、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ規格によって、送信機は、２台以上の送信機が同じプロセス制御ループに接続されるマルチドロップ構成に形成されることができる。

Ｆｉｅｌｄｂｕｓ規格は、ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎによって普及された仕様である。プロセスインタフェース仕様は、１９９６年１月２日発行の書類、ＦＦ−９４−８９０およびＦＦ−９４−８９１、Ｈ１最終２．０版「ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ仕様、機能ブロック適用プロセスパート１および２」に定義される。Ｆｉｅｌｄｂｕｓ規格は、任意数のデータチャンネルを介して、それぞれが自身に関する任意数のパラメータを有するプロセス入／出力ハードウェアとＦｉｅｌｄｂｕｓインタフェースとの間の通信を提供する周知の規格である。Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロセスインタフェース仕様（変換器ブロック）は、表１に示される。

送信機内のＦｉｅｌｄｂｕｓインタフェース回路は、ＦｉｅｌｄｂｕｓＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ仕様内の「関数ブロック（function block）」と名付けられたソフトウェア定数を介して、チャンネルデータおよびパラメータ１〜Ｎのリード／ライトを行う。

産業プロセスを監視するのに用いられるための２線式プロセス送信機は、２線式プロセス制御ループに接続され、ＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動するように構成されたＨＡＲＴ通信回路を含む。ＨＡＲＴ通信回路は、２線式プロセス制御ループから受信された電力で、送信機の全てに電力を供給する。ＦｉｅｌｄｂｕｓまたはＰｒｏｆｉｂｕｓ通信回路は、２線式プロセス制御ループに接続され、ＦｉｅｌｄｂｕｓまたはＰｒｏｆｉｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、２線式プロセス制御ループから受信された電力で、送信機の全ての電力を供給する。第１の電気的ターミナルの組は、ＨＡＲＴ通信回路を２線式プロセス制御ループに連結するように第１の構成内に構成され、第２の電気的ターミナルの組は、ＦｉｅｌｄｂｕｓまたはＰｒｏｆｉｂｕｓ通信回路を２線式プロセス制御ループに連結するように他方の第２の構成内に構成される。

図１は、プロセスパイプ１６に連結された送信機１２を含むプロセス制御システム１０の図である。送信機１２は、ＦｉｅｌｄｂｕｓまたはＨＡＲＴ規格によって作動する２線式プロセス制御ループに接続されている。２線式プロセス制御ループ１８は、送信機１２と制御室２０との間に延びている。ループ１８がＨＡＲＴプロトコルによって作動する実施形態においては、ループ１８は、感知されたプロセス変数を示す電流Ｉ_Lを伝送する。さらに、ＨＡＲＴプロトコルによって、デジタル信号がループ１８を通る電流上に重畳されて、デジタル情報が、制御室２０から送信機１２に送られ、また送信機１２からのデジタル情報が制御室２０で受信される。Ｆｉｅｌｄｂｕｓ規格によって作動する場合には、ループ１８は、デジタル信号を伝送し、他の送信機などの多数のフィールド機器に連結されることができる。

本発明は、送信機１２が、ＨＡＲＴ通信プロトコルあるいはＦｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルのいずれかによってループ１８に接続されることができる、マルチプロトコルインタフェースを備えた送信機を提供する。

図２は、片側の端部カバーが機能モジュール４０から取り外された送信機１２の斜視図である。この機能モジュール４０はスーパーモジュール４２に連結され、マニホルドプロセス連結部４４を介してプロセスパイプ１６（図２には不図示）に連結される。

機能モジュール４０は、第１の電気的ターミナルの組５２および第２の電気的ターミナルの組５４を有するターミナルブロック５０を含む。ターミナルの組５２および５４は、それぞれ、２線式プロセス制御ループ１８から延びる２本の線に接続するように構成される。電気的ターミナル５２は、ループ１８がＨＡＲＴプロトコルによって作動する時に、ループ１８に接続されるように構成され、一方電気的ターミナル５４は、ループ１８がＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルによって作動する時に、ループ１８に接続されるように構成される。スライド板６０は、トラック６２に沿ってスライドし、ターミナル５２または５４のどちらかを選択的に覆うので、（ターミナル５２あるいは５４の内の）１組のターミナルだけが一度にアクセスされることができる。このことによって、オペレータが送信機１２を２つのプロセス制御ループに同時に接続するのを防止できる。

