特開 2023-181157 シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの非中断的交換のための装置及び方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181157

(43)【公開日】2023-12-21

(54)【発明の名称】シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの非中断的交換のための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   G05B 19/042 20060101AFI20231214BHJP

【ＦＩ】

G05B19/042

【審査請求】未請求

【請求項の数】22

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2023096292

(22)【出願日】2023-06-12

(31)【優先権主張番号】17/837,264

(32)【優先日】2022-06-10

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(71)【出願人】

【識別番号】512132022

【氏名又は名称】フィッシャー－ローズマウント システムズ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ディアス、セルジオ

(72)【発明者】

【氏名】ロー、ゲイリー ケー．

(72)【発明者】

【氏名】シュレイス、トレヴァー ダンカン

【テーマコード（参考）】

5H220

【Ｆターム（参考）】

5H220AA01

5H220BB09

5H220CC06

5H220CX05

5H220DD06

5H220HH01

5H220JJ04

5H220JJ12

5H220JJ17

(57)【要約】      （修正有）

【課題】シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを物理的に取り外して交換する技術を提供する。
【解決手段】プラント担当者がコンポーネントを「交換可能」状態にすることが含まれる。Ｉ／Ｏサブシステムは、コンポーネントの交換可能状態の記録を記憶し、コンポーネントから直近に受信されたデータ値を保持し始める。Ｉ／Ｏサブシステムが、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが通信不能である（例えば、取り外され、置き換えられたために）ことを検出すると、Ｉ／Ｏサブシステムは、直近に受信された保持データ値を取り出し、それをコントローラに伝送し、それによって、制御ループの制御された（例えば、非中断的な）実行を維持する。交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが「稼働中」状態に初期化されると、Ｉ／Ｏサブシステムはそれに応じてその状態レコードを更新し、したがって、ライブフィールドデータ値のコントローラへの転送を再開する。
【選択図】なし

【特許請求の範囲】

【請求項1】

プロセスプラント内の工業プロセスを制御するように動作するプロセス制御システムに含まれるシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントであって、
ユーザインターフェースと、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを前記プロセスプラント内に配設されたフィールドデバイスに通信可能に接続する第１の通信インターフェースと、
前記シンプレックスＩ／ＯコンポーネントをＩ／Ｏサブシステムに通信可能に接続する第２の通信インターフェースであって、前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント及び前記Ｉ／Ｏサブシステムを介して、前記フィールドデバイスによって生成されたデータを受信し、前記受信したデータに基づいて制御信号を生成し、前記制御信号を前記フィールドデバイス、別のフィールドデバイス、又は別のコントローラに送信して前記工業プロセスの動作を制御する、コントローラに通信可能に接続される、第２の通信インターフェースと、を備え、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、
前記第１の通信インターフェースを介して前記フィールドデバイスによって生成された前記データを取得し、前記取得されたデータを前記第２の通信インターフェースを介して前記Ｉ／Ｏサブシステムに送信し、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記ユーザインターフェースを介して、交換可能な動作状態に入る命令を受信し、
前記受信された命令に応答して、前記交換可能状態に入り、前記第２の通信インターフェースを介して前記Ｉ／Ｏサブシステムに、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあることの指示を送信し、それによって、前記Ｉ／Ｏサブシステムに、前記Ｉ／Ｏサブシステムが前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから予想される信号を受信することのその後の障害時に、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記表示された交換可能状態に基づいて、前記コントローラに送信するために前記フィールドデバイスによって生成された直近に受信されたデータ値を記憶させるように構成されている、
シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項2】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、シンプレックス電子マーシャリングコンポーネント、シンプレックスＩ／Ｏ信号コンディショナ、シンプレックス単一チャネルＩ／Ｏカード、又はシンプレックスマルチチャネルＩ／Ｏカードである、請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項3】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、前記プロセス制御システムの電子マーシャリングシステムに含まれる、請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項4】

前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記電子マーシャリングシステムのヘッドエンドユニットに含まれる、請求項３に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項5】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、シンプレックスＩ／Ｏカードである、請求項４に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項6】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、シンプレックス電子マーシャリングコンポーネントであり、前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記電子マーシャリングシステムのＩ／Ｏカード又はヘッドエンドユニットに含まれる、請求項３に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項7】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記ユーザインターフェースが、１つ以上のタッチセンサを含み、前記交換可能状態に入るための前記命令が、前記１つ以上のタッチセンサのアクティブ化を含む、請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項8】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態に入るための前記命令を受信したときに、稼働中状態にある、請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項9】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態に入るための前記命令を受信するときに、低可用性状態にある、請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項10】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントであって、
各々が前記フィールドデバイスによって生成された前記データを前記第１の通信インターフェースから前記第２の通信インターフェースに前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント内で配信するようにそれぞれ構成された複数のサブコンポーネントを更に備え
前記ユーザインターフェースを介した、前記交換可能状態に入るための前記命令の前記受信が、前記サブコンポーネントのうちの１つの障害に基づく、
請求項１に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項11】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントであって、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、視覚的インジケータを更に備え、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記サブコンポーネントのうちの前記１つの障害を検出すると、
前記第２の通信インターフェースを介して前記Ｉ／Ｏサブシステムに、前記検出されたサブコンポーネント障害の指示を送信し、
低可用性状態に入り、
前記視覚的インジケータをアクティブ化し、
前記交換可能状態に入るための前記命令の前記受信が、前記視覚的インジケータの前記アクティブ化に応答するように、更に構成されている、
請求項１０に記載のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント。

【請求項12】

プロセスプラント内の工業プロセスを制御するように動作するプロセス制御システムによって実行される方法であって、
前記プロセス制御システムのＩ／Ｏサブシステムによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという指示を受信することに応答して、前記Ｉ／Ｏサブシステムによって、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあるというそれぞれの指示を記憶することを含み、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記Ｉ／Ｏサブシステムとフィールドデバイスと通信可能に結合し、
前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントと、前記フィールドデバイスによって生成されたデータを受信し、前記受信したデータに基づいて制御信号を生成し、前記制御信号を前記フィールドデバイス、別のフィールドデバイス、又は別のコントローラに送信して前記工業プロセスの前記動作を制御するコントローラとを通信可能に結合し、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記交換可能状態の前記記憶された指示に基づいて、前記Ｉ／Ｏサブシステムによって、前記フィールドデバイスによって生成され、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから前記Ｉ／Ｏサブシステムによって受信された直近に受信されたデータ値を更に記憶し、
前記フィールドデバイスによって生成された前記直近に受信されたデータ値を記憶した後に、前記Ｉ／Ｏサブシステムによって、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントからの予想される信号の受信の失敗を検出し、
前記予想される信号の受信の失敗の前記検出及び前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの前記交換可能状態の前記記憶された指示に基づいて、前記フィールドデバイスによって生成された前記記憶された直近に受信されたデータ値を取り出し、前記取り出されたデータ値を前記コントローラに提供し、それによって、前記工業プロセスの前記動作の前記制御を継続する、
方法。

【請求項13】

前記取り出されたデータ値を前記コントローラに提供することが、前記取り出されたデータ値をスケジュールされた時間に前記コントローラに提供することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあるという前記指示を受信することが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあるという前記指示を前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから受信することを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあるという前記それぞれの指示を記憶すると、タイマをアクティブ化することと、
前記タイマを非アクティブ化し、前記Ｉ／Ｏサブシステムが前記予想される伝送を受信することを予想する時間の前に前記アクティブ化されたタイマが満了したとき、及び／又は前記Ｉ／Ｏサブシステムが前記アクティブ化されたタイマの満了の前に前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから別の伝送を受信したとき、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあることの前記記憶されたそれぞれの指示をクリアすることと、
を更に含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記Ｉ／Ｏサブシステムによって、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが低可用性状態に入ったという指示を受信することと、
前記検出された障害の前記指示を受信したことに応答して、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが低可用性状態にあるという指示を記憶することと、を更に含み、
前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記低可用性状態にある間に、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあることの前記指示を受信する、
請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記コントローラに送信するために前記フィールドデバイスによって生成された前記データ値を記憶することに続いて、
前記Ｉ／Ｏサブシステムによって、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが稼働中状態にあるという指示を受信することと、
前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記稼働中状態にあるという前記受信された指示に基づいて、前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが前記交換可能状態にあるという前記記憶されたそれぞれの指示をクリアし、前記フィールドデバイスによって生成された記憶された直近に受信されたデータ値をクリアすることと、を更に含む、
請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、シンプレックス電子マーシャリングコンポーネント、シンプレックスＩ／Ｏ信号コンディショナ、シンプレックス単一チャネルＩ／Ｏカード、又はシンプレックスマルチチャネルＩ／Ｏカードである、請求項１２に記載の方法。

【請求項19】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、前記プロセス制御システムの電子マーシャリングシステムに含まれる、請求項１２に記載の方法。

【請求項20】

前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記電子マーシャリングシステムのヘッドエンドユニットに含まれる、請求項１９に記載の方法。

【請求項21】

前記シンプレックスＩ／ＯコンポーネントがシンプレックスＩ／Ｏカードである、請求項２０に記載の方法。

【請求項22】

前記シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、シンプレックス電子マーシャリングコンポーネントであり、前記Ｉ／Ｏサブシステムが、前記電子マーシャリングシステムのＩ／Ｏカード又はヘッドエンドユニットに含まれる、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、プロセスプラント及びプロセス制御システムに関し、より具体的には、プロセスプラント及びプロセス制御システムのシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを、実行中の工業プロセスを中断することなく交換することに関する。

【背景技術】

【0002】

物理的物質又は製品を製造、精製、変形、生成、又は生産するための、化学、石油、工業、又は他のプロセスプラントにおいて使用されるもの等の分散型工業プロセス制御システムは、典型的には、アナログバス、デジタルバス、又はアナログバス／デジタルバスの組み合わせを介して、あるいは無線通信リンク又はネットワークを介して、１つ以上のフィールドデバイスと通信可能に結合された１つ以上のプロセスコントローラを含む。例えば、バルブ、バルブポジショナ、スイッチ、及びトランスミッタ（例えば、温度センサ、圧力センサ、レベルセンサ、及び流量センサ）である場合があるフィールドデバイスは、プロセス環境内に配置され、概して、バルブの開放又は閉鎖、温度又は圧力等のプロセスパラメータ及び／又は環境パラメータの測定等の物理的又はプロセス制御機能を実行して、プロセスプラント又はシステム内で実行中の１つ以上の工業プロセスを制御する。周知のＦｉｅｌｄｂｕｓプロトコルに準拠するフィールドデバイス等のスマートフィールドデバイスはまた、制御計算、アラーム機能、及びコントローラ内で一般に実装される他の制御機能も実行し得る。プラント環境内に配置されてもされなくてもよいプロセスコントローラは、プロセスコントローラは、フィールドデバイスによって行われるプロセス測定値及び／又はフィールドデバイスに関する他の情報を示す信号を受信し、例えば、プロセス制御決定を行い、受信した情報に基づき制御信号を生成し、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）、及びＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓフィールドデバイス等の、フィールドデバイスで実行される制御モジュール又はブロックと調整する、異なる制御モジュールを実行するコントローラアプリケーションを実行する。コントローラ内の制御モジュールは、通信回線又はリンクを経由して、フィールドデバイス（及び／又は他のフィールドデバイス及び／又はコントローラ）に制御信号を送信し、それによって、プロセスプラント又はシステムの少なくとも一部分の動作を制御し、例えば、プラント又はシステム内で稼働又は実行する１つ以上の工業プロセスの少なくとも一部分を制御する。例えば、コントローラ及びフィールドデバイスは、プロセスプラント又はシステムによって制御されているプロセスの少なくとも一部分を制御する。Ｉ／Ｏデバイスは、これもまた典型的にはプラント環境内に位置付けられ、典型的にはコントローラと１つ以上のフィールドデバイスとの間に配設され、それらの間の通信を、例えば、電気信号をデジタル値に変換することによって可能にし、逆の場合も同様である。本明細書で利用される場合、フィールドデバイス、コントローラ、及びＩ／Ｏデバイスは、概して「プロセス制御デバイス」と呼ばれ、概してプロセス制御システム又はプラントのフィールド環境に物理的フィールド環境内に配置、配設又は設置される。

【0003】

フィールドデバイス及びコントローラからの情報は、制御室又はより過酷なプラントのフィールド環境から離れた他の位置、例えば、プロセスプラントのバックエンド環境に典型的には配置される、オペレータワークステーション、パーソナルコンピュータ又はコンピューティングデバイス、データ履歴、レポートジェネレータ、集中データベース、又は他の集中管理コンピューティングデバイス等の、１つ以上の他のハードウェアデバイスに対して、通常、データハイウェイ又は通信ネットワークを経由して利用可能にされる。これらのハードウェアデバイスの各々は、典型的には、プロセスプラントにわたって、又はプロセスプラントの一部分にわたって集中化される。これらのハードウェアデバイスは、例えば、オペレータが、プロセス制御ルーチンの設定の変更、コントローラ若しくはフィールドデバイス内の制御モジュールの動作の修正、プロセスの現在の状態の閲覧、フィールドデバイス及びコントローラによって生成されたアラームの閲覧、担当者の訓練若しくはプロセス制御ソフトウェアの試験を目的としたプロセスの動作のシミュレーション、構成データベースの保守及び更新等の、プロセスの制御及び／又はプロセスプラントの動作に関する機能を行うことを可能にし得るアプリケーションを実行する。ハードウェアデバイス、コントローラ、及びフィールドデバイスにより利用されるデータハイウェイは、有線通信パス、無線通信パス、又は有線及び無線通信パスの組み合わせを含むことができる。

【0004】

例として、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓによって販売されている、ＤｅｌｔａＶ（商標）制御システムは、プロセスプラント内の多様な場所に配置された異なるデバイス内に記憶され、それらの異なるデバイスによって実行される複数のアプリケーションを含む。プロセス制御システム又はプラントのバックエンド環境内の１つ以上のワークステーション又はコンピューティングデバイス内に常駐する構成アプリケーションは、ユーザが、プロセス制御モジュールを作成又は変更し、及びこれらのプロセス制御モジュールを、データハイウェイを介して専用分散型コントローラへダウンロードすることを可能にする。典型的には、これらの制御モジュールは、通信可能に相互接続された機能ブロックで構成され、これらの機能ブロックは、それに対する入力に基づき制御スキーム内で機能を実行し、出力を制御スキーム内の他の機能ブロックに提供するオブジェクト指向プログラミングプロトコル内のオブジェクトである。制御スキームは、例えば、コントローラ及び１つ以上のフィールドデバイスを含む制御ループにおいて実装され得る。また、構成アプリケーションは、データをオペレータに対して表示するため、かつオペレータによるプロセス制御ルーチン内の設定点等の設定の変更を可能にするために閲覧アプリケーションが使用するオペレータインターフェースを、構成設計者が作成又は変更することを可能にし得る。各専用コントローラ、及びいくつかの場合においては、１つ以上のフィールドデバイスは、実際のプロセス制御機能を実装するために、それらに割り当てられてダウンロードされた制御モジュールを実行するそれぞれのコントローラアプリケーションを記憶及び実行する。閲覧アプリケーションは、１つ以上のオペレータワークステーション（又はオペレータワークステーション及びデータハイウェイと通信可能に接続された１つ以上のリモートコンピューティングデバイス）上で実行され得、この閲覧アプリケーションは、コントローラアプリケーションからデータハイウェイを経由してデータを受信し、ユーザインターフェースを使用してこのデータをプロセス制御システム設計者、オペレータ、又はユーザに表示して、オペレータのビュー、エンジニアのビュー、技師のビュー等のいくつかの異なるビューのうちのいずれかを提供し得る。データ履歴アプリケーションが、典型的には、データハイウェイにわたって提供されたデータの一部又は全てを収集及び記憶するデータ履歴デバイスに記憶され、それによって実行される一方で、構成データベースアプリケーションが、現在のプロセス制御ルーチン構成及びそれと関連付けられたデータを記憶するために、データハイウェイに取り付けられた更に離れたコンピュータで実行され得る。代わりに、構成データベースは、構成アプリケーションと同じワークステーションに位置付けられてよい。

