JP5960673B2 - ネットワーク上でフィールド機器を構成する方法 - Google Patents

Description

本発明は、プロセス制御および監視システムのフィールド機器の構成に関する。具体的には、本発明は、デジタル通信ネットワークにおけるフィールド機器の構成に関する。

典型的な工場では、プロセス制御／監視システムを使用して、工場で行われる工業プロセスの多くを制御する。典型的には、工場は、ユーザ入力／出力（Ｉ／Ｏ）、ディスクＩ／Ｏ、およびコンピューティング技術において既知である他の周辺機器を備えるコンピュータシステムを含む集中制御室を有する。コンピューティングシステムには、制御器およびプロセスＩ／Ｏサブシステムが連結される。

プロセスＩ／Ｏサブシステムは、工場において種々のフィールド機器に接続されるＩ／Ｏポートを含む。フィールド機器には、種々の種類の分析設備、シリコン圧力センサ、容量型圧力センサ、測温度抵抗体、熱電対、歪みゲージ、リミットスイッチ、電源スイッチ、フロートランスミッタ、圧力トランスミッタ、静電容量レベルスイッチ、計量器、トランスデューサ、弁ポジショナ、弁制御器、アクチュエータ、ソレノイド、およびインジケータランプが含まれる。用語の「フィールド機器」は、これらの機器、ならびにプロセス制御／監視システムにおいて機能を実行する任意の他の機器を包含する。

従来では、アナログフィールド機器は、２線ツイストペア電流ループによって制御室に接続されており、各機器は、単一の２線ツイストペアによって制御室に接続されている。
アナログフィールド機器は、特定の領域内において電気信号に応答するか、または電気信号を伝送することが可能である。典型的なシステムでは、そのペアの２線間で約２０〜２５ボルトの電圧差と、ループを流れる４〜２０ミリアンペアの電流とを有することが一般的である。制御室に信号を伝送するアナログフィールド機器は、電流ループに流れる電流を調節し、電流は、検知されるプロセス変数に比例している。一方、制御室の制御下で動作を実行するアナログフィールド機器は、ループを流れる電流の大きさによって制御され、電流の大きさは、プロセスＩ／ＯシステムのＩ／Ｏポートによって調節され、Ｉ／Ｏポートは、制御器によって制御される。

より最近では、デジタルデータを電流ループに重ね合わせるハイブリッドシステムが、プロセス制御システムにおいて使用されている。制御技術においてハイウェイアドレス可能遠隔トランスデューサ（ＨＡＲＴ）システムとして既知である１つのハイブリッドシステムは、電流ループにおける電流の大きさを使用して、プロセス変数を検知する（従来のシステムのように）が、デジタルキャリア信号を電流ループ信号上に重ね合わせる。キャリア信号は、比較的遅く、１秒当たり約２〜３回の更新割合で２次プロセス変数の更新を提供することが可能である。概して、デジタルキャリア信号は、２次情報および診断情報を送信するために使用され、フィールド機器の１次制御機能を認識するために使用されない。キャリア信号上で提供される情報の例として、２次プロセス変数、診断情報（センサ診断、機器診断、ワイヤ診断、およびプロセス診断を含む）、動作温度、センサの温度、較正情報、機器ＩＤ番号、構築の材料、構成、またはプログラミング情報等が挙げられる。したがって、単一のハイブリッドフィールド機器は、多種多様の入力および出力変数を有し、多種多様の機能を実装し得る。

フィールドバスは、アメリカ計測学会（ＩＳＡ）により規定されるマルチドロップシリアルデジタル双方向通信プロトコルである。フィールドバスは、フィールド計器と、分散制御システムにおける監視およびシミュレーションユニット等の他のプロセス機器との接続を対象とする。フィールドバスにより、以前のプロセス制御ループ方法よりも強化されたデジタル通信が可能になる一方で、フィールドバスループに連結される機器に電力供給するための能力が維持され、かつ固有の安全要件が満たされる。

２つの合理的に標準化される工業用フィールドバスプロトコルとして、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ＦｉｅｌｄｂｕｓおよびＰｒｏｆｉｂｕｓが挙げられる。フィールドバスプロトコルの物理層は、アメリカ計測学会の規格ＩＳＡ−Ｓ５０．０２−１９９２およびその１９９５年付けの草案の２つの拡張部によって規定される。フィールドバスプロトコルは、２つのサブプトロコルを規定する。Ｈ１フィールドバスネットワークは、１秒当たり最大３１．２５キロビット（Ｋｂｐｓ）の速度でデータを伝送し、ネットワークに連結されるフィールド機器に電力を提供する。Ｈ１物理層サブプロトコルは、１９９２年９月に承認されたＩＳＡ規格パート２の第１１条に規定される。Ｈ２フィールドバスネットワークは、１秒当たり最大２．５メガビット（Ｍｂｐｓ）の速度でデータを伝送し、ネットワークに接続されるフィールド機器に電力を提供せず、冗長伝送媒体が設けられる。

Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓによって、ネットワークにおける各フィールド機器を構成することが可能になる。構成データは、フィールド機器内の不揮発性メモリに格納され、ネットワーク上のフィールド機器の機能特徴を規定するために使用される。
フィールド機器のこの構成可能性によって、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓネットワークを、幅広い異なる用途に使用することが可能になる。一方、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓフィールド機器の構成は、複雑であり得、構成を実行する個人の相当な技術および経験を必要とする。多くの場合、これにより、フィールド機器を構成する人が制御システムエンジニアであることが必要とされる。

加えて、単に、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓネットワークから１つのフィールド機器を取り外し、それを別のフィールド機器と交換することが不可能であるため、メンテナンスがより複雑になり得る。代わりに、フィールド機器は、フィールド機器を交換するたびに、再コミッションならびに再構成されなければならない。Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓフィールド機器の交換は、ソフトウェアにおいて構成ツールを含むホストコンピュータの動作を必要とする。ホストは、交換される機器の構成に関するデータを、そのデータベースに格納する。次いで、機器は、コミッション解除され、新しい機器と交換される。次いで、新しい機器は、コミッションされ、ホストからの格納された構成データで構成される。次いで、ユーザは、インストールされたフィールド機器の様々な特徴を構成するために、機器特有の方法をホストにおいて実行しなければならない。

ホストによる構成は、全ての機能ブロックおよび全てのトランスデューサブロックを構成するために、一連の個々のメッセージを各フィールド機器に送信するステップを伴う。
例えば、構成を必要とする最大５個のトランスデューサブロックと、１３個の機能ブロックとが存在する。本構成プロセスは、フィールド機器がインストールされる位置ではなく、ホスト（構成ツールソフトウェアを有する）から実行されなければならない。

本発明は、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓネットワーク等のデジタル通信ネットワーク上でフィールド機器を構成する改良方法を提供する。各フィールド機器は、フィールド機器の構成データが格納される不揮発性メモリに関連するメモリにおける構成ドメインを含む。この構成ドメインによって、全体のフィールド機器またはフィールド機器構成の一部分を表す構成データのブロック（例えば、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ機能ブロック）は、フィールド機器から構成機器にアップロード可能になり、構成データのブロックは、構成機器からフィールド機器にダウンロード可能になる。

一実施形態では、フィールド機器は、複数のフィールド機器の種類の各々の機器構成を表すデータのブロックを構成機器にアップロードすることによって構成される。本構成は、構成機器のネットワーク構成ドメインに格納される。次いで、構成機器を使用して、その新しい機器が、ネットワーク構成ドメインにおいて表わされる複数のフィールド機器の種類のうちの１つである場合に、格納された構成のうちの１つを、ネットワーク上の新しいフィールド機器にダウンロードすることが可能である。

別の実施形態では、ネットワーク上のフィールド機器の交換は、ネットワーク上の既存のフィールド機器毎の完全な構成を構成機器に格納することによって提供される。構成機器は、既存のフィールド機器がネットワークから離脱する時を検出し、交換機器がネットワークに追加される時を検出する。交換フィールド機器が検出されると、構成機器は、交換された機器の完全な構成データをダウンロードすることによって、交換フィールド機器を構成する。

ホストコンピュータ、フィールド機器、および構成機器を含むデジタル通信ネットワークを示す図である。 フィールド機器のブロック図である。 構成機器のブロック図である。 参照ソリューションの２つの機器からの構成データの構成機器へのアップロードを図示するシーケンス図である。 遠隔フィールドインストールにおいて構成データを２つの機器にダウンロードするための構成機器の使用を示すシーケンス図である。 構成機器を使用する機器の取り外しおよび新しい機器との交換を図示するシーケンス図である。

図１は、ホストコンピュータ１２、電源１４、通信バス１６、フィールド機器１８（機器ＦＤ１、ＦＤ２…ＦＤＮとして指定される）、および自動構成機器（ＡＣＤ）２０等の構成機器を含むネットワーク１０を示す。ネットワーク１０は、バス１６上におけるメッセージの通信を含むＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓ通信プロトコルを使用するプロセス制御／監視システムに関連して説明されるが、本発明は、概して、構成を必要とするフィールド機器を有するデジタルネットワークに適用可能である。

ホストコンピュータ１２および電源１４は、典型的には、工業プロセス工場における集中制御室内に位置する。バス１６は、例えば、電源１４からフィールド機器１８に電力を供給し、かつメッセージが送信可能である通信経路を提供する２線ツイストペアまたは４線ケーブルであってもよい。バス１６は、単一のケーブル上で、例えば、最大３２個の機器に対応し得るが、典型的には、バス１６上の機器の数は、ループ実行速度、電力、および固有の安全要件に基づいて、約４から約１６個の機器に変動し得る。

典型的には、ホストコンピュータ１２は、ネットワーク１０のリンクアクティブスケジューラ（ＬＡＳ）としての機能を果たす。ＬＡＳ機器としてのその機能において、ホストコンピュータ１２は、バス１６上の機器間の全通信のためにセントラルスケジュールを維持する。

