專利名稱：從兩線回路供電的兩線回路處理io傳輸器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器。更具體地，本發(fā)明涉及至少包括兩個(gè)可彼此連接的現(xiàn)場安裝模塊的從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器。
背景技術(shù)：
一般來說，從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器被用于通過兩線處理控制回路的兩線回路來在處理控制與諸如致動器和傳感器之類的輸入和/或輸出(IO)現(xiàn)場設(shè)備之間進(jìn)行通信，從而控制和/或監(jiān)測處理的IO點(diǎn)。在這方面，IO傳輸器適用于在兩線回路上操作，兩線回路的通信類型與基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION Fieldbus) 一致或者與Prof ibus-PA—致，但不限于這兩種協(xié)議的總 線?；谏鲜鰞?nèi)容，兩線回路被普遍用于連接若干個(gè)IO傳輸器，從而通過與提供有各自的IO接口端口的傳輸器相連接的IO現(xiàn)場設(shè)備，來便于控制和監(jiān)測工業(yè)處理的特定IO點(diǎn)。因而，傳輸器從兩線處理控制回路接收電力并且適用于通過兩線處理控制回路來與中央控制器(例如主機(jī))進(jìn)行通信。因此，對兩線回路進(jìn)行設(shè)計(jì)以便傳輸器從兩線回路接收電力并且在兩線回路上進(jìn)行通信，其中對兩線回路進(jìn)行設(shè)計(jì)以便可以在不擾亂對連接到回路的所有傳輸器的電力供應(yīng)的情況下進(jìn)行通信。為了便于控制和監(jiān)測這種處理的IO點(diǎn)，通常將傳輸器放置在實(shí)際工業(yè)處理的附近，并通過在兩線回路上將數(shù)字化的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒肟刂破鱽硖峁┽槍εc連接到傳輸器的IO接口端口的IO現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)聯(lián)的多個(gè)處理變量的訪問，該中央控制器(例如在控制室中)到處理的距離通常要大于傳輸器到處理的距離，如附圖的圖5中描述的示意圖。圖5示出了全部與遠(yuǎn)在控制室中的中央控制器的公共兩線回路相連接的三個(gè)傳輸器。每個(gè)傳輸器包括用于接口到特定的IO現(xiàn)場設(shè)備的IO現(xiàn)場設(shè)備接口端口，該IO現(xiàn)場設(shè)備接口端口用于對在將要被控制和監(jiān)測的各個(gè)IO點(diǎn)上的與物理處理?xiàng)l件相關(guān)的電子信號進(jìn)行操作和/或傳輸。在這方面，IO現(xiàn)場設(shè)備可以是諸如限制開關(guān)、閥門控制器、加熱器、電動機(jī)、電平指示器以及其他IO現(xiàn)場設(shè)備之類的執(zhí)行器或者傳感器。因此，通過這樣的傳輸器操作和/或傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的種類，例如，可以是諸如與各個(gè)接口端口相連接的輸入傳感器現(xiàn)場設(shè)備之類的IO現(xiàn)場設(shè)備所接收到的溫度數(shù)據(jù)、電平數(shù)據(jù)、和流量數(shù)據(jù)，也可以是與電動機(jī)之類的作為輸出執(zhí)行現(xiàn)場設(shè)備的IO現(xiàn)場設(shè)備相關(guān)的例如“停止數(shù)據(jù)”和“開始數(shù)據(jù)”之類的分立的輸入和輸出。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，這三個(gè)傳輸器中的每一個(gè)都具有其自身的集成電源電路以通過兩線回路接收電力。中央控制器的位置距離實(shí)際的工業(yè)處理越遠(yuǎn)，則在兩線回路的安裝中需要建立更長的運(yùn)行電纜。然而由于電纜阻抗并基于每一個(gè)傳輸器控制和監(jiān)測IO點(diǎn)所必需的吸收電流和操作電壓，依然限制了電纜運(yùn)行的最大長度。另外，能夠添加到兩線回路中的IO傳輸器的最大數(shù)目對兩線回路系統(tǒng)提出了進(jìn)一步的限制。通常地，中央控制器或主機(jī)以及受其控制的處理系統(tǒng)對于其能夠連接的IO傳輸器的數(shù)目具有實(shí)際的限制。這樣的實(shí)際限制通常大約是16個(gè)可連接的傳輸器。結(jié)果，這種約束也限制了通過與IO傳輸器相連接的IO現(xiàn)場設(shè)備而能夠由單個(gè)兩線回路所捕獲(即控制和監(jiān)測)的IO現(xiàn)場或者處理點(diǎn)的數(shù)目。因?yàn)檫@樣，許多制造商提供這樣的IO傳輸器，其中單個(gè)傳輸器中具有多個(gè)IO接口端口以在公共信道上對數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行多路復(fù)用。在圖6中示意舉例圖示出了這樣的IO傳輸器。