JP7274865B2 - 電子デバイスとサージハンドリング - Google Patents

Description

電子デバイスの様々な形態は、様々なプロセス産業において幅広い用途を見出している。特に、センサやアクチュエータのようなフィールド要素は、プロセス環境内の現場に一般的に配備され、場合によっては、防爆特性やいわゆる本質的安全性の特性などの適切な安全度を提供することが求められ得る。

そのような配備の性質上、そのようなフィールド要素の信頼性のある安全な動作が最も重要であり、サージデバイスがフィールド要素への接続性の一部として一般に採用されている。

任意のこのようなサージ機能は、一般に、特にフィールド要素からの接続に関してサージ保護を必要とする。

このような信頼性の高いサージ保護機能を提供するためにサージデバイスが一般に採用されてきた。

限定されるものではないが、既知のフィールド要素などの電子デバイスは、一般に、ツェナーバリア、アイソレーション、リモートＩ／Ｏ、または他の機能などのいくつかの適切な電気的機能が設けられた機能キャビネットを介して特定のプロセス環境に関連する適切なプロセス回路に接続する。次いで、入力／出力配線は、適切なプロセス回路への適切な接続を提供する。

特定のプロセス環境内の複数のフィールド要素など、特定の環境に複数の電子デバイスが設けられている場合、プロセス回路に至る正しい入力／出力ラインへの接続が継続されるために、フィールド要素から機能キャビネット内の適切なツェナーバリア、アイソレーションまたは他の機能への適切な接続を行うことが必要となる。

例えばフィールド要素からのそのような接続のための決まりきったサージ保護機能は、機能キャビネット（例えば、ツェナーバリア／アイソレータ）による、フィールド要素とプロセス回路との間の接続のための複数のサージ要素を備える別個のサージキャビネットを介して一般に提供される。

サージキャビネットは、概して各フィールド要素の必要な接続性を設定する役割を果たすマーシャリング交換配線で構成された特別のマーシャリングキャビネットを介してフィールド要素からの接続のために構成することができる。

特にアイソレータを使用する場合は、しばしばサージ要素を外側ラインに適合させる必要があり、このことは、追加のキャビネットを必要とし、関連する追加コストがかかる可能性がある。キャビネットルーム内に追加のキャビネットのためのスペースも必要であり、システムの試運転時並びにその後の障害検出及び試験中に慎重な労働投入及びクロスチェックを必要とする広範な配線要件がキャビネット自体に生じる。

既知の代替案は、アイソレータデバイスに差し込むことができるかさばったサージモジュールを採用することであるが、これはまた、フィールド配線がアイソレータから切り離され、サージモジュールに再接続されなければならないことを必要とし、そのことは、もちろん、破壊的、非効率的、かつ不便であることを証明し得、不完全な、または正しくない再接続の可能性による運用上の問題につながり得る。

したがって、サージのレトロフィットの可能性は限られていることがあり、このようなレトロフィットのためにキャビネットルーム内に適切な場所が存在しない場合がよくあり、このようなレトロフィットを達成するために必要な広範な再配線は、プロセスプラントで長時間のダウンタイムにつながり得る。再配線接続性にエラーが発生する可能性もあり、それは確かに無視したり除外したりすることはできない。また、このような既知の様態でのサージ要素の配備は、したがって上述した関連する欠点を有する追加のキャビネットを採用するためにインセンティブが残ったままである。

本発明は、既知のそのような構成よりも利点を有するサージハンドリング構成を提供することを目的とし、特に、現在知られているより簡単で信頼できる様態で用意のできたレトロフィットを可能にすることを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、フィールド要素からフィールド配線を受け取るように構成され、デバイスにサージ機能を提供するためのサージ要素を受け取るように構成された接続手段をさらに含む電子アイソレータデバイスが提供されており、フィールド配線を介する接続性にサージ保護を提供するために、前記デバイスは、サージ要素が、前記接続手段を介して、前記デバイスに、及び前記フィールド配線に接続するように構成されている。

本発明は、サージ要素に適合させるために、アイソレータデバイスからフィールド配線を切断する必要がなく、そのため既知のものの主な問題を容易に回避できる限り、有利であることが判明している。さらに、サージ要素のための、または実際にサージキャビネットのような追加の関連するハウジングのための追加の配線を設ける必要がないことが分かる。したがって、各サージ要素がアイソレータデバイスと明確に関連付けられていることが本発明の本来の特徴であるので、現在の技術で生じ得る配線エラーの可能性を排除することができる。

有利には、したがってサージ要素は、フィールド配線へのデバイスの接続への妨害を必要としない様態で、アイソレータデバイスに取り外し可能に取り付けるように構成することができる。

一例では、前記接続手段は、フィールド配線に対するサージ手段の並列接続として構成されている。さらに、前記接続手段は、デバイス内からのフィールド配線へサージデバイスを接続するように構成することができる。

