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JP2001273345A - プロセス制御ネットワークを設定及び管理する方法並びに装置 - Google Patents

プロセス制御ネットワークを設定及び管理する方法並びに装置

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JP2001273345A
JP2001273345A JP2001005328A JP2001005328A JP2001273345A JP 2001273345 A JP2001273345 A JP 2001273345A JP 2001005328 A JP2001005328 A JP 2001005328A JP 2001005328 A JP2001005328 A JP 2001005328A JP 2001273345 A JP2001273345 A JP 2001273345A
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process control
layout
control network
managing
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アンドリュー フィリップ ドーヴ，
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Fisher Rosemount Systems Inc
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プロセス制御システムの効率的な設計及び使
用を有利にし、システムの物理的な特徴が標準に従うこ
とを確実にするツールを提供する。 【解決手段】標準プロトコルに従うプロセス制御システ
ムを設定及び管理するための空間情報を作成し、加えて
より効率的な診断，オンライン・デバッギング，警報監
視，及びデバイス・メンテナンスを有利に提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本願発明は、一般に、プロセ
ス制御ネットワークに関し、特に、プロセス制御ネット
ワークを設定及び管理する方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来技術および発明が解決しようとする課題】化学，
石油，及びその他の製造並びに精製プロセスのような大
きいプロセスは、プロセスのパラメータを計測及び制御
し、それによってプロセスの制御に作用するために、施
設内の様々な位置に配置された多数のフィールド・デバ
イスを有している。これらのデバイスは、例えば、温
度，圧力，及び流量センサのようなセンサ、並びにバル
ブ及びスイッチのような制御要素である。歴史的には、
プロセス制御産業は、プロセス内の測定及び制御フィー
ルド・デバイスを操作するために、レベル及び圧力ゲー
ジを手動で読むこと、バルブ・ホイール等を回すことの
ような手動操作を用いていた。
【０００３】現在では、プロセスの制御は、全体とし
て、プロセスの特定のもの又は全プロセスのどちらかを
制御するために、ハードウェア・デバイス間で命令及び
データを送受信することによって、プロセスを監視する
マイクロプロセッサ・ベースのコントローラ，コンピュ
ータ，又はワークステーションを使用して実現されるこ
とが多い。これらのマイクロプロセッサ，コンピュー
タ，又はワークステーションにおけるソフトウェア・プ
ログラムによって実行される特定のプロセス制御機能
は、ハードウェアへの修正を必要としないで、プログラ
ミングを通じて個々に設計，修正，又は変更される。例
えば、エンジニアは、書かれるべきプログラムに、タン
ク内のレベル・センサから流体のレベルを読み、タンク
・レベルを所望する所定のレベルと比較し、そして、読
まれたレベルが要求された所定のレベルより低いか又は
高いかに基づいて、コントローラに供給バルブの開閉を
行わせる。パラメータは、プロセスの選択された画面を
表示することによって、また、選択された画面を使用し
てプログラムを修正することによって容易に変更され
る。エンジニアは、プロセスのエンジニア用画面を表示
させ、修正することによって、主としてパラメータを変
更する。
【０００４】コントローラ，コンピュータ，又はワーク
ステーションは、全体の制御方法に関してプロセス・パ
ラメータの測定及び制御に作用するために、集中型の、
多くの場合、複雑な制御方法を格納及び実行する。しか
し、通常、実行される制御方法は、フィールド・デバイ
スの製造業者の独自開発であり、従って、プロセス制御
システムの拡張，アップグレード，再プログラム，及び
／又はサービスを困難並びに高価にしている。なぜな
ら、フィールド・デバイスの提供者は、これらの動作の
何れかを実施するために不可欠な方法に関与しなければ
ならないからである。さらに、使用又は相互接続される
ことが可能な設備は、フィールド・デバイスの独自開発
の性質によって、また、他の製造者によって製造された
或るデバイス又はデバイスの機能を提供者がサポートし
ないという状況によっても制限され得る。
【０００５】独自開発のフィールド・デバイスの使用に
固有の問題のうちの幾つかを克服するために、プロセス
制御産業は、例えば、HART（登録商標），DE，PROFIBUS
（登録商標），WORLDFIP（登録商標），LONWORKS（登録
商標），Device-Net，及びCANプロトコルを含む多数の
標準的なオープン通信プロトコルを開発してきた。これ
らの標準プロトコルは、同一のプロセス制御環境内で一
緒に使用されるべき異なる製造業者によって製造された
フィールド・デバイスを使用可能にする。理論的には、
これらのプロトコルのうちの１つに従う任意のフィール
ド・デバイスは、たとえ前記フィールド・デバイスが異
なる製造業者によって製造されていても、前記プロトコ
ルをサポートするプロセス制御システム又はその他のコ
ントローラと通信し、該プロセス制御システム又はその
他のコントローラによって制御されるべきプロセス内で
使用されることが可能である。
【０００６】制御機能を実行するために、各プロセス制
御デバイスは、標準的なオープン・プロトコルを使用す
るその他のプロセス制御デバイスと通信する能力と同様
に、一又は複数の基本制御機能を実行する能力を有した
マイクロプロセッサを備えている。このように、異なる
製造業者によって製造されたフィールド・デバイスは、
互いに通信し、一又は複数のプロセス制御機能又は制御
