特許 6476111 プロセス制御ループ電流検証

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6476111

(24)【登録日】2019年2月8日

(45)【発行日】2019年2月27日

(54)【発明の名称】プロセス制御ループ電流検証

(51)【国際特許分類】

   G05B 23/02 20060101AFI20190218BHJP

   G01D 21/00 20060101ALI20190218BHJP

【ＦＩ】

   G05B23/02 V

   G01D21/00 N

【請求項の数】14

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-514951(P2015-514951)

(86)(22)【出願日】2012年5月29日

(65)【公表番号】特表2015-524108(P2015-524108A)

(43)【公表日】2015年8月20日

(86)【国際出願番号】RU2012000422

(87)【国際公開番号】WO2013180591

(87)【国際公開日】20131205

【審査請求日】2015年1月26日

【審判番号】不服2016-18546(P2016-18546/J1)

【審判請求日】2016年12月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】597115727

【氏名又は名称】ローズマウント インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001508

【氏名又は名称】特許業務法人 津国

(72)【発明者】

【氏名】ヴァルナク，ヴァレンチン・ゲンナジーヴィッチ

(72)【発明者】

【氏名】シュミット，パヴェル・パヴロヴィチ

(72)【発明者】

【氏名】ベロフ，レオニド・イオシフォヴィッチ

【合議体】

【審判長】 西村 泰英

【審判官】 栗田 雅弘

【審判官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／００８６４７４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平６−２０９４９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１３２８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−９９０８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

G05B23/00-23/02

G01D18/00-21/02

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

検知されたプロセス変数を示す出力信号（１２６）を生成するように構成されたプロセス変数センサ（１２０）と、
前記出力信号（１２６）を表すデジタル測定値（１３２）をアナログ信号（１５２）に変換するように構成され、前記アナログ信号（１５２）から高周波ノイズを除去してアナログ測定値（１３８）を生成するための第１のローパスフィルタ（１５０）を含むデジタル−アナログ変換回路（１３６）と、
２線式プロセス制御ループ（１０６）上のループ電流値を、前記アナログ測定値（１３８）の関数として制御するように構成されたループ電流出力回路（１２２）と、
前記２線式プロセス制御ループに結合され、前記ループ電流値を測定するように構成され、測定結果を示すアナログ信号から高周波ノイズを除去して測定されたループ電流値（１４２）を生成するための第２のローパスフィルタ（１５６）、及び前記測定されたループ電流値（１４２）をアナログ信号からデジタル信号に変換するためのアナログ−デジタル変換器（１５８）を含むループ電流測定回路（１４０）と、
前記デジタル測定値（１３２）と、前記第１及び第２のローパスフィルタ（１５０、１５６）の特性とに基づく計算によって、近似ループ電流値（１６４）を算出し、該近似ループ電流値（１６４）と、デジタル信号に変換された前記ループ電流値（１４２）との比較に基づいて診断信号（１４４）を生成するように構成されたループ電流検証回路（１２４）と、
を含む、プロセス装置（１０２）。

【請求項2】

前記ループ電流検証回路が、前記第１のローパスフィルタの時定数に基づいて、前記近似ループ電流値を算出するように構成される、請求項１記載のプロセス装置。

【請求項3】

前記ループ電流検証回路が、前記第２のローパスフィルタの時定数に基づいて、前記近似ループ電流値を算出するように構成される、請求項２記載のプロセス装置。

【請求項4】

前記ループ電流検証回路が、
前記測定されたループ電流値と前記近似ループ電流値との間の差分に対応する誤差評価出力（１６６）を有する差分評価器（１６０）と、
前記誤差評価出力と基準値（１６８）とを比較し、比較に応じた前記診断信号を出力するように構成されたコンパレータ（１６２）と、
を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプロセス装置。

【請求項5】

前記ループ電流検証回路が、以下の式
Ｉ_Ｃ１（ｎ）＝ａ_１＊Ｉ（ｎ）＋ｂ_１＊Ｉ_Ｃ１（ｎ−１）；及び
Ｉ_Ｃ２（ｎ）＝ａ_２＊Ｉ_Ｃ１（ｎ）＋ｂ_２＊Ｉ_Ｃ２（ｎ−１）；
（ここで、ｎは現行のサンプルを表し、ｎ−１は先行のサンプルを表し、Ｉはデジタル測定値であり、ａ_１及びｂ_１は、前記第１のローパスフィルタの時定数に基づいて計算され、ａ_２及びｂ_２は、前記第２のローパスフィルタの時定数に基づいて計算される）
に基づいて、前記近似ループ電流値（Ｉ_Ｃ２（ｎ））を再帰的に生成するように構成される、請求項３又は４に記載のプロセス装置。