図３は、本発明の１つの実施形態による送信機１２の電気的回路を示す簡略ブロック図である。図３に示されるように、スーパーモジュール４２は、測定回路接続部を介してＨＡＲＴ通信回路８２に接続されるプロセス変数センサ８０を含む。ＨＡＲＴ通信回路８２は、ターミナルブロック５０のターミナル５２に接続される。さらに、ローカルバス通信回路がスーパーモジュール４２内に設けられており、該スーパーモジュール４２は、ローカルバス８４を介して、機能モジュール４０内に設置されたＦｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６内のローカルバス通信回路と通信する。Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６は、ターミナル５４、およびオプションのローカル機器９０に接続される。ローカル機器９０の１例は、送信機１２からの情報を表示するための表示装置である。

動作中には、プロセス制御ループ１８は、ＨＡＲＴプロトコルによる通信用の電気的ターミナル５２、あるいはＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルによる通信用のターミナル５４のどちらかに接続される。ターミナル５４に接続される時には、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６は、送信機１２の全てに電力を供給するために制御ループ１８から電力を受信する。回路８６は、ローカルバス８４を介して回路８２と通信し、回路８２に電力を供給する。プロセス変数測定値が、センサ８０を用いて取得され、バス８４を介してＦｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６に提供される。測定されたプロセス変数またはプロセス変数に関する情報は、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６によるＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルによって、ターミナル５４を介して、プロセス制御ループ１８を経てデジタル送信される。Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６は、作動中のローカル機器（local device）９０に電力を供給し、ローカル機器９０と通信することができる。例えば、ローカル機器９０は、測定されたプロセス変数、構成情報などに関係する情報などの送信機１２からの情報を表示するためのフィールド表示装置を含む。

一方、プロセス制御ループが、電気的ターミナル５２に接続される場合には、ＨＡＲＴ通信回路８２は、ループ１８から電力を受信し、送信機１２の全てに電力を供給する。プロセス変数測定値が、センサ８０を用いて取得され、電気的ターミナル５２を介して、プロセス制御ループ１８を経て、ＨＡＲＴプロトコルによって定義されるような、アナログまたはデジタルのいずれかのフォーマットで送信される。この構成では、電力は、ローカルバス８４を経て、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６を介してオプションのローカル機器９０に供給される。いくつかの実施形態では、付加的な機能部にアクセスするために、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路内の回路は、ＨＡＲＴ通信回路８２によって電力供給される。ＨＡＲＴ通信回路８２は、ローカル機器９０を使用して、そのフィールド表示装置などにフィールド出力を提供することができる。

本発明の構成は、入力ターミナルの１組を、ＦｉｅｌｄｂｕｓまたはＨＡＲＴ通信回路のいずれかに選択的に連結するためのスイッチを必要としない。代わりに、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路８６またはＨＡＲＴ通信回路８２のどちらかに接続される２つの分離した電気的コネクタが設けられている。このことによって、スイッチの故障に影響を受けない単純な装置が提供される。さらに、いつでも１組だけが使用されるようにターミナルが構成されるので、ユーザによる誤りの可能性が低減される。この構成は、他方のターミナルの組を閉鎖するスライド板６０を使用して達成される。本発明の回路は、所望のように構成することができ、図３に定義されるブロック図は単なる１つの具体例である。

