СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ С ВОЗМОЖНОСТЬЮ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ ПОЛЕВЫХ УСТРОЙСТВ С УДАЛЕННЫМ ТЕРМИНАЛЬНЫМ БЛОКОМ
METHOD AND DEVICE FOR CONNECTION WITH POSSIBILITY OF FIELD DEVICES DATA TRANSMISSION WITH REMOTE TERMINAL UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0001] Настоящее изобретения относится в целом к системам управления процессом и, более конкретно, к способам и устройству для соединения с возможностью передачи данных полевых устройств с удаленным терминальным блоком.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Промышленные системы управления, например, используемые в нефтегазодобывающей промышленности, часто содержат один или большее количество удаленных терминальных блоков (RTU) и/или управляющих потоком компьютеров в качестве ключевых компонентов в рабочем блоке управления системы управления (например, в устье скважины на участке добычи нефти). RTU используются для обеспечения интерфейса между хостом системы управления и полевыми устройствами (например, клапанами, позиционерами клапанов, переключателями, датчиками, передатчиками и т. д.), выполненными с возможностью осуществления функций управления, таких как открытие или закрытие клапанов и измерение параметров процесса. RTU обеспечивают такой интерфейс, передавая команды от хоста полевым устройствам и передавая данные от полевых устройств хосту. Указанная связь может быть реализована через какую-либо из аналоговых, цифровых или комбинированных аналоговых/цифровых шин с использованием любых необходимых коммуникационных средств (например, проводных, беспроводных и т. д.) и протоколов (например, Fieldbus, Profibus, HART и т. д.). Дополнительно или в альтернативном варианте RTU могут выступать в качестве автономных устройств, которые реализуют управление процессом и архивирование данных независимо от команд, подаваемых хостом (и/или без подключения к хосту).
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003] Раскрыты способы и устройство для соединения с возможностью передачи данных полевых устройств с удаленным терминальным блоком. Иллюстративное устройство содержит базовую стойку для удаленного терминального блока в системе управления процессом. Иллюстративное устройство дополнительно содержит первый терминальный модуль, устанавливаемый в первый терминальный слот базовой стойки. Провода, соединенные с возможностью передачи данных с полевым устройством, должны быть оконцованы в первом терминальном модуле. Иллюстративное устройство также содержит первый модуль управления, отдельный от первого терминального модуля, устанавливаемый в первый слот управления базовой стойки. Первый модуль управления должен быть соединен с возможностью передачи данных с первым терминальным модулем через объединительную плату базовой стойки. Первый модуль управления предназначен для управления связью с полевым устройством.
[0004] Иллюстративный способ включает в себя мониторинг через процессор в модуле управления идентификационного сигнала, предоставляемого терминальным модулем, когда модуль управления и терминальный модуль соединены с возможностью передачи данных посредством объединительной платы базовой стойки, поддерживающей модуль управления и терминальный модуль. Иллюстративный способ дополнительно включает в себя автоматическую идентификацию посредством процессора типа терминального модуля на основе идентификационного сигнала.
[0005] На материальном машиночитаемом носителе данных хранятся иллюстративные команды, которые при их исполнении побуждают машину по меньшей мере осуществлять мониторинг идентификационного сигнала, предоставляемого терминальным модулем, соединенным с возможностью передачи данных с модулем управления через объединительную плату базовой стойки, поддерживающей модуль управления и терминальный модуль. Иллюстративные команды также побуждают машину автоматически идентифицировать тип терминального модуля на основе идентификационного сигнала.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[0006] На ФИГ. 1 показана часть иллюстративной системы управления, в которой могут быть реализованы принципы настоящего изобретения.
[0007] На ФИГ. 2 показана иллюстративная стойка или корпус для реализации примера RTU согласно ФИГ. 1.
[0008] На ФИГ. 3 схематически показана иллюстративная объединительная плата иллюстративной стойки согласно ФИГ. 2.
[0009] На ФИГ. 4 представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов иллюстративной сборки, показывающей иллюстративную стойку согласно ФИГ. 2 с двумя иллюстративными модулями управления и двумя соответствующими иллюстративными терминальными модулями.
[0010] На ФИГ. 5-8 показаны иллюстративные лицевые панели различных типов иллюстративных модулей управления согласно ФИГ. 4.
[0011] На ФИГ. 9 приведена схема, иллюстрирующая пример реализации одного из иллюстративных модулей управления согласно ФИГ. 4 в связи с соответствующим иллюстративным терминальным модулем согласно ФИГ. 4.
[0012] На ФИГ. 10 приведена схема, иллюстрирующая пример реализации функции электронного ввода ключей иллюстративного модуля управления и иллюстративного терминального модуля согласно ФИГ. 9.
[0013] На ФИГ. 11 приведена схема иллюстративной схемы одного из иллюстративных дискретных блоков ввода/вывода модуля управления согласно ФИГ. 9.
[0014] На ФИГ. 12 приведена схема иллюстративной схемы одного из иллюстративных аналоговых блоков ввода/вывода модуля управления согласно ФИГ. 9.
[0015] На ФИГ. 13 проиллюстрирован пример реализации терминального модуля согласно ФИГ. 9 в виде десятиканального терминального модуля.
[0016] На ФИГ. 14 проиллюстрирован пример реализации одного из терминальных модулей согласно ФИГ. 4 в виде шестнадцатиканального терминального модуля.
[0017] На ФИГ. 15 проиллюстрирован пример реализации одного из терминальных модулей согласно ФИГ. 4 в виде восьмиканального терминального модуля AC.
[0018] На ФИГ. 16-22 проиллюстрированы различные примеры типов схем для реализации иллюстративных схем согласования согласно ФИГ. 13-15.
[0019] На ФИГ. 23 показаны две иллюстративные платы формирования сигнала согласно ФИГ. 4, имеющие общую контактную группу.
[0020] На ФИГ. 24 приведена схема, иллюстрирующая еще один пример реализации функции электронного ввода ключей иллюстративного модуля управления и иллюстративного терминального модуля согласно ФИГ. 9.
[0021] На ФИГ. 25 проиллюстрирована блок-схема, представляющая пример способа реализации одного из примеров модулей управления согласно ФИГ. 4 для идентификации соответствующего иллюстративного терминального модуля.
[0022] На ФИГ. 26 схематически проиллюстрирован пример процессорной платформы, которая может использоваться и/или быть запрограммирована для осуществления примера способа согласно ФИГ. 25 и/или, в более общем плане, для реализации одного из иллюстративных модулей управления согласно ФИГ. 4.
[0023] Изображения в графических материалах приведены не в масштабе. Кроме того, везде, где это возможно, на всех чертежах и в данном описании будут использоваться одни и те же номера позиций для обозначения одних и тех же или аналогичных компонентов.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0024] Удаленные терминальные устройства (RTU) и/или управляющие потоком компьютеры позволяют осуществлять обмен данными между полевыми устройствами и/или другими компонентами, а также системой диспетчерского управления и сбора данных (SCADA), распределенной системой управления (DCS) или любой другой системой управления. Для удобства объяснения в данном описании RTU относится к RTU или управляющему потоком компьютеру. Кроме того, в данном описании термины система SCADA, DCS или система управления процессом используются взаимозаменяемо для обозначения любого типа системы управления. В системе управления процессом оператор и/или другой персонал может контролировать и/или регулировать различные рабочие блоки и/или другие аспекты системы управления через центральный хост. Чтобы позволить оператору контролировать и/или управлять системой управления таким образом, требуется передача данных между хостом и рабочими блоками и/или другими аспектами системы управления.
[0025] Часто RTU содержат объединительную плату для соединения с возможностью передачи данных локального процессора с одной или большим количеством плат или модулей связи и/или ввода/вывода (I/O), которые, в свою очередь, соединены с возможностью передачи данных с одним или большим количеством полевых устройств и/или других компонентов. Как правило, каждый тип точки ввода/вывода, который должен быть реализован в системе (например, на основе типа и/или применения задействованных полевых устройств, требований к питанию, используемого протокола связи и т. д.), требует использования собственного типа модуля ввода/вывода. В результате персоналу системы управления может потребоваться доступ к широкому спектру таких модулей ввода/вывода, что может привести к существенным затратам. Кроме того, в некоторых примерах различные типы модулей ввода/вывода могут быть частью различных линеек продуктов, так что некоторые могут быть реализованы на одном типе корпуса или стойки, а другие - на другой стойке. Таким образом, могут возникать дополнительные затраты на приобретение и доступ к различным типам стоек и/или других компонентов, необходимых для реализации различных модулей ввода/вывода.
[0026] Кроме того, известные модули ввода/вывода, как правило, представляют собой автономные компоненты, которые содержат электронику для реализации указанной функциональности, а также оконечные точки, в которые могут непосредственно подводиться провода от полевых устройств. В результате, если необходимо заменить какой-либо конкретный модуль ввода/вывода по причине, например, повреждения электронных компонентов вследствие броска напряжения, придется заплатить полную стоимость нового модуля ввода/вывода. Кроме того, могут возникать дополнительные затраты из-за простоев, связанных с переподключением полевых устройств и настройкой нового модуля ввода/вывода.
[0027] Приведенные здесь примеры преодолевают вышеуказанные ограничения, используя корпус или базовую стойку, которая обеспечивает интерфейс между первым набором плат (называемых здесь модулями управления) и вторым набором плат (называемых здесь терминальными модулями) через объединительную плату стойки. В некоторых примерах одни из модулей управления работает в сочетании с соответствующими терминальными модулями для реализации аналогичных функций, выполняемых известными модулями ввода/вывода. В некоторых примерах модули управления обеспечивают первичное управление связью с полевыми устройствами, в то время как терминальные модули обеспечивают оконечные точки, к которым подводятся провода от полевых устройств. Более конкретно, в некоторых примерах модули управления содержат электронные компоненты для реализации относительно высокоуровневых или общих функций, соответствующих основным функциям и обработке традиционных модулей ввода/вывода. Кроме того, в некоторых примерах терминальные модули содержат схемы согласования, которые обеспечивают функции, соответствующие приложению, которые могут характеризовать или обуславливать общие функции модуля управления для конкретного использования. Таким образом, один модуль управления может использоваться для различных целей за счет его сопряжения с различными типами терминальных модулей. Относительно специфическая функциональность терминальных модулей может обеспечиваться с гораздо меньшими затратами, чем в случае более общих модулей управления. В результате затраты, связанные с реализацией различных типов ввода/вывода, могут быть значительно уменьшены.
[0028] Кроме того, скачки электрического напряжения являются основной причиной сбоев в полевых условиях. Соответственно, в некоторых примерах конкретная функциональность терминальных модулей заключается в обеспечении защиты модуля управления от скачков напряжения. Таким образом, хотя скачок напряжения или перенапряжение могут повредить электронику терминального модуля, их влияние не достигнет модуля управления. В результате может потребоваться замена только недорогого терминального модуля, благодаря чему будет достигнуто дополнительное снижение затрат на эксплуатацию RTU в системе управления. Кроме того, в некоторых таких примерах конфигурация модуля управления может быть сохранена для использования с заменяющим терминальным модулем, что сокращает время простоя и снижает дополнительные затраты.
[0029] Кроме того, в некоторых примерах терминальный модуль содержит контактную группу, в которой оконцовываются полевые провода, которые выполнены с возможностью избирательного отделения от платы, содержащей схему согласования (например, защиту от перенапряжения). Соответственно, в некоторых примерах контактная группа со всеми подключенными полевыми проводами может быть удалена с отказавшей платы и вставлена в заменяющую плату, тем самым экономя время (и связанные с этим затраты), необходимые для переподключения полевых устройств.
[0030] В то время как отделение модулей управления от терминальных модулей может обеспечивать возможность нескольких различных комбинаций для разных применений, некоторые типы терминальных модулей могут быть несовместимы с некоторыми типами модулей управления. Раньше согласование компонентов ввода/вывода достигалось с помощью физических механизмов (например, несовместимые компоненты сконструированы так, что они не подходят друг к другу). Это одна из причин значительных затрат в случае использования разных типов стоек и/или других компонентов, связанных с обширным перечнем деталей. В приведенных в данном описании примерах каждый тип модуля управления имеет одинаковый форм-фактор для обеспечения возможности установки в любой слот управления соответствующей стойки. Аналогично, каждый тип терминального модуля имеет одинаковый форм-фактор для обеспечения возможности установки в любой терминальный слот соответствующей стойки. В некоторых примерах, чтобы предотвратить несоответствие несовместимых модулей управления и терминальных модулей, в модулях реализован механизм электронного ввода ключа. Это значит, что вместо использования физического ключа, в некоторых примерах модуль управления содержит процессор, который способен однозначно идентифицировать тип терминального модуля, с которым сопряжен модуль управления, на основе сигнала, предоставляемого терминальным модулем. В некоторых таких примерах, если идентифицированный терминальный модуль несовместим с модулем управления, формируется сигнал прерывания, который предотвращает связь.
[0031] Кроме того, в некоторых примерах модуль управления выполнен с возможностью обнаружения установки и/или извлечения терминального модуля при включении системы. В некоторых примерах модуль управления формирует сигнал прерывания, который автоматически предотвращает ввод/вывод данных в таких ситуациях, так что нет необходимости в выключении или выведения из эксплуатации RTU на время замены модуля, благодаря чему еще больше сокращается время простоя.
[0032] Рассмотрим подробнее графические материалы, где на ФИГ. 1 показана часть иллюстративной системы управления 100 (например, системы SCADA), в которой могут быть реализованы принципы настоящего изобретения. Иллюстративная система 100 содержит RTU 102. В проиллюстрированном примере RTU 102 поддерживает связь с одним или большим количеством полевых устройств 104, 106, 108. Кроме того, как показано на ФИГ. 1, RTU 102 также обменивается данными с системным хостом 110, связанным с иллюстративной системой 100. В проиллюстрированном примере связь между RTU 102 и системным хостом 110 может осуществляться с помощью любого подходящего устройства связи и/или среды. Например, RTU 102 может содержать беспроводное устройство радиосвязи и/или подключаться к нему. Используемый здесь термин «устройство радиосвязи» относится к любому беспроводному передатчику или беспроводному приемнику отдельно или в комбинации.
[0033] Иллюстративный системный хост 110 согласно ФИГ. 1 позволяет оператору, инженеру и/или другому специалисту на объекте (любой из которых может упоминаться здесь как пользователь) просматривать и/или взаимодействовать с одним или большим количеством экранов для оператора и/или приложений, которые позволяют пользователю просматривать системные переменные, состояния, условия и/или аварийные сигналы, связанные с иллюстративной системой управления 100; менять настройки управления (например, заданные значения, рабочие состояния, сброс аварийных сигналов, выключение звука сигнализации и т. д.) для иллюстративной системы управления 100; конфигурировать и/или калибровать устройства в иллюстративной системе управления 100; выполнять диагностику устройств в иллюстративной системе управления 100; и/или иным образом взаимодействовать с устройствами в иллюстративной системе управления 100.