圖6描述了連接到兩線處理回路的兩線回路的單個(gè)IO傳輸器，其用于從中央控制器接收電力以及用于與中央控制器進(jìn)行通信，并且具有復(fù)用器用于在單個(gè)信道上對八個(gè)IO接口端口進(jìn)行多路復(fù)用，并且具有單個(gè)或公共電源電路以及通信電路，單個(gè)或公共電源電路用于利用從兩線回路接收的電力對全部八個(gè)IO接口端口進(jìn)行全面地供電，通信電路用于執(zhí)行整個(gè)通信。甚至將一個(gè)以上的復(fù)用器并入到單個(gè)IO傳輸器也是可能的，其中該單個(gè)IO傳輸器具有對整個(gè)傳輸器進(jìn)行供電的單個(gè)或公共電源電路。例如在US 6，574，515中對于這樣的具有對整個(gè)傳輸器進(jìn)行供電的單個(gè)或公共電源電路的單個(gè)IO傳輸器給出了描述。EP 2053 697和US 2009/0104814描述了公共背板類型的連接系統(tǒng)。 基于通過特定的協(xié)議(例如基于根據(jù)基金會現(xiàn)場總線(FOUNDATION Fieldbus)或根據(jù)Profibus-PA的通信協(xié)議類型，但也可以基于其他通信協(xié)議類型)進(jìn)行操作的各個(gè)IO傳輸器的適應(yīng)性，通常所使用的各個(gè)協(xié)議要求傳輸器保持從兩線回路吸收恒定的電流。因此，由于現(xiàn)有的用于與IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接的兩線回路供電式IO傳輸器具有預(yù)定數(shù)目的IO端口，因此從兩線回路中需要固定的電力消耗。然而，這樣也限制了電纜運(yùn)行的最大長度。通過現(xiàn)有的IO傳輸器常導(dǎo)致的低效率的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將額外的限制不必要地施加給了用戶。例如，如果將IO傳輸器構(gòu)造為兩線回路供電的閥門耦合器，并且具有四個(gè)IO接口端口用于提供接口連接四個(gè)閥門的功能，那么根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)這樣的閥門耦合器從兩線回路吸收與全部四個(gè)閥門進(jìn)行接口連接所必須的電流。但是許多工業(yè)處理應(yīng)用通常具有多于四個(gè)或少于四個(gè)的閥門。那么首先，在只需要連接三個(gè)閥門的情況下，閥門耦合器仍將會吸收接口連接到四個(gè)閥門所必需的電流，不論是否必需將第四個(gè)閥門通過IO傳輸器進(jìn)行接口連接。因此在這種情況下所描述的IO傳輸器在使用上是沒有效率的。然而在工業(yè)處理應(yīng)用的情況中，例如需要接口連接五個(gè)閥門，那么需要第二個(gè)上述類型的傳輸器從而將全部五個(gè)閥門連接到兩線回路。除了根據(jù)需求對八個(gè)閥門接口端口而不是僅僅五個(gè)閥門接口端口進(jìn)行供電的低效率，這兩個(gè)IO傳輸器還必需被委托給中央控制器以用于對閥門進(jìn)行操作，因此增加了連接到控制器的IO傳輸器的數(shù)目。因?yàn)橛煽刂破魇┘拥呐c能夠添加到兩線回路中的IO傳輸器的最大數(shù)目有關(guān)的實(shí)際限制，所以這里描述的IO傳輸器，即具有四個(gè)IO閥門接口端口的IO傳輸器，即使在這種情況下，也并非理想地匹配。結(jié)果，在當(dāng)今的大型處理安裝中，低效率和挑戰(zhàn)可能導(dǎo)致不必要的復(fù)雜性和成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)方面在于提供一種兩線回路供電式IO傳輸器，其僅僅消耗必需的低電力從而實(shí)現(xiàn)更大的最大電纜運(yùn)行長度。
本發(fā)明的另一個(gè)方面在于提供一種兩線回路供電式IO傳輸器，用于在對信號進(jìn)行多路復(fù)用過程中實(shí)現(xiàn)更高效率。在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供了一種通過兩線處理回路供電并構(gòu)造作為單個(gè)傳輸器的兩線處理輸入-輸出(“10”)傳輸器。該傳輸器包括網(wǎng)關(guān)模塊和至少一個(gè)本地IO模塊。該網(wǎng)關(guān)模塊包括第一電路，其構(gòu)造為從兩線處理回路專門對網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行供電，而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電；第二電路，其構(gòu)造為通過兩線處理回路進(jìn)行通信；以及第三電路，其構(gòu)造為通過與兩線處理回路分開的本地總線來與至少一個(gè)本地IO模塊進(jìn)行通信。至少一個(gè)本地IO模塊中的每一個(gè)包括第一電路，其構(gòu)造為從兩線處理回路專門對各個(gè)本地IO模塊進(jìn)行供電，而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電；第二電路，其用于通過本地總線至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信；以及第三電路，其配置為與至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接。