装置の具体例は、２００２年１０月１日発行の米国特許６，４５７，３６７号公報、２００２年１１月１９日発行の米国特許６，４８４，１０７号公報、２００２年１２月３日発行の米国特許６，４８７，９１２号公報、２００３年１月７日発行の米国特許６，５０４，４８９号公報、２０００年３月７日出願の米国特許出願番号０９／５２０，２９２号明細書、２０００年５月４日出願の米国特許出願番号０９／５６４，５０６号明細書、２０００年７月３１日出願の米国特許出願番号０９／６３８，１８１号明細書、２０００年９月２１日出願の米国特許出願番号０９／６６７，３９９号明細書、２０００年９月２２日出願の米国特許出願番号０９／６６７，２８９号明細書、２０００年９月２７日出願の米国特許出願番号０９／６７１，１３０号明細書、２００１年５月３０日出願の米国特許出願番号０９／８６７，９６１号明細書、２００１年１０月１１日出願の米国特許出願番号２９／１４９，５５６号明細書、２００１年１０月１１日出願の米国特許出願番号２９／１４９，５５５号明細書、および２００２年４月１８日出願の米国特許出願番号１０／１２５，２８６号明細書に記載されている。

別の実施例では、回路８６は、送信機１２が、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信規格によって作動する２線式プロセス制御ループに連結されるような、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信回路を含む。

本発明は好ましい実施例に関して説明されたが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱しないで、形状および細部において変形できることを認識できるであろう。

本発明による送信機を含むプロセス制御システムの図である。端部キャップが取り外されている、図１に示された送信機の斜視図である。図２の送信機の電気的回路を示す簡略ブロック図である。

符号の説明

１０……プロセス制御システム、１２……送信機、１６……プロセスパイプ、１８……２線式プロセス制御ループ、２０……制御室、４０……機能モジュール、４２……スーパーモジュール、４４……マニホルドプロセス連結部、５０……ターミナルブロック、５２、５４……電気的ターミナル、６０……スライド板、６２……トラック、８０……プロセス変数センサ、８２……ＨＡＲＴ通信回路、８４……ローカルバス、８６……Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路、９０……ローカル機器

