JP2022058695A - 複数のプロセス制御通信プロトコルに対して構成された携帯型フィールド保守ツール - Google Patents

Abstract

【課題】多種多様な環境及び状況において使用可能な携帯型フィールド保守ツールを提供する。【解決手段】携帯型フィールド保守ツール１００は、フィールドデバイスが接続されるプラント環境内で、フィールドデバイスと通信する、フィールドデバイスに給電する、フィールドデバイスを診断する、または、通信リンクを診断するなどの、１つ以上のタスクを行い得る。携帯型フィールド保守ツールは、ＨＡＲＴプロトコルやフィールドバスプロトコルなどのいくつかの異なる通信プロトコルに従って構成されたフィールドデバイスとインタラクトし得る。携帯型フィールド保守ツールは、エネルギーが制限されて耐障害的であり、また、本質安全規格に準じて動作して、危険領域における携帯型フィールド保守ツールの使用を可能にし得る。【選択図】図６

Description

本開示は、概して、携帯型フィールド保守ツールに関し、特に、多種多様な環境及び状況において使用可能な携帯型フィールド保守ツールに関する。

化学プロセス及び石油プロセスで使用されるプロセス制御システムのように、プロセス制御システムは通常、アナログ、デジタル、または複合アナログ／デジタル通信リンクを介して、少なくとも１つのホストまたはオペレータワークステーション、及び１つ以上のフィールドデバイスに通信可能に結合された、１つ以上のプロセス制御装置を含む。

一般的にプラント環境内に配置される、プロセス制御装置（「制御装置」と称されることもある）は、プロセス測定値を示す信号（「制御入力」とも称される）を受信し、これらの信号によって伝達される情報を用いて、制御入力及び制御ルーチンの内部論理に基づいて制御信号（「制御出力」とも称される）を制御装置に生成させる制御ルーチンを実施する。制御装置は、生成した制御信号をバスまたは他の通信リンクを介して送信して、フィールドデバイスの動作を制御する。場合によっては、制御装置は、Ｈｉｇｈｗａｙ Ａｄｄｒｅｓｓａｂｌｅ Ｒｅｍｏｔｅ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ（ＨＡＲＴ（登録商標））、無線ＨＡＲＴ（登録商標）及びＦＯＵＮＤＡＴＩＯＮ（登録商標）Ｆｉｅｌｄｂｕｓ（単に「フィールドバス」とも呼ばれる）フィールドデバイスなどのスマートフィールドデバイスによって実施される制御ルーチンと連係し得る。

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、水位センサ、または流量センサを含む）であり得るフィールドデバイスは、プラント環境内に配置され、通常、物理的またはプロセス制御機能を行う。例えば、バルブは、制御装置から受信した制御出力に応答して開閉するか、あるいは、制御装置にプロセスパラメータの測定値を送信して、制御装置が測定値を制御入力として利用可能となるようにし得る。また、フィールドバスプロトコルに準拠するフィールドデバイスなどのスマートフィールドデバイスは、制御計算、アラーム機能、及び、プロセス制御装置内で一般的に実施される他の制御機能を行い得る。フィールドデバイスは、種々の通信プロトコルに従って、制御装置及び／または他のフィールドデバイスと通信するよう構成され得る。例えば、プラントは、従来のアナログ４～２０ｍＡフィールドデバイス、ＨＡＲＴ（登録商標）フィールドデバイス、またはフィールドバスフィールドデバイスを含み得る。

従来のアナログ４～２０ｍＡフィールドデバイスは、測定値または制御命令を示すアナログ４～２０ｍＡＤＣ信号を伝達するよう構成された２線式通信リンク（「ループ」または「電流ループ」とも呼ばれる）を介して、制御装置と通信する。例えば、水位トランスミッタは、タンク水位を感知して、ループを介して測定値に対応する電流信号（例えば、０％満杯に対しては４ｍＡ信号、５０％満杯に対しては１２ｍＡ信号、及び１００％満杯に対しては２０ｍＡ信号）を送信し得る。制御装置は、電流信号を受信し、電流信号に基づいてタンク水位測定値を判定し、タンク水位測定値に基づいて何らかの措置を講じる（例えば、インレットバルブの開閉）。アナログ４～２０ｍＡフィールドデバイスは、概して、４線式フィールドデバイスと、２線式フィールドデバイスの２種となる。４線式フィールドデバイスは通常、通信用には第１の線のセット（つまり、ループ）を利用し、電力用には第２の線のセットを利用する。２線式フィールドデバイスは、通信及び電力の両方をループに依存する。２線式フィールドデバイスは、「ループ給電」フィールドデバイス
と呼ばれることもある。

設計の簡易性及び有効性から、プロセスプラントは、従来の４～２０ｍＡシステムを実装することが多い。残念なことに、従来の４～２０ｍＡ電流ループは、一度に１つしかプロセス信号を送信しない。したがって、材料を搬送するパイプ上の制御バルブ及び流量トランスミッタを含む設定は、３つの別個の電流ループ、１つ目はバルブに対する制御命令（例えば、バルブを６０％開にするための）を示す４～２０ｍＡ信号を伝達するためのもの、２つ目はバルブの実際の位置を示す４～２０ｍＡ信号を制御装置に伝達するためのもの（例えば、そのため、制御装置は、バルブが制御命令に応答した程度が分かる）、そして３つ目は測定した流量を示す４～２０ｍＡ信号を制御装置に伝達するためのもの（例えば、そのため、制御装置は、バルブ位置の変化が流量にどう影響を及ぼしたかが分かる）、を必要とし得る。その結果、多数のフィールドデバイスを有するプラントにおける従来の４～２０ｍＡ設定は、広範な配線を必要とし得るが、このことは、コスト高となり得るとともに、通信システムを設定及び維持する際の複雑さにつながり得る。

もっと最近になって、プロセス制御業界は、プロセス制御環境内でデジタル通信を実施するよう移行した。例えば、ＨＡＲＴ（登録商標）プロトコルは、ループＤＣの大きさを使用してアナログ信号を送受信するが、さらにＤＣ信号上にＡＣデジタルキャリア信号を重畳して、スマートフィールド装置との２線式フィールド通信を可能にする。別の例として、フィールドバスプロトコルは、２線式バス（「トランク」、「セグメント」、または「フィールドバスセグメント」とも呼ばれる）上に全デジタル通信を提供する。この２線式フィールドバスセグメントは、複数のフィールドデバイスに結合されて、複数のフィールドデバイスに電力を（セグメント上で利用可能なＤＣ電圧を介して）提供し、フィールドデバイスによる通信（ＤＣ電源電圧上に重畳されたＡＣデジタル通信信号を介して）を可能にし得る。

通常、これらのデジタル通信プロトコルは、より多くのフィールドデバイスを特定の通信リンクに接続し、フィールドデバイスと制御装置との間の大量かつ高速な通信をサポートし、及び／またはフィールドデバイスが大量かつ異なるタイプの情報（フィールドデバイス自体の状態及び構成に関する情報など）をプロセス制御装置へ送信することを可能にする。さらに、これらの標準デジタルプロトコルは、異なる製造業者によって製造されたフィールドデバイスを、同一のプロセス制御ネットワーク内で一緒に使用することを可能にする。

利用する通信プロトコルに関わらず、フィールドデバイスは、現場でのセットアップ、構成、テスト及び保守を必要とすることがある。例えば、フィールドデバイスをプロセス制御プラントにおける特定の場所に取り付け得る前に、フィールドデバイスをプログラムする必要があり、その後に、フィールドデバイスを取り付ける前後にテストする必要がある場合がある。取り付けの済んだフィールドデバイスもまた、保守のために定期的にチェックする、あるいは、例えば障害が検出されて、フィールドデバイスが点検または修理のために診断される必要があるときにチェックする必要がある場合がある。一般的に、フィールドデバイスの構成及びテストは、携帯型テスト装置（「ＰＴＤ」）などの手持ち式保守ツールを用いて現場で行われる。多くのフィールドデバイスは遠隔の、到達が難しい場所に設置されているので、このような遠隔の場所に取り付けられたデバイスをテストするのに、ＰＴＤを用いるほうが、重く、嵩張り、そして可搬性がないため通常は取り付けられたフィールドデバイスを診断装置の場所まで移動させる必要がある、完全な構成のテスト装置を用いるよりも、ユーザにとって便利である。

サービス技術者などのユーザが保守テスト及び／またはフィールドデバイスとの通信を行う場合、ＰＴＤは通常、通信リンク（例えば、電流ループまたはフィールドバスセグメ
ント）に通信可能に、あるいはフィールドデバイスに直接（例えば、フィールドデバイスの通信端子を介して）接続される。ＰＴＤはまず、ループまたはセグメントに沿ってデジタル通信信号を送信及び／または受信することによるなど、フィールドデバイスとの通信を試みる。電流ループまたはセグメントが適切な動作状態にある場合には、通信信号は問題なく送信及び／または受信され得る。しかし、ループ、セグメント、またはフィールドデバイスが、ショートや遮断などの電気不良を含有する場合には、通信できず、ループ、セグメント、及び／またはフィールドデバイスを診断して不良を特定する必要があり得る。

そのような不良が特定されると、技術者は、フィールドデバイス及び／または通信リンクをテストするために、多様な他のツールを使用することを要する場合がある。一例として、技術者は、フィールドデバイスによって送信または受信された実信号を診断するために、マルチメータを携行することを要する場合もある。マルチメータが必要であるのは、従来のＰＴＤではフィールドデバイスによって送信または受信された信号の電気的特性を正確に分析することができないためである。別の例として、隔絶されたフィールドデバイスに給電するために、技術者は携帯型電源を使用することを要する場合もある。技術者は、例えば、プラントワイドな停電またはローカル電源側の問題のために電力を失う場合に、隔絶されたフィールドデバイスに給電することを要し得る。別の例として、別のフィールドデバイス及びプロセス制御システムの残りの部分に悪影響を及ぼすのを回避するために、技術者は、トラブルシューティングのために単にフィールドデバイスをオフラインにすることを要する場合もある。また、技術者は、マルチメータを携行してセグメントまたはループ等で利用可能な電流を測定する必要があり得る。これらのツールのそれぞれは、かなりの空間を占め得、技術者がフィールドに携行するには不便であり得る。複数のツールを携行するというこの問題に対処するために、製造業者は、ＨＡＲＴループに電力を提供するための電源を含むＰＴＤを開発してきた。残念ながら、これらの給電されたＰＴＤは通常、フィールドバスフィールドデバイスに電力を提供することができない。また、従来の携帯型電源及び給電されたＰＴＤは、本質安全（ＩＳ）規格に準拠していないことが多く、そのため、危険領域（例えば、爆発性ガスまたは粉塵による爆発の可能性がある環境または雰囲気）において安全に使用することができない。

フィールドデバイスが危険領域に配置された場合、技術者は、自身のツールそれぞれが本質安全に動作していることを確認する必要があり得る。危険領域において、技術者のツールは、安全な動作を確保するために、ＩＳ規格に準拠する必要があり得る。一般的に、ＩＳ規格は、プラント人員が、ループまたはセグメントに取り付けられた全ての機器（ループまたはセグメントに取り付けられ得る任意のＰＴＤまたは他のツールを含む）を分析して、全ての取り付けられたデバイスが危険環境において安全に動作し得ることを確認するよう要求する。より具体的には、ＩＳ規格は、危険な環境における電気機器及び配線に制約を課して、電気機器及び配線が、爆発を点火しないよう保証する。ＩＳ規格に準拠するために、電気機器は通常、２つの中核的概念、エネルギー制限及び耐障害性を念頭に置いて設計されなければならない。

第１のＩＳ概念は、デバイスにおいて利用可能なエネルギーの総量が爆発性雰囲気を点火するのに十分な閾値を下回るようＩＳデバイスを設計するよう要求する。エネルギーは、電気（例えば、火花の形態）または熱（例えば、高温面の形態）であり得る。ＩＳ規格は複雑であり得るが、一般的には、回路内の電圧が２９Ｖ未満、回路内の電流が３００ｍＡ未満、及び、回路または回路構成要素に関連付けられた電力が１．３Ｗ未満であるよう要求する。これらの閾値を上回る電気的特性を有する回路は、アークまたは熱による爆発リスクを引き起こし得る。

第２のＩＳ概念は、複数の故障を経験した後であっても安全なエネルギーレベルを維持
するようＩＳデバイスが耐障害性な方法で設計されるよう要求する。つまり、ＩＳ規格は、回路不良が不可避ならば、これらの回路不良が生じたときの回路のエネルギーレベルが安全レベルに制限されるべきであるとする哲学を反映する。

一般的に、携帯型電源及び給電されたＰＴＤは、ＩＳ規格に準拠しておらず、そのため、（ｉ）携帯型電源及び給電されたＰＴＤは通常、1つ以上の構成要素が、爆発性雰囲気
を点火する危険にさらすに十分なエネルギーレベルを上回り得るよう設計される、及び／または（ｉｉ）携帯型電源及び給電されたＰＴＤは構成要素故障に対して脆弱であり、結果として、携帯型電源または給電されたＰＴＤが、爆発性雰囲気を点火する危険にさらすに十分なエネルギーレベルを上回ることとなるために、危険領域では使用できないことがある。

例えば、一般的な携帯型電源は、その端子間に、危険環境における爆発の危険にさらすに十分な電圧（例えば、２９Ｖ超）を生成し得る。２９Ｖ未満の電圧を供給するよう設計されている場合であっても、一般的な携帯型電源は、供給された電圧または電流のスパイクの防止が保証されたフェイルセーフ機構を含まない。したがって、危険環境では、フィールドデバイスに電力を提供する必要のある技術者は通常、フィールドデバイスを取り外して、フィールドデバイスを、給電可能かつテスト可能である安全な領域まで移動させなければならない。

本開示は、本明細書では同じ意味で「オートメーション」、「産業用制御」、「プロセス制御」、または「プロセス」システム、環境、及び／またはプラントと称される、産業プロセス制御システム、環境、及び／またはプラントにおいて用いられるよう構成された、携帯型フィールド保守ツールについて記載する。通常、このようなシステム及びプラントは、物理的材料または製品を、製造、精製、変形、生成、または産生するよう動作する1つ以上のプロセスの制御を、分散させて提供する。

記載の携帯型フィールド保守ツールは、フィールドデバイス及び／またはフィールドデバイスに接続された通信リンクに給電し、これらと通信し、及び／またはこれらを診断し得る。携帯型フィールド保守ツールは、フィールドバスプロトコルやＨＡＲＴプロトコルなどの複数の通信プロトコルに従って構成されたフィールドデバイスにおいて用いられるよう構成され得る。したがって、異なるタイプのフィールドデバイスを点検するために複数のツールを携行するよう強いられることなく、ユーザは、携帯型フィールド保守ツールを携行する必要があるだけである。場合によっては、携帯型フィールド保守ツールは、ＩＳ規格に準拠するのに十分に、エネルギーが制限されており、耐障害的であり得る。したがって、多くの従来の携帯型電源及びＰＴＤとは違い、携帯型フィールド保守ツールは、危険領域において安全に用いられ得る。

一実施形態では、携帯型フィールド保守ツールは、筐体、通信インタフェース、通信回路、および／または電源のうちのいずれか１つ以上を含む。通信インタフェースは、筐体を貫通して配置することができ、筐体内でアクセス可能な内部部分ならびに筐体の外側でアクセス可能な端子のセットを含むことができる。端子のセットは、合成信号を搬送するよう構成される有線リンクによってフィールドデバイスに電気的に接続可能とすることができ、合成信号は、（ｉ）フィールドデバイスとの間で送受信される通信信号、および（ｉｉ）フィールドデバイスへ送信される電力信号を含む。通信回路は、筐体内に配置され、通信インタフェースの内部部分に電気的に接続可能であり、通信信号をエンコードまたはデコードするよう構成され、かつ／または範囲内（例えば、７５オーム～７５０オームの間の任意の値）に抵抗を有する抵抗ネットワークを含んで、合成信号と関係付けられる端子のセットで、電圧低下を起こすことができる。その合成信号は、（ｉ）合成信号を読
み取ることと関連する最小電圧閾値より高く、（ｉｉ）最大電圧閾値より低い。電源は、筐体内に配置され、通信インタフェースおよび通信回路の内部部分に電気的に接続され、かつ／または電力信号を送信するよう構成することができる。合成信号は、電力信号を含み、振幅が変化して情報のほか、アナログＤＣ信号に重畳されるデジタルＦＭ通信信号も搬送するアナログのＤＣ信号を含んでもよい。最小電圧閾値は、通信信号の読み取りと関連する最小ピークツーピーク電圧であってもよく、５０ｍＶピークツーピーク～５００ｍＶピークツーピーク（例えば、１２０ｍＶピークツーピーク）の間の任意の値であってもよい。最大電圧閾値は、端子のセットでスパークを発生させるのに十分な電圧未満にとどまるよう選択された値とすることができる。この電力供給は、最大電圧閾値以下の電圧で、電流信号を送信するよう構成することができる。最大電圧閾値は、１０Ｖ～３０Ｖの間の任意の値であってよい。抵抗ネットワークは、複数のサブネットワーク内に配置可能な複数の抵抗器を含んでもよい。抵抗ネットワークは、抵抗ネットワークの中または外の１つまたは複数の抵抗器を取り替えるためのスイッチ（そのうち１つ以上はソリッドステートリレーであってもよい）を含むことができる。