【請求項6】

前記ループ電流検証回路が、メモリ（１３４）に記憶された補正係数に基づいて、前記近似ループ電流値を算出するように構成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のプロセス装置。

【請求項7】

前記ループ電流検証回路が、以下の式
Ｉ_Ｃ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）−ｋ＊ΔＩ＝Ｉ（ｎ）−ｋ＊（Ｉ（ｎ）−Ｉ（ｎ−１））；
（ここで、ｋは補正係数であり、ｎは現行のサンプルを表し、ｎ−１は先行のサンプルを表し、Ｉはデジタル測定値である）
に基づいて、前記近似ループ電流値を算出するように構成される、請求項６記載のプロセス装置。

【請求項8】

前記２線式プロセス制御ループが、４−２０ミリアンペアループである、請求項１〜７のいずれか１項に記載のプロセス装置。

【請求項9】

前記プロセス装置が、前記２線式プロセス制御ループによって電力供給される、請求項１〜８のいずれか１項に記載のプロセス装置。

【請求項10】

プロセス装置（１０２）において、２線式プロセス制御ループ（１０６）内のループ電流値を検証するための方法であって、
プロセス変数を検知する（１８４）ことと、
デジタル測定値（１３２）を、前記検知されたプロセス変数の関数として、第１の値から第２の値まで変化させる（１８６）ことと、
第１のローパスフィルタ（１５０）を用いて、前記デジタル測定値（１３２）をアナログ測定値（１３８）に変換する（１８８）ことと、
前記２線式プロセス制御ループ（１０６）内のループ電流値を、前記アナログ測定値（１３８）の関数として調整する（１９０）ことと、
前記２線式プロセス制御ループ（１０６）内の前記ループ電流値を検知する（１９２）ことと、
第２のローパスフィルタ（１５６）を用いて、前記検知されたループ電流値を測定されたループ電流値（１４２）に変換する（１９４）ことと、
アナログ−デジタル変換器（１５８）を用いて、前記測定されたループ電流値（１４２）をアナログ信号からデジタル信号に変換することと、
前記デジタル測定値（１３２）と、前記第１及び第２の各ローパスフィルタ（１５０、１５６）の特性とに基づく計算によって、近似ループ電流値（１６４）を算出すること（１９６）と、
前記近似ループ電流値（１６４）とデジタル信号に変換された前記ループ電流値（１４２）との比較（１９８）に基づいて、診断信号（１４４）を生成すること（２００）と、
を含む方法。

【請求項11】

前記測定されたループ電流値を近似化することが、以下の式
Ｉ_Ｃ１（ｎ）＝ａ_１＊Ｉ（ｎ）＋ｂ_１＊Ｉ_Ｃ１（ｎ−１）；及び
Ｉ_Ｃ２（ｎ）＝ａ_２＊Ｉ_Ｃ１（ｎ）＋ｂ_２＊Ｉ_Ｃ２（ｎ−１）；
（ここで、ｎは現行のデジタルサンプルを表し、ｎ−１は先行のデジタルサンプルを表し、Ｉはデジタル測定値であり、ａ_１及びｂ_１は第１のローパスフィルタの時定数に基づいて計算され、ａ_２及びｂ_２は、第２のローパスフィルタの時定数に基づいて計算される）
に基づいて、前記近似ループ電流値（Ｉ_Ｃ２）を再帰的に生成することを含む、請求項１０記載の方法。

【請求項12】

前記ａ_１、ｂ_１、ａ_２及びｂ_２の値をメモリ（１３４）から取り出すことをさらに含む、請求項１１記載の方法。

【請求項13】

前記近似ループ電流値を算出することが、前記デジタル測定値に、前記第１及び前記第２のローパスフィルタの特性に基づく補正係数を適用することを含む、請求項１０記載の方法。

【請求項14】

前記プロセス装置のメモリ（１３４）から前記補正係数を取り出すことをさらに含む、請求項１３記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、プロセス制御／監視システムで用いられるプロセス装置に関する。より具体的には、本開示は、プロセス装置における誤差を特定するためのループ電流診断を行うことに関する。

【背景技術】

【0002】

プロセス変数トランスミッタは、プロセス制御／監視システムにおけるプロセスパラメータ（又はプロセス変数）を測定し、制御室に測定値を送信するために用いられる。たとえば、プロセス流体の圧力に関する情報が、制御室に送信されて、精油等のプロセスを制御するために用いられることができる。

【0003】

プロセス変数測定の送信は、２線式プロセス制御ループを経由して行われることが多い。そのようなプロセス制御ループでは、電流は、たとえば制御室内のような場所にある電流源から供給され、トランスミッタは、フィールド内のその離間した場所からのループを流れる電流を制御する。たとえば、４ｍＡ信号を用いて、ゼロ読み取り値を示すことができ、２０ｍＡ信号を用いて、フルスケールの読み取り値を示すことができる。また、同じ２線式を用いて、トランスミッタに電力供給することもできる。

