特許 6762408 ２ワイヤ・ループを伴うフィールドバス・ネットワーク

(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】6762408

(24)【登録日】2020年9月10日

(45)【発行日】2020年9月30日

(54)【発明の名称】２ワイヤ・ループを伴うフィールドバス・ネットワーク

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/40 20060101AFI20200917BHJP

   H04L 12/46 20060101ALI20200917BHJP

【ＦＩ】

   H04L12/40 Z

   H04L12/46 100C

【請求項の数】10

【外国語出願】

【全頁数】29

(21)【出願番号】特願2019-143081(P2019-143081)

(22)【出願日】2019年8月2日

(62)【分割の表示】特願2016-544452(P2016-544452)の分割

【原出願日】2015年1月2日

(65)【公開番号】特開2020-10343(P2020-10343A)

(43)【公開日】2020年1月16日

【審査請求日】2019年9月2日

(31)【優先権主張番号】61/923,402

(32)【優先日】2014年1月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】512073770

【氏名又は名称】フェニックス コンタクト ディベロップメント アンド マニュファクチャリング、インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】特許業務法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヴォークト、ブライアン

(72)【発明者】

【氏名】シェリューカ、マイケル、コリン

(72)【発明者】

【氏名】ヘルフリック、ブレント

(72)【発明者】

【氏名】クレイダー、アーロン

(72)【発明者】

【氏名】マシューズ、デイヴィス

【審査官】 羽岡 さやか

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／００１０４７６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０２７３４８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２００９−５０３９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−８３９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２１７８１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１２−５１００９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５２７９１６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｌ １２／００−１２／９５５

Ｈ０４Ｌ ２９／００−２９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１のフィールドバス・プロトコルを利用するローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークを、前記第１のフィールドバス・プロトコルとは異なるそれぞれの第２のフィールドバス・プロトコルを各々が利用する相互接続フィールドバス・ネットワークを通して１又は２以上のフォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークに結合するためのモジュラー・フィールドバス・カプラであって、
ゲートウェイ・モジュールと、前記ゲートウェイ・モジュールから延びるローカル・バスと、１つ又は複数のカプラ・モジュールと、を含み、
前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのそれぞれが前記ローカル・バスに接続され、そして前記ローカル・バスを介して前記ゲートウェイ・モジュールと通信し、前記ローカル・バスが、前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークから切り離されており、
前記ゲートウェイ・モジュールは、前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークの物理レイヤに接続して、前記第１のフィールドバス・プロトコルを使用して前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークを介して通信を行うように構成されている第１の回路であって、前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワーク上のノードとして機能することができる第１の回路を含み、
前記１つ又は複数のカプラ・モジュールの各々は第２の回路と第３の回路を含み、
前記第２の回路は、それぞれのフォーリン・フィールドバス・ネットワークの物理レイヤに接続して、それぞれの前記第２のフィールドバス・プロトコルを使用して前記相互接続フィールドバス・ネットワークを介して通信を行うように構成され、前記第２の回路は前記相互接続フィールドバス・ネットワーク上のノードとして機能することが可能であり、
前記第３の回路は、前記ゲートウェイ・モジュールの前記第１の回路及び前記カプラ・モジュールの前記第２の回路と通信し、前記ゲートウェイ・モジュールの前記第１の回路及び前記カプラ・モジュールの前記第２の回路の間で前記ローカル・バスを介してデータを伝送するように構成され、前記データを、前記第２のフィールドバス・プロトコルから前記第１のフィールドバス・プロトコルに、及び前記第１のフィールドバス・プロトコルから前記第２のフィールドバス・プロトコルに変換することができ、これによって、前記カプラ・モジュールは、前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークと前記フォーリン・フィールドバス・ネットワークとの間で通信を可能にするためにそれぞれの前記フォーリン・フィールドバス・ネットワーク上のノードとして機能することができる、モジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項2】

前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークから前記ローカル・バスに電力供給するように構成されている第４の回路を更に含み、前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのうちの少なくとも１つは、前記ローカル・バスからそれぞれの前記フォーリン・フィールドバス・ネットワークにもっぱら電力供給するように構成されている第５の回路を含む、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項3】

前記１つ又は複数のカプラ・モジュールの各々の前記第２及び第３の回路が互いに電気的に切り離されている、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項4】

前記第１の回路が、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳプロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳプロトコル、ＨＡＲＴプロトコル、ＭＯＤＢＵＳプロトコル、及びイーサネット（登録商標）プロトコルのうちの１つを使用して前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークと通信するように構成されている、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項5】

前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのうちの少なくとも１つのカプラ・モジュールが、それぞれの前記第２のフィールドバス・プロトコルを利用して伝送ライン又はスプール・ラインによってそれぞれの前記フォーリン・フィールドバス・ネットワークに連結され、それぞれの前記フォーリン・フィールドバス・ネットワークは、第１及び第２のフィールドバス・プロトコルと異なる第３のフィールドバス・プロトコルを利用している、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項6】

前記ゲートウェイ・モジュールは、前記ローカル２ワイヤ・ループ・フィールドバス・ネットワークを終端する抵抗器を含まない、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項7】

前記ローカル・バスは電力を伝送し、前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのうちの少なくとも１つカプラ・モジュールは、前記ローカル・バスから当該少なくとも１つのカプラ・モジュールに電力を供給する追加回路を有する、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項8】

前記ローカル・バスが、前記ゲートウェイ・モジュールと、前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのそれぞれとの間における通信のためのシリアル通信バスを含む、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項9】

前記ローカル・バスが、バックプレーン・タイプの接続システムからなる、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【請求項10】

前記１つ又は複数のカプラ・モジュールのうちの少なくとも１つの前記第２の回路は、それぞれの前記第２のフィールドバス・プロトコルを利用してワイヤレス通信を行うように構成されている、請求項１に記載のモジュラー・フィールドバス・カプラ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、産業プロセスをコントロールするためのフィールドバス・テクノロジーに関し、より具体的には、フィールド・デバイスへのデータ及び電力が２ワイヤ・ループを通じて伝送されるフィールドバス・テクノロジーに関する。

【背景技術】

【0002】

フィールドバスは、プロセス・オートメーションにおいて使用されるネットワークであり、プロセス・オートメーションにおいては、フィールド・デバイスがネットワーク上のノードのうちのいくつかを形成し、ヘッド・ステーション又はホストが、ネットワーク上のノードのうちの１つを形成する。ネットワークは、電源に接続されているトランク又はホーム・ランと、トランクから延びているスプールとを含むことができ、フィールド・デバイスが、スプール上のノードを形成している。フィールドバス・ネットワークの機能は、信頼できるタイムリーな様式でノードとの間でデータを伝送することである。

【0003】

フィールドバス・ネットワークは典型的に、自分の通信プロトコルの基礎を、ＩＳＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ）によってＩＳＯ／ＩＥＣ７４９８−１として保持されているＯＳＩ（Ｏｐｅｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）モデルに置いている。ＯＳＩモデルは、階層的なレイヤ構造の通信スタックを定義しており、その通信スタックにおいては、ネットワーク上での伝送のためにデータがデータ・フレームへ変換され、またデータ・フレームから変換される。それぞれのレイヤは、自分のすぐ上のレイヤ及びすぐ下のレイヤにサービスを提供する。

【0004】

ＯＳＩモデルの最も下のレイヤは、物理レイヤである。物理レイヤは、データ・フレームを、ネットワーク上で伝送される電気信号へ変換すること、及びネットワーク上で伝送される電気信号から変換することを取り扱う。物理レイヤは、ネットワークの物理的な仕様及び電気的な仕様（ネットワーク・トポロジー、配線仕様、電圧、ライン・インピーダンスなど）と、データ・フレームがネットワーク上でどのように表されるか（たとえば、マンチェスター・コーディング、リターン・トゥ・ゼロ・コーディング、ノンリターン・トゥ・ゼロ・インバーテッド・コーディングなど）とを定義する。

【0005】

多くのフィールドバス・ネットワークが、物理レイヤ仕様によって定義されている２ワイヤ・ループを利用している。２ワイヤ・ループは、電力をノードへ伝送し、ノードとホストとの間におけるデータ通信のために使用される。電力は通常、ループ上で搬送されるＤＣ電圧によって伝送され、データは、ＡＣデータ信号をＤＣ電圧上に重ねることによって通信される。２ワイヤ・ループを利用するフィールドバス・ネットワークには、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１ネットワーク、ＰＲＯＦＩＢＵＳ ＰＡネットワーク、及び、ＰＯＷＥＲ ＯＶＥＲ ＥＴＨＥＲＮＥＴ（登録商標）（ＰＯＥ）ネットワークを含むイーサネット（登録商標）・ベースのネットワークが含まれる（有線のフィールドバス・ネットワークは、２ワイヤ・ループにおいて使用されているワイヤに加えて、その他のワイヤを含むことができるということに留意されたい）。

【0006】

図１は、（単一のライン１４によって表されている）２ワイヤ・ループに接続されてループ１４を介してデータ・フレーム１６を送信及び受信する物理レイヤ１２を有するフィールドバス通信スタック１０を概略的に示している。それぞれのデータ・フレーム１６は、ＤＣ電圧１８の上に重ねられるＡＣデータ信号によって定義される。データ・フレーム１６どうしは、フレームどうしの間における「沈黙時間」２０によって隔てられており、「沈黙時間」２０は、データ・フレームどうしの間におけるコリジョン及び干渉を回避する。物理レイヤ仕様は、ＡＣデータ信号のエンコーディングと、どのようにデータ・フレームどうしのコリジョンが回避されるかとを定義する。

【0007】

図２は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１フィールドバス・ネットワークに関するデータ・フレーム１６のエンコーディングを概略的に示している（ＤＣコンポーネントは省略されている）。データ・ビットは、クロック信号２２によって示されているように３１．２５ｋＨｚという周波数で伝送され、すなわちビット時間は、１秒の１／３１，２５０である。

