JP5618710B2 - プロセス制御システムに用いる電源デバイス一体化バスコントローラ - Google Patents

Description

本発明は、プロセスプラントや他のプロセスにおいて、プロセス制御処理の遂行に用いるバス依拠プロセス通信システムに概ね関し、より具体的にはプロセス制御通信システムに用いるバス依拠電源一体化バスコントローラに関する。

プロセス制御システムは、製品を製造したりプロセスを制御したりする工場および／またはプロセスプラント内で幅広く用いられ（例えば、化学的製造や発電所制御や石油精製等）、幾つかの種類の製品を生産する。プロセス制御システムは、天然資源、例えば石油やガス等の産出や掘削処理プロセス等にも用いられている。どのような製造プロセスも殆どが、１以上のプロセス制御システムの適用を通じて資源産出プロセス等を自動化することができる。

プロセス制御システムを実装する仕方は、何年にも渡って進化してきた。旧世代のプロセス制御システムは通常、専用の中央統合ハードウェアを用いて実装されていた。しかしながら、最新のプロセス制御システムは一般に、作業端末や知的コントローラや高性能のフィールドデバイス等で、その一部または全てがプロセス制御全体のストラテジあるいはスキームの一部を遂行することのできる高度分散ネットワークを用いて実装される。特に、大半の最新のプロセス制御システムは、１以上のデジタルのあるいはデジタルとアナログが複合されたデータバスを介して相互にかつ／または１以上のプロセスコントローラに通信可能に結合した高性能のフィールドデバイスや他のプロセス制御構成要素を含んでいる。無論、これらの最新の制御システムの多くは、例えば４〜２０ミリアンペア（ＭＡ）デバイスや０〜１０ボルト直流（ＶＤＣ）デバイス等もまた含むことがあり、それらは共有デジタルバス等を使用するのとは対照的に一般にコントローラへ直接結合される。

より具体的には、分散させあるいは規模拡大が可能なプロセス制御システム等の最新のプロセス制御システムは一般に、アナログやデジタルあるいはアナログ／デジタル複合バスを介し、相互にあるいは少なくとも１個のホストのまたはオペレータの作業端末や１以上のフィールドデバイスに通信可能に結合された１以上のプロセスコントローラを含んでいる。フィールドデバイスは、例えばバルブやバルブポジショナやスイッチや送信器（例えば、温度、圧力、流量センサ）とされることがあるが、バルブの開閉やプロセスパラメータの計測等のプロセス内の機能を遂行する。プロセスコントローラは、フィールドデバイスが作成するプロセス計測値および／またはフィールドデバイスに属する他の情報等を示す信号を受け取り、この情報を用いて１以上の制御ルーチンを実行し、バス上をフィールドデバイスへ送信されてプロセスの操作を制御する制御信号を生成する。フィールドデバイスやコントローラからの情報は通常、オペレータ作業端末が実行する１以上のアプリケーションに利用可能とされており、プロセスの現況を視認したりプロセスの操作を修正したりする等のプロセスに対するあらゆる所望の機能をオペレータが遂行できるようにしてある。

エマーソン・プロセス・マネージメント（Ｅｍｅｒｓｏｎ＿Ｐｒｏｃｅｓｓ＿Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ）が販売するＤｅｌｔａＶ（登録商標）システム等の一部のプロセス制御システムは、プロセスコントローラ内や異なるフィールドデバイスあるいは入／出力（Ｉ／Ｏ）コントローラ内に配置されて制御操作を遂行するモジュールと呼ぶ機能ブロックあるいは機能ブロック群を用いている。これらの場合、プロセスコントローラや他のデバイスは、１以上の機能ブロックやモジュールを含みこれを実行することができ、そのそれぞれが（同一のデバイス内かあるいは異なるデバイス内のいずれかで）他の機能ブロックから入力を受け取り、かつ／またはそこへ出力を供給し、プロセスパラメータを計測しあるいは検出し、デバイスを制御し、比例−微分−積分（ＰＩＤ）制御ルーチンを実行する等の制御操作を遂行する等の何らかのプロセス制御操作を遂行する。プロセス制御システム内の異なる機能ブロックおよびモジュールは一般に、（例えば、バス上で）互いに通信して１以上のプロセス制御ループを形成するよう構成される。

多くの場合、プロセスコントローラは、流量制御ループや温度制御ループや圧力制御ループ等のプロセス用に規定されあるいはその中に含まれる多数の異なるループごとに、異なるアルゴリズムやサブルーチンや制御ループ（これらは全て制御ルーチンである）を実行するようプログラムされている。概して、この種の制御ループはそれぞれ、アナログ入力（ＡＩ）機能ブロック等の１以上の入力ブロックと、比例−積分−微分（ＰＩＤ）やファジー論理制御機能ブロック等の制御ブロックと、アナログ出力（ＡＯ）機能ブロック等の出力ブロックとを含んでいる。制御ルーチンとこの種ルーチンを実行する機能ブロックは、例えばＰＩＤ制御やファジー論理制御、Ｓｍｉｔｈ予測器あるいはモデル予測制御（ＭＰＣ）等のモデル依拠制御技法を含む多数の制御技法に従って構成されてきた。

この数の増えたコントローラ機能が、プロセス制御システム内にあってコントローラ機能をサポートする異なるデバイス間で生ずるに違いないデータ転送レベルの増大に繋がる。従って、最新のプロセス制御システム設計の一つの特に重要な側面には、フィールドデバイスを相互に、かつプロセス制御システムあるいはプロセスプラント内のプロセスコントローラや他のシステムあるいはデバイスと通信可能に結合させる仕方が含まれる。一般に、フィールドデバイスがプロセス制御システム内で機能できるようにする様々な通信チャネル、リンクおよびパスは、集合的に入／出力（Ｉ／Ｏ）通信ネットワークと呼ばれる。

Ｉ／Ｏ通信ネットワークの実装に用いられる通信ネットワーク空間配置や物理的接続路やパスは、特にＩ／Ｏ通信ネットワークがプロセス制御システムに関連する環境的要因や条件にさらされるときに、フィールドデバイス通信の耐性や完全性に対しかなり強い影響を及ぼすことがある。例えば、多くの工業的な制御アプリケーションは、往々にしてフィールドデバイスやそれらの関連するＩ／Ｏ通信ネットワークを苛酷な物理的な環境（例えば、高温や低温あるいは激しく変化する周囲温度や振動や腐食性ガスまたは液体等）や、厄介な電気的環境（例えば、ノイズの多い環境や劣悪な電源品質や一過性電圧）等にさらすものである。その結果、多数の異種Ｉ／Ｏ通信ネットワークおよび通信プロトコルが、これらネットワーク上での通信の提供に用いるべく開発されてきた。

より具体的には、分散されたプロセス制御システム内での制御ルーチンの実行をサポートすべく、一般的な工業用あるいはプロセス用プラントは統合制御室を有し、該統合制御室が１以上の分散プロセスコントローラやプロセスＩ／Ｏサブシステムと通信可能に接続され、該分散プロセスコントローラやプロセスＩ／Ｏサブシステムをプロセス変数の計測やプラント内での物理的動作の遂行（例えば、バルブの開弁や閉弁）等のプラント内での制御動作を遂行する１以上のフィールドデバイスに接続されている。これまで、アナログのフィールドデバイスは信号伝送と電力の供給用に２線式あるいは４線式の電流ループによりコントローラへ接続されてきた。制御室へ信号を伝送するアナログのフィールドデバイス（例えば、センサや伝送器）は、電流ループを流れる電流を変調し、電流が被検出プロセス変数に比例するようにしている。他方、制御室の制御下で１つの動作を遂行するアナログのフィールドデバイスは、ループを流れる電流の大きさにより制御される。

しかしながら、さらに最近では、アナログ信号の伝送に用いる電流ループ上にデジタルデータを重畳するプロセス制御通信システムが開発されてきている。例えば、ハイウェイ・アドレッサブル・リモート・トランスデューサ（ＨＡＲＴ（登録商標）：Ｈｉｇｈｗａｙ＿Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ＿Ｒｅｍｏｔｅ＿Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ）プロトコルはアナログ信号の送受信にループ電流の大きさを用いるものであるが、電流ループ信号上にデジタルの搬送信号を重畳し、高性能のフィールド機器との双方向フィールド通信もまた可能にする。さらにまた、Ｉ／Ｏ通信ネットワークに関連するバス上で全てのデジタル通信を提供する他のプロトコルが開発されてきている。例えば、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスプロトコルは、一般にフィールドバス（Ｆｉｅｌｄｂｕｓ）プロトコルと呼ばれており、全デジタルＩ／Ｏ通信ネットワークに関連するバス上に全てのデジタル通信を提供する。フィールドバスプロトコルは実際、ネットワークに結合したフィールドデバイスに給電する一方で、最大毎秒３１．２５キロビットのレートでのデータ転送をサポートするＨ１プロトコルと、バスを介してフィールドデバイスへ電力を供給することなく最大毎秒２．５メガビットのレートでのデータ転送をサポートするＨ２プロトコルを含む２つのサブプロトコルを含んでいる。これらの種類の通信プロトコルを用いることで、一般に現に全てデジタルの、高性能のフィールドデバイスが、多くの保守モードと、旧来の制御システムが提供していない拡張機能とをサポートしている。しかしながら、これらのデジタル依拠通信プロトコルは通常、バス上での適切な通信を保証し、Ｉ／Ｏ通信ネットワーク等に取り付けられていないプロセスコントローラやユーザ・インタフェース・デバイス等の外部デバイスとのインタフェースをとるべく、時としてリンク・コントローラ・デバイスと呼ばれるバス・コントローラ・デバイスもまた必要とする。

上述のように、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの一部およびこれらネットワークに関連するプロトコルが、網路バス上でのデジタルおよび／またはアナログ信号の通信に加え、ネットワークに接続されたフィールドデバイスへ電力を供給するよう開発されてきた。網路バス上に電力（本願明細書ではバス電力と呼ぶ）を供給することで、Ｉ／Ｏ通信ネットワーク自体はこのＩ／Ｏ通信ネットワークに接続されたフィールドデバイスや他のデバイスに給電できるようになり、それによってＩ／Ｏ通信ネットワークに接続された各フィールドデバイスやコントローラ等へ個別電源を提供する必要性が取り除かれる。この機能は、戸外や苛酷な環境あるいは遠隔地や簡単にアクセスできない場所に実装されるプロセス制御システムに非常に有用である。しかしながら、バス電力機能は封鎖プラントや他のより旧来の場所においても極めて有用である。何故ならそれはプロセス制御システム内の各フィールドデバイスに対し個別の電力信号を供給するのに必要な配線や結線を減らすからである。

一般に、バス電力を供給するＩ／Ｏ通信ネットワークは、バスに接続して適当な電力信号を使用対象バスへ乗せ、このバスに接続された他のデバイスへ給電するのに用いられる個別の電力モジュールあるいは電源デバイスを含んでいる。フィールドバスＨ１プロトコルにおけるような一部の事例では、電源を現に複式とし、電源が網路バス上のデジタル信号の流れを妨害しないようにするインピーダンスネットワークによりバスから絶縁することができる。このように、多くの場合、バス電力を供給するＩ／Ｏ通信ネットワークの構成は、バスに接続されたバスコントローラとフィールドデバイスに加え、個別電源デバイスをバスに接続し、バス上で電力を供給できるようにすることが必要である。これらのシステムは、網路バス上でのデジタル通信から電源を絶縁すべく電源デバイスとバスの間に配置する追加のデバイスもまた必要としてもよい。これらの要件はＩ／Ｏ通信ネットワークにとって追加のハードウェアと結線が必要となることに通じ、Ｉ／Ｏ通信ネットワーク用のハードウェアを収容する収容ケース内に追加の空間が必要となり、Ｉ／Ｏ通信ネットワークの設定構成時に追加の構成と配線作業とが必要となる。さらに、一般にＩ／Ｏ通信ネットワークを創成するための設定とハードウェアどうしの結線を伴う追加の設定構成手順は、特定のＩ／Ｏ通信ネットワークの実装および稼働における多くの障害と、潜在的な課題とに通ずる。