【0004】

最近になって、トランスミッタは、プロセス制御ループを通し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使用している。そのような技術の一例は、HART（登録商標）通信プロトコルである。HART（登録商標）プロトコル及び他のそのようなプロトコルは、通常は、トランスミッタに送られて、所望の応答、たとえばトランスミッタ制御または問い合わせを引き出すコマンド又は指示のセットを含む。

【0005】

アナログループ電流を用いて、たとえばプロセス変数等の情報を表す場合、ループ電流が設定されることができる精度は、送信されたプロセス変数の精度に対する制限要因となる可能性がある。トランスミッタが経年劣化するに従い、ループ電流を制御してプロセス変数測定を正確に表すトランスミッタの能力は劣化する可能性がある。したがって、ループ電流がプロセス変数測定値の正確な表示であることを確認することによって、トランスミッタに周期的な診断試験を行うことが望ましい。この診断機能を行う代表的な装置は、米国特許第７，２８０，０４８号及び米国公開第２００５／００３０１８６号に記載され、これらはChanhassen, MinnesotaのRosemount Inc.に譲渡されている。

【0006】

トランスミッタによって行われる診断試験は、故障しているトランスミッタを誤って特定することを防止するために、可能な限り正確である必要がある。従来のトランスミッタ診断試験は、プロセス変数が変化している間は、故障しているトランスミッタを誤って特定する場合がある。変化しているプロセス変数は、トランスミッタが正しく動作しているにもかかわらず、トランスミッタが、ループ電流を、プロセス変数測定値とは異なる値に設定する結果となる可能性がある。

【発明の概要】

【0007】

プロセス装置は、検知されたプロセス変数を示す出力信号を生成するように構成されたプロセス変数センサと、２線式プロセス制御ループ上のループ電流を、出力信号に基づく値に制御するように構成されたループ電流出力回路と、プロセス制御ループに結合され、ループ電流に基づいて測定されたループ電流値を生成するように構成されたループ電流測定回路と、出力信号と、ローパスフィルタの特性とに基づいて、ループ電流値を近似化し、近似化されたループ電流値と測定されたループ電流値との比較に基づいて診断信号を生成するように構成されたループ電流検証回路とを含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】プロセス管に接続されたプロセス変数トランスミッタを含む、プロセス制御システムの図である。

【図2】プロセス変数トランスミッタの斜視図であり、その内部に有する１つの代表的な構成を示す。

【図3】本発明の実施形態によるプロセス装置の簡略化されたブロック図である。

【図4】プロセス装置における代表的な信号の３つのチャートである。

【図5】本発明の実施形態による、ループ電流検証回路の簡略化された図である。

【図6】本発明の実施形態による、代表的なローパスフィルタの簡略化された図である。

【図7】本発明の実施形態による、近似ループ電流値を計算する方法を図示する。

【図8】本発明の実施形態による、近似ループ電流値を計算する方法を図示する。

【図9】本発明の実施形態による、２線式プロセス制御ループ内のループ電流を検証するための、プロセス装置における方法を図示するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明の実施形態は、デジタル測定値から変換されたアナログ出力が、測定されたデジタル値を正確に反映する検証を提供する。１つの代表的な実施では、本発明の実施形態は、プロセス装置によってプロセス制御ループに付与された、電流（たとえば４−２０ｍＡ、０−２０ｍＡ）又は電圧（たとえば１−５Ｖ、０−５Ｖ）等のアナログ出力が、所望の値を正確に反映する値に設定される検証を提供する。本発明は、プロセス制御ループ内の電流を制御するために用いられるあらゆるプロセス装置で実施されることができるが、本明細書で述べられた、実例となるプロセス装置に限定されない。たとえば、本明細書に記載された１つのプロセス装置は、プロセス変数を検知するためのセンサを含むプロセス変数トランスミッタである。このトランスミッタは、プロセス制御ループを通して流れる電流を、検知されたプロセス変数を表すアナログ値に制御する。しかし、本発明のさまざまな態様を実施するために、プロセス装置がプロセス変数を検知することが必要ではないことが理解される。本発明の実施形態はまた、アナログ出力がデジタル信号から変換される、他のシステムでの診断に用いてもよい。たとえば、本発明の実施形態を用いて、多変数トランスミッタからHART（登録商標）デジタル情報（一次、二次及び他の変数）を読み取って、それを３つのアナログ出力信号（たとえば４−２０ｍＡ信号）に変換するRosemount 333 HART（登録商標）３線式変換器での診断を行ってもよい。