【0008】

それぞれのデータ・フレーム１６のデータ部分は、同期マンチェスター・コーディング技術を使用してエンコードされており、ビット時間の最中における正の電圧変化は、論理「０」を表しており、ビット時間の最中における負の電圧変化は、論理「１」を表している。プリアンブル２４に関して、並びにデータ・フレーム１６のスタート・デリミタ２６及びエンド・デリミタ２８に関して、特別なコードが定義されている。

【0009】

フィールドバス・ネットワーク上のノードは、自分の内部クロックを、入ってくるデータ・フレーム１６と同期化するためにプリアンブル２４を使用し、データ・フレーム１６のデータ部分の始まりを見つけ出すためにスタート・デリミタ２６を使用する。ノードは、スタート・デリミタ２６を見つけた後に、エンド・デリミタ２８を受信するまで、データを受け入れる。スタート・デリミタ２６及びエンド・デリミタ２８は、ノードがスタート・デリミタ及びエンド・デリミタを認識するのを補助するために、ビット時間の最中に電圧を変化させないＮ＋の信号及びＮ−の信号を含む。

【0010】

図２は、データ３０を、データ信号３２として日付フレーム１６内にエンコードされている一連の論理バイト１００１１０１０を含むものとして示している。フィールドバス通信プロトコルは、データ・フレーム１６内に含まれるデータ・ビットの最大数及び最小数を定義している。

【0011】

データ信号３２は、２ワイヤ・ループ１４上で伝送されるべきである理想のＡＣ電圧信号を表している。２ワイヤ・ループ１４の物理的な特徴及び周囲の物理的な環境に起因して、実際のＡＣ電圧信号は、理想の電圧信号３２から変動することになる。図３は、理想化された電圧信号３２と比較した実際のＡＣ電圧信号３４を示している。

【0012】

理想からの信号逸脱のうちのいくつかは、信号ノイズ、ジッタ、及びオーバーシューティングを含む。図４は、最大振幅３６を有する信号ノイズを示している。図５は、ジッタ３８を示しており、ジッタ３８は、ゼロ電圧ラインと交差しているＡＣ信号遷移と、ビット・サイクルの中間点との時間差である。フィールドバス・プロトコルは典型的に、許容可能なジッタ・リミット４０を定義する。図６は、大きさ４２を有する過渡オーバーシュート、並びに大きさ４４を有するＤＣオフセットを有するＡＣ信号を示している。理想からのその他の信号逸脱は、変形した波形、高すぎる又は低すぎるＤＣ電力レベル、電圧スパイクなどを含む。理想からのこれらの信号逸脱及び波形変動は、フィールドバスの分野においてよく知られているので、それらについてさらに詳細に論じることはしない。

【0013】

標準化されたフィールドバス通信プロトコルの需要は、フィールドバス・ネットワークが、異なる通信プロトコルを有するその他のフィールドバス・ネットワークと通信することを困難にしている。

【0014】

さらに、フィールドバス通信プロトコルの需要は、ネットワークの信頼できるオペレーションのためにフィールドバス・ネットワークの物理レイヤが保持されることを必要とする。２ワイヤ・ループ１４に接続し、フィールドバス・ネットワークの物理レイヤをモニタして、バス電圧、信号ノイズ、再送回数、シールド・ショート、信号レベル、並びに、フィールドバス物理レイヤ診断の技術分野において知られているその他の電気的な及び物理的なパラメータ及びイベントを測定及び評価する物理レイヤ診断デバイスが知られている。

【0015】

例示的な知られているフィールドバス物理レイヤ診断デバイスが、ドイツのＢｌｏｍｂｅｒｇのＰｈｏｅｎｉｘ Ｃｏｎｔａｃｔ ＧｍｂＨによって販売されているＦｉｅｌｄ Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｍｏｄｕｌｅである。この診断モジュールは、フィールドバス・ネットワークの物理レイヤの健全性を評価するのに有用なＡＣ及びＤＣの電気関連測定からのデータを提供する。

【0016】

いくつかの物理レイヤ診断デバイスは、電源付近のトランク上に連結されるように設計されている。しかしながら、特に、絶縁されている又は電圧を規制されているスプールのケースにおいては、スプールに関する電気パラメータは、トランクと同じではない。個々のフィールド・デバイスのさらなる情報、たとえば電流引き込みが、トランクに連結されている診断デバイスにとって利用可能ではない場合がある。その他の診断デバイスは、スプールに連結されるように設計されており、その診断デバイスは、フィールド・バス・ネットワークを介して通信を行うための通信回路を含む。しかし、そのような診断デバイスをスプールに付加することは、高くつく。

【0017】

いくつかのフィールドバス物理レイヤ診断デバイスは、その診断デバイス内にオシロスコープを組み込んでいる。オシロスコープは、そのデバイスによって提供される唯一の診断ツールである場合もあり、又はそのデバイスによって提供される診断ツールのセットの一部である場合もある。オシロスコープは、ユーザが、継続的にフィールドバスの通信をモニタして信号波形を見ることを可能にする。オシロスコープは、分析のために波形に関する診断情報を提供する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】米国特許第８，１８０，９３８号

【特許文献2】欧州特許公開第ＥＰ２０５３６９７号

【特許文献3】米国特許出願公開第２００９０１９４８１４号

【特許文献4】米国特許第７，９４０，５０８号

【非特許文献】

【0019】

【非特許文献1】ＩＳＯ／ＩＥＣ７４９８−１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

オシロスコープは、波形を相対的に高い（その波形のビット周波数よりも高い）周波数でサンプリングするので、オシロスコープによって生成されたデータ・ストリームを２ワイヤ・ループを通じて配信することは、非現実的である。その代わりに、オシロスコープのデータ・ストリームは、専用の、より高い帯域幅の通信チャネルを使用してフィールド・デバイスの外へ転送され、フィールドバス・ネットワークそのものを通じては転送されない。フィールドバス・ネットワークとオシロスコープの通信チャネルとの間における電気的な接続はまた、互いに絶縁されなければならない。このことが、フィールドバス・ネットワークのための効果的な診断ツールとしてのオシロスコープの使用を妨げている。

【課題を解決するための手段】

【0021】

開示されているのは、それぞれのスプールのための専用のスプール診断回路を有するモジュラー・デバイス・カプラと、ローカル・フィールドバス・ネットワークを１つ又は複数のリモート・フィールドバス・ネットワークに結合するためのモジュラー・リモート・フィールド・カプラと、一体型オシロスコープを含む診断デバイスとを含むフィールドバス・ネットワークであり、診断デバイスは、フィールドバス・ネットワークによって電力供給され、フィールドバス・ネットワークを介して通信する。

【0022】

本開示の一態様において開示されているのは、ローカル・バスを介して電力及びデータを通信するゲートウェイ・モジュール及び１つ又は複数のスプール・モジュールを含む、スプールをトランクに接続するためのモジュラー・デバイス・カプラである。ゲートウェイ・モジュールは、ゲートウェイ・モジュール及びローカル・バスに電力供給するためにフィールドバス・ループから電力を引き出して、フィールドバス・ネットワークとローカル・バスとの間における通信を取り扱うフィールドバス・ネットワーク上のフィールド・ノードとして機能する。それぞれのスプール・モジュールは、スプールを連結するための端子を有し、いくつかの実施例は、連結されているスプールの物理レイヤ診断に専用の診断回路を含む。スプール・モジュールは、ローカル・バスから電力を引き出し、スプール・モジュールとゲートウェイ・モジュールとの間におけるデータ通信（診断通信を含む）のためにローカル・バスを使用する。

【0023】

本開示の別の態様において開示されているのは、従来のものではない入力／出力（ＩＯ）ポイント、たとえば、その他のタイプの有線又はワイヤレスのプロセス・ネットワーク又はフィールド・デバイスをローカル・フィールドバス・ネットワークに接続するリモート・フィールドバス・カプラである。複数の実施例におけるリモート・フィールドバス・カプラは、ゲートウェイ・モジュールと、１つ又は複数のカプラ・モジュールとを含むモジュラー・フィールドバス・カプラとして形成され、それぞれのカプラ・モジュールは、フォーリン・フィールドバス・ネットワーク又はフォーリン・フィールド・デバイスに接続するためのものである。ゲートウェイ・モジュールは、ゲートウェイ・モジュール及びローカル・バスに電力供給するためにフィールドバス・ループから電力を引き出して、フィールドバス・ネットワークとローカル・バスとの間における通信を取り扱うローカル・フィールドバス・ネットワーク上のフィールド・ノードとして機能する。それぞれのカプラ・モジュールは、有線カプラ・スプールを介したフォーリン・フィールドバス・ネットワーク若しくはフォーリン・フィールドバス・デバイスへの有線接続のための端子、又はフォーリン・フィールドバス・ネットワーク若しくはフォーリン・フィールドバス・デバイスへのワイヤレス接続のためのアンテナのいずれかを有する。カプラ・モジュールは、ローカル・バスから電力を引き出し、カプラ・モジュールとゲートウェイ・モジュールとの間におけるデータ通信のためにローカル・バスを使用する。カプラ・モジュールは、ローカル・バスからカプラ・スプール又はアンテナに電力供給するための回路を含むこともできる。

【0024】

カプラ・スプール又はアンテナ接続は、ローカル・フィールドバスにゲートウェイ・モジュールが連結される際とは異なるフィールドバス・プロトコルを使用することができる。カプラ・スプール通信回路は、ローカル・フィールドバス・データ・プロトコル及びカプラ・スプール又はアンテナ・プロトコルからの任意の必要とされるデータ変換を取り扱うことになる。

【0025】

本開示のさらに別の態様において開示されているのは、オシロスコープを含むフィールドバス診断デバイスである。この診断デバイスは、フィールドバス・ネットワークを通じて通信し、好ましい実施例においては、もっぱらフィールドバス・ネットワークを通じて電力供給される。

