(57)【要約】入出力モジュール（６６）と第１のデバイス（７０）および第２のデバイス（７０）との間を相互接続するためのシステムであって、システムは標準のケーブル（６８）およびコネクタ（７４）を使用する。入出力モジュール（６６）は、モジュール（６６）と第１のデバイス（７０）との間で信号を搬送するために標準の第１の伝送ラインケーブル（６８）と接続するための標準の第１のコネクタ（７４）と、第２の標準ケーブル（６８）の第１の端部に接続している少なくとも１つの第２のコネクタ（７４）とを含む。第２の標準ケーブル（６８）の第２の端部は、第２のデバイス（７０）の対応するコネクタと接続するための標準のケーブル・コネクタ（７４）を含む。入出力モジュール（６６）は、モジュール（６６）と第１および第２のデバイス（７０）との間で必要な接続を実行するためのプログラム可能ロジックを含むように構成される。
2004526238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モジュールを含む構成可能なコネクタ化されたシステムであって、
（ａ）前記モジュールが、
（ｉ）そのモジュールと第１の複数のデバイスとの間で第１の複数のケーブルを接続するための第１の複数のコネクタを含む第１のコネクタ装置と、
（ii）コントローラからの入力信号に応答して、前記モジュールに前記第１の複数のコネクタの複数のコネクタ・ピンのいずれかに任意の複数の信号を送信させる指示装置とを含むシステム。
【請求項２】
前記モジュールが、そのモジュールと前記コントローラとの間でケーブルを接続するための第２のコネクタ装置をさらに含む請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記モジュールが内部信号ソースをさらに含み、さらに前記指示装置が前記内部信号ソースから前記コネクタ・ピンへと信号を接続するようにプログラム可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記指示装置が複数の分散ネットワークを含み、それぞれの分散ネットワークが前記第１のコネクタ装置の特定の前記コネクタ・ピンに至る複数の選択可能経路を有し、それぞれの経路が複数のタイプの信号のうち選択された１つを前記コネクタ・ピンのうち選択されたピンに接続する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記分散ネットワーク中の前記経路が、
（ａ）前記選択されたコネクタ・ピンに動作用電力を接続するために選択可能な、少なくとも１つの第１の経路と、
（ｂ）前記選択されたコネクタ・ピンにデジタル信号を接続するために選択可能な、少なくとも１つの第２の経路と、
（ｃ）前記選択されたコネクタ・ピンに電源の戻りを接続するために選択可能な、少なくとも１つの第３の経路とを含む請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記経路が、デジタル−アナログ変換器を有する少なくとも１つの経路を含む請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
前記経路が、アナログ−デジタル変換器を有する少なくとも１つの経路を含む請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
前記指示装置が、第１の信号を前記コントローラに出力するように前記モジュールに指示するようにプログラム可能であり、前記第１の信号が前記モジュールに入力される信号のデータ・コンテンツを、対応する前記デバイスからの前記第１のコネクタ装置の前記コネクタ・ピンのうち選択された１つに搬送する請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記モジュールがデジタル−アナログ変換器を含み、前記指示装置が前記コントローラからのデジタル信号の受け取りを指示し、前記信号を前記デジタル−アナログ変換器によってアナログ信号に変換させ、前記アナログ信号のコピーを前記コネクタ・ピンのうち選択された任意の１つに配置するようにプログラム可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記モジュールがアナログ−デジタル変換器を含み、前記指示装置が、前記第１のコネクタ装置の任意の選択された接点にあるアナログ信号を検出し、前記アナログ−デジタル変換器に、前記信号をデジタル信号に変換して前記デジタル信号のコピーを前記コントローラに出力させるようにプログラム可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記指示装置が、電源電圧を前記第１のコネクタ装置の第１の選択されたコネクタ・ピンに接続させ、電源の戻りを前記第１のコネクタ装置の第２の選択されたコネクタ・ピンに接続させるようにプログラム可能である請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記指示装置がマイクロプロセッサを含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記モジュールが前記電源電圧を提供するための電源を含む請求項１２に記載のシステム。