一実施形態では、トランスミッタフィールドデバイスと通信する方法は、以下の任意の１つ以上を含み、それらは、トランスミッタフィールドデバイスへ１組の携帯型フィールド保守ツールの端子を、有線リンクを介して通信可能に接続すること、トランスミッタフィールドデバイスへ有線リンクを介して、携帯型フィールド保守ツールから電力を供給すること、供給電力に重畳された通信信号を有線リンクを介して携帯型フィールド保守ツールによって受信すること、および／または通信信号および供給電力と関連する、端子のセットの電圧降下を、最小電圧閾値と最大電圧閾値との間に制限することである。電圧の制限は、（ｉ）電圧降下が最大電圧閾値を超えないように供給電力を制限すること、および（ｉｉ）携帯型フィールド保守ツール内に配置され、電圧降下が最小電圧閾値より大きいままであるように（例えば、電圧降下が通信信号の読み取りと関連する最小ピークツーピーク電圧を超えるように）端子のセットに電気的に接続された抵抗ネットワークの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化することによりなされる。通信信号は、振幅が変化して情報を搬送し、供給電力上に重畳されているアナログのＤＣ信号とすることができる。電圧降下が最大電圧閾値を超えないように供給電力を制限することが、電圧降下が端子のセットでスパークを発生させるのに十分な電圧未満を維持するように供給電力を制限することを含んでもよい。

一実施形態では、アクチュエータフィールドデバイスと通信する方法は、アクチュエータフィールドデバイスへ１組の携帯型フィールド保守ツールの端子を、有線リンクを介して通信可能に接続すること、トランスミッタフィールドデバイスへ有線リンクを介して、携帯型フィールド保守ツールから電力を供給すること、アクチュエータフィールドデバイスへ有線リンクを介して、携帯型フィールド保守ツールから電力を供給すること、端子のセットが最大電気閾値を超えないように供給電力を制限すること、および／またはアクチュエータフィールドデバイスへ供給電力上に重畳された通信信号を、有線リンクを介して携帯型フィールド保守ツールにより送信することのうちの任意の１つ以上を含む。端子のセットが最大電気閾値を超えないように供給電力を制限することは、（ｉ）端子のセットの電圧降下が最大電圧閾値を超えないように（例えば、２１Ｖ～２４Ｖの間の任意の値）供給電力を制限すること、（ｉｉ）端子のセットで利用可能な電力が、最大電力閾値を超えないように（例えば、０．２５Ｗ～１．５Ｗの間の任意の値）供給電力を制限すること、（ｉｉｉ）端子のセットの電流が、最大電流閾値を超えないよう（例えば、２５ｍＡ～３１ｍＡの間の任意の値）に供給電力を制限すること、（ｉｖ）内部抵抗器の両端間の第１の電圧降下を誘導して、端子のセットでの第２の電圧降下を最大電圧閾値未満に維持すること、および／または（ｖ）端子のセットの電圧が最大電圧閾値を超えるとき、または端子のセットの電流が最大電流閾値を超えるとき、携帯型フィールド保守ツールを無効化することを含む。

一実施形態では、携帯型フィールド保守ツールは、以下の任意の１つ以上を含み、それらは、有線リンクを介して信号を送受信するフィールドデバイスへ、有線リンクを介して、電気的に接続可能な１対の端末、信号を送受信する１対の端子に電気的に説側される通信回路、信号の１つまたは複数の電気特性を測定する１対の端子に電気的に接続されるエネルギー測定回路、抵抗ネットワーク、制御ユニット、および／または有線リンクを介して、電力を供給する電源である。制御ユニットは、測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて、抵抗ネットワークの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化し、かつ／または測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて、電源を制御することができる（例えば、１対の端子が最大電力閾値などの最大電気閾値を超えることを防ぐこと）。１対の端子で電流の引き出しが増加すると、電源は、１対の端子が最大電力閾値を超えることを、供給電圧を低減することにより防ぐことができる。

一実施形態では、フィールドデバイスと通信する方法およびフィールドデバイスにより送受信された信号を監視する方法は、以下の任意の１つ以上を含む。それは、（ｉ）携帯型フィールド保守ツールの１対の端末へフィールドデバイスを有線リンクを介して電気的に接続すること、（ｉｉ）フィールドデバイスとの間の信号を携帯型フィールド保守ツールの１対の端子で、送受信すること、（ｉｉｉ）送受信された信号の１つまたは複数の電気的特性を測定すること、（ｉｖ）測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて、携帯型フィールド保守ツール１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化することにより信号を読み取るために必要な最小電圧閾値より大きい値に１対の端子での電圧降下を維持すること、（ｖ）有線リンク上の信号が、最大電気閾値を超えるまたは最小電気閾値未満に降下すると、携帯型フィールド保守ツールを無効化すること、（ｖｉ）携帯型フィールド保守ツールからフィールドデバイスへ有線リンクを介して電力を供給すること、（ｖｉｉ）供給電力を調整して、１対の端子が最大電気閾値を超えることを防ぐこと、および／または（ｖｉｉｉ）電力の供給を停止して、ループ抵抗を増加して、携帯型フィールド保守ツールの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化することにより電力の供給と関係する電圧を徐々に減らしてゆくことである。一実施形態では、この方法は、１つまたは複数の電気特性の解析を実施して、フィールドデバイスが外部ループ抵抗に接続されているかどうかを判定すること、解析によりフィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていると明らかになったとき、内部ループ抵抗器が活動化することを防ぐこと、および／または解析により、フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていないと明らかになったとき、内部ループ抵抗器を活動化することを含む。この方法は、１対の端子での電圧減衰の検出および検出された電圧減衰に基づいて、電源の活動化を可能にすることを含むことができる。

以下に記載の図面のそれぞれは、一実施形態に係る開示のシステム（複数可）及び／または方法（複数可）の１つ以上の態様を示す。発明を実施するための形態は、可能な限り、以下の図面中に含まれる参照番号を指している。

フィールドデバイスに接続された携帯型フィールド保守ツールの一例を示す。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールを利用して、１つ以上のフィールドデバイスと通信し、これらを診断、またはこれらに給電する、プロセス制御システムの一例のブロック図である。 ＨＡＲＴフィールドデバイスに通信可能に接続された、従来の受動型ＰＴＤの概略図である。 フィールドバスフィールドデバイスに通信可能に接続された、従来の受動型ＰＴＤの概略図である。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールのブロック図であり、携帯型フィールド保守ツールがフィールドデバイスに給電し、これらと通信するための能動型通信機を含む、一例を示す。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールに見受けられ得る、デジタル周波数変調通信に対して構成された能動型通信機のブロック図である。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールに見受けられ得る、デジタル振幅変調通信に対して構成された能動型通信機のブロック図である。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールに見受けられ得る、アナログ通信に対して構成された能動型通信機のブロック図である。 携帯型フィールド保守ツールの一例において見受けら得、かつＨＡＲＴプロトコルなどのデジタル周波数変調通信プロトコルを介した通信を可能にし得る、能動型通信機の概略図である。 図６に図示する抵抗ネットワークの概略図である。 トランスミッタに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、トランスミッタが携帯型フィールド保守ツールの能動型通信機により給電される、一例を示す。 アクチュエータに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、アクチュエータが携帯型フィールド保守ツールの能動型通信機により給電される、一例を示す。 トランスミッタに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、トランスミッタが携帯型フィールド保守ツールの能動型通信機により給電されない、一例を示す。 アクチュエータに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、アクチュエータが携帯型フィールド保守ツールの能動型通信機により給電されない、一例を示す。 フィールドデバイスに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、携帯型フィールド保守ツールの電力モニタがフィールドデバイスに並列に接続されて、フィールドデバイスによって送信または受信された信号の電気的特性を測定し得る、一例を示す。 フィールドデバイスに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、携帯型フィールド保守ツールの電力モニタがフィールドデバイスに直列に接続されて、フィールドデバイスによって送信または受信された信号の電気的特性を測定し得る、一例を示す。 Ｉ／Ｏデバイスに接続された、図６に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、携帯型フィールド保守ツールがＩ／Ｏデバイスをテストし得る、一例を示す。 携帯型フィールド保守ツールの一例に見受けられ得、かつフィールドバスプロトコルなどのデジタル振幅変調通信プロトコルを介した通信を可能にし得る、能動型通信機の概略図である。 図１３に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、携帯型フィールド保守ツールが、操作バスに接続されたフィールドデバイスに接続され得る、一例を示す。 図１３に図示する携帯型フィールド保守ツールの概略図であり、携帯型フィールド保守ツールが、携帯型フィールド保守ツールの内部バスを介してフィールドデバイスに電力を供給してフィールドデバイスと通信し得る、一例を示す。 図１Ａに図示する携帯型フィールド保守ツールの、携帯型フィールド保守ツールの外部からみた通信インタフェースの図である。

本開示は、携帯型フィールド保守ツール及び携帯型フィールド保守ツールを実施するた
めの種々の技術を記載する。図１Ａは、通信リンク１５０を介してフィールドデバイス１６０に接続され得る携帯型フィールド保守ツール１００（「ツール１００」）の一例を示す。有利なことに、ツール１００は、フィール機器１６０と通信可能であるだけでなく、フィールドデバイス１６０に給電可能である。ツール１００は、フィールドデバイス１６０への給電及びこれとの通信の両方のために、リンク１５０を介して送信された単一の合成信号を利用し得る。場合によっては、このツール１００は、フィールドデバイス１６０における、またはフィールドデバイス１６０が接続されるプラント環境における通信リンク（例えば、図示しない、ＨＡＲＴループまたはフィールドバスセグメント）における問題を診断し得る。場合によっては、ツール１００は、異なるプロトコルに従って構成されたフィールドデバイスと通信し、またはこれを診断し得る。例えば、ツール１００は、従来の４～２０フィールドデバイス、ＨＡＲＴフィールドデバイス、及びフィールドバスフィールドデバイスと通信し、これらに給電し、及びこれらを診断可能であり得る。ユーザがフィールドデバイスと通信し、フィールドデバイスに電力を供給し、さらに、フィールドデバイスによって送信または受信された信号の診断を行いたい場合に、ユーザが複数のデバイスを利用し、及び／または複数のケーブル及び電線を種々の異なる端子セットに接続することをユーザに強いる、多くの従来のＰＴＤと違って、ツール１００は、通信、給電、及び診断のために、単一の信号端子セットを利用して、ユーザに対する、ツール１００の構成及び使用を簡略化し得る。

さらに、ツール１００は、ＩＳ規格に準拠するのに十分に、エネルギーが制限され、耐障害的であり得る。例えば、ツール１００は、ツール１００の全構成要素及び、ツール１００によって送信及び／受信された全信号（例えば、電力及び／または通信信号を含む）がＩＳ規格に準拠した範囲にエネルギーを制限されるように設計され得る。さらに、ツール１００は、ツール１００の構成要素、及び／またはツール１００によって送信または受信された信号を「自己監視」して、構成要素及び／または信号がＩＳに準拠したままであることを確実とし得る。例示すると、構成要素または信号がＩＳ規格に関連付けられた閾値に近づくまたは上回る場合、ツール１００は、1つ以上の構成要素を無効にし得る（ま
たはツール１００全体を無効にする）。したがって、ツール１００がＩＳに準拠している場合、ユーザがＩＳ規格に違反しないことに自信をもって、かつユーザが爆発性雰囲気を点火しないことに自信をもって、ユーザは、フィールドデバイス１６０に、または、フィールドデバイス１６０が接続されるリンク（例えば、ＨＡＲＴループまたはフィールドバスセグメント）にツール１００を接続可能である。つまり、多くの従来の携帯型電源及びＰＴＤと違い、ツール１００は、危険領域において安全に使用され得る。

通信リンク１５０は、それぞれが合成信号の一部であり得る、通信信号及び／または電力信号を伝達することが可能な、２線式通信リンクでもよい。本明細書で使用される用語「信号」は、通信信号、電力信号、または電力及び情報の両方を伝達する合成信号を指し得る。一般的に、用語「通信信号」は、情報を伝達する任意の信号（アクチュエータに駆動するよう命令する制御信号など）を指し、アナログまたはデジタル、及びＡＣまたはＤＣであり得る。用語「電力信号」は、電力を供給するために送信される任意の電気エネルギーを指し、ＡＣまたはＤＣであり得る。ツール１００は、リンク１５０またはフィールドデバイス１６０に接続するための端子のセットを有し得、場合によっては、種々の異なるプロトコルに対して構成されたフィールドデバイスに接続するための複数の端子のセット（例えば、ＨＡＲＴフィールドデバイス用の端子のセット及びフィールドバスフィールドデバイス用の端子のセット）を有し得る。

フィールドデバイス１６０に給電するために、ツール１００は、通信リンク１５０が接続されるツール１００の端子の間に電圧を供給するよう構成される電源を含み得る。

ツール１００は、通信信号（ツール１００とフィールドデバイス１６０の間の通信を促
進するための）と電力信号（フィールドデバイス１６０に電力を提供するための）を含む合成信号（リンク１５０を介して送信される）を介してフィールドデバイス１６０と通信するよう構成され得る。通信信号は、デジタル信号、アナログ信号、またはアナログ及びデジタルの合成信号であり得る。すなわち、ツール１００は、電力信号を含む第１の合成信号と、アナログ及びデジタル信号を含む第２の合成信号を送信及び／または受信し得る。

例えば、ツール１００は、（ｉ）ＤＣ電力信号（例えば、４ｍＡ）を含む第１の合成信号（例えば、ＨＡＲＴ信号）、及び（ｉｉ）４ｍＡ電力信号に重畳された通信用の第２の合成信号（例えば、０～１６ｍＡＤＣ通信信号に重畳されたＡＣデジタル通信信号）を送信及び／または受信するための第１の端子のセットを含み得る。このような例において、電力信号は一般的に、４ｍＡで一定であって実ゼロを表し、その結果、第１の合成信号が、４～２０ｍＡの電流の大きさの範囲を有することとなる。さらにまたは代わりに、ツール１００は、フィールドバスプロトコルなどの他のプロトコルに従って合成信号を送信及び／または受信するための第２の端子のセットを有し得る。例えば、ツール１００は、（ｉ）ＤＣ電力信号（例えば、１０～２５ｍＡ）、及び（ｉｉ）ＤＣ電力信号に重畳されたＡＣデジタル通信信号（例えば、ピークからピークまで１５～２０ｍＡで変調された）を含む合成信号を送信及び／または受信し得る。場合によっては、ツール１００は、電力を提供することなく（例えば、フィールドデバイス１６０が給電済みの場合）、アナログ及び／またはデジタル通信信号を送信するための、１つ以上の端子のセットを含む。

記載したように、ツール１００は、ＩＳ規格に準じて動作し得る。つまり、ツール１００の構成要素は、ＩＳ規格に従って、エネルギーが制限され、耐障害的であり得るため、ツール１００は危険領域において安全に用いられ得る。例えば、ツール１００の構成要素は（ｉ）電流制限（例えば、２５０ｍＡ、３００ｍＡ、３５０ｍＡ等）に電流が制限され、（ｉｉ）電圧制限（例えば、２５Ｖ、２９Ｖ、３５Ｖ等）に電圧が制限され、そして（ｉｉｉ）電力制限（例えば、１Ｗ、１．３Ｗ、１．５Ｗ等）に電力が制限され得る。ツール１００は、１つ以上の組込冗長性（例えば、自動シャットダウン、冗長構成要素等）を有して、構成要素故障によりこれらのエネルギー制限を上回ることとならないことを確実とし得る。

ツール１００は、ディスプレイ１２２、筺体１２８、入力キー１３２、及び折り畳みスタンド１５２のうちの任意の1つ以上を含み得る。筺体１２８は、手持ち式装置としての
形状及び寸法にすることができる。筺体１２８は、全体的に長方形の立体形状または任意の他の所望の形状もしくは寸法を有することができる（例えば、対角線に測定して５インチ、７インチ、または１１インチ）。

ディスプレイ１２２及び入力キー１３２は、筺体の前面に配置され得る。ディスプレイ１２２は、静電容量感知を介してタッチ入力を検出する静電容量タッチスクリーンなどのタッチスクリーン、あるいは、印加された圧力を介してタッチ入力を検出する抵抗膜方式タッチスクリーンであり得る。入力キー３２は、プッシュボタンまたは多方向ボタンなどの物理キーであり得る。場合によっては、ツール１００は、入力キー３２を含まない。

折り畳み式スタンド１５２は、筺体１２８の背面に対して平坦な位置と、筺体１２８の背面から外方に枢動された位置との間で枢動し得る。平坦な位置においては、ユーザはツール１００を携行して、タブレットを用いるのと同様の方式でツール１００を用いることができる。外方に枢動された位置においては、折り畳み式スタンド１５２は、垂直位置に保守ツール１００を支えるために使用することができる。場合によっては、ツール１００は、折り畳みスタンド１５２を含まない。