ループを実行するために、プロセス制御ループ内で相互
接続され得る。プロセス内で分散制御に作用する標準バ
スを介して、異なる製造業者によって製造されたデバイ
スを相互動作及び相互通信させるオープン通信プロトコ
ルの別の例は、FOUNDATION FieldbusによるFOUNDATION
Fieldbusプロトコル（以下、「Fieldbusプロトコル」）
である。該Fieldbusプロトコルは、全ディジタルの、２
線ループ・プロトコルである。
【０００７】これらのプロトコルを使用するとき、プロ
セス制御システム又はネットワークを設計することに関
連した問題は、様々なプロセス制御デバイスの実際の物
理的なレイアウト及び相互接続に関連している。特に、
これらのプロトコルの各々は、プロセス制御システムが
前記標準に従うために動作しなければならない物理的な
特徴のための値の制約を記述している。これらの制約
は、通信セクションに亘る電圧低下，支線の長さ，全体
のケーブルの長さ，全体の電流ドロー（currentdra
w），及び特定のハブのプロセス制御デバイスの総数を
含んでいる。コントローラ及びオペレータ・ステーショ
ンと同様に、容器，パイプ，ポンプ，モータ，及びバル
ブの物理的な位置は、プロセス制御システム又はネット
ワークを設定するとき、考慮に入れなければならない制
約を記述している。これらの制約の相互関係は、制約の
値によっては重要であり、価値がある。システムを管理
することは、殆どの精製及び製造施設の複雑さのために
厄介となり得る。
【０００８】また、ソフトウェア・プログラムは、制御
プロセスを実行することに加えて、前記プロセスの表示
を監視及び表示し、オペレータの表示又は特定のプロセ
スの状態に関する表示の形態でフィードバックを提供す
る。また、問題が発生したとき、監視するソフトウェア
・プログラムは、警報を発する。問題が発生したとき、
或るプログラムは、指示又は提案をオペレータに表示す
る。制御プロセスに対して責任があるオペレータは、彼
の見地からプロセスを見て、素早く問題を是正する必要
がある。表示又はコンソールは、プロセス制御機能を実
行するコントローラ又はコンピュータ・ベースのマイク
ロプロセッサとオペレータとの間の、また、プログラマ
ー又はエンジニアとプロセス制御機能を実行するコント
ローラ又はコンピュータ・ベースのマイクロプロセッサ
との間のインタフェースとして主に提供される。
【０００９】プロセス制御環境において機能を実行，監
視，制御，及びフィードバックするシステムは、Basi
c，Fortran，又はCのような高水準のコンピュータ・プ
ログラミング言語で書かれたソフトウェアによって主に
実現され、コンピュータ又はコントローラ上で実行され
る。これらの高水準言語は、プロセス制御プログラミン
グのためには効果的であるが、通常、プロセス・エンジ
ニア，メンテナンス・エンジニア，制御エンジニア，オ
ペレータ，及び監督者には使用又は理解されない。連続
機能ブロック及びはしご論理（ladder logic）のような
より高水準のグラフィカルな表示言語は、このような作
業者のために開発された。このように、エンジニア，メ
ンテナンス作業者，オペレータ，ラボ作業者等の各々
は、彼らの責任に関連したシステムを彼らに見せること
を可能にする、プロセス制御システムの要素のグラフィ
カルな表示を必要としている。
【００１０】プロセス制御システムの要素のグラフィカ
ルな表示は、施設の空間レイアウトへの相互関係なしに
提供され、デバイス及び機能の論理的な接続を示すだけ
である。例えば、プロセス制御プログラムは、Fortran
で書かれて、２つの入力を要求し、該入力の平均を計算
し、前記２つの入力の平均と等しい出力値を生成するか
も知れない。このプログラムは、「平均」機能と呼ばれ
得、制御エンジニアのためのグラフィカルな表示を通じ
て呼び出し及び参照され得る。典型的なグラフィカルな
表示は、２つの入力，１つの出力，及び「平均」を示す
ラベルを有した矩形のブロックから構成され得る。異な
るプログラムが、平均値を表示するために、オペレータ
のためのこの同一機能のグラフィカルな表現を生成すべ
く使用され得る。システムが顧客に届けられる前に、こ
れらのソフトウェア・プログラムは、予め定義されたユ
ーザ選択可能な特徴のライブラリに置かれる。該プログ
ラムは、機能ブロックによって識別される。ユーザは、
それから、機能を呼び出し、例えば、Fortranで全く新
しいプログラムを開発しなければならないことよりもむ
しろ論理的にプロセス制御解を定義することに使用され
るライブラリから複数の機能ブロックのうちの１つを選
択することによって、オペレータ，エンジニア等のため
の異なる表示を生成するために、矩形のボックスで示さ
れる予め定義されたグラフィカルな表現を選択すること
が可能である。
【００１１】関連する機能ブロックによってその各々が
示される標準化された機能群は、制御ライブラリに格納
され得る。このようなライブラリを持つ設計者は、コン
ピュータの表示画面上で論理的に相互接続することによ
ってプロセス制御解、特定の作業を実行するために矩形
のボックスで表わされる機能ブロックで選択された様々
な機能又は要素を設計することができる。マイクロプロ
セッサ又はコンピュータは、ライブラリに格納された予
め定義されたテンプレートで機能ブロックによって定義
された機能又は要素の各々を関連付け、プログラム機能
又は要素の各々を、前記設計者によって所望された相互
接続に従いお互いに関係付ける。設計者は、精製又は製
造施設の空間の次元に、前記設計を相関させることさえ
なしに、予め定義された機能の論理的な表示を使用して
プロセス制御プログラム全体を設計する。
【００１２】提供されたグラフィカルな表示に関連する
１つの問題は、論理的な接続だけが示されるということ
である。現在、施設の物理的なレイアウトは、プロセス
制御システムの設定と相関しておらず、該システムを管
理する間、参照されることができない。プロセス制御シ
ステムを設定するとき、空間情報は、手作業で計測さ
れ、入力されなければならない。プロセス制御システム
を管理するとき、デバイス及びコントローラの物理的な
位置は、手作業で決定されなければならず、問題の是正
及びプロセス制御システムの管理に要求される時間をし
ばしば増大する。
【００１３】必要であるのは、施設の物理的なレイアウ
トを考慮に入れると共に、プロセス制御デバイス及びコ
ントローラの空間位置に素早くアクセスすることをシス
テムのオペレータに許容する、プロセス制御システムを
設定する方法である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本願発明は、施設内に含