【0005】

概して、フィールドデバイスは、フィールドデバイスから受信された信号をコントローラによって処理され得る信号に変換し、コントローラから受信された信号をフィールドデバイスによって処理され得る信号に変換するＩ／Ｏカードに通信可能に結合され得る。特定のフィールドデバイスに対応する各Ｉ／Ｏカードの各チャネルは、（信号がＩ／Ｏカードによって適切に処理されるように）適切な信号タイプに関連付けられなければならず、Ｉ／Ｏカードは、Ｉ／Ｏカードに結合されたフィールドデバイスから最終的に信号を受信し、かつ／又はそこに信号を送信する１つ以上のコントローラに通信可能に結合されなければならない。

【0006】

いくつかのプロセス制御システムでは、フィールドデバイスとコントローラとの間のＩ／Ｏ接続を効率的に実装するために、電子マーシャリングシステム又はデバイスが利用される。例えば、プロセスプラントの特定のエリア内で、終端ブロックは、プロセスプラントの特定の物理的エリア内に配置されるフィールドデバイスの配線（又は接続）のための終端点として機能し得る。終端ブロックは、終端エリアに配設された電子マーシャリングキャビネット内に配置されてもよく、マーシャリングキャビネットは、フィールドデバイスに結合された通信モジュールと、フィールドデバイスに関連付けられたコントローラに通信可能に結合された１つ以上のＩ／Ｏカードとの間で信号をマーシャリング、編成、又はルーティングする複数の通信モジュールを含む。終端ブロック、通信モジュール、及びＩ／Ｏカードに加えて、マーシャリングキャビネットはまた、Ｉ／Ｏカード及び通信モジュールに電力を供給するための電力供給、マーシャリングキャビネット内のコンポーネントが過熱しないようにするための電力散逸機構（例えば、ヒートシンク、ファン等）、フィールドデバイスから入る配線の全て、及びその配線が扱いにくくなりすぎないようにするための種々の解決策を含んでもよい。

【0007】

電子マーシャリングシステム又はデバイスは、異なるタイプの電子マーシャリングコンポーネント又は「ＥＭＣ」（Ｉ／Ｏカード、Ｉ／Ｏ信号コンディショナ等）を含むことができ、その各々は、異なるタイプの障害に対する異なるレベルの可用性及び耐性を有し得る。例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント（例えば、シンプレックスＩ／Ｏカード、シンプレックスＩ／Ｏ信号コンディショナ、シンプレックスＩ／Ｏ終端ブロック等）は、単一の障害に対して最小限の許容範囲を有してもよく、又は機能を損失することなく冗長サブコンポーネントのうちの１つの障害に耐えることができる冗長サブコンポーネントのセットを含んでもよい。冗長ＥＭＣコンポーネントのペア又はグループ（例えば、冗長Ｉ／Ｏカード、冗長Ｉ／Ｏ信号コンディショナ等）は、典型的には、ペア又はグループの一方が故障したときにペアの他方がＩ／Ｏ機能（例えば、「ホットスペア」）を提供すると見なすことができるので、ペア又はグループが提供するＩ／Ｏ機能についてより高い可用性を提供することができる。

【0008】

非冗長Ｉ／Ｏコンポーネント又はシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント（例えば、プロセス制御システムが対応するホットスペアを有していないＩ／Ｏコンポーネント）は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの一時的なバイパスをセットアップし、最終的にプロセス制御システムを復元して交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを利用する等、種々の複雑な（主に手動の）手順を使用することによって物理的に交換されなければならない。プラント担当者は、フィールドデバイス、コントローラ、及び／又は他の信号がバイパス手順中に正しく処理されるように、そのような一時的バイパスをプロセス制御システムの実行と適切に調整しなければならない。プラント担当者が非冗長Ｉ／Ｏコンポーネント又はシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを交換する間の、そのような信号の調整の欠如及び／又は処理の誤りは、メッセージの損失及びプロセス制御システムの種々のコンポーネントのスプリアストリップをもたらし得、これは、工業プロセスの実行及びその性能を不利かつ不必要に中断させ得る。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0009】

実行中の工業プロセスを中断することなく、工業プロセスプラントのプロセス制御システムのシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを交換するための技術、システム、装置、コンポーネント、デバイス、及び方法が本明細書に開示される。そのような技術、システム、装置、コンポーネント、デバイス、及び方法は、工業プロセス制御システム、環境、及び／又はプラントに対して適用することができ、これらは本明細書においては交換可能に、「工業制御」、「プロセス制御」、若しくは「プロセス」システム、環境、及び／又はプラントとも呼ばれる。典型的には、このようなシステム及びプラントは、物理的製品を生成又は生産するために、未加工の物理的物質を製造、精製、又は変形するように動作する、（本明細書においては、「工業プロセス」とも呼ばれる）１つ以上のプロセスを分散方式で制御する。

【0010】

一般的に言えば、実行中の工業プロセスを中断することなくプロセス制御システムのシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを物理的に交換する（例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを「非中断」方式で交換する）ための技術、システム、装置、コンポーネント、デバイス、及び方法は、プラント担当者がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを物理的に取り外し及び交換をしようとしていることをプラント担当者がプロセス制御システムの少なくとも一部分に示す又は信号伝達することを可能にする。プラント担当者から指示を受信すると、プロセス制御システムの１つ以上の部分は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを利用する制御ループに関して（及び任意選択で、制御ループが含まれる工業プロセスに関して）ランタイム動作の一時的なセーフモードに入り得、その結果、制御ループは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが物理的に取り外され、交換されている間、そのランタイム動作を継続することができる。その後、新たに交換されたシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが、オンラインであることをプロセス制御システムに示すとき、プロセス制御システムは、動作の一時的なセーフモードを終了し、通常モード又は方式で動作を再開し得る。有利には、本明細書で説明される新規の技術を使用することによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの物理的な取り外し及び交換は、バイパスが手動でセットアップ及び取り外される必要がなく、バイパスがセットアップ及び取り外されるために実行プロセスが停止又は一時停止される必要がなく、バイパスを手動でセットアップ及び取り外しをするタイミングが実行プロセスと調整される必要がないので、工業プロセスの動作に関してシームレスであり得（例えば、工業プロセスのランタイム動作に対して「非中断的」であり）、それによって、現在利用されている技術によって引き起こされる工業プロセスへのメッセージの損失、トリッピング、及び他の中断のリスクを低減する（いくつかの場合では排除する）。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】例示的なシステムプロセスプラントを示すブロック図であり、システムプロセスプラントの少なくとも一部分は、本明細書に記載される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態を実装する。

【図2A】図１のプロセスプラントに含まれ得る例示的な制御ループのブロック図を含み、本明細書に記載される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態が実装され得る。

【図2B】図１のプロセスプラントに含まれ得る電子マーシャリングブロック、装置、又はデバイスの例示的なアーキテクチャを示す。

【図2C】図１のプロセスプラントに含まれ得る例示的な制御ループの実装のブロック図を示し、本明細書に記載される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態が実装され得る。

【図2D】例示的なマーシャリングアーキテクチャの一実施形態による例示的なＩ／Ｏヘッドエンドのブロック図を示す。

【図3】本明細書に記載される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態が実装され得る例示的なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントのブロック図を示す。

【図4】シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントに通信可能に接続された例示的なＩ／Ｏサブシステムであって、本明細書で説明される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態が実装され得る例示的なＩ／Ｏサブシステムのブロック図を示す。

【図5】非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の説明される実施形態のうちの少なくともいくつかによる例示的な方法を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

上述したように、工業プロセスプラント、プロセス制御システム、又はプロセス制御環境は、本明細書に記載の新規の技術、システム、装置、コンポーネント、デバイス、及び／又は方法のうちの１つ以上を利用することによって、非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換をサポートする。プロセスプラントは、試運転されオンラインで動作しているとき、プロセスプラント内で実行される１つ以上の工業プロセスを制御するためにプロセス制御システムと協調して物理的機能を実行する１つ以上の有線フィールドデバイス又は無線フィールドデバイス、コンポーネント、又は要素を含む。プロセスプラント又はプロセス制御システムは、例えば、１つ以上の有線通信ネットワーク及び／又は１つ以上の無線通信ネットワークを含んでもよい。加えて、プロセスプラント又は制御システムは、連続データベース、バッチデータベース、資産管理データベース、履歴データベース、及び他のタイプのデータベース等の集中データベースを含んでもよい。

【0013】

図１は、例示的なプロセスプラント、プロセス制御システム、又はプロセス制御環境５の概略図を示しており、ここで、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント（Ｉ／Ｏカード、電子マーシャリングデバイス又はコンポーネント、Ｉ／Ｏ信号コンディショナ、及び／又は他のＩ／Ｏユニット等）は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを利用する実行中の制御ループに対して、完全ではないとしても、概して非中断的である方式で交換され得る。一般的に言えば、図１の例示的なプロセスプラント５は、フィールドデバイスによって行われたプロセス測定値を示す信号を受信し、この情報を処理して制御ルーチンを実装し、プラント５内のプロセスの動作を制御するために、有線プロセス制御通信リンク又は無線プロセス制御通信リンク（物理層）を介して他のフィールドデバイスに送信される制御信号を生成する１つ以上のプロセスコントローラを含む。典型的には、フィールドデバイスの各々は、物理的機能（例えば、バルブの開放又は閉鎖、温度の増加又は減少、測定の実行、状態の検知等）を実行し、プロセスの動作を制御する。フィールドデバイスは、Ｉ／Ｏデバイスを使用してプロセスコントローラと通信してもよく、プロセスコントローラ、フィールドデバイス、及びＩ／Ｏデバイスは、有線又は無線であってもよい。更に、プロセス制御デバイスは、有線又は無線であってもよく、任意の数及び組み合わせの有線及び無線プロセスコントローラ、フィールドデバイス及びＩ／Ｏデバイスが、プロセスプラント環境５に含まれていてもよい。

【0014】

単なる例として、図１は、標準又は従来のプロセス制御プロトコル入力／出力（Ｉ／Ｏ）カード２６及び２８を介して有線フィールドデバイス１５～２２に通信可能に接続され、本明細書では混合プロトコルＩ／Ｏカード又は複数プロトコルＩ／Ｏカード又はデバイス若しくは混合又は複数物理層Ｉ／Ｏデバイスと呼ばれる高度プロトコルＩ／Ｏカード又はマルチプロトコルＩ／Ｏカード２９を介して有線フィールドデバイス２３及び２４に通信可能に接続されたプロセスコントローラ１１を示す。この場合、コントローラ１１は、任意のプロプライエタリプロトコルを含む任意の所望の通信プロトコルを実装し得るバックプレーンバス（図示せず）を介してＩ／Ｏデバイス２６、２８、及び２９に通信可能に結合される。コントローラ１１はまた、無線ゲートウェイ３５及びプロセス制御データハイウェイ又はバックボーン１０を介して、無線ネットワーク７０内の無線フィールドデバイス４０～４６に通信可能に接続される。イーサネット通信構造として実装され得るプロセス制御データハイウェイ１０は、１つ以上の有線及び／又は無線通信リンクを含んでもよく、例えば、イーサネットプロトコル等の任意の所望の又は適切な汎用ＩＰ通信プロトコルを使用して実装され得る。いくつかの構成（図示せず）では、コントローラ１１は、バックボーン１０以外の１つ以上の通信ネットワークを使用して、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ又は他のＩＥＥＥ ８０２．１１準拠無線ローカルエリアネットワークプロトコル、モバイル通信プロトコル（例えば、ＷｉＭＡＸ、ＬＴＥ、又は他のＩＴＵ－Ｒ互換プロトコル）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓ等の１つ以上の通信プロトコルをサポートする任意の数の他の有線又は無線通信リンクを使用すること等によって、無線ゲートウェイ３５に通信可能に接続されてもよい。更に、コントローラ１１は、高度な物理層（ＡＰＬ）又はより多くのパケットベース又は高度な（例えば、汎用ＩＰベースの）通信プロトコルをサポートする他の物理層を使用する更なるフィールドデバイスネットワーク８０を介して他のフィールドデバイス８２に結合されてもよい。

【0015】

コントローラ１１は、例として、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓより販売されているＤｅｌｔａＶ（商標）コントローラであってもよく、フィールドデバイス１５～２４、４０～４６及び８２のうちの少なくともいくつかを使用して、バッチプロセス又は連続的プロセスを実施するように動作し得る。プロセス制御データハイウェイ１０に通信可能に接続されることに加えて、コントローラ１１は、種々の異なる通信プロトコル、例えば、４～２０ ｍＡ、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバスプロトコル、ＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル等に関連付けられた任意の所望のハードウェア及びソフトウェアを使用して、Ｉ／Ｏカード２６、２８及び２９を介してフィールドデバイス１５～２４、４０～４６及び８２の少なくともいくつかに通信可能に接続される。図１では、コントローラ１１、フィールドデバイス１５～２４及び８２、並びにＩ／Ｏカード２６、２８及び２９は有線デバイスであり、フィールドデバイス４０～４６は無線フィールドデバイスである。理解されるように、有線フィールドデバイス１５～２４及び８２並びに無線フィールドデバイス４０～４６は、将来開発される任意の規格又はプロトコルを含む任意の有線又は無線プロトコル等の任意の規格又は利用可能な通信プロトコルに準拠することができる。

【0016】

一般的に言えば、図１のプロセスコントローラ１１は、（例えば、メモリ３２に記憶されている）１つ以上のプロセス制御ルーチン３８を実装又は監督するプロセッサ３０を含む。プロセッサ３０は、フィールドデバイス１５～２４、４０～４６及び８２と通信し、コントローラ１１に通信可能に接続された他のノードと通信するように構成される。制御ルーチン３８は、オブジェクト指向プログラミング、ラダーロジック、シーケンシャル機能チャート、機能ブロック図を使用すること、又は任意の他のソフトウェアプログラミング言語又は設計方式を使用すること等、任意の所望のソフトウェアフォーマットで実装され得る。制御ルーチン３８は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）又は読み取り専用メモリ（ＲＯＭ）等の任意の所望のタイプのメモリ３２に記憶され得る。同様に、制御ルーチン３８は、例えば、１つ以上のＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は任意の他のハードウェア若しくはファームウェア要素にハードコードされてもよい。したがって、コントローラ１１は、任意の所望の方式で制御ストラテジ又は制御ルーチンを実装するように構成され得る。