【請求項１４】
（ａ）少なくとも１つの制御されるデバイスと、
（ｂ）前記少なくとも１つのデバイスの動作を指示するためのシステム・コントローラと、
（ｃ）第１の端部を前記システム・コントローラに接続するための第１のケーブルを含む第１のケーブル装置と、
（ｄ）前記デバイスそれぞれのための第２のケーブルを含む第２のケーブル装置であって前記第２のケーブルそれぞれが、対応する前記少なくとも１つのデバイスに接続するための第１の端部を有する第２のケーブル装置と、
（ｅ）第１のモジュールとを含む制御システムであって、前記第１のモジュールが、
（ｉ）前記第１のケーブルの第２の端部に接続するための第１のコネクタと、
（ii）前記第２のケーブルそれぞれの第２の端部それぞれに接続するための第２のコネクタと、
（iii）前記コントローラからの指示に応答して、複数のタイプの信号のうち任意の１つを、対応する前記第２のコネクタ上の複数の接点のうちの選択された１つを介して前記モジュールと選択された前記デバイスとの間で送信するように指示し、また、前記信号を前記コントローラと前記第１のモジュールとの間で伝送するように指示する指示装置とを含む制御システム。
【請求項１５】
第１のモジュールと第２のモジュールを含む構成可能なコネクタ化されたケーブル・テスト・システムであって、
（ａ）前記第１のモジュールが、
（ｉ）テストされるケーブルの１つの端部に接続するための第１のコネクタと、
（ii）第１のコンピュータ装置に接続するためにケーブルの１つの端部に接続するための第２のコネクタと、
（iii）前記コンピュータ装置からのコマンド信号に応答して、前記テストされるケーブルを介して伝送するために、前記第１のモジュール内で生成された複数の信号のうち１つを前記第１のコネクタの選択された接点に印加する第１の指示装置とを含み、
（ｂ）前記第２のモジュールが、
（ｉ）前記テストされるケーブルの第２の端部に接続するための第３のコネクタと、
（ii）前記第１のコンピュータ装置に接続するためのケーブルの接続用の第４のコネクタと、
（iii）前記コンピュータ装置からのコマンド信号に応答して、前記第３のコネクタの接点上の任意の信号を感知し、前記テストされるケーブルの動作状態を検証するために前記第１のコンピュータ装置に接続するための前記ケーブルを介して対応するデータを前記第１のコンピュータ装置に送信する第２の指示装置とを含むシステム。
【請求項１６】
前記複数のタイプの信号が周波数情報を含む請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記周波数情報がシリアル通信を表している請求項１６に記載のシステム。
【請求項１８】
前記周波数情報がサーボ・モータからのフィードバック情報である請求項１６に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
本明細書は、２００１年２月１４日出願の米国仮出願第６０／２６９１２９号からの優先権を主張するものである。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、一般にケーブリングおよびケーブリング・システムに関し、より詳細には、第１と第２のデバイス間での特定のワイヤ相互接続に対する要求が、第１のデバイスへ接続を行い、第２のデバイスに接続するためのケーブルの選択されたワイヤへ第１のデバイスからの接続を案内するプログラム可能Ｉ／Ｏモジュールを使用することによって達成される。
【背景技術】
【０００３】
複雑な電気／電子システムには、それ特有のケーブル構成が必要な場合が多い。通常、ケーブルは特定のアプリケーション用に特殊な構成とされる。たとえホーム・オーディオや小型コンピュータ・システムなどの比較的単純なシステムであっても、典型的にはいくつかの異なるケーブルが必要である。工業用制御システムなどのより大規模なアプリケーションにおいては、特有のケーブル設計の数がおびただしい。自動車工場などを動かしているような工業制御システムでは、センサやアクチュエータとコントローラとの間で対話が必要である。対応する接続を提供している装置は、入力システムおよび出力システムと呼ばれる。制御システムは、出力システムを介してランプ、ポンプ、バルブ、および他のデバイスの電源を投入することができる。同様に制御システムは、入力システムを介して、押しボタンの状態、スイッチのオンまたはオフ、あるいはタンクが満杯であるかどうか、またはシャフトがどの程度速く回転しているかを感知することができる。
【０００４】
プログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）などの従来技術の制御システムでは、制御システムのユーザは、個々のワイヤ接続を使用するかまたはコネクタ化されたワイヤ・ハーネスを介して入出力システムにセンサやアクチュエータを電気的に接続する。センサやアクチュエータを工業用制御システムに接続する一般的な方法は、端子ブロックを介して個々のワイヤ接続を使用するものである。端子ブロックは、通常、ねじ止めクランプを使用する。電気ワイヤの端部の絶縁材を取り除いた後、ねじ止めクランプの下に裸線をすべり込ませる。次にねじを締めてクランプの下にワイヤを固定し、ワイヤと端子ブロックとの間を電気的に接続する。ワイヤの固定にはさまざまなばね式クランプが使用される場合が増えてきているが、本質的にはねじ止めクランプと同じである。図１は、電球２０、スイッチ２２、および近接スイッチ２４という３つのデバイスへの端子ブロック１８を介して、個々のワイヤ１０がＰＬＣ  １６の入力モジュールおよび出力モジュール１２、１４に接続される方法を示す図である。近接スイッチとは、金属の有無（典型的には）を検出できる一般的なタイプのスイッチであり、電流を遮断することまたは通過させることによって指示を与えるものである。
【０００５】
図１に示された方法の一欠点は、ＰＬＣ  １６の入力モジュールまたは出力モジュールの端子２８、２６が、必ずしも電球やスイッチなどの負荷の接続を容易にするのに便利なように配置構成されていないことである。結果として、相互接続させるために膨大な特別の手作業配線を実行しなければならない。さらに、電球または近接スイッチなど、ある種のアクチュエータとセンサに電力を供給する電源３０から電気を、電球またはスイッチに接続するために端子ブロック１８に供給しなければならない。一般に従来技術の出力モジュール１２、１４は、負荷まで電力を供給するのではなく、電力を切り替えるだけである。図１に示された配線設計および実施は、システムのコストおよびサイズを大幅に増加させる。
【０００６】
ＰＬＣなどの工業用制御システムを負荷に接続する他の方法は、コネクタ化されたワイヤ・ハーネスまたはケーブルを介する方法である。図２は、ＰＬＣ  ３６からの１つの入力モジュール３２、１つの出力モジュール３４を示す図である。この入出力モジュール３２、３４には、それぞれコネクタ３８、４０が装備されており、これにより、ケーブル４２、４４を使用して様々なセンサやアクチュエータに接続することができる。残念ながら、ＰＬＣ  ３６のコネクタ３８、４０がセンサ信号を受け入れたりアクチュエータに電力を供給したりするように構成されていることはまれであるため、一般に入力モジュールまたは出力モジュールからのケーブルは、センサまたはアクチュエータに直接接続することができない。そのため図３には、ＰＬＣのコネクタを使用する場合の、ＰＬＣをセンサまたはアクチュエータに接続する最も一般的な方法が示されている。図３では、ＰＬＣの入力モジュール３２と出力モジュール３４からのケーブルは、制御システムに接続するための端子ブロック５０を含む回路板４６、４８に接続される。したがって、たとえコネクタ化されたケーブルが使用される場合であっても、従来技術では、端子ブロックなどの個々のワイヤ接続を使用した接続が依然として必要である。
【０００７】
個々のワイヤを接続せずにＰＬＣとセンサまたはアクチュエータとの間を直接接続するのには問題がある。この状況の一例が、ＰＬＣを、すでにコネクタが装備されたデバイスに接続しなければならない場合である。ＰＬＣをこうしたデバイスに接続する必要性は非常に一般的なものである。典型的なデバイスは、ＰＬＣに接続しなければならない信号を接続するためのコネクタを装備したマス・フローコントローラである。この場合、ＰＬＣ出力モジュールには出力しか含まれず、ＰＬＣ入力モジュールには入力しか含まれないのに対して、マス・フローコントローラコネクタは入力と出力の両方を表す信号を含んでいるという事実により、接続は複雑である。さらに悪いことに、信号の中には離散的なもの、すなわちオン／オフや、常に変化するアナログ信号もある。さらに、マス・フローコントローラは、電源電圧の印加およびフローコントローラコネクタへの戻り／グラウンドも必要である。
【０００８】
一般に、従来技術の方法と装置は、固定形式のＰＬＣを、マス・フローコントローラおよび電源などの変形形式の異種類のデバイスに接続するように設計および構築された、専用のケーブル・ハーネスを使用する必要がある。複雑なワイヤ・ハーネスの設計、製造、および設置は非常に困難であるため、ＰＬＣをセンサおよびアクチュエータに接続する方法の中で最も多いものは、個々のワイヤ接続および端子ブロックを介した方法である。
【０００９】
図４ａおよび４ｂは、典型的な非標準ケーブル構造の２つの例を示した図である。図４ａでは、ワイヤ５２、５４はそれぞれ、コネクタ５８とコネクタ５６上では異なるピンに接続される。図４ｂのケーブルでは、一方の端部には２つのコネクタ６０、６２があり、他方の端部には１つのコネクタ６４がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の一目的は、標準ケーブルを使用した専用の接続が可能な方法と装置を提供することである。
【００１１】
本発明の他の目的は、制御システム内での相互接続に関連したケーブルの複雑さを軽減させる方法と装置を提供することである。
【００１２】
本発明の他の目的は、システム内の専用に設計されたケーブルや個々のワイヤ接続の数を削減する方法と装置を提供することである。
【００１３】
本発明の一目的は、標準ケーブルを介して装置間で信号を方向付けるためのプログラム可能入出力モジュールを提供することである。
【００１４】
本発明の他の目的は、プログラム可能入出力モジュールを使用してケーブルをテストするための改良型システムを提供することである。