【0026】

オシロスコープは、ユーザによって選択可能なトリガーを有し、それらのトリガーはそれぞれ、オシロスコープがフィールドバス・ネットワーク通信の「スナップショット」又は「トリガー・ウィンドウ」をとることによって生成されたデータの格納及びその後の伝送を開始する。「スナップショット」又は「トリガー・ウィンドウ」によって、オシロスコープが、フィールドバス・データ通信の有限なタイム・インターバル又はタイム・スライスを表すフィールドバス・ネットワーク診断データを通じたデータ伝送のためにサンプリング及び格納を行うということが意味される。安定したデータ・ストリームをオシロスコープが伝送することは必要ではない。

【0027】

オシロスコープの好ましい実施例においては、ユーザは、オシロスコープ・サンプリング・レートを選択する。高解像度のスナップショットが望まれる場合には、相対的に高いサンプリング・レートが選択される。低解像度のスナップショットが許容可能である場合には、相対的に低いサンプリング・レートが選択される。ユーザは、伝送されるデータの解像度と引き換えに、データの量（したがって、フィールドバス・ネットワークを介してそのデータをすべて通信するのに必要とされる時間）をトレード・オフする。

【0028】

診断デバイスは、オシロスコープによって生成されたデータに関連付けられている電圧及びタイム・スタンプ又はその他の一意の識別子を表すデータを返すことができる。これは、ユーザが視覚的な表示又はその他の分析のために波形の形状を再現することを可能にし、何らかの理由でデータ・ポイントの伝送が失敗した場合に診断デバイスがデータを再送することを可能にする。

【0029】

さらに他の実施例においては、診断デバイスは、診断デバイスからフィールドバス・ネットワークを介して転送される診断データの量を減らすために、オシロスコープ・データのさらなる数値分析又は操作を実行する。

【0030】

たとえば、いくつかの実施例においては、診断デバイスは、オシロスコープ・データから標準的なイメージ・フォーマットでイメージを生成する。フィールドバス・ネットワークを介してオシロスコープ・データを転送する代わりに、診断デバイスは、フィールドバス・ネットワークを介してイメージ・データを伝送する。

【0031】

さらに他の可能な実施例においては、診断デバイスは、オシロスコープ・スナップショット・データの分析を要約するレポートを生成する。そのレポートは、オシロスコープ・データの代わりにフィールドバス・ネットワークを介して伝送される標準的なテキスト・フォーマットで生成されることが可能である。またさらなる可能な実施例においては、診断デバイスは、オシロスコープ・データからシンプルなブーリアン型の「はい」／「いいえ」又は「合格」／「不合格」の値を生成することができ、そのブーリアン型の値は、オシロスコープ・データの代わりにフィールドバス・ネットワークを介して伝送される。

【0032】

診断デバイスのさらなるその他の可能な実施例においては、診断デバイスは、たとえば従来の高速フーリエ変換分析を使用して、時間ドメイン・データを周波数ドメイン・データに変換するスペクトル・アナライザを含む。周波数ドメイン・データは、フィールドバス・ネットワークのパフォーマンスに関する貴重な情報を提供し、時間ドメイン・データ又は時間ドメイン・データの分析の結果を伝送することは、オシロスコープ・データを伝送することと比較して、フィールドバス・ネットワークに関する需要を減らすこともできる。

【発明の効果】

【0033】

フィールドバス・ネットワークによって電力供給され、フィールドバス・ネットワークを介して通信を行うオシロスコープを有するフィールドバス診断デバイスは、フィールド・デバイスが配置されていて、且つネットワーク環境が最も厳しく、フィールドバス電源及びホストから離れているプロセス環境においてフィールドバス・ネットワーク上に配置されることが可能である。これは、オシロスコープが、全体としてフィールドバス・ネットワークの健全性の最も良好な表示を表すロケーションでネットワークをサンプリングすることを可能にし、ネットワーク・ダウンタイムのさらに良好な予測及び防止を可能にする。

【0034】

本開示のその他の目的及び特徴は、説明が進むにつれて、特に、本明細書において行われる教示の実施例を示す添付の図面シートと併せて理解したときに、明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0035】

【図1】従来のフィールドバス通信スタックを示す図である。

【図2】フィールドバス・ネットワークに関するデータの従来のエンコーディングを示す図である。

【図3】フィールドバス・ネットワークによって伝送される従来のＡＣ電圧信号を示す図である。

【図4】信号ノイズを示す図３において示されている細部４の拡大図である。

【図5】ジッタを示す図３において示されている細部５の拡大図である。

【図6】オーバーシュート及びＤＣオフセットを示す図３において示されている細部６の拡大図である。

【図7】ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１ネットワークを示す図である。

【図8】図７において示されているネットワークに連結されているモジュラー・デバイス・カプラを示す図である。

【図9】図８において示されているモジュラー・デバイス・カプラのゲートウェイ・モジュールを示す図である。

【図10】図８において示されているモジュラー・デバイス・カプラの一部を形成している診断モジュールを示す図である。

【図11】図７において示されているネットワークに接続されているモジュラー・フィールドバス・カプラを示す図である。

【図12】図１１において示されているモジュラー・フィールドバス・カプラの一部を形成しているカプラ・モジュールを示す図である。

【図13】図７において示されているネットワークに接続されている診断フィールド・デバイスを示す図である。

【図14】図１３において示されている診断フィールド・デバイスの一部を形成しているオシロスコープを示す図である。

【図15】あるオシロスコープ・トリガー・イベントを示す図である。

【図16】その他のオシロスコープ・トリガー・イベントを示す図である。

【図17】オシロスコープのロジック及びコントロール・ロジックのコンポーネントのうちのいくつかを示す図である。

【図18】トリガー・イベントから収集されたオシロスコープ・データから生成されたイメージを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0036】

図７は、２ワイヤ・ループとして形成されて電源４１４によって電力供給されるトランク又はホーム・ラン４１２を有するＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１フィールドバス・ネットワーク４１０を示している（明確にするために、任意の必要とされる終端抵抗器など、ネットワークのいくつかの従来の機能は、図７において示されていない）。ホスト４１６が、トランク４１２に接続されており、トランク４１２から延びているスプール４２０に接続されているＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１フィールド・デバイス４１８と通信する。図面をシンプルにするために、それぞれのスプール４２０は、１つのフィールド・デバイス４１８のみに接続されているものとして示されている。これらの機能は従来のものであり、したがって、さらに詳細に説明することはしない。

【0037】

スプール４２０は、モジュラー・デバイス・カプラ１１０によってトランク４１２に連結されており、デバイス・カプラ１１０は、トランク４１２に接続されているそれぞれのスプール４２０に関してスプール・モジュール（以降でさらに詳細に説明する）を有している。それぞれのスプール・モジュールは、以降でさらに詳細に説明するように、スプール・モジュールに連結されているスプールの物理的な特性を評価する専用の統合された物理レイヤ診断回路を含む。

【0038】

以降でさらに詳細に説明するように、従来のものではないＩＯポイント、たとえば、その他のタイプの有線又はワイヤレスのプロセス・ネットワーク又はフィールド・デバイスを、フィールドバス・ネットワーク４１０に接続するモジュラー・リモート・フィールドバス・カプラ２１０も、トランク４１２に連結されている。フィールドバス・カプラ２１０は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１フィールドバス４１０を、ＨＡＲＴネットワーク４２２、ＭＯＤＢＵＳネットワーク４２４、及びＷＩＲＥＬＥＳＳＨＡＲＴネットワーク４２６という３つのフォーリン・ネットワークに結合しているところを示されている。フィールドバス・カプラ２１０は、フィールドバス・ネットワーク４１０とフォーリン・ネットワーク４２２、４２４、４２６との間におけるネットワークツーネットワーク通信を可能にする。

【0039】

フォーリン・ネットワーク４２２、４２４、４２６もそれぞれ、ネットワークツーネットワーク通信のためにフォーリン・フィールドバス・ネットワークに連結されているフィールドバス・カプラ（たとえば、フォーリン・ネットワーク４２２に接続されているフィールドバス・カプラ４２７。カプラ４２７は、フィールドバス・カプラ２１０に類似している）を含む。フィールドバス・カプラ２１０は、それぞれの有線カプラ・スプール・ライン４２２Ｓ、４２４Ｓによってフォーリン・ネットワーク４２２、４２４に連結されているフィールドバス・カプラに接続されている。スプール・ライン４２２Ｓなどのカプラ・スプール・ラインは、そのカプラ・スプール・ラインによって接続されているフィールドバス・ネットワークのうちの１つの物理レイヤ仕様に準拠することができ、又はそのカプラ・スプール・ラインによって相互接続されているフィールドバス・ネットワークの両方とは異なるフィールドバス・ネットワークの物理レイヤ仕様に準拠することもできる。たとえば、スプール・ライン４２２Ｓは、ＨＡＲＴプロトコルに準拠しており、スプール・ライン４２４Ｓは、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１プロトコルに準拠している。

【0040】

フィールドバス・カプラ２１０に連結されているカプラ・スプール・ラインのプロトコルが、そのカプラ２１０が連結されているローカル・フィールドバス・ネットワークと同じである場合には、フィールドバス・カプラ２１０は、データ・プロトコルを変更することなく、ローカル・フィールドバス・ネットワークとカプラ・スプール・ラインとの間においてデータを中継する。フィールドバス・カプラ２１０に連結されているカプラ・スプール・ラインのプロトコルがローカル・フィールドバス・ネットワークとは異なる場合には、フィールドバス・カプラ２１０は、ローカル・フィールドバス・ネットワークとカプラ・スプール・ラインとの間におけるデータ伝送のためにデータを１つのプロトコルからその他のプロトコルへ変換する。

【0041】

ワイヤレス・ネットワーク４２６に連結されているフィールドバス・カプラは、たとえばＷＩＲＥＬＥＳＳＨＡＲＴプロトコル又はＺＩＧＢＥＥプロトコルなどの従来のワイヤレス・プロトコルを利用する破線４２６Ｓによって表されている「ワイヤレス伝送ライン」を介してフィールドバス・カプラ２１０と通信する。