本デバイスは、本質的に安全なアイソレータを備えることができることを理解されたい。

別の態様によれば、本発明は、フィールド要素からフィールド配線を受け取り、デバイスにサージ機能を提供するためのサージ要素を受け取るように構成された接続手段をさらに含み、フィールド配線を介する接続性にサージ保護を提供するように構成された電子バリアデバイスを提供することができ、デバイスは、サージ要素が前記接続手段を介して、デバイスに、及び前記フィールド配線に接続するように構成されている。

有利には、サージ要素は、デバイスへの入力／出力ラインの接続点に位置するように構成される。特に、この構成における前記入力／出力線は、フィールド要素ラインを含む。

したがって、電子機能デバイスは、ツェナーバリアデバイスとアイソレータデバイスのうちの任意の１つ以上、またはそれらの組合せを備えることができることが理解されるべきである。

一特定の実施形態では、サージ要素は、プレスフィット手段、オス／メス係合手段及び／またはねじ手段のような任意の適切な手段を介してデバイスに接続されるように構成される。

本発明はまた、それぞれの複数のアイソレータまたはバリアデバイスに関連する複数のサージ要素を提供することができる。このようにして、複数のデバイス及びそれらに関連するサージ要素は、差込み可能であろうとなかろうと、電子機能デバイスキャビネットの一部として提供することができる。

本発明は、添付の図面を参照して、単なる例として以下に更に説明される。

サージハンドリング機能を採用する既知のアイソレータシステムの概略図である。 図１Ａのシステムのキャビネットの部品のより詳細な図を含む。 本発明の実施形態によるアイソレータキャビネットの概略ブロック図を含む。 結果として１つのキャビネットを抑制した、図２Ａのキャビネットの一部の詳細図を含む。 図３Ａ～３Ｅは当技術分野で知られているように、サージ要素とアイソレータデバイスとの接続の一連の図解を含む。 図４Ａ～図４Ｃは本発明の実施形態による差込み可能な接続の一連の図解を含む。

最初に図１Ａを参照すると、サージキャビネット２内に位置するサージ要素５に接続されたアイソレータ要素４を有するアイソレータキャビネット１などの電子機能キャビネットが図示されている。

入力／出力配線１０は、アイソレータキャビネット１からプロセス電子機器（図示せず）に至り、アイソレータキャビネット１とサージキャビネット２との間の接続性は、アイソレータ～サージ配線ライン１１を介して達成される。

図示の例では、サージキャビネット２からの前方接続は、サージ～フィールド要素配線ライン１２によって複数のフィールド要素（図示せず）に接続されている。図１Ａに示されていないさらなる変形として、サージキャビネット２からの出力配線１２は、複数のフィールド要素の接続性の適切な設定を支援するマーシャリングキャビネットなどの追加のキャビネットにつながることができる。各サージ要素５の基本的な構成要素の例が、図１Ａのこの概略図に示されている。

図１Ｂは、各アイソレータキャビネット１及びサージキャビネット２内のさらなる例示的詳細を提供する。見て分かるように、複数の一連のアイソレータデバイス４がアイソレータキャビネット１内に搭載されており、それぞれは、入出力側で入力／出力配線１０及びアイソレータ～サージ配線１１へ接続されている。対応する一連のサージデバイス５も同様に、サージキャビネット２内に搭載されており、各アイソレータ～サージライン１１、及び各サージ～フィールド要素ライン１２に対して設けられた別個のサージ要素を有する。

図１Ａ及び図１Ｂに明確に図示されているように、サージ機能の供給は、追加のキャビネット２を必要とし、追加コストにつながり、また不利なことにキャビネットルーム内に追加スペースを必要とし、追加配線の間接諸経費につながる。追加のキャビネットはまた、サージ要素を交換、及び／または設置する必要がある場合には切断しなければならない一連の接続の一部を含み、不都合なことにダウンタイムをもたらす。

このような不都合な切断等はまた、図３Ａ～３Ｅを参照して以下にさらに説明されるような先行技術に関しても生じ、サージ素子を改造するために、かつ余分のキャビネットを必要としないシナリオにおいては、接続を切断しなければならず、もちろんそのような比較的大きなアドオンがアイソレータキャビネット内に収まることを想定している。

ここで図２Ａを参照すると、本発明の実施形態によるアイソレータキャビネット１０１の概略図が提供されている。

この例のアイソレータキャビネット１０１は、入力／出力ワイヤライン１１０によってプロセス回路に接続し、出力ワイヤライン１１２を介して複数のフィールド要素に接続するアイソレータ機能１０４を含む。この場合も、フィールド要素へのこのような接続は、必要に応じてマーシャリングキャビネットを介して行うことができる。