ネットワーク１０における他の機器のうちの少なくとも１つは、リンクマスター（ＬＭ）機器としての機能を果たすように構成される。ＬＭ機器は、万が一ＬＡＳ機器が故障または動作不可能になった場合に、ＬＡＳ機器の責任を引き継ぐように構成される。２つ以上のＬＭ機器が、バス１６上に存在することが可能である。これにより、ＬＡＳ機器および第１のＬＭの両方が故障した場合に、第２のＬＭ機器がリンクアクティブスケジューラ機能を引き継ぐことが可能になる。本例において、自動構成機器２０およびフィールド機器ＦＤ１は、リンクマスター能力を有する。

フィールド機器１８は、１つ以上のプロセスパラメータを検知し、かつ検知されたパラメータに基づいてデータを提供するプロセス計器であることが可能である。また、フィールド機器１８は、バス１６上で受信したコマンドメッセージに基づいて物理出力を提供するプロセスアクチュエータであることも可能である。場合によっては、フィールド機器は、検知および作動の両方の能力を含むことが可能である。各フィールド機器１８は、ネットワーク１０内のそのフィールド機器の機能性および動作パラメータを規定する構成データを格納するための不揮発性メモリを含む。

自動構成機器（ＡＣＤ）２０は、典型的には、種々の位置においてバス１６から着脱可能な携帯型またはハンドヘルド型機器である。他の実施形態では、ＡＣＤ２０の機能性は、フィールド機器１８のうちの１つ内に、またはホストコンピュータ１２内に組み込まれる。ＡＣＤ２０は、フィールド機器１８のインストールおよびコミッション中、ならびにフィールド機器１８のうちの１つの取り外しおよび交換中に使用可能である。加えて、ＡＣＤ２０は、ネットワーク１０におけるフィールド機器１８の構成を変更またはアップグレードするために使用可能である。

図２は、典型的なフィールド機器１８のブロック図を示す。この特定の例では、フィールド機器１８は、プロセスパラメータ（温度、圧力、流動、またはレベル等）を検知し、かつ検知されたパラメータを表す出力データを生成するプロセス計器またはトランスミッタである。

図２に示すフィールド機器１８は、センサ（単数または複数）３０、信号処理回路３２、中央処理装置（ＣＰＵ）３４、不揮発性メモリ３６、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）３８、フラッシュメモリ４０、通信制御器４２、および媒体取り付けユニット４４を含む。

センサ３０は、１つ以上のプロセスパラメータまたは変数を検知し、センサ信号を信号処理回路３２に提供する。センサ信号は、１次変数（例えば、圧力）および２次変数（例えば、温度）を含み得る。２次変数は、１次変数を表すセンサ信号の補正または補償のためにＣＰＵ３４によって使用され得る。

信号処理回路３２は、典型的には、アナログ／デジタル変換回路、ならびにフィルタリングと、センサ信号をＣＰＵ３４により使用可能なフォーマットにするための他の信号処理とを含む。例えば、信号処理回路３２は、デジタル化およびフィルタリングされたセンサ信号をＣＰＵ３４に提供するために、１つ以上のシグマデルタアナログ／デジタル変換器およびデジタルフィルタを含み得る。

ＣＰＵ３４は、フィールド機器１８の動作を調整する。ＣＰＵ３４は、バス１６上で受信したデータを処理し、センサ３０および信号処理回路３２により生成されたセンサ信号を受信および格納し、バス１６上でフィールド機器１８から伝送されるメッセージに含まれるデータを作成および選択する。ＣＰＵ３４は、典型的には、不揮発性メモリ３６、ランダムアクセスメモリ３８、およびフラッシュメモリ４０等の関連のメモリを含むマイクロプロセッサである。

不揮発性メモリ３６は、ＣＰＵ３４により使用されるアプリケーションプログラミングを格納する。加えて、不揮発性メモリ３６は、フィールド機器１８について格納された構成データ、較正データ、およびフィールド機器１８の動作を制御するためにＣＰＵ３４により必要とされる他の情報を得る。一実施形態では、不揮発性メモリ３６は、フィールド機器１８の構成データの全てのためにＥＥＰＲＯＭストレージを含む。その構成データは、構成プロセス中に、ＡＣＤ２０からフィールド機器１８にアップロードされ、ＡＣＤ２０がフィールド機器１８の構成を有するように、フィールド機器１８からＡＣＤ２０にダウンロードされ得る。

不揮発性メモリ３６は、いくつかのドメインを含み、このドメインは、データ（データドメイン）またはプログラム（実行可能ドメイン）のいずれかの保持に使用するメモリの区分である。データドメインおよび実行可能ドメインに加えて、フィールド機器１８は、構成ドメインも含む。構成データを保持する不揮発性メモリ３６の部分は、構成ドメインを使用して全体の機器構成をアップロードまたはダウンロードできるように、構成ドメインに関連付けられる。

構成ドメインの使用により、構成プロセスが大幅に簡略化される。フィールド機器１８の全体の構成は、データのブロックとしてＡＣＤ２０にダウンロードされ得、その結果、ＡＣＤ２０は、ネットワーク１０上のフィールド機器の各々の完全な構成を含むことが可能になる。また、これにより、ＡＣＤ２０は、全体の構成をデータのブロック（または複数のブロック）としてフィールド機器の構成ドメインにアップロードすることによって、新しいまたは交換用のフィールド機器を構成することが可能になる。これにより、フィールド機器の全ての機能ブロックおよび全てのトランスデューサブロックを構成するために、個々の構成パラメータを含む一連のメッセージを各フィールド機器に送り出す必要がなくなる。