[0034] Иллюстративный системный хост 110 согласно ФИГ. 1 может быть реализован с использованием одной или большего количества рабочих станций и/или любых других подходящих компьютерных систем и/или систем обработки. Например, системный хост 110 может быть реализован с использованием однопроцессорных персональных компьютеров, одно- или многопроцессорных рабочих станций, портативного компьютера (ноутбука) и т. д. Системный хост 110 может быть сконфигурирован с одной или большим количеством прикладных станций для выполнения одного или большего количества ИТ-приложений, пользовательских интерактивных приложений и/или коммуникационных приложений. Например, прикладная станция может быть исполнена с возможностью выполнения в основном приложений, связанных с управлением процессами, в то время как другая прикладная станция может быть исполнена с возможностью выполнения в основном коммуникационных приложений, которые позволяют системе управления 100 взаимодействовать с другими устройствами или системами, используя любые необходимые средства связи (например, беспроводные, проводные и т. д.) и протоколов (например, HTTP, SOAP и т. д.).
[0035] Как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 1, RTU 102 содержит по меньшей мере одну стойку или корпус 112 со множеством портов, разъемов или слотов 114 для размещения различных типов модулей, включая по меньшей мере один модуль центрального процессора (CPU/ЦП) 116, с помощью которого реализуются функции RTU 102. В некоторых примерах другие слоты 114 содержат один или большее количество модулей ввода/вывода (I/O) 118 и/или один или большее количество модулей связи (COM) 120, через которые RTU 102 взаимодействует с другими компонентами в системе управления 100 (например, полевые устройства 104, 106, 108). В некоторых примерах каждый из слотов 114 (и соответствующих модулей 116, 118, 120, установленных в них) сообщается с другими через объединительную плату, сконструированную в стойке 112 RTU 102. Модуль CPU 116 RTU 102 может сообщаться с системным хостом 110 иллюстративной системы управления 100 (например, с помощью беспроводной дальней радиосвязи, сотовой сети, спутниковой связи и т. д.).
[0036] Как показано в проиллюстрированном примере, RTU 102 соединен с возможностью передачи данных с одним или большим количеством полевых устройств 104, 106, 108. В некоторых примерах по меньшей мере некоторые из иллюстративных полевых устройств 104, 106, 108 могут быть интеллектуальными полевыми устройствами, такими как Fieldbus-совместимые клапаны, приводные механизмы, датчики и т.п., и в этом случае интеллектуальные полевые устройства 104, 106, 108 связываются с RTU 102 через один из модулей ввода/вывода 118 с использованием известного протокола Foundation Fieldbus через любую проводную или беспроводную коммуникационную среду. Разумеется, вместо этого можно использовать другие типы интеллектуальных полевых устройств и протоколов связи. Например, интеллектуальные полевые устройства 104, 106, 108 могут, вместо этого, быть Profibus и/или HART-совместимыми устройствами, которые обмениваются данными с RTU 102 с использованием известных протоколов связи Profibus и HART. Дополнительно или в альтернативном варианте в некоторых примерах полевые устройства 104, 106, 108 могут быть соединены с возможностью передачи данных по локальной беспроводной сети в соответствии с протоколом WirelessHART™. В некоторых таких примерах RTU 102 может передавать информацию и/или данные от системного хоста 110 в интерфейсный модуль WirelessHART™ для связи с локальной беспроводной сетью полевых устройств. Кроме того, в других примерах по меньшей мере некоторые из полевых устройств 104, 106, 108 могут быть неинтеллектуальными полевыми устройствами, такими как обычные устройства, работающие с 4-20 миллиампер (мА) или 0-24 В постоянного тока (VDC), которые обмениваются данными с RTU 102 через соответствующий проводной канал.
[0037] В то время как на ФИГ. 1 показана иллюстративная система управления 100 процессом, в которой может быть реализован RTU 102, описанный более подробно ниже, способы и устройство, описанные здесь, могут, при желании, быть выгодно применены в других системах SCADA и/или системах управления процессами большей или меньшей сложности (например, с несколькими RTU, содержащих другие контроллеры, имеющих большее количество полевых устройств и т. д.), чем проиллюстрировано в примере на ФИГ. 1.
[0038] На ФИГ. 2 показана иллюстративная базовая стойка или корпус 200 (аналогичная стойке 112 на ФИГ. 1) для реализации примера RTU 102 согласно ФИГ. 1. В некоторых примерах стойка 200 не имеет активной электроники и может монтироваться внутри полевого корпуса либо непосредственно на пластину, либо с использованием DIN-рейки. Как показано в проиллюстрированном примере, стойка 200 содержит восемь слотов управления 201, 202, 203, 204, 205, 206, 207, 208 для установки в них до восьми модулей управления (например, модулей управления 402 на ФИГ. 4), соответствующих любому из модулей CPU 116, модулей ввода/вывода 118 или модулей СОМ 120, описанных выше со ссылкой на ФИГ. 1. Кроме того, иллюстративная стойка 200 содержит два входных разъема питания 210, которые обеспечивают питание для модулей управления, вставленных в слоты управления 201-208. Кроме того, иллюстративная стойка 200 на ФИГ. 2 содержит восемь терминальных слотов 211, 212, 213, 214, 215, 216, 217, 218 для установки до восьми терминальных модулей (например, терминальных модулей 404 согласно ФИГ. 4), которые работают в сочетании с соответствующими модулями управления для обеспечения функций интерфейса для полевых устройств 104, 106, 108 согласно ФИГ. 1 с хост-системой 101 через RTU 102. В некоторых примерах первый из слотов 201 (слот № 1) обозначен как главный слот стойки 200. В некоторых таких примерах в главный слот 201 должен устанавливаться модуль управления, который является модулем CPU 116, для направления и управления функциональными возможностями RTU 102 и обмена данными с дополнительными модулями управления в других слотах 202-208. Для целей пояснения модуль CPU 116, вставленный в главный слот 201, упоминается здесь как главный модуль CPU.
[0039] В некоторых примерах, как описано более подробно ниже, модули управления (установленные в слоты управления 201-208) обеспечивают основные функциональные возможности для реализации и/или управления вводом/выводом данных с полевыми устройствами и для связи с другими модулями управления на стойке 200, содержащей главный модуль CPU (который, в свою очередь, взаимодействует с системным хостом 110). В некоторых примерах терминальные модули содержат оконечные точки для оконцовки проводов от полевых устройств. В некоторых примерах модули управления, установленные в слоты управления 201-208, соединены с возможностью передачи данных с помощью объединительной платы стойки 200 с соответствующими терминальными модулями, вставленными в терминальные слоты 211-218. Таким образом, в некоторых примерах модули управления косвенно обмениваются данными с полевыми устройствами (например, полевыми устройствами 104, 106, 108) через объединительную плату и терминальные модули. Кроме того, в некоторых примерах терминальные модули содержат зависящую от приложения схему для формирования сигналов между полевыми устройствами и модулями управления для определенных целей.
[0040] В некоторых примерах, помимо обеспечения интерфейса соответствующих модулей управления с терминальными модулями, объединительная плата стойки 200 обеспечивает связь между различными модулями управления, установленными в разных слотах 201-208. В некоторых примерах объединительная плата и соответствующие соединители модуля управления одинаковы для каждого слота управления, так что любой модуль управления можно установить в любой слот. В некоторых примерах объединительная плата стойки 200 позволяет сконфигурировать восемь слотов управления 201-208 в виде четырех дублирующих пар 220, 222, 224, 226 с нечетными пронумерованными слотами (слоты № 1, 3, 5 и 7) и избыточными соседними четными пронумерованными слотами (слоты № 2, 4, 6 и 8). В некоторых примерах нечетные пронумерованные слоты управления являются активными слотами по умолчанию в дублирующих парах 220, 222, 224, 226, в то время как четные пронумерованные слоты управления являются вспомогательными или резервными слотами по умолчанию, которые становятся активными, если происходит сбой модуля управления в соответствующем слоте. Хотя объединительная панель стойки 200 позволяет слотам 201-208 быть выполненными в виде дублирующих пар 220, 222, 224, 226, слоты 201-208 могут быть альтернативно реализованы без резервирования. Т.е. в некоторых примерах все восемь слотов 201-208 могут содержать восемь различных модулей, являющихся активными.
[0041] Как показано в проиллюстрированном примере, стойка 200 содержит входной соединитель 228 и выходной соединитель 230 (обычно упоминаемые в данном документе как соединители между стойками), которые соединены между собой с возможностью передачи данных посредством объединительной платы стойки 200. В некоторых примерах выходной соединитель 230 первой стойки 200 может быть соединен с входным соединителем 228 второй стойки 200. Т.е. в некоторых примерах множество стоек 200 могут быть соединены последовательно со связанными с ними объединительными платами, соединенными между собой с возможностью передачи данных, тем самым обеспечивая модулям управления на любой из стоек взаимодействие друг с другом. В контексте данного документа, две или большее количество стоек 200, соединенные между собой с возможностью передачи данных через входные и выходные соединители 228, 230, совместно упоминаемые в данном документе как панель. В некоторых примерах один главный модуль CPU управляет работой и функционированием всех модулей, вставленных в панель, независимо от конкретной стойки 200, в которой установлен модуль.
[0042] На ФИГ. 3 проиллюстрирована схема приведенной в качестве примера объединительной платы 300, соединяющей между собой с возможностью передачи данных слоты управления 201-208 приведенной в качестве примера стойки 200 в соответствии с ФИГ. 2. Как показано на ФИГ. 3, объединительная плата 300 обеспечивает локальную высокоскоростную последовательную (HSS) шину 302, которая является внутренней для стойки 200 (т.е. локальная HSS шина 302 не проходит через входные и выходные соединители 228, 230 к другим подключенным стойкам). Кроме того, приведенная в качестве примера объединительная плата 300 содержит три другие коммуникационные шины, включая шину ввода/вывода 304, шину данных, настройки и диагностики (ISD) 306, а также шину техобслуживания и сквозной передачи (MPT) 308. В отличие от локальной HSS шины 302, каждая из шины ввода/вывода 304, шины ISD 306 и шины MPT 308 соединяется с входными и выходными соединителями 228, 230, так что каждая из указанных шин может проходить через множество стоек 200, соединенных последовательно. Соответственно, шина ввода/вывода 304, шина ISD 306 и шина MPT 308 в совокупности упоминаются в данном документе как коммуникационные шины между стойками.
[0043] В некоторых примерах шину ввода/вывода 304 используют для передачи динамических данных ввода и вывода, упомянутых в данном документе как данные ввода/вывода. В контексте данного документа, данные ввода/вывода соответствуют управляющим сигналам, посылаемым полевым устройствам 104, 106, 108 и/или обратной связи, получаемой от полевых устройств 104, 106, 108, связанных с работой системы 100 управления и управлением системой управления. Передача данных ввода/вывода часто критична по времени, имея необходимость в обновлениях в режиме реального времени или преимущественно в режиме реального времени. Соответственно, в некоторых примерах шина ввода/вывода 304 предназначена исключительно для передачи данных ввода/вывода, тогда как все другие типы передачи данных (обсуждаемые ниже) осуществляются с помощью других типов шин. Это увеличивает вероятность того, что всегда будет достаточная пропускная способность для обновления данных в режиме реального времени или преимущественно в режиме реального времени.
[0044] В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 3, шину ISD 306 используют для передачи информации, которая не является критической по времени, включая данные конфигурации или настройки, диагностические данные, данные информации о продукте, архивные данные и/или другие типы данных, отличных от данных в режиме реального времени. В проиллюстрированном примере шину MPT 308 используют для передачи данных технического обслуживания, соответствующих передаче обновлений прошивки и извлечению журналов технического обслуживания. В качестве дополнительного или альтернативного варианта шину MPT 308 используют для передачи транзитных данных, соответствующих данным, передаваемым прямо посредством (например, без вмешательства) главного модуля CPU между системным хостом 110 и модулем управления в одном из других слотов управления.
[0045] Как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 3, в дополнение к различным коммуникационным шинам (например, локальной HSS шине 302, шине ввода/вывода 304, шине ISD 306 и шине MPT 308) объединительная плата 300 содержит шину питания 310 для распределения подводимого питания (от входных соединителей 210 питания согласно ФИГ. 2) к модулям управления, вставленным в слоты управления 201-208. Кроме того, в некоторых примерах приведенная в качестве примера объединительная плата 300 содержит шину прерываний 312, которая является одной сигнальной шиной, которая подает сигнал (прерывание) на главный модуль CPU 116, когда модуль управления установлен и на него подается питание. В качестве дополнительного или альтернативного варианта в некоторых примерах сигнал прерывания также генерируется и передается через шину прерываний 312, когда модуль управления удаляется из слота управления, когда на модуль управления подается питание. Кроме того, в некоторых примерах сигнал прерывания формируется и передается через шину прерываний 312 в ответ на установку и/или извлечение терминального модуля, когда на него подается питание.
[0046] В некоторых примерах объединительная плата 300 обеспечивает связь модуля с модулем через резервные модули, установленные в дублирующих парах 220, 222, 224, 226 слотов управления 201-208, посредством межмодульного канала 314. В некоторых примерах такие передачи данных включают сигнал состояния, указывающий то, имеет ли управление (например, является активным) модуль в первичном слоте управления (нечетном пронумерованном слоте управления в проиллюстрированном примере) или вторичном слоте управления (четном пронумерованном слоте управления). В качестве дополнительного или альтернативного варианта, в некоторых примерах межмодульный канал 314 объединительной платы 300 реализован как соединение универсальной последовательной шины (USB), которое позволяет поддерживать синхронизацию резервных модулей. Т.е. в некоторых примерах динамические переменные и база данных модулей синхронизируются с помощью соединения по USB. Кроме того, в некоторых примерах соединение USB используют для сравнения значений ввода/вывода дублирующей пары модулей, по существу, в режиме реального времени для обнаружения отклонений и/или предупреждения об отклонениях. Кроме того, вторичный модуль (например, резервный модуль во вторичном слоте управления) может использовать соединение USB для контроля первичного модуля, чтобы определить, произошел ли сбой в работе первичного модуля и необходимо ли переключение.