【００１５】
本発明の他の目的は、プログラム可能入出力モジュールと標準ケーブルを使用する制御システム用のインターロック・システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
簡潔に言えば、本発明の好ましい一実施態様には、システム・コントローラが、複数のケーブル導線のうちの選択された任意の１つまたは複数から選択されたタイプの信号を受信でき、または選択されたタイプの信号を複数のケーブル導線のうちの選択された任意の１つまたは複数に加えることができるシステムが含まれる。入出力モジュールには、モジュールとシステム・コントローラとの間で信号を伝播するために、第１の伝送ライン／ケーブルに接続するための第１のコネクタ装置が含まれる。第２の標準ケーブルの第１の端部に接続するために、少なくとも１つの第２のコネクタが設けられている。第２の標準ケーブルの第２の端部には、データの受信元であるかまたは信号の供給先である対応するコネクタに接続する標準ケーブル・コネクタが含まれる。入出力モジュールは、コントローラとデバイスとの間で必要な通信を可能にするためのプログラム可能ロジックを含むように構成される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の一利点は、手作業配線の相互接続を最小限にするかまたはなくすことである。
【００１８】
本発明の他の利点は、関連するドキュメンテーション、ワイヤの剥き取り、ワイヤのラベル付け、設置、およびテストを含む手作業配線のコストを削減できることである。
【００１９】
本発明の他の利点は、専用のケーブル・ハーネスの必要性をなくすかまたは最小にできることである。
【００２０】
本発明の他の利点は、新しいシステムを設計するのに必要な時間を削減できることである。
【００２１】
本発明の一利点は、システム中の部品番号の量を削減することである。
【００２２】
本発明の他の利点は、破損した、または疑わしいケーブルの交換に使用できるようにするために必要なケーブルの数が少なくなるため、現場でのシステムの保守を簡略化できることである。
【００２３】
本発明の他の利点は、通常は新しいケーブル設計が不要であるため、システム設計の変更を支援できることである。
【発明を実施するための最良の態様】
【００２４】
次に図５を参照すると、本発明の好ましい実施形態の方法と装置の例に関する構成図が示されている。本発明の装置には、入出力モジュール６６、１つまたは複数のケーブル６８を含む構成可能入出力システム６５が含まれる。ケーブル６８はすべて同一であることが好ましいが、本発明はケーブル６８が異なっていても良い。各ケーブル６８は１つまたは複数のケーブル導線を含む。本発明に従ったＩ／Ｏモジュール６６は、モジュール６６とデバイス７０との間、およびモジュール６６とシステム・コントローラ７２との間で、信号の特定の伝送を行うプログラム可能なマイクロプロセッサを含む。モジュール６６は、標準ケーブル６８への接続用の１つまたは複数の標準コネクタ７４も含むことが好ましい。コネクタ７６は、モジュール６６とシステム・コントローラ７２との間での通信のためのネットワーク（好ましくはイーサネット（登録商標））７８への接続を実施する。モジュール６６は、システム・コントローラ７２からの入力によってプログラム／構成される。あるいは、モジュール６６は別のコンピュータ（図示せず）を使用することによってプログラムされるように構成可能である。
【００２５】
たとえば、モジュール６６は、デバイス７９などの外部デバイスから、あるいはモジュール６６に組み込まれた電源から、対応する相互接続されたデバイス７０に伝送するための対応するケーブル６８に関連付けられた任意の１つまたは複数のワイヤへ、電源電圧を接続するようにプログラムすることができる。他の例として、コントローラ７２は、コネクタ７４の任意のピンで信号を生成または送信するようにモジュール６６をプログラムすることができる。
【００２６】
モジュール６６は、デバイス７０のうち任意の１つとコントローラ７２との間で通信データを転送できるようにプログラムすることが可能であり、これには、モジュール６６による任意の必要なアナログ−デジタル（Ａ／Ｄ）変換またはデジタル−アナログ（Ｄ／Ａ）変換を含むことができる。
【００２７】
次に図６を参照すると、Ｉ／Ｏモジュール６６がより詳細に示されている。本明細書で使用される「標準」という用語には、特定の接続用に選択または設計されたものでない任意のコネクタおよび／またはケーブルが含まれる。言い換えれば「標準」という用語は、ユーザが特別なコネクタまたはケーブル・ワイヤ構成を設計する必要なしに、ケーブルのケーブル導線のうちいずれか１本に向けて入力を送信できるようにする、本発明の特徴を識別するのに使用されるものである。この意味で使用される「標準」という用語は、様々な目的のうちいずれか用に設計できる「既製の」コネクタまたはケーブルを含む場合と含まない場合がある。それにもかかわらずこれは、配線のコストを下げ、部品をより入手しやすくする従来の意味の「標準」コネクタおよびケーブルを含むようにする方法と装置に関する本発明の好ましい実施形態である。
【００２８】