通信制御器４２は、ＣＰＵ３４とＭＡＵ４４との間のインターフェースとしての役割を果たす。特定用途向け集積回路であり得る通信制御器４２は、ＭＡＵからデータを受信し、データを復号化し、データをバイトに形成し、ＣＰＵ３４によって読み取られるようにメッセージデータを提供する。データ伝送、通信制御器４２は、ＣＰＵ３４からバイトのデータを受信し、データをメッセージにフォーマット化し、バス１６上で伝送するためにメッセージをＭＡＵ４４に提供する。

ＭＡＵ４４は、フィールド機器１８のバス１６へのネットワーク接続を提供する。ＭＡＵ４４は、集積回路または個別の構成要素であってもよい。

図３は、自動構成機器（ＡＣＤ）２０のブロック図である。ＡＣＤ２０の全体のアーキテクチャは、フィールド機器１８に類似し、ＣＰＵ３４、不揮発性メモリ３６、ＲＡＭ３８、フラッシュメモリ４０、通信制御器４２、およびＭＡＵ４４を含む。また、ＡＣＤ２０は、ユーザ入力部４６およびディスプレイ４８により形成されるユーザインターフェースも含む。ユーザ入力部４６は、１つ以上のスイッチ、もしくは入力キーの組、または類似の入力機器であってもよい。ディスプレイ４８は、液晶ディスプレイ、１つ以上の発光ダイオード、または他のインジケータもしくはディスプレイ要素であってもよい。

ＡＣＤ２０は、不揮発性メモリ３６に格納される埋め込みソフトウェアアプリケーションであって、複数のフィールド機器（例えば、最大１６個のフィールド機器）の構成をアップロードおよび格納可能であるソフトウェアプリケーションを含む。また、ソフトウェアアプリケーションは、その新しい機器が、格納された機器構成のうちの１つと同一の機器の種類を有する場合、格納された構成を使用して、新しいフィールド機器を構成することも可能である。また、ソフトウェアアプリケーションは、既存の機器がネットワーク１０から離脱する時を検出することも可能であり、これは、特に、ＡＣＤ２０がネットワーク１０上に永久的にインストールされる場合に有用である。交換機器がネットワークに追加されると、ソフトウェアアプリケーションによって、ＡＣＤ２０は、ユーザインタラクションを含まずに、交換機器を自動的に構成することが可能になる。構成プロセスは、格納された機器構成を交換機器の構成ドメインにダウンロードすることによって発生する。

ＡＣＤ２０は、不揮発性メモリ３６内の構成ドメインにおいて機器構成データを格納する。ＡＣＤ２０は、複数の機器の構成データを格納することが可能であるため、不揮発性メモリ３６は、その数の構成ドメインに対応するように適切な大きさでなくてはならない。

ＡＣＤは、全体のネットワーク構成を保持するドメインを含み得る。この特徴を使用して、全体のネットワーク構成をＡＣＤ２０からファイルにアップロードすることが可能である。次いで、ファイルは、ファイルのコンテンツを別のＡＣＤにダウンロードする別のユーザに送信可能である。これは、ネットワーク構成を複製するために使用可能である。

図４〜６は、ＡＣＤ２０を使用して実行される異なる動作を図示するシーケンス図である。図４は、機器構成を表す構成データのブロック（個々の構成パラメータとは対照的）をＡＣＤ２０にアップロードする例を示す。本例では、専門家Ｅは、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓならびにフィールド機器を構成するためにフィールド機器内の種々の機能ブロックおよびトランスデューサブロックを構成するための技法に精通する制御システム技師または他のエンジニアである。本例では、専門家Ｅは、２つのフィールド機器ＦＤ１およびＦＤ２を伴う参照ソリューションまたは設計を作成している。専門家Ｅは、ホストコンピュータ１２上で実行する構成ツールソフトウェア５０を使用して、初めに機器ＦＤ１およびＦＤ２を構成する。構成ツールソフトウェア５０を含むホストコンピュータ１２は、ホストコンピュータ１２ならびにフィールド機器ＦＤ１およびＦＤ２を含むネットワークにおけるリンクアクティブスケジューラ（ＬＡＳ）としての機能を果たす。

初めに、専門家Ｅは、ダウンロードネットワーク構成コマンドを構成ツール５０に提供する。次いで、種々の機能ブロックおよびトランスデューサブロックＦＤ１のための構成データは、一連のＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓメッセージによって提供される。ＦＤ１のための構成データの全てがダウンロードされると、次いで、構成ツール５０は、類似の一連のＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓメッセージを機器ＦＤ２に送信する。

機器ＦＤ１およびＦＤ２が構成されると、専門家Ｅは、ＡＣＤ２０の電源を入れて、ＡＣＤ２０をネットワークに追加し、ホストコンピュータ１２をネットワークから取り外す。次いで、専門家Ｅは、アップロードネットワーク構成コマンドをＡＣＤ２０に送信する。これは、機器の構成ドメインに格納される構成データをネットワーク上の各機器にアップロードさせるようにＡＣＤ２０に命令する。ホストコンピュータ１２は、ネットワーク構成がアップロードされる前にネットワークから取り外され、ＡＣＤ２０が、ホストコンピュータ１２が格納していた全ての構成データのアップロードを受信しないようにする。
ホストコンピュータ１２からのデータは、少なくとも部分的に、個々のフィールド機器によりＡＣＤ２０にアップロードされる構成データの複製であり得る。