[0047] Кроме того, как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 3, объединительная плата 300 содержит терминальный канал 316, обеспечивающий коммуникационный интерфейс между каждым слотом управления 201-208 и соответствующим терминальным слотом 211-218. Таким образом, модуль управления, установленный в любой из слотов управления 201-208, имеет возможность связываться с терминальным модулем, установленным в соответствующий один из терминальных слотов 211-218. В некоторых примерах терминальный канал 316 на объединительной плате обеспечивает взаимно однозначное соединение между соответствующими выводами разъемов для объединительной платы каждого из модулей управления и терминальных модулей.
[0048] На ФИГ. 4 представлен вид в перспективе с пространственным разделением компонентов иллюстративной сборки 400, показывающей приведенную в качестве примера стойку 200 согласно ФИГ. 2 с двумя иллюстративными модулями управления 402 и соответствующими терминальными модулями 404. Как упоминалось выше, в некоторых примерах модуль управления 402, который должен быть установлен в первый слот 201, является главным модулем CPU 116 для связи с системным хостом 110 и для управления работой других модулей управления 402, установленных в других слотах управления стойки 200. Другой модуль управления 402 (который должен быть установлен в пятый слот управления 205 в проиллюстрированном примере) может быть любым из модуля CPU 116, модуля ввода/вывода 118 или COM-модуля 120. Как показано в проиллюстрированном примере, модули управления 402 имеют такой же размер и конфигурацию соединителя объединительной платы, чтобы устанавливаться в любой слот объединительной платы, независимо от того, является ли модуль управления 402 модулем CPU 116, модулем ввода/вывода 118, или COM-модулем 120. В целях пояснения второй модуль управления 402 будет описан как модуль ввода/вывода 118.
[0049] Как показано в проиллюстрированном примере, модули CPU 116 содержат внешний порт 406 USB и два порта Ethernet 408 для обеспечения связи и/или взаимодействия с внешними компонентами и/или другими модулями CPU в других стойках. В некоторых примерах модули CPU 116 могут иметь больше или меньше портов USB 406 и/или портов Ethernet 408, чем показано на ФИГ. 4. Хотя модуль ввода/вывода 118 не имеет внешних портов связи на ФИГ. 4, в некоторых примерах либо модули ввода/вывода 118, либо COM-модули 120 могут также иметь порты USB и/или порты Ethernet, аналогичные модулям CPU 116. Кроме того, в некоторых примерах любой из модулей управления может иметь другие типы внешних коммуникационных портов, таких как, например, антенные штекерные соединители для беспроводных модулей ввода/вывода. В некоторых примерах COM-модули 120 способны осуществлять связь посредством нескольких протоколов по физическим соединениям через соответствующий терминальный модуль 404.
[0050] В некоторых примерах модули управления 402 содержат одну или большее количество защелок 410, которые пользователь физически нажимает, чтобы вставить модуль управления 402 в один из слотов управления и/или извлечь модуль управления 402 из него. В некоторых примерах защелки 410 надежно удерживают модули управления в соответствующих слотах управления. Таким образом, в некоторых примерах модули управления 402 могут быть установлены или извлечены без использования инструментов. Кроме того, в некоторых примерах нажатие защелок 410 на модуле ввода/вывода 118, работающем в слоте управления, запускает формирование сигнала прерывания, направляемого в главный модуль CPU (через объединительную плату), чтобы указать, что модуль ввода/вывода 118 сейчас будет удален. Таким образом, сканирование ввода/вывода и/или другой обмен данными между главным модулем CPU 116 и модулем ввода/вывода 118 могут быть остановлены до того, как модуль ввода/вывода будет фактически извлечен, чтобы уменьшить вероятность сбора неправильных данных. Таким образом, сигнал прерывания, инициируемый защелками 410, позволяет осуществлять «горячее» удаление модуля управления из соответствующего слота управления (например, удаление, когда подается питание, и система работает).
[0051] Как и в случае модулей управления 402, в некоторых примерах терминальные модули 404 независимо отделяются от стойки 200. В некоторых примерах терминальные модули 404 удерживаются на месте (при обмене данными с объединительной платой стойки 200) замком или крепежом 412 (например, винтом), который входит во взаимодействие с отверстием 414 в корпусе стойки 200. Разделение терминальных модулей 404 от модулей управления 402 позволяет изолировать и защитить выполняемые на месте подключения от переходных токов, которые могут повлиять на электронику в модулях управления 402. Более конкретно, в некоторых примерах терминальные модули 404 обеспечивают защиту от перенапряжения для модулей управления 402. В таких примерах, в то время как скачок напряжения может повредить терминальные модули 404 (приводя к необходимости их замены), более дорогие модули управления 402 с более высокой функциональностью будут защищены, что позволяет снизить затраты.
[0052] Кроме того, поскольку терминальные модули 404 отделены от модулей управления 402 (например, каждый из них имеет отдельный корпус, который отдельно подключен к объединительной плате стойки 200), неисправный или поврежденный терминальный модуль 404 может быть удален и заменен на новый терминальный модуль 404 без удаления соответствующего модуля управления 402. Таким образом, время ремонта может быть значительно сокращено, поскольку нет необходимости в перенастройке модуля управления 402, поскольку начальные конфигурации сохраняются модулем управления 402 и не подвержены влиянию ввиду замены терминального модуля 404. Кроме того, в некоторых примерах терминальный модуль 404 может быть удален и заменен, когда в систему подается электропитание, и она работает, вместо того, чтобы выводить ее из эксплуатации для ремонта. В некоторых таких примерах извлечение терминального модуля 404 обнаруживается связанным с ним модулем управления 402 для инициирования сигнала прерывания, передаваемого в главный модуль CPU, для предотвращения сканирования ввода/вывода и/или других коммуникаций до тех пор, пока не будет установлен новый терминальный модуль 404 для восстановления связи.
[0053] Как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 4, каждый из терминальных модулей 404 содержит контактную группу 416 и плату формирования сигнала 418. В некоторых примерах контактная группа 416 содержит терминальные точки 420 для оконцовки проводов от полевых устройств (например, полевых устройств 104, 106, 108 согласно ФИГ. 1) и/или других компонентов в системе управления 100. В проиллюстрированном примере контактная группа 416 содержит 20 терминальных точек 420 для 10 каналов ввода/вывода (2 оконцевания на канал). Однако в других примерах может быть реализовано другое количество терминальных точек 420 (например, 10, 12, 16, 24 и т. д.). В некоторых примерах контактная группа 416 содержит первые соединители 422 модуля, соединенные с возможностью передачи данных со вторыми соединителями 424 модуля на плате формирования сигнала 418. Т.е. в некоторых примерах контактная группа 416 избирательно отделяется от платы формирования сигнала 418. Таким образом, пользователь может удалить и заменить неисправную или поврежденную плату формирования сигнала 418 новой платой формирования сигнала 418 без удаления проводов, оконцованных в контактной группе 416, тем самым дополнительно упрощая процесс ремонта.
[0054] В некоторых примерах плата формирования сигнала 418 содержит блок печатных плат (PCBA), заключенный внутри корпуса, который может быть соединен с возможностью передачи данных с контактной группой 416 и объединительной платой стойки 200. В некоторых примерах PCBA содержит схему, которая обеспечивает защиту от перенапряжений, как указано выше. Конкретная конфигурация схемы защиты от перенапряжения может варьироваться для разных терминальных модулей 404 на основе конкретного типа (функциональности) модуля управления 402, к которому должен быть подключен с возможностью передачи данных терминальный модуль 404. В дополнительном или альтернативном варианте, в некоторых примерах PCBA содержит схему для формирования сигналов, передаваемых между полевыми устройствами (или другими компонентами), подключенными с использованием проводов к контактной группе 416, и соответствующим модулем управления 402 (через объединительную плату стойки 200) для обеспечения расширенной функциональности для соответствующего модуля управления 402. Например, некоторые иллюстративные терминальные модули 404 содержат схемы согласования (в плате формирования сигнала 418) с компонентами с высоким протекающим током, такими как реле, приводы высокой стороны, приводы низкой стороны и/или триод для переменного тока (TRIAC) для изоляции сквозной передачи в модуль управления 402, при этом предотвращая попадание сигналов высокого тока в объединительную плату 300 стойки 200. В дополнительном или альтернативном варианте некоторые приведенные в качестве примеров терминальные модули 404 содержат схемы согласования (в плате формирования сигнала 418), которые обеспечивают преобразование напряжения, изоляцию, усилители входных низкоуровневых импульсов, аналоговые входы с несколькими уровнями напряжения, дифференциальные аналоговые входные предварительные усилители или буферы, слияние или ограничение тока на выходе и/или разрешающие выходы. Различные типы терминальных модулей 404 (основанные на различных типах схем согласования) описаны более подробно ниже.
[0055] Различные функциональные возможности, предлагаемые этими различными типами терминальных модулей 404 (с различными типами схем согласования), служат в качестве исходного фильтра данных и/или изолятора, который работает в сочетании с соответствующим модулем управления 402. Т.е. каждый тип модуля управления 402, описанный в данном документе, соответствует компоненту с относительно широкой или общей применимостью (например, аналоговый ввод/вывод, дискретный ввод/вывод и т. д.), который может быть охарактеризован для различных конкретных применений на основе конкретной схемы согласования, предусмотренной в соответствующем терминальном модуле 404, соединенном с возможностью передачи данных с модулем управления 402 через объединительную плату стойки 200. Таким образом, в некоторых примерах конкретный тип модуля управления 402 может работать в комбинации с несколькими различными типами терминальных модулей 404, чтобы обеспечить несколько различных типов функциональных возможностей. Таким образом, конечный пользователь может реализовать относительно широкий набор функций с относительно ограниченным количеством уникальных модулей по сниженной цене, поскольку отдельные модули управления могут использоваться для множества разных целей в сочетании с относительно дешевыми терминальными модулями 404 конкретного типа. Кроме того, если пользователь желает реализовать новые и/или дополнительные функции, вместо того, чтобы нести затраты на приобретение автономного модуля управления с требуемыми функциями, пользователь может приобрести новый терминальный модуль 404, работающий в сочетании с обычным модулем управления 402, уже имеющимся у пользователя.
[0056] Не все типы терминальных модулей 404 обязательно подходят для всех типов модулей управления 402. Соответственно, в некоторых примерах терминальный модуль 404 и соответствующий модуль управления 402 (при соединении через объединительную плату стойки) реализуют метод электронного ввода ключа, который позволяет модулю управления 402 идентифицировать тип терминального модуля 404 (например, тип схемы согласования, предусмотренной в PCBA платы формирования сигнала 418), чтобы проверить совместимость конкретного терминального модуля 404 с модулем управления 402 и/или проверить безопасность и/или правильность соединения подключаемых на месте проводов с модулем управления 402. Электронный ввод ключа терминальных модулей 404 описан более подробно ниже в связи с ФИГ. 10 и 24. В некоторых примерах, помимо определения типа терминального модуля 404, схема электронного ввода ключа может использоваться для обнаружения начальной установки и/или последующего извлечения терминального модуля 404, когда система работает под напряжением. В некоторых примерах модуль управления 402 обнаруживает, когда терминальный модуль 404 первоначально устанавливают в соответствующий терминальный слот стойки 200, чтобы инициировать сигнал прерывания, который предотвращает связь, пока модуль управления 402 не подтвердит, что тип терминального модуля 404 совместим с модулем управления 402.
[0057] Как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 4, сборка 400 стойки 200 содержит крышку 426. В некоторых примерах крышка 426 сконструирована так, чтобы закрывать терминальные модули 404 для защиты проводов, подключенных в терминальных точках 420. Таким образом, в некоторых таких примерах модули управления 402 открыты, включая лицевую поверхность 428, которая может содержать визуальные индикаторы состояния и/или типа модулей управления 402. Примеры лицевых поверхностей 428 различных типов модулей управления 402 показаны более подробно на ФИГ. 5-8, включая лицевую поверхность 428 иллюстративного модуля CPU 116 (ФИГ. 5) и лицевую поверхность 428 трех различных типов модулей ввода/вывода 118 (ФИГ. 6-8). Как показано в проиллюстрированных примерах, лицевые поверхности 428 модулей управления 402 содержат метку 502, идентифицирующую тип каждого модуля управления 402. Примеры модулей ввода/вывода 118 проиллюстрированных примеров включают в себя модуль аналогового ввода/вывода (ФИГ. 6), модуль дискретного ввода/вывода с высокой плотностью (HD) (ФИГ. 7) и смешанный аналоговый/дискретный модуль ввода/вывода (ФИГ. 8).
[0058] В проиллюстрированных примерах каждый модуль управления 402 содержит индикаторы рабочего состояния 504 и индикаторы состояния полевого терминала 506. В некоторых примерах индикаторы состояния 506 реализуются с использованием светоизлучающих диодов (светодиодов). В некоторых примерах индикаторы рабочего состояния 504 обеспечивают индикатор состояния модуля управления 508, индикатор состояния связи 510 и индикатор состояния терминального модуля 512. Индикатор состояния модуля управления 508 указывает состояние модуля управления 402 (например, зеленый = подается питание, красный = неисправность, выкл = отсутствие питания). Индикатор состояния связи 510 указывает состояние соединения между модулем управления 402 и объединительной платой (например, зеленый = обмен данными с объединительной платой, красный = неисправность, выкл = связь отсутствует). Индикатор состояния терминального модуля 512 указывает на совместимость и/или наличие терминального модуля 404, установленного в терминальный слот, соответствующий модулю управления 402 (например, зеленый = совместимый, красный = несовместимый, выкл = не установлен или не распознан). Индикаторы состояния полевого терминала 506 показывают состояние соединений ввода/вывода и/или других полевых соединений (например, зеленый = активный (для дискретного ввода/вывода) или рабочий (для аналогового ввода/вывода), желтый = аварийный сигнал, красный = неисправность, выкл = неактивный (для дискретного ввода/вывода) или не установлен/сигнал отсутствует (для аналогового ввода/вывода)).