図１Ｂは、ツール１００を利用して、１つ以上のフィールドデバイスと通信し、これらを診断し、またはこれらに給電し得る、プロセス制御システム１０の一例のブロック図である。プロセス制御システム１０は、データヒストリアン１２に、及び、それぞれが表示画面１４を有する、１つ以上のホストワークステーションまたはコンピュータ１３（任意のタイプのパーソナルコンピュータ、ワークステーション等であり得る）に接続されたプロセス制御装置１１を含む。プロセス制御システム１０は、フィールドデバイス１５～２２を含む、複数のフィールドデバイス１６０を含み得る。

制御装置１１は、入力／出力（「Ｉ／Ｏ」）カード２６及び２８を介してフィールドデバイス１５～２２に接続され得る。データヒストリアン１２は、データを記憶するための、任意の所望のタイプのメモリ及び任意の所望または公知のソフトウェア、ハードウェア、またはファームウェアを有する任意の所望のタイプのデータ収集装置であり得る。図１Ｂにおいて、制御装置１１は、フィールドデバイス１５～２２に通信可能に接続される。

一般的に、フィールドデバイス１５～２２は、例えば、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り、Ｉ／Ｏカード２６及び２８は、所望の通信または制御装置プロトコルに準拠した任意のタイプのＩ／Ｏデバイスであり得る。例えば、フィールドデバイス１５～２２及び／またはＩ／Ｏカード２６及び２８は、ＨＡＲＴプロトコルまたはフィールドバスプロトコルに従って構成され得る。制御装置１１は、メモリ２４に記憶された１つ以上のプロセス制御ルーチン３０（または任意のモジュール、ブロック、またはそのサブルーチン）を実施または監督するプロセッサ２３を含む。一般的に、制御装置１１は、デバイス１５～２２、ホストコンピュータ１３、及びデータヒストリアン１２と通信して、プロセスを任意の所望の方式で制御する。また、制御装置１１は、１つ以上の機能ブロック３２～３８を用いて制御ストラテジまたはスキームを実施するが、各機能ブロックは、全制御ルーチン３０のオブジェクトまたは他の部分（例えば、サブルーチン）である。機能ブロック３２～３８は、制御装置１１またはスマートフィールドデバイスなどの他のデバイスに記憶され、これらによって実行され得る。

ツール１００は、１つ以上のフィールドデバイス１５～２２をＩ／Ｏカード２６及び２８に接続している通信リンク（例えば、ＨＡＲＴループまたはフィールドバスセグメント）に、リンク１５０を介して通信可能に接続され得る。あるいは、ツール１００は、フィールドデバイス１５～２２のうちの１つに直接に（例えば、フィールドデバイス１５～２２上に存在する通信端子を介して）、通信可能に接続され得る。所望により、ツール１００は、ツール１００が接続されるフィールドデバイス１５～２２、またはフィールドデバイス１５～２２が接続されるバス（例えば、フィールドバスセグメント）に、電力を提供し得る。ツール１００は、ユーザが、フィールドデバイス１５～２２のうちの任意の１つと通信する、及び／またはこれを診断することを可能にし得る。場合によっては、ツール１００は、所与の時間において、フィールドデバイス１５～２２のうちの１つのみに給電する。

図２は、ＨＡＲＴループ２００Ａを介してＨＡＲＴフィールドデバイス２１５に接続され、携帯型電源２２０の使用を必要とする、従来のＰＴＤ２０５の概略図である。ツール１００と違い、ＰＴＤ２０５は、フィールドデバイス２１５に電力を供給できないため、技術者にとって不便である。さらに、携帯型電源２２０は、ＩＳ規格に準拠しておらず、危険領域における使用には適さない場合がある。最後に、ツール１００と違い、ＰＴＤ２０５は、フィールドデバイス２１５と通信するために、ＰＴＤ２０５に並列してループ２００Ａに接続されたループ抵抗２１０を必要とする。

記載したように、ＰＴＤ２０５は、フィールドデバイス２１５に電力を供給しない。その代わりに、フィールドデバイス２１５は、携帯型電源２２０によって給電される。図２
は、フィールドデバイス２１５がベンチテストされている、あるいは、フィールドデバイス２１５がフィールドにおいて通常の電源から絶縁されている、シナリオを表す。ＰＴＤ２０５がフィールドデバイス２１５に電力を供給しないため、技術者は、フィールドにおいてフィールドデバイス２１５を点検する際に、ＰＴＤ２０５に加えて携帯型電源２２０をフィールドデバイス２１５まで携行する必要があり得る。

さらに記載したように、電源２２０は、ＩＳ規格に準拠しないことがある。したがって、フィールドデバイス２１５が危険領域にある場合、技術者は、フィールドデバイス２１５に電力を供給できず、そのため、フィールドデバイス２１５の点検にＰＴＤ２０５を利用できないことがある。一般的な携帯型電源は、通常ＩＳ規格に準拠しないため、危険領域では安全に使用できないことが多い。特に、一般的な携帯型電源は、構成要素故障に対して脆弱であることが多く、爆発性雰囲気を点火するのに十分な、電圧、電流、及び／または温度スパイクをもたらし得る。電源を加えることでＰＴＤ２０５が「活動状態」にされた場合、ＩＳ規格に関して携帯型電源が受けるのと同一の問題の多くにＰＴＤ２０５が悩まされ得ることに留意されたい。

最後に、多くの従来のＰＴＤと同様、ＰＴＤ２０５は、ＨＡＲＴフィールドデバイス２１５と通信するために、外部２５０オームループ抵抗器２１０を必要とする。これに比べて、ツール１００は、ループ２００Ａなどのリンク上の信号を読み取るのに十分な抵抗を提供する、内部抵抗ネットワークを含み、そのため、外部抵抗器２１０の使用を必要としないことがある。外部抵抗器２１０は、ループ２００Ａによって伝達される信号を読み取る（つまり、ＰＴＤ２０５が、検出した電圧を信号値として解釈する）のに必要な、ループ２００Ａ上の電圧をＰＴＤ２０５が検出することを可能にするのに十分なループ抵抗を提供する。この例では、ＰＴＤ２０５は、１Ｖ～５Ｖの範囲内の検出された電圧の特定値（例えば、１Ｖ＝０％、５Ｖ＝１００％）に基づいて、アナログ値（例えば、０％満杯～１００％満杯の間のタンク水位測定値）を解釈してもよい。例えば、ループ電流が２０ｍＡの場合には、ＰＴＤ２０５は５Ｖ（つまり、２０ｍＡ×２５０）を検出し、ループ電流が４ｍＡの場合には、ＰＴＤは１Ｖ（つまり、４ｍＡ×２５０）を検出する。さらに、ＰＴＤ２０５は、検出した電圧に基づいて、ＨＡＲＴ信号のデジタル構成要素を解釈してもよい。ＨＡＲＴ信号のデジタル構成要素は、通常、約１ｍＡピークトウピークだけ変動する。したがって、２５０オームの抵抗器２１０は、このデジタル構成要素に対応する、約２５０ｍＡ（１ｍＡ×２５０）の電圧をＰＴＤ２０５が検出することを可能にする。より小さな抵抗器を使用する場合には（または、抵抗器を使用しない場合には）、ループ２００Ａ上の信号方式に関連付けられた電圧は、受動型ＰＴＤによって検出不能なレベルにまで降下し得る。これに比べて、ツール１００は、２５０オーム未満の抵抗を有する内部抵抗ネットワークを利用して、ツール１００が、ＩＳエネルギー制限に準拠すると同時にＨＡＲＴループ２００ａ上の信号を読み取ることを可能にし得る。

図３は、フィールドバスセグメント３００を介してフィールドバス電源３１５によって給電されるフィールドバスフィールドデバイス３１０に通信可能に接続された従来のＰＴＤ３０５の概略図である。ＰＴＤ３０５は、フィールドデバイス３１０に電力を供給しないため、技術者にとって不便である点においてＰＴＤ２０５と同様である。つまり、技術者がフィールドデバイス３１０を点検する際、技術者は電源３１５または携帯型電源（図示せず）を利用して、フィールドデバイス３１５に給電する。これに比べて、ツール１００は、フィールドデバイス３１０が危険領域に配置された場合であっても、フィールドデバイス３１０などのフィールドデバイスに電力を供給可能である。

図４は、ツール１００のブロック図であり、能動型通信機４０４、及び能動型通信機４０４が物理的通信インタフェース４０６を介してフィールドデバイス１６０に給電し、これと通信可能となると共に、能動型通信機４０４によって送信または受信された信号の１
つ以上の電気的特定を測定可能となるよう、電気接続４１６及び４１７を介して能動型通信機４０４に電気的に接続された物理的通信インタフェース４０６をツール１００が含む、一例を示す。図示するように、通信インタフェース４０６は、筺体１２８を貫通して配置されて、インタフェース４０６の外部部分を筺体１２８の外側でアクセス可能として、通信リンク１５０及びフィールドデバイス１６０がインタフェース４０６に接続可能となるようにし得る。

能動型通信機４０４は、ツール１００がフィールドデバイス１６０と通信し、フィールドデバイス１６０を診断し、フィールドデバイス１６０に給電し、及び／または、フィールドデバイス１６０が接続された（図示せず）プラント環境内の通信リンクを診断することを可能にする。場合によっては、能動型通信機４０４は、複数の異なるタイプのフィールドデバイス（例えば、ＨＡＲＴフィールドデバイス及びフィールドバスフィールドデバイス）と通信してこれらを診断するよう構成され得、及び／またはＩＳ規格に準拠して、危険領域に配置されたフィールドデバイスと通信してこれらを診断し、これらに給電するのに使用可能となるよう構成され得る。能動型通信機４０４の１つ以上の電源は、電源を無効にするためのスイッチを含み得る。

能動型通信機４０４は、フィールドデバイス１６０に電力を供給するための電源、フィールドデバイス１６０と通信するための信号エンコーダ及びデコーダ（例えば、モデム）、及び／または能動型通信機４０４によって送信及び受信された信号の電気的特性を測定するためのエネルギー測定回路（例えば、電圧計及び／または電流計）を含み得る。能動型通信機４０４は、電子接続４１６及び４１７を介してフィールドデバイス１６０との間で通信信号を送信または受信し得る。能動型通信機４０４は、電流の大きさまたは周波数を変調させてアナログまたはデジタル値を表すことで通信信号をエンコードし、電力信号上に通信信号を重畳して、合成信号を生成し得る。

ツール１００は、通信バス４１４を介して能動型通信機４０４に通信可能に接続され、能動型通信機４０４を制御及び監視するよう構成された、制御ユニット４０２を含み得る。高次においては、制御ユニット４０２は、（ｉ）ＩＳ規格に従ってエネルギーが制限されたままとなるよう能動型通信機４０４を構成する、（ｉｉ）所望の通信プロトコル（例えば、ＨＡＲＴまたはフィールドバス）に従って通信するよう能動型通信機４０４を構成する、（ｉｉｉ）物理的通信インタフェース４０６においてなされた接続に応答して（例えば、ユーザが通信リンク１５０をＨＡＲＴ用端子のセットまたはフィールドバス用端子のセットに接続するか否かに基づいて）能動型通信機４０４を構成する、及び／または（ｉｖ）特定のフィールドデバイス構成またはフィールドデバイスタイプ（例えば、アクチュエータまたはトランスミッタ）に対して能動型通信機４０４を構成するために、能動型通信機４０４の構成要素を作動または停止し得る。一般的に、トランスミッタは、測定値を取得して（例えば、温度センサ、圧力センサ、流量センサ、水位センサ等を介して）、測定値を送信するよう構成されたフィールドデバイスである。フィールドデバイス構成またはタイプは、ユーザ入力に基づき、または、接続されたフィールドデバイスとの通信に基づいて判定され得る。

制御ユニット４０２は、プロセッサ４２２、１つ以上のルーチンを記憶するメモリ４２４、バス４１４を介してツール１００の他の構成要素に通信可能に結合されたＩ／Ｏインタフェース４２６を含み得る。メモリ４２４において記憶されたルーチンは、上記のように能動型通信機４０４の構成要素を作動及び停止するための回路マネジャルーチン４６２、及び能動型通信機４０４によって送信及び受信された信号を診断するための診断マネジャルーチン４６４を含み得る。

また、ツール１００は、ユーザインタフェースを提供するため、及び／またはＵＩ４１
０において受信されたユーザ入力（例えば、タッチ入力）を検出するための、バス４１４を介して制御ユニット４０２に通信可能に結合されたユーザインタフェース（「ＵＩ」）４１０を含み得る。制御ユニット４０２は、ＵＩ４１０においてユーザインタフェースを提供し、メモリ４２４において記憶されたＵＩマネジャ４６６を実行することで、ＵＩ４１０におけるユーザ入力を検出し得る。ＵＩ４１０は、制御ユニット４０２が映像出力を行う、図１Ａに図示されたディスプレイ１２２、及び、音声出力を提供するためのオーディオ機器４４４を含み得る。例えば、ＵＩ４１０は、フィールドデバイス１６０と通信するための通信プロトコルをユーザが選択することを可能にするグラフィックユーザインタフェースを提供して、フィールドデバイス１６０からツール１００に送信された情報を閲覧するため等の、フィールドデバイス１６０へ送信する命令を選択し得る。オーディオ機器４４４は、例えば、フィールドデバイス１６０によって送信された警報に応答して、音声警報または通知を生成し得る。

さらに、ツール１００は、インタフェース４０６に接続された通信リンク１５０に関連付けられた電流または電圧を測定するために、バス４１４を介して制御ユニット４０２に通信可能に結合された電力モニタ４０８（例えば、電流計）を含み得る。制御ユニット４０２の診断マネジャ４６４は、電力モニタ４０８を利用して、ツール１００によって送信及び／または受信された信号を測定して、信号が、特定のプロトコルに対して期待された範囲内の電気的特性を有するか否かを判定し得る。例えば、ユーザがツール１００を利用してＨＡＲＴバルブに５０％開くよう命令することを試みる場合、電力モニタ４０８を利用して、ＨＡＲＴバルブが適切に信号を解釈し得るレベルまたはそれに近いレベルの電流（例えば、１２ｍＡ）を、送信された信号が有することを確認し得る。ＵＩマネジャ４６４は、電力モニタ４０８によって取得された測定値を表示し得る。場合によっては、ツール１００は、電力モニタ４０８を含まない。しかし、ツール１００が電力モニタ４０８を含むか否かに関係なく、ツール１００は、能動型通信機４０４によって取得された電気的測定値を利用し得る。

また、ツール１００は、無線信号を送信及び／または受信するためにバス４１４を介して制御ユニット４０２に通信可能に結合され、ツール１００がプラント１０の他の構成要素と通信することを可能にする、無線通信インタフェース４１２を含み得る。無線インタフェース４１２は、例えば、Ｗｉ－Ｆｉ（例えば、８０２．１１プロトコル）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）（例えば、２．４～２．４８５ＧＨｚ）、近接通信（例えば、１３．５６ＭＨｚ）、高周波システム（例えば、９００ＭＨｚ、２．４ＧＨｚ、及び５．６ＧＨｚ通信システム）等の１つ以上の適切な無線プロトコルをサポートし得る。場合によっては、ツール１００は、無線通信インタフェース４１２を含まない。

図５Ａ～５Ｃは、それぞれが、異なる通信スキームに従って通信するよう構成された、図４に図示する能動型通信機４０４の一例である、能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のブロック図である。実施形態に応じて、能動型通信機５０１、５１１、及び５１２のそれぞれは、バス４１４を介して制御ユニット４０２に通信可能に結合され得、図４に図示する電気接続４１６及び４１７を介して通信インタフェース４０６に電気的に接続され得る。

図５Ａに図示する能動型通信機５０１は、デジタル周波数変調（「ＦＭ」）回路であり、それぞれが電気接続４１６及び４１７に直接的または間接的に、電気的に接続され得る、電源５０２及びＦＭモデム５０４を含み得る。電源５０２は、ＤＣ信号を介してインタフェース４０６に接続されたフィールドデバイス１６０に電力を提供し得る。ＦＭモデム５０４は、ＨＡＲＴプロトコルなどの周波数変調スキームを用いて、（インタフェース４０６を介して）フィールドデバイス１６０に情報を送信及び／またはこれから情報を受信し得る。例えば、情報を送信するために、ＦＭモデム５０４は、ＡＣ通信信号を、電源５
０２によって提供されたＤＣ信号上に重畳し得る。ＦＭモデム５０４は、ＡＣ通信信号の周波数を変調することで、デジタル通信信号をエンコードし得るが、第１の周波数（または周波数範囲）は、デジタル０を表し、第２の周波数（または周波数範囲）は、デジタル１を表す。例えば、ＦＭモデム５０４は、通信信号の周波数を１２００Ｈｚ（デジタル１を表す）及び２２００Ｈｚ（デジタル０を表す）で変調することによって、通信信号をエンコードし得る。情報を受信するために、ＦＭモデム５０４は、第１の周波数または周波数範囲をデジタル０と解釈し、第２の周波数または周波数範囲をデジタル１と解釈し得る。