図４に示す例では、ＡＣＤ２０とフィールド機器ＦＤ１との両方は、リンクマスター（ＬＭ）対応であるように標示される。ホストコンピュータ１２がネットワークから取り外されることにより、これらのリンクマスター対応機器のうちの１つは、ネットワーク内においてリンクアクティブスケジューラの役割を担う。

フィールド機器ＦＤ１およびＦＤ２から構成データをアップロードする前に、ＡＣＤ２０は、初めに、各機器について一連のサニティーチェックを行う。サニティーチェックは、ＡＣＤ２０へのデータのアップロード失敗をもたらし得る誤った構成を検出するために必要とされる。例えば、ネットワーク上の２つのリンクマスター機器が、異なるネットワーク設定を有する場合、ＡＣＤ２０は、機器構成のアップロードを完了することが不可能であり得る。

サニティーチェックを終えると、ＡＣＤ２０は、アップロード準備コマンドを機器ＦＤ１に提供する。本コマンドは、不揮発性メモリ３６の構成ドメインから機器ＦＤ１のＲＡＭ３８内のバッファに情報を複写するように機器ＦＤ１に命令する。機器ＦＤ１は状態メッセージでＡＣＤ２０に応答する。

次いで、ＡＣＤ２０は、アップロード開始コマンドをＦＤ１に提供し、状態応答を受信する。次いで、ＡＣＤ２０は、一連のアップロードセグメントコマンドを提供し、それに対して、機器ＦＤ１は、機器ＦＤ１に格納される構成ドメインからの機器構成データのセグメントを含むメッセージを応答する。機器構成データの最終セグメントが伝送されると、機器ＦＤ１は機器構成データのアップロードが完了したことを標示する。次いで、ＡＣＤ２０は、アップロード終了コマンドを送信し、機器ＦＤ１は、状態メッセージで応答する。

次いで、ＡＣＤ２０は、機器ＦＤ２の構成ドメインからの全ての機器構成データをＡＣＤ２０にアップロードするまで、機器ＦＤ２にアップロードプロセスを繰り返す。各機器ＦＤ１およびＦＤ２からの構成データは、ＡＣＤ２０の不揮発性メモリのネットワーク構成ドメインにおいてＡＣＤ２０によって格納される。ネットワークが３つ以上の機器を含む場合、プロセスは、ネットワーク上の全ての機器が構成データをＡＣＤ２０にアップロードするまで継続する。その時点で、ＡＣＤ２０は、その不揮発性メモリ３６のネットワーク構成ドメインにおいて格納されたネットワークの完全な構成を有する。

結果として、ＡＣＤ２０は、本質的に、ネットワーク１０上の機器に使用する構成のライブラリを含む。各機器構成は、機器の種類および機器のタグによって格納される。機器のタグによって、同一の機器の種類の複数の機器がネットワーク上に存在することが可能になるとともに、ユーザは、これらの機器を区別し、かつ必要に応じて異なる構成を提供することが可能になる。

ＡＣＤ２０がアップロードプロセスを完了すると、ホストコンピュータ１２（構成ツール５０を含む）は、ネットワークに追加され得る。次いで、構成ツール５０は、機器ＦＤ１およびＦＤ２からＡＣＤ２０に構成データがアップロードされた順番を入手するためにＡＣＤ２０にコマンドを提供することが可能である。インストールの順番は、ＡＣＤ２０による構成ツール５０への返送メッセージに提供される。必要に応じて、次いで、ホストコンピュータ１２は、そのネットワーク構成ドメインにおいてＡＣＤ２０により格納されるネットワーク構成をアップロードするために、ＡＣＤ２０にコマンドを提供することが可能である。このように、ホストコンピュータ１２は、ＡＣＤ２０に格納されているネットワーク構成の完全な複写を格納することが可能である。ネットワーク構成の複写は、ホストコンピュータ１２上のファイルとして格納可能であるか、電子メールにおけるファイル添付として送信可能であるか、またはＣＤもしくはフラッシュドライブ等のストレージ媒体に複写可能である。

最後に、専門家Ｅは、ＡＣＤ２０の電源を切って、ＡＣＤ２０をネットワークから取り外す。次いで、ＡＣＤ２０は、ネットワークから物理的に切断され、フィールド機器をインストールする場所に関する命令およびインストールの順番とともに、技術者に引き渡され得る。

図４に示すプロセスは、例えば、工場にインストールされる機器のようなネットワーク、ホストコンピュータ、およびフィールド機器がシステムのモデル化に利用可能である場所における研究室において実行可能である。この場合、ホストコンピュータ１２は、その場所で使用される、または今後使用されるホストであり得る。