まれたプロセス制御システムを設定及び管理するための
施設の空間情報を使用することに関する。プロセス制御
システムは、標準プロトコルに従い得る。このようなシ
ステムは、プロセス制御システムの効率的な設計及び使
用を有利にし、該システムの物理的な特徴が標準に従う
ことを確実にする。加えて、このようなシステムは、ま
た、より効率的な診断，オンライン・デバッギング，警
報管理，及びデバイス・メンテナンスを有利に提供す
る。上記ツールは、前記施設の空間レイアウトに適用さ
れるプロセス制御ネットワークのレイアウトの自動生成
を随意的に提供することがあり得る。
【００１５】別の実施形態において、上記ツールは、ネ
ットワークのレイアウトがFieldbusプロトコルのような
標準プロトコルの判定基準に従うことを確認すべく、施
設の物理的なレイアウトに適用されたプロセス制御ネッ
トワークのレイアウトを解析するために使用される。
【００１６】上記ツールは、ネットワークにおける作動
警報を示すために、点滅デバイス表現を随意的に提供す
ることが可能である。
【００１７】別の実施形態において、上記プロセス制御
ネットワークは、まず、論理的な接続を使用して設定さ
れ、それから後に、前記設定は、施設の空間レイアウト
に適用され、ネットワークのレイアウトに適用された空
間情報を使用してプロセス制御ネットワークを管理する
ために使用される。
【００１８】
【発明の実施の形態】本願発明は、添付の図面を参照す
ることによって、当業者にとって明確とされたその多数
の目的，特徴，及び利点についてより良く理解され得
る。
【００１９】（実施の形態１）プロセス制御環境100
は、図１に示されており、ディジタル制御システム，プ
ロセスコントローラ等を実施するための制御環境を示し
ている。プロセス制御環境100は、オペレータ・ワーク
ステーション102，ラボ・ワークステーション104，及び
ローカル・エリア・ネットワーク（LAN）108によって電
気的に相互接続されたエンジニアリング・ワークステー
ション106，又は様々なワークステーション及び複数の
コントローラ／マルチプレクサ110中のデータと、制御
信号とを伝送し、受信する他の公知の通信接続を有して
いる。ワークステーション102，104，及び106は、例え
ば、IBM互換のアーキテクチャに従うコンピュータであ
る。ワークステーション102，104，及び106は、ワーク
ステーション及び複数のプロセス112の間で電気的に連
結する複数のコントローラ／マルチプレクサ110にLAN 1
08によって接続してあるように示されている。複数の様
々な実施形態において、LAN 108は、コントローラ／マ
ルチプレクサ110に直接的に接続された単一のワークス
テーションを有するか、又は、代わりに、複数のワーク
ステーション（例えば、３個のワークステーション10
2，104，106）、及びプロセス制御環境100の目的及び要
求に基づいた多くのコントローラ／マルチプレクサ110
を有している。或る実施形態において、単一のプロセス
コントローラ／マルチプレクサ110は、幾つかの異なる
プロセス112を制御するか、又は、代わりに、単一のプ
ロセスの一部を制御する。
【００２０】プロセス制御環境100において、プロセス
制御方法は、エンジニアリング・ワークステーション10
6のソフトウェア制御解を生成することによって、ま
た、例えば、前記解を実行のためにLAN 108を介してオ
ペレータ・ワークステーション102，ラボ・ワークステ
ーション104，及びコントローラ／マルチプレクサ110へ
伝送することによって開発される。オペレータ・ワーク
ステーション102は、コントローラ／マルチプレクサ110
で実行される制御／監視方法にインタフェース表示を供
給し、また、プロセス112を表示し、設計された解の要
求に応じて制御属性値を変更するために、コントローラ
／マルチプレクサ110の一又は複数と通信する。プロセ
ス112は、高性能のフィールド・デバイス又は従来の
（非高性能の）フィールド・デバイスであり得る一又は
複数のフィールド・デバイスから構成される。
【００２１】加えて、オペレータ・ワークステーション
102は、制御されたプロセス112の状態及び条件に関して
オペレータに視覚的な及び音声のフィードバックを伝送
する。エンジニアリング・ワークステーション106は、
プロセッサ116，ディスプレイ115，及び一又は複数の入
力／出力（I/O）デバイス又はユーザ・インタフェース
・デバイス118（例えば、キーボード，ライト・ペン
等）を有している。前記ワークステーション106は、ま
た、揮発性及び不揮発性メモリを含むメモリ117を有し
ている。メモリ117は、プロセス制御環境100の制御操作
及び機能を実現するプロセッサ116上で実行する制御プ
ログラムを含んでいる。メモリ117は、また、設定及び
管理ツール120（Control Studioツールとも称される）
を有している。プロセス制御環境100内のオペレータ・
ワークステーション102及びその他のワークステーショ
ン（図示せず）は、ユーザ及びプロセッサの間で相互作
用を許容するために、ディスプレイ（図示せず）及びユ
ーザ・インタフェース・デバイス（図示せず）に電気的
に接続された少なくとも１個の中央処理装置（図示せ
ず）を有している。
【００２２】上記ツール120は、プロセス制御ネットワ
ーク（100）の設定のために、また、プロセス制御ネッ
トワーク（100）が、所望する標準プロトコル（例え
ば、Fieldbusプロトコル）に対応することを確実にする
ために使用される。また、上記ツール120は、プロセス
制御ネットワーク（100）の管理の間、より効率的なト
ラブルシューティング及びメンテナンスを提供するため
に使用されることがあり得る。上記ツール120は、メモ
リ117に格納されるソフトウェアであることが好ましい
が、コンピュータでの読み取りが可能な記録媒体上に含
まれ得、エンジニアリング・ワークステーション106の
プロセッサ116によって実行される。前記コンピュータ
での読み取りが可能な記録媒体は、フレキシブル・ディ
スク（フロッピー（登録商標）・ディスク），CD-ROM，
又はソフトウェアが格納され得るその他の種類の記録媒
体であり得る。上記ツール120は、プロセス112の論理的
な接続だけを示すか、又は精製若しくは製造施設のレイ
アウトの空間的な特徴を取り入れている物理的な接続を
含み得るエンジニアリング・ワークステーション106の
ディスプレイ115上に提示される画面表示を可能にす
る。
【００２３】Fieldbusデバイスを使用するプロセス制御
システム（本明細書中においてはプロセス制御ネットワ