図６に示されたＩ／Ｏモジュール６６は、マイクロプロセッサ８２および電源８４を含むことが好ましい。あるいは、図５を参照しながら説明したように、電源をＩ／Ｏモジュール６６への相互接続と共に外部に配置することができる。入力線８６および出力線８８はどちらも、好ましい実施形態に従ったモジュール６６とコントローラ７２との間のイーサネット通信の必要に応じて示される。使用中の通信ネットワーク・タイプに従って、他のタイプの相互接続も本発明に含まれる。図６の線８６は、図５のコントローラ７２などのコントローラとＩ／Ｏモジュール６６との間のネットワーク通信に必要な接続装置を表している。図６の線８８は、図７のＩ／Ｏモジュール１２０と１２２との間の１２４などの他のＩ／Ｏモジュールへの通信に必要な接続装置を表している。一般に、マイクロプロセッサ８２は、たとえば圧力センサ、温度センサなどであってよい特定の選択されたデバイス９６から感知したり、対応するデータをシステム・コントローラに提供することの必要に応じて、コントローラからの命令を受け取るようにコントローラ７２によって構成／プログラムされる。さらにマイクロプロセッサ８２は、コントローラによって、ケーブル９４などの１つまたは複数のケーブルの任意の選択された１つまたは複数のケーブル導線に特定の信号を印加させるようにもプログラム／指示される。さらにマイクロプロセッサは、選択されたタイプの信号をデバイス９６からシステム・コントローラに送信するようにという指示に応答するようにもプログラムされる。
【００２９】
図６では、図をわかりやすくするために１本の線９４しか示されていないが、本発明には任意の数の線９４、コネクタ１１４、およびデバイス９６が含まれる。モジュール６６は、複数の線９４のそれぞれに対して相互接続デバイス９８〜１１２を選択する。デバイス９８〜１１２の各セットが１本の線９４へ接続される。したがって本発明は、９８〜１１２などの相互接続装置のセットと、デバイス９６などの対応するデバイスに接続するためのコネクタ１１４のそれぞれのコネクタ・ピンに至る各線９４のための、マイクロプロセッサ８２内の対応する必要なプログラム済みロジックとが含まれる。ピンはたとえばコネクタ１１４上に丸で示されている。
【００３０】
システム６５のオペレーションの一例として、デバイス９６への線９４上のアナログ信号としてデータを伝送するための命令を含む、たとえばイーサネット・パケットに含まれる線８６上の特定の入力データを認識するようにマイクロプロセッサをプログラムすることができる。この場合プログラミングは、マイクロプロセッサに、デジタル−アナログ変換器１１６を有する装置９８を介してデータを送信／変換するように命令する。この接続を実行するための装置は、デバイス１１６からデバイス９６への必要な接続を実行するために起動されるリレー「Ｒ１」という記号で表される。他の例としては、たとえば線９４がデバイス９６へ１５ボルトを搬送する場合、マイクロプロセッサは、コントローラからの信号に応答してリレーＲ６を起動するようにプログラムされることになる。この方法では、システム６５は、９４などの任意の線を介する選択された様々な通信を可能にし、様々な信号のうち任意の１つを、９４などの任意の選択された線へ、さらにその後対応するデバイス９６へと送信されるように加えることができる。したがって線９４などの線に接続されたケーブルは、前述のように従来の標準ケーブルであることが好ましい、必要な信号の伝送ができる任意のケーブルであってよい。
【００３１】
回路交換装置（Ｒ１〜Ｒ８）は電気機械式リレーとして概略的に示されている。好ましい実施形態では、この交換装置は半導体回路として実現されるものと理解される。半導体回路はかなり安価であると理解され、電気機械式リレー回路よりも高速で動作することができる。電気機械式リレーは本発明の本質を示すために使用される。
【００３２】
図６に示されるように、９８〜１１２として示された８本の信号経路のうち任意の１つを線９４と相互接続させることができる。たとえば図６では、２４Ｖ  ＤＣ、接地、１５Ｖ  ＤＣ、および−１５Ｖ  ＤＣを含む４つの異なる電源信号を示す。本発明は、任意の数量または値の信号も含む。前述のように、モジュール６６は、各ケーブル６８（図５）の各線９４（図６）について、９８〜１１２などの入力セットを使用して構成される。
【００３３】
線および相互接続は、任意のタイプの信号を搬送することができる。たとえば、信号はサーボ・モータからのフィードバックに見られるような周波数情報を含む。あるいはこれらの信号は、たとえばＲＳ−２３２データ、あるいはＤｅｖｉｃｅＮｅｔ、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ、またはイーサネットなどのフィールドバス・データを処理するシリアル通信搬送波であってもよい。
【００３４】