【0042】

フィールドバス・カプラ２１０はまた、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ Ｈ１フィールドバス４１０を、有線カプラ・スプール・ライン４２８Ｓを介してＰＲＯＦＩＢＵＳフィールド・デバイス４２８に結合しているところを示されている。カプラ・スプール・ライン４２８Ｓは、ＰＲＯＦＩＢＵＳ物理レイヤ仕様に準拠している。すなわち、フィールド・デバイス４２８の観点からは、デバイス４２８は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１ネットワークにではなく、適合するＰＲＯＦＩＢＵＳネットワークに連結されている。

【0043】

診断フィールド・デバイス３１０もまた、スプール４３０によってネットワーク４１０に連結されている。診断フィールド・デバイス３１０は、以降でさらに詳細に説明するように、スプール３０を介してネットワーク・データ通信をサンプリングするための統合されたオシロスコープを含む。

【0044】

モジュラー・デバイス・カプラ１１０が、図８において示されており、ゲートウェイ・モジュール１１２と、１つ又は複数のスプール診断モジュール１１４とを含む。図８は、３つのスプール診断モジュール１１４を伴うデバイス・カプラ１１０を示しているが、必要に応じて、より多くの又はより少ない診断モジュール１１４を使用してデバイス・カプラ１１０を形成することができるということがわかる。

【0045】

モジュール１１２、１１４は、本出願人によって所有されていて本出願と共通する１人又は複数の共通の発明者を有する米国特許第８，１８０，９３８号において記載されているようなローカル通信バス１１８及びローカル電力バス１２０を含むローカル・バス１１６を介してローカルに互いに通信する。ローカル・バス１１６は、シリアル接続バス、又は、フィールドバス・ネットワーク４１０から切り離されているバックプレーン・タイプの接続システム、たとえば、欧州特許公開第ＥＰ２０５３６９７号若しくは米国特許出願公開第２００９０１９４８１４号において記載されているＴＢＵＳ（商標）接続システムであることが可能である。ＴＢＵＳシステムは、’９３８号特許において記載されているように、欠陥のある診断モジュール１１４が、電力及びその他の診断モジュールへの通信に影響を与えずに除去及び交換されることを可能にする。ゲートウェイ・モジュール１１２及び１つ又は複数のデバイス・モジュール１１４を従来のＤＩＮレール（図示せず）上に据え付けて、モジュール１１２、１１４をローカル・バス１１６に接続することができる。

【0046】

デバイス・カプラ・ゲートウェイ・モジュール１１２は、ネットワーク２ワイヤ・ループから電力供給されるためにネットワーク２ワイヤ・ループに連結して、フィールドバス・ネットワーク４１０上のノードを形成し、そのノードは、その他のネットワーク・ノード（ホスト４１６など）と通信する。例示されているゲートウェイ・モジュール１１２は、ネットワーク・トランク４１２に接続されているところが示されており、フィールドバス・ループからゲートウェイ・モジュール１１２に電力供給するための回路１２２と、フィールドバス・ループからローカル電力バス１２０に電力供給するための回路１２４とを含む。図９を参照されたい。ゲートウェイ・モジュール１１２はまた、フィールドバス・ループを介して通信を行うためのネットワーク通信回路１２６と、ローカル通信バス１１８を介して０〜Ｎ個の診断モジュール１１４と通信するためのローカル通信回路１２８とを含む。

【0047】

例示されているゲートウェイ・モジュール１１２は、２プロセス・ループと直列に、そのループの両端の中間に接続されている。ゲートウェイ・モジュール１１２は、電源から離れたループの端に配置される場合には、モジュール式ではない従来のデバイス・カプラを伴って既に実施されているような終端を提供するための電気抵抗器（図示せず）を備えることができる。

【0048】

診断モジュール１１４は、ローカル・バス１１６を利用してスプール４２０を２ワイヤ・ループ４１２に接続するためのデバイス・カプラ１１０の一部を形成するように意図されている。例示されている診断モジュール１１４は、スプール４２０に接続されているところが示されており、実際には、スプール４２０を診断モジュール１１４に接続するためのモジュール端子１３１に接続されている内部のスプール・セグメント１３０を含む。図１０を参照されたい。

【0049】

診断モジュール１１４は、ローカル電力バス１２０から診断モジュール１１４に電力供給するための回路１３２と、ローカル電力バス１２０から、デバイス・モジュール１１４に連結されているスプール４２０に電力供給するための回路１３４とを含む。スプール電力回路１３４は、本出願人によって所有されていて本出願と共通する少なくとも１人の発明者を有する米国特許第７，９４０，５０８号「Ｉｎｈｅｒｅｎｔｌｙ Ｓａｆｅ Ｍｏｄｕｌａｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ」において記載されているような、スプール４２０をローカル・バス１１６から、及びゲートウェイ・モジュール１１２に連結されている２ワイヤ・ループ４１２から絶縁するための絶縁回路（図示せず）を含むことができる。

【0050】

診断モジュール１１４は、ローカル通信バス１１８を介してゲートウェイ・モジュール１１２と通信するためのローカル通信回路１３６と、スプール４２０を介して通信を行うためのスプール通信回路１３８とをさらに含む。スプール通信回路１３８は、スプール４２０と、ゲートウェイ・モジュール１１２に連結されている２ワイヤ・ループとの間における通信をもたらすためにローカル通信回路１３６に接続されている。

【0051】

上述のような診断モジュール１１４の電力回路及び通信回路は、診断モジュール１１４が、スプール４２０を絶縁した状態でトランク４１２と接続するデバイス・カプラとして機能することを可能にする。しかしながら、診断モジュール１１４は、スプール物理レイヤ診断のためにスプール・セグメント１３０に接続されている回路１４０をさらに含む。診断回路１４０は、物理レイヤ測定値と、端子１３２に接続されているスプール４２０に関する情報とを提供することができる。診断回路１４０は、診断データをホスト４１６に返信することを含めて、診断回路１４０とホスト４１６との間における双方向通信を可能にするためにローカル通信回路１３６に接続されている。

【0052】

その他の可能な実施例における診断モジュール１１４は、通信及びナンバークランチング・リソースのさらに効率的な利用のためにホスト１８からリモートで診断データの分析を実行するようにプログラムされているマイクロプロセッサ（図示せず）を含む。

【0053】

モジュラー・フィールドバス・カプラ２１０が、図１１において示されており、フィールドバス・カプラ・ゲートウェイ・モジュール２１２と、１つ又は複数のフィールドバス・カプラ・モジュール２１４とを含む。図１１は、ローカル・フィールドバス・ネットワーク４１１に連結されているカプラ・ゲートウェイ・モジュール２１２と、（バス１１６のような）ローカル・バス２１６を通じてカプラ・ゲートウェイ・モジュール２１２に接続されている３つのフィールドバス・カプラ・モジュール２１４とを伴うフィールドバス・カプラ２１０を示している。カプラ・モジュール２１４はまた、それぞれのカプラ・スプール２１５Ａ、２１５Ｂ、２１５Ｃに連結されている。

【0054】

フォーリン・カプラ２１０のモジュールどうしの間におけるモジュール間通信及び電力のためのローカル・バス２１６の使用は、デバイス・カプラ１１０のモジュールどうしのモジュール間通信のためのバス１１６に関して前述したのと同じであり、したがって、さらに詳細に説明することはしない。

【0055】

フィールドバス・カプラ・ゲートウェイ・モジュール２１２は、図９において示されているデバイス・カプラ・ゲートウェイ・モジュール１１２と実質的に同様であるが、フィールド・デバイスであるように設計されているだけであり、したがってフィールドバス・トランクの通信及び電力を「通過」させない。フィールドバス・カプラ２１０が、デバイス・カプラ１１０と同様にローカル・トランク通信を通過させるように設計されている場合には、前述と同様の終端機能を提供することができる。フィールドバス・カプラ・ゲートウェイ・モジュール２１２は、ローカル通信バス２１６を介して０〜Ｎ個のカプラ・モジュール２１４と通信する。

【0056】

カプラ・モジュール２１４は、ローカル・バス２１６を利用してフォーリン・フィールドバス・ネットワークをローカル・フィールドバス・ネットワーク１０に接続することを意図されている。図１２におけるカプラ・モジュール２１４は、ローカル・フィールドバス・ネットワーク１０と、フォーリン・フィールドバス・ネットワーク又はフォーリン・フィールドバス・デバイス（図示せず）との間における通信のために有線スプール２１５に接続されているところが示されている。フォーリン・フィールドバス・プロトコルは、データ・フォーマット・レベルで、又は物理的なレベルで、ローカル・フィールドバス４１０のプロトコルと必ずしも適合するとは限らない。

【0057】

カプラ・モジュール２１４は、ローカル電力バス２２０から診断モジュール２１４に電力供給するための回路２３２、及び必要な場合には、ローカル電力バス２２０から、デバイス・モジュール２１４に連結されているスプール・ライン２１５に電力供給するための破線で示されている回路２３４を含む。伝送電力回路２３４は、診断モジュール１１４に関して前述したような、伝送ライン２１５をローカル・バス２１６及びローカル・フィールドバス・ネットワーク４１０から絶縁するための絶縁回路（図示せず）を含むことができる。

【0058】

カプラ・モジュール２１４は、ローカル通信バス２１８を介してゲートウェイ・モジュール２１２と通信するためのローカル通信回路２３６と、カプラ・モジュール２１４とフォーリン・フィールドバス・ネットワークとの間においてスプール２１５を介して通信を行うための伝送通信回路２３８をさらに含む。伝送通信回路２３８は、フォーリン・フィールドバス・カプラ２１０を通じてローカル・フィールドバス・ネットワーク４１０とフォーリン・フィールドバス・ネットワークとの間において通信を行うためにローカル通信回路２３６に接続されている。