Claims

感知したプロセス変数またはプロセス変数に関する情報を、プロセス制御ループ（１８）を介して送信することができるプロセス送信機（１２）において、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＨＡＲＴ通信回路（８２）と、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＦｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＦｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）と、
前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第１の電気的ターミナルの組（５２）と、
前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第２の電気的ターミナルの組（５４）と、
前記第１の電気的ターミナルの組（５２）および前記第２の電気的ターミナルの組（５４）上にスライド可能に配置され、それによって、前記電気的ターミナルの組のうち、一方の組が閉鎖されているときは、他方の組を開放してアクセス可能にするスライド板（６０）とからなるプロセス送信機。
プロセス変数を感知するためにＨＡＲＴ通信回路（８２）に接続されたセンサ（８０）と、
前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）を前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に電気的に接続するローカルバス（８４）とを含む請求項１のプロセス送信機。
前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で全電力を供給されるローカル機器（９０）が接続される請求項１のプロセス送信機。
前記ローカル機器（９０）が、測定されたプロセス変数またはプロセス変数に関する情報を表示するための表示装置からなる請求項３のプロセス送信機。
前記ローカル機器（９０）が、前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に接続される請求項２のプロセス送信機。
前記プロセス制御ループ（１８）が前記第２の電気的ターミナルの組（５４）に接続される時に、前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）が、前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）に電力を供給する請求項１のプロセス送信機。
前記プロセス制御ループ（１８）が前記第１の電気的ターミナルの組（５２）に接続される時に、前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）が、前記ローカルバス（８４）を介して前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に電力を供給する請求項１のプロセス送信機。
感知したプロセス変数またはプロセス変数に関する情報をプロセス制御ループ（１８）を介して送信することができるプロセス送信機（１２）において、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＨＡＲＴ通信手段（８２）と、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＦｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＦｉｅｌｄｂｕｓ通信手段（８６）と、
前記ＨＡＲＴ通信手段（８２）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第１の電気的ターミナル手段と、
前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信手段（８６）を前記プロセス制御ループに接続するために使用される第２の電気的ターミナル手段と、
前記第１の電気的ターミナル手段（５２）および前記第２の電気的ターミナル手段（５４）上にスライド可能に配置され、それによって、前記電気的ターミナルの組のうち、一方の組が閉鎖されているときは、他方の組が開放されてアクセス可能にするカバー手段（６０）とからなるプロセス送信機。
感知したプロセス変数またはプロセス変数に関する情報を、プロセス制御ループ（１８）を介して送信することができるプロセス送信機（１２）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続する方法において、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動し、前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＨＡＲＴ通信回路（８２）を提供することと、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＦｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機の（１２）全てに電力を供給するように構成されたＦｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）を提供することと、
前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第１の電気的ターミナルの組（５２）を提供することと、
前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）を前記プロセス制御ループに接続するために使用される第２の電気的ターミナルの組（５４）を提供することと、
前記第１の電気的ターミナルの組（５２）および前記第２の電気的ターミナルの組（５４）上にスライド可能に配置され、それによって、前記電気的ターミナルの組のうち、一方の組が閉鎖されているときは、他方の組が開放されてアクセス可能にするスライド板（６０）を設けることとからなる方法。
前記第１の電気的ターミナルの組（５２）を、ＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動するプロセス制御ループ（１８）に接続することを含む請求項９の方法。
前記第２の電気的ターミナルの組（５４）を、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルによって作動するプロセス制御ループに接続することを含む請求項９の方法。
前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力でローカル機器（９０）に電力を供給することを含む請求項９の方法。
前記ローカル機器（９０）が表示装置からなる請求項１２の方法。
前記ローカル機器（９０）が、前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に接続される請求項１２の方法。
前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）を、ローカルバス（８４）を介して前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に接続することを含む請求項９の方法。
前記プロセス制御ループ（１８）が前記第２のターミナルの組（５４）に接続された時に、前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）から前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）に電力を供給することを含む請求項９の方法。
前記プロセス制御ループ（１８）が前記第１の電気的ターミナルの組（５２）に接続された時に、前記ＨＡＲＴ通信回路から前記ローカルバス（８４）を介して前記Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信回路（８６）に電力を供給することを含む請求項９の方法。
感知したプロセス変数またはプロセス変数に関する情報をプロセス制御ループ（１８）を介して送信することができるプロセス送信機（１２）において、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＨＡＲＴ通信回路（８２）と、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＰｒｏｆｉｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、かつ前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＰｒｏｆｉｂｕｓ通信回路（８６）と、
前記ＨＡＲＴ通信回路を前記２線式プロセス制御ループに接続するために使用される第１の電気的ターミナルの組（５２）と、
前記Ｐｒｏｆｉｄｂｕｓ通信回路（８６）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第２の電気的ターミナルの組（５４）と、
前記第１の電気的ターミナルの組（５２）および前記第２の電気的ターミナルの組（５４）上にスライド可能に配置され、それによって、前記電気的ターミナルの組のうち、一方の組が閉鎖されているときは、他方の組が開放されてアクセス可能にするスライド板（６０）とからなるプロセス送信機。
感知したプロセス変数またはプロセス変数に関する情報を送信することができる送信機をプロセス制御ループ（１８）に接続する方法において、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＨＡＲＴ通信プロトコルによって作動し、前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機（１２）の全てに電力を供給するように構成されたＨＡＲＴ通信回路（８２）を提供することと、
前記プロセス制御ループ（１８）に接続されたときにＰｒｏｆｉｂｕｓ通信プロトコルによって作動し、前記プロセス制御ループ（１８）から受信された電力で前記プロセス送信機の（１２）全てに電力を供給するように構成されたＰｒｏｆｉｂｕｓ通信回路（８６）を提供することと、
前記ＨＡＲＴ通信回路（８２）を前記プロセス制御ループ（１８）に接続するために使用される第１の電気的ターミナルの組（５２）を提供することと、
前記Ｐｒｏｆｉｂｕｓ通信回路（８６）を前記プロセス制御ループに接続するために使用される第２の電気的ターミナルの組（５４）を提供することと、
前記第１の電気的ターミナルの組（５２）および前記第２の電気的ターミナルの組（５４）上にスライド可能に配置され、それによって、前記電気的ターミナルの組のうち、一方の組が閉鎖されているときは、他方の組が開放されてアクセス可能にするスライド板（６０）を設けることとからなる方法。