図６には、経路９８〜１０４による４つの非電源信号を接続するための装置も示されている。経路９８と経路１００は、Ａ／Ｄ変換器とＤ／Ａ変換器および交換装置（Ｒ１、Ｒ２）を含むが、これは、コントローラ７２およびデバイス７０（デバイス９６など）の異なる送信および受信機能／要件に対処するためにこうした変換が必要な状況のためのものである。経路１０２と経路１０４は、どちらかの方向にデジタル信号を渡すためのものである。より詳細に説明すると、コントローラは、モジュールにデジタル信号を送信するように指示することが可能であり、モジュール６６はこの信号を受け取るとバッファ１１８に送信し、マイクロプロセッサ８２は、所望のコネクタの所望の接点に必要な信号を送信するために、コネクタ１１４への経路１０４などの経路内で必要なリレーを起動させることによって、このバッファからこの信号をコントローラからの指示に応答してコネクタ１１４上の接点のうちの任意の１つに送信することが可能である。ここでも、信号のルーティングは、関連付けられたリレー（Ｒ１〜Ｒ８）を閉じることによって達成されるように記号で表されている。図６に示されるように、前述のデジタル出力信号の場合、リレーＲ４は閉じているが、リレーＲ１〜Ｒ３およびＲ５〜Ｒ８は開いているため、要求されたデジタル出力は、線９４および標準Ｉ／Ｏコネクタ１１４の対応するピンにルーティングされる。同様に、モジュール６６は、デバイス９６などのデバイス７２からデジタル信号を受信し、コントローラからの指示に応答してコピーをコントローラ７２に送信することができる。この場合、リレーＲ３は閉じているが、リレーＲ１〜Ｒ２およびＲ４〜Ｒ８は開いているため、標準Ｉ／Ｏコネクタ１１４の所与のピンからのデジタル信号は経路１０２を介してルーティングされる。経路９８と経路１００は、必要に応じてアナログ−デジタル変換に対処する。最終的に、信号が切断されたことを表しているように、構成可能Ｉ／Ｏシステム６５を信号から切り離すことができる。この切断は、リレーＲ１〜Ｒ８をすべて開くことによって達成される。
【００３５】
再度図５を参照すると、本発明の好ましい方法には、制御システムでシステム６５を使用することが含まれる。その際、コントローラ７２が、Ｉ／Ｏモジュール６６を介して、１つまたは複数のデバイス７０との間でデータを送受信し、Ｉ／Ｏモジュール６６はデバイス７０への選択されたケーブルの任意の選択されたケーブル導線から信号を受信し、かつそのケーブル導線に信号を置くようにプログラムされている。好ましい実施形態では、デバイス７２は、イーサネット・システム７８を介してＩ／Ｏモジュールと通信するシステム・コントローラである。あるいは、デバイス７２は汎用コンピュータなどの他の構成であってもよく、通信線７８は標準コンピュータケーブルなどの任意のタイプであってよい。
【００３６】
本発明の他の方法には、ケーブルをテストするためにモジュール６６を使用することが含まれる。図７は、テストされるケーブル１２４によって第２のＩ／Ｏモジュール１２２に接続された第１のＩ／Ｏモジュール１２０を示す図である。好ましい実施形態によれば、システム・コントローラ１２６が、特定の信号をケーブル１２４中のワイヤ１２８の選択された１本に置くようにモジュール１２０に指示するようにプログラムされる。信号はたとえば、ＤＣ供給電圧またはケーブル１２４をテストする必要に応じた他のタイプの信号であってよい。コントローラは、第２のモジュール１２２のピン１３０をスキャンするように第２のモジュール１２２に指示する。スキャンの結果はコントローラ１２６に送信され、これによってコントローラは、正しいピン上に正しい信号が送られているかどうかを知ってケーブルの状態を判別することができる。単一の選択されたケーブルケーブル導線を介した伝送の質を判別することに加えて、コントローラは、モジュール１２２のコネクタの任意のピン１３０上の信号をスキャンし、かつ検出し、ケーブル導線１２８のいずれかが相互に短絡されているかどうかを判別し、ケーブル導線１２８の間でのクロス・トークのレベルを決定することができる。図７に示されている破線１３２、１３４は、システム・コントローラ１２６とモジュール１２０とモジュール１２２との間の通信線を表している。
【００３７】
本発明の他の実施形態には、モジュール６６の機能を含むように構成されたモジュールが、システム中で安全機能を提供するためのインターロックと組み合わせられる方法が含まれる。図８は、ガス弁１３４の使用を保護するための従来技術のインターロック・システムを示す図である。３つのリレー１３６、１３８、１４０は、ガス弁１３４が動作電力を受け取るために２４Ｖ  ＤＣ電源１４２からの電流を伝えなければならない。リレー１３６、１３８、１４０を動作させるための電気巻線は、丸１４２、１４４、１４６の記号で表されている。各巻線への電力は、センサ・ユニット１４８、１５０、１５２によって制御される。３つのセンサ・ユニットのうちいずれか１つが起動されると、対応する巻線への電力が切断され、関連付けられたリレーは回路を切断／開の状態にし、ガス弁への電力を遮断する。図８のインターロック回路は、専用の配線が必要な専用の回路板に組み込まれることが多い。
【００３８】
本発明の方法の一実施形態が図９に示されており、ここでは、インターロック・システムでの専用の配線を最小限にするかまたはなくすために、モジュール６６などの構成可能コネクタ化Ｉ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０が使用される。モジュール１６６、１６８、１７０は、インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４に接続されており、図５および６のモジュール６６と同様または同一であってよい。図９に示された相互接続は、すべてまたはその一部が標準コネクタおよびケーブルに対処可能であり、構成可能なコネクタ化されたＩ／Ｏモジュールをプログラミングすることによって、信号の特定の方向付け／ルーティングが達成される。