【0010】

図１は、プロセス変数トランスミッタの形態のプロセス装置１０２を含み、プロセス管１０４に接続されている代表的なプロセス制御システム１００の図であるプロセス装置１０２は、固有の又は標準的なプロトコル、たとえばHART（登録商標）通信プロトコルに従って動作する２線式プロセス制御ループ１０６に結合されている。しかし、本発明は、この規格に限定されない。

【0011】

２線式プロセス制御ループ１０６は、プロセス装置１０２と制御室１０８との間を通っている。１つの実施形態では、ループ１０６は、プロセス変数センサ１２０を用いて検知された、検知されたプロセス変数を表す電流Ｉを運ぶ。加えて、ループ１０６は、他のプロトコル、たとえばHART（登録商標）プロトコルに従って動作することができ、ループ１０６を通る電流上にデジタル信号重畳されることを可能にし、デジタル情報がプロセス装置１０２に送信され、またそこから受信されることができるようにする。

【0012】

図２は、プロセス装置１０２の斜視図であり、その内部に有する１つの代表的な構成を示している。この代表的な実施形態では、プロセス装置１０２は、検知モジュール１１２に結合されたトランスミッタモジュール１１０を含む。検知モジュール１１２は、マニホールドプロセス継手１１４を通して、プロセス配管１０４（図１に図示）に結合する。

【0013】

トランスミッタモジュール１１０は、検知モジュール１１２内に設けられた検知モジュール電子回路１１８に結合するトランスミッタモジュール電子回路１１６を含む。通常は、検知モジュール電子回路１１８は、プロセス変数センサ、たとえばプロセスの動作に関連するプロセス変数を検知するために用いられるセンサ１２０（図１）に結合する。トランスミッタモジュール電子回路１１６は、ループ電流出力回路１２２、及びループ電流検証回路１２４を含む。回路１２４は、ハードウェア、ソフトウェア又はそれら２つのハイブリッドな組み合わせで実施されることができ、プロセス装置１０２内部のどこにでも位置することができる。

【0014】

動作中、ループ電流出力回路１２２は、測定されたプロセス変数等を表すように、ループ１０６を通って流れる電流Ｉの値を制御する。これを用いて、工業用プロセスの動作を監視又は制御することができる。いくつかの用途では、出力回路１２２をさらに用いて、プロセス装置１０２内部の回路に、従来の技術に従って、ループ１０６を経由して受けた電力を用いて生成された電力供給する。いくつかの用途では、たとえば安全度水準（Safety Integrity Level：SIL）認定を得るために、プロセス装置１０２が一定の信頼性基準を満たす必要がある。たとえば、故障又は今にも起こりそうな故障の場合にプロセスが停止されることを確実にするために、いくつかの認定は、コンポーネントのいくつかがプロセス装置１０２で故障したとしても、警報信号が正しく送られて、安全な停止を起こすことができるようにすることを必要とする。ループ電流検証回路１２４は、そのような構成に適用可能とすることができる。

【0015】

図３は、本発明の実施形態によるプロセス装置１０２の簡略化されたブロック図である。いくつかの実施形態では、プロセス装置１０２は、プロセスに結合し、検知されたプロセスの測定値を示す出力信号１２６を発生させるように構成されたプロセス変数センサ１２０を含む。プロセス装置１０２は、測定信号１２６の初期処理を提供する測定回路をさらに含む。１つの実施形態では、測定回路は、アナログ−デジタル変換器１２８を含み、アナログ出力信号１２６をデジタル測定信号に変換する。１つの実施形態では、測定回路は、変換器１２８からのデジタル測定信号を処理し、デジタル測定値１３２を出力するマイクロコントローラ１３０に代表される、１以上のマイクロプロセッサを含む。本測定回路は、たとえばデジタル化されたセンサ出力信号を処理するためにマイクロコントローラ１２８によって用いられるための記憶された値、当該１以上のプロセッサによって実行可能であるプログラム命令を行うための方法ステップ、及び本明細書に記載された他の機能を含み得るメモリ１３４をさらに含んでもよい。

【0016】

いくつかの実施形態では、プロセス装置１０２は、デジタル測定値１３２をアナログ測定値１３８に変換するデジタル−アナログ変換回路１３６を含む。アナログ測定値１３８は、ループ電流出力回路１２２に提供され、これは、従来の技術に従って、２線式プロセス制御ループ１０６内のループ電流値Ｉをアナログ測定値１３８の関数として制御する。