電源デバイス一体化バスコントローラは、その大きさと外部構成を通常のＩ／Ｏ通信ネットワークに関連する標準的なバス・コントローラ・デバイスに適合させることのできる共通筺体内に配置した一般的あるいは標準的なバスコントローラおよびバス電源を含んでいる。一体化デバイスのバスコントローラは１以上のプロトコルあるいは通信制御ルーチンを記憶して実行し、１以上のデバイス、例えばＩ／Ｏ通信ネットワークに接続されたフィールドデバイス間のバス上で行われる適切な通信を強制しあるいは保証し、一方で一体化デバイスのバス電源はＩ／Ｏ通信ネットワークのバス用に適切な電力信号を生成して供給し、この電力信号がＩ／Ｏ通信ネットワークに接続されたデバイスの給電に用いられる。電源デバイス一体化バスコントローラは、個別の専用バスコントローラならびに電源デバイスを構成してバスへ取り付けたり、多数の端子ブロックを用いてこれらのデバイスを互いに結線したりしなければならないということなく、Ｉ／Ｏ通信ネットワークのバスに簡単に接続し、Ｉ／Ｏ通信ネットワークに対しバスコントローラ機能とバス電力供給機能の両方を提供することができる。

電源デバイス一体化バスコントローラは多数の異なる仕方で構成することができ、そのそれぞれがたった１個の電源デバイス一体化バスコントローラを特定のＩ／Ｏ通信ネットワークに接続する単式構成、あるいは２個の電源デバイス一体化バスコントローラを特定のＩ／Ｏ通信ネットワークに接続し、Ｉ／Ｏ通信ネットワークに対しバスまたはプロトコルコントローラ機能と電力供給機能の両方の冗長性をもたらす複式構成にてデバイスを使用できるようにする。加えて、単純化された端子ブロックを用い、単式あるいは重複式のいずれかの構成にて１または多数の電源デバイス一体化バスコントローラをＩ／Ｏ通信ネットワークへ同時に接続することができる。

電源デバイス一体型バスコントローラをその関連する装備と共に使用することで、バス電力を含むＩ／Ｏ通信ネットワークに必要なハードウェアおよび結線を低減し、バス給電Ｉ／Ｏ通信ネットワークの設定と構成に必要な構成設定作業を低減し、通常のバス給電Ｉ／Ｏ通信ネットワークに必要とされあるいはこれに関連する収容ケース空間を低減する。さらにまた、電源デバイス一体型バスコントローラはＩ／Ｏ通信ネットワーク内での冗長機能の設定をより簡単にする。何故ならそれは先行技術システムにおいて通常必要とされる少なくとも４個の基本的デバイスや複数の端子ブロックを必要とする代わりに、２個の基本的デバイスと単一の端子ブロックを用いるコントローラ機能と電力供給機能の両方の冗長性をもたらすからである。

プロセス制御システムのＩ／Ｏ通信ネットワーク内のフィールドデバイスと他のデバイスとの間の通信を制御する１以上のルーチンを用いて構成したバスまたはプロトコルコントローラを含むプロセス制御システムの概略図である。 先行技術バスコントローラと、先行技術電源モジュールとを図１のシステム等のプロセス制御システムのＩ／Ｏ通信ネットワークへ接続する仕方の詳細な線図を表わす。 電源デバイス一体化バスコントローラを図１のシステム等のプロセス制御システムのＩ／Ｏ通信ネットワークへ接続する仕方の詳細な線図を表わす。 端子ブロックに接続した電源デバイス一体化バスコントローラの一実施例のブロック線図を表わす。 複式構成において、端子ブロックに接続した図４の電源デバイス一体化バスコントローラのうち２つのブロック線図を表わす。 図４の電源デバイス一体化バスコントローラのより詳細なブロック線図を表わす。 端子ブロックに接続した電源デバイス一体化バスコントローラの第２実施例のブロック線図を表わす。 複式構成において、端子ブロックに接続した図７の電源デバイス一体化バスコントローラのうち２つのブロック線図を表わす。 端子ブロックに接続した電源デバイス一体化バスコントローラの第３実施例のブロック線図を表わす。 複式構成において、端子ブロックに接続した図９の電源デバイス一体化バスコントローラのうち２つのブロック線図を表わす。 Ｉ／Ｏ通信ネットワーク用のユーザ選択が可能な高信頼性終端ネットワークを実装するよう端子ブロックを構成する異なる３通りの仕方のうちの１つを表わす。 Ｉ／Ｏ通信ネットワーク用のユーザ選択が可能な高信頼性終端ネットワークを実装するよう端子ブロックを構成する異なる３通りの仕方のうちの１つを表わす。 Ｉ／Ｏ通信ネットワーク用のユーザ選択が可能な高信頼性終端ネットワークを実装するよう端子ブロックを構成する異なる３通りの仕方のうちの１つを表わす。

ここで図１を参照するに、プロセス制御システム１０は、データ収集蓄積部１４や１以上の作業端末やコンピュータ１６（任意の種類のパーソナルコンピュータや作業端末等とすることができる）に接続したプロセスコントローラ１２を含む。データ収集蓄積部１４およびコンピュータ１６はそれぞれディスプレイ画面１８を有する。コントローラ１２は入／出力（Ｉ／Ｏ）デバイス３０，３２を介してフィールドデバイス２０〜２７にも接続してあり、該デバイス３０，３２はここではコントローラデバイスあるいはプロトコル・コントローラ・デバイスとも呼ばれる。データ収集蓄積部１４は、任意の所望種のメモリおよび任意の所望のまたはデータを記憶する周知のソフトウェアやハードウェアあるいはファームウエアを有するデータ収集及び蓄積ユニットとすることができる。データ収集蓄積部１４は作業端末１６とは（図１に示すように）別個とするか、あるいは作業端末１６のうちの１つの一部とすることができる。コントローラ１２は、一例を挙げればエマーソン・プロセス・マネージメントが販売するＤｅｌｔａＶ（登録商標）コントローラとすることができ、例えばイーサネット接続路や他の任意の所望の通信ネットワーク３４を介してホストコンピュータ１６やデータ収集蓄積部１４に通信可能に接続してある。コントローラ１２は、例えば標準的な４〜２０ｍａデバイスおよび／またはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスプロトコルやＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル等の任意の情報処理能力を有するプロトコルに関連する所望のハードウェアとソフトウェアを用い、バス・コントローラ・デバイス３０，３２を介してフィールドデバイス２０〜２７にも通信可能に接続してある。一実施例では、コントローラ１２はデバイス３０，３２へも電力を供給することのできるバックプレーン接続あるいはバス（図１には図示せず）を介してバス・コントローラ・デバイス３０，３２へ結合してある。

フィールドデバイス２０〜２７は、センサやバルブ、送信器、ポシショナ等の任意の種類のデバイスとすることができ、一方でＩ／Ｏデバイスやバス・コントローラ・デバイス３０，３２は任意の所望の通信またはコントローラプロトコルに準拠する任意の種類のＩ／Ｏデバイスとすることができる。図１に示す実施形態では、フィールドデバイス２０〜２３はアナログ線路あるいはアナログおよびデジタル複合線路を介してＩ／Ｏデバイス３０と通信する標準的な４〜２０ｍａデバイスまたはＨＡＲＴデバイスであり、一方でフィールドデバイス２４〜２７はフィールドバスプロトコル通信を用いてデジタルバス３５を介してＩ／Ｏデバイス３２と通信するフィールドバスフィールドデバイス等の高性能のデバイスである。この場合、Ｉ／Ｏデバイスやバス・コントローラ・デバイス３２はプロセッサ３２Ａを含んでおり、メモリ３２Ｂ内に１以上のバス・コントローラ・ルーチンを記憶させ、このメモリ３２Ｂがプロセッサ上での稼働時にデバイス３２にフィールドバスプロトコルに関連するバス３５上で通信規則を監督させ強制できるようにする。この場合、デバイス３２はフィールドバススタックを実行するよう作動し、フィールドバスプロトコルに従ってフィールドバスバス３５用のリンク・アクティブ・スケジューラ（ＬＡＳ）として実行させることができる。無論、フィールドデバイス２０〜２７は、将来開発される任意の規格あるいはプロトコルを含む任意の他の所望の（１または複数）の規格あるいはプロトコルに準拠させうる。さらに、フィールドデバイス２０〜２７は、例えば入力デバイス（例えば、温度や圧力、流量等の被計測プロセス変数を示す状態信号を供給するセンサ等）や、あるいはコントローラおよび／または他のフィールドデバイスから受け取ったコマンドに応答して物理的な動作を遂行する制御オペレータまたはアクチュエータとすることができる。例えば、コントローラはバルブに対しては圧力または流量を増大させ、加熱器や冷却器に対しては温度を変更し、撹拌器に対してはプロセス制御システム内の材料を撹拌する等の信号を送ることができる。

コントローラ１２は、（メモリ３７に記憶させた）１以上の制御ルーチンを実行しあるいは監督するプロセッサ３６を含んでおり、このルーチンにはその中に記憶させ、さもなくばそこに関連付けられる制御ループを含ませ、デバイス２０〜２７やホストコントローラ１６やデータ収集蓄積部１４と通信させ、任意の所望の態様にてプロセスを制御することができる。本願明細書に記載する任意の制御ルーチンまたはモジュールは異なるコントローラあるいは所望に応じて他のデバイスにより実装あるいは実行するその部品を持たせることができることを、理解されたい。同様に、プロセス制御システム１０内に実装するものとして本願明細書に記載する制御ルーチンやモジュールは、ソフトウェアやファームウエア、ハードウェア等を含む任意の形態を取らせることができる。本開示目的に合わせ、プロセス制御モジュールは、例えば任意のコンピュータ読み取りが可能な媒体上に記憶させるルーチンやブロックあるいは任意の要素を含むプロセス制御システムの任意の部分あるいは一部とすることができる。モジュールあるいはサブルーチンやサブルーチンの一部（数行のコード等）等の制御手順の一部とすることのできる制御ルーチンは、オブジェクト指向プログラミングを用いたり、梯子型論理回路やシーケンス型機能チャートや機能ブロック線図を用いたり、他の任意のソフトウェアプログラミング言語や設計パラダイムを用いたりする等して任意の所望のソフトウェアフォーマットにて実行することができる。同様に、制御ルーチンは、例えば１以上のＥＰＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、他の任意のハードウェア要素あるいはファームウエア要素へ変更不能にコード化することができる。さらにまた、制御ルーチンはグラフィック設計ツールや任意の他種のソフトウェア／ハードウェア／ソフトウェアプログラミングあるいは設計ツールを含む任意の設計ツールを用いて設計することができる。かくして、プロセスコントローラ１２は任意の所望の態様にて制御ストラテジあるいは制御ルーチンを実行するよう構成することができる。