【００３９】
図９の例示システム１５４には、マス・フロー・コントローラなどのデバイス１５８を含む、動作を制御するためのシステム・コントローラ１５６が含まれる。システム１５４は、３つの安全センサ１６０、１６２、１６４のすべての状態が適切な動作状態を示す場合にのみデバイス１５８を動作させるインターロック・システムを含む。この目的では、センサは任意のタイプであってよい。この３つの例は、近接スイッチ１６０、安全インターロック１６２、およびリミット・スイッチ１６４である。
【００４０】
システム・コントローラ１５６が、３つの構成可能なコネクタ化されたＩ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０のそれぞれに接続され、これによってシステム全体で使用可能な標準ケーブルおよびコネクタの示された様々な接続を可能にするために、前述のようなプログラム可能なフレキシビリティが提供される。Ｉ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０は、インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４がＩ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０にプラグ・インされていることを示すように、インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４と重なって示されている。好ましい実施形態では、インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４は、ケーブル６８の代わりに図５のモジュール６６などのＩ／Ｏモジュールのコネクタ７４にプラグ・インする。インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４はそれぞれ、デバイス１５８〜１６４を相互接続するためにケーブル６８がプラグ・インされているデバイス・コネクタ７４を含む。したがって、インターロック・モジュール１８０、１８２、１８４は、Ｉ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０と、図９に例として示されている近接スイッチ１６０、リミット・スイッチ１６４、および安全インターロック１６２、ならびにデバイス１５８を含む、それらが取り付けられているデバイス１５８〜１６４との間に常駐する。
【００４１】
システム・コントローラ１５６は、線１７４で示されるようなイーサネットなどのネットワークによって、Ｉ／Ｏモジュール１６６、１６８、１７０、ならびにインターロック・プロセッサ１７２と通信する。イーサネット通信を達成するための装置は当分野の技術者であれば理解されるものであるため、本発明を再現するために例示する必要はないであろう。電源１７６は、線１７８で記号化された接続によって示される。インターロック・モジュール（１８０、１８２、１８４）は、Ｉ／Ｏモジュール（１６６、１６８、１７０）それぞれに接続される。各インターロック・モジュール（１８０〜１８４）は、線１８６、１８８、１９０で示されたケーブル／バスを介してインターロック・プロセッサ１７２に接続される。
【００４２】
図９のインターロック・システムについてこれ以上詳細に説明しない。一般に、システム１５４は、バス線（１８６、１８８、１９０）を介してインターロック・プロセッサ１７２に接続されたインターロック・モジュール（１８０、１８２、１８４）を含む。インターロック・モジュールには２つの機能がある。（１）第１の機能は、インターロック・モジュール１８０、１８２の機能であって、すべての入力のサブセットであり、インターロック入力と呼ばれる、センサ１６０、１６２、１６４からのある入力、たとえば１９２、１９４、１９５の状態を、インターロック・バス１８６、１８８を介してインターロック・プロセッサ１７２に伝送するためのものである。任意のインターロック・モジュール（１８０〜１８４）に接続された任意の入力（１９２、１９４、１９５）は、入力が図８で（１４２、１４４、１４６）とラベル付けされたようなリレー・コイルを駆動するように、インターロック・モジュール内で配線することができる。これらのリレー・コイルが起動すると、関連付けられたリレー接点が閉じる。これらのリレー・コイルがそれぞれ接点を起動し、その結果信号は、インターロック・プロセッサ１７２へのインターロック・バス１８６、１８８を介して、インターロック・プロセッサ１７２によって感知されるか、またはインターロック・プロセッサ１７２に送信される。インターロック・プロセッサの機能については簡単に説明する。（２）第２の機能はインターロック・モジュール１８４の機能であって、インターロック・バス１９０を介してインターロック・プロセッサ１７２から１つまたは複数のインターロック信号を受信するためのものである。