代替として、完全な機器構成をアップロードし、それをＡＣＤ２０に格納する能力によって、ネットワーク専門家Ｅは、別の場所における構成およびＡＣＤ２０へのアップロードを実行することが可能になる。例えば、専門家Ｅは、ネットワークを設計した独立コンサルタントであってもよい。ネットワーク上の機器の全ての構成データを格納することによって、ネットワーク専門家の位置とは異なる場所においてインストールプロセスを実行することが可能である。図５は、遠隔フィールド位置におけるインストールの例を図示し、本図面において、ＡＣＤ２０を使用する技術者Ｔは、構成ソフトウェアを有するホストコンピュータを必要とせずに、各フィールド機器をインストールおよび構成することが可能である。

図５に示す例では、技術者Ｔは、遠隔フィールドインストールにおいてフィールド機器ＦＤ１およびＦＤ２をインストールし、ＡＣＤ２０を使用してそれらの機器を構成する。
ＡＣＤ２０は、ネットワーク上に位置する永久機器であってもよく、または一時的もしくはハンドヘルド型機器であってもよい。いずれの場合であっても、これは、ネットワーク上にホストコンピュータが無い場合、リンクアクティブスケジューラ機能を担うリンクマスターである。技術者Ｔは、追加コマンドをＡＣＤ２０に提供する。次いで、ネットワーク上の他の機器は、ＡＣＤ２０が必要とする順番で電源を入れられる。機器の順番は、ＡＣＤ２０のディスプレイ４８によって技術者Ｔに標示され得る。全体のプロセスにおいて、ＡＣＤ２０は、リンクアクティブスケジューラとして継続する。

図５に示すように、技術者Ｔは、まず、機器ＦＤ１の電源を入れる。これが正確な機器の種類である場合、ＡＣＤ２０は、ダウンロード準備のために機器ＦＤ１にコマンドを送信し、機器ＦＤ１は、状態メッセージで応答する。次いで、ＡＣＤ２０は、ダウンロード開始コマンドを送信し、その後、その特定の機器に関するＡＣＤ２０のネットワーク構成ドメインに格納される機器構成データの全てがダウンロードされるまで、一連のセグメントダウンロードコマンドを送信する。機器構成データのダウンロードが完了したというメッセージを機器ＦＤ１から受信すると、次いで、ＡＣＤ２０は、ダウンロード終了コマンドを送信する。最後に、ＡＣＤ２０は、起動コマンドを機器ＦＤ１に提供し、ダウンロードされた構成データを使用してネットワーク上で機器ＦＤ１を起動にする。

次いで、技術者Ｔは、機器ＦＤ２をネットワークに追加し、機器ＦＤ２がＡＣＤ２０から起動コマンドを受信するまで同一のプロセスを繰り返す。本プロセスは、ネットワーク上の全ての機器が追加されるまで継続する。その時点で、ＡＣＤ２０は、それが一時的またはハンドヘルド型機器である場合は、取り除かれ得る。

図６は、技術者Ｔが古いフィールド機器ＦＤ１を取り除き、それを新しい機器ＦＤ１ａと交換する例を示す。ＡＣＤ２０は、その不揮発性メモリのネットワーク構成ドメインにおいて、全体のネットワーク構成を依然として格納していてもよい。格納している場合、図６に示すプロセスは、技術者Ｔが、元々の機器ＦＤ１をネットワークから抹消する（取り外す）ことで開始することが可能である。ＡＣＤ２０が、特定のネットワークのネットワーク構成を含まない場合、ＡＣＤ２０は、まず、図４に図示する手順のようなアップロード手順を使用して、ネットワーク上に存在する各機器から構成データをアップロードするプロセスを行う。

最初にＡＣＤ２０の電源が入れられ、次いで、他の機器の電源が順番に入れられる。フィールド機器のための機器のタグが事前に構成される場合、フィールド機器は、任意の順番で電源が入れられる。機器のタグが事前に構成されない場合、フィールド機器は、専門家Ｅが事前に特定した順番で電源が入れられる。全体のプロセス中、ＡＣＤ２０は、リンクアクティブスケジューラとしての機能を果たす。

ＡＣＤ２０は、新しい機器ＦＤ１が正確な機器の種類であるか否かを判断する。正確な種類である場合、ＡＣＤ２０は、図５に説明するプロセスに類似のダウンロードプロセスに進む。これは、ＡＣＤ２０から新しい機器ＦＤ１ａへのダウンロード準備、ダウンロード開始、セグメントダウンロード、ダウンロード終了、および起動コマンドを含む。

その時点において、新しい機器ＦＤ１ａは、元々の機器ＦＤ１を交換しており、交換された機器と同一の構成を有する。これは、元々の機器の構成がＡＣＤ２０のネットワーク構成ドメインに格納されており、機器の起動前に新しい機器ＦＤ１ａにダウンロードされたからである。

次いで、ＡＣＤ２０は、ネットワーク上の各追加の機器とのプロセスを継続する。機器がネットワーク上に元々存在していたとしても、ネットワーク上の機器毎の構成はダウンロードされ、ダウンロードされる構成は、前の構成と同一である。プロセスが完了すると、交換機器ＦＤ１ａを含むネットワークにおけるあらゆる機器は、構成データのダウンロードを受信している。