一部の実施形態では、プロセスコントローラ１２は一般に機能ブロックと呼ばれるものを用いて制御ストラテジを実行し、ここで各機能ブロックは制御ルーチン全体の１つのオブジェクトあるいはその他の部分（例えば、サブルーチン）であり、他の機能ブロックと併せ（リンクと呼ばれる通信を介して）作動し、プロセス制御システム１０内でプロセス制御ループを実行する。機能ブロックは一般に、送信器やセンサ、他のプロセスパラメータ計測デバイスに関連するもの等の入力機能や、ＰＩＤやファジー論理等の制御を遂行する制御ルーチンに関連するもの等の制御機能や、バルブ等の一部のデバイスの動作を制御し、出力機能プロセス制御システム１０内の一部の物理的機能を遂行する出力機能のうちの１つを遂行する。無論、混成のあるいは他の種類の機能ブロックは存在する。機能ブロックはコントローラ１２に記憶させ、これにて実行してもよく、このことはこれらの機能ブロックを標準的な４〜２０ｍａデバイスやＨＡＲＴやフィールドバスデバイス等の一部の種類の情報処理能力を有するフィールドデバイス用に用いたり関連付けたりするときに一般に当てはまり、またフィールドデバイス自体に記憶させて実行させてもよく、このことはフィールドバスデバイスにも当てはまりうる。

図１の分解されたブロック４０が示すように、プロセスコントローラ１２はルーチン４２，４２として示す多数の単一ループ制御ルーチンを含ませることができ、所望とあらば、制御ループ４６として示した１以上の高機能制御ループを実装することもできる。この種のループのそれぞれは、一般に制御モジュールと呼ばれる。単一ループ制御ルーチン４２，４４は、適当なアナログ入力（ＡＩ）機能ブロックとアナログ出力（ＡＯ）機能ブロックとにそれぞれ接続された単一入力／単一出力ファジー論理制御ブロックと単一入力／単一出力ＰＩＤ制御ブロックを用いて単一ループ制御を遂行するとして図示してあり、それらはバルブ等の制御デバイスや、温度や圧力送信器等の計測デバイスや、プロセス制御システム１０内の他の任意のデバイスに関連付けることができる。高機能制御ループ４６は、ＡＩ機能ブロックに通信可能に接続した複数の入力端と、ＡＯ機能ブロックに通信可能に接続した複数の出力端とを有する高機能制御ブロック４８を含むとして示したが、高機能制御ブロック４８の入力端および出力端を他の任意の所望の機能ブロックあるいは制御要素に接続し、他種入力を受けて他種制御出力を供給することもできる。図１に示した機能ブロックがプロセスコントローラ１２により実行できたり、代替的にはフィールドバスネットワーク３５に関連するバス・コントローラ・デバイス３２あるいはフィールドデバイス２４〜２７のうちの１つまでもといった他の任意の処理デバイス内に配置し、これにて実行したりすることができる。

図２は、先行技術ネットワーク構成５０を示すものであり、そこでは１以上のバス・コントローラ・デバイス５２が端子ブロック５４を介して電源モジュール５６へ接続されており、このモジュールは１以上のＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスＨ１セグメント等のバス依拠通信ネットワークにバス電力を供給するよう構成される。ここで、バス・コントローラ・デバイス５２は図１のＩ／Ｏデバイス３２として動作させることができる。図２に示すように、この場合、一対のフィールドバスＨ１バス・コントローラ・デバイス５２Ａ，５２Ｂは図２には示していないバックプレーン接続を介して端子ブロック５４に接続してある。バスコントローラ５２Ａ，５２Ｂは、例えばエマーソン・プロセス・マネージメントを含む任意の製造業者が作製する典型的な標準Ｈ１バスコントローラとすることができ、バスコントローラ５２Ａ，５２Ｂの出力端は端子ブロック５４を通じ外部結線接続路を介して電源モジュール５６の入力ブロックへ接続してある。図２に示す電源モジュール５６は、４個の別個の異なるフィールドバスセグメントを作動させあるいは冗長電力を供給する構成とした４組の複式電源を含んでいる。ここで、複式電源群は電源対６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄとして識別してある。さらに、電源モジュール５６は個別の診断モジュールカード６２を含んでおり、これが電源６０Ａ〜６０Ｄの動作についての診断内容を監視しこれを供給する。

電源モジュール５６は、端子ブロック６３上の４個一組の出力端子もまた含んでおり、この出力端子群のうちの１つがコントローラ５２Ａをセグメントプロテクタ６６と、これに接続されたフィールドデバイス６８とを有するＩ／Ｏ通信網路バス６４へ接続するのに用いられる。端子ブロック６３あるいは電源６０Ａ〜６０Ｄには、電源６０Ａ〜６０Ｄが供給する直流（ＤＣ）電力をバス６４上のデジタル信号とは絶縁するよう作動するバス絶縁デバイスを含ませることができる。さらに、図２に示すように、主２４ボルト直流電源接続と副２４ボルト直流接続が電源モジュール５６へ生の電力を供給するよう配設してあり、この生の電力を電源６０Ａ〜６０Ｄが用い、セグメントプロテクタ６６に関連するフィールドバスセグメント６４を含む１以上のフィールドバスセグメントへ適当な電圧および電流を供給する。フィールドバスセグメントプロテクタ６６は、セグメントプロテクタ６６に接続されたフィールドデバイス６８の１つにおける短絡あるいは開路等のセグメント６４上での故障の場合にセグメント６４を保護するよう動作する。

理解されるように、電源モジュール５６と、特に複式電源群６０Ａ〜６０Ｄのうち１つが、セグメントプロテクタ６６に関連するフィールドバスセグメント６４に対し電力を供給する。加えて、電源モジュール５６はＨ１バスコントローラ５２Ａをセグメントバス６４へ接続し、セグメント６４上のフィールドデバイス６８の給電ならびに制御を可能にしている。この場合、フィールドデバイス６８はＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス準拠フィールドデバイスとして示したが、ネットワーク６４には例えばアクチュエータ・センサ・インタフェース（ＡＳＩ：Ａｃｔｕａｔｏｒ＿Ｓｅｎｓｏｒ＿Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）やＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等を含む他種のデバイスと通信プロトコルに関連付けてこれを使用しうる。しかしながら、この先行技術構成では、バス給電フィールドバス通信ネットワーク６４は、セグメントプロテクタ６６やフィールドデバイス６８やＨ１バスコントローラカード５２Ａ，５２Ｂとは別個の電源モジュール５６を用いている。さらに、この構成はバスコントローラ５２Ａ，５２Ｂがコントローラカード５２Ａ，５２Ｂに関連する第１の出力端子ブロック５４を介して電源供給モジュール５６の入力端子ブロックへ接続することと、バスコントローラ５２Ａ，５２Ｂがそこで電源モジュール５６上の出力端子ブロック６３を介してセグメント６４等の１以上のフィールドバスセグメントに接続することとが要求される。その結果、この構成は異なるバスコントローラカード５２Ａ，５２Ｂや電源モジュール５６や端子ブロック５４，６３のそれぞれについて別個の実装空間（例えば、収容ケース空間）を必要とする。さらに、この設定は例えばフィールドバスセグメント６４に関連するバス依拠通信システムを実装し構成するときに複雑な構成手順および構成作業を必要とする。加えて、複式構成内のバスコントローラ５２Ａ，５２Ｂと電源６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃ，６０Ｄを接続してセグメント６４に対し冗長性を提供するには、バスコントローラカード５２Ａ，５２Ｂは冗長性に合わせ個別に結線しなければならず、電源６０Ａ〜６０Ｄと診断モジュール６２のうちの２組もまた設定し、個別に結線してセグメント６４に対し冗長性を提供しなければならない。

図３は、バス給電Ｉ／Ｏ通信ネットワーク上でバスまたはプロトコル制御や電力を供給するのに用いる新規のＩ／Ｏ通信ネットワーク構成７０を示すものである。図３に示すように、ネットワーク構成７０は単一の端末ブロック７４に接続した１以上の電源デバイス一体型バスコントローラ７２Ａ，７２Ｂを含んでいる。ここで、端子ブロック７４はフィールドバスセグメント６４に直接接続してあり、このセグメントはセグメントプロテクタ６６を介してフィールドデバイス６８へ接続してある。この場合、フィールドバスセグメント６４は（デバイス７２Ａの電力供給機能を用いて生成された）電力と（デバイス７２Ａのバスコントローラ機能を用いて生成された）バスまたは通信制御信号の両方を、個別の電力モジュールや電源モジュール端子ブロックを必要とすることなく、電源デバイス一体型バスコントローラ７２Ａから受け取る。より具体的には、図３の通信ネットワーク構成７０は電源デバイス一体型バスコントローラ７２Ａ，７２Ｂを含んでおり、そのそれぞれがその中に一体化された（図１のＩ／Ｏデバイス３２が提供するもののように）電力供給およびバスコントローラ機能を含んでおり、そのうちの少なくとも１つが端子ブロック７４を介してフィールドバスセグメント６４へ直接接続してある。その結果、通信ネットワーク構成７０は縮減された収容ケース空間を必要とし、通信ネットワークの設定に関連する結線ならびにハードウェア費用を低減し、その一方でネットワーク６４の設定と構成をより簡単にする。このネットワーク構成７０は、ネットワーク構成７０に関連する低減されたハードウェアならびに結線によって、ネットワークあるいはセグメント６４に対するバス診断もまた簡単化しかつ潜在的に改善する。

図４は、端子ブロック７４と併せ図３の電源デバイス一体型バスコントローラ７２Ａ，７２Ｂのうち１つ（図４ではデバイス７２と呼んでいる）の一般化されたブロック線図を示すものである。この場合、電源デバイス一体型バスコントローラ７２は、デバイス７２に関連する共通のあるいは単一の筺体８６の内部に配置されるバスコントローラ８０（これは、Ｈ１フィールドバスバスコントローラとすることができる）と電源８２の両方の回路系および機能を含んでいる。図４に示すように、バスコントローラ８０は筺体８６を介して配置された入／出力端子８８を介して制御機能を提供し、そことの間で信号を送信し受信することができる。バスコントローラ８０は、Ｈ１バスコントローラデバイス等の任意の周知種のバスあるいはプロトコル制御デバイス内に実装される典型的なバスコントローラ回路系を含ませることができ、エマーソン・プロセス・マネージメントのフィールドバスＨ１バス・コントローラ・カード内に配設されているような周知のバスコントローラ回路系を含ませることができる。必ずという訳ではないが、バスコントローラ８０とこれに関連する回路系は筺体８６内に配置した１個の印刷回路基板（ＰＣＢ）上に配置することができ、その一方で電源８２とその関連する回路系を筺体８６内に配置された第２のＰＣＢ板上に配置することができる。いずれにせよ、バスコントローラ８０は（バス６４等の）網路バス上で特定のプロトコル準拠通信を監督し強制しかつ／または実行するのに用いる通信ルーチンならびにデータを含んでいる。コントローラ８０がフィールドバスコントローラデバイスである場合、バスコントローラ８０は１以上のフィールドバススタックを実行することができ、所望とあらばバス６４上でフィールドバスリンク能動スケジューラとして機能させ、それによってバス６４上でフィールドバス通信を実行させる。同様に、所望とあらば、バスコントローラ８０はプロセス制御動作の遂行に用いるべくデバイス７２用にダウンロードされたプロセス制御ルーチンを記憶させることのできるメモリを含ませ、例えば図１の制御モジュール４２，４４，４６からなる機能ブロックのうちいずれかを記憶させ実行させることができる。