基于示例性實(shí)施例并結(jié)合附圖，下面對其他的特征和優(yōu)勢進(jìn)行描述，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的并入到從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器中的網(wǎng)關(guān)模塊的框圖；該網(wǎng)關(guān)模塊包括從兩線處理回路專門對該網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的電路、在兩線處理回路上進(jìn)行通信的電路、以及在與兩線回路分開的本地總線上與若干個(gè)IO模塊進(jìn)行通信的電路；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例的并入到從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器中的IO模塊的框圖；該IO模塊包括從兩線處理回路專門對該IO模塊進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的電路、在與兩線回路分開的本地總線上至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信的電路、以及與至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接的電路；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器的簡視圖，該從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器通過如圖I和圖2中的一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊和五個(gè)IO模塊構(gòu)成，并且可以隨時(shí)通過增加另外的IO模塊進(jìn)行擴(kuò)展；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器的框圖，該從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器具有適用于與基金會現(xiàn)場總線(FF)處理控制系統(tǒng)的兩線回路進(jìn)行接口連接的網(wǎng)關(guān)模塊，以及具有三個(gè)IO模塊，每一個(gè)IO模塊提供有復(fù)用的IO接口端口用于與IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接，通過公共背板類型連接系統(tǒng)將所有的模塊模塊化地相互連接；圖5示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的三個(gè)IO傳輸器的框圖，該三個(gè)IO傳輸器的每一個(gè)都與中央控制器的公共兩線回路相連接，以用于分別地從中央控制器接收電力，并且與位于遠(yuǎn)距離的控制室中的中央控制器分別進(jìn)行通信；以及圖6是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)對單個(gè)IO傳輸器進(jìn)行描述的框圖，該IO傳輸器與兩線回路相連接并用于從中央控制器接收電力以及用于與中央控制器進(jìn)行通信；該IO傳輸器具有復(fù)用器，其用于在單個(gè)信道上對八個(gè)IO接口端口進(jìn)行多路復(fù)用；以及具有單個(gè)或公共電源電路和通信電路，其中單個(gè)或公共電源電路使用從兩線回路上接收到的電力來對全部八個(gè)IO接口端口進(jìn)行專門供電和通信，并且通信電路用于處理整個(gè)通信和數(shù)據(jù)傳輸。
具體實(shí)施例方式提供了一種從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器，使所述IO傳輸器用作單個(gè)傳輸器并且包括至少兩個(gè)模塊。將第一模塊設(shè)計(jì)為網(wǎng)關(guān)模塊，并且將至少一個(gè)另一個(gè)模塊設(shè)計(jì)為本地IO模塊。網(wǎng)關(guān)模塊包括從兩線處理回路對該網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的電路、在兩線處理回路上進(jìn)行通信的電路、以及通過與兩線回路分開的本地總線來與若干個(gè)IO模塊進(jìn)行通信的電路，其中若干個(gè)IO模塊的每一個(gè)包括從兩線處理回路專門對該IO模塊進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的電路、通過與兩線回路分開的本地總線至少與一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信的電路、以及與至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接的電路。因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于允許用戶定制從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，從而處理特定應(yīng)用的需求以及根據(jù)處理變化中的需求按比例地調(diào)節(jié)從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器的容量。