【0017】

一例では、コントローラ１１は、一般的に機能ブロックと呼ばれるものを使用して制御ストラテジを実装し、各機能ブロックは、全体的な制御ルーチンのオブジェクト又は他の部分（例えば、サブルーチン）であり、他の機能ブロックと連携して（リンクと呼ばれる通信を介して）動作して、プロセス制御システム５内でプロセス制御ループを実装する。制御ベースのファンクションブロックは、典型的には、トランスミッタ、センサ又は他のプロセスパラメータ測定デバイスに関連付けられた入力機能、ＰＩＤ、ファジー論理等の制御を行う制御ルーチンに関連付けられた制御機能、又はバルブ等のいくつかのデバイスの動作を、プロセス制御システム５内のいくつかの物理的機能を実行するように制御する出力機能のうちの１つを実行する。当然のことながら、ハイブリッド及び他の種類の機能ブロックが存在する。機能ブロックはコントローラ１１内に記憶され、それによって実行されてもよく、これは典型的には、これらの機能ブロックが標準的な４～２０ｍＡデバイス及びＨＡＲＴ（登録商標）デバイス等のいくつかの種類のスマートフィールドデバイス用に使用されるかあるいはそれと関連するときに成り立ち、あるいは機能ブロックは、フィールドデバイスそのものの内部に記憶され、それによって実装されてもよく、これはＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓデバイスの場合に成り立ち得る。したがって、コントローラ１１は、機能ブロックのうちの１つ以上を実行することで実行される、１つ以上の制御ループを実装し得る、１つ以上の制御ルーチン３８を含んでもよい。

【0018】

有線フィールドデバイス１５～２４、８２は、センサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナ等の任意のタイプのデバイスであってもよく、一方でＩ／Ｏカード２６及び２８は、任意の所望の通信又はコントローラプロトコルに準拠する任意のタイプのＩ／Ｏデバイスであってもよい。図１では、フィールドデバイス１５～１８は、アナログ線又は組み合わせられたアナログ線及びデジタル線（ＨＡＲＴ又は４～２０物理層）を介してＩ／Ｏカード２６と通信する、標準的４～２０ｍＡデバイス又はＨＡＲＴ（登録商標）デバイスとして示されているが、一方でフィールドデバイス１９～２２は、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドバス通信プロトコル及び物理層を使用して、デジタルバスを介してＩ／Ｏカード２８と通信する、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）フィールドデバイス等のスマートデバイスである。しかし、いくつかの実施形態では、有線フィールドデバイス１５、１６及び１８～２２のうちの少なくともいくつか並びに／又はＩ／Ｏカード２６、２８のうちの少なくともいくつかは、代替的に、他の適切な制御システムプロトコル（例えば、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ、Ｍｏｄｂｕｓ、ＨＡＲＴ等）を使用することによって、コントローラ１１と通信し得る。

【0019】

更に、図１に一般的に示されるように、有線フィールドデバイス２３及び２４は、種々の異なる通信回線又はバスを介して、Ｉ／Ｏデバイス２９に通信可能に結合される。特に、本明細書でより詳細に説明されるように、Ｉ／Ｏデバイス２９は、複数の出力ポート、ピンコネクタ、又は終端ブロックを含み、これらは各々、異なるフィールドデバイス通信プロトコル（例えば、２線式、３線式、４線式等の物理層）をサポートする異なる物理層に関連付けられた物理層ハードウェア（通信回線）を受け入れるように適合され得る。更に、Ｉ／Ｏデバイス２９は、異なる通信プロトコルを使用して、その終端ブロックに接続された異なるデバイスとの通信をサポートする。一例では、Ｉ／Ｏデバイス２９は、（ＨＡＲＴ通信プロトコルを使用してＨＡＲＴ準拠フィールドデバイス２３と通信するために使用され得る）ＨＡＲＴ準拠物理層をサポートし、それに接続し得、イーサネットバス又はワイヤセット、ＡＰＬ物理層等の１つ以上の高度物理層を介して１つ以上の他のフィールドデバイス２４をサポートし、それに接続し得、パケットベースのプロトコル（例えば、ＩＰプロトコル、イーサネットプロトコル等）を使用して、例えば、高度物理層ハードウェアを介してフィールドデバイス２４と通信し得る。当然ながら、フィールドデバイス２３及び２４はまた、センサ、バルブ、トランスミッタ、ポジショナ等を含む任意のタイプのデバイスであってもよく、アナログ及び／又はデジタル信号を使用して、かつ有線又は無線物理層を使用して、Ｉ／Ｏデバイス又はＩ／Ｏカード２９と通信してもよい。

【0020】

Ｉ／Ｏデバイス２９は、図１の点線１０ａによって示されるように、バックプレーンバス（図１には図示せず）を介してコントローラ１１に通信可能に接続され、したがって、コントローラ１１がＩ／Ｏデバイス２９に接続されたフィールドデバイスと通信することを可能にするが、Ｉ／Ｏデバイス２９は、代わりに又は同様に、バス又はイーサネット接続１０に直接接続され、バス１０上のアプリケーション及び他のデバイス（及びプラント５の外側又は外部のデバイス）と直接通信して、Ｉ／Ｏカード２９に接続されたフィールドデバイス２３、２４への直接アクセスを提供してもよい。本明細書でより詳細に説明されるように、Ｉ／Ｏカード２９に接続されたフィールドデバイス２３、２４のうちのいくつかは、ＩＰアドレスを含んでもよく、したがって、ＩＰプロトコルを介してアドレス指定可能であってもよい（すなわち、これらのフィールドデバイスは、ＩＩｏＴシステム又は他の監視システムの一部分であってもよく、若しくはそうでなければ、ＩＰ通信プロトコルを介して到達可能であってもよい）ため、Ｉ／Ｏカード２９はまた、フィールドデバイス２３、２４に対する資産管理システム又はＩＩｏＴシステム内の直接ゲートウェイとして機能することができ、その結果、これらのシステムは、ＩＰ通信プロトコルをサポートするフィールドデバイスから情報を取得するために、コントローラ（コントローラ１１等）を通して通信する必要がない。

【0021】

図１に示す例示的なプラント５では、無線フィールドデバイス４０～４６は、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ（登録商標）プロトコル等の無線プロトコルを使用して、無線プロセス制御通信ネットワーク７０を介して通信する。そのような無線フィールドデバイス４０～４６は、（例えば、同じ無線プロトコル又は別の無線プロトコルを使用して）無線通信するようにも構成される無線ネットワーク７０の１つ以上の他のデバイス又はノードと直接通信し得る。無線通信するように構成されていない１つ以上の他のノードと通信するために、無線フィールド機器４０～４６は、プロセス制御データハイウェイ１０に、又は別のプロセス制御通信ネットワークに接続された無線ゲートウェイ３５を利用し得る。無線ゲートウェイ３５は、無線通信ネットワーク７０の種々の無線デバイス４０～５８へのアクセスを提供する。特に、無線ゲートウェイ３５は、無線デバイス４０～５８、有線デバイス１１～２９、及び／又はプロセス制御プラント５の他のノード又はデバイスの間の通信可能な結合を提供する。例えば、無線ゲートウェイ３５は、プロセス制御データハイウェイ１０を使用することによって、及び／又はプロセスプラント５の１つ以上の他の通信ネットワークを使用することによって、通信可能な結合を提供し得る。

【0022】

有線フィールドデバイス１５～２４と同様に、無線ネットワーク７０の無線フィールドデバイス４０～４６は、プロセスプラント５内で、物理的制御機能、例えば、バルブの開放又は閉鎖、若しくはプロセスパラメータの測定値の取得を実行する。しかしながら、無線フィールドデバイス４０～４６は、ネットワーク７０の無線プロトコルを使用して通信するように構成されている。したがって、無線フィールドデバイス４０～４６、無線ゲートウェイ３５、及び無線ネットワーク７０の他の無線ノード５２～５８は、無線通信パケットの生成者であり消費者である。

【0023】

プロセスプラント５のいくつかの構成では、無線ネットワーク７０は、非無線デバイスを含む。例えば、図１では、図１のフィールドデバイス４８は、レガシー４～２０ｍＡデバイスであり、フィールドデバイス５０は、有線ＨＡＲＴ（登録商標）デバイスである。ネットワーク７０内で通信するために、フィールドデバイス４８及び５０は、無線アダプタ５２ａ、５２ｂを介して無線通信ネットワーク７０に接続される。無線アダプタ５２ａ、５２ｂは、ＷｉｒｅｌｅｓｓＨＡＲＴ等の無線プロトコルをサポートし、かつＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓ、ＰＲＯＦＩＢＵＳ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等の１つ以上の他の通信プロトコルもサポートし得る。加えて、いくつかの構成では、無線ネットワーク７０は、無線ゲートウェイ３５と有線通信する独立した物理デバイスであり得るか、又は一体型デバイスとして無線ゲートウェイ３５内に提供され得る、１つ以上のネットワークアクセスポイント５５ａ、５５ｂを含む。無線ネットワーク７０はまた、無線通信ネットワーク７０内の１つの無線デバイスから別の無線デバイスにパケットを転送するための１つ以上のルータ５８を含み得る。図１では、無線デバイス４０～４６及び５２～５８は、無線通信ネットワーク７０の無線リンク６０を介して、及び／又はプロセス制御データハイウェイ１０を介して、互いに、及び無線ゲートウェイ３５と通信する。

【0024】

更に、プロセスプラント５は、イーサネット接続によってサポートされる任意のプロトコル等のパケットベース又はＩＰ通信プロトコルを使用して、フィールドデバイス８２をネットワークバス又はバックボーン１０に直接接続する高度物理層ネットワーク８０を含む。これらのプロトコルには、インターネットプロトコル（ＩＰプロトコル）、パケットベースのプロトコル、時間依存型プロトコル及び時間非依存型プロトコル等が含まれるが、これらに限定されない。より具体的には、これらのプロトコルは、ＨＡＲＴ－ＩＰ、ＯＰＣ ＵＡ、及びプロセス制御通信用に設計された任意の他の所望のプロトコルを含んでもよい。同様に、これらのプロトコルは、要求／応答、パブリッシュ／サブスクライブ、及びイベントベースの通信、並びにデータストリーミングをサポートするプロトコルを含む、汎用ＩＰプロトコル等のプロセス自動化において従来使用されていないプロトコルを含んでもよい。

【0025】

ネットワーク８０は、ＡＰＬ通信バス又は回線８８を介して複数のＡＰＬフィールドスイッチ８６に結合されたＡＰＬ電源スイッチ８４を含む。一般的に言えば、ＡＰＬ電源スイッチ８４は、回線又はバス８８を介してＡＰＬフィールドスイッチ８６に電力を供給する電源を含む（これは、ネットワーク８０において実線で示されるトランク構成又は実線及び点線で示されるリング構成でセットアップされ得る）。フィールドデバイス８２は、ＡＰＬ物理層によってサポートされる任意の所望のプロトコルを使用して、ＡＰＬフィールドスイッチ８６と通信する（これは、例えば、イーサネット物理層、又は時間非依存型若しくは時間依存型ネットワークを含む、パケットベースの通信をサポートする任意の他の物理層であり得る）。更に、フィールドスイッチ８６は、同じプロトコル及び物理層を使用して、回線８８を介して、バックボーン１０へのゲートウェイとして動作するスイッチ８４と通信する。加えて、フィールドスイッチ８６は、支線（ＡＰＬ物理層によって定義される）を介して１つ以上のフィールドデバイス８２に直接接続され、トランク回線８８上で使用される同じ通信プロトコルを使用してフィールドデバイス８２と通信する。電源スイッチ８４及びフィールドスイッチ８６は、バックボーン１０とフィールドデバイス８２との間の回線８８を介してパケットを通信するように動作する。当然ながら、必要に応じて、電源スイッチ８４は、プロセスコントローラに直接結合されてもよく、又はバックボーンネットワーク１０を介してプロセスコントローラ１１等のプロセスコントローラに間接的に結合されてもよい。

【0026】

更に、図１に示すように、プロセス制御システム５は、データハイウェイ１０に通信可能に接続された１つ以上のオペレータ及び／又は保守ワークステーション７１を含む。オペレータ及び保守ワークステーション７１を使用し、オペレータ又は保守担当者は、プロセスプラント５のランタイム動作の、デバイス状態及びステータス情報等を閲覧及び監視し得、必要であり得る任意の診断、修正、保守、及び／又は他の動作を取り得る。オペレータ及び保守ワークステーション７１のうちの少なくともいくつかは、プラント５内又はその近くの種々の保護エリア内に配置されてもよく、いくつかの状況では、オペレータ及び保守ワークステーション７１のうちの少なくともいくつかは、遠隔に配置されるが、それでもなお、プラント５と通信可能に接続されてもよい。オペレータ及び保守ワークステーション７１は、有線又は無線コンピューティングデバイスであり得る。

【0027】

例示的なプロセス制御システム５は、構成アプリケーション７２ａ及び構成データベース７２ｂを含むものとして更に示され、それら各々は、データハイウェイ１０にも通信可能に接続される。構成アプリケーション７２ａの種々のインスタンスは、ユーザによるプロセス制御モジュールの作成又は変更、及びこれらのモジュールを、データハイウェイ１０を介して、コントローラ１１へのダウンロードを可能にするため、並びにオペレータがプロセス制御ルーチン内でデータを閲覧し、データ設定を変更することができることを介して、ユーザによるオペレータインターフェースの作成又は変更を可能にするために、１つ以上のコンピューティングデバイス（図示せず）を実行してもよい。構成データベース７２ｂは、作成された（例えば、構成された）モジュール及び／又はオペレータインターフェースを記憶する。概して、構成アプリケーション７２ａ及び構成データベース７２ｂは、構成アプリケーション７２ａのうちの複数のインスタンスが、プロセス制御システム５内で同時に実行され得るにもかかわらず、集中化され、プロセス制御システム５に対して単一の論理的外観を有してよく、構成データベース７２ｂは、複数のデータ記憶デバイスにまたがって実装され得る。したがって、構成アプリケーション７２ａ、構成データベース７２ｂ、及びそれに対するユーザインターフェース（図示せず）は、制御及び／又は表示モジュール用の構成又は開発システム７２を含む。典型的には、必ずしもそうである必要はないが、プラント５がリアルタイムで動作しているか否かにかかわらず、構成システム７２のユーザインターフェースは、構成及び開発エンジニアによって利用されるのに対して、オペレータ及び保守ワークステーション７１は、構成システム７２のユーザインターフェースは、プロセスプラント５のリアルタイム動作中（ここではプロセスプラント５の「ランタイム」動作とも交換可能に呼ばれる）オペレータ及び保守担当者によって利用されるため、構成システム７２のユーザインターフェースはオペレータワークステーション７１とは異なる。更に、プロセス制御システム５は、資産管理システム７７を含んでもよく、資産管理システム７７は、フィールドデバイス及びコントローラデータを収集及び処理して、既知の方式でプロセス制御システム５の保守を実行し得る。資産管理システム７７は、収集されたデータを記憶及び処理するための１つ以上のデータベースを含んでもよく、かつ／又はデータベース７２ｂ及び７３ｂ並びにプラント内の他のデータベースを使用し得る。資産管理システム７７はまた、コントローラ１１、入出力デバイス２９、ゲートウェイ３５、電源スイッチ８４等のデバイスと直接通信してもよい。

【0028】

例示的なプロセス制御システム５はまた、データ履歴アプリケーション７３ａ及びデータ履歴データベース７３ｂを含み、それら各々がまた、データハイウェイ１０に通信可能に接続される。データ履歴アプリケーション７３ａは、データハイウェイ１０をわたって提供されたデータのいくつか又は全てを収集し、長期にわたる記憶のために、データを履歴化するか、又は履歴データベース７３ｂ内に記憶するように動作する。構成アプリケーション７２ａ及び構成データベース７２ｂと同様に、データ履歴アプリケーション７３ａ及び履歴データベース７３ｂは、データ履歴アプリケーション７３ａのうちの複数のインスタンスが、プロセス制御システム５内で同時に実行され得るにも関わらず、集中化され、プロセス制御システム５に対して単一の論理的外観を有してよく、データ履歴７３ｂは、複数の物理的データ記憶デバイスにまたがって実装されてよい。