ークと同義）と共に本願発明のツールが詳細に記述され
る一方、本願発明のツールは、２線バス以外に依存する
プロトコル、及びアナログのみ又はアナログ及びディジ
タル通信の両方をサポートするプロトコルを含む、その
他の種類のフィールド・デバイス及び通信プロトコルを
有するプロセス制御システムで使用されることができる
点に留意するべきである。このように、例えば、本願発
明のツールは、HART，PROFIBUS等の通信プロトコル、又
は現存する若しくは将来開発され得る任意のその他の通
信プロトコルを使用して通信する、如何なるプロセス制
御システムにおいても使用されることができる。
【００２４】Fieldbusプロトコルの一般的な記述，この
プロトコルに従って設定されるフィールド・デバイス，
Fieldbusプロトコルを実行するプロセス制御環境100で
通信が発生する方法，及びFieldbusプロトコル下で要求
される値の制約例が提供される。しかし、Fieldbusプロ
トコルが当業者には公知であると理解されるべきであ
り、テキサス州オースティン所在の非営利組織であるFi
eldbus Foundationから発行、頒布、及び入手可能であ
る多数の記事，パンフレット，及び仕様書で詳細に記述
されている。特に、Fieldbusプロトコル下で要求される
値の制約を含むFieldbusプロトコルは、「配線及びイン
ストール31.25 Kbits/sec電圧モード配線媒体アプリケ
ーション・ガイド」Foundation Fieldbus（1996）で詳
細に記述されている。
【００２５】通常、Fieldbusプロトコルは、２線ループ
に標準化された物理的なインタフェースを、計測又はプ
ロセス制御環境100内に含まれたセンサ，アクチュエー
タ，コントローラ，バルブ等のようなプロセス制御設備
を相互接続するバスに提供する、ディジタル，シリア
ル，双方向の通信プロトコルである。Fieldbusプロトコ
ルは、実質的に、プロセス内にフィールド機器（フィー
ルド・デバイス）のためのローカル・エリア・ネットワ
ークを提供する。Fieldbusプロトコルは、プロセスに亘
って分散された位置で制御機能を実行し、全体的な制御
方法を実行するためにこれらの制御機能の実行の前後に
相互通信すべく、これらのデバイスを使用可能にする。
Fieldbusプロトコルは、プロセス制御ネットワーク（10
0）に亘って分散されるべき制御機能を使用可能にし、
該プロトコルは、中央プロセスコントローラの複雑さを
低減するか、又は必要性を全体的に除去する。しかし、
前記システムを管理し、問題のデバイスの物理的な位置
を決定するとき、前記システムのトラブルシューティン
グ及び管理をするとき、前記システムの分散された性質
は、複雑さを増すことになる。
【００２６】上記Fieldbusプロトコルは、デバイスの記
述及び機能ブロックを通じて通信を提供することによっ
て、フィールド・デバイス及び全体的なプロセス制御シ
ステムの管理を許容する。フィールド・デバイスは、送
信機、並びにデバイスのパフォーマンス及び状態を監視
するプロセッサ付きのバルブのようなフィールド機器で
ある。デバイスの記述は、デバイスのためのドライバと
同様である。フィールド・デバイスにあっては、前記デ
バイスの記述は、較正手順，パラメータ手順，及びフィ
ールド・デバイスと通信するために制御システムによっ
て要求されたその他の情報を有している。フィールド・
デバイスは、標準動作パラメータについて制御システム
に通知し、較正されていない機器のような問題を自己診
断して、前記制御システムに報知する能力がある。各フ
ィールド・デバイスは、ユニークな物理的なデバイス・
タグと、対応するネットワーク・アドレスとを有してい
る。
【００２７】フィールド・デバイスを管理するために、
多くの種類の通信が利用可能であって、ポート及び通信
の統計を得、フィールド・デバイスの状態を得、資源の
設定及びパラメータを表示及び変更し、フィールド・デ
バイスのマスター・リセット又は自己テストを開始し、
センサの状態を表示し、センサを上げ下げ及びゼロ調整
すべく変更することを含んでいる。上記に羅列された通
信を管理することと共に空間情報を提供することによっ
て、プロセス制御システムの特徴を管理することは、よ
り効率的であり、使い易い。
【００２８】図２を参照して、Fieldbusプロトコルに従
う図１のプロセス制御ネットワーク（プロセス制御環
境）100のコントローラ／マルチプレクサ及びプロセス
部分を示す。前記ネットワーク100は、複数のフィール
ド・デバイスからなる一又は複数のプロセス112にバス1
42を介して結合されたコントローラ／マルチプレクサ11
0を有している。バス142は、他の特徴と同様に、対応す
る長さを有する複数のセクション又はセグメントを有し
ている。バス142は、また、たびたび「ブリックス（bri
cks）」と称される一又は複数のジャンクション・ボッ
クス144（JB1，JB2，JB3）を有し得る。各ジャンクショ
ン・ボックス144は、バス142を介して一又は複数のフィ
ールド・バス・デバイス146に結合され得る。また、コ
ントローラ／マルチプレクサ110は、少なくとも１つの
電力供給源（PS）148に結合されている。図２に示され
たネットワークは、例示のみであって、プロセス制御ネ
ットワーク100がFieldbusプロトコルを使用して設定さ
れ得る多くのその他の方法が存在する。
【００２９】上記プロセス制御ネットワーク100は、精
製又は製造施設のレイアウトに関して、特定の通信セク
ションの支線の長さ，全体のバスの長さ，特定のジャン
クション・ボックスに結合されたプロセス制御デバイス
の総数，並びにコントローラ及びデバイスの物理的な位
置のような多数の空間的な特徴を有する。これらの空間
的な特徴は、施設の物理的なレイアウトに関する空間情
報を使用して、システムの設定の間、自動的に計測及び
演算され得る。上記プロセス制御ネットワーク100は、
また、通信セクションに亘る電圧低下，セグメント全体
の電流ドロー，及びシステムにおけるデバイスの種類の
ような多数の非空間的な特徴を有する。システムを設定
するとき、これらの非空間的な特徴は、ユーザによって
提供される。上記ツール120は、プロセス制御ネットワ
ーク100が所望する標準プロトコルに対応するか否かを
判定するために、これらの特徴を解析する。
【００３０】上記プロセス制御システムの設定が一旦完
了されたならば、施設内のシステムの空間レイアウトを
含むツール120は、任意のワークステーション102，10
4，又は106を使用して、プロセス制御システムを管理す
るために使用されることができる。プロセス制御システ