図４に示すように、電源８２は外部電源から例えば２４ボルト直流電力信号を受け取り、ネットワークあるいはセグメント６４が必要とするバス電力を生成する一般的なあるいは周知の回路系を含んでいる。電源８２の出力端は筺体８６を挿通して配置した出力端子９０へ複式デバイス９５を介して接続してあり、このデバイスは例えば電力用ダイオード９２により実装した「論理和」ネットワークの形をとらせることができる。図４には具体的に図示してはいないが、電源８２には実際に例えば同じＰＣＢ上に装着した２個の別個の電源を含ませ、（例えば、２個の異なるフィールドバスセグメントあるいはネットワークごとに）２個の異なるＩ／Ｏ通信ネットワーク向けの関連する電力供給機能を持たせることができる。さらにまた、主バスコントローラ８０は２個の個別のあるいは異なるバス・コントローラ・チャネルに関連する（媒体アクセスユニット等の）バスコントローラ回路系と共に単一のプロセッサ（図示せず）を含ませることができ、それらはプロセッサを共有するが、２個の異なるネットワークあるいはセグメントに対しバスコントローラ機能を提供する。かくして、この場合、電源デバイス一体化バスコントローラ７２は２個の異なるフィールドバスＨ１セグメント等の２個の異なるチャネルに対し（すなわち、２個の異なるネットワークあるいはセグメントに対し）独立した給電およびコントローラ機能を提供することができる。

いずれにせよ、図４に示すように、端子ブロック７４はコントローラ出力端子８８に接続した第１の入力端と、電源出力端子９０に接続した第２の入力端とを含んでいる。端子ブロック７４内の回路系は、電源８２からの給電線路と、電源デバイス一体化バスコントローラ７２のコントローラ８０からの制御線路とを端子ブロック７４の単一の出力端９４にて組み合わせ、それによってコントローラおよびフィールドデバイス通信信号に端子すなわち出力端９４に接続されたネットワークデバイス６４上のバス電力信号を重畳させる。

さらに、インピーダンスデバイス９８を端子ブロック７４内に配置し、ダイオード９２と端子ブロック７４の出力端９４との間に接続し、電源８２とセグメントあるいはバス６４との間に絶縁をもたらしている。概して、インピーダンスデバイス９８はネットワーク６４上の高周波信号を電源８２から絶縁し、電圧制御電源であってもよい電源８２がネットワーク６４上でデジタル信号を吸収あるいは相殺しないようにする。インピーダンスデバイス９８は、例えば能動ジャイレータネットワーク等の能動構成要素であっても、インダクタやインダクタ群等の受動構成要素であってもよい。一実施形態では、インピーダンスデバイス９８は５ｍＨインピーダンスの受動インダクタとしてもよい。この種のインピーダンスデバイスは一般に、例えばフィールドバスＨ１ネットワーク用に電源モジュールからなる端子ブロックに用いられ、通常は電圧駆動電源である電源がフィールドバスセグメント上の高周波電圧信号を効果的に補償したり除去したり試みないようにする。動作時に、インピーダンスデバイス９８は（電源８２に対し）フィルタとして機能し、セグメント６４上高速で変化しているデジタル信号が電源８２に達するのを阻止し、それによって全ての周波数において、電源８２がセグメント６４を一定の直流電圧へ駆動する試みを阻止する。

加えて、図４に示すように、ユーザが選択可能な高信頼性端子ネットワーク１００を端子ブロック７４内に配設することができ、あるいは一部実施形態では、外部要素として端子ブロック７４の外部に配設し、フィールドバスネットワークあるいはセグメント６４内に終端機能を提供することができる。この種の終端ユニット１００は通常、フィールドバスネットワーク面バスの終端において、インピーダンス整合用に用いられ、セグメントあるいはバス上での反射を防止し、それによってバス上に高信頼性通信を提供する。

従って、理解されるように、図４の単一の電源デバイス一体化バスコントローラ７２は筺体８６内に配置された電源とバスコントローラの両方を含んでおり、この単一のデバイス７２は電力信号とプロトコル制御信号あるいは機能の両方を端子ブロック７４に、またそこから通信ネットワークに関連するバスあるいはセグメントへ供給する。デバイス７２が提供する一体化された機能は、それによってバスコントローラと電源のための別個の筺体の必要性を取り除き、バス給電ネットワークの設定に必要な収容ケース空間および結線を減らし、個別の電源とコントローラカードに通常必要とされる結線端子を減らし、バス給電通信ネットワークの設定と構成をより簡単にする。何故ならこの機能が通信ネットワーク内の相互接続およびその設計を簡単にするからである。

図５は、ネットワーク６４用に複式のコントローラおよび電源構成を形成する仕方で単一の端子ブロック７４Ｒへ接続されるカード７２Ａ，７２Ｂと名付けた図４の電源デバイス一体化バスコントローラ７２のうち２つを示す。特に、図５の複式構成は単一のバスセグメント６４に対し複式の電力供給およびコントローラ機能を提供する。図５から特記されるように、カード７２Ａ，７２Ｂは図４のものと同一であり、簡単な構成の端子ブロック７４Ｒを用いて複式構成へ簡単に接続することができる。より具体的には、主バスコントローラおよび電源デバイス７２Ａはデバイス７２Ａの出力端８８Ａに接続された主バスコントローラ８０Ａを含んでおり、またダイオード９２Ａを介してデバイス７２Ａの電力出力端９０Ａへ接続する主電源８２Ａを含んでいる。同様に、バックアップ用のすなわち副電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ｂは、デバイス７２Ｂの出力端８８Ｂに接続されるバックアップ用バスコントローラ８０Ｂを含むとともに、ダイオード９２Ｂを介してデバイス７２Ｂの電力出力端９０Ｂに接続されるバックアップ用電源８２Ｂを含んでいる。複式端子ブロック７４Ｒは、主および副の電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ａ，７２Ｂのそれそれの２個の出力のそれぞれを受け入れる入力端を含んでいる。

図５に示すように、端子ブロック７４Ｒ内の回路系は例えば（端子ブロック７４Ｒの出力端９４に接続された）フィールドバスセグメントバス６４を両方のデバイス７２Ａ，７２Ｂの制御線路へ直接接続している。加えて、端子ブロック７４Ｒは主電源８２Ａと副電源８２Ｂからの電力信号を（デバイス７２Ａ，７２Ｂ内の複式化ダイオード９２Ａ，９２Ｂを電力信号が通過した後で）併せ接続し、この複合電力信号を端子ブロック７４Ｒ内に配置されたインピーダンスデバイス９８の入力端へ給送する。インピーダンスブロック９８の出力端は、出力端９４を介してセグメント６４へ直接接続してある。ここで、インピーダンス回路９８は図４の端子ブロック７４について説明したものと同じ回路とすることができ、かくして非複式構成内で使用されるのと同じインピーダンス回路９８とすることができる。この場合、複式端子ブロック７４Ｒは、電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ａ，７２Ｂが（図５に示すように）複式構成にて接続されているか、あるいは（図４に示すように）単式あるいは非複式構成にて接続されているかによらず、セグメントバス６４に対し同じ逆方向インピーダンスを供給する。

図４の単式端子ブロック７４と同様、複式端子ブロック７４Ｒはユーザが選択可能な高信頼性終端ネットワーク１００をその中に含んでおり、これをネットワークセグメント６４にとって終端ネットワークが必要かどうかに基づき所望に応じてオンまたはオフすることができる。理解されるように、複式端子ブロック７４Ｒと単式端子ブロック７４との間の主な差異は、基本的には、複式端子ブロック７４Ｒがそこに接続すべき２つの電力供給信号および２個の制御信号を見込む追加の入力端を含んでおり、冗長端子ブロック７４Ｒが図５に示すようにブロック７４Ｒ内でコントローラ信号および電源信号を複合するとの事実に存する。その結果、複式端子ブロック７４Ｒは単に例えば副電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ｂに関連する入力端を用いないことにより、単式構成内で使用することができる。いずれにせよ、図５の複式構成では、主電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ａの電力供給出力端は共通端子ブロック７２Ｒ内部の副電源デバイス一体化バスコントローラ７２Ｂの電力供給出力端へ接続する。共通バスインダクタ９８により、バスインピーダンスは選択された複式あるいは単式の構成とは無関係に常に正規の最適なバスインピーダンスおよび終端処理を提供する。さらに、バス・インピーダンス・インダクタ９８はより高い信頼性に合わせ設計することができる（例えば、ラッカーを塗布し、かつ半田接合に起因する故障を排除するため複式ピンを用いてＰＣＢに接続するインダクタから形成することができる）。ユーザが選択可能な終端器１００は、複式構成要素を用いる高信頼性設計とすることもできる。

図６は、図４の電源デバイス一体化バスコントローラ７２のより詳細なブロック線図を示すものである。特に、図６の電源デバイス一体化バスコントローラは、診断動作を遂行し、かつデバイス７２の単一の筺体８６内に一体化したバスコントローラ８０と電源８２の両方の動作について他の情報を提供する機能を含んでいる。図示のように、一体化カード７２はバスコントローラ８０および電源８２を含んでいる。ここで、コントローラ８０は直流１２ボルト電力信号を受け取って外部電源からバスコントローラ８０へ給電し、例えばプロセスコントローラ（例えば、図１のプロセスコントローラ１２）へ接続することのできるバックプレーンバスや他の入／出力デバイス等へ接続する。

電源８２は外部直流２４ボルト電力信号を受け取り、この信号を用いてバス６４へ供給するバス電圧を生成し、加えてデバイス７２内の幾つかの回路系に給電するのに用いる直流５ボルト信号あるいは他の電力信号を生成する。電源８２が生成するバス電圧は、電源８２から流出する電流を検出するよう作動する電流検出モジュール１１０を介して供給される。電流検出モジュール１１０は電流計測信号を生成して診断監視マイクロコントローラ１１２に供給し、これが電源８２の監視診断制御を提供すよう動作する。特に、マイクロコントローラ１１２はデバイス７２内で診断を行い、バス６４への適切な電流の流れ、すなわち電流検出モジュール１１０の出力に基づき設定されあるいは査定範囲内での電流の流れを保証することができる。バス電力信号は電流検出モジュール１１０を介して出力制御スイッチ１１４へも供給され、このスイッチは診断監視マイクロコントローラ１１２の制御下で任意の所望種の切り替え回路系とすることができる。出力制御回路１１４の出力は、出力電圧計測値あるいは電圧検出値として診断および監視マイクロコントローラ１１２へ供給し戻される。

電源８２が生成する直流５ボルト信号により給電される診断および監視マイクロコントローラ１１２は、電流検出モジュール１１０が供給する電流計測値と、スイッチ１１４の出力端に供給される電圧計測値とを用い、いずれも電源８２内の故障あるいは問題により引き起こされることのある電流過負荷、低電圧や高電圧、変動電圧等の電流および電圧問題を検出する。これらの計測値に基づき、診断監視マイクロコントローラ１１２は出力制御スイッチ１１４へ出力を供給し、電源８２からカード７２の電力出力端９０への電流の流れや電圧を切り替えあるいは阻止することができる。従って、診断および監視マイクロコントローラ１１２はデバイス７２内の被検出状態に基づきカード７２の出力端９０へダイオード９２を介して電力が流れるのを阻止するよう作動させることができる。

さらにまた、診断および監視マイクロコントローラ１１２は発光ダイオード（ＬＥＤ）１１８を駆動する出力を供給することができ、このダイオードはカード７２の筺体８６を透かして視認し、デバイス７２内の電力供給システムの作動状態を示すことができる。従って、一実施例では、診断および監視マイクロコントローラ１１２は、電源８２がカード７２の出力端９０へ電力を適切に供給するよう作動しているときは常にＬＥＤ１１８を点灯させることができ、問題が起きたときや電源８２が適切に作動していないときにＬＥＤ１１８を消灯することができる。