通過提供這樣從兩線回路供電的定制的模塊化的兩線回路處理IO傳輸器，使其包括一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊用于與兩線處理回路進(jìn)行接口連接以 及包括用戶選擇數(shù)量的IO模塊用于與IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接，其中每一個(gè)模塊具有自己的供電電路，一個(gè)人可以靈活地選擇通過從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器進(jìn)行多路復(fù)用的IO接口端口的數(shù)目，使之能夠構(gòu)建具有精確地接口連接到例如三個(gè)或五個(gè)閥門這樣的功能的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，因此使得電源效率和復(fù)用效率最大化。本發(fā)明還通過僅模塊化地構(gòu)建從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，提供了在與多種類型的IO現(xiàn)場設(shè)備(例如3個(gè)閥門以及2個(gè)溫度IO現(xiàn)場設(shè)備)進(jìn)行接口連接時(shí)的靈活性，將所述單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器構(gòu)建為包括一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊和至少一個(gè)IO模塊，該IO模塊被構(gòu)建作為IO閥門接口模塊和至少一個(gè)構(gòu)建作為IO溫度接口模塊的IO模塊，從而能夠?qū)?個(gè)閥門接口端口和2個(gè)溫度接口端口進(jìn)行多路復(fù)用。另外，在處理已經(jīng)被委托并在操作之后，如果需要加入另外的IO現(xiàn)場設(shè)備從而通過兩線回路獲取更多的IO處理點(diǎn)，那么需要另外的接口端口，例如另外兩個(gè)溫度接口端口，并且可以在任何時(shí)候?qū)⒏鱾€(gè)IO模塊加入到從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，從而提高其容量。此外，IO模塊可以包括一個(gè)或者多個(gè)IO接口端口，甚至具有電氣連接到多個(gè)IO接口端口的復(fù)用器，該復(fù)用器用于對由單個(gè)IO模塊在公共信道上的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行多路復(fù)用。因此本發(fā)明提供了從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器的構(gòu)建方式所產(chǎn)生的使得效率最大化的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)果，本發(fā)明模塊化地建立從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器解決了由于無用的復(fù)雜性和/或IO接口端口造成的不適當(dāng)或者電源浪費(fèi)的問題，并且減少了用于獲取IO處理點(diǎn)所需要的IO傳輸器的數(shù)目。IO傳輸器因此在兩線回路中用作具有可定制的功能以及可按比例調(diào)整的特性的單個(gè)兩線回路供電式IO處理器，這是通過對不同的模塊進(jìn)行功能性的分配來實(shí)現(xiàn)。后續(xù)的描述是關(guān)于根據(jù)本發(fā)明從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器的實(shí)施例，其中IO傳輸器包括至少兩個(gè)彼此連接并意圖用于工業(yè)處理中的現(xiàn)場安裝模塊。如圖3和圖4中所能看到的，每一個(gè)附示出了根據(jù)本發(fā)明的單個(gè)傳輸器的實(shí)施例，發(fā)明的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器300或400通過模塊化的系統(tǒng)來建立，其中模塊化的系統(tǒng)包括一組模塊，其允許用戶構(gòu)建單個(gè)可定制的可按比例調(diào)整兩線處理IO傳輸器，該兩線處理IO傳輸器為回路供電式、并從兩線回路接收電力并且在兩線回路上與中央控制器(未在圖3和圖4中示出)進(jìn)行通信。因此，對兩線回路進(jìn)行設(shè)計(jì)以便傳輸器從兩線回路接收電力并且在兩線回路上進(jìn)行通信，其中將兩線回路設(shè)計(jì)為可以在不擾亂電力供應(yīng)的情況下進(jìn)行通信。用于建立傳輸器的模塊包括兩個(gè)基本類型。第一種類型如圖I所示，其中示出了網(wǎng)關(guān)模塊100的實(shí)施例。網(wǎng)關(guān)模塊100包括構(gòu)建用于通過兩線回路與中央控制器(未在圖I中示出)進(jìn)行通信的電路101，以及構(gòu)建用于從兩線回路專門對網(wǎng)關(guān)模塊100進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的本地電路102。被構(gòu)建的電路優(yōu)選地在通信類型為根據(jù)基金會現(xiàn)場總線或者根據(jù)Profibus-PA的兩線回路上操作，但不限于根據(jù)這兩種總線的通信類型。此外，網(wǎng)關(guān)模塊100具有通過通信總線與0到N個(gè)IO模塊進(jìn)行通信的電路103，其中通信總線為與兩線回路分開的本地總線并且可以是私有通信總線700。電路