【0017】

１つの実施形態では、プロセス装置１０２は、プロセス制御ループ１０６に結合されたループ電流測定回路１４０を含み、ループ電流値Ｉに基づく被測定ループ電流値１４２を生成するように構成される。１つの実施形態では、プロセス装置１０２は、ループ電流検証回路１２４を含み、これは一般的には、測定されたループ電流値１４２をデジタル測定値１３２と比較し、それに応答して、比較に関連する診断信号１４４を生成するように構成される。たとえば、ループ電流検証回路１２４は、ループ電流値Ｉがデジタル測定値１３２によって示された目的とする値の、所定の又は調整可能な閾値外であることを示す診断信号１４４を提供し得る。設定された閾値は、固定された閾値に基づくか、又は比率差異（percentage discrepancy）に基づくか、もしくはループ電流値Ｉの目的とする値１３２との他の関係であってもよい。加えて、診断信号１４４は、実際のループ電流値Ｉ対所望の出力ループ電流値１３２の誤差量の絶対的又は相対的な表示であることができる。診断信号１４４は、従来の技術に従って、２線式プロセス制御ループ１０６を経由して通信されることができる。

【0018】

デジタル−アナログ変換回路１３６の１つの実施形態は、デジタル−アナログ変換器１４６及びローパスフィルタ１５０を含む。デジタル−アナログ変換器１４６は、デジタル測定値１３２をアナログ信号１５２に変換する。信号１５２は、ローパスフィルタ１５０を通過して、アナログ測定値１３８を発生させる。

【0019】

ループ電流測定回路１４０の１つの実施形態は、電流センサ１５４、又は２線式プロセス制御ループ１０６内のループ電流値Ｉを測定するための他の装置を含む。電流センサ１５４は、ループ電流値Ｉと直列である抵抗の両端の電圧の測定を通して、又は他の好適な従来の技術を通して、ループ電流を測定してもよい。１つの実施形態では、電流センサ１５４からの出力は、ローパスフィルタ１５６を通してアナログ−デジタル変換器１５８に渡され、ループ電流検証回路１２４に提供される測定されたループ電流値１４２を形成する。ローパスフィルタ１５６は、一般的には、アナログ−デジタル変換器１５８による処理の前に、ループ電流測定値１４２から高周波ノイズを除去するように動作する。

【0020】

上述したように、ループ電流検証回路１２４は、ループ電流値Ｉをループ電流の所望の値と比較する。１つの実施形態では、ループ電流の所望の値は、デジタル測定値１３２によって表され、センサ出力１２６を表す。図３に示されるように、ループ電流検証回路１２４は、好適な接続を通してデジタル測定値１３２を受信する。

【0021】

別の例によれば、プロセス装置１０２は試験モードに入ることができ、この中で２線式プロセス制御ループ１０６を通るループ電流値Ｉは、１つ以上の所定のループ電流値に、又はループ電流値のパターンに設定される。この試験モード中、ループ電流検証回路１２４は、プロセス制御ループ１０６を通って流れる実際のループ電流値Ｉを、デジタル測定値１３２ではなく、所定のループ電流値を表す基準値と比較する。したがって、プロセス装置１０２の代表的な図は、デジタル測定値１３２がループ電流検証回路１２４に提供されることを示しているが、プロセス装置１０２が試験モードである間に生成された所定のループ電流値Ｉに対応する基準デジタル測定値が、ループ電流検証回路１２４に代替的に提供されてもよいことが理解される。以下、デジタル測定値と、所定の試験モードループ電流値Ｉを示す基準信号との両方を、デジタル測定値１３２と呼ぶ。

【0022】

ループ電流検証回路１２４に、測定されたデジタル値１３２によって示されたループ電流値Ｉの所望の値と、実際のループ電流値Ｉとの間の誤差を正確に表す診断信号１４４を発生させるために、ループ電流検証回路１２４は、測定されたループ電流値１４２に影響する測定誤差を考慮しなければならない。そのような測定誤差の考慮を怠ると、プロセス装置１０２内の誤差を誤って示す診断信号１４４につながる可能性がある。

【0023】

本発明の実施形態は、センサ出力信号１２６が一般的に、プロセス変数の変化に応じて変化するときに生じる動的測定誤差に対応するように動作する。そのようなセンサ出力信号１２６の変化は、図４に示された上段のチャートに示されたように、デジタル測定値１３２の電圧でのステップ変化を発生させる。デジタル測定値１３２の電圧のステップ変化に応じて発生する、結果として得られるアナログ測定値１３８が、図４の中段のチャートに示される。アナログ測定値１３８は、その値とデジタル測定値１３２との間の差分に対応した動的測定誤差を有する。この誤差は、図４の下段のチャートに示された測定されたループ電流値１４２によって示されるように、ループ電流測定回路１４０によってさらに拡大される。デジタル測定値１３２と測定されたループ電流値１４２との間の、結果として得られる動的誤差は、一般的には、ローパスフィルタ１５０及び１５６によって引き起こされる。説明がない限り、この動的誤差は、プロセス装置１０２の誤差を誤って示す診断信号１４４の生成を引き起こす可能性がある。