[0059] Как показано в проиллюстрированных примерах, различные типы модулей управления 402 имеют разные типы индикаторов состояния полевого терминала 506. Например, модуль CPU 116 (ФИГ. 5) содержит индикаторы 506 для различных каналов связи с другими модулями управления 402 (через объединительную плату стойки 200) и с системным хостом 110. Пример аналогового модуля ввода/вывода 118 (ФИГ. 6) содержит индикаторы 506, соответствующие десяти аналоговым каналам ввода/вывода. Цифровой или дискретный модуль ввода/вывода может быть аналогичным, за исключением того, что индикаторы будут соответствовать десяти дискретным каналам ввода/вывода, которые могут в альтернативном варианте использоваться для импульсных входных сигналов. Пример дискретного модуля ввода/вывода высокой плотности 118 (ФИГ. 7) содержит индикаторы 506, соответствующие шестнадцати дискретным (или импульсным) входным каналам. Пример смешанного аналогового/дискретного модуля ввода/вывода 118 (ФИГ. 8) содержит индикаторы 506, соответствующие пяти аналоговым каналам и пяти дискретным каналам. Хотя проиллюстрированные примеры модулей ввода/вывода 118 показывают десять каналов в стандартной реализации (ФИГ. 6 и 8) и шестнадцать каналов в реализации с высокой плотностью (ФИГ. 7), возможны другие реализации с большим или меньшим количеством каналов. Кроме того, в некоторых примерах количество аналоговых и дискретных каналов в смешанном модуле может быть неодинаковым (например, реализация четырех каналов одного типа и шести - другого). В дополнительном или альтернативном варианте в некоторых примерах модули ввода/вывода 118 могут содержать интерфейс радиосвязи (с соответствующим индикатором 506) для реализации распределенной системы RTU (dRTU).
[0060] В дополнение к различным модулям ввода/вывода 118, описанным выше и продемонстрированным в проиллюстрированных примерах, могут быть реализованы другие типы модулей ввода/вывода 118, включая модуль последовательного ввода/вывода или модуль ввода/вывода с датчиком нескольких переменных (MVS), который содержит пять каналов RS232/RS485. Некоторые из таких примеров могут быть реализованы с изолированным питанием. Другим примером типа модуля ввода/вывода 118 является модуль термисторного датчика (RTD), который может использоваться для реализации четырех 4-проводных RTD. Другим примером типа модуля ввода/вывода 118 является модуль термопары, который может использоваться для реализации 8-канальной термопары. Другие типы модулей ввода/вывода 118 могут быть реализованы в соответствии с протоколом WirelessHART.
[0061] Хотя различные типы модулей управления 402 имеют некоторые отличия в своих электронных компонентах и связанных с ними функциональных возможностях и реализации, различные типы модулей управления 402 могут также иметь много общих функций и/или признаков. Например, как описано выше, в некоторых примерах различные типы модулей управления 402 могут содержать аналогично сконфигурированный соединитель для объединительной платы, предназначенный для установки в любой из слотов управления 201-208 объединительной платы стойки 200. Таким образом, любой модуль управления 402 может быть соединен с возможностью передачи данных с соответствующим терминальным модулем 404, а также поддерживать связь с другими модулями управления 402, установленными в другие слоты управления на стойке 200. Кроме того, в некоторых примерах каждый модуль управления 402 содержит переключатель раннего обнаружения извлечения для запуска сигнала прерывания в случае, если модуль управления 402 удаляется при подаваемом питании (например, срабатывают защелки 410).
[0062] На ФИГ. 9 приведена схема, иллюстрирующая пример реализации модуля управления 402, соединенного с возможностью обмена данными с соответствующим терминальным модулем 404. В проиллюстрированном примере модуль управления 402 соответствует модулю смешанного ввода/вывода 118, как показано на ФИГ. 8. Как показано на ФИГ. 9, иллюстративный модуль управления 402 содержит соединитель объединительной платы 902, который содержит разъем связи со стойкой 904 и разъем ввода/вывода сигналов терминального модуля 906. В некоторых примерах разъем связи со стойкой 904 взаимодействует с шинами связи и питания на стойке 200, описанными выше со ссылкой на ФИГ. 3. В некоторых примерах разъем ввода/вывода сигналов терминального модуля 906 содержит выводы, взаимодействующие с соответствующими контактами на соединителе объединительной платы 908 терминального модуля 404. Таким образом, модуль управления 402 и терминальный модуль 404 поддерживают связь через объединительную плату 300 стойки 200 (которая не была описана для ясности), как описано выше. Кроме того, иллюстративный терминальный модуль 404 содержит полевой терминальный соединитель 910, позволяющий подключать к терминальному модулю 404 провода от полевых устройств и/или других компонентов. В некоторых примерах полевой терминальный соединитель 910 соответствует отделяемой контактной группе 416, соединенной с возможностью передачи данных с соединителями модуля 424 платы формирования сигнала 418, рассмотренной выше в связи с ФИГ. 4.
[0063] В некоторых примерах модуль управления 402 содержит ряд блоков ввода/вывода 912, которые обеспечивают конкретную функциональность для каждого канала ввода/вывода, связанного с модулем управления 402. В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 9 блоки ввода/вывода 912 содержат аналоговый блок 914 для каждого аналогового канала модуля управления 402 и дискретный блок 916 для каждого дискретного канала модуля управления 402. Более подробная информация о реализации аналоговых блоков 914 и дискретных блоков 916 приведена ниже в связи с ФИГ. 11 и 12. Другие типы блоков ввода/вывода 914 могут быть включены в другие типы терминальных модулей 404. Например, модуль аналогового ввода/вывода может содержать только аналоговые блоки 914, в то время как дискретный модуль ввода/вывода может содержать только дискретные блоки 916. Кроме того, модули управления 402 для различных типов сигналов, как описано выше (например, модуль последовательного ввода/вывода, модуль ввода/вывода с датчиком нескольких переменных, модуль RTD, модуль термопары и т. д.), могут быть соответствующим образом адаптированы с использованием соответствующих блоков ввода/вывода 912 для реализации требуемой функциональности.
[0064] Как показано на ФИГ. 9, блоки ввода/вывода 912 соединены с возможностью передачи данных с терминальным модулем 404 для взаимодействия с полевыми устройствами и/или другими компонентами, провода которых подключены к полевому терминальному соединителю 910 терминального модуля 404. Как показано в проиллюстрированном примере, сигналы, передаваемые между блоками ввода/вывода 912 и полевыми устройствами, подключенными к полевому терминальному соединителю 910, проходят напрямую к формирователям сигналов 918 в терминальном модуле 404. Хотя формирователи сигналов 918 представлены на ФИГ. 9 одним блоком, в некоторых примерах каждый путь сигнала (соответствующий каждому блоку ввода/вывода 912 модуля управления 402) связан с отдельным формирователем сигнала. В некоторых таких примерах отдельные формирователи сигналов содержат различные типы схем для обеспечения различных типов формирования сигналов, передаваемых между полевыми устройствами и модулем управления 402. Формирователи сигналов 918 более подробно описаны ниже в связи с ФИГ. 16-22.
[0065] В некоторых примерах модуль управления 402 (который на ФИГ. 9, является модулем ввода/вывода 118) содержит процессор 920 и соответствующий источник питания 922. Таким образом, хотя модуль CPU 116 может обладать большей вычислительной мощностью, чем другие модули управления (например, модули ввода/вывода 118 или COM-модули 120), в некоторых примерах модули ввода/вывода 118 (а также COM-модули 120) содержат относительно недорогой процессор (например, процессор серии K61). Как показано в проиллюстрированном примере, процессор 920 и источник питания 922 сообщаются с блоками ввода/вывода 912 для управления связью с конкретными полевыми устройствами, связанными с соответствующими блоками ввода/вывода 912.
[0066] Кроме того, в некоторых примерах процессор 920 в модуле управления 402 позволяет каждому модулю управления 402 обнаруживать установку и/или извлечение терминального модуля 404 в стойке 200 и определять совместимость терминального модуля 404 посредством реализации схемы электронного ввода ключа. В некоторых примерах процессор 920 предоставляет сигналы, указывающие такую информацию (а также другую информацию о состоянии), индикаторам рабочего состояния 504 и индикаторам состояния полевого терминала 506 (ФИГ. 5-8). В некоторых примерах электронный ввод ключа для обнаружения терминального модуля 404 и/или для определения его совместимости с модулем управления 402 основан на сигналах, генерируемых интерфейсом детектора терминального модуля 924 в модуле управления 402 с индикатором типа модуля 926 в терминальном модуле 404. Более конкретно, в некоторых примерах индикатор типа модуля 926 реализован по-разному для каждого типа терминального модуля 404. В результате, когда индикатор типа модуля 926 взаимодействует с детектором терминального модуля 924, формируется уникальный сигнал и подается в процессор 920, причем этот сигнал отличается от соответствующих сигналов, формируемых, когда модуль управления 402 соединен с возможностью передачи данных с различными типами терминальных модулей 404. Таким образом, при обнаружении конкретного типа терминального модуля 404, не совместимого с конкретным типом модуля управления 402, процессор 920 может определить несовместимость модулей 402, 404 и предотвратить передачу сигналов между ними. Этот механизм электронного ввода ключа описан более подробно ниже в связи с ФИГ. 10 и 24.
[0067] Хотя иллюстративный способ реализации модуля управления 402 согласно ФИГ. 4 показан на ФИГ. 9, один или большее количество элементов, процессов и/или устройств, приведенных на ФИГ. 9, могут быть объединены, разделены, переупорядочены, опущены, устранены и/или реализованы любым другим способом. Кроме того, иллюстративные индикаторы рабочего состояния 504, индикаторы состояния полевого терминала 506, блоки ввода/вывода 912, иллюстративный процессор 920, источник питания 922, детектор терминального модуля 924 и/или, более широко, иллюстративный модуль управления 402 согласно ФИГ. 9 могут быть реализованы с использованием аппаратного обеспечения, программного обеспечения, прошивки и/или любой комбинации аппаратного обеспечения, программного обеспечения и/или прошивки. Таким образом, например, любой из иллюстративных индикаторов рабочего состояния 504, состояния полевого терминала 506, блоков ввода/вывода 912, иллюстративного процессора 920, источника питания 922, детектора терминального модуля 924 и/или, более широко, иллюстративного модуля управления 402 может быть реализован в виде одной или большего количества аналоговых или цифровых схем, логических схем, программируемых процессоров, специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых логических устройств (PLD) и/или программируемых логических устройств (FPLD). При чтении любого из пунктов прилагаемой формулы изобретения, относящихся у устройству или системе и излагающих вариант реализации чисто программного обеспечения и/или прошивки, следует понимать, что по меньшей мере один из перечисленного: иллюстративные индикаторы рабочего состояния 504, индикаторы состояния полевого терминала 506, блоки ввода/вывода 912, иллюстративный процессор 920, источник питания 922 и/или детектор терминального модуля 924 явно предусматривает наличие материального считываемого компьютером запоминающего устройства или диска для хранения данных, такого как память, цифровой универсальный диск (DVD), компакт-диск (CD), диск Blu-ray и т.д., в/на котором хранится программное обеспечение и/или прошивка. Кроме того, иллюстративный модуль управления 402 согласно ФИГ. 9 может содержать один или большее количество элементов, процессов и/или устройств в дополнение или вместо проиллюстрированных на ФИГ. 9 и/или может включать в себя более одного из проиллюстрированных элементов, процессов и устройств или их все. В частности, хотя показан и описан иллюстративный модуль ввода/вывода 118, различные и/или дополнительные схемы или компоненты могут быть включены в модули CPU 116 и/или COM-модули 120.
[0068] Аналогичным образом, хотя иллюстративный способ реализации терминального модуля 404 согласно ФИГ. 4 показан на ФИГ. 9, один или большее количество элементов, процессов и/или устройств, приведенных на ФИГ. 9, могут быть объединены, разделены, переупорядочены, опущены, устранены и/или реализованы любым другим способом. Кроме того, иллюстративные формирователи сигналов 918, иллюстративный индикатор типа модуля 926 и/или, более широко, иллюстративный терминальный модуль 404 согласно ФИГ. 9 могут быть реализованы с использованием аппаратного обеспечения, программного обеспечения, прошивки и/или любой комбинации аппаратного обеспечения, программного обеспечения и/или прошивки. Таким образом, например, любой иллюстративный формирователь сигналов 918, иллюстративный индикатор типа модуля 926 и/или, в целом, иллюстративный терминальный модуль 404 может быть реализован в виде одной или большего количества аналоговых или цифровых схем, логических схем, программируемых процессоров, специализированных интегральных схем (ASIC), программируемых логических устройств (PLD) и/или программируемых логических интегральных схем (FPLD). При чтении любого из пунктов прилагаемой формулы изобретения, относящихся у устройству или системе и излагающих вариант реализации чисто программного обеспечения и/или прошивки, следует понимать, что по меньшей мере один из перечисленного: иллюстративный формирователь сигнала 918 и/или иллюстративный индикатор типа модуля 926 явно предусматривает(ют) наличие материального машиночитаемого запоминающего устройства или диска для хранения данных, такого как память, цифровой универсальный диск (DVD), компакт-диск (CD), диск Blu-ray и т.д., в/на котором хранится программное обеспечение и/или прошивка. Кроме того, иллюстративный терминальный модуль 404 согласно ФИГ. 9 может содержать один или большее количество элементов, процессов и/или устройств в дополнение к или вместо проиллюстрированных на ФИГ. 9 и/или может включать в себя более одного из проиллюстрированных элементов, процессов и устройств или все из них.
[0069] Иллюстративный модуль управления 402 соединен с возможностью передачи данных с терминальным модулем 404 через объединительную плату 300, чтобы проиллюстрировать механизм реализации электронного ввода ключа терминального модуля 404, как показано на ФИГ. 10. Как показано в проиллюстрированном примере, детектор терминального модуля 924 (в модуле управления 402) и индикатор типа модуля 926 (в терминальном модуле 404) содержат резисторы, которые вместе образуют резистивный делитель напряжения 1002, когда модуль управления 402 и терминальный модуль 404 соединены с возможностью передачи данных через объединительную плату 300. Более конкретно, терминальный модуль 404 содержит идентификационный резистор 1004, соответствующий нижней половине делителя напряжения (например, ближе к земле), в то время как модуль управления 402 содержит эталонный резистор 1006, соответствующий верхней половине делителя напряжения. В показанном примере, модуль управления 402 содержит процессор 920 (и соответствующий источник питания 922), который обеспечивает подачу входного или опорного напряжения 1012 на делитель напряжения 1002 в эталонном резисторе 1006. В проиллюстрированном примере делитель напряжения 1002 генерирует выходное напряжение 1014, которое подается в аналого-цифровой преобразователь (АЦП/ADC) 1016, реализованный в процессоре 920. В некоторых примерах терминальный модуль 404 предоставляет идентификационный сигнал 1008, соответствующий выходному напряжению 1014, чтобы однозначно идентифицировать тип терминального модуля 404. Более конкретно, в некоторых примерах идентификационный резистор 1004 в каждом из различных типов терминальных модулей 404 имеет разное значение сопротивления, отличающееся от других типов терминальных модулей 404. В результате конкретное значение выходного напряжения будет варьироваться для разных типов терминальных модулей 404 на основе различий в идентификационных резисторах 1004, так что процессор 920 может однозначно идентифицировать каждый тип терминального модуля.