また図２Ａを参照して概略的に図示されているのは、必要に応じて図２Ａに図示されている入力／出力フィールドライン１１２からサージ保護を提供するための可能な複数の差込み可能なサージ要素１０５のうちの１つのサージ要素１０５の供給である。差込み可能なサージ要素内の基本的な電子機能が図２Ａに概略的に図示されている。理解できるように、差込み可能なサージ要素１０５の存在は、フィールドライン１１２の除去／再接続を必要としない。

図２Ｂを参照すると、アイソレータキャビネット１０１内のアイソレータデバイス１０４の構成のさらなる詳細が示されており、各差込み可能なサージ保護要素１０５が、サージ保護を必要とするアイソレータ要素１０４に対して図示されている。

上述したように、アイソレータ要素１０４の各々には、適切なソケット構成１１５が提供されており、それを介して、必要に応じてサージ要素１０５をアイソレータ要素１０４に着脱可能に差し込みでき、必要なサージ機能を提供するように入力／出力フィールドライン１１２に電気的に接続される。ここでも重要なことに、アイソレータへのサージ要素の動作可能な接続、及びアイソレータからの切り離しは、フィールド配線の切断を必要とせずに達成される。したがって、これにより、「ダウンタイム」を必要とせずに、または最小限の必要性で、サージ要素の「ライブ」接続／切断が可能になる。

したがって、別個のサージキャビネットの有利な回避は、先行技術の制限なしに達成することができる。

したがって、アイソレータデバイス１０４は、それ自体のキャビネット１０１内に差込み可能なサージ要素１０５を受け入れるように有利に構成され、このようなデバイスは、入出力フィールドライン１１２に関して必要な場所に正確に容易に接続することができる。

さらに、サージ要素１０５は、プロセスが実行されている間にプラグインまたは除去することができ、そのような設定は、入出力フィールドライン１１２のどれがサージ要素に関連付けられているかについて即時の表示を提供する。シンプルな接続により、上記のような別個のサージキャビネットの必要性を回避するだけでなく、追加の障害が発生しやすい配線の必要性も回避される。さらに、このような差込み可能なサージ要素／モジュール１０５のレトロフィットは、必要に応じて容易に達成することもできる。

ここで図３Ａ～３Ｅを参照して、サージ要素のアイソレータデバイスへの接続の仕方が、直列形式で示されており、現在の技術で知られているものである。

まず図３Ａを参照すると、アイソレータデバイス２０４に接続された入力／出力ライン１１０が図示されており、このデバイスは次に、この例では、フィールド配線１１２を備える出力ワイヤライン１１２に接続されている。この公知の技術に従ってサージ機能の導入を達成するためには、図３Ｂに示すように、フィールド配線１１２をアイソレータデバイス２０４から切り離すことが必要であり、そのようにして図３Ｃを参照して示すように、サージ要素モジュール２０５を、アイソレータ要素２０４とフィールド配線１１２との間に直列で挿入することが可能になる。

図３Ｄは、手順の次の段階を示し、サージ要素２０５が最初にアイソレータ要素２０４に接続され、その後、図３Ｅに示すように、フィールド配線１１２が順次サージ要素２０５に接続される。したがって、以前に切断されたフィールド配線１１２は、もはやアイソレータデバイス２０４に直接接続することはなく、むしろ、フィールド配線１１２とアイソレータデバイス２０４との間の中間要素として働くサージ要素２０５に接続される。

理解されるように、サージ要素２０５のこのような動作上の嵌合は、フィールド配線１１２の切断及びその後の再接続を必要とし、それは幅広い種類の欠点を提示し、少なくともそれは、配線及びアイソレータデバイスを使用するシステムの動作に中断及びダウンタイムを含み、またそのような切断が比較的簡単で効率的な仕方で逆転できない場合には、さらなる中断の可能性を開く。

ここで、図４Ａ～図４Ｃを参照して示される本発明の例を参照すると、本発明の特有の利点が容易に明らかになるであろう。

先ず、図４Ａを参照すると、本発明の実施形態によるアイソレータデバイス１０４は、先行技術の設定と同様に、入力／出力ワイヤライン１１０及びフィールドライン１１２に接続される。しかし、重要な違いとして、アイソレータ１０４は、サージデバイス１０５のアイソレータ１０４への直接的な差込み接続を可能にし、アイソレータデバイス１０４のフィールド配線１１２への接続を何ら中断する必要がない、接続手段１１５を含む。

本発明のこの有利な特徴は、アイソレータデバイス１０４のコネクタ構成１１５に挿入するように構成された適切なサージデバイス１０５を示す図４Ｂを参照してさらに示されている。次に理解されるように、そのような接続は、アイソレータ１０４とフィールドライン１１２との間の接続の性質から全く独立している。