【0029】

いくつかの構成では、プロセス制御システム５は、他の無線プロトコル、例えばＷｉ－Ｆｉ又は他のＩＥＥＥ８０２．１１準拠の無線ローカルエリアネットワークプロトコル、モバイル通信プロトコル、ＷｉＭＡＸ（Ｗｏｒｌｄｗｉｄｅ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｆｏｒ Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ Ａｃｃｅｓｓ）、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）又は他のＩＴＵ－Ｒ（国際電気通信連合無線通信部門（International Telecommunication Union Radiocommunication Sector））互換性プロトコル、短波無線通信、例えば近距離無線通信（ＮＦＣ）及びＢｌｕｅｔｏｏｔｈ、又は他の無線通信プロトコルを使用して、他のデバイスと通信する１つ以上の他の無線アクセスポイント７４を含む。典型的には、そのような無線アクセスポイント７４は、無線ネットワーク７０とは異なり、かつ無線ネットワーク７０とは異なる無線プロトコルをサポートする、それぞれの無線プロセス制御通信ネットワークを経由して、手持ち式又は他の携帯用コンピューティングデバイス（例えば、ユーザインターフェースデバイス７５）による通信を可能にする。例えば、無線又は携帯用ユーザインターフェースデバイス７５は、プロセスプラント５内のオペレータ（例えば、オペレータワークステーション７１のうちの１つのインスタンス）によって利用される、モバイルワークステーション又は診断試験機器であってもよい。

【0030】

いくつかの構成では、プロセス制御システム５は、近接したプロセス制御システム５外部にあるシステムへの１つ以上のゲートウェイ７６、７８を含む。典型的には、そのようなシステムは、プロセス制御システム５によって生成又は動作される情報の消費者又は供給元である。例えば、プロセス制御プラント５は、近接したプロセスプラント５を別のプロセスプラントに通信可能に接続するためのゲートウェイノード７６を含み得る。加えて又は代替的に、プロセス制御プラント５は、近接したプロセスプラント５を、外部の公衆又はプライベートシステム、例えば研究所システム（例えば、研究所情報管理システム又はＬＩＭＳ）、オペレータラウンドデータベース、荷役システム、保守管理システム、製品在庫管理システム、製造スケジュール管理システム、天気データシステム、出荷及び運搬システム、包装システム、インターネット、別のプロバイダのプロセス制御システム、又は他の外部システムと通信可能に接続するためのゲートウェイノード７８を含み得る。

【0031】

図１は、例示的なプロセスプラント５に含まれる有限数のＩ／Ｏデバイス２６、２８、２９、フィールドデバイス１５～２４、４０～４６、及び８２、無線ゲートウェイ３５、無線アダプタ５２、アクセスポイント５５、ルータ５８、及び無線プロセス制御通信ネットワーク７０を有する単一のコントローラ１１のみを示しているが、これは例示的かつ非限定的な実施形態にすぎないことに留意されたい。任意の数のコントローラ１１がプロセス制御プラント又はシステム５内に含まれてもよく、コントローラ１１のうちのいずれが、任意の数のＩ／Ｏデバイス２６、２８、２９を介して任意の数の有線又は無線デバイス及びネットワーク１５～２４、４０～４６、３５、５２、５５、５８、７０、及び８２と通信して、プラント５内でのプロセスを制御してもよい。例えば、プロセスプラント５は、種々の物理的エリアを含んでもよく、各物理的エリアは、その物理的エリア内のフィールドデバイス及びネットワーク１５～２４、４０～４６、３５、５２、５５、５８、及び７０の関連するセットと通信する関連する１つ以上のコントローラ１１（及び関連するＩ／Ｏデバイス２６、２８、又は２９）を有する。

【0032】

更に、図１のプロセスプラント又は制御システム５は、フィールド環境１２２（例えば、「プロセスプラントフロア１２２」）と、データハイウェイ１０によって通信可能に接続されるバックエンド環境１２５とを含むことが留意される。図１に示されるように、フィールド環境１２２は、その中に配設、設置及び相互接続され、稼働中にプロセスを制御するように動作する物理的コンポーネント（例えば、プロセス制御デバイス、ネットワーク、ネットワーク要素等）を含む。例えば、コントローラ１１、Ｉ／Ｏカード２６、２８、２９、フィールドデバイス１５～２４、及び他のデバイス及びネットワークコンポーネント４０～４６、３５、５２、５５、５８、７０及び８２は、配置されるか、配設されるか、さもなければプロセスプラント５のフィールド環境１２２に含まれる。一般的に言えば、未加工の材料は、プロセスプラント５のフィールド環境１２２内で受け取られ、その中に配設された物理的コンポーネントを使用して処理されて、１つ以上の製品を生成する。

【0033】

プロセスプラント５のバックエンド環境１２５は、過酷な状況及びフィールド環境１２２の材料から遮蔽され及び／又は保護されたコンピューティングデバイス、オペレータワークステーション、データベース又はデータバンク等の種々のコンポーネントを含む。図１を参照すると、バックエンド環境１２５は、例えばオペレータ又は保守ワークステーション７１、制御モジュール及び他の実行可能モジュールのための構成又は開発システム７２、データ履歴システム７３、及び／又はプロセスプラント５のランタイム動作をサポートする他の集中管理システム、コンピューティングデバイス、及び／又は機能性を含む。いくつかの構成では、プロセスプラント５のバックエンド環境１２５に含まれる種々のコンピューティングデバイス、データベース、及び他のコンポーネント及び機器は、異なる物理的位置に物理的に位置付けられ得、そのうちのいくつかは、プロセスプラント５に対してローカルであってもよく、そのうちいくつかはリモートであってもよい。

【0034】

図２Ａ～図２Ｆは、図１に示されるフィールドデバイス１５～２４、Ｉ／Ｏカード２６、２８、２９、及びコントローラ１１等の、プロセスプラント内のフィールドデバイス、Ｉ／Ｏカード、及びコントローラによって利用され得る通信アーキテクチャを一般的に示す。限定目的ではなく説明を容易にするために、図２Ａ～２Ｆは、図１を同時に参照して説明される。

【0035】

図２Ａは、フィールドデバイス１０２ａが含まれる例示的なプロセス制御ループ１００ａの例示的な通信アーキテクチャを示すブロック図を含む。フィールドデバイス１０２ａは、スマート若しくはインテリジェントフィールドデバイス（フィールドデバイス１９～２４、８２のうちの１つ等）であってもよく、又はレガシーフィールドデバイス（フィールドデバイス１５～１８のうちの１つ等）であってもよい。概して、本明細書で使用される場合、「スマート」又は「インテリジェント」フィールドデバイスは、１つ以上のプロセッサ及び１つ以上のメモリを一体的に含むフィールドデバイスである。一方、本明細書で使用される場合、「レガシー」フィールドデバイスは、１つ以上のオンボードプロセッサ及び／又はオンボードメモリを含まない。

【0036】

ループ１００ａは、プロセスプラントの稼働中にその中のプロセスを制御する際に利用されるプロセスプラントに統合又は組み込まれてもよい。例えば、ループ１００ａは、プロセスプラント５のフィールド環境１２２に設置又は配設されてもよい。

【0037】

図２Ａに示される例示的なプロセス制御ループ１００ａ内で、フィールドデバイス１０２ａは、電子マーシャリングデバイス又はコンポーネント（ＥＭＣ）１１０ａ（例えば、Ｉ／Ｏ信号コンディショナ、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓによって提供されるＣＨＡＲａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ Ｍｏｄｕｌｅ又はＣＨＡＲＭ等）に通信可能に（例えば、有線又は無線方式で）接続される（１０３ａ）。ＥＭＣ １１０ａは、終端ブロック１０５ａに通信可能に接続され（１１２ａ）、終端ブロックは、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール又はカード１０８ａに通信可能に接続される（１０７ａ）。Ｉ／Ｏプロセッサモジュール又はカード１０８ａは、コントローラ１２０ａに通信可能に接続され（１１８ａ）、コントローラは、プロセスプラント５のバックエンド環境１２５及び／又はフロントエンド環境１２２に通信可能に接続される（１２１ａ）。プロセスプラント５のオンライン動作中、コントローラ１２０ａは、フィールドデバイス１０２ａによって生成された信号の値（例えば、フィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータ値）を受信し、受信した値に基づいて制御信号又は安全信号を生成し、制御信号又は安全信号を送信してフィールドデバイス１０２ａ及び／又は別のデバイス（図２Ａには図示せず）の動作を変更すること等によって、プラント５内のプロセスを制御するために、受信した値に対して動作する。いくつかの場合では、コントローラ１２０ａは、制御信号及び／又は情報信号を別のコントローラ（図２Ａにも図示せず）に送信してもよく、通信可能な接続１２１ａを介してバックエンド環境１２５に情報を送信し、バックエンド環境１２５から情報を受信してもよい。コントローラ１２０ａは、図１のプロセスコントローラ１１等のプロセスコントローラ、プロセスプラント５をサポートする安全計装システムに含まれる安全計装システム（ＳＩＳ）コントローラ若しくは論理ソルバ、又はフィールドデバイスから信号を受信し、受信したフィールドデバイス信号に基づいて対応する制御信号若しくは安全信号を決定し、制御信号若しくは安全信号をプロセスプラント５の他のコンポーネントに伝送し、それによって工業プロセスのランタイム動作を制御及び／又は修正する別のタイプのコントローラであってもよい。

【0038】

図２Ａでは、電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ、終端ブロック１０５ａ、及びＩ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａは、電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ、終端ブロック１０５ａ、及びＩ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａ、及び／又は１つ以上のバス、バックプレーン、又は他の適切な相互接続機構を介してキャビネット１１５ａ内に収容された他のコンポーネントを電気的に相互接続するキャビネット又はハウジング１１５ａ（Ｉ／Ｏキャビネット等）内に物理的に一緒に配置されるものとして示されている。当然ながら、図２Ａに示すようなキャビネット１１５ａ内の電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ、終端ブロック１０５ａ、及びＩ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａのハウジングは、可能な多くのハウジング構成のうちの１つにすぎない。

【0039】

図２Ｂは、図２Ａに示されるＥＭＣ １１０ａをサポートする例示的な電子マーシャリングブロック、Ｉ／Ｏ装置、又はＩ／Ｏデバイス１４０の斜視図を示し、したがって、図２Ａを同時に参照して以下で説明される。上述したように、図１のＩ／Ｏデバイス２９は、混合物理層及び通信プロトコルプラットフォームを提供し、種々の異なる物理層及び種々の異なる通信プロトコルを介してプロセスコントローラと複数の異なるフィールドデバイスとの間の通信を提供するために使用することができる例示的なＩ／Ｏデバイスである。特に、図２Ｂは、混合物理層及びプロトコルデバイス１４０（図１のＩ／Ｏデバイス２９であってもよい）をより詳細に示す。より具体的には、図２Ｂは、複数の異なる物理層を使用し、所望であれば、異なる物理層上の異なる通信プロトコルを使用して、必要に応じて、複数の異なるフィールドデバイスとの通信をサポートする例示的な電子マーシャリング又はＩ／Ｏデバイス１４０の斜視図を示す。一般的に言えば、Ｉ／Ｏデバイス１４０は、（Ｉ／Ｏデバイス１４０のヘッドエンドユニット又はコントローラ側に関連付けられた）上部１４２と、Ｉ／Ｏデバイス１４０のフィールドデバイス側に関連付けられた下部１４８とを有するＩ／Ｏカードベース又はキャリアを含む。ベースの上部１４２は、１つ以上のＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５（本明細書では交換可能に「Ｉ／Ｏカード１４５」又は「Ｉ／Ｏモジュール１４５」とも呼ばれる）が配置又は挿入される事前構成されたスロット（図２Ｂには明示されていない）を含む。例えば、図２Ａに示すＩ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａは、図２Ｂに示すＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５のうちの１つであってもよい。Ｉ／Ｏカードキャリアベースの上部１４２は、プロセス又はＳＩＳコントローラ（例えば、図１のプロセスコントローラ１１又は図２Ａのコントローラ１２０ａ）が有線又は無線接続（図２Ｂには明示せず）を介して接続され得る複数の異なるＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５を支持してもよい。図２Ｂの例では、Ｉ／Ｏカードベース又はキャリアの上部１４２は、２つのＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５を支持するが、より多くの又はより少ないＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５が、ベース１４２内で支持（挿入）することができる。更に、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５は、同じ又は異なる通信プロトコルに関連付けられてもよく、１つ以上の異なる通信プロトコルに対して同じ機能を実行する冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュールであってもよく、及び／又は非冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール又はシンプレックスＩ／Ｏプロセッサモジュール（例えば、Ｉ／Ｏカードベースの上部１４２に同時に受け入れられる他のＩ／Ｏプロセッサモジュールがなく、シンプレックスＩ／Ｏプロセッサモジュールが故障したときにシンプレックスＩ／Ｏプロセッサモジュールの機能を提供するために利用されてもよい）である少なくともＩ／Ｏプロセッサモジュールを含んでもよい。更に、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５のセットは、Ｉ／Ｏデバイス１４０によってサポートされる異なる通信プロトコルごとに別個のＩ／Ｏプロセッサモジュールを含んでもよく、又は異なる物理層構造を使用して複数の異なる通信プロトコルをサポートするＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５を含んでもよい。また更に、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５のうちの１つは、１つ以上の異なる通信プロトコル等のための１つ以上の電源であってもよく、又はそれを含んでもよい。

【0040】

Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５は、Ｉ／Ｏデバイス１４０の一方の側に通信可能に接続されたプロセスコントローラ又は安全計装システム（ＳＩＳ）コントローラ（例えば、図１のプロセスコントローラ１１又は図２Ａのコントローラ１２０ａ）との通信を実行し、Ｉ／Ｏデバイス１４０上に配設された種々の異なる電子マーシャリングコンポーネントとの通信を実行し、マーシャリングコンポーネントは、Ｉ／Ｏデバイス１４０の他方の側のフィールドデバイス（例えば、図１のフィールドデバイス２３～２４のうちの１つ又は図２Ａのフィールドデバイス１０２ａ）と通信する。したがって、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５は、プロセスコントローラへの通信信号の受信及び送信、１つ以上の通信プロトコルを使用してフィールドデバイスから受信及びフィールドデバイスへ送信される信号の復号及び符号化、適切な通信プロトコルを使用してフィールドデバイス及びプロセスコントローラからのメッセージに応答して、コントローラからフィールドデバイスへ及びその逆に情報及びメッセージを通信すること、Ｉ／Ｏデバイス１４０に結合されたフィールドデバイスの識別及び論理位置を追跡すること（すなわち、Ｉ／Ｏデバイスに接続されたフィールドデバイスと通信するために使用される通信経路及び通信プロトコルを決定、追跡及び記憶すること）等を含む種々の通信機能を実行するようにプログラムされた専用又は汎用プロセッサ及びメモリを含んでもよい。Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５はまた、いくつかの場合では、電源を含むか、又は外部電源に接続し、Ｉ／Ｏデバイス１４０に接続された１つ以上のフィールドデバイス通信ネットワークを介して電力を供給し得る。