[0070] Более конкретно, в некоторых примерах АЦП 1016 преобразует аналоговое выходное напряжение 1014 в 16-разрядное цифровое значение, которое соответствует 65,536 возможных цифровых значений. Чтобы обеспечить некоторое изменение выходного напряжения 1014 (например, на основе влияния температуры и/или допусков значений сопротивления резисторов 1004, 1006), в некоторых примерах терминальный модуль 404 каждого типа масштабируется до середины диапазона из 512 цифровых значений, таким образом, обеспечивая до 128 (65,536/512) различных терминальных модулей 404, которые могут быть однозначно идентифицированы. В некоторых примерах 128 возможных диапазонов выходного напряжения уменьшаются на основе нескольких соображений проектирования. Например, в некоторых примерах верхние 48 из 128 возможных диапазонов напряжения могут быть зарезервированы на случай, если терминальный модуль 404 не установлен (т.е. делитель напряжения 1002 не сформирован), а нижние 20 из 128 возможных диапазонов напряжения - исключены, исходя из практических ограничений в делителе напряжения. С указанными ограничениями все еще можно однозначно идентифицировать до 80 различных типов терминальных модулей 404.
[0071] В проиллюстрированном примере процессор 920 может иметь доступ к базе данных различных типов терминальных модулей 404 и ожидаемых 16-разрядных значений, появляющихся на основе выходного напряжения 1014 делителя напряжения, для поиска типа терминального модуля 404. Кроме того, в некоторых примерах база данных также может использоваться для определения того, совместим ли определенный терминальный модуль 404, который был идентифицирован, с модулем управления 402. Как только процессор 920 проверит, что терминальный модуль 404 совместим с модулем управления 402, процессор 920 может сформировать сигнал 1018 разрешения, который обеспечивает обмен данными, связанный с блоками ввода/вывода 912 (в модуле управления 402) через формирователи сигналов 918 (в терминальном модуле 404), как показано на ФИГ. 9 и описано более подробно ниже. Таким образом, если терминальный модуль 404 несовместим (или иным образом не распознан), предотвращается потенциально небезопасная ситуация непреднамеренного смешения недопустимых оконцеваний с модулем управления 402.
[0072] В дополнение к определению типа терминального модуля 404 для определения совместимости в некоторых примерах реализация делителя напряжения 1002, показанного на ФИГ. 10, позволяет модулю управления 402 обнаруживать, когда терминальный модуль 404 установлен в терминальный слот и/или извлечен из него. Например, при извлечении терминального модуля 404, нижняя половина делителя напряжения 1002 также удаляется, в результате чего контур разрывается, и выходное напряжение 1014 поднимается до уровня опорного напряжения 1012. В некоторых примерах схема компаратора 1020 обнаруживает это повышение выходного напряжения 1014 и формирует сигнал прерывания 1022, который подается в процессор 920. В ответ на сигнал прерывания 1022 процессор 920 может отключить связь с терминальным модулем 404 (например, отключить сигнал разрешения 1018). Кроме того, в некоторых примерах процессор 920 может передавать отдельный сигнал прерывания в главный модуль CPU 116 на стойке 200, чтобы предотвратить сканирование ввода/вывода, пока терминальный модуль 404 не будет повторно установлен в соответствующий слот.
[0073] Таким же образом, когда терминальный модуль 404 установлен в терминальный слот на объединительной плате 300, соединенный с возможностью передачи данных со слотом управления, где установлен модуль управления 402, схема компаратора 1020 обнаруживает падение выходного напряжения 1014 (относительно опорного напряжения 1012) и формирует другой сигнал прерывания 1022. В некоторых примерах сигнал прерывания 1022, указывающий на установку терминального модуля 404, инициирует процесс проверки терминального модуля 404, в ходе которого процессор 920 идентифицирует и проверяет совместимость терминального модуля 404, как описано выше. Таким образом, в некоторых примерах сигнал прерывания 1022 после извлечения терминального модуля 404 отличается от сигнала прерывания 1022 после установки терминального модуля 404.
[0074] На ФИГ. 11 схематически изображена схема блока дискретного ввода/вывода 916, показанного на ФИГ. 9, соответствующего точке дискретного ввода/вывода иллюстративного модуля ввода/вывода 118. В некоторых примерах каждая дискретная точка ввода/вывода может быть сконфигурирована как вход состояния, импульсный вход, дискретный выход или импульсный выход. Иллюстративный дискретный блок 916 содержит иллюстративную защиту от перенапряжения на входе 1102 для защиты от перенапряжения, соответствующего отклонению входного напряжения от напряжения на клемме ограничителя напряжения, шин электропитания схем (например, заземления). Как показано на ФИГ. 11, защита от перенапряжения на входе 1102 содержит ограничивающий импеданс и фиксирующие диоды для шин электропитания.
[0075] В некоторых примерах дискретный блок 916 содержит мертвую зону 1104 входного уровня, чтобы предотвратить переход от высокого к низкому и от низкого к высокому уровню при одном и том же уровне входного напряжения. Кроме того, в проиллюстрированном примере дискретный блок 916 содержит блок фильтра 1106, который является достаточно гибким, чтобы обрабатывать относительно низкочастотные входные сигналы состояния и медленный подсчет импульсов, а также подсчет импульсов до 15 кГц. В некоторых примерах блок фильтра 1106 выбирается между низкочастотными входами состояния и другими высокочастотными входами. В других примерах для входа состояния предусмотрен отдельный фильтр.
[0076] В проиллюстрированном примере дискретный блок 916 генерирует несколько выходных сигналов для процессора (например, процессора 920 на ФИГ. 9), который управляет функциями дискретного входа блока 916. Как показано в проиллюстрированном примере, выходные сигналы дискретного блока 916 включают в себя сигнал состояния дискретного входа (DI) 1108, сигнал счетчика 1110, сигнал захвата ввода (IC) 1112 и сигнал захвата инвертированного входа 1114. В некоторых примерах сигнал состояния DI 1108 и сигнал счетчика 1110 подаются на один и тот же вывод процессора, если эти функции можно разделить и считать по отдельности. В проиллюстрированном примере сигнал состояния DI 1108 предоставляет индикацию состояния на основе считывания «1» или «0». В некоторых примерах счетчик 1110 является высокоскоростным счетчиком, предусмотренным в процессоре (например, CPU серии K61) модуля ввода/вывода 118. В некоторых примерах сигнал захвата входа 1112 подается на один из входов таймера в процессоре модуля ввода/вывода и служит для измерения логического высокого периода импульса. Аналогично, сигнал захвата входа 1114 может подаваться на один из входов таймера в процессоре модуля ввода/вывода и служить для измерения логического низкого периода импульса.
[0077] В проиллюстрированном примере дискретный блок 916 обеспечивает множество выходов процессора, включая сигнал состояния дискретного выхода (DO) 1116, сигнал разрешения DO 1118, сигнал разрешения DI источника/нагрузки 1120. В проиллюстрированном примере сигнал состояния DО 1116 предоставляет индикацию состояния на основе считывания «1» или «0». В проиллюстрированном примере импульсный выходной сигнал обеспечивается посредством сигнала состояния DO 1116. В других примерах импульсный выходной сигнал может подаваться в один из таймеров процессора, чтобы обеспечить выходной сигнал с широтно-импульсной модуляцией. В проиллюстрированном примере сигнал разрешения DO 1118 разрешает дискретный выходной сигнал. В некоторых примерах, когда дискретный выходной сигнал отключен, сигнал, выходящий из платы, имеет высокий импеданс. В некоторых примерах, когда включен сигнал разрешения DI источника/нагрузки 1120 и состояние DO высокое (например, «1»), на входе будет присутствовать напряжение смачивания контактов, поступающее через резистор ограничения тока. В отличие от этого, когда сигнал разрешения DI источника/нагрузки 1120 включен и состояние DO низкое (например, «0»), резистор ограничения тока будет подключен к общему проводу схемы, обеспечивая более низкий импеданс для дискретного входа.
[0078] В некоторых примерах дискретный блок 916 содержит выходной драйвер DO 1122 и драйвер DI источника/нагрузки 1124. В проиллюстрированном примере, когда дискретный блок 916 выполнен с возможностью выполнения функции вывода, выходной драйвер DO 1122 включен для обеспечения выхода на основе сигнала состояния DO 1116. В проиллюстрированном примере, когда дискретный блок 916 выполнен с возможностью выполнения функций ввода и сконфигурирован вход для смачивания контакта (или открытого коллектора), драйвер DI источника/нагрузки 1124 включен с сигналом состояния DO 1116 «1». Напротив, если контактное смачивание не активировано, драйвер DI источника/нагрузки 1124 активируется с сигналом состояния DO 1116 «0».
[0079] В проиллюстрированном примере дискретный блок 916 находится в неактивном состоянии или в режиме PTS (самозащиты), когда полевые выходы не активны, а сигнал разрешения DO 1118 и сигнал разрешения DI источника/нагрузки 1120 отключены. Таким образом, в неактивном состоянии дискретный блок 916 пребывает в режиме только входа без напряжения источника питания. В некоторых примерах дискретный блок 916 находится в активном состоянии в режиме вывода, чтобы обеспечить обратную связь на выходах, которую можно использовать для обнаружения ошибок. В некоторых примерах неактивное состояние является состоянием по умолчанию для дискретного блока 916 при включении питания. Кроме того, в некоторых примерах переход в неактивное состояние происходит, когда модуль ввода/вывода 118 определяет, что в соответствующем терминальном слоте не установлен терминальный модуль 404, что терминальный модуль 404 извлечен или что установленный терминальный модуль 404 неправилен (например, несовместим с модулем ввода/вывода 118). В некоторых примерах эти определения выполняются с использованием описанного выше метода электронного ввода ключа.
[0080] На ФИГ. 12 схематически изображена схема блока аналогового ввода/вывода 914, показанного на ФИГ. 9, соответствующего точке аналогового ввода/вывода иллюстративного модуля ввода/вывода 118. В некоторых примерах каждая точка аналогового ввода/вывода может быть сконфигурирована как вход напряжения (например, от 0 до 5 В), вход тока (например, от 4 до 20 мА), выход напряжения (например, от 0 до 5 В) или выход тока (например, от 4 до 20 мА). В некоторых примерах входы и выходы тока совместимы с протоколом HART. В дополнительном или альтернативном варианте протокол HART может быть реализован, если требования по импедансу удовлетворяются извне. Иллюстративный аналоговый блок 914 содержит иллюстративную защиту от перенапряжения на входе 1202 для защиты от перенапряжения, соответствующего отклонению входного напряжения от напряжения на клемме ограничителя напряжения, шин электропитания схем (например, заземления). Как показано на ФИГ. 12, защита от перенапряжения на входе 1202 содержит ограничивающий импеданс и фиксирующие диоды для шин электропитания.
[0081] В некоторых примерах аналоговый блок 914 содержит входной буферный усилитель 1204 для реализации масштабирования напряжения и согласования импеданса для входа напряжения. В некоторых примерах входной буферный усилитель 1204 функционирует как выбираемый усилитель напряжения в случаях использования диапазона напряжения от 0 до 1 В. Кроме того, в иллюстрируемом примере аналоговый блок 914 содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1206. В некоторых примерах АЦП 1206 является внешним по отношению к процессору модуля ввода/вывода 118 для обеспечения необходимых показателей обновления и разрешения. В частности, в некоторых примерах каждый аналоговый канал имеет разрешение по меньшей мере 16 бит (с точностью 0,01%). Кроме того, в некоторых примерах для всех аналоговых блоков 914 в модуле ввода/вывода 118 (например, всех аналоговых каналов) выборка выполняется по меньшей мере один раз каждые 10 миллисекунд. В некоторых таких примерах может использоваться мультиплексор при условии достижения требуемой частоты выборки для каждого блока.
[0082] В некоторых примерах аналоговый блок 914 содержит интегральную схему 1208 для обнаружения наложенной частоты на сигнал 4-20 мА, преобразования сигнала в цифровую форму и представления цифрового сигнала в формате протокола HART. Для выхода интегральная схема 1208 принимает цифровые сигналы HART от процессора модуля ввода/вывода 118, преобразует сигналы в частотно-модулированные сигналы и налагает их на выход 4-20 мА. В некоторых примерах интегральная схема 1208 взаимодействует с процессором модуля ввода/вывода 118 через шину последовательного периферийного интерфейса (SPI) 1210. Кроме того, в проиллюстрированном примере аналоговый блок 914 содержит резистор токовой нагрузки 1212, который активируется сигналом нагрузки 1214 от процессора модуля ввода/вывода 118, когда аналоговый блок 914 находится в режиме тока. В некоторых примерах резистор токовой нагрузки 1212 служит для преобразования тока в напряжение для входа в АЦП 1206 и для обеспечения обратной связи для выходного драйвера тока/напряжения 1222. В проиллюстрированном примере сигнал нагрузки 1214 не зависит от выбора тока/напряжения (посредством селектора выходного контакта 1224), поскольку аналоговый вход может использоваться в режиме напряжения с источником внешнего контура и токовым резистором.
[0083] В проиллюстрированном примере аналоговый блок 914 принимает несколько выходных сигналов процессора, которые управляют функциями блока 914. Как показано в проиллюстрированном примере, выходные сигналы процессора включают сигнал от цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 1216, выходной сигнал разрешения 1218 и сигнал выбора тока/напряжения 1220. В некоторых примерах сигнал ЦАП 1216 используется, когда аналоговый блок 914 находится в режиме вывода. Кроме того, в некоторых примерах сигнал ЦАП 1216 используется для управления подачей +T, когда аналоговый блок 914 находится в режиме тока. В некоторых примерах сигнал ЦАП 1216 является внешним по отношению к процессору модуля ввода/вывода 118 с разрешением по меньшей мере 15 бит. В некоторых примерах сигнал ЦАП 1216 может использовать интегральную схему 1208, если интегральная схема 1208 поддерживает эту функцию. В проиллюстрированном примере выходной сигнал разрешения 1218 активирует выходной драйвер тока/напряжения 1222. В проиллюстрированном примере, когда выходной сигнал разрешения 1218 отключен, выходные линии имеют высокий импеданс. В некоторых примерах сигнал выбора тока/напряжения 1220 выбирает или задает для выходного драйвера тока/напряжения 1222 и селектора выходного контакта 1224 режим тока или напряжения.