【0059】

カプラ・モジュール２１４が、ローカル・フィールドバス・ネットワークと、リモートのフォーリン・フィールドバス・ネットワーク又はフォーリン・フィールドバス・デバイスとの間におけるワイヤレス通信用に設計されている場合には、スプール２１５は、ワイヤレス伝送ライン、すなわちデータのワイヤレス伝送を表す。カプラ・モジュール２１４のそのような実施例においては、伝送回路２３８は、データのワイヤレス送信及び受信のためにアンテナ２４０（図１２において破線で示されている）に接続されている。データのワイヤレス通信のために利用することができるワイヤレスＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルの例は、（フィールドバスの技術分野において知られている数あるプロトコルのうちでも）ＷＩＲＥＬＥＳＳＨＡＲＴプロトコル及びＺＩＧＢＥＥプロトコルを含む。有線スプールに電力供給するための回路は、代わりにワイヤレス伝送ラインに電力供給するように構成されることになり、すなわち、図１２において破線で示されているアンテナ２４０に電力供給するように構成されることになる。

【0060】

示されている実施例においては、ローカル通信回路２３６は、フォーリン・フィールドバス・ネットワーク上のノードとして機能することができ、フォーリン・フィールドバス・プロトコルをローカル・フィールドバス・プロトコルに変換することを取り扱う。伝送ライン２１５は、事実上、フォーリン・フィールドバスの物理レイヤ要件と適合するフォーリン・フィールドバスのスプールである。カプラ・モジュール２１４は、フォーリン・ネットワークによって、フォーリン・ネットワーク上の別のノードとみなされる。したがって、スプール２１５に連結されているフォーリン・フィールドバス・ネットワーク上のカプラは、単に、（上述のようなスプール診断を含むことができる）スプールを接続するためのデバイス・カプラであることが可能である。フォーリン・デバイス・カプラは、スプール２１５に電力を提供することもできる。

【0061】

その他の可能な実施例においては、伝送通信回路２３８は、ローカル・フィールドバス・ネットワーク上のノードとして機能することができ、プロトコルの対応する変換は、たとえば、（たとえば、図７において示されているカプラ・モジュール４２７のような）カプラ・モジュール２１４と同様のカプラ・モジュールを利用して、フォーリン・ネットワーク上で行われる。伝送ライン２１５は、実際には、接続されているカプラ・モジュールのうちの１つによって電力供給されるＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１スプールであろうし、カプラ・モジュール２１４から、フォーリン・フィールドバス・ネットワーク上の対応するカプラ・モジュールの伝送通信回路へ延びているであろう。ローカル・ネットワークのプロトコルと、接続スプールのプロトコルとが同じである実施例においては、伝送通信回路２３８は、データをプロトコルどうしの間において変換せず、単に、スプール２１５とローカル通信回路２３６との間において同じプロトコルを使用してデータを再送するように機能する。

【0062】

さらに他の可能な実施例においては、スプール２１５は、ローカル・フィールドバス・ネットワーク２１０のプロトコル及びフォーリン・フィールドバス・ネットワーク・プロトコルとは異なる第３のフィールドバス・プロトコルに適合することができる。これは、たとえば、第３のフィールドバス・プロトコルによってスプールの長さをより長くすることができる場合に、又は２つの有線フィールドバス・ネットワークの間においてワイヤレス通信が望まれる場合に、必要となる可能性がある。そのような実施例においては、スプールの両端におけるフィールドバス・カプラが、それぞれのローカル・プロトコルから第３のプロトコルへの変換を行い、すなわち、第３のプロトコルのみが、結合されているネットワークどうしの間における中間プロトコルとして使用される。

【0063】

カプラ・モジュール２１４は、ゲートウェイ・モジュール２１０を通じてローカル・フィールドバスとの通信を行うカプラ・モジュール２１４の物理レイヤ診断回路１４０に類似している、スプール２１５の診断に専用の物理レイヤ診断デバイス又は回路を含むこともできる。

【0064】

診断フィールド・デバイス３１０は、一体型オシロスコープを組み込んでおり、フィールドバス・ループによって電力供給され、フィールドバス・ループを介して通信を行う。図１３は、例示されているフィールド・デバイス３１０の機能ブロック図であり、フィールド・デバイス３１０は、端子３１２のセットを含み、端子３１２は、フィールド・デバイス３１０を２ワイヤ・プロセス・ループ４１２に電気的に接続する。フィールド・デバイス３１０は、２ワイヤ・ループ４１２からフィールド・デバイス３１０に電力供給する端子３１２に接続されている電力回路３１６と、２ワイヤ・プロセス・ループ４１２を介してデータを送信及び受信する通信回路３１８とを含む。通信回路３１８は、フィールド・デバイス３１０へと入る、及びフィールド・デバイス３１０から出る唯一の通信パスであり、したがって通信スピードは、ローカル・フィールドバス・ネットワーク４１０そのものの能力によって制限される。

【0065】

示されている実施例においては、フィールド・デバイス３１０は、もっぱら２ワイヤ・プロセス・ループ４１２を通じて電力供給される。フィールド・デバイス３１０は、（ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１に適合する実施例に関しては）２００ｍＷ未満の（すなわち、９ボルトで３０ｍＡ未満の）電力で稼働するように設計されている。例示されているフィールド・デバイス３１０は、好ましいことに、「低電力」フィールド・デバイスの業界標準の期待を満たしている。

【0066】

フィールド・デバイス３１０は、端子３１２を介して２ワイヤ・プロセス・ループ４１２に接続されているデジタル・オシロスコープ３２０を含む。マイクロプロセッサ又はコントローラ３２２が、オシロスコープ３２０及び通信回路３１８に接続されている。オシロスコープ３２０及びマイクロプロセッサ３２２は、メモリ３２４との間で読み取り及び書き込みを行う。図１３において示されているブロック図は、オシロスコープ３２０及びマイクロプロセッサ３２２が共通のメモリ３２４を共有しているということを示しているが、オシロスコープ３２０及びマイクロプロセッサ３２２はそれぞれ、パフォーマンス及び互換性の理由から必要な場合には専用のメモリを有することができる（たとえば、オシロスコープ３２０は、マイクロプロセッサ３２２よりも高速のメモリを必要とする可能性がある）。

【0067】

フィールド・デバイス３１０はまた、通信回路３１８を使用して２ワイヤ・ループを介して物理レイヤ診断データを通信する、当技術分野において知られている物理レイヤ診断のための回路（図示せず）を含む。

【0068】

図１４は、オシロスコープ３２０の機能ブロック図である。入力インターフェース３２６が、オシロスコープ３２０を端子３１２に接続し、そのオシロスコープが２ワイヤ・プロセス・ループ４１２上で電圧Ｖを「見る」ことを可能にする。入力インターフェース３２６は、増幅器３２８へ接続されることが可能であり、増幅器３２８は、入ってくる電圧信号を、トリガー検知器３３０及びアナログ／デジタル・コンバータ３３２によって使用するのに十分な程度に増幅する。トリガー検知器３３０は、入力信号からトリガー・イベントを検知し、ａ／ｄコンバータ３３２は、クロック３３４によって特定されたサンプル周波数で入力信号をデジタル化する。ユーザは、フィールドバス・ネットワークを通じたリモート・コマンドを介して、１秒あたり１００，０００個のデータ・サンプルと、１秒あたり２，０００，０００個のデータ・サンプルとの間においてサンプル・レートを設定することができる（その他の実施例は、異なる最小サンプリング・レート及び最大サンプリング・レートを提供することができる）。デジタル化されたデータは、メモリ３３６（これは、メモリ３２４であることも可能である）内に格納される。分析／コントロール論理回路３３８が、オシロスコープ３２０のオペレーションをコントロールし、通信インターフェース３４０を通じてデータを伝送し、コントロール・コマンドを受け取る。

【0069】

トリガー検知器３３０は、オシロスコープ３２０が、入力信号に関連したイベントの発生時に信号データを取り込むことを可能にする。例示されているデジタル・オシロスコープ３２０は、入力信号を絶えず処理するが、トリガー検知器３３０は、トリガー・イベントに関連したデータをメモリに保存又は記録することを開始するようオシロスコープ・コントロール回路３３８にアラートする。オシロスコープ３２０は、トリガー・イベントの前に生じるデータを保存することもできる。なぜなら、処理されたデータは、一時バッファに保存されることが可能であり、その後にトリガー・イベントが発生しなかった場合に破棄されるからである。これは、図１５において概略的に示されており、トリガー・イベント３４２は事実上、オシロスコープが、トリガー・イベントよりもいくらかの時間前に開始する信号データ、並びにトリガー・イベントよりもいくらかの時間後に終了する信号データを保存するようにさせる。

【0070】

デジタル・オシロスコープ・トリガー検知器は、シンプルなトリガー・タイプ及び進んだトリガー・タイプの両方を含み、それらのトリガー・パラメータは、ユーザによって設定されることが可能である。オシロスコープ３２０によって実施されることが可能である、デジタル・オシロスコープの技術分野において知られているこれらのトリガー・タイプは、シンプルなエッジ・トリガー（信号が、設定しきい値よりも上で低下又は上昇する）、複雑なエッジ・トリガー（信号が、２つの設定しきい値の間において低下及び上昇する）、ウィンドウ・トリガー（信号波形が、設定電圧レンジに入る、又は設定電圧レンジから出る）、パルス幅トリガー（あるしきい値及び持続時間内の信号パルス）、インターバル・トリガー（信号が、設定持続時間内で設定しきい値よりも上に上昇しない、又は設定しきい値よりも下に低下しない）、ウィンドウ・パルス幅トリガー（ウィンドウ・トリガーとパルス幅トリガーとの組合せ）、レベル・ドロップアウト・トリガー（エッジを有する信号の後に、エッジを伴わない設定持続時間が続く）、ウィンドウ・ドロップアウト・トリガー（ウィンドウ・ドロップアウト・トリガーとレベル・ドロップアウト・トリガーとの組合せ）、ラント・トリガー（第１の設定しきい値と交わるが第２の設定しきい値とは交わらない信号パルス）、スパイク・トリガー（設定された大きさを超える信号スパイク）、プロトコル・トリガー（ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１又はＰＲＯＦＩＢＵＳデータ・フレーム・プロトコルなどの標準的なデータ・フレーム・プロトコルに準拠する信号波形）、マルチステート・トリガー（一連の個々のトリガー・イベントによって引き起こされるトリガリング）、並びにソフトウェア・トリガー（ユーザ定義の信号波形）を含むが、それらに限定されない。