【0041】

加えて、下部マーシャリングベース１４８は、１つ以上の内部バス（図２Ｂには図示せず）を介して上部ベース１４２に（したがって、Ｉ／Ｏモジュール１４５に）電気的かつ通信可能に接続する。図２Ｂには１つの下部ベース１４８しか示されていないが、複数の下部ベース１４８を互いに直列に接続して上部ベース１４２に接続することができる。各ベース１４８（ここでも、図２Ｂにはそのうちの１つのみが示されている）は、複数の個別に構成可能なチャネルをサポートし、各チャネルは、ベース１４８上に配設された専用ワイヤ終端ブロック１５０ａ～１５０ｌに結合された専用スロット１４９ａ～１４９ｌを含む。例えば、図２Ａに示された終端ブロック１０５ａは、図２Ｂに示された終端ブロック１５０ａ～１５０ｌのうちの１つであり得る。各ワイヤ終端ブロック１５０ａ～１５０ｌは、終端ブロック１５０ａ～１５０ｌを１つ以上のフィールドデバイス（図１に示されるフィールドデバイス１０２ａを含み得る）に接続するための任意の所望のタイプのワイヤ終端点、コネクタ、又は他の取り付けハードウェアを含み、各終端ブロック１５０ａ～１５０ｌは、異なる通信プロトコルによって要求される種々の異なる物理層のいずれかに関連付けられたワイヤ又は物理層ハードウェアを受け入れ又は接続するように構成されてもよい。いくつかの場合では、各終端ブロック１５０ａ～１５０ｌは、複数の異なるタイプの物理層に関連付けられた配線又は物理層構造を受け入れるように構成され得る。結果として、各終端ブロック１５０ａ～１５０ｌは、２つ、３つ、４つ等の各々について、ねじワイヤコネクタ、ばね荷重ワイヤコネクタ等を含んでもよい。（種々の異なる通信プロトコルのいずれかをサポートする）種々の異なるタイプの物理層のために使用され得るか、又はそれに準拠するワイヤ。単なる例として、各終端ブロック１５０ａ～１５０ｌは、ＨＡＲＴ物理層、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバス物理層、イーサネット（登録商標）物理層、ＡＰＬ物理層、又は任意の他の所望の物理層のうちの１つ以上に関連付けられたワイヤを受け入れて接続し得るワイヤコネクタのセットを含んでもよい。

【0042】

同様に、各終端ブロック１５０ａ～１５０ｌにそれぞれ関連付けられたスロット１４９ａ～１４９ｌの各々は、取り外し可能な電子マーシャリングコンポーネント（ＥＭＣ）１５２を受け入れるように適合又は構成される。例えば、図１に示されるＥＣＭ １１０ａは、ＥＣＭ １５２のうちの１つであり得る。異なるＥＣＭ １５２は、各異なるスロット１４９ａ～１４９ｌに取り外し可能に挿入されてもよく、特定のスロット１４９に挿入されると、特定のスロット１４９に関連付けられた終端ブロック１５０に確実に受け入れられて電子的に接続されてもよい。例えば、図２Ｂは、スロット１４９ａ、１４９ｆ、及び１４９ｉ～１４９ｌが、いずれのＥＣＭ １５２も受信していないが、スロット１４９ｂ～１４９ｅ及び１４９ｇ～１４９ｈは、各々、それぞれのＥＣＭ １５２をその中に受信していることを示す。図２Ｂには明示的に示されていないが、各スロット１４９はまた、（ベース１４８及び１４２内の）１つ以上の内部バスを介してＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５に接続されて、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５がスロット１４９のいずれかに挿入されたＥＣＭ １５２の各々と通信することを可能にする。各ＥＭＣ １５２はまた、それぞれのプロセッサ及びそれぞれのメモリを含み、プロセッサは、汎用プロセッサ又は特定のプロセッサ（例えば、ＡＳＩＣ又はいくつかの他の専用ハードウェア若しくはファームウェアプロセッサとして実装される）であってもよく、特定の通信プロトコル及び物理層を使用して、ベース１４８の終端ブロック１５０に接続された１つ以上のフィールドデバイスとの通信機能を行うようにプログラムされる。各ＥＭＣ １５２のプロセッサは、関連する終端ブロックに接続された１つ以上のフィールドデバイスを検出し得、例えば、デバイス識別情報及び構成情報を含む特定の通信プロトコルを使用して特定のデバイス情報について１つ以上のフィールドデバイスをポーリングし得、この情報をＥＭＣ １５２上のローカルメモリに記憶し得、この情報並びにデバイス通信経路情報をヘッドエンドユニット（図２Ｂには明示されていない）内のプロセッサモジュール１４５に通信し得る。更に、各ＥＭＣ １５２のプロセッサは、特定の通信プロトコルを使用して、プロセッサモジュール１４５から関連する終端ブロック１５０に接続された１つ以上のフィールドデバイスにメッセージを構成及び送信し、関連する終端ブロック１５０に接続された１つ以上のフィールドデバイスからメッセージを受信及び復号し（必要であれば）、処理及び必要であればプロセスコントローラへの通信のために、これらのメッセージをプロセッサモジュール１４５に（ベースユニット１４８及び１４２内の内部バスのうちの１つを介して）渡すようにプログラムされ得る。

【0043】

電子マーシャリングコンポーネント１５２（ＥＭＣ）の種々の異なるコンポーネントのスロット１４９への挿入は、ＥＭＣ １５２の内部プロセッサを、ＥＭＣ １５２の一方の側（例えば、ＥＭＣ １５２の入力側）のバスのうちの１つに、及びＥＭＣ １５２の他方の側（例えば、ＥＭＣ １５２の出力側）のスロット１４９に関連付けられた終端ブロック１５０のワイヤ端子の適切なセットに接続するように動作する。その結果、ＥＭＣ １５２は、スロット１４９に挿入されると、少なくとも１つの内部バスを介してＥＭＣ １５２の入力側でＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５に電気的に接続され、少なくとも１つの内部バス及びＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５のうちの１つを介してプロセス又はＳＩＳコントローラ（及び／又は別の外部システム）に通信可能に結合される。更に、ＥＭＣ １５２は、ＥＭＣ １５２が挿入されるスロット１４９の終端ブロック１５０と、終端ブロック１５０を１つ以上のフィールドデバイスに接続する物理層（例えば、ワイヤ）とを介して、モジュール１５２の出力側の１つ以上のフィールドデバイスに接続される。ＥＭＣ １５２のうちの異なるものは、１つ以上のフィールドデバイスと通信するために、異なる物理層及び異なる通信プロトコルを使用するように構成され得る。更に、異なるタイプのＥＭＣ １５２は、Ｉ／Ｏデバイス１４０の異なる内部バスに別々に接続する接続構造を有し得る。したがって、１つのタイプの物理層又は通信プロトコルを使用するＥＭＣ １５２は、第１の内部バスに接続し得、第２のタイプの物理層又は第２の異なる通信プロトコルを使用するＥＭＣ １５２は、第２の内部バスに接続し得る。

【0044】

したがって、取り外し可能なハードウェアモジュール又はＥＭＣ １５２のうちの異なるものをスロット１４９のいずれかに挿入して、ＥＭＣ １５２の各々と、Ｉ／Ｏデバイス１４０の１つ以上の内部バスを介したＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５の一方又は両方との間の接続性を提供することができ、並びに種々の異なるフィールドデバイスからのワイヤが接続され得る終端ブロック１５０のうちの１つへの接続性を提供することができる。この特定の例では、終端ブロック１５０の各々は、例えば、２ワイヤ物理層、４ワイヤ物理層、ワイヤの特定の厚さ、タイプ、最小長さ及び最大長さ等を指定する物理層、種々のタイプのスイッチ又は他の物理構造を要求する物理層、無線通信をサポートする物理層等を含む種々の異なるタイプの物理層に関連付けられたワイヤを受け入れ、それによって、ＥＭＣ １５２がスロット１４９のうちの異なるスロットに挿入されるとき、異なるタイプの物理層を異なるＥＭＣ １５２に接続し得る。必要に応じて、終端ブロック１５０のうちのいくつかは、第１のタイプの物理層（例えば、ＨＡＲＴ又は４～２０ ｍａ物理層）をサポートしてもよく、終端ブロック１５０のうちの他のものは、第２のタイプの物理層（例えば、Ｆｉｅｌｄｂｕｓ又はＰｒｏｆｉｂｕｓ物理層）をサポートしてもよく、更に他の終端ブロック１５０は、第３のタイプの物理層（例えば、ＩＰ、イーサネット又はＡＰＬ物理層）をサポートしてもよい。他の場合には、終端ブロック１５０のうちの１つ以上は、２つ、３つ、又はそれ以上の異なるタイプの物理層をサポートするように構成された接続構造を有し得る。

【0045】

当然ながら、ＥＭＣ １５２は、スロット１４９に挿入されると、モジュール１５２の構成に応じて内部バスのうちの１つ以上に電気的に接続する電気接続構造と、ＥＭＣ １５２が挿入されるスロット１４９に関連付けられた終端ブロック１５０にＥＭＣ １５２を電気的に接続する電気接続構造とを含む。同様に、各取り外し可能なハードウェアＥＭＣモジュール１５２は、あるタイプのプロセッサ（例えば、汎用プロセッサ、ＡＳＩＣ等の特別に構成されたプロセッサ等）と、特定の通信プロトコルを使用して（及び特定の物理層を使用して）通信を実行するためにプロセッサ上に実装されるソフトウェア又はファームウェアとを含む。したがって、例えば、ＥＭＣ １５２のうちの異なるものは、異なる通信プロトコル（及びそれらのプロトコルのために使用される物理層）に関連付けられ、それを実装するようにプログラムされ、又はそれを使用し得る。したがって、ＥＭＣ １５２のうちのいくつかは、ＨＡＲＴ通信プロトコルに準拠し得るＨＡＲＴプロトコルモジュールであり得、ＥＭＣ １５２のうちのいくつかは、ＡＰＬ又はイーサネット（登録商標）物理層を使用するＩＰ通信プロトコルに準拠又は使用し得、ＥＭＣ １５２のうちのいくつかは、ＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバスプロトコルに準拠又は実装するＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮフィールドバスモジュールであり得る。Ｉ／Ｏデバイス１４０の各異なる内部バスは、異なる物理層に関連付けられてもよく、又は準拠してもよく、例えば、ＨＡＲＴ物理層を使用するＨＡＲＴ通信プロトコル、及びＡＰＬ物理層を使用するＩＰ通信プロトコル等の異なる通信プロトコルをサポートしてもよい。複数の異なるプロトコル（及び複数の異なる物理層）のサポートは、異なる構成のＥＭＣ １５２（異なる通信プロトコル及び潜在的に異なる物理層をサポートする）が、スロット１４９のうちの異なるスロットに挿入され、これらの異なるプロトコル（及び物理層）を使用する異なるフィールドデバイスと通信するように接続されることを可能にする。

【0046】

図２Ａ及び図２Ｂを参照して明らかなように、Ｉ／Ｏデバイス１４０の各下部１４８は、複数の構成可能チャネルをサポートし、その各々は、個々のＥＭＣ １５２に対応する。そのような構成は、図２Ｃによって提供される例示的なブロック図に示される。図２Ｃは、複数のフィールドデバイス１０２ａ～１０２ｌを示し、フィールドデバイス１０２ａ～１０２ｌのそれぞれは、対応する電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ～１１０ｌに通信可能に（例えば、有線又は無線方式で）接続される（１０３ａ～１０３ｌ）。電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ～１１０ｌの各々は、それぞれの終端ブロック１０５ａ～１０５ｌに通信可能に接続され（１１２ａ～１１２ｌ）、終端ブロックは、冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａ、１０８ａ’に通信可能に結合される（１０７ａ～１０７ｌ）。冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａ、１０８ａ’は、コントローラ１２０ａに通信可能に接続され（１１８ａ）、これは次に、プロセスプラント５のバックエンド環境１２５に通信可能に接続される（１２１ａ）。電子マーシャリングコンポーネント１１０ａ～１１０ｌ、終端ブロック１０５ａ～１０５ｌ、及び冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａ、１０８ａ’は、Ｉ／Ｏデバイス１４０内に含まれてもよく、全てキャビネット１１５ａ内に収容されてもよい。図２Ｃに示す実施形態では、Ｉ／Ｏデバイス１４０の下部１４８は、１２個のチャネル及び１２個のそれぞれの電子マーシャリングコンポーネント（例えば、ＥＣＭ １１０ａ～１１０ｌ）をサポートする１２個の終端ブロック１０５ａ～１０５ｌを含むが、他の実施形態では、Ｉ／Ｏデバイス１４０の下部１４８は、８個、１０個、１６個、３２個等、より少ない又はより多い電子マーシャリングコンポーネントをサポートしてもよい。実際、Ｉ／Ｏデバイス１４０の下部１４８は、最大数のチャネル及びそれぞれの電子マーシャリングコンポーネントをサポートするように構成されてもよいが、特定の時点では、最大数のチャネル及び電子マーシャリングコンポーネントのサブセットのみに接続されてもよい。例えば、図２Ｂの例示的なＩ／Ｏデバイス１４０では、下部１４８は、最大１２チャネル（例えば、終端ブロック１５０ａ～１５０ｌに対応する）を物理的にサポートすることができ、したがって、任意の時間に最大１２個のＥＣＭ １５０を受信することができるように示されているが、図２Ｂに示される特定の時間において、下部１４８は、例えば、係合されたＥＣＭ １５２ｂ～１５２ｅ及びＥＣＭ １５２ｇ～１５２ｈを介して、１２チャネルのうちの６つのみをサポートしている。また、図２Ｂに示すように、各Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５は、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５が最大１２チャネルにわたるＩ／Ｏ信号のルーティングをサポートすることができるので、マルチチャネルＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５である。同様に、図２Ｃに示される各Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１０８ａ、１０８ａ’も、複数のチャネルをサポートする。

【0047】

プロセスプラント５のいくつかの部分は、電子マーシャリングブロック又はデバイス１４０が、それぞれのＥＭＣ １５２を有する１つ以上の下部１４８にそれぞれ結合された１つ以上のＩ／Ｏカードベース又はキャリア上部１４２を含む、図２Ａ～図２Ｃに関して説明したような集中マーシャリングキャビネット（例えば、図２Ａに示すキャビネット１１５ａ）を含んでもよいが、本明細書で説明するプロセスプラント５は、マーシャリングブロック１４０のコンポーネントの全てを単一のキャビネット又は場所に集中させない１つ以上の分散型ＥＭＣネットワークを追加又は代替として含んでもよい。代わりに、上部１４２は、１つの場所（例えば、マーシャリングキャビネット１１５ａ内）に配置されてもよく、一方、ＥＭＣ １５２及びＩ／Ｏカードベース又はキャリアの支持下部１４８（説明されるように）は、Ｉ／Ｏカードキャリアの上部１４２から遠隔に配置され、プロセスプラント５のフィールド環境１２２全体にわたって分散されてもよい。