さらにまた、診断および監視マイクロコントローラ１１２は電源８２の故障を指示する１以上の信号あるいは他の診断情報を、絶縁回路１２０を介してコントローラ８０へ供給することができる。絶縁回路１２０は、例えば光学式の絶縁回路あるいは他の任意種の絶縁回路とすることができる。この絶縁回路１２０の主目的は、デバイス７２により実装される２つの異なるチャネル間の漏話を防止し、一方のチャネルからの電力信号あるいはデジタル信号がノイズとして他方のチャネル内へ流出しないようにすることにある。いずれにせよ、マイクロコントローラ１１２は出力電圧や出力電流やハードウェア状態（例えば、基準電圧）を監視することで電源の機能を診断する監視を行うことができ、この診断情報は離散する光学的に絶縁された出力端により筺体８６内のコントローラ８０の離散する入力端へ通信することができる。コントローラ８０への出力をトリガーすることのできる状態には、過小電圧や過大電圧、過大電流、ハードウェアの機能不全等の検出を含めることができる。故障状態は、ナムール（Ｎａｍｕｒ）規格ＮＥ４４に従い赤色ＬＥＤ１１８（その１つは電源チャネルごとに配設される）を用いて指示することもできる。電源システムの設計は、デバイス７２上のシリアルインタフェースを用いて離散出力を供給できるようにもしてある。この機能をデバイス７２上に実装し、任意の所望時間にデバイス７２からの詳細な診断情報（例えば、総出力電流）へ監視システムがアクセスできるようにすることができる。

マイクロコントローラ１１２とプロセッサコントローラ８０との間の通信は同じデバイス筺体８６内で行われ、マイクロコントローラ１１２が供給する診断情報に基づきバスコントローラ８０がより良好に作動できるようにする。特に、バスコントローラ８０はカード７２の同一筺体内の電源回路系から直接に診断情報を受け取り、それによってこの情報をより迅速に受け取り、例えばバックアップ用バスコントローラを切り替えたり、マイクロコントローラ１１２からの診断情報に基づき必要に応じてバス６４上で他の何らかの行動をとったりするべく、この情報に基づき迅速に作動させることができる。さらに、コントローラ８０は例えばユーザをコントローラ８０へ接続するバックプレーンバスあるいは他のネットワークを介してユーザに問題を通知することができる。さらにまた、バスコントローラ８０は筺体８６内の電源８２に代わって外部電源から給電されるため、バスコントローラ８０はたとえ関連する電源８２が故障したときでも動作を継続することができる。

図６に示すように、バスコントローラ８０はもうひとつの絶縁回路１２２を介して電圧モードフィールドバス媒体取着ユニットあるいは媒体アクセスユニット（ＭＡＵ）１２４とも通信し、ＭＡＵはコントローラ８０により生成されあるいはこれに送信された信号に対し電圧モード診断や他の動作を行う。ＭＡＵ１２４は、実質的にバスプロトコル通信の物理層を実装している。ここでも、電圧モードＭＡＵはバスコントローラ８０および電源８２と同じ筺体８６内に配置され、電源８２から（５ボルト線路上で）電力を受け取る。電圧モードＭＡＵの機能は、それ故にコントローラ８０と電源８２の動作および関連する診断とに緊密に結び付けて調整される。いずれにせよ、コントローラ８０とバス６４との間を流れる信号は、電圧モードフィールドバスＭＡＵ１２４を介しあるいはこれを用いて供給される。

重要なことは、多くのＨ１コントローラカードに現在用いられている電流モードＭＡＵとは対照的に、電圧モードＭＡＵ１２４の使用はデバイス７２内で吸収される電力を低減し、デバイス７２をして十分に放熱させ、図６に示す全ての構成要素を共通筺体８６内に配置させることを可能にできる。特にフィールドバスシステムにあっては、フィールドバス電圧とは無関係の１２ｍＡの平均電流消費を伴う電圧モードＭＡＵを用いることができる。この動作は、結果として、３０ボルトのバス電圧において、フィールドバスＭＡＵ内で最大７２０ｍＷの電力を消費する。この場合、単一の内部５ボルト電源により給電される電圧モードＭＡＵは、標準的な構成要素に依拠させることができる。さらに、この種の離散ＭＡＵは送信側のＦＦ−８３１フィールドバス仕様に合致し、受信側の具体的なジッター許容限界を一般に２倍上回る（３．２ｐｓでなく６．４ｐｓ）。いずれにせよ、通常の電力消費は最大で電流モードＭＡＵ内で消費される１／３未満となる。その結果、電圧モードＭＡＵの使用がデバイス７２内部での電力消費を１つの事例で約４００ｍＷ低減する。この事実は、出力電流の増大および性能改善を同時に可能にするものである。電圧モードＭＡＵの使用は、筺体８６内の必要な基板面積を著しく低減することもできる。

上述のように、診断および監視マイクロコントローラ１１２や電流検出部１１０や出力制御スイッチ１１４や複式化結合回路９２やＬＥＤ１１８を含め、バスコントローラ８０と電源８２の両方に関連する全ての回路系を、筺体８６内の１個の回路基板上に配置するか、あるいはこれに接続することができ、一方でコントローラ８０を、また所望とあらば電圧モードフィールドバスＭＡＵ１２４をデバイス７２の筺体８６内の第２の回路基板上に配置することができる。ここで、図２のシステムに必要とされるデバイス接続路のための外部デバイスを必要とすることなく、同一筺体内に併せ接続した異なるデバイスどうしの近接が、電源と制御デバイスとの間のより高速の送信をもたらし、また単一コントローラに専用の単一電源を提供し、それがこれら２つのデバイスを、ユーザが設定する異なる構成に基づき別個に接続する必要のある個別筺体あるいは個別カード内にこれらデバイスを持たせるよりも良好に併せ動作させられるようにする。さらに、電源診断は電源およびバスコントローラと同じデバイス内にあり、診断をデバイス自体へより密接に結び付ける。さらにまた、これら３個のユニットを単一の筺体内、特に図２のコントローラ専用カード５２と実質同じ大きさを有する筺体内に一体化することで、先行技術構成に関連する収容ケースならびに空間を縮減するが、それはＩ／Ｏ通信ネットワークの設定に必要な端子ブロックの数だけでなく必要とされる個別ハードウェアデバイスの数もまた低減するからである。概して、カード７２あるいは筺体８６は一般のコントローラカードと同じ大きさとなり、一般のコントローラカードと同じ収容ケース内へ摺動挿入されることになる。特に、カードはほぼ深さ４インチ、高さ６インチ、幅１／５インチとすることができる。

理解されるように、バスコントローラ８０はフィールドバスセグメントバス６４の形をとる第１の網路バスとプロセスコントローラ１２へのネットワーク接続（図１）を確立するバックプレーンバスの形をとる第２の網路バスとの間のインタフェースデバイスとして作動する。バスコントローラ８０はかくして、第１の網路バス６４上でバス依拠通信信号を供給すべく第１の網路バス（バス６４）へ接続するための第１の入／出力線路を含んでおり、また第２の網路バス（すなわち、プロセスコントローラ１２へ接続されたバックプレーンバス）へ接続するための第２のコントローラ入／出力線路を含んでいる。加えて、理解されるように、デバイス７２は筺体８６を挿通して配置した第１の物理的ネットワークインタフェースを含んでおり、これが第１のバスコントローラ入／出力線路とバス６４との間に適当な電気的接続をもたらす。この第１の物理的ネットワークインタフェースは、端子８８および／またはＭＡＵ１２４により形成することができる。デバイス７２は筺体８６を挿通して配置された第２の物理的ネットワークインタフェースもまた含んでおり、これが第２のバスコントローラ入／出力線路と第２の網路バス（例えば、バックプレーンバス）との間の電気的接続を提供する。これらの接続路ならびにインタフェースを用いることで、バスコントローラ８０はインタフェースデバイスとして作動し、バックプレーンバスから網路バス６４へ、あるいはその逆に信号を転送し、これらの信号をこれら各網路バス上の適当な通信プロトコルに乗せ、必要に応じて他の通信動作を行なう。従って、バスコントローラ８０はバス６４上のデバイスがコントローラ１２と通信できるよう、またその逆もできるよう作動する。

図７は、端子ブロック１７４に接続された電源デバイス一体化バスコントローラ１７２の第２の実施形態の一般化されたブロック線図を示すものである。この場合、電源デバイス一体化バスコントローラ１７２はバスコントローラ出力端に接続したバスコントローラ１８０と、複式化回路要素（例えば、ダイオード）１９２を介して電源出力端１９０へ接続した電源１８２とを含んでいる。しかしながら、この場合、インピーダンスデバイス１９８はデバイス１７２の筺体１８６内にも配設され、電源１８２とダイオード１９２との間に配置される。図７に示すように、単式端子ブロック１７４は出力端１９０に配設された電源線路を出力端１８８に配設されたバスコントローラ線路に直接接続し、これら信号の両方を網路バスあるいはセグメント６４に直接接続する結線を含む。単式端子ブロック１７４には、所望とあらばバス６４に選択的に接続することのできるユーザが選択可能な高信頼性終端ネットワーク１００を含めることもできる。図７の構成は、インピーダンスデバイス１９８が電源デバイス一体化バスコントローラ１７２の筺体１８６内に配置されており、端子ブロック１７４を簡単化し、デバイス１７２からネットワーク６４への接続を非常に簡単にするが、それは端子ブロック１７４が基本的には２個の出力端１８８，１９０を併せバス６４に直接接続するからである。事実、所望とあらば、この構成は、バスコントローラ１８０の出力端を筺体１８６内のダイオード１９２の出力端に接続し、かくして一体化デバイス１７２が電力信号と制御信号の両方をその上に有する単一の出力端を端子ブロック１７４に配設するようにすることで、さらに簡単化しうる。この単一の出力端はそこで、端子デバイス１７４上の単一の入力端を介してバス６４と端子ブロック１７４内の終端ネットワーク１００とに接続し、それによって端子ブロック１７４をさらに簡単化しうる。無論、図７の電源デバイス一体化バスコントローラ１７２は図６に示した診断素子や他の要素を含ませることができ、コントローラ１８０と電源１８２とダイオード１９２とインピーダンスデバイス１９８は、図４〜図６について記載した対応要素と同じにできる。

図７の電源デバイス一体化バスコントローラ１７２と端子ブロック１７４は単式ネットワーク構成構成では良好に作動するが、一体化デバイス１７２は図８に示す複式構成内に接続することもできる。特に、図８の複式構成は、図７のデバイス１７２と同じ要素を有する電源デバイス一体化バスコントローラ１７２のうち２つ（デバイス７２Ａ，１７２Ｂと書き表す）を含んでいる。しかしながら、ここで複式端子ブロック１７４Ｒは、デバイス１７２Ａ，１７２Ｂの出力端１９０Ａ，１９０Ｂにおいて電力供給線路へ接続してあり、またデバイス１７２Ａ，１７２Ｂの出力端１８８Ａ，１８８Ｂにおいてバスコントローラ信号線路を相互にかつセグメントあるいはバス６４へ直接接続してある。加えて、端子ブロック１７４Ｒは所望に応じてバスあるいはセグメント６４に接続することのできるユーザが選択可能な高信頼性終端ネットワークを含んでいる。