[0084] В некоторых примерах аналоговый блок 914 содержит выходной буферный усилитель 1226 для реализации масштабирования напряжения и согласования импеданса сигнала ЦАП 1216. В некоторых примерах функциональность выходного буферного усилителя 1226 может включать контур обратной связи от резистора токовой нагрузки 1212 и/или аналогового входа напряжения.
[0085] В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 12 аналоговый блок 914 содержит выходной драйвер тока/напряжения 1222. Режим выходного драйвера (тока или напряжения), когда он включен, основан на сигнале выбора тока/напряжения 1220. В некоторых примерах, когда аналоговый блок 914 находится в режиме напряжения, выходной сигнал выходного буферного усилителя 1226 передается на выходной драйвер 1222 через схему защиты. В некоторых примерах, когда аналоговый блок 914 находится в режиме тока, выходной драйвер 1222 управляет выходным током (например, от источника 24 В в модуле ввода/вывода 118) в отношении напряжения, обеспечиваемого сигналом ЦАП 1216 через выходной буферный усилитель 1226. В некоторых таких примерах выходной драйвер 1222 может быть реализован как для аналоговых входов, так и для аналоговых выходов. Кроме того, в некоторых примерах, когда аналоговый блок 914 находится в режиме ввода, выходной драйвер 1222 обеспечивает питание контура +T. В некоторых таких примерах сигнал ЦАП 1216 и связанные с ним схемы обеспечивают масштабирование тока до по меньшей мере 22 мА. В некоторых примерах ток масштабируется по меньшей мере до 25 мА.
[0086] В проиллюстрированном примере функциональность аналогового блока 914 зависит от того, (1) пребывает ли аналоговый блок 914 в режиме тока или напряжения, и (2) пребывает ли аналоговый блок 914 в режиме ввода или вывода. Соответственно, аналоговый блок 914 снабжен селектором выходного контакта 1224, чтобы обеспечить прошивке возможность выполнения правильной настройки. Как отмечено выше, каждый модуль ввода/вывода 118 может быть связан с различными типами терминальных модулей 404, которые могут влиять на (например, предотвращать) использование определенных комбинаций режимов тока/напряжения и ввода/вывода. Иллюстративный селектор выходного контакта 1224, показанный в проиллюстрированном примере на ФИГ. 12, представляет собой механизм, используемый для реализации селектора выходного контакта 1224, однако возможны и другие реализации. Например, селектор выходного контакта 1224 может быть реализован посредством твердотельного решения. В других примерах селектор выходного контакта 1224 может быть реализован посредством миниатюрного двухполюсного реле на два направления (DPDT) с фиксацией, в котором для управления двумя катушками предусмотрен отдельный сигнал для тока и напряжения.
[0087] В проиллюстрированном примере аналоговый блок 914 находится в неактивном состоянии или в режиме PTS (самозащиты), когда полевые выходы не активны, выходной сигнал разрешения 1218 выключен, сигнал разрешения резистора нагрузки выключен, а аналоговый блок 914 переведен в режим напряжения. Таким образом, в неактивном состоянии аналоговый блок 914 пребывает в режиме только входа без напряжения источника питания. В некоторых примерах аналоговый блок 914 находится в активном состоянии в режиме вывода, чтобы обеспечить обратную связь на выходах, которую можно использовать для обнаружения ошибок. В некоторых примерах неактивное состояние является состоянием по умолчанию для аналогового блока 914 при включении питания. Кроме того, в некоторых примерах переход в неактивное состояние происходит, когда модуль ввода/вывода 118 определяет, что в соответствующем терминальном слоте не установлен терминальный модуль 404, что терминальный модуль 404 извлечен или что установленный терминальный модуль 404 является неправильным (например, несовместим с модулем ввода/вывода 118). В некоторых примерах эти определения выполняются с использованием описанного выше метода электронного ввода ключа.
[0088] На ФИГ. 13 проиллюстрирован пример десятиканального терминального модуля 1300, соответствующего одному из терминальных модулей 404 согласно ФИГ. 4. В некоторых примерах терминальный модуль 1300 может быть выполнен с возможностью работы с аналоговым модулем ввода/вывода 118 согласно ФИГ. 6, смешанным аналого-цифровым модулем ввода/вывода 118 согласно ФИГ. 8 или другим типом десятиканального модуля ввода/вывода 118. В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 13 терминальный модуль 1300 содержит соединитель 1302 объединительной платы, соединяющий с возможностью передачи данных терминальный модуль 1300 с объединительной платой 300 стойки 200, как описано выше. Кроме того, иллюстративный терминальный модуль 1300 согласно ФИГ. 13 содержит контактную группу 1304, позволяющую подключать к терминальному модулю 1300 провода от полевых устройств и/или других компонентов. В некоторых примерах контактная группа 1304 соответствует отделяемой контактной группе 416, соединен с возможностью передачи данных с разъемами 424 модуля платы формирования сигнала 418, рассмотренной выше в связи с ФИГ. 4.
[0089] Как показано в проиллюстрированном примере на ФИГ. 13, терминальный модуль 1300 обеспечивает двадцать сигналов, соответствующих десяти каналам 1306 двух терминалов каждый (как для положительного, так и для отрицательного сигнала). В проиллюстрированном примере сигналы, передаваемые по каждому из десяти каналов 1306, проходят между терминальным блоком 1304 и соединителем 1302 объединительной платы через схему согласования 1308, специфичную для каждого канала 1306. Различные терминальные модули с различными типами схем согласования, реализованными в схемах согласования 1308, соответствуют различным типам терминального модуля 1300, которые могут быть идентифицированы на основе значения сопротивления идентификационного резистора 1004, как описано выше. Некоторые типы терминальных модулей 1300 могут содержать одну и ту же схему для каждой из схем согласования 1308. Другие типы терминальных модулей 1300 могут включать различные типы схем в разных схемах согласования 1308, соответствующих различным каналам в терминальном модуле 404. Схемы согласования 1308 описаны более подробно ниже в связи с ФИГ. 16-22.
[0090] В дополнение к десяти каналам 1306 в некоторых примерах терминальный модуль 1300 предусматривает шесть дополнительных сигналов 1310, которые могут обеспечивать функциональность, специфичную для модуля. В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 13 специфичные для модуля сигналы 1310 не используются. Кроме того, в проиллюстрированном примере соединитель 1302 объединительной платы терминального модуля 1300 содержит соединитель для приема сигнала разрешения 1312. В проиллюстрированном примере сигнал разрешения 1312 соответствует сигналу разрешения 1018 (описанному в связи с ФИГ. 10), формируемому модулем управления 402 после того, как будет подтверждено, что терминальный модуль 1300 совместимым с модулем управления. В некоторых примерах сигнал разрешения 1312 используется для включения схем согласования 1308. Как показано в проиллюстрированном примере, соединитель 1302 объединительной платы содержит разъем для входа напряжения 1314 для подачи напряжения на неизолированные схемы терминального модуля 1300. Кроме того, как показано на ФИГ. 13, иллюстративный терминальный модуль 1300 содержит разъемы для идентификационного сигнала 1316 и общий канал сигнала 1318, соединенный последовательно с возможностью передачи данных с идентификационным резистором 1004, который образует нижнюю половину делителя напряжения 1002, чтобы однозначно идентифицировать терминальный модуль 1300, как описано выше в связи с ФИГ. 10. Т.е. в проиллюстрированном примере сигнал идентификации 1316 соответствует сигналу идентификации 1008, рассмотренному выше в связи с ФИГ. 10.
[0091] На ФИГ. 14 проиллюстрирован пример шестнадцатиканального терминального модуля 1400, соответствующего одному из терминальных модулей 404 согласно ФИГ. 4. В некоторых примерах терминальный модуль 1400 может быть выполнен с возможностью работы с дискретным модулем ввода/вывода высокой плотности 118 согласно ФИГ. 7. В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 14 терминальный модуль 1400 содержит соединитель 1402 объединительной платы, соединяющий с возможностью передачи данных терминальный модуль 1400 с объединительной платой 300 стойки 200, как описано выше. Кроме того, иллюстративный терминальный модуль 1400 согласно ФИГ. 14 содержит контактную группу 1404, позволяющую подключать к терминальному модулю 1400 провода от полевых устройств и/или других компонентов. В некоторых примерах контактная группа 1404 соответствует отделяемой контактной группе 416, соединен с возможностью передачи данных с разъемами 424 модуля платы формирования сигнала 418, рассмотренной выше в связи с ФИГ. 4.
[0092] В некоторых примерах соединитель 1402 объединительной платы шестнадцатиканального терминального модуля 1400 согласно ФИГ. 14 сконфигурирован аналогично разъему 1302 объединительной платы десятиканального терминального модуля 1300 согласно ФИГ. 13. Т.е. оба соединителя 1302, 1402 объединительной платы, показанные на ФИГ. 13 и 14, содержат пути положительных и отрицательных сигналов для десяти каналов 1306, разъемы для шести специфичных для модуля сигналов 1310 и разъемы для сигнала разрешения 1312, вход напряжения 1314, сигнал идентификации 1316 и общий путь сигнала 1318. В некоторых примерах соединители 1302, 1402 объединительной платы различных терминальных модулей 1300, 1400, показанных на ФИГ. 13 и 14 аналогично сконфигурированы так, что в одну конструкцию терминальных слотов 211-218 в стойке 200 можно устанавливать любой из терминальных модулей 1300, 1400 (и/или другие типы аналогично сконфигурированных терминальных модулей).
[0093] Хотя соединители 1302, 1402 объединительной платы различных терминальных модулей 1300, 1400 (и соответствующие сигналы) аналогичны, внутренняя схема и соответствующие пути прохождения сигналов между соединителем 1402 объединительной платы и контактной группой 1404 согласно ФИГ. 14 отличаются друг от друга, как показано на ФИГ. 13. Например, шестнадцатиканальные терминальные модули, сконструированные в соответствии с раскрытыми здесь принципами, предназначены для дискретных входов высокой плотности или сочетания с высокой плотностью дискретных входов и дискретных выходов. В частности, в примере терминального модуля 1400 на ФИГ. 14 первые восемь из десяти каналов 1306 выполнены с возможностью взаимодействия с дискретными блоками (например, дискретными блоками 916 на ФИГ. 9), которые могут поддерживать дискретные входы, импульсные входы и/или дискретные выходы, в то время как оставшиеся два из десяти каналов 1306, а также относящиеся к модулю сигналы 1310 используются для дискретных входов. В других примерах число общих дискретных блоков по отношению к исключительно дискретным входам может отличаться от указанного в проиллюстрированном примере.
[0094] Как показано в проиллюстрированном примере, сигналы, передаваемые по каждому из десяти каналов 1306, проходят между терминальным блоком 1404 и соединителем 1402 объединительной платы через схему согласования 1406, специфичную для каждого канала 1306. Кроме того, специфичные для модуля сигналы проходят через другие схемы согласования 1406, соответствующие каждому сигналу. В проиллюстрированном примере схемы согласования 1406 (пронумерованные 11-16), связанные с специфичными для модуля сигналами 1310, сопряжены с отрицательным сигналом, связанным с одним из каналов 9 или 10. В частности, первые три специфичных для модуля сигнала (MS1-MS3) сопряжены с путем отрицательного сигнала для канала 9, в то время как вторые три специфичных для модуля сигнала (MS4-MS6) сопряжены с путем отрицательного сигнала для канала 10. Как показано в проиллюстрированном примере, шестнадцать каналов терминального модуля 1400 совместно используют общие оконцовки в терминальном блоке 1404 с одной общей оконцовкой для каждых четырех каналов.
[0095] На ФИГ. 15 проиллюстрирован пример восьмиканального терминального модуля АС 1500, соответствующего одному из терминальных модулей 404 согласно ФИГ. 4. В некоторых примерах терминальный модуль 1500 может использоваться для входов и выходов переменного тока (AC). Как и в случае терминальных модулей 1300, 1400 на ФИГ. 13 и 14, иллюстративный восьмиканальный терминальный модуль АС 1500 согласно ФИГ. 15 содержит соединитель 1502 объединительной платы, который может быть сконфигурирован аналогично соединителям 1302, 1402 объединительной платы согласно ФИГ. 13 и 14. Кроме того, иллюстративный восьмиканальный терминальный модуль АС 1500 согласно ФИГ. 15 содержит контактную группу 1504. В некоторых примерах контактная группа 1504 соответствует отделяемой контактной группе 416, соединен с возможностью передачи данных с разъемами 424 модуля платы формирования сигнала 418, рассмотренной выше в связи с ФИГ. 4. В некоторых примерах требования к интервалу между оконцовками приводят к тому, что терминальные точки в контактной группе 1504 используются через одну, что приводит к применению десяти терминалов для подключений на месте. Как показано в проиллюстрированном примере, десять терминалов соответствуют восьми каналам, обеспечиваемым терминальным модулем 1500, терминалом питания переменного тока и нейтральным терминалом. Кроме того, как и в случае терминальных модулей 1300, 1400 на ФИГ. 13 и 14, иллюстративный восьмиканальный терминальный модуль АС 1500 согласно ФИГ. 15 содержит схемы согласования 1506 для каждого из каналов.
[0096] Хотя иллюстративные реализации терминальных модулей 1300, 1400, 1500 показаны в проиллюстрированных примерах на ФИГ. 13-14, различные типы терминальных модулей (например, с различным количеством доступных каналов, используемых для одних и тех же или разных целей) могут быть реализованы в альтернативных вариантах в соответствии с раскрытыми здесь принципами.
[0097] На ФИГ. 16-22 показаны различные иллюстративные типы схем для реализации схем согласования 1308, 1406, 1506 в соответствии с ФИГ. 13-15. Как упоминалось выше, терминальный модуль 404 обеспечивает конкретные схемы для характеристики и/или формирования сигналов, передаваемых по каждому каналу терминального модуля 404. Таким образом, модули управления 402 могут быть реализованы для множества различных целей в зависимости от конкретного типа терминального модуля 404 (например, на основе типа (типов) схем согласования 1308, 1406, 1506), с которыми сопряжен каждый модуль управления 402 (через объединительную плату 300 стойки 200). Кроме того, выделение определенной функциональности и/или схемы из модуля управления 402 в отдельный терминальный модуль 404 может защитить остальную часть электроники модуля управления 402 в случае отказа схем в терминальном модуле. Кроме того, этот подход снижает стоимость замены для конечного пользователя, поскольку нужно заменять только терминальный модуль, в то время как более дорогой модуль управления 402 все еще может использоваться.