【0048】

図２Ｄは、そのような分散型ＥＭＣシステムにおけるＩ／Ｏヘッドエンド２００のブロック図を示す。ヘッドエンド２００は、図２Ｂに示すＩ／Ｏカードキャリアの上部１４２と同じ機能の多くを実行する、すなわち、ヘッドエンド２００は、上述したように、フィールドデバイス及び１つ以上のコントローラの両方と通信するペアの冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール２０２、２０２’を担持する（及び通信可能に接続される）。Ｉ／Ｏプロセッサモジュール２０２、２０２’の各々は、Ｉ／Ｏカード２０２、２０２’を動作させるためのコンピュータ可読命令を記憶し得る、及び／又はコントローラから１つ以上のフィールドデバイスに、若しくは１つ以上のフィールドデバイスからコントローラに通信されるデータを一時的に記憶し得る、それぞれのメモリデバイス２０３、２０３’を含んでもよい。それに加えて、又はその代わりに、メモリデバイス２０８は、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール２０２、２０２’を動作させるための、Ｉ／Ｏカード２０２、２０２’間の冗長性を調整するための、ヘッドエンド２００とそれに接続された他のデバイスとの間の通信を調整するための（以下で説明するような）コンピュータ可読命令を記憶し得る、かつ／又はコントローラから１つ以上のフィールドデバイスに、又は１つ以上のフィールドデバイスからコントローラに通信されるデータを一時的に（例えば、データベースに）記憶し得る。最後に、プロセッサ２０５は、メモリデバイス２０８に結合されてもよく、メモリデバイス２０８からデータを記憶及び／又は取り出し、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール２０２、２０２’を制御し、種々の通信ポートを介して通信する目的で、そこに記憶されたコンピュータ可読命令を実行してもよい。

【0049】

１つ以上の通信ポート２０７は、例えば、ヘッドエンド２００を１つ以上のコントローラ（例えば、コントローラ１２０ａ）に、プラント５のフィールド環境１２２に配置された他のプロセス制御システムコンポーネントに、及び／又はプラント５のバックエンド環境１２５に配置された他のプロセス制御システムコンポーネントに結合し得る。１つ以上の通信ポート２０７は、任意の適切な通信プロトコルを実装する任意の適切な通信ポートを含んでもよいが、一実施形態では、イーサネット（登録商標）通信を実装するイーサネット（登録商標）ポートである。追加の通信ポート２０４、２０６、２０９ａ、及び２０９ｂは、ヘッドエンド２００と１つ以上の分散型電子マーシャリングモジュール２１０との間の通信を容易にし、その各々は、Ｉ／Ｏデバイス１４０の下部１４８のそれぞれのインスタンス又は実施形態を実装し得る。通信ポート２０４及び２０６は、例えば、主に出力ポート及び入力ポートとしてそれぞれ機能し得、ポート２０４は、ヘッドエンド２００から分散型マーシャリングモジュール２１０にデータを伝送し、ポート２０６は、ヘッドエンド２００において分散型マーシャリングモジュール２１０からデータを受信する。いくつかの状況では、単一の通信ポート（例えば、ポート２０４、２０６、２０９ａ、２０９ｂのうちの１つ）が、特定の分散型マーシャリングモジュール２１０及びヘッドエンド２００に関して入力ポート及び出力ポートの両方として機能し得る。

【0050】

更に、図２Ｂ～図２Ｄは、異なるタイプの通信プロトコルをサポートする複数のタイプの物理層をサポートすることができるＩ／Ｏデバイス１４０に関して上記で説明されているが、図２Ｂ～図２Ｄに関して説明された原理及び技術は、ＨＡＲＴ準拠物理層のみ、又はフィールドバス通信プロトコル及び物理層のみ等、１つのタイプの物理層のみをサポートするＩ／Ｏデバイスに容易に適用され得ることが理解される。例えば、図１のＩ／Ｏカード２６及び／又はＩ／Ｏカード２８は、１つのタイプの通信プロトコル及び物理層のみをサポートするＩ／Ｏデバイス１４０の実施形態であってもよい。単一プロトコル／物理層実施形態では、Ｉ／Ｏデバイス１４０は、それぞれのプロトコル／物理層をサポートするために単一タイプの内部バスのみを含んでもよく、又はＩ／Ｏデバイス１４０は、複数の内部バスを含むが、フィールドデバイスとコントローラとの間の信号の送達をサポートするために内部バスのうちの１つのみを利用してもよい。

【0051】

図３は、本明細書に記載される例示的なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００のブロック図を示し、交換のための技術の実施形態が実装され得る非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントのブロック図を示す。本明細書で一般的に利用される「Ｉ／Ｏコンポーネント」は、プロセス制御システム内でＩ／Ｏ機能の少なくとも一部分を実行し、プラント担当者がユニットとして取り外して交換することができる物理ユニット、例えば、Ｉ／Ｏ回路基板、単一チャネルＩ／Ｏカード又はプロセッサモジュール、マルチチャネルＩ／Ｏカード又はプロセッサモジュール、電子マーシャリングコンポーネント（ＥＭＣ）、Ｉ／Ｏ信号コンディショナ、ＣＨＡＲＭ等を指す。そのようなＩ／Ｏコンポーネントは、プロセス制御システム内の重複又は他のユニットが、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が故障したときにシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の代わりに（例えば、自動的に）に切り替えて利用することができる場合、「シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント」（本明細書では交換可能に「非冗長Ｉ／Ｏコンポーネント」又は「非冗長又はシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント」とも呼ばれる）である。例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、プロセスプラント５に含まれ、それぞれのＩ／Ｏ機能を実行し、プロセス制御システムがシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００によって提供されるＩ／Ｏ機能のフォールトトレラント動作のための対応する冗長な物理ユニット（例えば、「ホットスペア」）を有しない、ＥＭＣ １１０ａ又はＩ／Ｏ処理モジュール１０８ａであってもよい。一般的に言えば、図２Ｂに示される冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５のペア及び図２Ｄに示される冗長Ｉ／Ｏプロセッサモジュール２０２、２０２’のペアとは対照的に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００によって提供されるＩ／Ｏ機能のフォールトトレラント動作は可能ではない。すなわち、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が完全な障害を経験するとき、通常動作（例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が提供するランタイムＩ／Ｏ機能）が再開され得る前に、それは交換又は修復されなければならない。説明を容易にするが、限定しないことを目的として、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、図１及び図２Ａ～図２Ｄを同時に参照して本明細書で説明される。

【0052】

図３に示すように、例示的なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００をフィールドデバイス１０２ａ等のフィールドデバイスに通信可能に接続する（３０３ａ）第１の通信インターフェース３０２ａを含み、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００をＩ／Ｏサブシステム３０８に通信可能に接続する（３０３ｂ）第２の通信インターフェース３０２ｂを含む。実施形態において、通信可能な接続３０３ａ、３０３ｂの一方又は両方は、（例えば、中間ノードを有さない）直接接続である。一般的に言えば、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００と共に動作するときに、フィールドデバイス１０２ａへ／からＩ／Ｏ信号を送達するように集合的に動作する１つ以上の他のコンポーネントを含む。例えば、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００と、Ｉ／Ｏデバイス１４０をコントローラ１２０ａに通信可能に接続するリンク１１８ａとの間に通信可能に配設されたＩ／Ｏデバイス１４０のコンポーネントを含んでもよい。実際、一般的な意味では、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００をコントローラ１２０ａに通信可能に接続し、コントローラ１２０ａは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００及びＩ／Ｏサブシステム３０５を介して、フィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータを受信し、受信したデータに基づいて制御信号を生成し、制御信号をフィールドデバイス１０２ａ、別のフィールドデバイス、又は別のコントローラに送信して、プロセスプラント５内の工業プロセスの動作を制御するプロセスコントローラ又はＳＩＳコントローラであってもよい。

【0053】

したがって、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、本明細書で一般的に言及されるように、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００とコントローラ１２０ａとの間に配設されるＩ／Ｏハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを集合的に指す。例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００がＥＣＭ １５２である場合、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、それぞれの終端ブロック１５０、Ｉ／Ｏデバイス１４０の下部１４８及び上部１４２、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５、並びに（利用される場合）Ｉ／Ｏヘッドエンド２００を含み得る。すなわち、ＥＣＭ １５２以外のＩ／Ｏデバイス１４０の１つ以上のコンポーネントは、Ｉ／Ｏサブシステム３０５を含んでもよい。シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が図２ＢのＩ／Ｏプロセッサモジュール１４５であるか、又はヘッドエンドユニット２００に含まれるＩ／Ｏプロセッサモジュール２０２である別の例では、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、Ｉ／Ｏプロセッサモジュール１４５、２０２に関して、ヘッドエンドユニット２００のメモリ２０８及びプロセッサ２０５を含んでもよい。すなわち、ヘッドエンドユニット２００は、Ｉ／Ｏサブシステム３０５を含んでもよい。一般的に言えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００をコントローラ１２０ａ及び／又はプロセスプラント５の他のコンポーネントに通信可能に接続するＩ／Ｏサブシステム３０５は、典型的には、少なくとも１つのメモリ及び少なくとも１つのプロセッサを含む。

【0054】

Ｉ／Ｏサブシステム３０５と同様に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００自体は、１つ以上のプロセッサ３０８と、１つ以上のメモリ３１０と、１つ以上のメモリ３１０に記憶され、１つ以上のプロセッサ３０８によって実行可能なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換命令３１２のセットとを含んでもよい。加えて、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の１つ以上のメモリ３１０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の動作の現在の状態３１５を記憶し、状態３１５は、種々の条件の検出に基づいて命令３１２によって変更され得る。いくつかの状況では、命令３１２は、本明細書の他の場所でより詳細に説明されるように、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に、状態３１５の変化に基づいてその動作及び／又は挙動を修正させるようにプロセッサ３０８によって実行可能であり得る。

【0055】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００はまた、ユーザインターフェース３１８を含み、これは、実施形態では、ユーザが入力を入力し得る単一の物理インターフェースユニットを含んでもよく、又は、例えば、図３においてユーザインターフェース３１８ａ、３１８ｂによって示されるように、ユーザが入力を入力し得る複数の物理インターフェースユニットを含んでもよい。ユーザインターフェース３１８は、タッチスクリーン、キーパッド又はキーボード、マウス、ダイヤル、スイッチ、押しボタン、１つ以上のセンサ（光センサ、音声センサ、熱センサ、タッチセンサ等）、無線トランシーバ等、ユーザがシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に入力を直接提供することができる任意のタイプのインターフェースを含んでもよい。一般的に言えば、ユーザインターフェース３１８を介して受信されたユーザ入力は、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されるように、いくつかの状況において、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の動作及び挙動を修正してその非中断的交換をサポートすることができる命令を示し得る。

【0056】

例示的なシナリオでは、１つ以上のプロセッサ３０８は、メモリ３１０に記憶された命令３１２を実行して、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に、第１の通信インターフェース３０２ａを介してフィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータを取得させ、取得されたデータを第２の通信インターフェース３０２ｂを介してＩ／Ｏサブシステム３０５に送信させ得る。いくつかの状況では、フィールドデバイス１０２ａによって利用される通信フォーマット、プロトコル、及び／又は物理層は、Ｉ／Ｏサブシステム３０５によって利用される通信フォーマット、プロトコル、及び通信層とは異なり、これらの状況では、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、例えば、本明細書の他の場所で説明されるような方式で、変換及び／又は変換されたデータをＩ／Ｏサブシステム３０５に送信する前に、受信されたフィールドデバイスデータを変換又は変換し得る。

【0057】

１つ以上のプロセッサは更に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換命令３１２を実行して、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に、それ自体の非中断的交換をサポートするように動作させ得る。典型的には、既知のプロセス制御システムでは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを交換する必要があるとき（サブコンポーネント障害、標準交換間隔の満了、又は他の何らかの理由等により）、Ｉ／Ｏコンポーネントを物理的に交換する行為は、Ｉ／Ｏ信号を送達するためにシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを利用する通常のプロセス動作を大幅に中断させる（又はいくつかの場合では停止させる）可能性がある。すなわち、既知のプロセス制御システムにおいて、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの交換は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントがその一部分であるプロセス制御ループの動作に対して、いくつかの場合では工業プロセス自体に対して、破壊的であり得る。例えば、既知のプロセス制御システムでは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを交換するために、技師又は他のプラント担当者は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが物理的に交換又は修復されている間に、Ｉ／Ｏ信号が一時的バイパスを介してフィールドデバイス１０２ａとの間で送達され得るように、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの周りの一時的バイパスを手動で構成及びセットアップしなければならない。このプロセスは主に手動であり、制御ループ（制御ループ１００ａ等）の動作はしばしば正確なタイミングに大きく依存するので、プラント担当者が適切なバイパス手順及びその必要とされるタイミングに従うか又はそれに気づいていないことは、実行中の制御ループ１００ａにおける不必要な障害につながる可能性があり、これは、プロセスプラント５の動作に対して著しい望ましくない遅延、トリップ、及び／又は他の望ましくない影響をもたらす可能性がある。一方、本明細書に記載の非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換技術の実施形態は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを交換又は修復するときに一時的バイパスを構成及び利用することを必要とせず、したがって、一時的バイパスを確立することによって被るリスクを低減するだけでなく、Ｉ／Ｏコンポーネント３００が含まれる実行制御ループ１００ａに対する中断を最小限にして、又はいくつかの場合では中断せずに、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を交換又は修復することも可能にする。

【0058】

説明するために、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００がフィールドデバイス１０２ａとコントローラ１２０ａとの間でＩ／Ｏ信号を送達するように動作している例示的なシナリオを検討する。通常動作中、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、その現在の状態３１５を「稼働中（IN-SERVICE）」、「通常（NORMAL）」、又は等価物として維持する。稼働中状態にある間、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、フィールドデバイス１０２によって生成されたデータ又は値を（例えば、通信インターフェース３０２ａを介して）受信し、フィールドデバイス１０２によって生成された受信データ又は値を示す信号を（例えば、通信インターフェース３０２ｂを介して）コントローラ１２０ａに、コントローラ１２０ａによって予想される速度又は他のタイミングで伝送する。したがって、いくつかのコントローラ構成では、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、受信されたフィールドデバイス値を保持、キャッシュ、又は一時的に記憶し（３２０）、コントローラ１２０ａがフィールドデバイス値を受信することを予想する時間に（例えば、指定されたタイムスロット中に、又は何らかの指定された時間に）、記憶された値をコントローラ１２０ａに伝送し得る。直近に受信されたフィールドデバイス値を伝送した後、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、以前に記憶された値３２０をそのメモリから排除してもよい。ストリーミング及び／又はパブリッシュ－サブスクライブ機構をサポートするコントローラ等の他のコントローラ構成では、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、データのストリーミング及び／又はパブリッシュをサポートするために必要とされる最小限のキャッシング以外の任意のフィールドデバイス値を記憶又はキャッシュしなくてもよい。

【0059】

いずれにしても、この例示的なシナリオでは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、その動作及び／又はそのサブコンポーネントのうちの１つにおける部分的な劣化を検出し、部分的な劣化は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を動作不能にしない。例えば、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、フィールドデバイスデータが通信インターフェース３０２ａから通信インターフェース３０２ｂに配信される２つの冗長内部経路３２２ａ、３２２ｂのうちの１つが故障したことを検出してもよく、一方、他の内部経路３２２ａ、３２２ｂは、フィールドデバイスデータを通信インターフェース３０２ａから通信インターフェース３０２ｂに送達し続け、その結果、コントローラ１２０ａは、Ｉ／Ｏサブシステム３０５を介して、コントローラ１２０ａがフィールドデバイスデータを受信することを予想するときにフィールドデバイスデータを受信し続ける。追加又は代替として、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、他の冗長サブコンポーネント障害、性能の低下、異常な自己診断結果の増加、及び／又は回復可能な障害等、Ｉ／Ｏコンポーネント３００を動作不能にさせない他のタイプのハードウェア及び／又はソフトウェアの劣化を検出し得るオンボード劣化又は部分障害を検出すると、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、その現在状態３１５を「低可用性（ＲＥＤＵＣＥＤ ＡＶＡＩＬＡＢＩＬＩＴＹ）」等に変更し、例えば、別のフィールドデータ値を伝送することと併せて、又はＩ／Ｏサブシステム３０５への独立した通信において、その変更又は更新された現在状態をＩ／Ｏサブシステム３０５に通知する。一般に、低可用性状態は、コンポーネント３００がフィールドデバイスデータの配信を維持し得る場合であっても、物理的なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を物理的に交換する必要があることを示し、したがって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の完全な障害が差し迫っている可能性があるという指示をプラント担当者に提供し得る。