ムを管理する機能は、診断，オンライン・デバッギン
グ，警報監視，及びデバイス・メンテナンスのような機
能を有している。診断及び警報監視の間、バルブ又はそ
の他のデバイスが故障したとき、表示デバイスの画面の
デバイス表現は、施設の空間表示で点滅させることが可
能であり、容易に発見される。デバイスの空間位置と同
様にデバイスのタグ名は、前記バルブ又はその他のデバ
イスを識別するために使用されることができる。オンラ
イン・デバッギングの間、機能ブロックにおけるコネク
タ及び属性の値は、システムの現在の条件をより容易に
ユーザに確認させるための施設の空間表示で示されるこ
とができる。デバイス・メンテナンスの間、空間表示で
デバイスを選択することによって、現在の流量又は最新
のメンテナンス記録のような、デバイスについての現在
の状況及び情報を得ることができる。
【００３１】プロセス制御環境（プロセス制御ネットワ
ーク）100は、図３に示される、設定モデル又は設定実
施210，及び管理又はランタイム・モデル又は実施220の
中に存在する。設定実施210，構成要素デバイス，オブ
ジェクト，プロセス制御環境100内の相互接続及び相互
関係は、施設の物理的なレイアウトに関する空間情報に
定義付け及び関連付けられている。ランタイム実施220
において、様々な構成要素デバイス，オブジェクト，相
互接続，及び相互関係の操作が実行される。設定実施21
0及びランタイム実施220は、ASCIIベースのダウンロー
ド言語を通じて相互接続される。該ダウンロード言語
は、ユーザによって供給される定義に従うシステム・オ
ブジェクトを生成し、供給された定義から例を生成す
る。また、定義をダウンロードすることに加えて、前記
ダウンロード言語は、例及び例の値をアップロードす
る。設定実施210は、インストール手順を使用してラン
タイム実施220で実行するために作動される。
【００３２】上記プロセス制御環境100は、設定及びラ
ンタイム実施の両方を有するサブシステムの幾つかを伴
う複数のサブシステムを有している。例えば、プロセス
・グラフィック・サブシステム230は、プロセス制御環
境100のアーキテクチャに、ユーザ定義された表示及び
オペレータ・インタフェースを供給する。プロセス・グ
ラフィック・サブシステム230は、プロセス・グラフィ
ック・エディタ232，設定実施210の一部，プロセス・グ
ラフィック・ビューア234，及びランタイム実施220の一
部を有する。プロセス・グラフィック・エディタ232
は、ダウンロード言語でインターサブシステム・インタ
フェース236によってプロセス・グラフィック・ビュー
ア234に接続されている。プロセス制御環境100は、ま
た、定義及びモジュール・エディタ242における制御モ
ジュール及び設備モジュールを設定及びインストール
し、ランタイム・コントローラ244において制御モジュ
ール及び設備モジュールを実行する制御サブシステム24
0を有する。定義及びモジュール・エディタ242は、設定
実施210内で動作し、ランタイム・コントローラ244は、
連続する且つ順序付けられた制御機能を供給するため
に、ランタイム実施220内で動作する。定義及びモジュ
ール・エディタ242は、前記ダウンロード言語でインタ
ーサブシステム・インタフェース246によってランタイ
ム・コントローラ244に接続されている。複数のサブシ
ステムは、サブシステム・インタフェース250によって
相互接続されている。
【００３３】設定実施210及びランタイム実施220は、共
通のデータ構造へのアクセスをサポートするためにマス
ター・データベース260に接続する。設定データをマス
ター・データベース260からローカルまで移すマスター
・データベース260に、例えば、ユーザによって指示さ
れるようにローカル・データベース262に、様々なロー
カル（非マスター）・データベース262に接続する。マ
スター・データベース260の一部は、不変データベース2
70である。不変データベース270は、該データベースの
構築者がもはや存在しなくなった後も前記データベース
が存在し続けるように時間を超越し、また、前記データ
ベースが構築されたアドレス空間とは異なるアドレス空
間に前記データベースが移動可能であるように空間を超
越するオブジェクトである。全ての設定実施210は、不
変データベース270に格納される。
【００３４】ランタイム実施220は、設定実施210によっ
て生成されるデータ構造にアクセスするために不変デー
タベース270及びローカル・データベース262に接続す
る。特に、ランタイム実施220は、ローカル・データベ
ース262及び不変データベース270から、選択された設備
モジュール，表示等を取得する。ランタイム実施220
は、定義をインストールするためにその他のサブシステ
ムに接続し、従って、例を生成するために使用されるオ
ブジェクトをインストールし、前記定義が未だ存在して
いないときに、ランタイム例を例示化し、情報を様々な
ソースから目的地のオブジェクトまで伝送する。
【００３５】図４を参照して、ツール120の操作を示す
フロー・ダイアグラムを示す。Windows（商標）オペレ
ーティングシステム下で動作する様々なプログラムに存
在するように、ツール120の異なるステップは、「ウィ
ザード」機能に従って動作する。各ステップが完了した
後、ユーザは、「NEXT」ボタン等を作動することによっ
て次のステップへ移行する。ユーザが先へ進みたくない
場合には、ユーザは、「EXIT」ボタン等を作動すること
によってツール120を出ることができる。
【００３６】ステップ310において、ユーザは、プロセ
ス制御ネットワーク100の非空間的な特徴に関する情報
をツール120に提供する。この情報は、顧客，使用され
るデバイス，較正データ，タグ名，ケーブルの種類、電
力供給の特徴，及びカード，セグメントについての情
報、並びにジャンクション設定情報のようなもの含んで
いる。顧客情報は、顧客の名前，会社の名前，ネットワ
ークが配される施設の位置，ツールを提供している代表
者の名前，及び該代表者への窓口の名前を含むことが可
能である。カード設定情報は、ユーザに、使用されるカ
ードと、プロセス制御ネットワーク100を解析するため
に使用される操作との種類についての情報を提供するこ
とが可能である。セグメント設定情報は、電力供給電
圧，ケーブルの種類（ケーブル内で使用される配線のゲ
ージについての情報とともに、ケーブルのその他の特徴
を含む）を含むことが可能である。ジャンクション設定
情報は、支線ケーブルの種類と、ジャンクション・ボッ
クスに結合するツールの種類とを含む、ジャンクション