[0098] Рассмотрим подробнее графические материалы, где на ФИГ. 16 представлена иллюстративная схема защиты от перенапряжения 1600, которая может соответствовать различным схемам согласования 1308, 1406, 1506, показанным на ФИГ. 13-15. Иллюстративная схема защиты от перенапряжения 1600 обеспечивает защиты от перенапряжения или скачков напряжения, так что условие перенапряжения не может достигать объединительной платы 300 (или модуля управления 402). Типичные напряжения могут составлять от 12 до 24 В, но могут наблюдаться скачки (например, при неправильном подключении, ударе молнии и т. д.) до 5000 В. В некоторых примерах схема защиты от перенапряжения ограничивает напряжение на объединительной плате 300 и/или модуле управления 402 значением 30 В или менее и может также обеспечивать дополнительное ограничение тока.
[00100] На ФИГ. 17 проиллюстрирован пример нормально разомкнутого реле 1700, а на ФИГ. 18 - пример нормально замкнутого реле 1800, которое может соответствовать различным схемам согласования 1308, 1406, 1506, показанным на ФИГ. 13-15. Иллюстративные реле 1700, 1800 используются с дискретными выходами и обеспечивают изоляцию. В проиллюстрированных примерах реле 1700, 1800 также обеспечивают известное состояние, когда на схемы не подается питание.
[00101] На ФИГ. 19 проиллюстрирован пример драйвера высокой стороны 1900 (иногда называемого твердотельным реле), а на ФИГ. 20 - пример драйвера низкой стороны 2000, который может соответствовать различным схемам согласования 1308, 1406, 1506 согласно ФИГ. 13-15. В некоторых примерах драйвер высокой стороны 1900 оптически изолирован. В некоторых примерах драйверы высокой и низкой стороны 1900, 2000 используются для дискретных выходов или медленных импульсных выходов, когда требуется быстрое переключение при относительно больших токах. Иллюстративный драйвер высокой стороны 1900 переключает питание на высокой или положительной стороне нагрузки, в то время как иллюстративный драйвер низкой стороны 2000 переключает питание на низкой или отрицательной стороне нагрузки.
[00102] На ФИГ. 21 проиллюстрирован пример схемы входа переменного тока 2100, а на ФИГ. 22 - пример схемы выхода переменного тока 2200, которые могут соответствовать различным схемам согласования 1308, 1406, 1506 на ФИГ. 13-15. В некоторых примерах схемы переменного тока могут быть реализованы как твердотельные входные и выходные драйверы переменного тока, которые оптически изолированы. В некоторых примерах схемы переменного тока могут использоваться в приложениях управления (например, предварительных установках). В некоторых примерах схема входа переменного тока 2100 используется с дискретными входами для обнаружения присутствия (или отсутствия) переменного напряжения на полевых оконцовках. В некоторых примерах схема выхода переменного тока 2200 используется с дискретными входами для переключения напряжения переменного тока на нагрузку.
[00103] Дополнительный пример схем согласования 1308, 1406, 1506 содержит высоковольтную (например, более 30 В постоянного тока) входную схему, в которой используется высоковольтный входной преобразователь для дискретных входов или медленных импульсных входов, милливольт-в-вольт усилитель, который может использоваться для аналоговых входов, импульсный усилитель для усиления импульсных сигналов низкого уровня от устройств прямого приема, дифференциальный усилитель, позволяющий подавать аналоговые входные сигналы в стандартный аналоговый модуль ввода/вывода путем обеспечения переднего края для сигналов высокого уровня общего режима, предохранитель (например, однократного действия или сбрасываемый) для выходов высокого тока, разрешающий вход, который предотвращает подачу на выход данных, если он не активирован, или блок резервирования на резервной плате формирования сигнала (описанной ниже в связи с ФИГ. 23), чтобы направлять полевые входы в два модуля управления, сконфигурированных в избыточном режиме, и управлять переключением выходов на основе активного модуля управления. Другие примеры схем согласования могут включать датчики окружающей среды, которые измеряют и/или определяют температуру окружающей среды, влажность, давление и/или газ в автономном режиме (например, без подключения к внешним устройствам). Некоторые схемы согласования могут обеспечивать функции управления двигателем, такие как, например, драйверы для асинхронного электродвигателя переменного тока, двигателя постоянного тока или шагового двигателя. Кроме того, иллюстративные схемы согласования могут обеспечивать функциональность определения местоположения, включающую, например, преобразователь координат, линейный кодовый датчик, поворотный кодовый датчик и/или сенсорные интерфейсы для обнаружения наклона, шага и/или угла. В некоторых примерах схемы согласования обеспечивают интерфейс с тензодатчиком и/или соответствующими усилителями. В некоторых примерах схемы согласования обеспечивают интерфейс для многоосевого акселерометра (например, для контроля и/или обнаружения вибрации). В дополнительном или альтернативном варианте в некоторых примерах схемы согласования обеспечивают интерфейс для видеокамеры/фотоаппарата, который может обеспечивать контроль положения (например, вверх, вниз, влево, вправо) и/или другие формы управления (например, масштабирование). В некоторых примерах схемы согласования обеспечивают функции обнаружения звука, такие как, например, обнаружение отклонений (удары, отсутствие звука и т. д.) от базового уровня звука для формирования соответствующих сигналов тревоги и/или другой соответствующей обратной связи.
[00104] В дополнительном или альтернативном варианте другие типы схем согласования могут быть реализованы в терминальных модулях 404, предназначенных для использования с соответствующими модулями CPU 116 или COM-модулями. Например, COM-модули 120 имеют сигналы логического уровня (Tx, Rx, RTS), которые могут быть преобразованы соединенным с возможностью передачи данных терминальным модулем 404 для определенных типов связи, таких как: RS232, RS485, RS422. В некоторых примерах сдвиг уровня осуществляется посредством схем согласования в терминальном модуле 404.
[00105] Как отмечено выше, в некоторых примерах два разных модуля управления 402 могут использоваться в режиме резервирования, причем один служит резервным для другого, когда модули управления 402 помещаются в одну из избыточных пар 220, 222, 224, 226 слотов управления 201-208 стойки 200. В некоторых примерах, чтобы облегчить подключение полевых устройств к обоим модулям, схемы двух плат формирования сигнала 418 двух терминальных модулей 404 одного типа объединяются для формирования резервной платы формирования сигнала 2302, как показано на ФИГ. 23. Как показано в проиллюстрированном примере, резервная плата формирования сигнала 2302 содержит две части соединителя 2304 объединительной платы, выполненные с возможностью размещения в двух соседних терминальных слотах стойки 200, но только один набор соединителей 424 модуля соединяется с возможностью передачи данных с соответствующими соединителями 422 модуля в контактной группе 416. В некоторых примерах каждая часть соединителя 2304 объединительной платы содержит схему, аналогичную отдельным платам формирования сигналов 418, описанным выше.
[00106] Кроме того, в некоторых примерах резервная плата формирования сигнала 2302 содержит дополнительную схему для разделения входных сигналов от полевых устройств (соединенных с возможностью передачи данных с платой формирования сигнала 2302 через контактную группу 416) на два, чтобы обеспечить подачу одинаковых сигналов в схемы в каждой части соединителя 2304 объединительной платы. Таким образом, активный модуль управления избыточной пары модулей получает необходимые сигналы для реализации управления, в то время как резервный модуль управления принимает те же сигналы для мониторинга активного модуля на наличие ошибок и готов перейти в рабочий режим при обнаружении отказа. В некоторых примерах резервная плата формирования сигнала 2302 содержит индикаторы 2306 (например, светодиоды), указывающие, какие части соединителя 2304 объединительной платы в настоящее время связаны с активным модулем управления 402. Кроме того, в некоторых примерах резервная плата формирования сигнала 2302 содержит переключатель 2308 для тестирования и/или инициирования переключения на резервный модуль в случае отказа.
[00107] В дополнительном или альтернативном варианте для выходных сигналов иллюстративная резервная плата формирования сигнала 2302 может содержать реле для переключения между двумя избыточными модулями управления 402 (соединенными с возможностью передачи данных с резервной платой 2302), на основе которых модуль управления 402 находится в активном режиме. Например, если активный модуль управления в слоте с нечетным номером (например, активном по умолчанию слоте) активен, реле будет неактивным (нормально замкнутым) для подачи выходных сигналов от главного модуля управления 402 (активного модуля в слоте управления с нечетным номером) на полевые оконцовки. И напротив, в некоторых примерах, если модуль управления в слоте управления с четным номером активен (например, вторичный модуль активен), модуль будет использовать сигнал разрешения для активации реле, тем самым подавая выходные сигналы от вторичного модуля управления на полевые оконцовки. В некоторых примерах дополнительные схемы в резервной плате формирования сигнала 2302 также обеспечивают плавный переход от одного модуля к другому в случае отказа, обеспечивая нагрузку и обратную связь на неактивном модуле, так что выходы на обоих модулях управления 402 являются одинаковыми перед переключением.
[00108] В некоторых примерах каждый иной тип резервной платы формирования сигнала 2302 содержит уникальный идентификационный резистор 1004, позволяющий отличать тип платы формирования сигнала от других плат формирования сигналов, независимо от того, являются ли они резервными или нет. Таким образом, в некоторых примерах процессор в каждом из двух избыточных модулей управления 402, соединенный с возможностью передачи данных с резервной платой формирования сигнала 2302, автоматически обнаруживает резервную плату формирования сигнала 2302. В некоторых таких примерах процессор в каждом из избыточных модулей управления автоматически конфигурирует модули управления 402 для работы в избыточном режиме (например, автоматически назначает один модуль управления в качестве основного модуля, а другой модуль - в качестве вторичного или предназначенного для использования в случае отказа модуля).
2
[00109] На ФИГ. 24 приведена схема, иллюстрирующая еще один пример реализации функции электронного ввода ключей иллюстративного модуля управления и иллюстративного терминального модуля согласно ФИГ. 9. Как описано выше в связи с ФИГ. 10, детектор терминального модуля 924 (в модуле управления 402) и индикатор типа модуля 926 (в терминальном модуле 404) содержат резисторы, которые вместе образует резистивный делитель напряжения 1002, когда модуль управления 402 и терминальный модуль 404 соединены с возможностью передачи данных через объединительную плату 300. Напротив, в проиллюстрированном примере на ФИГ. 24 детектор терминального модуля 924 (в модуле управления 402) соответствует преобразователю 2402 межсхемных соединений интегральных схем (IC) в 1-проводное, а индикатор типа модуля 926 (в терминальном модуле 404) соответствует стираемой программируемой постоянной памяти (EEPROM) 2404, способной осуществлять 1-проводную цифровую связь. В таких примерах EEPROM 2404 содержит уникальный код, идентифицирующий тип терминального модуля 404. Код может быть запрограммирован при изготовлении терминального модуля 404. Хотя пример реализации, приведенный на ФИГ. 10, позволяет уникально идентифицировать до 80 уникальных типов терминальных модулей (на основе разных значений сопротивления), память EEPROM 2404 должна быть достаточной, чтобы обеспечить уникальную идентификацию любого используемого на практике количества терминальных модулей. Кроме того, в некоторых примерах EEPROM 2404 может также содержать другую идентифицирующую информацию, относящуюся к каждому отдельному терминальному модулю 404, такую как, например, информация о производстве (например, серийный номер, дата изготовления, местонахождение производства, номер партии, номер версии и др.).
[00110] В проиллюстрированном примере в соответствии с ФИГ. 24 процессор 920 модуля управления 402 непрерывно, периодически или апериодически считывает идентификационный код из EEPROM 2404 через преобразователь 2402 для идентификации и проверки совместимости терминального модуля 404 с модулем управления 402. При выявлении несовместимости терминального модуля 404 процессор 920 может предотвращать обмен данными (например, отключить сигнал разрешения 1018) и/или сформировать соответствующие сообщения об ошибках. Кроме того, процессор 920 может конфигурировать модуль управления 402 и/или разрешать выходную связь с терминальным модулем 404, если определено, что модуль совместим.
[00111] В дополнение к определению типа терминального модуля 404 для проверки совместимости модуль управления 402 проиллюстрированного примера может также обнаруживать начальную установку или извлечение терминального модуля 404 при подаче питания. Как показано на ФИГ. 24, модуль управления 402 и терминальный модуль 404 имеют выделенный сигнал или прерывание 2406, подаваемые(ое) на вывод прерывания процессора 920. Когда терминальный модуль 404 отсоединяется от объединительной платы 300, уровень сигнала прерывания 2406 в модуле управления 402 повышается ввиду наличия напряжения 2408 на резисторе 2410. Однако, как показано в проиллюстрированном примере, когда терминальный модуль 404 электрически соединен с модулем управления 402 через объединительную плату 300, сигнал прерывания 2406 соединен с общим проводом схемы 2412 или заземлением через терминальный модуль 404. В проиллюстрированном примере процессор 920 способен обнаруживать либо восходящий, либо спадающий фронт сигнала прерывания 2406.
[00112] При извлечении терминального модуля 404, прерывание 2406 больше не соединяется с землей так, что его уровень поднимается до высокого, что приводит к прерыванию восходящего фронта. В ответ на обнаружение восходящего фронта процессор 920 может отключать сигналы ввода/вывода в терминальном блоке и останавливать сканирование ввода/вывода. В некоторых таких примерах процессор 920 также может формировать сигнал тревоги для указания обнаруженного удаления терминального модуля 404.
[00113] В отличие от этого, когда терминальный модуль 404 первоначально установлен в объединительную плату 300, прерывание 2406 (ранее выведенное на высокий уровень) будет соединено с заземлением, что приведет к прерыванию по нисходящему фронту. В ответ на обнаружение спада фронта процессор 920 может начать процесс проверки, чтобы идентифицировать терминальный модуль 404 с целью подтверждения того, что он относится к типу, совместимому с модулем управления 402. В некоторых примерах, если первый терминальный модуль 404 удаляется и второй терминальный модуль устанавливается, когда модуль управления 402 находится под напряжением, процессор 920 сравнивает типы каждого из терминальных модулей. Если вновь установленный терминальный модуль 404 относится к тому же типу, что и удаленный модуль, процессор 920 может автоматически активировать связь с терминальным модулем 404 и вернуться к нормальному сканированию ввода/вывода. Однако в примерах, где вновь установленный терминальный модуль определяется как отличающийся от ранее извлеченного модуля, процессор 920 может генерировать сигнал тревоги, требующего ввода оператором данных для конфигурирования модуля управления 402 и/или терминального модуля 404 до того, как связь будет включена.