図５Ｂに図示する能動型通信機５１１は、デジタル振幅（「ＡＭ」）回路であり、それぞれが、電気接続４１６及び４１７に直接的または間接的に、電気的に接続され得る、電源５１２及びＡＭモデム５１４を含み得る。電源５１２は、ＤＣ信号を介してインタフェース４０６に接続されたフィールドデバイス１６０に電力を提供し得る。ＡＭモデム５１４は、フィールドバスプロトコルなどの周波数振幅スキームを用いて、フィールドデバイス１６０に情報を送信及び／またはこれから情報を受信し得る。例えば、情報を送信するために、ＡＭモデム５１１は、ＡＣ通信信号を、電源５１２によって提供されたＤＣ信号上に重畳し得る。ＡＭモデム５１１は、ＡＣ通信信号の振幅を変調することで、デジタル通信信号をエンコードし得るが、第１の振幅（または振幅範囲）は、デジタル０を表し、第２の振幅（または振幅範囲）は、デジタル１を表す。例えば、第１の範囲は７．５ｍＡ～１０ｍＡであり得、第２の範囲は－７．５ｍＡ～－１０ｍＡであり得る。状況によっては、第１の振幅または振幅範囲から第２の振幅または振幅範囲への移行が、デジタル０を表し、第２の振幅から第１の振幅への移行が、デジタル１を表し得る。したがって、ＡＭモデム５１４は、通信信号の電流の大きさを制御して、第１と第２の範囲の間の移行を生じさせ、デジタル１と０を通信信号上にエンコードし得る。情報を受信するために、ＡＭモデム５１４は、第１の振幅、振幅範囲、及び／または振幅間の遷移（例えば、高から低への）をデジタル０と解釈し、第２の振幅、振幅範囲、及び／または振幅間の遷移（例えば、低から高への）をデジタル１と解釈し得る。

図５Ｃに戻って、能動型通信機５２１は、アナログ回路であり、それぞれが電気接続４１６及び４１７に直接的または間接的に、電気的に接続され得る、電源５２２、ＤＣ電流制御装置または電流シンク５２４、及び／またはＤＣ電流モニタ５２６を含み得る。能動型通信機５２１は、電流制御装置５２４に範囲内（例えば、４～２０ｍＡ）の特定の大きさにおいて電流を引き出させることによって、情報をエンコードし得る。能動型通信機５２１によってエンコードされる情報の例は、バルブを１００％開く（例えば、２０ｍＡ）、あるいは、０％（例えば、４ｍＡ）に開く命令を含む。エンコードされた信号を受信するフィールドデバイス１６０は、信号を受信して、特定の命令または値として電流の大きさを解釈するよう構成され得る。能動型通信機５２１は、電流モニタ５２６を介して、受信した信号の電流の大きさを測定することによって、フィールドデバイス１６０からの信号をさらにまたは代わりにデコードし得る。フィールドデバイス１６０によってエンコードされる情報（能動型通信機５２１及び／または制御ユニット４０２によってデコードされる）の例は、流量測定値を含む（例えば、対応する４～２０ｍＡ信号を送信することで、フィールドデバイス１６０が1分間に０～１００ガロンの範囲内の測定値を報告するよ
うキャリブレーションされる）。

いくつかのケースでは、ツール１００は、能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のうちの１つのみを含み得、別のケースでは、ツール１００は、能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のうちの２つ以上を含み得る。ツール１００が能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のうちの複数個を含む場合、ツール１００は、異なるプロトコルに従って動作する複数のフィールドデバイス（例えば、ＨＡＲＴフィールドデバイス及びフィールドバスフィールドデバイス）と通信及び／またはこられを診断可能であり得る。有利なこ
とに、複数のタイプのフィールドデバイスをテストするために、ユーザは単一のツールをプラント内に携行して、異なるタイプのフィールドデバイスそれぞれに対して異なるツールを携行するという手間を省き得る。

ツール１００が能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のうちの複数個を含む場合、インタフェース４０６は、能動型通信機５０１、５１１、及び５２１のそれぞれに対する端子のセットを含み得る。場合によっては、能動型通信機５０１及び５２１は、電源及び／または端子のセットを共有し得る。このような場合、能動型通信機５０１及び５２１は、電流の振幅及び周波数の両方を変調された単一の合成信号を利用して情報を伝達し得る。例えば、能動型通信機５２１は、ＤＣ信号の振幅を４～２０ｍＡの間で変動または測定することで、情報を送信及び／または受信し得る。能動型通信機５０１は、その後、ＡＣ通信信号（例えば、１ｍＡピークトウピーク）を変調されたＤＣ信号上に重畳し得る。

図６は、（ｉ）ＤＣ信号（例えば、４ｍＡ）によってフィールドデバイス１６０に電力を供給する、（ｉｉ）ＤＣ電力信号上位のバイアスされた電流変調信号（例えば、４～２０ｍＡにおいて）によってフィールドデバイス１６０と通信する、及び（ｉｉｉ）アナログ電流変調信号上に重畳されたデジタルＦＭ信号によってフィールドデバイス１６０と通信するために、通信インタフェース４０６を介して図１Ａに図示されたフィールドデバイス１６０に電気的に接続され得るツール１００に対する、能動型通信機６００の概略図（図４に図示する能動型通信機４０４の一例となり得る）である。有利なことに、能動型通信機６００は、ＨＡＲＴフィールドデバイスと通信及び／またはこれを診断するのに利用され得る。場合によっては、能動型通信機６００は、ＩＳ規格にしたがってエネルギーが制限され、耐障害的であり得、能動型通信機６００とツール１００が、危険領域に位置するフィールドデバイスと通信リンクを給電、通信、及び／または診断することを可能にし得る。

記載したように、能動型通信機６００は、２つの同時通信チャネルである、電流変調アナログ信号及びアナログ信号上に重畳された周波数変調デジタル信号を利用して、フィールドデバイス１６０と通信し得る。一般的に、アナログ信号は、フィールドデバイス１６０がトランスミッタである場合に一次測定値（例えば、流量、圧力、温度等）を通信し、フィールドデバイス１６０がアクチュエータである場合に、命令（例えば、バルブを開閉するための）を通信する。デジタル信号は、デバイス状態、診断、追加の測定または計算値等を含むフィールドデバイス１６０からの情報を含有し得る。

能動型通信機６００は、それぞれが通信バス（図示せず）を介して制御ユニット４０２に通信可能に接続され得る、電源６０２、抵抗器６０４、及び通信回路６０９のうちの１つ以上を含み得る。通信回路６０９は、ツール１００によって送信及び／または受信された信号の電気的特性を測定する、エネルギー測定回路（例えば、電圧モニタ６１１及び６１６）を含み得る。診断マネジャ６６２は、電気的特性を分析して、信号が所与のプロトコル（例えば、４～２０、ＨＡＲＴ、フィールドバス等）に対する期待された範囲内にあること、またはＩＳ規格のためのものであることを検証し得る。電源６０２は、能動型通信機６００によって提供された電力信号を供給し得、通信回路６０９は、能動型通信機６００によって送信及び／または受信された通信信号をエンコード及びデコードし得る。

任意の所望の電圧（例えば、２０Ｖ～２９Ｖの間の任意の値）を供給するよう設計され得る電源６０２は、制御ユニット４０２に通信可能に結合され得る。場合によっては、電源６０２は、（ｉ）最大電圧閾値（例えば、２３Ｖ～３０Ｖの間の任意の所望の値）、または（ｉｉ）最大電流閾値（例えば、２０ｍＡ～３５ｍＡの間の任意の所望の値）を上回ることがないよう設計され得る。場合によっては、電源６０２は、１つ以上の障害を経験している場合でも電圧が制限され、及び／または電流が制限されるよう設計され得、及び
／または急速な始動または緩やかな始動を行うよう設計され、その間にわたって所望の電圧まで到達し、それによって電流スパイクの可能性を緩和し得る。場合によっては、電源６０２によって提供された電力信号の電流及び／または電圧は、測定電圧または電流が最大閾値を上回る、または最小閾値を上回らない場合に、制御ユニット４０２が電源６０２をを停止することができるように、電源６０２によって提供された電力信号の電流及び／または電圧は、測定され得る。最大閾値を上回る測定電圧は、ツール１００が接続されたフィールドデバイスに誰かが外部電源を追加し、これによってループがＩＳ規格に違反する、及び／またはツール１００の構成要素またはループに接続された他のデバイスの構成要素を損傷し得ることを示し得る。最小閾値を超えない測定電圧は、回路がショートしたこと、または電源６０２の容量を超えたことを示し得る。最大閾値を上回る測定電圧は、回路がショートしたこと、または電源６０２がその最大負荷で制限されていることを示し得る。最小閾値を超えない測定電流は、ツール１００に接続されたフィールドデバイスがないことを示し得る。

電源６０２は、任意の所望の抵抗（例えば、２００～３００オーム）を有し得る抵抗器６０４を介して、通信インタフェース４０６に電気的に接続され得る。抵抗器６０４は、通信インタフェース４０６における電圧降下が閾値を下回ったままとなることを保証するのに十分な電圧降下を誘導するよう機能し得る。例えば、電源６０２が２５ｍＡの電流を供給している場合、抵抗器６０４は、６．２５Ｖ（つまり、０．２５Ａ×２５０オーム）の電圧降下を誘導し得る。例えば、電源６０２が２３Ｖの電源である場合には、最大電位出力電圧が１６．７５Ｖとなり得る。図示するように、能動型通信機６００は、抵抗器６０４の両端の電圧降下を測定して、測定した電圧降下を制御ユニット４０２に送信する、電圧モニタ６０５も含む。電圧モニタ６０５は、電源６０２に対する電流モニタとして機能し得る。例えば、電圧モニタ６０５に通信可能に結合し得る制御ユニット６０４は、測定した電圧降下を利用して抵抗器６０４を流れる電流を計算し得る。場合によっては、能動型通信機６００は、電源６０２と抵抗器６０４の間に置かれた電流計を含み得る。

記載したように、能動型通信機６００は、（ｉ）アナログＤＣ信号の電流の大きさを制御することによって信号を送信するための、ＤＣ電流制御装置６１０（図５のＤＣ電流制御装置５２４など）、（ｉｉ）ＤＣ電流制御装置６１０によって送信された電流を計算するために、制御ユニット４０２及び診断マネジャ６６２によって利用される、抵抗器６１３の両端の電圧降下を測定するための、抵抗器６１３及び電圧モニタ６１１、（ｉｉｉ）アナログＤＣ信号を受信及び解釈するための抵抗ネットワーク６１８、及び（ｉｖ）デジタルＦＭ信号をエンコードまたはデコードすることによって通信するための、ＦＭモデム６１２（図５のＦＭモデム５０４など）を含み得る、通信回路６０９を含み得る。通信回路６０９の１つ以上の構成要素は、所望により、切り離され得る。一般的に、ＤＣ電流制御装置６１０は、ＤＣ信号（例えば、４～２０）を送信するのに用いられ、抵抗ネットワーク６１８は、ＤＣ信号（例えば、４～２０）を受信するのに用いられ、ＦＭモデム６１２は、デジタル信号（例えば、４～２０信号上に重畳されたＨＡＲＴ信号のデジタル構成要素）を送信及び受信するのに用いられる。したがって、アクチュエータに接続される場合、制御ユニット４０２の回路マネジャ６６１は、ＤＣ電流制御装置６１０を作動させて、抵抗ネットワーク６１８を停止させ得る。トランスミッタに接続される場合、回路マネジャ６６２は、抵抗ネットワーク６１８を作動させて、ＤＣ電流制御装置６１０を停止させ得る。一般的に、アクチュエータとトランスミッタの両方に接続される場合に、ＦＭモデム６１２は、使用可能となる。

ＤＣ電流制御装置６１０は、能動型通信機６００がアクチュエータに接続された場合にＤＣ電流（例えば、４～２０ｍＡ）を引き込むよう構成され得、制御ユニット４０２によって（例えば、ＵＩ４１０において提供されたユーザ入力に応答して）制御され得る。例えば、ユーザは、バルブを７５％開く命令を開始し得る。この検出した入力に基づいて、
制御ユニット４０２は、ＤＣ電流制御装置６１０に、７５％開（例えば、１６ｍＡ）にバルブを開く命令に対応して電流を引き出させ得る。ＤＣ電流制御装置６１０は、ユーザが指定した値に応じて、急激に電流レベルを調整するか、または徐々に電流レベルに到達し得る。能動型通信機６００がトランスミッタに接続される場合、ＤＣ電流制御装置６１０は通信回路６０９から（図示しないスイッチを介して）切り離されて、トランスミッタのＤＣ電流変調への干渉を回避するようにし得る。

抵抗ネットワーク６１８は、任意の所望の抵抗（例えば、１００オーム～１０００オームの間の任意の所望の値）を有し得、また、調整可能であり得る（例えば、制御ユニット４０２によって）。場合によっては、抵抗ネットワーク６１８は、１６７オームの抵抗を有する。電圧モニタ６１６は、抵抗ネットワーク６１８の両端の電圧降下を測定し得、抵抗ネットワーク６１８を流れる電流を測定するのに利用され得る。一例として、ＨＡＲＴ実装において、電圧モニタ６１６は、３．３４Ｖ（２０ｍＡ×１６７オーム）と０．６６８Ｖ（４ｍＡ×１６７オーム）の間の電圧を測定し得る。通常１ｍＡピークトウピークにおいて変調されるＨＡＲＴ信号のデジタル構成要素は、抵抗ネットワーク６１８の両端の、０．１６７Ｖ（１ｍＡ×１６７オーム）ピークトウピーク電圧として検出され得る。重要なことは、この電圧は、ＨＡＲＴ信号のデジタル構成要素を読み取るのに通常必要とされる、０．１２Ｖの最小電圧閾値を上回っていることである。抵抗ネットワーク６１８については、図７を参照してさらに詳述する。

ＦＭモデム６１２は、ＦＭモデム５０４と同様、ＨＡＲＴプロトコルなどの周波数変調スキームを用いて情報を送信、及び／または情報を受信し得る。コンデンサ６１４は、ＤＣ電流をフィルタ処理する。

通信回路６０９はさらに、ＦＭモデム６１２が信号のＡＣ構成要素を受信かつ送信可能となるようＤＣ電流をフィルタ処理するための、ＦＭモデム６１２と直列のコンデンサ６１４、及び、制御ユニット４０２に通信可能に結合されて、抵抗ネットワーク６１８の両端の電圧降下を測定するよう構成される、電圧モニタ６１６を含み得る。制御ユニット４０２は、抵抗ネットワーク６１８の抵抗が分かると、測定した電圧に基づいて、抵抗ネットワーク６１８における電流フローを計算し得る。

記載したように、通信回路６０９は、通信インタフェース４０６に電気的に接続されて、通信信号を送受信し得る。さらに、電源６０２が、通信インタフェース４０６に電気的に接続されて、通信インタフェース４０６を介してフィールドデバイス１６０に電力信号を供給し得る。通信インタフェース４０６は、１つ以上のフィールドデバイス、及び／またはヒューズ６４１及び６４２に接続して能動型通信機６００を流れる電流を制限する、端子６３１～６３６を含み得る。一般的に、フィールドデバイス１６０は、ＤＣ電流を変調する（例えば、４～２０ｍＡ）ことによって測定値を報告するよう構成されたトランスミッタ、または、受信したＤＣ電流の大きさ（例えば、４～２０ｍＡ）に応答して、特定の方式で駆動するよう構成されたアクチュエータであり得る。

通信インタフェース４０６は、抵抗器６５１及び電圧モニタ６５２を含み得る、図４に図示する電力モニタ４０８に電気的に接続され得る。抵抗器６５１は、著しい電圧降下を回避するのに十分な低い抵抗を有し得る。場合によっては、抵抗器６５１は、抵抗器６５１における電圧降下を最小化するよう選択され得る、０～１０オームの間の抵抗（例えば、２．４３オーム）を有する。電圧モニタ６５２は、抵抗器６５１の両端の電圧降下を測定し、測定した電圧を制御ユニット４０２に送信し得る。制御ユニット４０２は、抵抗器６５１の抵抗が分かると、抵抗器６５１における電流フローを計算し得る。場合によっては、端子６３５と電力モニタ４０８の間に、ヒューズがおかれ得る。

動作において、能動型通信機６００は、「ツール電力モード」（つまり、能動型通信機６００が、接続されたフィールドデバイス１６０に電力を供給する場合）において、及び、「ループ電力モード」（つまり、接続されたフィールドデバイス１６０が、電力として、能動型通信機６００の代わりに例えば携帯型外部電源を利用する場合）において動作するよう構成され得る。通信インタフェース４０６は、ツール電力モード用の第１の端子のセット（例えば、端子６３１及び６３２）、及びループ電力モード用の第２の端子のセット（例えば、端子６３３及び６３４）を含み得る。さらに、能動型通信機６００は、「トランスミッタ接続モード」及び「アクチュエータ接続モード」で動作するよう構成され得る。したがって、通信インタフェース４０６は、４つの異なる構成またはタイプの接続である、（ｉ）能動型通信機６００がトランスミッタに電力を供給する、ツール電力トランスミッタ接続、（ｉｉ）能動型通信機６００が給電されたフィールドデバイスに接続する（いくつかのシナリオでは、ループ給電トランスミッタが接続されたループが、ループ抵抗器を含んで通信を可能としており、別のシナリオでは、ループはループ抵抗器を含まない。ループ抵抗器が存在しない場合には、ツール１００は抵抗ネットワーク６１８を作動または調整して、通信のための十分なループ抵抗を提供する）、ループ電力トランスミッタ接続、（ｉｉｉ）能動型通信機６００がアクチュエータに電力を供給する、ツール電力アクチュエータ接続、及び（ｉｖ）能動型通信機６００が給電されたアクチュエータに接続する（いくつかのシナリオでは、ループ給電アクチュエータは、ＤＣ電流制御装置を含み、別のシナリオでは、含まない）、ループ電力アクチュエータ接続、を促進するよう構成され得る。