【0024】

図５は、本発明の実施形態による、ループ電流検証回路１２４の簡略化された図である。いくつかの実施形態では、ループ電流検証回路１２４は、差分評価器１６０及びコンパレータ１６２を含む。差分評価器１６０は、測定されたループ電流値１４２と近似ループ電流値１６４との間の差分を定める。差分値１６６はコンパレータ１６２に出力され、これは差分値１６６を基準値１６８と比較して、比較に応じた診断信号１４４を出力する。基準値１６８は、上述のように、各種の診断信号１４４、たとえば一組の閾値誤差値を誘発するために用い得る１以上の値を表す。基準値１６８は、プロセス装置１０２のメモリ、たとえばメモリ１３４から取り出されてもよい。本明細書に提示された装置１０２の他のモジュールと同様に、差分評価器１６０及びコンパレータ１６２は、たとえばマイクロコントローラ１３０の１以上のプロセッサによって実行されるハードウェア又はソフトウェアを通して、プロセス装置１０２に組み込まれてもよい。

【0025】

近似ループ電流値１６４は、デジタル測定値１３２と、ローパスフィルタ１５０及び１５６の特性とに基づいて生成されて、動的測定誤差を近似化する。結果として得られた、測定されたループ電流値１４２と、差分評価器１６０から出力された近似ループ電流値１６４との間の差分値１６６は、デジタル測定値１３２を用いて可能であるよりも変化している期間中、装置１０２の実際の誤差のより良いインジケータである。

【0026】

１つの実施形態では、近似化されたデジタルループ電流値１６４は、ローパスフィルタ１５０及び１５６の時定数を考慮する。図６は、フィルタ１５０及び１５６に用いられることができ、ローパスフィルタ１５０として図示された代表的なローパスフィルタの簡略化された図である。ローパスフィルタ１５０は、ループ電流出力回路１２２と直列である抵抗Ｒと、ループ電流出力回路１２２と並列であるコンデンサＣとを含む。コンデンサＣはリアクタンスを呈し、デジタル−アナログ変換器１４６からの低周波信号をブロックして、それらをループ電流出力回路１２２に進ませる。コンデンサＣのリアクタンスは、デジタル−アナログ変換器１４６から出力されたより高い周波数の信号とともに降下し、コンデンサＣを短絡接地として効果的に機能させ、それによって、より高い周波数のノイズをフィルタリングする。当業者には理解されるように、ローパスフィルタの時定数は、抵抗Ｒ及びキャパシタンスＣの結果に基づく。

【0027】

いくつかの実施形態では、ループ電流検証回路１２４は、図７に概略的に図示されるように、一対の巡回型フィルタ１７０及び１７２を用いて、近似ループ電流値１６４を計算する。巡回型フィルタ１７０及び１７２は、メモリ１３４内に記憶されたソフトウェア、又はマイクロコントローラ１３０の１以上のプロセッサによって実行されるプロセス装置１０２の他のメモリに組み込まれ得る。代替的に、フィルタ１７０及び１７２は、ハードウェアに組み込まれてもよい。

【0028】

巡回型フィルタ１７０は、デジタル測定値１３２のデジタルサンプル値（Ｉ（ｎ））を受信し、デジタル測定値サンプル値Ｉ（ｎ）に基づく修正サンプル値Ｉ_Ｃ１（ｎ）、先行の修正済みサンプル値Ｉ_Ｃ１（ｎ−１）及び値ａ_１及びｂ_１を出力し、これらは、式１で示されたように、ローパスフィルタ１５０の時定数に基づいて計算される。１つの実施形態では、巡回型フィルタ１７０は、プロセス装置１０２のメモリ、たとえばメモリ１３４から、先行のデジタル測定値サンプル値Ｉ（ｎ−１）及び先行の修正済みサンプル値Ｉ_Ｃ１（ｎ−１）を受信する。
Ｉ_Ｃ１（ｎ）＝ａ_１＊Ｉ（ｎ）＋ｂ_１＊Ｉ_Ｃ１（ｎ−１） 式１

【0029】

巡回型フィルタ１７２は、巡回型フィルタ１７０から修正済みサンプル値Ｉ_Ｃ１を受信し、修正済みデジタル測定値サンプル値Ｉ_Ｃ１（ｎ）、先行の近似デジタル測定値Ｉ_Ｃ２（ｎ−１）、及び値ａ_２及びｂ_２に基づいて、デジタル測定値サンプル値Ｉ（ｎ）に対応する近似ループ電流値１６４サンプル値Ｉ_Ｃ２（ｎ）を計算し、これらは式２に示されるように、ローパスフィルタ１５６の時定数に基づいて計算される。１つの実施形態では、巡回型フィルタ１７２は、プロセス装置１０２のメモリ、たとえばメモリ１３４から、先行の近似ループ電流値Ｉ_Ｃ２（ｎ−１）を受信する。
Ｉ_Ｃ２（ｎ）＝ａ_２＊Ｉ_Ｃ１（ｎ）＋ｂ_２＊Ｉ_Ｃ２（ｎ−１） 式２