【0071】

オシロスコープ３２０は、２ワイヤ・プロセス・ループ４１２を通じて伝送するための限られた量のデータをオシロスコープ３２０に取り込ませて格納させるトリガー・イベントを含む。この示されている実施例においては、単一のデータ取り込みは、低解像度で相対的に短い取り込みウィンドウに関する３キロバイトのデータから、高解像度で相対的に長い取り込みウィンドウに関する約３０キロバイトのデータに及ぶ。詳細さと、フィールドバス・ネットワークを介した長いデータ伝送時間とのバランスの柔軟性を提供するために、中間のデータ取り込みが提供される。例示されているオシロスコープ３２０は、トリガーされるイベントのタイプに基づいてデフォルトのサンプリング・レートを設定する。詳細さと、データ伝送時間とのバランスを最適化するために、高い周波数のイベントは、より高いサンプリング・レート及びより短い取り込みウィンドウのデフォルト選択という結果となり、その一方で、より低い周波数のイベントは、より低いサンプリング・レート及びより長い取り込みウィンドウのデフォルト選択という結果となる。

【0072】

図１５は、２ワイヤ・プロセス・ループ３１４をモニタしている間にオシロスコープ３２０によって認識されることが可能である限られたデータ・トリガー・イベントのうちのいくつか（ただし、必ずしもすべてではない）を示している。これらのトリガー・イベントは、「トリガー・イベント・ボックス」によって表されており、時間軸に沿ったトリガー・イベント・ボックスの幅は、トリガー・イベントに関連したデータが記録及び格納されるタイム・インターバルを表している。イベント・ボックスをサンプリングして生成及び格納されたデータの量は、前述のようにサンプリング・レートの関数である。

【0073】

トリガー・イベント・ボックス３４４は、所与のタイム・スパン内に生じる指定の大きさを超える（正又は負の）電圧スパイクによって引き起こされたトリガー・イベントをカバーしている。電圧スパイクは、データ・フレームどうしの伝送の間における沈黙時間中に生じているところを示されているが、データ・フレーム内で生じることもある。オシロスコープは、電圧スパイク・データをデジタル化して保存し、そしてまた、トリガー・イベント・ボックスの幅によって表されるスパイク前及びスパイク後の信号データを保存する。電圧スパイクは、限られた持続時間のイベントであるので、オシロスコープ３２０からループ４１２を通じて伝送されることになる相対的に高いサンプリング・レートでさえ生成された相対的に少ない数のデータ・ポイントがある。

【0074】

トリガー・イベント・ボックス３４６は、データ・フレームの始まりによって引き起こされたトリガー・イベントをカバーしている。記録されたデータは、データ・フレームの始まりの直前の沈黙時間のうちのいくらか、及びデータ・フレームのスタート・ビットのうちのいくつか（ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１データ・フレームのプリアンブルの最初の１つ又は２つのビットなど）をカバーしている。トリガー・イベント・ボックス３４８は、データ・フレームの終わりによって引き起こされたトリガー・イベントをカバーしている。記録されたデータは、データ・フレームのエンド・ビットのうちのいくつか、及びデータ・フレームの終わりの直後の沈黙時間のうちのいくらか（ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１データ・フレームのエンド・デリミタの最後の１つ又は２つのビットなど）をカバーしている。トリガー・イベント・ボックス３４６、３４８はそれぞれ、全体としてのデータ・フレームと比較して相対的に短い持続時間であるので、オシロスコープ３２０からループ４１２を通じて伝送されることになる相対的に高いサンプリング・レートでさえ生成された相対的に少ない数のデータ・ポイントがある。

【0075】

オシロスコープ３２０はまた、相対的に多くの量のデータを生成するトリガー・イベントを含み、そのようなトリガー・イベントを選択すると、オシロスコープ３２０がループ４１２を通じてデータを伝送するのに、専用の通信回線を介した伝送と比較して、相対的に長い時間が必要となるであろうということをユーザは認識する。

【0076】

そのようなより大きなデータのトリガー・イベントの例が、図１６においても示されている。トリガー・イベント・ボックス３５０は、データ・フレームの伝送によって引き起こされたトリガー・イベントをカバーしている。記録されたデータは、データ・フレームの始まりの直前の沈黙時間のうちのいくらか、データ・フレームそのもの、及びデータ・フレームの始まりの直後の沈黙時間のうちのいくらかをカバーしている。トリガー・イベント・ボックス３５２は、データ・フレームどうしの間における沈黙時間によってトリガーされたトリガー・イベントをカバーしている。

【0077】

トリガー・イベントは、ユーザによって選択された特定のフィールド・デバイスがデータを伝送したときにのみ生じるようにセットアップされることが可能であり、又は仕様から外れたイベントが生じたときにトリガーするようにセットアップされることが可能であり、又は従来のオシロスコープ・フィールドバス・モニタリングの技術分野において知られているユーザによって選択可能なその他のトリガー・イベントであることが可能である。

【0078】

上述のトリガー・イベントを使用して時間ドメイン・データを生成することに加えて、分析／コントロール回路３３８はまた、スペクトル・アナライザ回路３５３（図１７を参照されたい）を含み、スペクトル・アナライザ回路３５３は、たとえば従来の高速フーリエ変換分析を使用して、時間ドメイン・データを周波数ドメイン・データに変換し、周波数スペクトル・データを保存する。周波数ドメイン・データは、フィールドバス・ネットワークの物理レイヤに関する貴重な情報を提供する。たとえば、５０／６０Ｈｚのピークは、ＡＣメイン電力ライン・ピックアップに起因するノイズを示唆している。より高い周波数ピークは、電源切り替えノイズ、デジタル回路ノイズなどを示唆している可能性がある。

【0079】

ユーザが、データ信号ビット周波数と比較して相対的に低い周波数ピークに関心がある場合（たとえば、ユーザがＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ Ｈ１ネットワーク上での５０／６０Ｈｚのピークに関心があるとき）には、オシロスコープ３２０は、関心のある周波数に見合ったさらに低いサンプリング・レートでデータをサンプリングするように設定されることが可能である。オシロスコープ３２０は、低いサンプリング・レートでトリガー・イベント・ボックス３５２を利用して５０／６０Ｈｚのピークを検知することができ、複数のトリガー・イベント・ボックス３５２からのデータを使用して周波数ドメイン分析のための十分なデータを得ることができる。

【0080】

オシロスコープ３２０は、相対的に多くの量の時間ドメイン・データ又は周波数ドメイン・データを生成することができる。そのようなデータは、ループ３１４を通じた（ユーザにとって）許容できないほど長い伝送時間を必要とする場合がある。伝送時間を減らすために、オシロスコープ３２０は、ループ３１４を通じた伝送時間を減らしながら効果的な診断データをユーザに提供するさらなる機能を含む。例示されているオシロスコープ３２０は、関連データを視覚化するイメージを生成する回路と、関連データに基づいてテキストベースのレポートを生成するレポート・ライタとを含む。

【0081】

分析／コントロール論理回路３３８は、視覚化回路３５４をさらに含み、視覚化回路３５４は、保存されたデータ（時間ドメイン・データ又は周波数ドメイン・データ）に基づいてイメージを生成し、そのイメージを、標準化されたイメージ・ファイル・フォーマット（たとえば、ＪＰＧ、ＴＩＦＦ、ＢＭＰ、ＧＩＦなど）のファイルとして保存する。図１７を参照されたい。保存されたイメージ・ファイルは、従来のイメージ圧縮技術を使用して圧縮されることが可能である。

【0082】

図１８は、トリガー・イベント・ボックス３５０から保存されたデータから生成されたイメージ・ファイル内に格納されているイメージ３５６を示している。イメージ３５６は、曲線又は関数３５８としてプロットされている信号データを含み、データ・フレームがプロトコルにどれぐらいよく準拠しているかをユーザが視覚化するのを補助するフィールドバス物理レイヤ仕様のＡＣデータ信号の電圧上限及び電圧下限を表す視覚化境界ライン３６０及び３６２をさらに含む。

【0083】

イメージ３５６は、信号データがどのようにプロットされるか、どの信号データがプロットされるか、及び、信号データをユーザが評価するのを補助するためにどんなその他の視覚化デバイス、ラベル、又はマーキングをイメージ内に組み込むことができるかに関して限定的であることを意図されているものではない。

【0084】

選択する元になる事前に定義された複数のイメージ・タイプ及びイメージ・フォーマットをオシロスコープ３２０がユーザに提供することが考えられる。たとえば、ユーザは、信号強度を周波数の関数としてプロットするイメージを生成するために使用される時間ドメイン・データから得られた周波数ドメイン・データを使用してイメージを生成するようにも分析／論理回路３３８に指示することができる。

【0085】

再び図１７を参照すると、分析／コントロール論理回路３３８はまた、オシロスコープ・データに基づいてテキストベースのレポートを生成するレポート・ライティング回路３６４を含む。たとえば、レポート・テキストは、データ・フレーム１６の波形が物理レイヤ仕様に準拠しているということを単に述べることができる。テキスト・レポートは、ＡＳＣＩＩ又はＵＮＩＣＯＤＥフォーマットで作成され、ループ３１４を通じて伝送される。時間ドメイン及び周波数ドメインの両方において選択する元になる事前に定義された複数のレポート・タイプをオシロスコープ３２０がユーザに提供することが考えられる。さらに他の可能な実施例においては、レポート・テキストは、「合格／不合格」又は「はい／いいえ」又はその他のバイナリー基準を示すブーリアン型のデータ・ビットから構成されることが可能である。

【0086】

フィールド・デバイス３１０は、特定の重大なトリガー・イベントが発生した場合には、スケジュールされていないデータ・フレーム又はメッセージを、フィールドバスのスケジュールされていないデータ伝送プロトコルに従ってループ３１４を通じて伝送するように構成されている。たとえば、フィールド・デバイス３１０は、電圧スパイクが所与の大きさを超えた場合、又は電圧スパイクが所与の最小周波数で生じた場合には、スケジュールされていないデータ・フレームを伝送することができる。