[00114] Блок-схема, представляющая пример способа реализации одного из примеров модулей управления 402 согласно ФИГ. 4 для идентификации одного из терминальных модулей 404 согласно ФИГ. 4 показана на ФИГ. 25. В этом примере способ может быть реализован с использованием машиночитаемых команд, которые содержат программу для выполнения процессором, таким как процессор 2612, показанный в иллюстративной процессорной платформе 2600, описанной ниже со ссылкой на ФИГ. 26. Программа может быть реализована в программном обеспечении, хранящемся на материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD-ROM, гибкий диск, жесткий диск, цифровой универсальный диск (DVD), диск Blu-ray или память, связанная с процессором 2612, но в альтернативном варианте вся программа и/или ее части могут выполняться устройством, отличным от процессора 2612, и/или могут быть реализованы в прошивке или специализированных аппаратных средствах. Кроме того, хотя иллюстративная программа описана со ссылкой на блок-схемы, показанные на ФИГ. 25, в альтернативных вариантах могут использоваться различные другие способы реализации иллюстративных модулей управления 402. Например, может быть изменен порядок выполнения этапов и/или могут быть изменены, исключены или объединены некоторые описанные этапы.
[00115] Как упомянуто выше, иллюстративные способы согласно ФИГ. 25 могут быть реализованы с использованием кодированных инструкций (например, компьютерных и/или машиночитаемых инструкций), хранящихся на материальном машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), компакт-диск (CD), цифровой универсальный диск (DVD), кэш, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) и/или любое другое запоминающее устройство или диск для хранения данных, в/на котором информация хранится в течение любого времени (например, в течение длительного времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кэширования информации). Используется здесь термин материальный машиночитаемый носитель данных явно определен таким образом, что он охватывает любой тип считываемого компьютером запоминающего устройства и/или диска для хранения данных и исключает распространяющиеся сигналы и средства передачи. Термины «материальный машиночитаемый носитель данных» и «материальный считываемый компьютером носитель данных» используются взаимозаменяемо. Дополнительно или в альтернативном варианте иллюстративные способы согласно ФИГ. 25 может быть реализован с использованием кодированных инструкций (например, компьютерных и/или машиночитаемых инструкций), хранящихся на постоянном компьютеро- и/или машиночитаемом носителе, таком как жесткий диск, флэш-память, постоянное запоминающее устройство, компакт-диск, цифровой универсальный диск, кэш, оперативное запоминающее устройство и/или любое другое запоминающее устройство или диск для хранения данных, в/на котором информация хранится в течение любого времени (например, в течение длительного времени, постоянно, в течение коротких промежутков времени, для временной буферизации и/или для кэширования информации). Используемый здесь термин постоянный машиночитаемый носитель данных явно определен таким образом, что он охватывает любой тип считываемого компьютером запоминающего устройства и/или диска для хранения данных и исключает распространяющиеся сигналы и средства передачи. Термин «по меньшей мере» используется в данном описании в качестве переходного термина в преамбуле пункта формулы изобретения и является таким же открытым термином, как и термин «содержащий».
[00116] В иллюстративном способе согласно ФИГ. 25 предполагается, что модуль управления 402 уже установлен в стойку 200 и находится под напряжением. Способ по ФИГ. 25 начинается в блоке 2502, где модуль управления 402 обнаруживает установку терминального модуля 404 в соответствующий терминальный слот стойки 200. В некоторых примерах схема компаратора 1020 модуля управления 402 обнаруживает установку терминального модуля 404 на основе обнаруженного падения выходного напряжения 1014 делителя напряжения 1002, образованного между модулем управления 402 и терминальным модулем 404. В других примерах процессор 920 модуля управления 402 обнаруживает установку терминального модуля 404 на основе обнаружения падения напряжения в сигнале прерывания 2406, когда терминальный модуль 404 подает сигнал на заземление. В блоке 2504 схема компаратора генерирует прерывание установки. В некоторых примерах прерывание установки направляется процессору 920 модуля управления, чтобы указать на установку терминального модуля 404. На этапе 2506 иллюстративный процессор 920 переводит модуль управления 402 в неактивное состояние. В некоторых примерах процессор 920 переходит в неактивный режим или режим только вход путем отключения подачи сигнала разрешения (например, сигнала разрешения 1018 на ФИГ. 10 или сигнала разрешения 1312 на ФИГ. 13) на схемы согласования терминального модуля 404 и перевода всех каналов в режим ввода. В таком состоянии связь с полевыми терминалами терминального модуля 404 запрещена. В некоторых примерах средства повышения уровня (или снижения уровня) используются в аппаратных средствах для отключения разрешающего сигнала 1018 и перевода всех каналов в режим ввода при включении питания процессора 920. В некоторых примерах при обнаружении терминального модуля 404 непосредственно через процессор 920, как описано в связи с ФИГ. 24, процессор 920 автоматически переводит модуль управления 402 в неактивное состояние.
[00117] В блоке 2508 иллюстративный процессор определяет идентификационное значение для терминального модуля 404. В некоторых примерах идентификационное значение представляет собой 16-разрядное цифровое значение, соответствующее выходному напряжению 1014 делителя напряжения 1002, преобразованного АЦП 1024. В некоторых примерах идентификационное значение различается для разных типов терминальных модулей 404 на основе другого идентификационного резистора 1004, предусмотренного в каждом терминальном модуле 404. В некоторых примерах идентификационное значение основано на данных, полученных из EEPROM 2404 терминального модуля 404. В блоке 2510 иллюстративный процессор 920 определяет, является ли идентификационное значение действительным (например, соответствует распознаваемому типу терминального модуля). Если нет, управление переходит к блоку 2512, где иллюстративный процессор 920 формирует сигнал ошибки терминального модуля. В некоторых примерах ошибка терминального модуля указывается через индикатор состояния терминального модуля 512. После этого иллюстративный способ согласно ФИГ. 25 завершается.
[00118] Возвращаясь к блоку 2510, если иллюстративный процессор 920 определяет, что идентификационное значение действительно, управление переходит к блоку 2514, где иллюстративный процессор 920 определяет, совместим ли терминальный модуль с модулем управления 402. Если нет, управление переходит к блоку 2524, где иллюстративный процессор 920 формирует сигнал ошибки совместимости. В некоторых примерах ошибка совместимости указывается с помощью индикатора состояния терминального модуля 512. После этого иллюстративный способ согласно ФИГ. 25 завершается.
[00119] Возвращаясь к блоку 2514, если иллюстративный процессор 920 определяет, что терминальный модуль совместим с модулем управления 402, управление переходит к блоку 2518, где иллюстративный процессор 920 конфигурирует модуль управления 402 для связи с терминальным модулем 404. В блоке 2520 иллюстративный процессор 920 реализует модуль управления 402 в период выполнения.
2
2
[00120] В блоке 2522 иллюстративный процессор 920 определяет, пришло ли время проверить идентификационное значение терминального модуля 404. В некоторых примерах идентификационное значение проверяется на периодической или апериодической основе. Если время проверки идентификационного значения не пришло, управление переходит к блоку 2524, где модуль управления 402 определяет, был ли извлечен терминальный модуль 402. В некоторых примерах схема компаратора 1020 обнаруживает удаление терминального модуля 404 на основе обнаруженного повышения выходного напряжения 1014 делителя напряжения 1002, образованного между модулем управления 402 и терминальным модулем 404. В некоторых примерах процессор 920 обнаруживает удаление терминального модуля 404 на основе сигнала прерывания 2406, уровень которого повышается до высокого, как описано в связи с ФИГ. 24. Если модуль управления 402 определяет, что терминальный модуль 404 не был извлечен, управление возвращается к блоку 2520 для продолжения реализации модуля управления 402. Если модуль управления 402 определяет, что терминальный модуль 404 извлечен, управление переходит к блоку 2526, где схема компаратора генерирует прерывание удаления. В других примерах, как описано выше в связи с ФИГ. 24, процессор 920 модуля управления может непосредственно определить, что терминальный модуль 404 извлечен, на основе сигнала прерывания 2406. В примерах, в которых устройство IC 2402 обнаруживает отсутствие терминального модуля 404, процессор 920 получает информацию об удалении путем постоянного опроса устройства IC 2402. В блоке 2528 иллюстративный процессор 920 переводит модуль управления 402 в неактивное состояние, после чего управление возвращается к блоку 2502 для обнаружения установки другого терминального модуля.
[00121] Возвращаясь к блоку 2522, если иллюстративный процессор 920 определяет, что пришло время проверить идентификационное значение, управление переходит к блоку 2530, где иллюстративный процессор 920 определяет идентификационное значение для терминального модуля 404 (например, на основе значения выходного напряжения 1014 делителя напряжения 1002 или считывания данных, извлеченных из EEPROM 2404). На этапе 2532 иллюстративный процессор 920 определяет, соответствует ли идентификационное значение предыдущему идентификационному значению. Если это так, управление возвращается к блоку 2524. Если нет, управление переходит к блоку 2534, где иллюстративный процессор 920 формирует сигнал ошибки терминального модуля. После этого иллюстративный способ согласно ФИГ. 25 завершается.
[00122] На ФИГ. 26 приведена схема иллюстративной процессорной платформы 2600, способной выполнить способ согласно ФИГ. 25 для реализации любого из модулей управления 402 согласно ФИГ. 4. Процессорная платформа 2600 может быть, например, сервером, персональным компьютером, мобильным устройством (например, сотовым телефоном, смартфоном, планшетом, например, iPad™), персональным цифровым помощником (PDA), интернет-устройством, DVD-плеером, CD-плеером, цифровым видеомагнитофоном, проигрывателем Blu-ray, игровой консолью, персональным видеозаписывающим устройством, телевизионной приставкой или любым другим типом вычислительного устройства.
[00123] Процессорная платформа 2600 проиллюстрированного примера содержит процессор 2612. Процессор 2612 в проиллюстрированном примере является аппаратным обеспечением. Например, процессор 2612 может быть реализован одной или большим количеством интегральных схем, логических схем, микропроцессоров или контроллеров любого требуемого семейства или производителя.
[00124] Процессор 2612 в проиллюстрированном примере содержит локальную память 2613 (например, кэш). Процессор 2612 в проиллюстрированном примере поддерживает связь с основной памятью, включающей в себя энергозависимую память 2614 и энергонезависимую память 2616, через шину 2618. Энергозависимое запоминающее устройство 2614 может быть реализовано с помощью синхронного динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (SDRAM), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой (DRAM), динамического запоминающего устройства с произвольной выборкой Rambus с внутренней шиной (RDRAM) и/или запоминающего устройства с произвольной выборкой любого другого типа. Энергонезависимая память 2616 может быть реализована в виде флэш-памяти и/или любого другого требуемого типа запоминающего устройства. Доступ к основной памяти 2614, 2616 управляется контроллером памяти.
[00125] Процессорная платформа 2600 проиллюстрированного примера также содержит интерфейсную схему 2620. Интерфейсная схема 2620 может быть реализована любым стандартом интерфейса, таким как интерфейс Ethernet, универсальная последовательная шина (USB) и/или интерфейс PCI Express.
[00126] В проиллюстрированном примере одно или большее количество устройств ввода 2622 соединены с интерфейсной схемой 2620. Устройство(а) ввода 2622 разрешает(ют) пользователю вводить данные и команды в процессор 2612. Устройство(а) ввода может(гут) быть реализованы, например, с использованием акустического датчика, микрофона, камеры (снимающей отдельные изображения или видео), клавиатуры, кнопки, мыши, сенсорного экрана, трекпада, трекбола, манипулятора Isopoint и/или системы распознавания речи.
[00127] Одно или большее количество устройств вывода 2624 также подключены к интерфейсной схеме 2620 проиллюстрированного примера. Устройства вывода 2624 могут быть реализованы, например, с использованием устройств отображения (например, светодиода (LED), органического светоизлучающего диода (OLED), жидкокристаллического дисплея, дисплея на электронно-лучевой трубке (CRT), сенсорного экрана, тактильного устройства вывода, светодиода (LED), принтера и/или динамиков). Таким образом, интерфейсная схема 2620 проиллюстрированного примера обычно содержит плату графического драйвера, чип графического драйвера или процессор графического драйвера.
[00128] Интерфейсная схема 2620 проиллюстрированного примера также содержит устройство связи, такое как передатчик, приемник, приемопередатчик, модем и/или плату сетевого интерфейса для обеспечения обмена данными с внешними машинами (например, вычислительными устройствами любого типа) по сети 2626 (например, Ethernet-соединение, цифровая абонентская линия (DSL), телефонная линия, коаксиальный кабель, сотовая телефонная система и т.д.).
[00129] Процессорная платформа 2600 в проиллюстрированном примере также содержит одно или большее количество запоминающих устройств 2628 для хранения программного обеспечения и/или данных. Примеры таких запоминающих устройств 2628 включают гибкие диски, жесткие диски, компакт-диски, диски Blu-ray, RAID-системы и цифровые универсальные диски (DVD-диски).
[00130] Кодированные инструкции 2632 для реализации способа согласно ФИГ. 23 могут храниться в запоминающем устройстве 2628, в энергозависимой памяти 2614, в энергонезависимой памяти 2616 и/или на съемном материальном машиночитаемом носителе данных, таком как CD или DVD.
[00131] Из вышесказанного следует понимать, что описанные выше способы, устройства и изделия могут обеспечить большую гибкость, повысить эффективность и снизить затраты для инженеров или других лиц, желающих соединить полевые устройства с RTU с возможностью передачи данных. Как описано выше, эти преимущества достигаются за счет включения основных функциональных возможностей ввода/вывода в модули управления, включая связанные с приложением функциональные возможности в терминальные модули, которые изготавливаются как отдельные компоненты, способные взаимодействовать с другими через объединительную плату базовой стойки или корпуса. Разделение этих компонентов позволяет заменять более дешевые терминальные модули без необходимости замены более дорогостоящих модулей управления. Кроме того, в некоторых примерах терминальные модули реализованы с использованием схем, обеспечивающих защиту от перенапряжения для модулей управления, так что общие режимы отказа, вероятно, могут повредить только недорогие терминальные модули при увеличении срока службы модулей управления. Кроме того, схемы в различных типах терминальных модулей могут использоваться для согласования или характеристики модулей управления по-разному, тем самым позволяя использовать различные приложения без необходимости применения нескольких автономных плат ввода/вывода, которые могут использоваться только для одной цели и будут более дорогостоящими, чем терминальные модули. Кроме того, в некоторых примерах модуль управления и соответствующий терминальный модуль, при соединении с возможностью передачи данных через объединительную плату, образуют электрическую схему, позволяющую модулю управления автоматически идентифицировать терминальный модуль для определения наличия каких-либо проблем с совместимостью.
[00132] Описанные в данном документе некоторые иллюстративные способы, устройства и изделия не ограничивают объем данного патента. Напротив, данный патент охватывает все способы, устройства и изделия, справедливо находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.