【0030】

いくつかの実施形態では、ａ_１、ｂ_１、ａ_２及びｂ_２の値は、ローパスフィルタ１５０及び１５６の時定数に基づいて、式３及び４に従って計算される。Ｄは、時間間隔の量で表現された時定数であり、Ｔ／Ｍと等しく、ここでＭは巡回型フィルタ再計算周期であり、Ｔはハードウェアフィルタの時定数である。
ａ＝１−ｂ 式３
ｂ＝ｅｘｐ^{（−１／Ｄ）} 式４

【0031】

そして、巡回型フィルタ１７２から出力された近似ループ電流値サンプル値１６４（Ｉ_Ｃ２）は、差分評価器１６０（図５）に提供されて、差分値１６６の計算に用いられる。いくつかの実施形態では、近似ループ電流値サンプル値１６４（Ｉ_Ｃ２）は、プロセス装置１０２のメモリ１３４、又はプロセス装置１０２の他のメモリから取り出される。

【0032】

各々の近似ループ電流値サンプル値１６４（Ｉ_Ｃ２（ｎ））は、ローパスフィルタ１５０及び１５６によって引き起こされる動的誤差の適正な近似をもたらす。結果として、近似ループ電流値サンプル値１６４は、プロセス装置１０２が正しく機能している場合に、測定されたループ電流値１４２が取るべき値を表す。このように、近似ループ電流値サンプル値１６４は、ループ電流検証回路１２４が、プロセス装置１０２の健全性について、ローパスフィルタ１５０及び１５６の特性に基づいてデジタル測定値１３２を較正することなく可能であるよりも、より正確な評価を行うことを可能にする。

【0033】

ループ電流検証回路１２４によって実施され得る、近似ループ電流値サンプル１６４を計算するための別の技術が、図８に図示される。いくつかの実施形態では、ループ電流検証回路１２４は、差分評価器１８０及び補正器１８２を含む。差分評価器１８０及び補正器１８２は、装置１０２のメモリ、たとえばマイクロコントローラ１３０の１以上のプロセッサによって実行可能であるメモリ１３４等に記憶されたソフトウェアに組み込まれてもよい。代替的に、差分評価器１８０及び／又は補正器１８２は、プロセス装置１０２のハードウェアに組み込まれてもよい。

【0034】

いくつかの実施形態では、差分評価器１８０は、電流デジタル測定値１３２（Ｉ（ｎ））及び先行のデジタル測定値サンプル値（Ｉ（ｎ−１））を受信し、デジタル測定値（ΔＩ＝Ｉ（ｎ）−Ｉ（ｎ−１））の変化を計算する。先行のデジタル測定値サンプル値Ｉ（ｎ−１）は、プロセス装置１０２のメモリ、たとえばメモリ１３４から取り出され得る。

【0035】

差分評価器１８０は、補正器１８２に、デジタル測定値サンプル値ΔＩの変化を出力する。補正器１８２は、電流デジタル測定値サンプル値Ｉ（ｎ）及び補正係数ｋを受信し、式５に従って近似ループ電流値１６４（Ｉ_Ｃ）を計算する。補正係数ｋは、プロセス装置１０２のメモリ、たとえばメモリ１３４から取り出されてもよく、ローパスフィルタ１５０及び１５６の特性に基づく。いくつかの実施形態では、ループ電流検証回路１２４は、この診断デジタル測定値１３２の変化に応じて、この診断評価を行うようにトリガされる。
Ｉ_Ｃ（ｎ）＝Ｉ（ｎ）−ｋ＊ΔＩ＝Ｉ（ｎ）−ｋ＊（Ｉ（ｎ）−Ｉ（ｎ−１）） 式５

【0036】

いくつかの実施形態では、補正係数ｋは、プロセス装置１０２の製造段階で決定され、デジタル測定値がその最小値からその最大値まで推移するときに測定されたループ電流値１４２の傾斜に概ね対応する。いくつかの実施形態では、補正係数ｋは、デジタル−アナログ変換器１４６の更新と、定数を除いたアナログ−デジタル変換器１５８の更新との間の期間の関数である。

【0037】

図９は、本発明の実施形態によるプロセス装置１０２において２線式プロセス制御ループ内のループ電流を検証するための方法を図示するフローチャートである。ステップ１８４において、プロセス変数は、図３に示されるようなプロセス装置１０２のセンサ１２０を用いて検知される。ステップ１８６において、デジタル測定値１３２は、図４の上段のチャートに図示されたように、検知されたプロセス変数の関数として、第１の値から第２の値まで変換する。そして、デジタル測定値１３２は、ステップ１８８において、第１のローパスフィルタ１５０（図３）を用いてアナログ測定値１３８に変換される。１つの実施形態では、ローパスフィルタ１５０は、図３に示されるように、デジタル−アナログ変換器１４６から出力信号１５２を受信する、デジタル−アナログ変換回路１３６のコンポーネントである。