インターロック・プロセッサは、プロセッサがバス１９０で送信するインターロック信号が、接点がＩ／Ｏモジュール１７０の出力と並列であるインターロック・モジュール１８４内に配置されたリレーのコイルを駆動するように配線される。したがって、この出力１９７はインターロックされる。すなわち、Ｉ／Ｏモジュール１７０は、デバイス１５８に接続された出力をオンにするよう試みることが可能であるが、出力１９７と並列のリレーを閉じるインターロック・プロセッサ１７２がインターロック・バス１９０上の信号を駆動しない限り、その出力１９７がインターロック・モジュール１８４以外に進行するのを防ぐ（すなわちインターロックされる）。インターロック・プロセッサ１７２は、入力があるとブール論理を実行することによって、インターロック・モジュール１８０、１８２からの入力に応答し、インターロック・モジュール１８４にルーティングされるバス１９０上の１つまたは複数のインターロック出力を生成し、それによってＩ／Ｏモジュール１７０からの出力１９７をインターロックする。インターロック・プロセッサ１７２は、リレーを使用する処理のすべてを実行することが好ましい。リレーは単純かつ信頼性があるため、安全回路では一般的である。シリコン・スイッチおよびマイクロプロセッサは信頼性が低く、様々なハードウェアまたはソフトウェアに突発的なトラブルを発生させやすいという評判である。にもかかわらず、本明細書では、シリコン・プロセッサ、スイッチ、またはロジックの使用を排除するものではない。ケーブル１８６、１８８、１９０は、各インターロック・モジュールとインターロック・プロセッサとの間を直接接続するように示されている。
【００４３】
動作時には、近接スイッチ１６０は、第１のインターロック・モジュール１８０に直接接続されたインターロック入力１９２を提供する。安全インターロック１６２は、同様の入力１９４を提供する。これらの２つのインターロック入力１９２、１９４は、インターロック・モジュール１８０とＩ／Ｏモジュール１６６との間の接続、およびＩ／Ｏモジュール１６６とシステム・コントローラ１５６との間のネットワーク１７４を使用した入力監視通信により、システム・コントローラ１５６によって感知される。インターロック・モジュール１８０は、インターロック入力１９２、１９４それぞれについて１つのリレーを含む。これらのリレー（図示せず）は、インターロック・バス１８６を介してインターロック・プロセッサ１７２へ信号を送るためのものである。インターロック・プロセッサ１７２は、インターロック入力１９２、１９４それぞれについて１つのリレーを含む。リレーは、インターロック１６０、１６２、１６４についてブール演算を実行し、インターロック・バス１９０を介してインターロック・モジュール１８４にルーティングされるインターロック出力を生成するように、インターロック・プロセッサ１７２内に配置される。インターロック・モジュール１８４内では、出力１９７などの各出力に対して１つのリレー（図示せず）がインターロックされる。言い換えれば、図９では１つのデバイス１５８に対して１つの出力１９７しか示されていないが、本発明の概念は任意数の入力、出力、およびデバイスに適用される。インターロック・プロセッサ１７２が、インターロック入力１６０、１６２、１６４が適切なシステム・オペレーションのための正しい状態にあると判断した場合、インターロック・プロセッサ１７２は、インターロック・バス１９０を介して信号を送信し、インターロック・モジュール１８４内のリレーを閉じた状態にするため、線１９７上の出力が可能になり、その結果デバイス１５８は実行可能になるかまたはオンになる。
【００４４】
以上、本発明の特定の実施形態について図示および説明してきたが、当分野の技術者であれば、本発明の精神を逸脱することなく変更および修正が可能であり、添付の特許請求の範囲は本発明の真の精神および範囲内でのこれらの変更および改変を含むものであることは明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】個々のワイヤを使用する従来技術の相互接続システムを示す図である。
【図２】ケーブルを使用する従来技術の相互接続システムを示す図である。
【図３】選択されたデバイスへのケーブル配線を相互接続するための、従来技術の回路板の使用を示す図である。
【図４ａ】典型的な従来技術の専用ケーブル配置構成を示す図である。
【図４ｂ】他の典型的な従来技術の専用ケーブル配置構成を示す図である。
【図５】本発明の装置および方法を示す構成図である。
【図６】本発明のコネクタ化された構成可能システムのモジュールをより詳細に示す回路図である。
【図７】本発明のモジュールを使用してケーブルをテストするためのシステムを示す構成図である。
【図８】従来技術のインターロック・システムを示す図である。
【図９】本発明の構成可能なコネクタ化された入出力モジュールを使用するインターロック・システムを示す構成図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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