【0087】

フィールド・デバイス３１０はまた、新たなトリガー・イベント、イメージ又はテキストに基づく報告、ユーティリティー・オペレーションなどを定義するオシロスコープ３２０及び／又はマイクロプロセッサ３２２のためのプログラミングを含む２ワイヤ・ループ４１２からのデータを受信する。

【0088】

フィールド・デバイス３１０のマイクロプロセッサ３２２は、フィールド・デバイス３１０のための数値処理、イメージ処理、レポート処理などのうちのいくつか又はすべてを実行することができる。その他の可能な実施例においては、マイクロプロセッサ３２２を除去することができ、マイクロプロセッサの機能は、もっぱらオシロスコープ３２０によって実行されることが可能である。

【0089】

さらに他の可能な実施例においては、フィールド・デバイス３１０は、２ワイヤ・ループ４１２又は連結されているスプールのその他の物理的な特徴に関するデータをモニタ、測定、及び伝送するためにフィールド・デバイス端子３１２を通じて２ワイヤ・ループ４１２に接続されている従来の物理レイヤ診断回路を含むことができる。

【0090】

またさらなる可能な実施例においては、フィールド・デバイス３１０を診断スプール・モジュール１１４内に組み込むことができる。

【0091】

本明細書において開示され、非限定的な実施例のモジュラー・デバイス・カプラ１１０において例示されているモジュラー・デバイス・カプラの特徴は、下記の特徴を単独で、又は１つ若しくは複数のその他の特徴との任意の組合せで含むが、必ずしもそれらに限定されない。

【0092】

１．フィールドバス・ネットワークのためのモジュラー・デバイス・カプラであって、ネットワークを介して電力及びデータを伝送するトランク・ラインと、トランク・ラインから延びている１つ又は複数のスプールとを結合し、
ゲートウェイ・モジュール、少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュール、及びローカル・バスを含み、ローカル・バスが、トランク・ラインから切り離されており、
ゲートウェイ・モジュールが、トランク・ラインを介して通信を行うように構成されている第１の回路と、トランク・ラインからゲートウェイ・モジュールに電力供給するための第２の回路と、ローカル・バスを介して少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールと通信するように構成されている第３の回路とを含み、
それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールが、トランク・ラインからそれぞれのスプール・カプラ・モジュールに電力供給するように構成されている第１の回路と、スプールと通信するように構成されている第２の回路と、ローカル・バスを介してゲートウェイ・モジュールと通信するように構成されている第３の回路とを含む、モジュラー・デバイス・カプラ。

【0093】

２．ゲートウェイ・モジュールの第１の回路が、ゲートウェイ・モジュールにもっぱら電力供給して、その他のいかなるモジュールにも電力供給しないように構成されている、特徴１に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0094】

３．ゲートウェイ・モジュールが、トランク・ラインからローカル・バスに電力供給する第４の回路を含み、それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールの第１の回路が、ローカル・バスからそれぞれのスプール・カプラ・モジュールに電力供給するように構成されている、特徴１に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0095】

４．それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールの第１の回路が、それぞれのスプール・カプラ・モジュールに連結されているスプールに電力供給するように構成されている回路を含む、特徴３に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0096】

５．それぞれの少なくとも１つのスプール結合モジュールの第１の回路が、それぞれのスプール・カプラ・モジュールのその他の回路から絶縁されている、特徴４に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0097】

６．ローカル・バスが、ゲートウェイ・モジュールと、それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールとの間における通信のためのシリアル通信バスを含む、特徴１に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0098】

７．シリアル通信バスを介して通信を伝送するように構成されているバックプレーン接続システムをさらに含む、特徴６に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0099】

８．トランク・ラインと、それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールとの間における通信のために１つのゲートウェイ・モジュールが必要とされるだけである、特徴７に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0100】

９．さらなる１つ又は複数のスプール・カプラ・モジュールが、トランク・ラインと、さらなる１つ又は複数のスプールとの間における通信を可能にするためにバックプレーン接続システムに連結されることが可能である、特徴８に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0101】

１０．ゲートウェイ・モジュールの第１の回路が、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳプロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳプロトコル、ＨＡＲＴプロトコル、ＭＯＤＢＵＳプロトコル、及びイーサネット（登録商標）ベースのプロトコルのうちの１つを使用してトランクと通信するように構成されている、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0102】

１１．それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールが、それぞれのカプラ・モジュールに連結されているスプールの物理レイヤ診断を測定して提供するように構成されている物理レイヤ診断デバイスを含む、前述の特徴のうちのいずれか１つに記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0103】

１２．それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールの物理レイヤ診断デバイスが、ゲートウェイ・モジュールとのみ通信して、その他のいかなるモジュールとも通信しないように構成されている、特徴１１に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0104】

１３．それぞれの少なくとも１つのスプール・カプラ・モジュールの物理レイヤ診断デバイスと、ゲートウェイ・モジュールとの間におけるすべての通信がローカル・バスを通る、特徴１２に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0105】

１４．それぞれのスプール・カプラ・モジュールの物理レイヤ診断デバイスが、もっぱらローカル・バスから電力供給される、特徴１１に記載のモジュラー・デバイス・カプラ。

【0106】

本明細書において開示され、非限定的な実施例のモジュラー・フィールドバス・カプラ２１０において例示されているフィールドバス・カプラの特徴は、下記の特徴を単独で、又は１つ若しくは複数のその他の特徴との任意の組合せで含むが、必ずしもそれらに限定されない。

【0107】

１．第１のフィールドバス・プロトコルを利用するローカル・フィールドバス・ネットワークを、第１のフィールドバス・プロトコルとは異なる第２のフィールドバス・プロトコルを利用する相互接続しているネットワーク伝送ラインを通じて、フォーリン・フィールド・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークに結合するためのフィールドバス・カプラであって、
第１のフィールドバス・プロトコルを使用してローカル・フィールドバス・ネットワークを介して通信を行うように構成されている第１の回路と、
フィールドバス・カプラを、相互接続しているネットワーク伝送ラインと接続して、第２のフィールドバス・プロトコルを使用して、相互接続しているネットワーク伝送ラインを介して通信を行うように構成されている第２の回路と、
第１及び第２の回路と通信するように構成されていて、相互接続しているネットワーク伝送ラインを介して、ローカル・フィールドバス・ネットワークと、フォーリン・フィールドバス・ネットワーク又はフォーリン・フィールドバス・デバイスとの間における通信を可能にするために第１及び第２の回路との間でデータを伝送することができる第３の回路とを含むフィールドバス・カプラ。

【0108】

２．第２の回路が、有線フィールドバス・プロトコルを使用して、相互接続しているネットワーク伝送ラインと通信するように構成されている、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0109】

３．第２の回路が、ワイヤレス・フィールドバス・プロトコルを使用して、相互接続しているネットワーク伝送ラインと通信するように構成されている、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0110】

４．ローカル・フィールドバス・ネットワークから、相互接続しているネットワーク伝送ラインにもっぱら電力供給するように構成されている第４の回路を含む、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0111】

５．第４の回路が、第１の回路から電気的に絶縁されている、特徴４に記載のフィールドバス・カプラ。

【0112】

６．第３の回路が、ローカル・フィールドバス・ネットワークから切り離されているローカル・バスを通じて第１の回路と通信する、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0113】

７．第１の回路が、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ有線プロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳ有線プロトコル、ＨＡＲＴ有線プロトコル、ＭＯＤＢＵＳ有線プロトコル、及びイーサネット（登録商標）ベースの有線プロトコルのうちの１つを使用してローカル・フィールドバス・ネットワークと通信するように構成されており、第２の回路が、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳ有線プロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳ有線プロトコル、ＨＡＲＴ有線プロトコル、ＭＯＤＢＵＳ有線プロトコル、イーサネット（登録商標）ベースの有線プロトコル、ＷＩＲＥＬＥＳＳＨＡＲＴワイヤレス・プロトコル、ＺＩＧＢＥＥワイヤレス・プロトコル、ＰＲＯＦＩＢＵＳワイヤレス・プロトコル、及びＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ ＦＩＥＬＤＢＵＳワイヤレス・プロトコルのうちの別の１つを使用して、相互接続しているネットワーク伝送ラインと通信するように構成されている、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0114】

８．第１の回路が、ローカル・フィールド・バス・ネットワーク及び第３の回路の両方との双方向通信を行うことができる、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0115】

９．第２の回路が、第２のフィールドバス・プロトコルを使用するネットワーク伝送ラインの１つの端部に連結されており、その伝送ラインが、やはり第２のフィールドバス・プロトコルを使用するフォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークに連結されている第２の端部を含む、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0116】

１０．第２の回路が、第２のフィールドバス・プロトコルを使用するネットワーク伝送ラインの１つの端部に連結されており、その伝送ラインが、第２のプロトコルとは異なるフィールドバス・プロトコルを使用するフォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークに連結されている第２の端部を含む、特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0117】

１１．第２のフィールドバス・カプラが、伝送ラインと、フォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークとの間における通信のために、伝送ラインの第２の端部をフォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークに接続する、特徴１０に記載のフィールドバス・カプラ。

【0118】

１２．ゲートウェイ・モジュール、少なくとも１つのカプラ・モジュール、及びローカル・バスを含み、
ゲートウェイ・モジュールが、第１の回路を含み、
少なくとも１つのカプラ・モジュールのそれぞれが、第２の回路及び第３の回路を含み、それぞれのカプラ・モジュールが、それぞれの伝送ラインと通信するためにそれぞれの相互接続しているネットワーク伝送ラインに接続可能であり、
第１の回路が、ローカル・バスを介してそれぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールの第３の回路と通信し、
ローカル・バスが、ローカル・フィールドバス・ネットワークから切り離されている、
特徴１に記載のフィールドバス・カプラ。