に結合するデバイスと、どのようにジャンクションへの
結合が設定されているかとに関する情報を含んでいる。
好ましい実施形態において、機器は、Fieldbusプロトコ
ルに従うデバイスである。ユーザは、機器にタグの識別
を随意的に割り当てることが可能である。
【００３７】カードを設定するために、ユーザは、利用
可能なコントローラ・カードのリストからコントローラ
・カードを選択する。カードが選択された後、選択され
たコントローラ・カードのための適当な情報がツール12
0に提供され得る。本質的には、コントローラ・カード
を選択することによって、ユーザは、ネットワークのセ
グメントを設定する。好ましい実施形態において、各コ
ントローラ・カードは、２つのセグメントを制御するこ
とが可能である。しかし、コントローラ・カードに依存
して、セグメントは、多かれ少なかれコントローラ・カ
ードによって制御されることが可能である。セグメント
が設定されている間、ユーザは、上記ツール120に提供
されている情報の概略にアクセスすることが可能であ
る。
【００３８】ステップ320において、ユーザは、施設に
関する空間情報をツール120に提供する。特に、見取り
図のサイズ，機器の種類，サイズ，及び位置，並びにフ
レーム表現を含む施設の物理的なレイアウトが提供され
る。この情報は、ユーザによってツール120に提供され
るか、又は3D Toolkit（例えば、TGSからの公開発明
者）のような別のツールからインポートされることが可
能である。
【００３９】ステップ330において、機能ブロックは、
生成及び作動される。Fieldbusプロトコルにおいて、機
能ブロックは、システム挙動の制御を提供し、較正手
順，パラメータ手順，及び通信手順のような機能を含む
ことができる。各Fieldbusデバイスは、幾つかの機能ブ
ロックを有することが可能である。ブロックの配置及び
相互接続は、Fieldbusデバイスの機能を定める。
【００４０】ステップ340において、プロセス制御シス
テムの物理的なレイアウトは、施設のレイアウトに関す
る空間情報に適用される。機能ブロック及びデバイス
は、結線され、概して施設におけるワイヤ・フレーム及
びその他のデバイスの配線に繋がっている。前記レイア
ウトは、ユーザによって手動でなされることが可能であ
るか、又は上記ツール120は、プロセス制御システムの
物理的なレイアウトを自動的に生成することが可能であ
る。コントローラからジャンクションまで又はジャンク
ションから別のジャンクションまでの長さ、及び支線の
長さのような情報は、自動的に生成され、精製又は製造
施設の空間レイアウトから演算されることが可能であ
る。別の実施形態において、機能ブロック及びデバイス
の接続は、まず、論理的に接続され、そして、後に、施
設に関する空間情報に適用される。
【００４１】ステップ350において、プロセス制御シス
テムの設定は、選択されたプロトコルの要求への適合の
ためにチェックされる。セグメントの支線の長さの全て
は、支線の長さが標準プロトコルによって定義されるよ
うな所定の支線の長さを超えないことを確認するために
チェックされる。前記支線の長さは、セグメント（セグ
メント毎）の機器の個数によって制限される。例えば、
機器の個数がより少なければ少ないほど、セグメント毎
の支線の長さは長くなる。セグメント毎のデバイスの個
数は、また、デバイスの個数が所定のデバイスの個数を
超えないことを確認するためにチェックされる。許容さ
れたデバイスの個数は、プロセス制御ネットワーク100
によって使用されるコントローラに基づいて変化し得
る。好ましい実施形態において、前記コントローラは、
16個のデバイスをセグメント毎にバスに結合させること
を許容する。しかし、現在のFieldbusの標準は、最高32
個のデバイスをセグメント毎にバスに結合させることを
許容する。セグメント毎の全体の電流ドローは、該電流
ドローが標準プロトコルによって許容される最大電流ド
ローを超えないことを確認するためにチェックされる。
【００４２】好ましい実施形態において、許容される最
大電流ドローは、セグメント毎に375ミリアンペアであ
る。全セグメントのケーブルの長さ（支線の長さを含
む）は、該長さが標準プロトコルによって許容された最
大のセグメントの長さを超えないことを確認するために
チェックされる。好ましい実施形態において、許容され
る最大のセグメントの長さは、6232フィート又は1900メ
ートルである。セグメント毎の最小電圧は、プロセス制
御ネットワーク100に結合された任意のデバイスでの電
圧が標準プロトコルによって記述された電圧を超えるか
又は等しいことを確認するためにチェックされる。好ま
しい実施形態において、この電圧は12.5ボルトである。
一又は複数の値がプロトコルによって定義される範囲内
にない場合、ユーザは、プロセス制御ネットワーク100
の設定を修正するためにステップ340に戻ることが可能
である。
【００４３】プロセス制御ネットワーク100が一旦設定
されたならば、ユーザは、供給された非空間及び空間情
報を利して、プロセス制御システムの管理を開始するこ
とができる（ステップ360）。フィールド・デバイスを
管理するために、多くの種類の通信が利用可能であっ
て、ポート及び通信の統計を得、フィールド・デバイス
の状態を得、資源の設定及びパラメータを表示及び変更
し、フィールド・デバイスのマスター・リセット又は自
己テストを開始し、センサの状態を表示し、センサを上
げ下げ及びゼロ調整すべく変更することを含んでいる。
上記に羅列された通信を管理することと共に空間情報を
提供することによって、プロセス制御システムの特徴を
管理することは、より効率的であり、使い易い。
【００４４】施設に関する空間情報は、３次元の壁，デ
バイス，ワークステーション等を有する全くの３次元で
あり得る。施設に関する空間情報は、また、プロセス制
御システムの設定をその上にマッピングされた施設の２
次元のブループリント、又はユーザ・アプリケーション
に適した２次元及び３次元の任意の組み合わせであり得
る。
【００４５】別の実施形態において、上記ツール120
は、プロセス制御ネットワーク100の設計のための部品
表を得る方法をユーザに提供することが可能である。上
記ツール120は、また、施設の物理的なレイアウト内の
プロセス制御システムのレイアウトを自動的に提供する
ことが可能であり、プロトコル要求を満足していること
を確認することが可能である。
【００４６】別の実施形態において、ユーザは、施設の
空間情報を提供することなしにシステムを設定し、後
に、プロセス制御システムの管理で使用する空間情報を
付加することができる。