ツール電力トランスミッタ接続に関して、能動型通信機６００は、「ツール電力」モード及び／または「トランスミッタ接続」モードを作動させ得る。能動型通信機６００は、ユーザ入力に応答して（例えば、図１Ａに図示する画面１２２を介して、及び／またはボタン１３２を介して）これらのモードの１つまたは両方を作動させ得る。場合によっては、能動型通信機６００は、端子６３１及び６３２がフィールドデバイス１６０に接続されたとの検出に応答して、「ツール電力」モードを作動させ得る。別のケースでは、能動型通信機６００は、代わりに、ユーザからの入力に基づいて、「ツール電力」モードを作動させ得る。所望により、能動型通信機６００は、「ツール電力モード」を作動させる前に、１つ以上の電力または通信チェック、あるいは検証を行い得る。場合によっては、能動型通信機６００は、接続されたフィールドデバイスがトランスミッタであるとの検出に応答して、「トランスミッタ接続」モードを作動させ得る。別の例では、代わりに、ユーザからの入力に基づいて、能動型通信機６００は「トランスミッタ接続」モードを作動させ得る。さらに、能動型通信機６００は、電力がフィールドデバイス１６０が期待した通り動作している（例えば、トランスミッタまたはアクチュエータに対して期待した通り動作する）と検証できた後で、電力検証を実施することができる。また、能動型通信機６００は、フィールドデバイス１６０が接続され、電源制限を上回っておらず、及び／または予期せずショートした回路がないことを確認し得る。

ツール電力トランスミッタ接続に関して、ユーザは、トランスミッタを端子６３１及び６３２に接続し得る。トランスミッタに接続されると、能動型通信機６００はＤＣ電流を変調して命令を送信していないため、スイッチ（図示せず）を介してネットワークから電流制御装置６１０を切り離すことができる。トランスミッタが接続された後、電源６０２は、電力を開始し得る。電流スパイクを回避するために、電力はゆっくりと開始され得る。電流は、電源６０２から、抵抗器６０４及び端子６３１を通ってトランスミッタに流れ得る。トランスミッタは、特定のレベルの基線電流を電力として引き出すことができる（例えば、４ｍＡまで）。トランスミッタはその後、その構成に基づいて、及び、トランスミッタが行った測定値（例えば、測定した流量、圧力、タンク水位等）に基づいて、追加の電流を引き出し得る。一例として、トランスミッタによって引き出された４ｍＡの電流は、トランスミッタの構成された測定値範囲（例えば、０ｇｐｍ）に対する実ゼロを表し
得、トランスミッタにより引き出された２０ｍＡの電流は、構成された測定値範囲（例えば、１００ｇｐｍ）の上端の測定値を表すことができる。４～２０ｍＡの間で引き出された電流は、構成された測定値範囲内の比例測定値を表し得る（例えば、１２ｍＡ＝５０ｇｐｍ）。場合によっては、ツール１００は、２２．５ｍＡ以上の電流が検出されたときに高警報を生成し、及び／または３．７５ｍＡ以下の電流が検出されたときに低警報を生成する。

電流は、端子６３１からトランスミッタに流れて、スイッチ６４１を介して端子６３２に戻り得る。受信した電流は、回路６０９に流れ得る。記載したように、コンデンサ６１４は、ＤＣ電流をフィルタ処理し、ＤＣ電流制御装置６１０は、能動型通信機６００がトランスミッタに接続されたときに切り離すことができる。したがって、受信した信号のＤＣ構成要素は、抵抗ネットワーク６１８を流れ、電圧モニタ６１６は抵抗ネットワーク６１８の両端の電圧降下を測定して、制御ユニット４０２が受信したＤＣ電流の大きさを判定可能となるようにし得る。制御ユニット４０２は、判定した大きさに基づいて、変数値（例えば、流量）を判定し得る。

コンデンサ６１４はＡＣ電流を通過させるため、信号のＡＣ構成要素は、ＦＭモデム６１２に流れ得る。ＦＭモデム６１２は、その後、受信したＡＣ構成要素によって伝達されたデジタル信号を、ＦＭモデム５０４に関して説明したのと類似の方式で、デコードし得る。さらに、ＦＭモデム６１２はまた、ＦＭモデム５０４に関して説明したのと類似の方式で、デジタル信号（ＤＣ信号に重畳された）をエンコードすることでトランスミッタに情報を送信し得る。

ループ電力トランスミッタ接続に関して、ユーザは、給電されたトランスミッタを端子６３３及び６３４に接続し得る。能動型通信機６００は、ユーザ入力（例えば、図１Ａに図示する画面１２２を介して、及び／またはボタン１３２を介して）に応答して、「ループ電力モード」及び／または「トランスミッタ接続モード」のうちの１つまたは両方を作動させ得る。場合によっては、能動型通信機６００は、端子６３３及び６３４がフィールドデバイスに（例えば、リンク１５０を介して）接続されたとの検出に応答して、「ループ電力」モードを作動させる。別のケースでは、能動型通信機６００は、代わりに、ユーザからの入力に基づいて「ループ電力」モードを作動させる。能動型通信機６００は、通信インタフェース４０６の他のいずれの端子にも電圧が存在しないことを確認した後に、「ループ電力」モードを作動させ得る。

ツール１００は、端子６３４に電気的に接続され、特定の閾値に電流を制限するよう構成される、ヒューズ６４２を含み得る。場合によっては、ヒューズ６４２は含まれない。場合によっては、ヒューズ６４２は、端子６３４と接地の間に置かれる。ツール電力トランスミッタ接続に関して説明したのと同一の方式で、回路６０９は受信した信号（例えば、４～２０ｍＡ）のＤＣ構成要素をデコードして、信号のＡＣ構成要素を変調及び復調して（例えば、重畳された周波数変調１ｍＡピークトウピーク信号）、情報をトランスミッタに送信し、これから情報を受信し得る。

ツール電力アクチュエータ接続に関して、ユーザは、アクチュエータを端子６３１及び６３２に接続し得る。能動型通信機６００は、ユーザ入力（例えば、図１Ａに図示する画面１２２を介して、及び／またはボタン１３２を介して）に応答して、「ツール電力モード」及び／または「アクチュエータ接続モード」のうちの１つまたは両方を作動させる。電源６０２は、ツール電力トランスミッタ接続に関して説明したのと類似の方式で、アクチュエータに電力を供給し得る。

本動作モードで、スイッチ（図示せず）は、ＤＣ電流制御装置６１０が回路６０９から
切り離された場合に、ＤＣ電流制御装置を作動させ得る。ＤＣ電流制御装置６１０は、電源６０２によって供給され、端子６３１を通ってアクチュエータに流れ、その後、端子６３２を通ってＤＣ電流制御装置６１０に戻り得る、ＤＣ電流（例えば、４～２０ｍＡ）を引き出し得る。電流の大きさは、アクチュエータに対する命令として機能する。電流抵抗ネットワーク６１８及び電圧モニタ６１６は、ＤＣ電流制御装置６１０がアクティブな場合にスイッチ（図示せず）を介して制御ユニット４０２によって回路６０９から切り離され得るが、これは、本モードにおいては回路６０９が変調されたＤＣ電流を解釈していないからである。

コンデンサ６１４はＡＣ電流を通過させるため、受信した信号のＡＣ構成要素は、ＦＭモデム６１２に流れ得る。ＦＭモデム６１２は、その後、受信したＡＣ構成要素によって伝達されたデジタル信号を、ＦＭモデム５０４に関して説明したのと類似の方式で、デコードし得、ＦＭモデム６１２は、デジタル信号（ＤＣ信号に重畳した）をＦＭモデム５０４に関して説明したのと類似の方式でエンコードすることで、情報をアクチュエータに送信し得る。

ループ電力アクチュエータ接続に関して、ユーザは、給電されたアクチェーターを端子６３３及び６３４に接続し得、能動型通信機６００は、ユーザ入力（例えば、図１Ａに図示する画面１２２及び／またはボタン１３２を介して「ループ電力モード」及び／または「アクチュエータ接続モード」のうちの１つまたは両方を作動させ得る。ツール電力トランスミッタ接続に関して説明したのと同一の方法で、回路６０９は、信号（例えば４～２０ｍＡ）のＤＣ構成要素を変調して、アクチュエータに命令を送信し、信号（例えば、重畳された周波数変調１ｍＡピークトウピークの信号）のＡＣ構成要素を変調及び復調して、アクチュエータに情報を送信し、これから情報を受信し得る。

制御ユニット４０２は、能動型通信機６００を管理するための回路管理マネジャルーチン６６１、及び／または能動型通信機６００によって送信及び／または受信された信号を分析するための診断マネジャルーチン６６２を含み得る。診断マネジャ６６２は、電圧モニタ６０５、６１１、及び／または６１６から取得した測定値に基づいて、信号を分析し得る。場合によっては、能動型通信機６００は、１つ以上の端子６３１～６３４の間の（例えば、端子６３１と６３２の間、または、端子６３３と６３４の間）電圧降下を測定する、１つ以上の電圧モニタを含む。（ｉ）外部ループ抵抗器と並列の抵抗ネットワーク６１８が作動することから保護する、及び／または（ｉｉ）抵抗ネットワーク６１８を作動するための多段階プロセスを管理するために、ネットワーク６１８の１つ以上の抵抗器を回路マネジャ６６１が作動させる（つまり、切り替える）のに先立って、診断マネジャ６６２は、これらの電圧降下の１つ以上を分析し得る。

まず、回路マネジャ６６１は、ループ電流の乱れ、及び／または不十分なループ抵抗による通信ロスにつながり得る、外部から給電されたループ上の、外部ループ抵抗器と並列の抵抗器ネットワーク６１８を有効とすることからユーザを保護し得る。つまり、外部ループ抵抗器と並列に接続したまま、抵抗ネットワーク６１８を作動させることは、ループ総抵抗を、デジタル通信を検出及び解釈するには低すぎる値にまで降下させ得る。例示すると、場合によっては、抵抗ネットワーク６１８は、２５０オームの抵抗を有し得る。一般的な外部ループ抵抗器は、２５０オームの抵抗を有する。したがって、抵抗ネットワーク６１８が外部ループ抵抗器と並列で作動すると、ループの総抵抗は１２５オームまで降下し、これは、デジタル通信に関連付けられた読み取り可能な電圧降下を誘導するには不十分な抵抗となることがある。例えば、一般的には１ｍＡピークトウピークで変調するＨＡＲＴデジタル通信は、通常、少なくとも１２０ｍＶｐ－ｐの電圧降下を必要とする。したがって、ループの総抵抗が１２５オームである場合、ＨＡＲＴデジタル信号が読み取り不能となるまでの誤差は僅かである。ツール１００が抵抗ネットワーク６１８を外部ルー
プ抵抗器と並列で作動させるのを防止するために、制御ユニット４０２は、ＦＭモデム６１２に、接続時にデジタル通信を試みさせ得る。デジタル通信が成功しない場合には、制御ユニット４０２は、抵抗ネットワーク６１８を作動させるようユーザを促し得る（例えば、図１及び４に図示するディスプレイ１２２を介して）。場合によっては、ツール１００は、１つ以上の質問及び／または命令によってユーザにツール１００をフィールドデバイスと直列に接続させるようユーザを促すことによって、抵抗ネットワーク６１８がループ抵抗器と並列で作動するのを防止し得る。

次に、測定した電圧を用いて抵抗ネットワーク６１８を作動させるための多段階プロセスを管理し、これによってツール１００が電圧及び／または電流閾値を上回る（そうでなければ、例えば、ヒューズ６４２を飛ばす）ことを回避するのを助け得る。例えば、診断マネジャ６６２は、電圧モニタ６０５から、または、端子６３１と６３２の間の電圧モニタ（図示せず）から電圧測定値を取得し得る。診断マネジャ６６２が電源６０２用または外部電源用の電源電圧が電圧閾値（例えば、２４Ｖ）を上回ると判定する場合、回路マネジャ６６１は抵抗ネットワーク６１８が作動するのを防止し得る。このようなシナリオにおける抵抗ネットワーク６１８の作動は、抵抗ネットワーク６１８において過剰な電流（例えば、５０ｍＡを上回る）が流れることとなり、ヒューズ６４２を飛ばす可能性がある。測定した電源電圧が電圧閾値を下回る場合、回路マネジャ６６１は抵抗ネットワーク６１８を５００オームの抵抗で作動させ得る。その後、診断マネジャ６６２は、電流フローを測定し（例えば、電圧モニタ６１６からの測定値に基づいて）、また、測定した電流が閾値（例えば、２２．５ｍＡ）を下回る場合、回路マネジャ６６１は、抵抗ネットワーク６１８を、所望に応じて、２５０オームまたは１６７オームに調整し得る。測定した電流が閾値を下回るという事実は、一般的に、接続されたフィールドデバイスが電流を管理していることを示す。

回路マネジャ６６１は、端子６３１と６３２の間の電圧減衰（例えば、５０～１００ミリ秒ごとに０．０１～０．１Ｖの降下）を検出し得る。回路マネジャは、１００ミリ秒～１秒の期間に２～１０の測定値を取り得る。電圧減衰の検出に応答して、回路マネジャ６６１は、電圧がゼロに減衰するまで待つことなく、すぐに、電源６０２を作動させる選択肢をユーザに付与し得る。

回路マネジャ６６１は、電源６０２が切られて、ネットワーク６１８の抵抗を上昇させ、アクティブコミュニケータ６００に接続されたフィールドデバイスからの電圧を徐々に下げる場合に、ネットワーク６１８における１つ以上の抵抗器を作動及び／または切り離すことができる。電圧を徐々に下げていくと、電源６０２が再作動可能となるまでに必要な待ち時間を低減し得る。

回路マネジャ６６１は、ネットワーク６１８に近接して配置された温度センサ（図示せず）を利用して温度変化に起因する抵抗の変化を補い、回路マネジャ６６１が電圧モニタ６１６からの測定値に基づいて電流フローをより正確に計算することを可能にし得る。

回路マネジャ６６１は、ＤＣ電流制御装置６１０に、電流を段階的に変化させ得る。例えば、回路マネジャ６６１は、特定秒数の間（例えば、１、２、３、４．．．、６０秒等）における電流の変化を指定するユーザ入力に応答して段階的電圧変化を実施し得る。

診断マネジャ６６２は、ループテスト、デバイスシミュレーション、レコーダキャリブレーション、バルブストローク、ＤＣＳ出力確認、ＤＣＳ入力確認、ゼロトリムキャリブレーション、またはケーブル損傷を分離するためのチェック、のうちの１つ以上を行い得る。

ループテストに関して、ユーザは、フィールドデバイスを、（ｉ）端子のセット６３１及び６３２、または端子のセット６３３及び６３４、及び（ｉｉ）電源モニタ４０８に接続し得る。診断マネジャ６６２は、ＦＭモデム６１２に、通信信号をフィールドデバイスに送信させ、フィールドデバイスに、種々のレベルで（例えば、４ｍＡ、１２ｍＡ、２０ｍＡ）電流を引き出すよう命令する。応答して、電力モニタ４０８は、フィールドデバイスによって送信された電流を測定する。診断マネジャ６６２は、ツール１００に、要求された電流レベル及び送信された電流レベルを表示させ、トランスミッタが適切に命令に応答しているか否かをユーザが判定可能にし得る。

デバイスシミュレーションに関して、ユーザは、フィールドデバイスの代わりに、通信リンクにツール１００を配線し得る（例えば、能動型通信機６００の端子６３１及び６３２を介して）。診断マネジャ６６２は、ＤＣ電流制御装置６１０に、いくつかのレベルでＤＣ電流を送信させ得る（例えば、ユーザ入力に応答して）。ユーザ、または第２のユーザは、その後、接続された制御装置が適切な値を受信したことを確認し得る。

レコーダキャリブレーションに関して、ユーザは、ツール１００をアナログレコーダに配線して、ツール１００にＤＣ電流制御装置６１０を介して予め選択された電流の値をレコーダに送信させ得る。その後ユーザは、音声レコーダが予め選択された値を受信したことを確認し得る。

バルブストロークに関して、ユーザは、ツール１００をバルブに配線し得る。診断マネジャ６６２は、４ｍＡ信号をバルブに送信し得、ユーザは、全閉停止をバルブ上で設定し得る（例えば、それによってバルブをキャリブレーションし、全閉位置が４ｍＡ信号に対応するようにする）。診断マネジャ６６２は、２０ｍＡ信号をバルブに送信し得（例えば、ユーザ入力に応答して）、ユーザはバルブ上に全開停止を設定し得る（例えば、それによってバルブをキャリブレーションし、全開停止位置が２０ｍＡの信号に対応するようにする）。診断マネジャ６６２はその後、ＤＣ電流制御装置６１０でステップテストを行い（例えば、ユーザ入力に応答して）、４ｍＡ～２０ｍＡの間のいくつかのレベルで電流を送信し、バルブが４～２０ｍＡ信号に適切にキャリブレーションされていることを確認し得る。