図４Ｃは、接続プロセスの図解を完成し、アイソレータデバイス１０４のコネクタ１１５に差し込まれたサージ要素１０５を図示し、アイソレータデバイス１０４内で、及び、動作可能な接続のためにフィールド配線１１２に対して効果的に並列接続を達成する。

容易に理解されるように、サージは、差し込まれ／抜き取られ、すなわち適切な回数だけ接続／切断が可能であり、その都度、アイソレータデバイス１０４とフィールド配線１１２との間の接続の仕方に影響がなく、何らダウンタイムを必要とすることなくサージ要素１０５とアイソレータ要素１０４との間に「ライブプラグ性」が達成されるので、アイソレータデバイス１０４を採用するシステムの動作に不利な影響を及ぼすことは、あるとしても、ほんのわずかである。

したがって、本発明は、アイソレータデバイスのような動作デバイスへのサージ要素の接続に特に有利で、簡単な様態を提供し、別個のサージキャビネットを必要とせずにそのようなサージ機能を提供することができる様態をさらに高める。

当然のことながら、本発明は、前述の実施形態の詳細に制限されないことを理解されたい。特に、本発明は、本質的な安全性またはその他を提供するアイソレータの任意の形態に関して、またはツェナーバリアデバイスなどの実際に任意の形態のバリアデバイスに関して提供されることが想定される。

本発明の上述の実施形態は、アイソレータデバイス及びキャビネットの形態の電子機能デバイス及びデバイスキャビネットに関連して説明されているが、本発明は、ツェナーバリアデバイス及びツェナーバリアキャビネットまたは実際にそれらの組み合わせに関して容易に提供できることを理解されるべきである。

したがって、本発明は、特に、サージ要素１０５でもその構成部品でもないそれぞれの接続／切断の性質に関して、前述の実施形態の詳細に限定されるものではない。

Claims (12)

1. 複数の電子アイソレータデバイスを含む電子機能デバイスキャビネットであって、前記デバイスは、フィールド要素からフィールド配線を受け取るように構成され、前記デバイスにサージ機能を提供するためのサージ要素を受け取り、かつ前記フィールド配線を介する接続にサージ保護を提供するように構成された接続手段をさらに含み、前記デバイスは、前記サージ要素が前記接続手段を介して、前記デバイスに、及び前記フィールド配線に接続するように構成され、
   前記接続手段は、前記フィールド配線に対して前記サージ要素を並列接続するように構成されており、前記デバイスは、さらに、前記電子機能デバイスキャビネット内に前記サージ要素を受け入れるように構成されている、電子機能デバイスキャビネット。
2. 前記接続手段は、前記デバイス内からの前記フィールド配線へ前記サージ要素を接続する、請求項１に記載の電子機能デバイスキャビネット。
3. 複数の電子バリアデバイスを含む電子機能デバイスキャビネットであって、前記デバイスは、フィールド要素からフィールド配線を受け取るように構成され、前記デバイスにサージ機能を提供するためのサージ要素を受け取り、かつ前記フィールド配線を介する接続にサージ保護を提供するように構成された接続手段をさらに含み、前記デバイスは、前記サージ要素が前記接続手段を介して、前記デバイスに、及び前記フィールド配線に接続するように構成され、
   前記接続手段は、前記フィールド配線に対して前記サージ要素を並列接続するように構成されており、前記デバイスは、さらに、前記電子機能デバイスキャビネット内に前記サージ要素を受け入れるように構成されている、電子機能デバイスキャビネット。
4. 前記デバイスは、ツェナーバリアデバイスを備える、請求項３に記載の電子機能デバイスキャビネット。
5. 前記サージ要素は、前記デバイスによって受け取られるとき、前記サージ要素によって保護された前記デバイスの視覚的表示を提供する役割をさらに果たすように構成された、請求項１～４のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
6. 前記接続手段は、前記サージ要素が直接的に差し込み接続される部分を含む、請求項１～５のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
7. 前記接続手段の前記サージ要素が直接的に差し込み接続される部分は、前記デバイスの作動時に前記サージ要素の差し込み及び抜き取りが可能なように構成される、請求項６に記載の電子機能デバイスキャビネット。
8. 前記接続手段は、プレスフィット接続の一部を含む、請求項１～７のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
9. 前記接続手段は、オス／メス接続構成の一部を含む、請求項１～８のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
10. 前記接続手段は、ねじ手段を含む、請求項１～９のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
11. 前記サージ要素は、フィールド配線への前記デバイスの接続点に位置するように構成されている、請求項１～１０のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
12. 前記サージ要素は、過渡電圧抑制ダイオード（ＴＶＳ）及び／またはガス放電管（ＧＤＴ）を含む、請求項１～１１のいずれか１項以上に記載の電子機能デバイスキャビネット。
    

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