受動インダクタ、例えば５ｍＨインダクタを用いて（図７の）バス・インピーダンス・デバイス１９８と（図８の）バス・インピーダンス・デバイス１９８Ａ，１９８Ｂを用いることも有利であると考えられる。何故なら受動インダクタの信頼性は、熱応力を受ける直列トランジスタを有する演算増幅器により制御されるジャイレータ回路の信頼性と比べてずっと高いからである。さらに、図８の並列複式設計にてジャイレータ回路を使用するときは、２個のジャイレータのそれぞれに監視回路を配設する必要もあろう。さもなくば、１個のジャイレータ回路内の短絡故障はたとえシステムが冗長型であろうとも、バスインピーダンスの損失に通ずることになる。特に、短絡とともに故障したジャイレータは作動中のジャイレータと比べてより少ない電圧降下を生じ、そのため、故障したジャイレータを有する電源の出力端での複式ダイオードが導通し、従って、作動中の健全なジャイレータ回路を短絡させることになる。バス・インピーダンス・デバイス用の受動インダクタネットワークの使用が、この問題を取り除く。

いずれにせよ、電源デバイス一体化バスコントローラ１７２が単式構成（図７に示す）にて稼働している限り、バス６４は１個のインピーダンスインダクタをもって給電される。しかしながら、図８のもののような冗長構成にあっては、バス６４は互いに並列に配置された２個のインピーダンスインダクタを有する回路により給電される。特に、デバイス１７２Ａ，１７２Ｂからの電力信号線路がバス・インピーダンス・デバイス１９８Ａ，１９８Ｂの後方で互いに接続されているため、バス・インピーダンス・デバイス１９８Ａ，１９８Ｂは互いに並列に接続される。その結果、受動インピーダンス回路系により実装した場合、インピーダンスデバイス１９８Ａ，１９８Ｂは、図８の複式構成において構成したときの電源１８２Ａ，１８２Ｂからのバスあるいはセグメント６４に対し、図７の単式構成において構成された単一デバイス１７２に関連する単一電源１８２からのセグメント６４に提示されるインピーダンスとは異なるインピーダンスを呈する。より具体的には、図７のデバイス１７２の構成は、複式構成にて使用するときに両インピーダンスインダクタが並列に作動してバスのインダクタンスが単式構成におけるその値の僅か半分となるという犠牲を伴うものとなる。特に、デバイス１９８Ａ，１９８Ｂのインピーダンスが互いに等しいと仮定すると、図８の複式構成におけるネットワーク６４から見たインピーダンスは、（図８のインピーダンスデバイスの並列接続のため）図７の単式構成におけるネットワーク６４から見たインピーダンスの約半分となろう。

インピーダンス差を補正しあるいは補償すべく、デバイス１９８Ａのインピーダンスはネットワーク６４から見たインピーダンスを図８の冗長構成において図７の単式構成におけるのと同じにするよう可変しあるいは変更可能にすることができる。他方で、インピーダンスデバイス１９８Ａ，１９８Ｂのインピーダンスは、ネットワーク６４から見たインピーダンスが複式構成と単式構成とで異なる一方で、両方の場合に見られるインピーダンス値が電源１８２Ａ，１８２Ｂに対し適切な濾波を提供し、単式構成と複式構成の両方においてシステムの適切な信号調整操作を規定するのに十分となるよう選択することができる。より具体的には、フィールドバス実施形態では、複式モードだけでなく単式モードにおいてもＦＦ−８３１仕様の要件に応えるべく、バス・インピーダンス・インダクタの値と終端器１００の値を選択する際に妥協が必要となる可能性がある。特に、デバイス１９８の電力供給インダクタンスを５ｍＨ超の値（例えば、６〜７ｍＨ）へ増大させ、複式構成において得られるインダクタンス値が依然として許容範囲である３〜３．５ｍＨ内にあるよう保証することが必要かも知れない。信号品質をさらに調整するには、複式構成での終端デバイス１００における終端抵抗あるいは終端容量を増大させ、明確に定義された５ｍＨバスインピーダンスの欠如を補償することが望ましいようである。しかしながら、この操作は、端子ブロック１７４Ｒ内の端子デバイス１００が固定されることを概ね要求するが、それはユーザが供給する外部終端器デバイス１００の使用を許可することで、終端インピーダンスの値が供給元の管理を逸脱することになるからである。いずれにせよ、電源デバイス一体化バスコントローラ１７２を単式構成と複式構成の両方で使用可能とする要件は、結果として、バスインピーダンスと、得られる信号品質とに対して妥協することとなる。

図９は、単式構成と複式構成の両方において電源とのインピーダンス整合を可能にする電源デバイス一体化バスコントローラ２７２のさらに異なる実施形態を表わすものである。図９に示すように、電源デバイス一体化バスコントローラ２７２は単式端子ブロック２７２へ接続してある。デバイス２７２は、デバイス２７２の出力端に接続したバスコントローラ２８０と、複式化ダイオード２９２を介してデバイス２７２の電力供給出力端２９０に接続した電源２８２とを含んでいる。さらに、インピーダンスデバイス２９８は、受動インダクタネットワークとすることができるが、例えばデバイス２７２の筺体２８６を挿通させて配置した入／出力端子３００，３０１に接続する２個の端子を有するデバイス２７２内に配置する。図９に示すように、単式構成では、デバイス２７２内の電源２８０の出力端は入力端子３００へ直接戻して接続され、それ故に端子ブロック２７４内の接続路を介してインピーダンスデバイス２９８の入力端に接続される。同様に、この単式構成にあっては、インピーダンスデバイス２９８の出力端はデバイス２７２の出力端子３０１を通じ端子ブロック２７４内の接続路を介してバスあるいはセグメント６４に直接接続される。ここでも再び、端子ブロック２７４にユーザが選択可能な高信頼性終端ネットワーク１００を含ませることもできる。図９の構成では、インピーダンスデバイス２９８は電源デバイス一体化バスコントローラ２７２の筺体２８６内に配置し、端子ブロック２７４の接続と用途を簡単に構成できるようにし、端子ブロック２７４が最小の構成要素を有することができるようにしてある。無論、図９の電源デバイス一体化バスコントローラ２７２には図６に示した診断要素と他の要素と、コントローラ２８０とを含ませることができ、電源２８２とダイオード２９２とインピーダンスデバイス２９８は図４〜図６について説明した対応要素と同一とすることができる。

図１０の複式構成では、電源デバイス一体化バスコントローラ２７２Ａ，２７２Ｂのうち２つが、図９の端子ブロック２７４とは異なる構成の異なる端子ブロック２７４Ｒに接続してある。デバイス２７２Ａ，２７２Ｂの要素は、図８のデバイス２７２のものと同じであるが、Ａ又はＢの呼称を用いて指示してある。重要なことは、端子ブロック２７４Ｒが単一のインピーダンスデバイス２９８Ｒを含んでいて、これをデバイス２７２Ａ，２７２Ｂ内のインピーダンスデバイス２９８Ａ，２９８Ｂと同じ大きさにできる点にある。この複式構成にあっては、デバイス２７２Ａ，２７２Ｂ内のインピーダンスデバイス２９８Ａ，２９８Ｂは未使用のままであり、その代わりに電源２８２Ａ，２８２Ｂの出力端が端子ブロック２７４Ｒ内のインピーダンスデバイス２９８Ｒの入力端へ併せ接続される。この場合、電源２８２Ａ，２８２Ｂは（図９におけるように並列接続されたインピーダンスデバイスを介する代わりに）単一のインピーダンスデバイスを介して接続されるため、ネットワーク６４は図９の単式構成と図１０の複式構成の両方において同じインピーダンスを見ることになる。無論、図１０の冗長端子ブロック２７４Ｒには、バス６４へ選択的に接続することのできるユーザが選択可能な高信頼性終端ネットワーク１００を含めることができる。図９と図１０の構成は、異なる端子ブロック２７４と２７４Ｒを単式状況と複式状況に用いるよう規定する一方で、両状況において同一のインピーダンスを規定し、従ってバスあるいはネットワーク６４上への電力供給について電源デバイス一体化バスコントローラ２７２Ａ，２７２ｂのより信頼できる、すなわち最適な操作を保証する。

図１１Ａ〜１１Ｃは、バス終端デバイス１００を図４〜図１０のいずれかの構成に配設したり、そこで使用したりすることのできる３通りの異なる態様を示すものである。特に、図１１Ａ〜１１Ｃは、バスセグメント６４用にユーザが選択可能なバス終端デバイス１００を実装するのに利用可能な３つの概念を示すものである。図１１Ａは、端子ブロック７４上の２個の端子間あるいはそこに横断配置した２個の端子ねじ込み式リンクあるいはジャンパー線４００の使用を示すものである。この場合、端子ブロック７４上の各チャネルごとの２個の未使用の端子を組み込み式終端ネットワーク１００（図１１Ａに図示せず）の賦活化に用いることができ、この賦活化は外部ジャンパー線４００を用いて着手し、組み込み式終端デバイス１００をバス６４へ接続することができる。ジャンパー線４００の使用が、高信頼性終端ネットワーク１００の作動状態を明確に視認可能とする。所望とあらば、リンクあるいはジャンパー線４００を初期設定として実装することができ、ユーザから要求された場合に取り除くことができる。この場合、端子ブロック７４に高信頼性の受動構成要素だけ含ませることができる。

図１１Ｂは、端子デバイス１００としてのねじ込み式の被覆成型外部終端器４０２の使用を示すものである。この場合、端子デバイス１００の終端回路系は外部終端器４０２内に配置されていて、端子ブロック７４上の端子ポストを介してバス６４へ直接接続される。バスセグメントは端子ブロック７４上に４個の端子（２個の（＋）端子と２個の（−）端子）を有しており、端子デバイス４０２（概ね抵抗やコンデンサ等の受動構成要素しかその上に有していない）は２個の個別チャネルごとに端子デバイスを実装することができる。４個の分岐終端器４０２は、電源カード一体化バスコントローラが中継回線の始端に組み込まれている場合に未使用端子へ接続することができ、ここでは端子ブロック７４上のねじ込み端子のうち２個が未使用のまま残ることになる。この場合、外部から組み込まれた終端器デバイス４０２は高信頼性であり明瞭に視認可能とされる。

図１１Ｃは、ロータリスイッチ４０４（その起動メカニズムしか図示していない）が端子ブロック７４上あるいはその内部に配置され、内部終端デバイス１００（図１１Ｃには図示せず）をバス６４へ接続するのに用いる事例を示すものである。ロータリスイッチ４０４の起動は、内部終端デバイス１００をバス６４に対し接続しあるいは分離するのに用いることができる。この随意選択肢はより視認しづらく、それ故に信頼性が劣るものであり、特に端子ブロック７４の使用がＧ３規格準拠（すなわち、腐食性の高い環境での操作）を要求するときにそうである。

本願明細書に開示する電源デバイス一体化バスコントローラの設計は、フィールドバスＨ１ネットワーク等のバス給電ネットワークについての一般的な設計要件に合致するよう実装することができ、その一方で一般のコントローラ専用デバイス（例えば、一般のＨ１バスコントローラ専用カード）の許容限界内での放熱負荷が達成される。さらに、単式構成ならびに複式構成の両方についてのこれらの設計は、これらのネットワークに対し周知のデバイスを上回る信号品質や耐性や熱負荷の影響を及ぼすことなく行なうことができる。事実、これらのデバイスのより低い電力消費により、制御室の収容ケース内部の実装密度の増大が可能となり、従って、コンパクトな設計が制御室の収容ケース空間を節減する。さらにまた、受動電力調整ユニット（例えば、デバイス９８，１９８，２９８用の受動インダクタネットワーク）の使用により、長期の耐用年数が保証され、かつ信頼できるデータ伝送に向けた最良のフィールドバス信号が保証される。さらにまた、これらの設計は、これらのデバイスのファームウエアに対する変更や改変を一切要求されずに既存のＨ１バスコントローラ専用カードの電気的設計に基づいてこれを使用することで、フィールドバス設計に実装することができる。