ＤＣＳ出力をチェックするために、ユーザは、ツール１００を、通常はフィールドデバイス（例えば、アクチュエータ）に接続され、フィールドデバイスを制御するために４～２０ｍＡ信号をフィールドデバイスに送信するよう構成されたＩ／Ｏカードに配線し得る。ユーザは、第２のユーザと連係して（例えば、無線を介して）、いくつかの命令を切断されたフィールドデバイスに（例えば、バルブを開閉するために）送信させ得る。診断マネジャ６６２は、受信した信号を読み取り、電流測定値を表示して、フィールドデバイスの制御を試みる場合にＩ／Ｏカードが適切な信号を送信していることをユーザが確認することを可能にし得る。ツール１００は、ＤＣＳ出力チェックのために、電力モニタ４０８（及び端子６３５と６３６）または電圧モニタ６１６（及び端子６３１と６３２）のいずれかを利用し得る。

ＤＣＳ入力をチェックするために、ユーザは、ツール１００を、通常はフィールドデバイス（例えば、トランミッタ）に接続され、かつ測定値を表す４～２０ｍＡ信号をフィールドデバイスから受信するよう構成されたＩ／Ｏカードに配線し得る。ユーザは、ツール１００に、信号を送信させ（例えば、ＤＣ電流制御装置６１０を介して）、第２のユーザと連係して、Ｉ／Ｏカードに接続された制御装置が適切な値を受信していることを確認し得る。

ゼロトリムキャリブレーションを行うために、ツール１００は、ＤＣＳ入力チェックに
対して実施されるのと類似の手順を実施し得る。例えば、ユーザは、ツール１００をフィールドデバイスに接続して、フィールドデバイスに、いくつかのレベルにおいてフィールドデバイスに電流を出力させる、「デバイス方法」を行わせることができる。ツール１００は、フィールドデバイスからの電流を測定して表示する。ユーザはその後、フィールドデバイスにおいて表示された電流を入力して、フィールドデバイスが、送信を試みた、及び実際に送信されたものに基づいて、フィールドデバイス自体をキャリブレーション可能となるようにする。ツール１００は、電源６０２を作動させてフィールドデバイス及び抵抗ネットワーク６１８に給電してフィールドデバイスからの電流を測定し、抵抗ネットワーク６１８の両端の電流を測定し得る。

損傷したケーブルを分離するために、ユーザは、ツール１００を利用して、フィールドデバイス端子において、電源端子において等、ケーブルに対する様々な場所において電圧測定を行い得る。大きな電圧降下は、損傷を示す。

図７は、複数の抵抗器を備え、ネットワーク６１８の全体抵抗に著しい影響を及ぼすことなく、ネットワーク６１８内の１つ以上の抵抗器の故障に耐えるよう構成された、図６に図示する抵抗ネットワーク６１８の概略図である。複数の抵抗器を利用することで、抵抗ネットワーク６１８は、抵抗器故障による抵抗の急激な増減を回避して、それによって回路における電圧降下の劇的な増減を回避し得る。例えば、抵抗ネットワーク６１８が故障及びショートした単一の抵抗器である場合には、端子６３１と６３２の間の電圧降下が増大することとなり得る。端子６３１と６３２におけるこのような電圧降下の増大は、ＩＳ規格を上回り、爆発性雰囲気を点火するという危険を冒し得る。さらに、個々の抵抗器がネットワーク６１８に入る電流の一部のみを受信する複数の抵抗器を利用することで、抵抗器が過熱され、ＩＳ規格を上回ることを防止し得る。

抵抗ネットワーク６１８は、それぞれがスイッチ７０６及び７０８によってそれぞれ抵抗ネットワーク６１８から切り離され得る、並列に配置された抵抗ネットワーク７０２と抵抗ネットワーク７０４を含み得る。場合によっては、抵抗ネットワーク６１８全体が、回路６０９から切り離され得る（例えば、電源投入の間、またはツール６００がアクチュエータと通信するとき）。抵抗ネットワーク６１８は、例えば、１００～３００オームの範囲内の任意の所望の抵抗（例えば、１６７オーム）を有し得る。

抵抗ネットワーク７０２は、並列に配置され、２００～３００オームの間の総抵抗（例えば、２５０オーム）を有し得る、抵抗器７１２～７１４を含み得る。例えば、抵抗器７１２～７１４のそれぞれが、７５０オームの抵抗を有して、ネットワーク７０２の総抵抗を２５０オームとし得る。抵抗ネットワーク７０２が複数の抵抗器の任意の他の組み合わせ（直列及び／または並列に配置された抵抗器の組み合わせ及び／または部分的組み合わせを含む）を有することで、ネットワーク７０２の総抵抗が２００～３００オームの間となり得ることに留意されたい。所望により、抵抗ネットワーク７０２は、２００～３００オームの間の抵抗を有する単一の抵抗器を含み得る。

抵抗ネットワーク７０４は、直列に配置され、４００～６００オームの間の抵抗（例えば、５００オーム）を有し得る、抵抗ネットワーク７２１と抵抗ネットワーク７２３を含み得る。抵抗ネットワーク７２１は、並列に配置された抵抗器７２２及び７２４を含み得、抵抗ネットワーク７２３は、並列に配置された抵抗器７２６及び７２８を含み得る。抵抗器７２２～７２８のそれぞれは、５００オームの抵抗を有し、抵抗ネットワーク７２１及び７２３のそれぞれの抵抗を２５０オームとし得る（つまり、１／Ｘ＝１／５００＋１／５００）。抵抗ネットワーク７２１及び７２３は直列で配置され得るため、抵抗ネットワーク７０４は、５００オームの総抵抗を有し得ることに留意されたい。抵抗ネットワーク７０４は、複数の抵抗器の任意の他の組み合わせを有して、総抵抗を４００～６００オ
ームの間とし得る。例えば、抵抗ネットワーク７０４は、並列に配置された２つの１００オームの抵抗器を含み得、または、５００オームの抵抗を有する単一の抵抗器を含み得る。

スイッチ７０６及び７０８に関して、制御ユニット４０２は、（ｉ）スイッチ７０６を作動させて抵抗ネットワーク７０２を切り離して、ネットワーク６１８の抵抗を増大（つまり、ネットワーク７０４の抵抗に）し、または（ｉｉ）スイッチ７０８を作動させて抵抗ネットワーク７０４を切り離して、ネットワーク６１８の抵抗を増大（つまり、ネットワーク７０２の抵抗に）し得る。制御ユニット４０２は、ネットワーク６１８の抵抗を増大させて、端子６３３及び６３４に取り付けられたフィールドデバイスが、ヒューズ６４２の定格を下回って電流を制御されていることを確認し、あるいは、電源６０２が無効にされる場合に能動型通信機６００から電圧を徐々に下げることができる。

動作において、制御ユニットは、端子６３１～６３４のいずれがフィールドデバイスに接続されているかに応じて、及び／または能動型通信機６００がフィールドデバイスに電力を提供しているか否かに基づいて、ネットワーク７０２または７０４のうちの１つをスイッチアウトし得る。例えば、状況によっては、能動型通信機６００が外部から給電されたフィールドデバイスに接続される場合に、能動型通信機６００は、ネットワーク７０２または７０４のいずれかを切り離して、ネットワーク６１８の抵抗を増大し得る。

抵抗ネットワーク７０２及び７０４のうちの１つまたは両方がネットワーク６１８から切り離される場合、制御ユニット４０２は、スイッチ７０６及び７０８のうちの１つまたは両方を作動させてネットワーク７０２及び７０４の両方を「作動」させ、抵抗ネットワーク６１８の抵抗を、ネットワーク７０２またはネットワーク７０４のいずれかの抵抗よりも低くし得る。危険領域において能動型通信機６００を「ツール電力モード」で動作させる場合には、低い抵抗が望ましいことがある。ＩＳ規格は、端子６３１及び６３２における出力電圧が、通常の動作で用いられ得る出力電圧よりも低くなるよう要求する。しかし、端子６３１及び６３２における電圧の降下が低くなり過ぎると、端子６３１及び６３２を介して送信または受信された通信信号を読み取ることができなくなり得る。したがって、従来のコミュニケータにおいて用いられ得る値（例えば、２５０オーム）から、ネットワーク６１８における電圧低下が低くなる値（例えば、１６７オーム）にまでネットワーク６１８の抵抗を低くする（それでもなお読み取り可能に）ことが有益であり得る。場合によっては、抵抗ネットワーク６１８は、電源電圧が２４Ｖを上回る場合にツール１００が抵抗ネットワークを作動させることを可能とし得る、追加の抵抗ネットワーク（例えば、１００オーム）、及び／またはスイッチを含み得る。

スイッチ７０６及び７０８のうちの１つまたは両方は、一般的な機械式リレーに対していくつかの利点を提供し得る、ソリッドステートリレーとし得る。例えば、ソリッドステートリレーは、ほとんどの機械式リレーよりも低い電圧及び低い電流によってスイッチ可能であり、ツール１００によって生成された電気的信号を、ＩＳ規格に準拠したレベルに維持することを容易にし得る。さらに、一般的な機械式リレーと違い、ソリッドステートリレーは通常、動作時にスパークを生成しない。したがって、ソリッドステートリレーを抵抗ネットワーク６１８で利用することで、ツール１００は、機械式リレーにおいては違反し得る、ＩＳ規格に違反することを回避し得る。

抵抗ネットワーク６１８における１つ以上の抵抗器は、効率的な放熱を促進するよう設計された、大きな表面積を有し得る。例えば、抵抗ネットワーク６１８における１つ以上の抵抗器は、２５１２サイズの抵抗器である（例えば、６．３ｍｍ ｘ ３．１ｍｍ ｘ
０．６ｍｍ）。場合によっては、ネットワーク６１８における１つ以上の抵抗器は、２０１０サイズの抵抗器、２０２０サイズの抵抗器、及び／または２０４５サイズの抵抗器
であり得る。場合によっては、抵抗ネットワーク６１８内の１つ以上の抵抗器（またはサブネットワーク）は２．５Ｗに定格され得る。

ツール１００は、能動型通信機６００と共に用いられ得る、温度センサ（図示せず）を含み得る。例えば、温度センサは、ネットワーク６１８における電流を計算する際に制御ユニット４０２によって利用され得る、抵抗ネットワーク６１８、またはその近傍における温度を測定し得る。この温度測定値は有益であるが、これは、電圧モニタ６１６からの測定値に基づいて取得される電流計算は、温度変化がネットワーク６１８の抵抗を制御ユニット４０２によって想定される値とは異なる値に増大または減少する場合には不正確となり得るためである。つまり、温度センサは、制御ユニット４０２が、温度変化に起因するネットワーク６１８における抵抗変化を補うことができるようにする。

図８はＡ～１２は、種々のフィールドデバイス及びＩ／Ｏデバイスに接続された、図６に図示する能動型通信機６００を含む場合のツール１００の概略図である。図８Ａ～１２は、能動型通信機６００またはツール１００の１つ以上の構成要素を示していないことがある。例えば、「切り離された」または有効でない構成要素は図示しないことがある。有効だが図示しない構成要素もある。

図８Ａは、能動型通信機６００がトランスミッタ８０５に接続され、かつ、能動型通信機６００がトランスミッタ８０５に電力を提供する（つまり、ツール電力トランスミッタ接続）、一例を示す。このような構成では、ユーザは、能動型通信機６００を端子６３１及び６３２を介してトランスミッタ８０５に接続し得る。能動型通信機６００は、電源６０２によって、例えば、最大４ｍＡのＤＣ信号をトランスミッタ８０５に送信してトランスミッタ８０５に給電し得る。さらに、能動型通信機６００は、トランスミッタ８０５と一方向アナログ通信及び／または双方向デジタル通信を行い得る。一方向アナログ通信を行うために、能動型通信機６００は、「トランスミッタ接続」モードを作動させ得るが、本モードでは、能動型通信機６００は、トランスミッタ８０５が、電源６０２によって提供されたＤＣ信号の電流の大きさ（例えば、４～２０ｍＡの間）を変調することによって通信するよう期待する。制御ユニット４０２（図示せず）は、ＤＣ電流制御装置６１０（図示せず）を回路６０９からスイッチアウトし得るが、これは、回路６０９ではなく、トランスミッタ８０５がトランスミッタ８０５とツール１００の間を流れるＤＣ電流を変調し得るからである。ＦＭモデム６１２は、回路６０９に接続されたままであり得、（ｉ）ＤＣ信号に重畳されたＡＣ信号の周波数を変調することでトランスミッタ８０５に情報を送信する、及び／または（ｉｉ）トランスミッタ８０５によってＤＣ信号に重畳された周波数変調ＡＣ信号を変調することでトランスミッタ８０５から情報を受信することによって、双方向デジタル通信を促進し得ることに留意されたい。診断マネジャ６０２は、電圧モニタ６１６から取得した測定値に基づいて、トランスミッタ８０５から受信した信号を分析し得る。

図８Ｂは、能動型通信機６００がアクチュエータ８５５に接続され、かつ、能動型通信機６００がアクチュエータ８５５に電力を提供する、一例を示す。このような構成では、ユーザは、能動型通信機６００を端子６３１及び６３２を介してアクチュエータ８５５に接続し得る。能動型通信機６００は、電源６０２により、例えば最大４ｍＡのＤＣ信号をアクチュエータ８５５に送信してアクチュエータ８５５に給電し得る。能動型通信機６００は、アクチュエータ８５５と、一方向アナログ通信及び／または双方向デジタル通信を行い得る。一方向アナログ通信を行うために、能動型通信機６００は、「アクチュエータ接続」モードを作動させ得るが、本モードでは、能動型通信機６００が、アクチュエータ８５５が、能動型通信機６００により提供されたＤＣ信号の電流の大きさの変化（例えば、４～２０ｍＡの間）を解釈することによって情報を受信することを期待する。能動型通信機６００はアクチュエータ８５５が電流変調ＤＣ信号を送信するのではなく、これを受
信することを期待し得るため、制御ユニット４０２は、抵抗ネットワーク６１８（図示せず）及び電圧モニタ６１６（図示せず）を回路６０９から切り離し得るが、これは、電流変調ＤＣ信号を受信及び解釈するのに、ネットワーク６１８及びモニタ６１６は必要ではないことがあるからである。ＦＭモデム６１２は、回路６０９に接続されたままであり得、（ｉ）ＤＣ信号に重畳されたＡＣ信号の周波数を変調することでアクチュエータ８５５に情報を送信する、及び／または（ｉｉ）アクチュエータ８５５によってＤＣ信号に重畳された周波数変調ＡＣ信号を変調することでアクチュエータ８５５から情報を受信することによって、双方向デジタル通信を促進し得ることに留意されたい。

図９Ａは、能動型通信機６００の回路６０９がトランスミッタ９０５に接続され得、かつ、トランスミッタ９０５が能動型通信機６００によって給電されない、一例を示す。トランスミッタ９０５は、携帯型電源またはラックマウント電源であり得る、電源９１０によって給電され得る。場合によっては、トランスミッタ９０５は、電力として、ループ電力と電源９１０の両方を利用し得る。ユーザは、回路６０９を端子６３３及び６３４を介してトランスミッタ９０５に接続し得る。端子６３１及び６３２は接続されていないため、電源６０２を含む閉回路は形成されない。回路６０９は、トランスミッタ９０５と一方向アナログ通信及び／または双方向デジタル通信を、図８Ａに関して記載したのと類似の方式で行い得る。図９Ａに図示する構成は、ユーザが、ループ抵抗器のない従来のループに遭遇する場合に有用であり得る。場合によっては、ツール１００は、既にループ抵抗器を有するループに接続され得る（例えば、電源９１０の負の端子に接続される）。このような場合には、電源９１０は、通常動作において期待されるように、トランスミッタ９０５の端子に配線され、ユーザは、端子６３３及び６３４をトランスミッタ９０５の端子に接続し得る。あるいは、ユーザは、端子６３３及び６３４を、既存の外部ループ抵抗器の両端に接続し得る。

図９Ｂは、能動型通信機６００の回路６０９がアクチュエータ９５５に接続され、かつアクチュエータ９５５が能動型通信機６００によって給電されない、一例を示す。アクチュエータ９５５は、携帯型電源またはラックマウント電源であり得る電源９６０によって給電され得る。ユーザは回路６０９を端子６３３及び６３４を介してトランスミッタ９０５に接続し得る。端子６３１及び６３２は接続されていないため、電源６０２を含む閉回路は形成されない。回路６０９は、図８Ｂに関して記載したのと類似の方式で、アクチュエータ９５５と一方向アナログ通信及び／または双方向デジタル通信を行い得る。場合によっては、電源９６０は、ＤＣ信号（例えば、４～２０ｍＡ）を送信するＤＣ電流制御装置を含み得る。このような場合、電源９６０の端子は、アクチュエータ９５５の端子に接続されて、ループを形成し得る。さらに、このような場合、ユーザはアクチュエータ９５５の端子にツール１００を接続して、効果的にツール１００を電源９６０と並列に置き得る。有利なことに、このような接続は、アクチュエータ９５５と電源９６０の間の既存のループを遮断することなく、ユーザがツール１００を利用することを可能にする。