【0060】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が低可用性状態にあることが通知されると、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、プロセス制御システムの適切なサブシステム、アプリケーション、デバイス、及び／又はユーザインターフェースに通知し、その結果、プロセスプラント担当者は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の低可用性状態を通知され、好ましくはコンポーネント３００が動作不能になるか又は完全な障害を経験するまで劣化する前に、劣化したシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を物理的に交換する準備をすることができる。いくつかの実装形態では、低可用性状態に入ると、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、劣化したシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を交換しようとするプラント担当者が、例えば他のコンポーネントのラック内で、特定の劣化したシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の劣化したシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを容易に識別することができるように、そのハウジング上のインジケータ（光又は他の視覚的インジケータ等、図３には図示せず）をアクティブ化し得る。

【0061】

プラント担当者が、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の物理的交換と共にシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の場所に到着すると、プラント担当者は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の一体型ユーザインターフェース３１８ａ、３１８ｂを介して、劣化したシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に「交換可能（REPLACEABLE）」動作状態に入るように命令し得る。交換可能状態に入るためのユーザ命令は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の特定のタイプのオンボードユーザインターフェース３１８ａ、３１８ｂによって受信される任意の適切なフォーマットであり得る。例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に交換可能状態に入るように命令するために、ユーザは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００のハウジング上に配設された物理スイッチ又はプッシュボタンをアクティブ化又はトグルすること、コンポーネント３００によって提供されるタッチスクリーンを介して命令を入力すること、コンポーネント３００のハウジングの両側に配設された２つの光センサ３１８ａ、３１８ｂを同時にアクティブ化すること等ができる。

【0062】

受信された命令に応答して、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、その現在の状態３１５を交換可能に更新し、通信インターフェース３０２ｂ及びリンク３０３ｂを介して、その現在の動作状態が交換可能であることをＩ／Ｏサブシステム３０５に示す。シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、フィールドデータをＩ／Ｏサブシステム３０５に配信することと併せて、又は別個の通知において、その現在の動作状態に対する更新又は変更を交換可能に示し得る。一般的に言えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の交換可能状態は、Ｉ／Ｏサブシステム３０５に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の物理的な取り外し及び交換が差し迫っていることをＩ／Ｏサブシステムに示し、したがって、近い将来の任意の時点で、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、Ｉ／Ｏサブシステム３０５に対して、オフラインになっているように見え得る。すなわち、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の交換可能状態は、Ｉ／Ｏサブシステム３０５に、近い将来のある時点で、Ｉ／Ｏサブシステム３０５がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００からいかなる通信も受信しない可能性があり、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の予想せぬハード（例えば、完全な又は完全な）障害とは異なり、Ｉ／Ｏサブシステム３０５の観点からのシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント（すなわち、物理的なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の交換）が比較的短い時間量でオンラインに戻ると予想されることを通知する。典型的には、プラント担当者が物理的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを取り外して交換するのに必要な時間は、比較的短い持続時間、例えば、数秒又は数分である。

【0063】

この例示的なシナリオでは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、低可用性状態から交換可能状態に入るが、他のシナリオでは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、稼働中状態から直接交換可能状態に入り得ることに留意されたい。例えば、技師又はプラント担当者は、何らかの理由で、物理シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を先取りして交換し、物理シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００をアップグレードし、又はシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００を物理的に交換することを望む場合があり、コンポーネント３００が正常に動作している間にコンポーネント３００の１つ以上のユーザインターフェース３１８を介してそのように示し得る。これら及び他の状況では、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントは、１つ以上の冗長サブコンポーネントを含んでもよく、又はいかなる冗長サブコンポーネントも含まなくてもよい。当然ながら、一般的に言えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００は、コンポーネント３００が任意の動作状態にある間に交換可能状態に入るために、１つ以上のユーザインターフェース３１８を介して命令を受信し得る。

【0064】

コンポーネント３００が交換可能動作状態にあるという指示をシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００から受信すると、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、その指示３２５を記憶し得、記憶された指示３２５がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が交換可能状態にあることを示している間、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、一時的なセーフモードでの動作に移行し得る。例えば、交換可能状態にあるシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の記憶された指示３２５に基づいて、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、フィールドデバイス１０２ａによって生成され、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００から受信された直近に受信されたデータ値を継続的に一時的に記憶、キャッシュ、又は保持３２８してもよい。例えば、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、フィールドデバイス１０２ａによって直近に生成され、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００によって受信された少なくとも１つのデータ値を記憶してもよく（３２０）、コントローラ１２０ａがフィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータ値を受信することを予想する持続時間（例えば、構成された周期性、指定されたタイムスロット、又は他の指定された時間間隔）よりも長い持続時間の間、１つ以上の値３２０をメモリ３１０に記憶又は保持してもよい。したがって、Ｉ／Ｏサブシステム３０５がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００からの予想される伝送を受信できない場合、Ｉ／Ｏコンポーネント３００が交換可能状態にあるという記憶された指示３２５に基づいて、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、記憶されたフィールドデバイスデータ値３２８をコントローラ１２０ａに、例えば、タイムスロット中に、又はコントローラ１２０ａによって予想される時間に伝送し、それによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が物理的に取り外されて交換されている場合であっても、シームレスで非中断的なプロセス制御ループ１００ａの動作を維持する。ある意味で、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が、コンポーネント３００が交換可能状態にあることをＩ／Ｏサブシステム３０５に示し、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００がＩ／Ｏサブシステム３０５との通信を停止した場合（例えば、物理ユニットが取り外されて交換されたことにより）、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、直近に受信したフィールドデバイス値をそのメモリ３２８から取り出し、コントローラ１２０ａがフィールドデバイス値を受信することを予想するタイムスロット又は期間の間にコントローラ１２０ａに送信する。対照的に、通常の稼働中に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００がＩ／Ｏサブシステム３０５に交換可能動作状態をＩ／Ｏサブシステムに示さず（例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００がＩ／Ｏサブシステム３０５の観点から通常動作状態で動作している）、Ｉ／Ｏサブシステム３０５がＩ／Ｏコンポーネント３００から予想される通信を受信できない（例えば、ハード障害又は回復不可能な障害に起因して）場合、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が「休止中（OUT-OF-SERVICE）」状態にあるという指示を記憶してもよく、代替的な緩和手順及び回復手順を実行してもよい。

【0065】

図４は、本明細書で説明される非中断的シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換のための技術の実施形態が実装され得る例示的なＩ／Ｏサブシステム３５０のブロック図を示す。Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、プロセスプラント５のプロセス制御ループ又は安全計装システムループ内のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントとコントローラとの間に通信可能に配設されてもよい。例えば、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００とコントローラ１２０ａとの間に通信可能に配設されたＩ／Ｏサブシステム３０５であってもよい。説明を容易にするが、限定しないことを目的として、例示的なＩ／Ｏサブシステム３５０は、図１、図２Ａ～２Ｄ及び図３を同時に参照して本明細書で説明される。

【0066】

図４に示すように、例示的なＩ／Ｏサブシステム３５０は、Ｉ／Ｏサブシステム３５０をシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００等のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントに通信可能に接続する（３５３ａ）第１の通信インターフェース３５２ａを含み、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、Ｉ／Ｏサブシステム３５０をコントローラ１２０ａ等のプロセスコントローラ又はＳＩＳコントローラに通信可能に接続する（３５３ｂ）第２の通信インターフェース３５２ｂを含む。実施形態において、通信可能な接続３５３ａ、３５３ｂの一方又は両方は、直接接続（例えば、いかなる中間ノードもない）である。上述したように、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００と共に動作するときに、フィールドデバイス１０２ａへ／からＩ／Ｏ信号を送達するように集合的に動作する１つ以上のコンポーネントを含む。したがって、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００とコントローラ１２０ａとの間に配設されたＩ／Ｏハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを含んでもよい。

【0067】

図４に示されるように、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、１つ以上のプロセッサ３５８と、１つ以上のメモリ３６０と、１つ以上のメモリ３６０に記憶され、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの非中断的交換をサポートするために１つ以上のプロセッサ３５８によって実行可能なシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換命令３６２のセットとを含んでもよい。加えて、Ｉ／Ｏサブシステム３５０の１つ以上のメモリ３６０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の現在の動作状態３７０を記憶し得、現在の状態３７０は、種々の条件の検出に基づいて命令３６２によって追跡され、変更され得る。例えば、図４に示される現在の動作状態３７０を記憶する１つ以上のメモリ位置は、図３に示される現在の動作状態３２５を記憶するメモリ位置であってもよい。いくつかの状況では、命令３６２は、本明細書の他の場所でより詳細に説明されるように、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の現在の追跡された状態３７０に基づいて、又はそれに対する変化に基づいて、Ｉ／Ｏサブシステム３５０にその動作及び／又は挙動を修正させるように、１つ以上のプロセッサ３５８によって実行可能であり得る。更に、交換可能状態等のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００のいくつかの特定の状態３７０に対して、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、フィールドデバイス１０２ａによって生成され、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００から受信された少なくとも１つの直近に受信されたデータ値３７２をそのメモリ３６０に記憶し、Ｉ／Ｏサブシステム３５０がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００からフィールドデバイス１０２ａによって生成された別のデータ値を受信するたびに、１つ以上の記憶されたフィールドデバイス値３７２を継続的に更新する。例えば、図４に示される１つ以上の直近に受信されたデータ値３７２を記憶する１つ以上のメモリ位置は、図３に示される１つ以上の直近に受信されたフィールドデバイスデータ値３２８を記憶する１つ以上のメモリ位置であり得る。更に、いくつかの実装形態では、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、Ｉ／Ｏサブシステム３５０がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００の非中断的交換と共に利用し得るＩ／Ｏコンポーネント交換タイマ３７５を含んでもよい。タイマ３７５の使用の説明は、本開示の他の場所で提供される。

【0068】

図４は、Ｉ／Ｏサブシステム３５０を、１つのフィールドデバイス１０２ａと１つのコントローラ１２０ａとの間に通信可能に配設され、したがって単一チャネルをサポートするものとして示しているが、これは、説明を明確にするためのものにすぎないことに留意されたい。いくつかの実施形態（図４には図示せず）では、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、複数のフィールドデバイスと種々の制御及び／又はＳＩＳループの複数のコントローラとの間に通信可能に配設されてもよく、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、複数のフィールドデバイスと同じ制御又はＳＩＳループ等の単一のコントローラとの間に通信可能に配設されてもよい。すなわち、これらの実施形態では、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、複数のシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に通信可能に接続されてもよく、複数のループの複数のチャネルにサービスを提供してもよい。これらの実施形態では、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、それが通信可能に接続される各シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントのそれぞれの現在の動作状態３７０を維持してもよく、並びにＩ／Ｏサブシステム３５０によってサービスされている各フィールドデバイス１０２ａの１つ以上の現在の（例えば、直近に受信された）データ値３７２を記憶してもよい。更に、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、それが通信可能に接続される各シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００に対応するそれぞれの交換タイマ３７５を含んでもよい。例えば、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、マルチチャネルＩ／Ｏプロセッサモジュール又はカード１０８ａを含んでもよく、それぞれの現在の動作状態、直近に受信されたデータ値、及び任意選択で複数のサポートされたチャネルの各々に対応するそれぞれの交換タイマを記憶及び更新してもよい。

【0069】

上述したように、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換命令３６２のセットは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの非中断的交換をサポートするために、Ｉ／Ｏサブシステム３５０の１つ以上のプロセッサ３５８によって実行可能である。命令３６２の実行を介して実装され得る種々の方法が上記の説明から明らかであるが、一実施形態では、命令３６２は、工業プロセスプラントのプロセス制御システムのシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの非中断的交換のための例示的な方法５００を実行するように実行可能であり、そのフロー図が図５に示されている。例示的な方法５００は、例えば、プロセスプラントのプロセス制御システムが工業プロセスを制御するためにランタイム中に実行されている間、及び／又はＳＩＳがプロセス制御システム及びプロセスプラントをサポートするためにランタイム中に実行されている間に、Ｉ／Ｏサブシステム３０５又はＩ／Ｏサブシステム３５０等のプロセス制御システムのＩ／Ｏサブシステムによって実行され得る。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを介してフィールドデバイスに通信可能に結合されてもよく、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントをコントローラに通信可能に結合してもよい。コントローラは、（例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント及びＩ／Ｏサブシステムを介して）受信されたフィールドデバイスデータに基づいて制御信号を生成し、制御信号をフィールドデバイス、別のフィールドデバイス、又は別のコントローラに送信して工業プロセスの動作を制御するように、制御ロジック又は制御ルーチンを使用して構成され、実行するプロセスコントローラ又はＳＩＳコントローラであってもよい。例えば、コントローラ、Ｉ／Ｏサブシステム、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント、及びフィールドデバイスは、工業プロセスの少なくとも一部分を制御するように実行する制御ループ内に含まれ得る。説明を容易にするが、限定しないことを目的として、方法５００は、図１、図２Ａ～図２Ｄ、図３及び図４を同時に参照して以下に説明される。更に、いくつかの実施形態では、方法５００は、図５に示され、本明細書で説明されるステップよりも多い、少ない、及び／又は代替のステップを含んでもよい。

【0070】

ブロック５０２において、方法５００は、プロセス制御システムのＩ／Ｏサブシステムによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能動作状態（例えば、上述したような）にあるという指示を受信することを含み得る。シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという指示を受信すること（５０２）は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが現在交換可能状態にあるか又は交換可能状態に変化したという指示をシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから受信することを含んでもよい。例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントは、１つ以上のユーザインターフェース３１８を介してシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントによって受信されたユーザ命令に応答して交換可能状態に入り得、新しい状態又は状態変化をＩ／Ｏサブシステムに示し得、したがって、Ｉ／Ｏサブシステムに指示を受信させる（５０２）。更に、ブロック５０２において、方法５００は、Ｉ／Ｏサブシステムによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるというそれぞれの指示を記憶することを含んでもよい。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの直近の記録された状態の表示を交換可能状態の表示で上書き又は交換することによって、又は他の方法で表示を適切なメモリ位置３７０に書き込むことによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの現在の交換可能動作状態の表示をメモリストレージ３７０に記憶し得る。

【0071】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態のままである間、Ｉ／Ｏサブシステムは、コントローラ内で実行される制御ルーチンの構成ごとに予想されるように、及び予想されるときに、伝送（例えば、フィールドデバイスによって生成された値及び／又はフィールドデバイスによって生成された他のデータ、ハートビート又はステータスメッセージ等を含む信号）を受信し続け得、それによって、フィールドデバイス、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント、Ｉ／Ｏサブシステム、及びコントローラが含まれる制御ループのランタイム動作を維持する。例えば、制御ループのために構成されるように、フィールドデバイスは、所定のスケジュールで（例えば、１つ以上の周期的に生じるタイムスロット中に、又は周期的に再発生してもしなくてもよい１つ以上の特定の時間に）データ値を伝送してもよく、フィールドデバイスは、フィールドデバイスにおける何らかの値又は状態が変化したときのみ（例えば、イベントベースで）データを伝送又は送信してもよく、又はフィールドデバイスは、データ値がフィールドデバイスによって検知又は生成されるにつれて、データ値をストリーミングしてもよい。いずれにしても、フィールドデバイスがデータ値を生成してシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントに伝送するとき、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントは、交換可能状態にあるが、受信したフィールドデバイスデータ値をＩ／Ｏサブシステムに提供する通常のランタイム動作を継続する（例えば、本明細書の他の箇所で説明したような方式で）。更に、Ｉ／Ｏサブシステムは、受信したフィールドデバイスデータ値をコントローラに提供するその通常のランタイム動作を継続し、それによって、制御ループの通常のランタイム実行を維持する。