【0038】

ステップ１９０において、２線式プロセス制御ループ１０６内のループ電流値Ｉが調整される。いくつかの実施形態では、ループ電流値Ｉに対するこの調整は、ループ電流出力回路１２２の関数として、アナログ測定値１３８によって行われる。

【0039】

ステップ１９２において、ループ電流値Ｉが検知される。いくつかの実施形態では、このループ電流値Ｉの検知は、ループ電流測定回路１４０の電流センサ１５４によって行われ、これはループ電流値Ｉを示す出力を発生させる。ステップ１９４において、検知されたループ電流値は、第２のローパスフィルタ１５６を用いて、測定されたループ電流値１４２を変換する。上述のように、ローパスフィルタ１５６は、検知されたループ電流値から高周波信号を取り除き、フィルタリングされ検知されたループ電流値をアナログ−デジタル変換器１５８に提供して、測定されたループ電流値１４２を発生させる。

【0040】

ステップ１９６において、測定されたループ電流値１４２は、デジタル測定値１３２と、第１及び第２のローパスフィルタ１５０及び１５６の特性とに基づいて近似化され、近似ループ電流値１６４を生成する。いくつかの実施形態では、ステップ１９６は、図６を参照して上記された再帰的プロセスを用いて行われる。いくつかの実施形態では、ステップ１９６は、図７を参照して上記されたプロセスに従って行われる。

【0041】

ステップ１９８において、近似ループ電流値１６４は、測定されたループ電流値１４２と比較される。２００において、診断信号１４４は、比較に基づいて生成される。いくつかの実施形態では、ステップ１９８は、図５に示されるように、ループ電流検証回路１２４によって行われる。上述のように、ステップ２００で生成された診断信号１４４を用いて、たとえばループ電流値Ｉ又はプロセス装置１０２の誤差を示し得る。

【0042】

いくつかの実施形態では、診断信号１４４は、警告の発行をトリガする。警告は、可聴及び／又は可視警報、メッセージ（たとえばｅメール、テキストメッセージ等）、及び／又は他の警告の形式を取ってもよい。

【0043】

いくつかの実施形態では、診断信号１４４は、検出された誤差の補償として用いられる。たとえば、診断信号１４４は、マイクロコントローラ１３０にフィードバックされてもよく、これはデジタル測定値１３２を調整して、誤差を補償することができる。

【0044】

本発明の実施形態は、プロセス装置におけるループ電流診断に関する。いくつかの実施形態は、アナログ・デジタル変換回路、ループ電流出力回路、ループ電流測定回路及びループ電流検証回路を含むプロセス装置に向けられる。アナログ・デジタル変換回路は、検知されたパラメータに対応するデジタル測定値を、アナログ測定値に変換するように構成される。１つの実施形態では、アナログ・デジタル変換回路は、第１のローパスフィルタを含む。ループ電流出力回路は、２線式プロセス制御ループ上のループ電流値を、アナログ測定値の関数として制御するように構成される。ループ電流測定回路は、プロセス制御ループに結合され、ループ電流値に基づいて、デジタルループ電流値を生成するように構成される。１つの実施形態では、測定回路は、第２のローパスフィルタを含む。ループ電流検証回路は、デジタル測定値と、第１及び第２のローパスフィルタの特性とに基づいて、デジタルループ電流値を近似化するように構成される。加えて、ループ電流検証回路は、近似化されたデジタルループ電流値と、デジタルループ電流値との比較に基づいて、診断信号を生成するように構成される。

【0045】

いくつかの実施形態は、２線式プロセス制御ループ内でループ電流値を検証するためのプロセス装置における方法に向けられる。本方法では、プロセス変数が検知される。デジタル測定値は、検知されたプロセス変数関数として、第１の値から第２の値まで変化する。そして、デジタル測定値は、第１のローパスフィルタを用いて、アナログ測定値に変換される。２線式プロセス制御ループ内のループ電流値は、アナログ測定値の関数として調整される。２線式プロセス制御ループ内のループ電流値が検知され、検知されたループ電流値は、第２のローパスフィルタを用いて、デジタルループ電流値に変換される。デジタルループ電流値は、デジタル測定値と、第１及び第２のローパスフィルタの特性とに基づいて近似化される。診断信号は、近似化されたデジタルループ電流値と、デジタルループ電流値との比較に基づいて生成される。

【0046】

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形式及び詳細に変更を加えてもよいことが認識されよう。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】