図１０は、ツール１００の回路６０９が、電源１０２０によって給電されるフィールドデバイス１０１０に接続され得、かつツール１００の電力モニタ４０８がフィールドデバイス１０１０に電源１０２０と並列に接続されて、フィールドデバイス１０１０を電源１０２０から切断することなく、フィールドデバイス１０１０によって送信または受信された信号の電気的特性を測定可能とし得る、一例を示す。フィールドデバイス１０１０は、アクチュエータまたはトランスミッタであり得、電源１０２０によって給電され得、及び、正の端子１０１２、負の端子１０１４、及びテスト端子１０１５を含み得る。テスト端子１０１５は、フィールドデバイス１０１０における電流の検出、及び／または端子１０１２と１０１４の間の電圧の検出を可能にし得る。

回路６０９は、端子６３３及び６３４を介して、及びフィールドデバイス１０１０の正
の端子１０１２及び負の端子１０１４を介して、フィールドデバイス１０１０に接続され得る。電力モニタ４０８は、回路６０９とフィールドデバイス１０１０の間のループを遮断することなく、フィールドデバイス１０１０に接続されて、ユーザが、回路６０９を介してフィールドデバイス１０１０と同時通信して、フィールドデバイス１０１０と回路６０９の間の通信信号に関連付けられた、電流、電圧、及び／または電力測定値が期待された範囲内であることを検証可能にし得る。有利なことに、電力モニタ４０８を利用してフィールドデバイス１０１０によって受信または送信された信号の電気的特性を測定する場合に、フィールドデバイス１０１０を電源１０２０から切断する必要はない。場合によっては、電源１０２０は、（例えば、フィールドデバイス１０１０がアクチュエータである場合に）フィールドデバイス１０１０を制御するために４～２０ｍＡ信号を送信するＤＣ電流制御装置を含み得る。場合によっては、ＤＣ電流制御装置６１０は、回路から切り離され、ツール１００は、ＦＭモデム６１２を用いるデジタルコミュニケータとして主に機能し得る。

図１１は、ツール１００の回路６０９が、電力１１２０によって給電されるフィールドデバイス１１０５に接続され得、かつ、ツール１００の電力モニタ４０８がフィールドデバイス１１０５に電源１１２０と並列に接続されて、フィールドデバイス１０１０によって送信または受信された信号の電気的特性を測定可能とし得る、一例を示す。電力モニタ４０８は、端子６３５及び６３６を介してフィールドデバイス１１０５に送信され得る。フィールドデバイス１１０５は図１０に図示するフィールドデバイス１０１０と同様のテスト端子を含まないので、電力モニタ４０８はフィールドデバイス１１０５に直列に接続され得る。つまり、電源１１２０の正の端子は、フィールドデバイス１１０５の正の端子から切断され得、電力モニタ４０８からの第１の端子（例えば、端子６３５または６３６）は、フィールドデバイス１１０５の正の端子に接続され得、電力モニタ４０８からの第２の端子（例えば、端子６３５または６３６）は、電源の正の端子に接続され得る。場合によっては、電源モニタ４０８は、フィールドデバイス１１０５の負の端子と、電源１１２０の負の端子に接続されたループ抵抗器（図示せず）の間に直列に接続され得る。通常、このようなループ抵抗器は、フィールドデバイス１１０５がトランスミッタである場合に見受けられ得る。このような場合、抵抗ネットワーク６１８は、回路６０９から切り離され得る。

図１２は、能動型通信機６００の回路６０９を用いてＩ／Ｏデバイスをテストし得る、一例を示す。具体的には、回路６０９は、ＡＩカード１２０５（トランスミッタに接続され得る）に接続されて、ＤＣ電流制御装置６１０（トランスミッタの信号をシミュレートすることを意図した）によって送信された信号が、ＡＩカード１２０５によって適切に受信されることを確認し得る。さらに、電力モニタ４０８は、ＡＯカード１２１０（制御装置に接続され得る）に接続されて、ＡＯカード１２１０を介して制御装置によって送信された通信を確認し得る。

図１３は、（ｉ）ＤＣ信号（例えば、１０～２５ｍＡ）によってフィールドデバイス１６０に電力を供給する、及び（ｉｉ）ＤＣ信号に重畳されたデジタルＡＣ信号によってフィールドデバイス１６０と通信するために、通信インタフェース４０６を介して図１Ａに図示するフィールドデバイス１６０に電気的に接続され得る、ツール１００に対する能動型通信機１３００の概略図である（図４に図示する能動型通信機４０４の一例となり得る）。有利なことに、能動型通信機１３００を利用して、フィールドバスフィールドデバイスと通信し、及び／またはこれらを診断し得る。さらに、ＡＭ通信用に構成された通常のＰＴＤとは違い、能動型通信機１３００は、フィールドデバイス１６０との通信に用いられるのと同一の端子のセットにおける、電流と、ＤＣ及びＡＣ電圧を測定可能である。場合によっては、能動型通信機１３００は、ＩＳ規格に従って、エネルギーが制限されて、耐障害的であり、能動型通信機１３００及びツール１００が、危険領域に配置されたフィ
ールドデバイス及び通信リンクに給電し、これらと通信し、及び／またはこれらを診断可能とし得る。

能動型通信機１３００は、制御ユニット４０２に通信可能に結合され得、（ｉ）通信インタフェース４０６に電気的に接続されたバス１３０２、（ｉｉ）バス１３０２を介して電力信号を送信するよう構成された電源１３０４、及び（ｉｉｉ）バス１３０２を介してフィールドデバイス１６０と通信するよう構成された通信回路１３０９を含み得る。通信回路１３０９は、振幅変調ＡＣ信号（例えば、１５～２０ｍＡピークトウピーク）であり得る、デジタル通信信号を送信及び受信するよう構成され得る。

バス１３０２は、「内部バス」または「ミニバス」と称され得、図１Ａに図示する筺体１２８内に少なくとも部分的に配置され得る。バス１３０２は、フィールドデバイスがプラント環境内にバス（図３に図示するフィールドバスセグメント３００など）へのアクティブで健全な接続を有しない場合であっても、ツール１００をフィールドデバイスに接続する、これと通信する、及び／または給電することを可能にし得る。これに対し、バスベースのフィールドデバイスと通信可能な従来のＰＴＤは通常、フィールドデバイスがプロセスプラント内に配置された外部機能バスに接続されることを必要とする。バス１３０２は、バス１３０２上の通信を可能にするのに十分な抵抗を提供する、終端抵抗１３２１及び１３２２を含み得る。終端抵抗１３２１及び１３２２のそれぞれは、コンデンサ（例えば、１μＦの容量を有する）と直列の抵抗器（例えば、９０オーム～１０５オームの間の抵抗を有する）を含み得る。バス１３０２は、終端抵抗１３２１及び１３２２をバス１３０２から切り離すための、または、バス１３０２を能動型通信機１３００から完全に切り離すための（例えば、能動型通信機１３００が健全なバスに接続済みのフィールドデバイスに接続される場合）、スイッチ１３２２及び１３２４を含み得る。有利なことに、バス１３０２は、フィールドデバイスを分離してテスト可能にし、ユーザが、より容易に通信問題のソースを特定できるようにする。例えば、ユーザは、能動型通信機１３００を利用して、外部から給電されたフィールドデバイスによって送信された信号を測定し、フィールドデバイスを外部電源から取り外し（例えば、給電されたセグメントから）、以前に取得された測定値と比較可能な、バス１３０２上の同一の測定値を取り得る。

回路１３０９は、フィールドバスデバイスであり得る、フィールドデバイス１６０と、バス１３０２を介して通信し得、また、コンデンサ１３１４に直列で接続されたＡＭモデム１３１０を含み得るが、この組み合わせは、ＤＣ電流制御装置またはシンク１３１２に並列に電気的に接続される。ＡＭモデム１３１０は、デジタル振幅変調スキーム（フィールドバスプロトコルなど）を用いてフィールドデバイス１６０に情報を送信し、及び／またはこれから情報を受信し得、また、図５に図示するＡＭモデム５１４と同一または類似であり得る。一例として、ＡＭモデム１３１０は、１５～２０ｍＡ（例えば、－１０ｍＡ～１０ｍＡ）において信号を変調及び／または復調し得る。コンデンサ１３１４は、ＤＣ電流をフィルタ処理し、デジタル通信信号のみがＡＭモデム５１４を通過するようにし得る。ＤＣ電流制御装置１３１２は、電流が０ｍＡを下回って降下することなく、ＡＭモデム１３１０がＤＣ電流上に通信信号を重畳することを可能にするのに十分なＤＣ電流を引き出すよう構成され得る。例えば、ＤＣ電流制御装置１３１２は、１１ｍＡのＤＣ電流を引き出して、ＡＭモデム１３１０がＤＣ電流上に２０ｍＡ信号を重畳して、通信インタフェース４０６に接続された電線上の総電流が１ｍＡから２１ｍＡまで変動するようにし得る。

通信インタフェース４０６は、端子１３３１～１３３３を含み得る。フィールドデバイス１６０は、端子１３３２及び１３３３に接続されて、フィールドデバイス１６０と回路１３０９との間の通信リンクを確立し得る。ユーザがツール１００を用いてフィールドデバイス１６０に電力を供給したい場合、ユーザは、端子１３３１と端子１３３２の間にシ
ャントを置き得る。端子１３３１と端子１３３２の間にシャントを置くことで、バス１３０２が作動し、端子１３３２及び１３３３を介して送信される通信信号が、期待される範囲内となって、ＡＭモデム１３１０及び／またはフィールドデバイス１６０が通信信号（例えば、０．５～１．５Ｖｐｐの間）を解釈可能となることを保証するのに十分な負荷インピーダンスを生成し得る。通信インタフェース４０６は、端子１３３３と直列に電気的に接続され、５０ｍＡに定格される１１オームの抵抗を有する、ヒューズ１３４２を含み得る。場合によっては、能動型通信機１３００は、ヒューズ１３４２を含まない。場合によっては、ヒューズ１３４２は、端子１３３３と接地の間に置かれ得る。

電源１３０４は、１５Ｖ～２０Ｖの間の電圧（例えば、１７Ｖ）においてバス１３０２に電力信号を供給するよう構成され得る。電源１３０４は、変圧器ベースの電源であり得、端子１３３３に対する接地を「移動」し得る。電源１３０４は、端子１３３２及び１３３３の間の電圧降下を、ＩＳ規格に適合した閾値に制限するよう構成され得る。例えば、場合によっては、最大許容出力電圧は、無負荷時で１５Ｖに制限される。全負荷における出力電圧は、１０．５Ｖであり得る。電源１３０４は、電流が制限されて（例えば、３８ｍＡ）、端子１３３１～１３３３における電圧及び／または電力閾値を上回ることを回避し得る。能動型通信機１３００は、電源１３０４に直列に接続され、電源１３０４が通信信号（例えば、ＡＭモデム１３１０及び／または接続されたフィールドデバイスからの）を除去するのを防止するよう構成される、電力調整器１３０６を含み得る。

動作において、能動型通信機１３００は、ツール電力モード及び外部電力モードにおいて動作し得る。ツール電力モードでは、ユーザは、フィールドデバイス１６０を端子１３３２及び１３３に接続し得、シャントを端子１３３１及び１３３２に接続して、電流が端子１３３１から端子１３３２、及び接続されたフィールドデバイス１６０に流れるようにし得る。外部電力モードでは、ユーザは、フィールドデバイス１６０を端子１３３２及び１３３３に接続して、端子１３３１と１３３２の間に開回路を残し得る。

外部電力モードにおいては、スイッチ１３３２及び１３２４が作動されて、バス１３０２を切り離し、端子１３２１～１３２２と、電力調整器１３０６を端子１３３１に接続する電線との間に開回路を生成し得る。さらに、ＤＣ電流制御装置１３１２は、能動型通信機１３００が外部電力モードにある場合に、回路１３０９から切り離すことができる。

能動型通信機１３００は、通信モードまたは診断モードにおいて動作し得る。通信モードにある場合には、能動型通信機１３００は、接続されたフィールドデバイス１６０と通信し得る。診断モードにある場合には、能動型通信機１３００は、通信バス（例えば、フィールドバスセグメント）上の信号の電気的属性を測定し得、及び／または、フィールドデバイス１６０の端子において受信された信号の電気的属性を測定し得る。診断モードにある場合には、ＤＣ電流制御装置１３１２は、大きな電流を引き出すことができない。通信モードにある場合には、ＤＣ電流制御装置１３１２は、電流（例えば、１１ｍＡ）を引き込み得る。場合によっては、能動型通信機１３００は、同時に、通信モードと診断モードにおいて動作し得る。

所望により、制御ユニット４０２は、端子１３３１～１３３３において電圧または電流の変化を検出すると、電源１３０４、電力条件１３０６、終端抵抗１３２１／１３２２、及び／または回路１３０９のうちの１つ以上を無効にし得る。例えば、端子１３３２と１３３３の間で検出された高電圧は、ユーザが、能動型通信機１３００が１つ以上の構成要素を無効にすることとなり得る、新たな電源を加えたことを示し得る。別の例として、端子１３３２及び１３３３において検出された高電流は、ユーザが電線をショートさせ、または、別のデバイスを追加しようと試みて、能動型通信機１３００に１つ以上の構成要素を無効にさせ得ることを示し得る。例えば、低電圧測定値は、外部から給電されたフィー
ルドデバイスが電力を失ったことを示し得る。低電流測定値は、デバイスが端子１３３１～１３３３から取り外されたことを示し得る。

制御ユニット４０２は、能動型通信機１３００を管理するための回路マネジャルーチン１３６１、及び／または能動型通信機１３００によって送信及び／または受信された信号を分析するための診断マネジャルーチン１３６２を含み得る。回路マネジャ１３６１は、回路１３０９を切り離して、電流が制限された接続が、回路１３０９の電流負荷のためにその電流制限を上回ることから保護する。さらに、ユーザは、ＵＩ４１０とやりとりして、電源１３０４をいつでも切ることができる。

さらに、回路マネジャ１３６１は、ヒューズ１３４２によって生じた信号測定誤差を補うことができる。つまり、回路マネジャ１３６１は、通信信号に関連付けられたバス１３０２における電圧降下に基づいて電流測定値を計算する際に、終端抵抗１３２１及び１３２２の抵抗と共に、ヒューズ１３４２の抵抗（約１１オームになる場合がある）を考慮に入れ得る。

診断マネジャ１３６２は、（ｉ）フィールドデバイスを特定し、（ｉｉ）能動型通信機１３００によって送信及び／または受信された信号の電気的特性を検出及び分析し、（ｉｉｉ）経時的に行われた測定値及び／または分析のログを取り、及び／または（ｉｖ）雑音スペクトル分析を行い得る。

第１に、診断マネジャ１３６２は、タグまたはデバイスＩＤによって、バス１３０２に接続された（または、能動型通信機１３００が接続された外部バスに接続された）フィールドデバイスを特定し得る。診断マネジャ１３６２は、ファイル名、バス名、及び／または場所名（例えば、「ストレージタンク１５７」などのユーザがカスタマイズ可能な文字列）を定義するためのログファイルの生成中にユーザが選択可能な、ユーザが選択可能なデバイスリストを、ユーザが生成可能にし得る。

第２に、診断マネジャ１３６２は、能動型通信機１３００によって送信及び／受信された信号の電気的特性を検出及び分析し得る。これらの測定値は、図１及び４に図示するディスプレイ１２２を介してユーザに表示され得る。さらに、回路マネジャ１３６１は、これらの測定値を利用して、ツール１００の構成要素を作動または停止し得る（例えば、構成要素を保護、及び／またはＩＳ規格準拠を保証するために）。

第３に、診断マネジャ１３６２は、経時的に行われた測定値及び／または分析をログし得る。例えば、診断マネジャは、経時的に撮影された「スナップショット」を表す、健全性レポートを生成し得る。一例として、ユーザはツール１００を利用して、所与のフィールドデバイスに関連付けられた信号を、かなり定期的に（例えば、毎日、１週間に１度等）測定し得る。診断マネジャ１３６２は、これらの測定値のログを取り、プラント人員がフィールドデバイスに関連付けられた経時的な傾向を特定可能にし得る。健全性レポートは、バス上の最下位のアドレスのデバイスのタグまたはＩＤによってバスを特定し得る。健全性レポートは、関連する測定値が取られた時間におけるツール１００のユーザ、関連する測定値の日付、測定値が取られたバスまたはセグメント名、及び／または測定値が取られた場所の名前を特定する情報を含み得る。ツール１００は、フィールドデバイスからこれらの情報のいくつか（例えば、タグまたはセグメント名）を検索し得る。