【0072】

しかしながら、ブロック５０５において、方法５００は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあることに基づいて（例えば、Ｉ／Ｏサブシステムにおいてローカルに記憶された状態３７０によって示されるように）、Ｉ／Ｏサブシステムはまた、フィールドデバイスによって生成され、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから直近に受信された少なくとも１つの値を継続的に記憶又は記録する（例えば、別のメモリ記憶位置３７２に）ことを含んでもよい。実際に、Ｉ／Ｏサブシステムは、Ｉ／ＯサブシステムがシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから新しい又は更新されたフィールドデバイスデータ値を受信すると、１つ以上の記憶された直近に受信されたフィールドデバイス値３７２を更新し得る。

【0073】

ブロック５０８において、方法５００は、フィールドデバイスによって生成された直近に受信されたデータ値を記憶すること５０５に続いて、Ｉ／Ｏサブシステムによって、予想される伝送又は信号をシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから受信することの失敗を検出することを含み得る。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから、フィールドデバイス値が含まれる予想される伝送又は信号を受信することができない場合があり、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから予想されるハートビート信号を受信することができない場合がある等である。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムは、伝送が予想される時間（任意のバッファ又はヒステリシス待ち時間を含む）にシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから伝送を受信しない場合がある。すなわち、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが通信不能であることを検出し得る。典型的には、Ｉ／Ｏシンプレックスコンポーネントが交換可能状態にある間に予想される伝送５０８を受信できないことは、プラント担当者がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを物理的に取り外し、交換物理シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントがまだ設置／挿入されていない、及び／又はまだ完全に初期化されていないときに起こり得る。

【0074】

シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントからの予想される伝送の受信の失敗を検出すると（５０８）、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの記憶された状態３７０を「休止中」、「切断（DISCONNECTED）」、又は等価物に変更し、コントローラへの任意のフィールドデバイス値の提供を停止するのではなく、代わりに、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの交換可能状態の記憶された指示（例えば、メモリ位置３７０内）に基づいて、方法５００は、ブロック５１０において、フィールドデバイスによって生成された記憶された直近に受信されたデータ値を（例えば、メモリ位置３７２から）取り出し、取り出されたデータ値をコントローラに送信又は他の方法で提供し、それによって、非通信可能シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントにもかかわらずランタイム制御ループ動作を継続又は維持することを含み得る。例えば、ブロック５１０において、Ｉ／Ｏサブシステムは、例えば、コントローラがフィールドデバイスデータを受信するように構成されている時間に、又はその時間間隔中に、直近に受信されたフィールドデバイスデータ値を（例えば、メモリ位置３７２から）取り出し、コントローラに伝送し得る。更に、方法５００は、１つ以上の予想される伝送がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから受信されていない場合であっても、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという指示を（例えば、メモリ位置３７０に）記憶し続けることができる（５０５）。例えば、Ｉ／Ｏコンポーネント３００は、コントローラ１２０ａがフィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータ値を受信することを予想する持続時間（例えば、構成された周期性、指定されたタイムスロットの再発生、又は他の指定された時間間隔）よりも長い持続時間にわたって１つ以上のフィールドデバイス値３７２を記憶又は保持し得る。コントローラがフィールドデバイス１０２ａによって生成されたデータ値を受信することを予想する第２のタイムスロット又は指定された時間が発生し、シンプレックスＩ／Ｏサブシステムが依然として交換可能状態にあると示されている場合（３７０）、Ｉ／Ｏサブシステムは、Ｉ／Ｏサブシステムにおいてローカルに記憶されている（３７２）直近に受信されたフィールドデバイス値を再び取り出し、送信し得る（５１０）。

【0075】

Ｉ／Ｏサブシステム３０５が、タイムスロット中に、又はコントローラ１２０ａがフィールドデバイス値（例えば、構成されたとおり）を受信することを予想する時間に、フィールドデバイス値をコントローラ１２０ａに提供し続けると、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００が（例えば、物理的に交換されていることに起因して）通信不能であっても、コントローラ１２０ａは、提供されたフィールドデバイス値に基づいて制御ルーチンの実行を継続して、Ｉ／Ｏサブシステム３０５によって提供された取り出された直近に受信されたフィールドデバイス値に基づいて制御ループの実行を維持する（例えば、工業プロセスを制御する）ことができる。実際に、本明細書に開示される新規の技術では、コントローラ１２０ａは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが物理的に交換されていることさえ認識していない場合がある。

【0076】

更に、プラント担当者又はフィールド技師がシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを物理的に取り外し、交換し、初期化するのに必要な時間は最小限であり（例えば、典型的には、わずか数分、例えば１０、５、３、又は２分未満、又はいくつかの状況では、数秒、例えば１分未満、３０秒未満等）、本明細書に記載の技術を使用することにより、技師は、例えば技師がフィールド１２２におり、交換されるコンポーネント３００に物理的に近接しているときに、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント３００のユーザインターフェース３１８を介して直接指示することによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの差し迫った物理的な取り外し及び交換の事前通知（例えば、Ｉ／Ｏサブシステム）を提供する。したがって、ほとんどの状況において、コントローラ１２０ａにおいて実行される制御ルーチン又は制御ロジックの正常な実行を維持するために（及びそれによって制御ループの正常な動作を維持するために）、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが完全に初期化され、フィールドデバイスによって生成される実際のライブデータ値の提供を再開するためにオンラインになる前に、記憶されたフィールドデバイス値をコントローラ１２０ａに一度だけ（例えば、指定されたタイムスロットの１回だけの発生の間に、又はコントローラがフィールドデバイス値を受信することを予想する１つの特定の時間だけ）提供する必要があるだけであり得る。いくつかの場合では、Ｉ／Ｏサブシステム３０５は、交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが完全に初期化され、オンラインになって、フィールドデバイスによって生成された実際のライブデータ値の提供を再開する前に、コントローラ１２０ａに記憶されたフィールドデバイス値を最大２回（例えば、コントローラ１２０ａがフィールドデバイス値を受信すると予想される指定されたタイムスロット又は特定の時間の最大２回の後続の発生の間に）提供するだけでよい。更に、Ｉ／Ｏサブシステムが、以前に取得され記憶されたフィールドデバイス値（フィールドデバイスによって生成され、フィールドデバイスからリアルタイムで取得されるフィールドデバイス値ではない）をコントローラに送信しても、制御ループは、典型的には、偶発的な逸脱、範囲外、又は不正確なフィールドデバイス値（並びに他のタイプの異常）を吸収するように構成され、その結果、制御ループは、プロセスが制御不能になることなく、及び／又は安全トリップ等の中断的緩和アクションが発生することなく、制御ループの動作を許容範囲内に維持することができる。また更に、制御ルーチン及び制御ループ構成の堅牢性により、コントローラは、交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが「稼働中」動作状態に完全に初期化され、コントローラへの送達のためにライブフィールドデバイスデータ値をＩ／Ｏサブシステムに伝送し始めた後に、フィールドデバイスによって生成された実際の又はライブデータ値に基づいて、制御ループの実行を回復、再較正、及び／又はより正確に制御することができる。対照的に、現在利用されているシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換技術は、単にこれらの利点を提供することができない。例えば、現在の技術を使用して、フィールド技師は、実行プロセスを監視しているバックエンド環境オペレータと調整して、ターゲットシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントのための手動バイパスのインストール及び使用、並びにその後の手動バイパスの取り外し及び交換シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントへの移行を構成し、時間を合わせ、実行しなければならず、したがって、実行プロセスを中断させるトリッピング及び／又は他のシステム動作の著しいリスクを被る。

【0077】

一方、本明細書に開示される新規な技術を使用することによって、フィールド技師は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの差し迫った交換を、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントのユーザインターフェース３１８を介してそのような表示を提供することによってシステムに通知し、次いでシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを単に取り外して交換するだけでよい。手動バイパスは不要であり、制御システムオペレータとの協調は不要であり、追加のバイパスハードウェア及び／又はソフトウェアをインストール及びアンインストールする必要はない。本明細書で説明される技術を使用して、システムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネント交換の事前通知を有し、したがって、コンポーネントが取り外し及び交換をされている間、制御ループに対して非中断的であるモードで動作するように自動的に移行し、したがって、工業プロセスに対して中断的であるトリップ及び他のシステム応答のリスクを低減又は排除する。更に、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントを取り外して交換するのに必要な総経過時間及び人員は、現在の交換技術を実行するのに利用される時間及び人員に比べて大幅に削減される。

【0078】

いずれにしても、再び図５に戻ると、いくつかの実施形態では、方法５００は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという指示を受信すると（５０２）、タイマをアクティブ化すること（図示せず）を更に含んでもよい。例えば、Ｉ／Ｏサブシステム３５０は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあることを記録する（３７０）と、タイマ３７５をアクティブ化し得る。タイマ持続時間は、例えば、構成され、変更可能であり得る。一般的に言えば、タイマは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが継続的に交換可能状態にある（かつ終了していない）と永続的に（かつおそらく誤って）閲覧することから、Ｉ／Ｏサブシステムを保護し得る。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムが、アクティブ化されたタイマが満了する前にシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから別の伝送を受信した場合、方法５００は、タイマを非アクティブ化することと、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという記憶された指示３７０をクリアすることと、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが現在受信された伝送に対応する動作状態（例えば、稼働中）にあるという指示を任意選択で記憶すること３７０とを含んでもよい。別の例では、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントから何らかの伝送を受信する前にタイマが満了した場合（例えば、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが通信不能のままである場合）、方法５００は、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという記憶された指示をクリアすること３７０と、シンプレックスＩ／Ｏが休止中状態にあるという指示を任意選択で記憶すること３７０と、回復及び／又は緩和手順を開始することとを含んでもよい。当然ながら、方法５００は、他のイベントの発生を検出すると、タイマ３７５を非アクティブ化し、交換可能状態にあるシンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの記憶された指示３７０をクリアし、それによって、記憶されたシンプレックスＩ／Ｏコンポーネント動作状態３７０の忠実度を保証し、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントの物理的交換中にシンプレックスＩ／ＯコンポーネントとＩ／Ｏサブシステムとの間で発生し得る任意の競合状態から保護することを含んでもよい。

【0079】

同様に、Ｉ／Ｏサブシステムは、他のイベントの発生を検出すると、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという記憶された指示３７０を応答的にクリアし得る。例えば、Ｉ／Ｏサブシステムによって、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントがオンライン（バック）である（例えば、初期化されて稼働中状態にある、及び／又は再び実際のフィールドデバイスデータ値をリアルタイムで提供している）という指示を受信すると、Ｉ／Ｏサブシステムは、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが交換可能状態にあるという記憶された指示３７０をクリアし得、任意選択で、シンプレックスＩ／Ｏコンポーネントが稼働中状態にあることを記録３７０し、任意の記憶された直近に受信されたフィールドデータ値３７２をクリアし得る。

【0080】

方法５００は、Ｉ／Ｏサブシステムによって実行されるものとして上記で説明されていることに留意されたい。当業者であれば、方法５００に関して説明される技術のいずれか及び全てが、コントローラにおいて、又は安全計装システムコントローラ若しくは論理ソルバにおいて実装され得ることを理解するであろう。例えば、図１を参照すると、コントローラ１１及びフィールドデバイス８２が、パケットベースのプロトコルをサポートする高度な物理層又は他の物理層を介して通信可能に接続されるとき、コントローラ１１は、本明細書に開示される技術のうちの少なくともいくつかを実行し得る。

【0081】

その他の考慮事項
本明細書で説明される装置、システム、及び方法は、プロセス制御システム５に関して説明されるが、本明細書で説明される装置、システム、及び方法のうちの任意の１つ以上は、Ｅｍｅｒｓｏｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓによって提供されるＤｅｌｔａＶ ＳＩＳ（商標）製品等のプロセス制御プラントのプロセス制御安全情報システムに等しく適用可能であることに留意されたい。例えば、スタンドアロンプロセス制御安全システム又は統合制御安全システム（「ＩＣＳＳ」）は、本明細書に説明される装置、システム、及び方法のうちの任意の１つ以上を使用して構成されてもよい。

【0082】

加えて、ソフトウェア（例えば、コンピュータ可読命令）に実装される場合、本明細書に記載されるアプリケーション、サービス、及びエンジンはいずれも、コンピュータ若しくはプロセッサのＲＡＭ若しくはＲＯＭ等における磁気ディスク、レーザディスク、固体メモリデバイス、分子メモリ記憶デバイス、又は他の記憶媒体等の、任意の有形の非一時的コンピュータ可読メモリに記憶され得る。本明細書に開示される例示的システムは、他のコンポーネントの中でも、ハードウェア上で実行されるソフトウェア及び／又はファームウェアを含むように開示されているが、そのようなシステムは単に例示的であるに過ぎず、限定的であると見なされるべきではないことに留意されたい。例えば、これらのハードウェア、ソフトウェア、及びファームウェアコンポーネントのうちのいずれか又は全てが、排他的にハードウェア内で、排他的にソフトウェア内で、あるいはハードウェア及びソフトウェアの任意の組み合わせで具現化され得ることが企図される。したがって、本明細書で説明された例示のシステムは、１つ以上のコンピュータ機器のプロセッサ上で実行されたソフトウェアに組み込まれるとして説明されているが、当業者においては、提供された例が、そのようなシステムを実施するための唯一の方法ではないことが容易に理解されよう。

【0083】

したがって、本発明は具体的な例に関して記載されてきたが、これらの例は例示的であるに過ぎず、本発明の限定であることを意図せず、変更、追加、又は削除が、本発明の趣旨及び範囲から逸脱することなく、開示される実施形態に対して行われ得ることが当業者には明らかであろう。更に、先述のテキストは、数多くの異なる実施形態の詳細な説明を述べているが、本特許の範囲は、本特許の終わりに述べられた特許請求の範囲の文言及びその等価物によって定義されることが理解されるべきである。詳細な説明は、単に例示的なものとして解釈されるべきであり、全ての可能な実施形態を説明することは、不可能ではない場合でも非現実的であるので、全ての可能な実施形態を説明するものではない。数多くの代替の実施形態は、現在の技術又は本特許の出願日以降に開発された技術のいずれかを用いて実施されることができ、これらは依然として特許請求の範囲及びその全ての等価物内に含まれる。

【0084】

任意の具体的な実施形態の特定の特色、構造、及び／又は特性は、他の特色の対応する使用を伴う、又は伴わない選択された特色の使用を含む、任意の適切な方式で、かつ１つ以上の他の実施形態との任意の適切な組み合わせで、組み合わせてもよい。本明細書に記載及び図示された本開示の実施形態の他の変形及び修正が、本明細書の教示に照らして可能であり、本開示の趣旨及び範囲の一部分と見なされるべきであることを理解されたい。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図3】

【図4】

【図5】

【外国語明細書】