さらにまた、フィールドバス実装にあっては、一般のＨ１バスコントローラ専用カードの大きさを上回るデバイス筺体の大きさの際立った変更を招くことなく設計を行なうことができる。何故なら電源の追加は、筺体の大きさの変更を必要とする仕方で複合デバイス内の電力消費を増大させることなく可能だからである。かくして、本願明細書に記載する例えば電源デバイス一体化バスコントローラ７２，１７２，２７２は、ほぼ４インチ×６インチ×１．５インチの大きさの筺体内のフィールドバスネットワークに実装することができる。

一般の既存のフィールドバスＨ１バスコントローラ専用カードによる電力消費は、３ワットである。この電力は、現行のあるいは典型的なフィールドバスＨ１バスコントローラ専用カードの筺体の内部で完全に消費される。さらに、既存のＭＡＵはＨ１バスから給電され、ＭＡＵ内の平均電流は１２ｍＡとなる。この電力もまたＨ１バスコントローラ専用カードの筺体内部で完全に消費され、ＭＡＵが引き起こす総電力消費はＶＦＢ×２×１２ｍＡ（例えば、２８Ｖで６７２ｍＷ）として算出される。ここで、フィールドバスＨ１バス・コントローラ・カード筺体内の最大許容総電力消費は、７０℃の周囲温度において、７．５ワットである。これらの放熱設計規範には、本願明細書に記載する新規の電源デバイス一体化バスコントローラを用いて応えることができる。さらに、フィールドバスＨ１バスコントローラ専用カードの既存の実装はセグメントごとに１個の離散入力端を配設するものであり、これらの入力端を本願明細書に説明する新規の一体化設計により使用し、電源から故障状態を発信させることができる。

電力消費と信号品質とに加え、回路空間は本願明細書に説明する電源デバイス一体化バスコントローラの設計にあっては重要な問題である。通常のフィールドバスＨ１バスコントローラカード筺体内の７．５ワットの最大電力消費が、カード筺体内部での７０℃〜８５℃の温度上昇に通ずるものと想定することにする。さらに、バスコントローラ回路には約３Ｗ（１２Ｖ×２５０ｍＡ）の平均電力消費を想定する。バスコントローラカードの２個の一体化フィールドバスＭＡＵはそれぞれ、フィールドバスネットワークから１２ｍＡの電流を引き出し、両フィールドバスＭＡＵについて、カード筺体内部において、フィールドバス電圧２８Ｖで０．６７２Ｗ、３０Ｖで０．７２Ｗの追加の電力消費をもたらす。このため、２個の一体化フィールドバス電源のそれぞれについての最大電力消費は、出力電圧２８Ｖ供給時に１．９１４Ｗ、出力電圧３０Ｖ供給時に１．８９Ｗほどの大きさとなる可能性がある。従って、本願明細書に提示する共通電力調整インピーダンス設計は４５０ｍＡの最大出力電流にて２８〜３０Ｖの出力電圧を生成し、フィールドバスセグメントに供給する１２．６Ｗの最小電力をもたらす。電源カード一体化バスコントローラ筺体内部の最大生成電力消費は約７．１８Ｗであり、そのうちの２×１．９３Ｗが診断を含むフィールドバス電力供給に用いられ、２×０．１６Ｗが電圧モードＭＡＵに用いられ、３Ｗがバスコントローラ回路に用いられる。これは、カード筺体内での７．５Ｗ許容最大電力消費まで約３２０ｍＷの余裕を残すものである。端子ブロック内部の最大電力消費は、約０．５３Ｗ（２×１．３Ω×４５０ｍＡ^２）となる。電源の出力電圧は、ＩＥＣ６００７９−１５規格とＩＥＣ６００７９−１１規格に従い３２Ｖへ安全に制限される。この限界は、電圧制限構成要素に対し安全係数を適用し、要素配置図において、適用可能な距離を適用することで達成することができる。この構成により、Ｅｘ＿ｉｃあるいはＥｘ＿ｎＬ等級の用途向けに承認されたセグメントプロテクタを組み合わせた電源カード一体化コントローラの使用も可能になる。

フィールドバスネットワークについての標準的な電力供給効率は、室温２４Ｖ入力電圧において、通常９０％である。最悪の事例の効率は、１９．２〜３５ボルトの特定入力電圧範囲と−４０℃〜７０℃の温度範囲について約８７．５％である。電源カード一体化バスコントローラ筺体に電力調整インダクタが組み込まれている場合、カード電力消費の算出時に電力調整インダクタの電力消費を考慮する必要がある。このことは、電力調整インダクタが端子ブロック内に組み込まれている場合には当てはまらない。

電力調整インダクタが筺体内に配置してある事例については、電力調整インダクタの直列抵抗は調整コイルの大きさに応じて通常は１Ω（温度により±３０％の幅がある）である。下記の表１は、電源一体化バスコントローラにとって妥当な出力電圧／電流の組み合わせについての幾つかの実例を与えるものである。記載した損失は、電源一体化バスコントローラ筺体内部の損失である。

表１から見てとれるように、電力調整インダクタ（すなわち、インピーダンスデバイス９８）をカード７２の筺体内に配設したときに筺体内の十分な放熱をもたらすことが可能である。

上述のように、能動ジャイレータ回路の使用や５ｍＨインピーダンスの受動インダクタの使用を含め、ＡＣバス信号に対しＤＣ電圧を減結合させるべく電源内には適当なフィールドバスインピーダンスを生成する２つの汎用概念が存在する。能動ジャイレータ回路は、たとえバス上に１個しか終端器１００が作動状態にない場合でも、容認可能なバスインピーダンスを提供するため約２．５ボルトの典型的電圧降下を必要とする。十中八九、標準的な回路は特により高い電流要求時にさらに高い電圧降下を必要とする。この事実は、結果として、０．１６Ｗ（１Ω×４００ｍＡ^２）の５ｍＨ受動インダクタ内のずっと少ない電力消費とは対照的に、能動ジャイレータ回路では１Ｗ（２．５Ｖ×４００ｍＡ）の典型的な電力損失を引き起こす。

さらに、共通バスインピーダンス構成により１個のインダクタが節約される（インダクタはコストに対し際立って寄与する）。共通バスインピーダンスと並列バスインピーダンスの両方の信号品質は優れており、結果として電力の利用可能性は両方の受動構成とも高いものとなる。冗長な半田接続を有する共通バス・インピーダンス・インダクタの使用は、電力調整器の高インピーダンス欠陥に関し冗長なインダクタを用いるのと同じ効用をもたらす。しかしながら、１個のインダクタの巻線内短絡は必ずバス通信の妨害を引き起こす。何故なら並列バスインピーダンス構成内で１個のインダクタが短絡故障した場合に生成されるインピーダンスはゼロとなるからである。インダクタコアの巻線内短絡あるいは機械的亀裂の確率は、並列のバスインピーダンス構成を用いるのとは対照的に、共通バスインピーダンス構成を用いたときはたった半分となる。

端子ブロック内部に電力調整インダクタを組み込むことは、電源カード一体化バスコントローラ内部の消費電力を追加的に低減し、筺体内のより高い出力電力あるいは低減された温度上昇を可能にし、より高い効用をもたらす。その結果、端子ブロック内に組み込んだ共通インダクタを用いることは、端子ブロック内の空間がそのように利用可能な場合、最適となる可能性がある。如何なる理由にせよ端子ブロック内へのインダクタの配置が不可能である場合、複式構成によって、フィールドバスインピーダンスに影響を与えないままとする仕方でインピーダンスを制御することが必要かも知れない。この構成は、複式電源内のインダクタ間で能動的に切り替えるか、あるいは電源内の論理和要素を用いてインピーダンスを制御することで達成することができる。

上述のように、提案した電源カード一体化バスコントローラの設計は直流電気的に絶縁された電源を用いるものであり、この電源がフィールドバスセグメントに給電する典型的な３０Ｖと、内部回路系と電圧モードフィールドバスＭＡＵに給電する５Ｖの調整済み出力電圧とを生成する。上述のように、フィールドバス電力の監視は筺体内の副側マイクロコントローラにより行われる。出力電圧と出力電流とハードウェア状態は絶えず監視され、どのような障害状態も直流電気的に絶縁された離散出力端（あるいはより詳しい診断情報を転送する随意選択的なシリアルリンク）を介してバスコントローラへ発信される。各セグメントごとの赤色ＬＥＤは、各フィールドバス電源の状態をユーザへ追加的に指示する。さらに、フィールドバス信号は電圧モードＭＡＵを用いて処理され、このＭＡＵは上述のように、従来の電流モードＭＡＵとは対照的に電源カード一体化バスコントローラ筺体内部の電力消費を低減する。電圧モードＭＡＵは、ジッター許容限界もまた改善する。この構成が、従ってフィールドバス電源の出力電力を増大できるようにする。

さらに、所望とあらば、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス用のピーアンドエフ（Ｐｅｐｐｅｒｌ＋Ｆｕｃｈｓ）社製アドハンスド・ダイアグノスティック・モジュール（ＡＤＭ：Ａｄｖａｎｃｅｄ＿Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ＿Ｍｏｄｕｌｅ）等の高機能診断機能デバイスを、被給電フィールドバスネットワークへ結線することのできる独立型モジュールとして用いることができる。この場合、電源デバイス一体型バスコントローラ上に端子群を配設し、ＡＤＭを一体化カードへ直接接続できるようにすることができる。この接続は、ＡＤＭの警報状態を通信する離散入力端か、あるいは一体化カードのシリアル通信ポートへの接続のいずれかとして配設しうる。

前述の文章は本発明の数多くの異なる実施形態の詳細な説明を記載しているが、本発明範囲は本特許の末尾に記載する特許請求の範囲の文言により規定されることは理解されたい。詳細な説明は例示だけと解釈すべきであり、不可能でないにせよ、全ての可能な実施形態を記載することは実用的でない筈であるが故に、本発明の全ての可能な実施形態を記載するものではない。数多くの代替実施形態が最新の技術あるいは本発明の出願日後に開発される技術のいずれかを用いて実装することができ、それらは依然として本発明を規定する特許請求の範囲内に包含されるものである。従って、例えば、本願明細書に記載した電源デバイス一体化バスコントローラはフィールドバスＨ１ネットワークとの特定の使用に向け説明してきたが、それらは例えばＡＳＩネットワークやＤｅｖｉｃｅＮｅｔネットワークを含むバス電力を含みあるいは供給する他のバス依拠Ｉ／Ｏ通信ネットワークとともに使用しうる。

かくして、本発明の趣旨ならびに範囲から逸脱することなく、本願明細書に記載し図示した技術ならびに構成において多数の改変や変形を行なうことができる。従って、本願明細書に記載する方法と装置は例示しただけであり、本発明範囲に対する限定ではないことを理解されたい。

Claims (26)