時系列の信号分析及びログの別の例として、診断マネジャ１３６２は、所与の時間にわたってフィールドデバイスの信号を継続的に監視するためのトラブルシューティングログを生成し得る。例えば、プラントが、特定のフィールドデバイスにおける問題（例えば、通信中断）を経験しているが、問題の原因を判定できないことがある。ユーザは、ツール
１００をフィールドデバイスに接続して、長時間（例えば、数時間または数日）ツール１００を放置し得る。その後、ツール１００は、一定間隔及び／またはトリガ（例えば、閾値を上回って、または下回って降下する信号）に基づいて、トランスミッタ及び／または受信信号の電気的特性を測定してログを取ることができる。ユーザはその後にログを分析して、フィールドデバイスがいつ問題を受けているかを特定し、問題を受けているフィールドデバイスに何が相関し得るかを判定できる。例えば、プロセス制御システムによって収集されたヒストリアンデータにログを比較させることで、ユーザは、フィールドデバイスによって経験される中断が、フィールドデバイスの通信を妨害する振動を生じている、近接モータの始動に関連付けられていることを判定し得る。トラブルシューティングログは、健全性レポートに含まれる情報（例えば、タグ、時間、日付等）と同一のタイプの情報を含み得る。

第四に、診断マネジャ１３６２は、雑音スペクトル分析を行い得る。具体的には、診断マネジャ１３６２は、雑音に関連付けられた狭い周波数範囲（例えば、１ｋＨｚ未満）における電圧を検出し、検出した電圧を表示して、ユーザが、（ｉ）雑音の周波数、（ｉｉ）雑音の振幅（例えば、平均または最大）、及び／または（ｉｉｉ）雑音バーストが発生する時間のうちの１つ以上を特定可能となるようにし得る。

図１４Ａは、外部バス１４２０（つまり、能動型通信機１３００の外部）を介してフィールドデバイス１４０５に接続された、能動型通信機１３００の概略図であり、能動型通信機１３００が操作バスに接続されたフィールドデバイスに接続されている一例を示す。

外部電源１４１０（例えば、ラックマウント電源）は、外部バス１４２０に電力を供給し得、フィールドデバイス１４０５は、外部バス１４２０から電力を引き出し得る。フィールドデバイス１４０５は、１０～２５ｍＡの電流を電力として引き出し得る。例えば、フィールドデバイス１４０５は、電源１４１０によって供給され得る、２０ｍＡの電流を引き出し得る。場合によっては、複数のフィールドデバイスがバス１４２０に接続されて、電力を引き出し得る。例えば、３つのフィールドデバイスがそれぞれ２０ｍＡの電流をバス１４２０から引き込み得る。このような例では、電源１４１０は、６０ｍＡの電流をバス１４２０に電力として供給し得る。電力調整器（図示せず）が、電源１４１０とバス１４２０の間に置かれてもよい。

フィールドデバイス１４０５は、フィールドバススパーを介してフィールドバスセグメント１４２０に接続され得る。スパーは、複数の他のスパーをセグメント１４２０に接続し得る、ジャンクションボックスを介してセグメント１４２０に接続する、２線式リンクであり得る。フィールドバスセグメント１４２０に関連付けられた複数のリンク及び接続ポイントのために、故障のポイントを分離することは困難となり得る。有利なことに、コミュニケータ１３００は、フィールドデバイス１４０５と通信するだけではなく、フィールドデバイスの代わりにセグメント１４２０に接続して、フィールドデバイス１４０５が「見ている」ものを「見る」ことが可能である。つまり、ツール１００は、「既知の良好なデバイス」である。フィールドデバイスと制御装置の間に通信問題が存在する場合、ツール１００は、フィールドデバイスに接続してこれをテストし得る。ツール１００に接続された際にフィールドデバイスが適切に機能する場合には、ツール１００のユーザは、フィールドデバイスの「上流」（例えば、スパー、接続箱、Ｉ／Ｏカード、または他のいくつかのケーブルまたはデバイスにおいて）に問題が存在することが分かる。したがって、「不良な」デバイスまたは通信リンクを分離するために、ユーザは、上流に移動を続けて通信をテストし得る。

電源１４１０は、セグメント１４２０を介してフィールドデバイス１４０５、及び、場合によっては、セグメント１４２０に接続された他のフィールドデバイスに電力を供給し
得る。

セグメント１４２０は、フィールドデバイス１４０５及び、フィールドデバイス１４０５によって利用されるＡＣデジタル通信信号に給電するために、１０～２５ｍＡＤＣ電力信号を伝達し得る。一般的に、複数の他のフィールドデバイスがセグメント１４２０に接続され、それぞれが、１０～２５ｍＡのＤＣ信号を電力として引き込む。したがって、電源１４１０によってセグメント１４０５に供給されたＤＣ電流は、セグメント１４２０に接続するフィールドデバイスの数に応じて変動し得、電力を引き込み得る。セグメント１４２０は、終端抵抗１４２２及び１４２４を含み得る。終端抵抗１４２２及び１４２４のそれぞれは、例えば、１μＦのコンデンサと直列の１００オームの抵抗器を含み得る。したがって、終端抵抗１４２２及び１４２２は、ＤＣ電流をブロックし、ＡＣ通信信号に対する電流シャントとして機能し得る。

動作において、能動型通信機１３００とフィールドデバイス１４０５は、バス１４２０上の電力信号に重畳されたデジタル信号（例えば、２０ｍＡピークトウピーク）によって通信し得る。一般的に、バス１４２０に接続されたデバイス１つだけが、所与の時間において通信し得る。例えば、能動型通信機１３００、フィールドデバイス１４０５、及び２つの他のフィールドデバイス（図示せず）が、バス１４２０を共有する場合、４つの接続されたデバイスのうちの１つのみが所与の時間において通信し得る。バス１４２０上の通信は、リンクアクティブスケジューラ（ＬＡＳ）として示されるデバイスによって調整され得る。ＬＡＳは、バス１４２０に接続されたデバイス間でトークンを渡すのに関与するが、このとき、トークンを有するデバイスのみがバス１４２０を介して通信され得る。フィールドデバイス１４０５がＬＡＳの場合も、ツール１００がＬＡＳの場合もある。

ＬＡＳは、バス１４２０にアクセスする必要がある全デバイスのリストを維持する。このリストは、「ライブデバイスリスト」と呼ばれる場合もある。場合によっては、バス１４２０は、単一のＬＡＳのみを有し得る。ＬＡＳになることが可能なデバイスは、リンクマスタデバイスと呼ばれる場合もある。その他のデバイスは全て、「基本デバイス」と称され得る。所望により、ツール１００を、リンクマスタデバイスとし得る。能動型通信機１３００がバス１４２０に接続される場合、ツール１００は、ＬＡＳとなるようビッドし得る。ビッドに勝つリンクマスタ（例えば、最下位のアドレスを有するリンクマスタ）は、ビッドプロセスの完了直後にＬＡＳとしての動作を開始し得る。

図１４Ｂは、バス１３０２を介してフィールドデバイス１４５５に接続された能動型通信機１３００の概略図であり、能動型通信機１３００がフィールドデバイス１４５５に電力を提供する、一例を示す。ユーザは、端子１３３１と１３３２の間にシャント１４６０を置き、電源１３０４がバス１３０２に電力を提供できるようにし得る。電源１３０２は電流が制限されるため、シャント１４６０を介して流れる電流は、ＩＳ規格に適合した最大閾値を下回ったままである。例えば、閾値は、３５～４５ｍＡの間であり得る。記載したように、ＤＣ電流制御装置１３１２は１１ｍＡを引き込み得る。さらに、一般的なフィールドデバイスは、１０～２５ｍＡを引き込み得る。電源１３０２は、最大３６ｍＡを供給して、ＤＣ電流制御装置１３１２とフィールドデバイス１４５５が、ＩＳ規格に準拠したまま、十分な電流（つまり、１１ｍＡ＋２５ｍＡの期待される潜在総電流消費に基づいて）を受信することが確保されるよう構成され得る。電源１３０４は、３８ｍＡの最大電流を供給するよう構成され得る。ユーザは、能動型通信機１３００を利用して、ＩＳ規格に準拠したまま、フィールドデバイス１４５５に電力を供給し、フィールドデバイス１４５５と通信し、及び／またはフィールドデバイス１４５５上で診断を行い得る。

図１５は、ツール１００の外部からみた、ツール１００の通信インタフェース４０６の図である。図示するように、ツール１００は、図６及び図１３にそれぞれ図示する、能動
型通信機６００及び能動型通信機１３００を含む。場合によっては、ツール１００は、能動型通信機６００及び能動型通信機１３００のうちの１つのみを含む。

通信インタフェース４０６は、端子のセット１５０１～１５０４として配置され得る、図１３に図示する端子１３３１～１３３３及び図６に図示する端子６３１～６３６を含み得る。

動作において、ユーザは、端子のセット１５０１を、フィールドバスプロトコルなどのＡＭ通信スキームに従って通信するよう構成されたフィールドデバイスに接続し得る。ユーザは、プラント環境で一般的に見受けられるラックマウント電源などの外部電源を利用する（つまり、ツール１００に対して外部の）フィールドデバイスにツール１００を接続する場合に、端子のセット１５０１を利用し得る。フィールドデバイスに給電するのに、ユーザがツール１００を利用したい場合、ユーザは、シャントを用いて端子１３３１及び１３３２を接続し得る。

別の例として、ユーザは、電力を必要とし、かつＤＣ電流信号スキーム（例えば、４～２０ｍＡ）に従って、及び／またはデジタルＦＭ通信スキーム（例えば、ＨＡＲＴプロトコル）に従って通信するよう構成され、かつ電力を必要とする、フィールドデバイスに端子のセット１５０２を接続し得る。あるいは、ユーザが、外部電源によって給電済みの同様に構成されたフィールドデバイスにツール１００を接続したい場合、ユーザは、フィールドデバイスを端子のセット１５０３に接続し得る。また、ユーザは、端子のセット１５０２をフィールドデバイスに、またはフィールドデバイスに接続された通信リンクに接続して、フィールドデバイスによって送信された、またはフィールドデバイスによって受信された信号の電気的特性（例えば、電流、電圧）を検出し得る。

最後に、ユーザは、端子のセット１５０４をフィールドデバイスに接続して、フィールドデバイスによって送信された、またはフィールドデバイスによって受信された信号の電気的特性（例えば、電流、電圧）を検出し得る。また、ユーザは、端子のセット１５０４を通信リンク（例えば、ＨＡＲＴループまたはフィールドバスセグメント）に接続して、通信リンクを介して送信された信号の電気的特定を検出し得る。場合によっては、端子のセット１５０４に接続された電力モニタ４０８は、電流の測定のみを行う。

図示するように、通信インタフェース４０６は、ツール１００が異なるプロトコルに従って構成されたフィールドデバイスと通信、またはこれらを診断することを可能にする。したがって、ユーザは、複数の異なるタイプのフィールドデバイスを点検するために、複数の専用ツールを携行するのではなく、ツール１００を携行し得る。

Claims (19)

1. 有線リンクを介して信号を送信または受信するフィールドデバイスへ、有線リンクを介して、電気的に接続される端子のセットと、
   前記端子のセットを介して前記信号を受信または送信する、前記端子のセットに電気的に接続される通信回路と、
   前記端子のセットで前記信号の１つまたは複数の電気的特性を測定する、前記端子のセットに電気的に接続されるエネルギー測定回路とを備える、携帯型フィールド保守ツール。
2. 抵抗ネットワークと、測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて、前記抵抗ネットワークの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化する、前記エネルギー測定回路に通信可能に接続される制御ユニットとをさらに備える、請求項１に記載の携帯型フィールド保守ツール。
3. 前記有線リンクを介して電力を供給する電源をさらに備える、請求項１に記載の携帯型フィールド保守ツール。
4. 前記測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて前記電源を制御する、前記エネルギー測定回路および前記電源に通信可能に結合される、制御ユニットをさらに備える、請求項３に記載の携帯型フィールド保守ツール。
5. 前記制御ユニットが前記電源を制御して、前記端子のセットが最大電力閾値を超えることを防ぐために供給電圧を低減することによって、前記端子のセットが前記最大電力閾値を超えることを防ぐ、請求項４に記載の携帯型フィールド保守ツール。
6. 前記信号が、通信信号および電力信号を含む合成信号である、請求項１に記載の携帯型フィールド保守ツール。
7. 前記通信信号が、デジタルＦＭ通信信号であり、前記通信回路が、前記デジタルＦＭ通信信号を送信または受信するＦＭモデムを含む、請求項６に記載の携帯型フィールド保守ツール。
8. フィールドデバイスと通信し、前記フィールドデバイスによって送信または受信される信号を監視する方法であって、
   有線リンクを介して、フィールドデバイスを携帯型フィールド保守ツールの端子のセットに電気的に接続するステップと、
   前記フィールドデバイスとの間の信号を前記携帯型フィールド保守ツールの前記端子のセットで送信または受信するステップと、
   前記送信または受信された信号の１つまたは複数の電気的特性を、前記端子のセットで測定するステップとを含む、方法。
9. 前記測定するステップが、送信または受信するステップと同時に発生する、請求項８に記載の方法。
10. 前記測定された１つまたは複数の電気的特性に基づいて、前記携帯型フィールド保守ツールの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化することによって、前記信号を読み取るために必要な最小電圧閾値より高い値に、前記端子のセットでの電圧降下を維持するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
11. 前記有線リンク上の前記信号が、最大電気閾値を超える、または最小電気閾値未満に降下するとき、前記携帯型フィールド保守ツールを無効にするステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
12. 前記最大電気閾値が、最大電力閾値または最大電流閾値であり、前記最小電気閾値が、最小電圧閾値または最小電流閾値である、請求項１１に記載の方法。
13. 前記携帯型フィールド保守ツールから前記有線リンクを介して、前記フィールドデバイスに電力を供給するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
14. 供給される前記電力を調整して、前記端子のセットが最大電気閾値を超えることを防ぐステップをさらに含み、前記最大電気閾値が、０．２５Ｗ～１．５Ｗの間の最大電力閾値である、請求項１３に記載の方法。
15. 前記電力の供給を止めるステップと、前記携帯型フィールド保守ツールの１つまたは複数の抵抗器を活動化または非活動化することによって、前記電力の供給と関連する電圧を徐々に減らすためループ抵抗を増大させるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
16. 前記１つまたは複数の電気的特性の解析を実施して、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されているかどうか判定するステップと、前記解析により、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていると明らかになったとき、内部ループ抵抗器が活動化することを防ぐステップと、前記解析により、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていないと明らかになったとき、前記内部ループ抵抗器を活動化するステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
17. 前記端子のセットでの電圧減衰を検出するステップと、前記検出された電圧減衰に基づいて、電源の起動を可能にするステップとをさらに含む、請求項８に記載の方法。
18. （Ａ）筐体と、
    （Ｂ）前記筐体を貫通して配置される通信インタフェースであって、前記通信インタフェースが、前記筐体内にアクセス可能な内部部分および前記筐体の外部にアクセス可能な端子のセットを含み、合成信号を搬送するよう構成された有線リンクによりフィールドデバイスに電気的に接続可能な前記端子のセットが、（ｉ）前記フィールドデバイスとの間で送信または受信される通信信号および（ｉｉ）前記フィールドデバイスへ送信される電力信号を含む、通信インタフェースを含む通信インタフェースと、
    （Ｃ）前記筐体内に配置され、前記通信インタフェースの前記内部部分に電気的に接続される通信回路であって、前記通信回路が、前記通信信号をエンコードまたはデコードするよう構成される通信回路と、
    （Ｄ）前記筐体内に配置され、前記通信インタフェースの内部部分および通信回路に電気的に接続される電源であって、前記電源が、電力信号を送信するよう構成される電源とを備える、携帯型フィールド保守ツールであって、
    前記通信回路が、前記合成信号と関連する、前記端子のセットにおいて、電圧降下を引き起こす範囲内の総抵抗を有する抵抗ネットワークを含み、当該抵抗ネットワークは、並列構成で配置された複数の抵抗サブネットワークを含み、当該複数の抵抗サブネットワークは、２００オームから３００オームの範囲の抵抗を有する第１の抵抗サブネットワーク、４００オームから６００オームの範囲の抵抗を有する第２の抵抗サブネットワーク、及び７００オームから８００オームの範囲の抵抗を有する第３の抵抗サブネットワークを含み、前記電圧降下が、（ｉ）前記合成信号を読み取ることと関連する最小電圧閾値より高く、かつ（ｉｉ）最大電圧閾値より低い、ツール。
19. フィールドデバイスと通信し、前記フィールドデバイスによって送信または受信される信号を監視する方法であって、
    有線リンクを介して、フィールドデバイスを携帯型フィールド保守ツールの端子のセットに電気的に接続するステップと、
    前記フィールドデバイスとの間の信号を前記携帯型フィールド保守ツールの前記端子のセットで送信または受信するステップと、
    前記送信または受信された信号の１つまたは複数の電気的特性を、前記端子のセットで測定するステップと、
    前記１つまたは複数の電気的特性の解析を実施して、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されているかどうか判定するステップと、
    前記解析により、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていると明らかになったとき、内部ループ抵抗器が活動化することを防ぐステップと、
    前記解析により、前記フィールドデバイスが外部ループ抵抗器に接続されていないと明らかになったとき、前記内部ループ抵抗器を活動化するステップと、
    を含む、方法。
    
    

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