【0119】

１３．ゲートウェイ・モジュールが、ローカル・フィールドバス・ネットワークからローカル・バスに電力供給するための第４の回路を含み、それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールが、ローカル・バスから少なくとも１つのカプラ・モジュールにもっぱら電力供給するための第５の回路を含む、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0120】

１４．それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールの第２の回路が、それぞれのカプラ・モジュールの第３の回路及び第４の回路から絶縁されている、特徴１３に記載のフィールドバス・カプラ。

【0121】

１５．それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールが、ローカル・バスからそれぞれのカプラ・モジュールに連結されている相互接続しているネットワーク伝送ラインにもっぱら電力供給する第６の回路を含む、特徴１３に記載のフィールドバス・カプラ。

【0122】

１６．それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールの第６の回路が、それぞれのカプラ・モジュールの第２及び第３の回路から絶縁されている、特徴１３に記載のフィールドバス・カプラ。

【0123】

１７．ローカル・バスが、ゲートウェイ・モジュールと、それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールとの間における通信のためのシリアル通信バスを含む、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0124】

１８．シリアル通信バスを介して通信を伝送するように構成されているバックプレーン接続システムをさらに含む、特徴１７に記載のフィールドバス・カプラ。

【0125】

１９．さらなる１つ又は複数のカプラ・モジュールが、ローカル・フィールドバス・ネットワークと、さらなる１つ又は複数のフォーリン・フィールドバス・デバイス又はフォーリン・フィールドバス・ネットワークとの間における通信を可能にするためにバックプレーン接続システムに連結されることが可能である、１８に記載のフィールドバス・カプラ。

【0126】

２０．ローカル・フィールドバス・ネットワークと、それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールとの間における通信のために１つのゲートウェイ・モジュールが必要とされるだけである、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0127】

２１．ゲートウェイ・モジュールの第１の回路が、ローカル・フィールドバス・ネットワークとの双方向通信を行うことができ、それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールの第３の回路との双方向通信を行うことができる、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0128】

２２．少なくとも１つのカプラ・モジュールが、２つのカプラ・モジュールを含み、それらの２つのカプラ・モジュールの第２の回路どうしが、別々のフィールドバス・プロトコル用に構成されている、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0129】

２３．少なくとも１つのカプラ・モジュールが、２つのカプラ・モジュールを含み、それらの２つのカプラ・モジュールの第２の回路どうしが、同じフィールドバス・プロトコル用に構成されている、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0130】

２４．それぞれの少なくとも１つのカプラ・モジュールが、伝送ラインに関する物理レイヤ診断データを提供するために、それぞれのカプラ・モジュールに接続されている伝送ラインに電気的に接続されるように構成されている物理レイヤ診断回路を含む、特徴１２に記載のフィールドバス・カプラ。

【0131】

本明細書において開示されているオシロスコープを含み、非限定的な実施例のフィールドバス診断デバイス３１０において例示されているフィールドバス診断デバイスの特徴は、下記の特徴を単独で、又は１つ若しくは複数のその他の特徴との任意の組合せで含むが、必ずしもそれらに限定されない。

【0132】

１．伝送ラインを介して電力及びデータの両方を搬送するフィールドバス・ネットワークのための診断デバイスであって、データが、アナログ波形を含む電気信号として伝送ラインを介して伝送され、診断デバイスが、
診断デバイスを伝送ラインと電気的に接続するように構成されている端子のセットと、
フィールドバス・ネットワークを介して通信を行うために端子に接続されている第１の回路であり、診断デバイスへと入る、及び診断デバイスから出る唯一の通信パスである第１の回路と、
その他のいかなる電力源も伴わずに伝送ラインから診断デバイスにもっぱら電力供給するために端子に接続されている第２の回路と、
波形データをデジタル化する目的でオシロスコープを伝送ラインと接続するために端子のセットに接続されているオシロスコープであり、伝送ラインから受け取られる電力によってもっぱら電力供給され、また、オシロスコープへと入る、及びオシロスコープから出るデータ通信のために第１の回路に接続されているオシロスコープとを含み、
オシロスコープが、有限な持続時間を有するトリガー・イベント・ボックスを定義する、ユーザによって選択可能なトリガー・イベントを生成するトリガー検知器と、メモリと、トリガー・イベント・ボックス内のフィールドバス信号をデジタル化するためのアナログ／デジタル・コンバータと、デジタル化されたデータをメモリ内に格納する、メモリに結合されている分析／コントロール論理回路と、フィールドバス・ネットワークとオシロスコープとの間における通信のためにメモリを第１の回路と通信させる通信インターフェースとを含む、診断デバイス。

【0133】

２．トリガー・イベント・ボックスに関連したデータを、そのトリガー・イベント・ボックスに関連したすべてのデータがメモリ内に格納された後に転送するように構成されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0134】

３．データが、データ・フレームの始まりにおける最初のビット、データ・フレームの終わりにおけるその最初のビットの後に時間を空けた最後のビット、及び１つ又は複数の中間ビットを表すアナログ波形を伴うデータ・フレームとしてネットワーク上で伝送され、トリガー検知器が、最初のビットの始まりの前に開いてデータ・フレームの終わりの前に閉じるトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0135】

４．データが、データ・フレームの始まりにおける最初のビット、その最初のビットの後に時間を空けた最後のビット、及び１つ又は複数の中間ビットを表すアナログ波形を伴うデータ・フレームとしてネットワーク上で伝送され、トリガー検知器が、データ・フレームの始まりの後に開いて最後のビットの終わりの後に閉じるトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0136】

５．データが、最初のビット、その最初のビットの後に時間を空けた最後のビット、及び１つ又は複数の中間ビットを表すアナログ波形を伴うデータ・フレームとしてネットワーク上で伝送され、トリガー検知器が、データ・フレームの始まりの前に開いてデータ・フレームの終わりの後に閉じるトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0137】

６．トリガー検知器が、フィールドバス・ネットワーク上で通信している所定のフィールド・デバイスによって生成された波形を検知したときにのみトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴３から５までのいずれか１つに記載の診断デバイス。

【0138】

７．トリガー・デバイスが、所定の大きさを超える電圧スパイクを含むトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0139】

８．トリガー・イベント・ボックスが、電圧スパイクの始まりの前に開き、電圧スパイクの終わりの後に閉じる、特徴７に記載の診断デバイス。

【0140】

９．データが、データ・フレームどうしの間における沈黙時間によって隔てられているデータ・フレームとしてネットワーク上で伝送され、トリガー検知器が、１つの沈黙時間中に開いて閉じるトリガー・イベント・ボックスを開くように構成されている、特徴７に記載の診断デバイス。

【0141】

１０．オシロスコープが、そのオシロスコープのサンプリング・レートを特定するクロックを含み、そのサンプリング・レートが、最小のサンプリング・レートと、最大のサンプリング・レートとの間においてユーザによって選択可能である、特徴１に記載の診断デバイス。

【0142】

１１．トリガー検知器が、オシロスコープのサンプリング・レートに反比例する持続時間にわたって開いたままでいた後に閉じるトリガー・イベント・ボックスを開く、特徴１０に記載の診断デバイス。

【0143】

１２．アナログ／デジタル・コンバータが、時間ドメイン・データを生成し、分析／コントロール論理回路が、時間ドメイン・データから周波数ドメイン・データを生成して格納するスペクトル・アナライザ回路を含む、特徴１に記載の診断デバイス。

【0144】

１３．スペクトル・アナライザ回路が、時間ドメイン・データの高速フーリエ変換分析を実行することができる、特徴１２に記載の診断デバイス。

【0145】

１４．分析／コントロール論理回路が、メモリ内に格納されているオシロスコープ・データからイメージを生成して、そのイメージ・データをメモリ内に格納するように構成されている視覚化回路を含む、特徴１又は特徴１２に記載の診断デバイス。

【0146】

１５．視覚化回路が、ＪＰＧ又はＪＰＥＧフォーマット、ＴＩＦＦフォーマット、ＢＭＰフォーマット、及びＧＩＦフォーマットというイメージ・フォーマットのうちの少なくとも１つでイメージを生成して格納するように構成されている、特徴１４に記載の診断デバイス。

【0147】

１６．視覚化回路が、オシロスコープ・データから生成されたイメージに加えてラベル又はマーキングを含めるように構成されている、特徴１４に記載の診断デバイス。

【0148】

１７．ラベル又はマーキングが、フィールドバス・ネットワークに関する物理レイヤ仕様に基づく、特徴１６に記載の診断デバイス。

【0149】

１８．分析／コントロール論理回路が、メモリ内に格納されているオシロスコープ・データからレポートを生成して、そのレポートをメモリ内に格納するレポート・ライタを含む、特徴１又は特徴１２に記載の診断デバイス。

【0150】

１９．レポートが、トリガー・イベント・ボックス内で測定された波形又は波形の一部がフィールドバス・ネットワークの少なくとも１つの物理レイヤ仕様に準拠しているか否かを示す、特徴１８に記載の診断デバイス。

【0151】

２０．データが、データ・フレームとしてネットワーク上で伝送され、それらのデータ・フレームが、オシロスコープから診断デバイスを介してフィールドバス・ネットワークへ伝送され、それらのデータ・フレームがそれぞれ、一意の識別子を表すデータを含み、その識別子が、たとえオシロスコープ・データ・フレームが正しい時間順序から外れて送信又は受信されても、それらのデータ・フレームが正しい時間順序で配置されることを可能にする、特徴１に記載の診断デバイス。

【0152】

２１．物理レイヤ診断回路をさらに含み、その物理レイヤ診断回路が、伝送ラインから受け取られる電力によってもっぱら電力供給され、また、その物理レイヤ診断回路の間におけるデータ通信のために第１の回路に接続されている、特徴１に記載の診断デバイス。

【0153】

１つ又は複数の実施例について説明してきたが、これは修正が可能であるということ、及び本開示は、述べられている厳密な詳細に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲の範疇内に収まる変更及び改変を含むということがわかる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】