【００４７】或る規則性を持ったイベントを有するよう
に機能が記述されているが、前記情報が提供される又は
ステップが完了される任意のその他の規則性であって
も、本願発明に含まれると理解される。
【００４８】図５を参照して、プロセス制御システムの
論理的な接続を使用するツール120の設定部分の画面表
示を、上記ツール120のメイン制御ウィンドウに示す。
上記ツール120の画面表現は、テキスト形式のプルダウ
ン・メニュー402，絵文字的なメニュー404，ステンシル
部分の表現406，及びダイアグラム部分の画面表示408を
含んでいる。ステンシル・アイテム420は、ステンシル
部分の表現406内で表示される。プロセス制御環境100の
設計についてのユーザのダイアグラムは、ダイアグラム
部分の画面表示において提示される。プロセス制御設計
の環境についてのこのダイアグラムは、プロセス制御環
境100の表示と称される。メイン・ウィンドウ中の表現
の各々は、公知のWindows手法に従ってユーザによりサ
イズ変更及び位置変更が可能である。上記ツール120
は、２次元の表示内の座標を含む不変のオブジェクト・
データを、スタイル及びその他の情報と同様に保持する
ことによってメイン・ウィンドウの枠の位置及びサイズ
をトラッキングする。
【００４９】論理的な接続を使用してプロセス制御環境
100を設計するとき、ユーザは、単にステンシル部分の
表現408からステンシル・アイテムを単に作動し、作動
したステンシル・アイテムをダイアグラム部分の画面表
示408内の所望する位置へドラッグし、作動したステン
シル・アイテムを所望する位置にドロップする。Contro
l Studioオブジェクト・システム130は、それから、プ
ロセス制御環境100を設定するために必要な情報の全て
と共にオブジェクトをダイアグラムに生成させるべく、
ダイアグラム・アイテムを生成する。ステンシル・アイ
テムが、プロセス制御環境100を設定すべく前記ダイア
グラムに必要な情報の全てを有するオブジェクトである
ので、プロセス制御環境100の設計が完了されるとき、
この設計は、プロセス制御環境100の適当な部分に直接
的にダウンロードされることが可能である。
【００５０】図５及び図６〜図８を参照して、プロセス
制御システムのレイアウトにおける施設の空間情報を使
用するツール120の空間レイアウト部分の画面表示を示
す。上記ツール120は、プロセス制御システムの空間レ
イアウトの異なる角度及び拡大の表示を提供する。この
表現は、グレイスケール又はカラーであり得る。前記画
面表示は、ダイアグラム部分の画面表示ウィンドウ408
に類似しているようなツール120のウィンドウ中に含ま
れることが可能である。空間情報を提示するその他の方
法は、本願発明の範疇ある。
【００５１】施設の空間情報を使用してプロセス制御環
境100を設計するとき、ユーザは、施設の物理的なレイ
アウトをインポートすること、又はツール120のメイン
制御ウィンドウのダイアグラム部分においてレイアウト
を生成することの何れかによって開始する。フィールド
・デバイス又は機能を付加するために、ユーザは、ステ
ンシル部分の表現408からステンシル・アイテムを単に
作動し、作動したステンシル・アイテムをダイアグラム
部分の画面表示408内の施設の空間表現における所望す
る位置へドラッグし、作動したステンシル・アイテムを
所望する位置へドロップする。機能の矩形の表現と同様
に、ステンシル・アイテムは、精製又は製造施設（例え
ば、バルブ，ポンプ，タンク，パイプ等）において見ら
れるアイテムの３次元の表現を含んでいる。Control St
udioオブジェクト・システム130の空間部分は、それか
ら、施設の空間レイアウト内のプロセス制御環境100を
設定するために必要な情報を伴うダイアグラム・アイテ
ムを生成する。ステンシル・アイテムが施設の空間レイ
アウト内でプロセス制御環境100を設定するためにダイ
アグラムに必要な情報の全てを有するオブジェクトであ
るので、プロセス制御環境100がダイアグラム部分内で
完了されるとき、この設計は、Control Studioオブジェ
クト・システムの空間部分を含むプロセス制御環境100
の適当な部分に直接的にダウンロードされることが可能
である。
【００５２】図６〜図８を再び参照して、空間の画面表
示500の例を、空間表示における施設の物理的なレイア
ウトの例を含んで示す。特に、図６は、施設の概略表示
に亘る施設の物理的なレイアウトの表現を示している。
空間表現は、プロセス制御環境100の様々な構成要素の
物理的及び論理的な表現を更に含んでいる。従って、ユ
ーザは、施設の概略表示に重畳されたプロセス制御環境
100の様々な構成要素の物理的な位置を有利に見ること
が可能である。図７及び図８は、図６のダイアグラム表
現の部分の拡大及び回転表示を示している。このよう
に、図７及び図８は、プロセス制御環境100の特定の部
分のより良い表示を得るために図６に示されるようなダ
イアグラム表現の部分にユーザがどのようにアクセスす
ることができるかについての例を示している。前記空間
表現は、前記概略表示に重畳される必要があるわけでは
ないと理解される。
【００５３】（実施の形態２）他の実施形態は、以下の
請求の範囲内である。
【００５４】例えば、好ましい実施形態が記述されるプ
ロトコルがFieldbusプロトコルのためにプロセス制御ネ
ットワーク100を解析する一方、任意のプロトコルであ
っても、適切に制約を調節することによって解析され得
ると理解される。
【００５５】また、例えば、好ましい実施形態がWindow
sオペレーティングシステム下で動作し、ウィザード・
タイプの表現を使用する一方、これらの詳細が、本願発
明の全体的な概念について限定するものではないと理解
される。
【００５６】また、本願発明の特定の実施形態が図示及
び記述されているが、変更及び修正がそのより広い見地
で本願発明から逸脱することなくなされ得ることは、当
業者にとっては明白である。従って、添付の請求の範囲
は、本願発明の本来の意図及び目的に含まれる全ての変
更及び修正のような目的を包含するものであって、その
他のプログラミング言語での実施を含むが、これに限定
するものではない。さらに、好ましい実施形態がソフト
ウェアで実施するように開示されているが、アプリケー
ション固有の集積回路で実施するようなハードウェアで
の実施もまた、以下の請求の範囲内であると理解され
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 空間の設定及び管理能力を供給する本願発明
の一般化された実施形態に従って、ツールを含むワーク