別の例では、システムソリューションの交換または更新を実行することが可能である。
本例では、遠隔場所に居る専門家コンサルタントは、ソリューションを作成し、図４に示す手順を使用して、そのソリューションをＡＣＤにアップロードしている。次いで、ＡＣＤにより格納されるネットワーク構成データは、ホストコンピュータにアップロードされ、全体のネットワーク構成を含むファイルは、格納される。次いで、遠隔の専門家は、ネットワーク構成データをファイルとしてローカルネットワークの専門家に電子メールする。

ローカルの専門家は、ホストコンピュータ１２において利用可能であるドメインダウンロードサービスを使用して、構成データをＡＣＤ２０にダウンロードするために、ホストコンピュータ１２における構成ツールを使用する。次いで、ＡＣＤ２０は、ネットワーク上に配置され、ネットワークは、図５に図示するように行われる。

本技法は、例えば、フィールド機器の製造者が特定の機器の改訂版の廃止を決定する場合に有用であり得る。その種類の機器を含むネットワークを有するユーザが、ネットワーク構成を製造者に送信することができる。次いで、製造者は、廃止された機器の最新改訂版を含めてネットワーク構成を修正することができる。次いで、新しいネットワーク構成を、再びユーザに電子メールすることが可能であるか、またはインターネットサーバを介してアクセスすることが可能である。ホストコンピュータからのネットワーク構成のアップロードを受信するＡＣＤ２０を使用することによって、新しいネットワーク構成は、ユーザの施設におけるネットワークにダウンロード可能になる。ＡＣＤ２０は、プロセスの完了時に、全体のネットワークを自動的に再構成する。

また、ＡＣＤ２０を使用して、機器強化を表す新しい構成をインストールすることが可能である。ネットワーク上にあるフィールド機器に新しい構成をダウンロードするプロセス中に、フィールド機器は、既存の機器構成の複写を保存し得る。ＡＣＤ２０からの新しい構成データのダウンロードが完了すると、ＡＣＤ２０は、前に格納された構成から新しく格納された構成データに交換するように機器に指示する起動コマンドを提供し得る。フィールド機器は、新しい構成データを、不揮発性メモリ３６の構成ドメインに複写する。
前に格納された構成データは、別の不揮発性メモリ位置またはドメインに転送され得る。

その後、フィールド機器の構成は、ＡＣＤ２０を使用して、以前の構成に戻って変更され得る。この場合、ＡＣＤ２０は、前の構成に戻すように機器に命令するメッセージを提供する。フィールド機器によりアクティブに使用される構成データを構成ドメインが含むように、２つの組の構成データが交換される。

ＡＣＤ２０およびネットワーク構成ドメインのさらに別の使用は、ネットワークが直面するトラブルシューティングのためのものである。ユーザは、ＡＣＤ２０を使用してそのネットワーク構成ドメインをアップロードすることによって、遠隔の専門家または設備製造者に完全なネットワーク構成を提供することができる。ネットワーク構成を含むファイルは、ネットワークの正確なレプリカを構成およびテスト可能にするように、遠隔の専門家または製造者に送信可能である。

フィールド機器のインストール、取り外し、または交換中における、技術者により使用可能である携帯型またはハンドヘルド型機器に関連してＡＣＤ２０について説明したが、構成機能性は、ネットワーク上にインストールされるフィールド機器のうちの１つに内蔵され得る。構成機能性に対応するために、フィールド機器は、ネットワーク構成ドメイン、ならびに構成機能を実行するための埋め込みアプリケーションソフトウェアを格納するために、拡張メモリを必要とし得る。別の代替として、構成機器機能性をホストコンピュータ１２内に組み込むことが挙げられる。

構成機能は、不揮発性メモリ３６を使用して機器構成データを特別な構成ドメインに格納することによって可能になる。全ての構成データをドメインに関連付けることによって、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコル（または類似のプロトコル）の一般ドメイン転送能力により、構成データのファイルとしてのアップロードおよびダウンロードが促進される。結果として、フィールド機器またはホストコンピュータのいずれかの複雑さに関するインストーラ（すなわち、技術者）による詳細な知識を必要とせずに、フィールド機器をフィールドにおいてインストールおよび交換することが可能である。

ＡＣＤ２０のような機器の使用によって、ホストコンピュータにおけるソフトウェア上で実行する構成ツールの必要性を排除することが可能である。これは、ネットワークの範囲が、構成ツールを含むソフトウェアシステムを備えるホストの費用に見合わないような小さいシステムについて有利である。

構成機器は、前に作成されたソリューションを活用して、その同一のソリューションで１つ以上のネットワークを構成することが可能である。これは、特に、システム設計の標準化が可能である特定の種類のインストールに設計され得るより小さいシステムに魅力的であることが可能である。

構成機器の使用により、フィールド機器のインストーラは、構成の詳細を認識する必要がなくなる。代わりに、インストーラは、単に、特定の順番で機器をインストールする必要があるか、または事前に構成された機器のタグを含む機器をインストールする必要があるだけである。ＡＣＤ２０は、構成の完了時を標示することが可能である。ＡＣＤ２０を使用して、複数の機器またはさらに単一の機器のネットワークを構成することが可能である。