1. 通信ネットワークのバス上にバス制御信号と電力信号とを供給するのに用いる通信ネットワークデバイスであって、
   筺体と、
   前記筺体内に配置したバスコントローラで、前記バスに接続し、（ｉ）前記バスを介してバス依拠通信信号を受信しかつ（ｉｉ）前記受信したバス依拠通信信号に従ってプロセスプラント内で制御動作を遂行するフィールドデバイスに前記バスを介して前記バス依拠通信信号を供給するコントローラ入／出力線路を含むバスコントローラと、
   筺体内に配置したバス電源で、前記フィールドデバイスに電力を供給するように前記バス用の電力信号を生成するバス電源と、
   筺体内の出力端で、バスコントローラ入／出力線路と電力信号に対する接続路を提供する出力端とを備える、通信ネットワークデバイス。
2. 前記出力端は、前記筺体を挿通して配置した第１の端子で、バスコントローラ入／出力線路へ接続した第１の端子と、前記筺体を挿通して配置した第２の端子で、前記バス電源から電力信号を受け取るよう接続した第２の端子とを含む、請求項１に記載の通信ネットワークデバイス。
3. 前記筺体内に配置したバス・インピーダンス・デバイスをさらに含む、請求項１又は請求項２に記載の通信ネットワークデバイス。
4. 前記バス電源と前記出力端との間の前記筺体内に配置した複式化論理和回路をさらに含む、請求項１に記載の通信ネットワークデバイス。
5. 前記筺体内に配置した診断ユニットで、バス電源へ接続され、バス電源に対し１以上の診断動作を遂行する診断ユニットをさらに含む、請求項１〜請求項４の何れか1項に記載の通信ネットワークデバイス。
6. 前記筺体外部に配置した端子ブロックをさらに含んでおり、この端子ブロックが前記筺体内の出力端へ接続する端子ブロック入力端と、前記バスへの接続用の端子ブロック出力端とを含む、請求項１〜請求項５の何れか1項に記載の通信ネットワークデバイス。
7. 前記バス・インピーダンス・デバイスは受動インダクタネットワークを含む、請求項３に記載の通信ネットワークデバイス。
8. 前記バス・インピーダンス・デバイスはジャイレータ回路を含む、請求項３又は請求項７に記載の通信ネットワークデバイス。
9. 前記出力端は、前記筺体を挿通して配置した第１の端子で、バスコントローラ入／出力線路に接続した第１の端子と、前記筺体を挿通して配置した第２の端子で、バス電源から電力信号を受け取るよう接続した第２の端子と、前記筺体を挿通して配置した第３の端子で、バス・インピーダンス・デバイスの第１の側に接続した第３の端子と、前記筺体を挿通して配置した第４の端子で、バス・インピーダンス・デバイスの第２の側に接続した第４の端子とを含む、請求項３、請求項７、請求項８の何れか１項に記載の通信ネットワークデバイス。
10. 前記診断ユニットは、電源に結合されて電流欠陥と電圧欠陥の一方を検出するマイクロコントローラを含んでおり、前記診断ユニットは電流欠陥あるいは電圧欠陥が検出されたときに電源による電力信号出力が出力端に達するのを遮断するよう結合したスイッチをさらに含む、請求項５に記載の通信ネットワークデバイス。
11. 前記筺体内に配置され、前記バスコントローラと前記出力端との間に結合した媒体取着ユニットをさらに含む、請求項５又は請求項１０に記載の通信ネットワークデバイス。
12. 前記バス電源は前記媒体取着ユニットに給電する第２の電力信号を生成するとともに、前記筺体内の媒体取着ユニットへ前記第２の電力信号を供給する、請求項１１に記載の通信ネットワークデバイス。
13. 前記媒体取着ユニットと前記バスコントローラとの間に配置した電気絶縁ユニットをさらに含む、請求項１１又は請求項１２に記載の通信ネットワークデバイス。
14. 第２の筺体と、前記第２の筺体内に配置した第２のバスコントローラで、前記バスに接続して前記バス上でバス依拠通信信号を供給するもう一つのバスコントローラ入／出力線路を含む第２のバスコントローラと、前記第２の筺体内に配置した第２のバス電源で、前記バス用の第２の電力信号を生成する第２のバス電源と、前記第２の筺体内の第２の出力端で、第２のバスコントローラ入／出力線路と第２の電力信号とへの接続路を提供する第２の出力端とをさらに含み、端子ブロックがさらに前記第２の筺体内の前記第２の出力端へ接続する第２の端子ブロック入力端を含み、前記端子ブロック出力端を前記バス電源あるいは前記第２のバス電源のいずれかから電力信号を受け取るよう接続し、前記バスコントローラ入／出力線路および前記第２のバスコントローラ入／出力線路へ接続した、請求項６に記載の通信ネットワークデバイス。
15. 第１の入／出力通信ネットワークの第１の網路バスと第２の入／出力通信ネットワークの第２の網路バスとの間のインタフェースをとるのに用いる通信ネットワークインタフェースデバイスであって、
    筺体と、
    前記筺体内に配置したバスコントローラで、（ａ）前記第１の網路バスに接続して第１の網路バス上で、（ｉ）前記第１の網路バスを介してバス依拠通信信号を受信しかつ（ｉｉ）前記受信したバス依拠通信信号に従ってプロセスプラント内で制御動作を遂行するフィールドデバイスに前記バス依拠通信信号を供給する第１のコントローラ入／出力線路を含み、かつ（ｂ）前記第２の網路バスに接続する第２のコントローラ入／出力線路を含み、前記第１の網路バスと前記第２の網路バスとの間のインタフェースデバイスとして作動するバスコントローラと、
    前記筺体内に配置したバス電源で、前記フィールドデバイスに電力を供給するように前記第１の網路バスのための電力信号を生成するバス電源と、
    前記筺体を挿通して配置した第１の物理的ネットワークインタフェースで、前記第１のコントローラ入／出力線路と前記第１の網路バスとの間に電気的接続路を提供する第１の物理的ネットワークインタフェースと、
    前記筺体を挿通して配置した第２の物理的ネットワークインタフェースで、前記第２のコントローラ入／出力線路と前記第２の網路バスとの間に電気的接続を提供する第２の物理的ネットワークインタフェースとを備える、通信ネットワークデバイス。
16. 前記バスコントローラは、前記第２の物理的ネットワークインタフェースを介して前記第２の網路バスから電力信号を受け取り、前記バスコントローラに給電する、請求項１５に記載の通信ネットワークデバイス。
17. 前記バスコントローラは、絶縁回路により前記バス電源から絶縁した、請求項１５又は請求項１６に記載の通信ネットワークデバイス。
18. 前記筺体内に配置した診断ユニットをさらに含んでおり、前記診断ユニットはバス電源に接続され、前記バス電源に対し１以上の診断動作を遂行する、請求項１５〜請求項１７の何れか1項に記載の通信ネットワークデバイス。
19. 前記診断ユニットは、電源に結合され電流欠陥と電圧欠陥のうち一方を検出するマイク
    ロコントローラを含み、前記診断ユニットは電流欠陥または電圧欠陥が検出されたときに電源が出力する電力信号が第１の網路バスへ達しないよう遮断すべく結合したスイッチをさらに含む、請求項１８に記載の通信ネットワークデバイス。
20. 前記筺体内に配置され、前記バスコントローラと前記第１の物理的ネットワークインタフェースとの間に結合した媒体取着ユニットをさらに含む、請求項１５〜請求項１９の何れか1項に記載の通信ネットワークデバイス。
21. 前記第２の網路バスが、前記第１の網路バスに結合されたデバイスを用いてプロセス制御ルーチンを実行するプロセスコントローラへバスコントローラを結合する、請求項１５〜請求項２０の何れか1項に記載の通信ネットワークデバイス。
22. 通信ネットワークのバス上でバス制御信号と給電信号とを供給するのに用いる通信ネットワーク制御システムであって、
    １以上の入力端を含み、かつ前記通信ネットワークの前記バスへ接続する１個の出力端とを含む端子ブロックと、
    第１のバス・コントローラ・デバイスであって、
    第１の筺体と、
    前記第１の筺体内に配置した第１のバスコントローラであって、端子ブロックの入力端の１つへ接続し、前記端子ブロックを介して、（ｉ）前記バスを介してバス依拠通信信号を受信しかつ（ｉｉ）前記受信したバス依拠通信信号に従ってプロセスプラント内で制御動作を遂行するフィールドデバイスに接続された前記バスへ前記バス依拠通信信号を供給する第１のコントローラ入／出力線路を含む第１のバスコントローラと、
    前記第１の筺体内に配置した第１のバス電源であって、前記フィールドデバイスに電力を供給するように前記バスに対し第１の電力信号を供給し、前記端子ブロックの入力端の１つへ接続し、前記端子ブロックを介してバスへ第１の電力信号を供給する第１のバス電力供給出力端を含む第１のバス電源と、
    を含む第１のバス・コントローラ・デバイスと、
    第２のバス・コントローラ・デバイスであって、
    第２の筺体と、
    前記第２の筺体内に配置した第２のバスコントローラであって、前記端子ブロックの入力端の１つへ接続し、前記端子ブロックを介してバスへバス依拠通信信号を供給する第２のコントローラ入／出力線路を含む第２のバスコントローラと、
    前記第２の筺体内に配置した第２のバス電源であって、前記バスに対し第２の電力信号を供給し、前記端子ブロックの入力端の１つへ接続し、前記端子ブロックを介して前記バスへ第２の電力信号を供給する第２のバス電力供給出力端を含む第２のバス電源と、
    を含む第２のバス・コントローラ・デバイスと、
    を備え、
    前記端子ブロックが、前記第１のコントローラ入／出力線路と前記第２のコントローラ入／出力線路とを前記バスへ電気的に結合し、前記第１のバス電力供給出力端と前記第２のバス電力供給出力端とを前記バスへ電気的に結合する、通信ネットワーク制御システム。
23. 前記端子ブロックが入力端と出力端を有するバス・インピーダンス・デバイスを含み、前記第１のバス電力供給出力端と前記第２のバス電力供給出力端とを前記バス・インピーダンス・デバイスの入力端へ結合し、前記バス・インピーダンス・の出力端を前記バスへ結合した、請求項２２に記載の通信ネットワーク制御システム。
24. 前記第１のバス・コントローラ・デバイスは、前記第１のバス電力供給出力端子と前記端子ブロックの入力端の１つとの間に結合されて前記第１の電力信号を調整する第１のインピーダンスデバイスを含んでおり、前記第２のバス・コントローラ・デバイスは、前記第２のバス電力供給出力端子と前記端子ブロックの入力端子の１つとの間に結合されて前記第２の電力信号を調整する第２のインピーダンスデバイスを含んでおり、前記端子ブロックが、前記調整された第１と第２の電力信号を併せバスへ接続する、請求項２２又は請求項２３に記載の通信ネットワーク制御システム。
25. 前記第１のバス・コントローラ・デバイスは、第１の外部電気接続を介して前記第１のバス電力供給出力端子と前記端子ブロックの入力端の１つとの間に結合して前記第１の電力信号を調整する第１のインピーダンスデバイスを含んでおり、前記第２のバス・コントローラ・デバイスは、第２の外部電気接続を介して前記第２のバス電力供給出力端子と前記端子ブロックの入力端の１つとの間に結合して前記第２の電力信号を調整する第２のインピーダンスデバイスを含んでおり、前記端子ブロックが、前記第１の電力信号が前記第１のインピーダンスデバイスにより調整されることなく、かつ前記第２の電力信号が前記第２のインピーダンスデバイスにより調整されることなく、前記第１の電力信号と前記第２の電力信号へ接続する第３のインピーダンスデバイスを含む、請求項２２〜請求項２４の何れか1項に記載の通信ネットワーク制御システム。
26. 前記インピーダンスデバイスが受動インダクタネットワークを含む、請求項２３〜請求項２５の何れか1項に記載の通信ネットワーク制御システム。

Images