ステーションを示すプロセス制御システムの概略のブロ
ック図である。
【図２】 図１に示されたプロセス制御システムのコン
トローラ／マルチプレクサ及びプロセス部分のブロック
図である。
【図３】 設定実施、及び管理又はランタイム実施にお
けるプロセス制御環境を示す概略のブロック図である。
【図４】 本願発明に従ったツールの操作を示すフロー
チャートである。
【図５】 プロセス制御システムの機能及びデバイスの
間の論理的な接続を示すツールの設定部分の画面表示で
ある。
【図６】 プロセス制御システムの機能及びデバイスの
間の物理的な接続と、施設の空間レイアウトにおけるそ
れらの相対位置とを示す空間部分の画面表示の図であ
る。
【図７】 プロセス制御システムの機能及びデバイスの
間の物理的な接続と、施設の空間レイアウトにおけるそ
れらの相対位置とを示す空間部分の画面表示の図であ
る。
【図８】 プロセス制御システムの機能及びデバイスの
間の物理的な接続と、施設の空間レイアウトにおけるそ
れらの相対位置とを示す空間部分の画面表示の図であ
る。
【符号の説明】
100 プロセス制御環境（プロセス制御ネットワーク） 102 オペレータ・ワークステーション 104 ラボ・ワークステーション 106 エンジニアリング・ワークステーション 108 ローカル・エリア・ネットワーク（LAN） 110 プロセスコントローラ／マルチプレクサ 112 プロセス 115 ディスプレイ 116 プロセッサ 117 メモリ 118 ユーザ・インタフェース・デバイス 120 設定及び管理ツール 130 Control Studioオブジェクト・システム 146 フィールド・バス・デバイス 210 設定実施（設定モデル） 220 ランタイム実施（管理又はランタイム・モデル） 240 制御サブシステム 242 定義及びモジュール・エディタ 244 ランタイム・コントローラ 260 マスター・データベース 262 ローカル・データベース 270 不変データベース 500 画面表示

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 プロセッサ及びメモリを有するコンピュ
    ータを備えたプロセス制御ネットワークを設定及び管理
    する方法において、 前記コンピュータに、施設の空間レイアウトに関する情
    報を提供するステップと、 前記コンピュータに、前記プロセス制御ネットワークの
    設定に関する情報を提供するステップと、 前記施設の空間レイアウトに関して前記プロセス制御ネ
    ットワークの設定のレイアウトを提示するステップとを
    有することを特徴とするプロセス制御ネットワークを設
    定及び管理する方法。
  2. 【請求項２】 ランタイム環境においてプロセス制御シ
    ステムを管理するステップを更に有することを特徴とす
    る請求項１記載のプロセス制御ネットワークを設定及び
    管理する方法。
  3. 【請求項３】 前記プロセス制御ネットワークのレイア
    ウトが標準プロトコルの判定基準に従うことを確認すべ
    く、前記施設の物理的なレイアウトに関して前記プロセ
    ス制御ネットワークのレイアウトを解析するステップを
    更に有することを特徴とする請求項１記載のプロセス制
    御ネットワークを設定及び管理する方法。
  4. 【請求項４】 前記プロセス制御ネットワークのレイア
    ウトを提供するステップは、前記レイアウトを自動的に
    生成することを含むことを特徴とする請求項１記載のプ
    ロセス制御ネットワークを設定及び管理する方法。
  5. 【請求項５】 前記プロセス制御システムを管理するス
    テップは、作動警報を示すために、前記プロセス制御シ
    ステムの空間表示における点滅デバイス表現を提供する
    ことを含むことを特徴とする請求項２記載のプロセス制
    御ネットワークを設定及び管理する方法。
  6. 【請求項６】 プロセス制御ネットワークを設定及び管
    理する装置において、 プロセッサ及びメモリを有するコンピュータと、 該コンピュータ上で動作されるツールと、 前記コンピュータに、施設の空間レイアウトに関する情
    報を提供する手段と、 前記コンピュータに、前記プロセス制御ネットワークで
    使用される物品に関する情報を提供する手段とを備え、 前記ツールが、前記施設の空間レイアウトに適用された
    プロセス制御ネットワークのレイアウトを提供するため
    に使用されることを特徴とするプロセス制御ネットワー
    クを設定及び管理する装置。
  7. 【請求項７】前記ツールが、ランタイム環境におけるプ
    ロセス制御システムを管理するために使用されることを
    特徴とする請求項６記載のプロセス制御ネットワークを
    設定及び管理する装置。
  8. 【請求項８】 前記ツールが、前記プロセス制御ネット
    ワークのレイアウトが標準プロトコルの判定基準に従う
    ことを確認すべく、前記施設の空間レイアウトに適用さ
    れた前記プロセス制御ネットワークのレイアウトを解析
    するために使用されることを特徴とする請求項６記載の
    プロセス制御ネットワークを設定及び管理する装置。
  9. 【請求項９】 前記プロセス制御ネットワークのレイア
    ウトを提供するために使用されるツールが、該レイアウ
    トを自動的に生成するツールを備える請求項６記載のプ
    ロセス制御ネットワークを設定及び管理する装置。
  10. 【請求項１０】 前記プロセス制御システムを管理する
    ために使用されるツールが、作動警報を示すために前記
    プロセス制御システムの空間表示における点滅デバイス
    表現を含むことを特徴とする請求項７記載のプロセス制
    御ネットワークを設定及び管理する装置。
  11. 【請求項１１】 プロセス制御ネットワークを設定及び
    管理する方法において、 コンピュータ上で動作されるツールを提供するステップ
    と、 前記コンピュータに、前記プロセス制御ネットワークで
    使用される物品に関する情報を提供するステップと、 プロセス制御ネットワークのレイアウトを提供するため
    にツールを使用し、 前記コンピュータに、施設の空間レイアウトに関する情
    報を後に提供し、 前記プロセス制御ネットワークのレイアウトを前記施設
    の空間レイアウトに適用することを特徴とするプロセス
    制御ネットワークを設定及び管理する方法。
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