また、構成機器の使用により、機器の交換が大幅に簡略化される。ある場合では、ＡＣＤ２０は、メンテナンスを提供するためにネットワーク１０上に永久的に存在することが可能である。機器がネットワーク１０から取り外されると、ＡＣＤ２０は、その変化に気付く。元々の機器が戻る場合、その機器が再び開始したことが想定されているため、措置は取られない。同一の機器の種類の新しい機器が検出される場合、ＡＣＤ２０は、ＡＣＤ２０のネットワーク構成ドメインから交換機器の構成ドメインに構成またはその機器の種類を転送することによってその機器を構成する。フィールド機器を交換する技術者は、機器の交換方法を把握するだけでよい。技術者は、Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄｂｕｓプロトコルまたはソフトウェアの内部構造もしくはフィールド機器のメモリに関する知識を有する必要はない。

好適な実施形態に関連して本発明について説明したが、当業者は、本発明の精神および範囲から逸脱することなく、形式および詳細に変化を加えてもよいことを認識する。

Claims (7)

1. 工業プロセス制御ネットワーク上で複数のフィールド機器をインストール及び構成する方法であって、
   構成ツールで前記複数のフィールド機器を構成するステップであって、前記構成ツールが、一連のメッセージを通じて前記複数のフィールド機器のそれぞれに構成データを提供し、各メッセージは、前記複数のフィールド機器のそれぞれのための個別の構成パラメータを含み、前記構成データは、前記複数のフィールド機器のそれぞれの種々の機能ブロック及び変換ブロックを構成するのに使用され、前記一連のメッセージを通じて受信した構成データは、構成データのブロックとして前記フィールド機器の構成ドメイン内に保存される、ステップと、
   自動構成機器（ＡＣＤ）を前記ネットワークに接続するステップと、
   前記ネットワークから前記構成ツールを取り外すステップと、
   各フィールド機器のための全構成を表す、各フィールド機器の前記構成ドメイン内に保存された構成データのブロックを、前記複数のフィールド機器のそれぞれから前記ＡＣＤにアップロードするステップと、
   前記複数のフィールド機器のそれぞれからアップロードされた構成データのブロックを、前記ＡＣＤのネットワーク構成ドメイン内に保存するステップと、
   新しいフィールド機器が、前記ＡＣＤによって保存された前記複数のフィールド機器構成のうちの１つと同一のフィールド機器である場合に、前記ＡＣＤから前記ネットワーク上の前記新しいフィールド機器に、前記保存された構成データのブロックのうちの１つをダウンロードするステップと、を含む方法。
2. 各フィールド機器における不揮発性メモリの構成ドメインに、構成データの少なくとも１つのブロックを保存するステップ、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ＡＣＤにアップロードするステップは、前記フィールド機器の前記構成ドメインに保存された構成データの前記ブロックを、前記ＡＣＤの前記ネットワーク構成ドメインにアップロードするステップを含む、請求項２に記載の方法。
4. 遠隔フィールド位置で工業プロセス制御ネットワークに前記ＡＣＤを接続するステップと、
   構成ツールを必要とせずに、前記構成ドメインに保存された構成データのブロックに基づいて、前記遠隔フィールド位置で前記工業プロセス制御ネットワークに接続されたフィールド機器を構成するステップと、をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 遠隔フィールド位置に置かれた工業プロセス制御ネットワーク上でフィールド機器を構成する方法であって、
   一連の構成メッセージを参照フィールド機器に提供する構成ツールを使用して、前記遠隔フィールド位置とは異なるサイトにある参照ソリューションネットワークに接続された複数の参照フィールド機器を構成することによって、前記工業プロセス制御ネットワークのための参照ソリューションを生成するステップであって、各メッセージは、前記参照フィールド機器に関連する種々の機能ブロック及び変換器ブロックのための構成情報を含む、ステップと、
   自動構成機器（ＡＣＤ）を前記参照ソリューションネットワークに接続し、前記複数の参照フィールド機器のそれぞれから前記ＡＣＤに構成データのブロックをアップロードするステップであって、構成データの各ブロックは、各フィールド機器のための全構成を表す、ステップと、
   構成データの前記アップロードされたブロックを、前記ＡＣＤのネットワーク構成ドメインに保存するステップと、
   保存された構成データのブロックを有するＡＣＤを、前記遠隔フィールド位置に置かれた前記工業プロセス制御ネットワークに接続するステップと、
   前記保存された構成データのブロックのうちの１つを、前記ＡＣＤから、前記遠隔フィールド位置に置かれた前記工業プロセス制御ネットワークに接続された前記複数のフィールド機器のそれぞれにダウンロードし、構成ソフトウェアを有するホストコンピュータの使用を必要とせずに、前記フィールド機器を自動的に構成するステップと、を含む方法。
6. 前記参照ソリューションネットワークに接続された前記ＡＣＤの前記ネットワーク構成ドメイン内に保存された前記構成データに基づいて構成ファイルを生成するステップと、 前記生成された構成ファイルを、前記工業プロセス制御ネットワークに接続された前記ＡＣＤに伝送するステップと、をさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記参照ソリューションネットワークに接続された同じＡＣＤが、前記参照ソリューションネットワークから切断されて、前記工業プロセス制御ネットワークに接続される、請求項５に記載の方法。

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