10I和電路103是相互連接的，用于組織網(wǎng)關(guān)模塊100和中央控制器之間的通信以及網(wǎng)關(guān)模塊100和0到N個(gè)IO模塊之間的通信。在圖2中示出了第二種類型，其中示出了 IO模塊200的實(shí)施例。IO模塊200包括構(gòu)建用于與至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備800進(jìn)行通信的電路20 1，以及構(gòu)建用于從兩線回路對IO模塊200進(jìn)行供電而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電的本地電路202。被構(gòu)建本地電路202優(yōu)選地在通信類型為根據(jù)基金會現(xiàn)場總線或者根據(jù)Profibus-PA的兩線回路上操作，但不限于根據(jù)這兩種總線的通信類型。此外，IO模塊200具有通過通信總線至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信的電路203，其中通信總線為與兩線回路分開的本地總線并可以是私有通信總線700。電路201和電路203是相互連接的，用于組織IO模塊200和至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備800之間的通信以及IO模塊200至少和網(wǎng)關(guān)模塊之間的通信。需要提到的是，可以將IO模塊200的電路201構(gòu)建為用于與多種類型的IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接，這些類型例如包括一個(gè)或多個(gè)分立輸入現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)分立輸出現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)模擬輸入現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)模擬輸出現(xiàn)場設(shè)備、或IO現(xiàn)場設(shè)備類型的任意組合。此外，可以將復(fù)用器并入到電路中從而在單個(gè)信道上對多個(gè)IO接口端 口進(jìn)行多路復(fù)用。優(yōu)選地，如下面更加詳細(xì)的描述中，專門為模塊200進(jìn)行供電的電路202和至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信的電路203基本上與至少與一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備800進(jìn)行接口連接的電路20 I之間相互隔離。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例使用這樣基本類型的模塊100和模塊200用于建立從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，這樣的傳輸器能夠被構(gòu)造為單個(gè)可定制的從兩線回路供電的兩線回路處理IO傳輸器，從而滿足具體的處理應(yīng)用的需求。因此一個(gè)被適當(dāng)構(gòu)造的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器包括通過通信總線彼此互相連接的一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊100和可選數(shù)目的IO模塊200的組合，從而網(wǎng)關(guān)模塊可以處理來自這些IO模塊以及發(fā)送到這些IO模塊的數(shù)據(jù)，并且通過兩線回路在傳輸器和中央控制器之間傳輸數(shù)據(jù)，并且每一個(gè)模塊利用各自的本地電源電路通過兩線回路接收電力。于是作為結(jié)果，可以根據(jù)用戶的判斷，原則上在任何時(shí)刻將IO模塊加入可操作的單個(gè)傳輸器或者將IO模塊從可操作的單個(gè)傳輸器中取走。因此，由此所得的單個(gè)傳輸器是單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，其為可定制的，可按比例調(diào)整的以及回路供電式的?；诖?，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求對單個(gè)兩線處理IO傳輸器進(jìn)行優(yōu)化，從而只消耗必須的電力并由此實(shí)現(xiàn)在對信號進(jìn)行多路復(fù)用過程中的更高效率以及更長的最大電纜運(yùn)行長度?？啥ㄖ频膫鬏斊髟试S用戶對要被控制和監(jiān)測的IO點(diǎn)的數(shù)量和類型進(jìn)行定義，從而與各個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行通信，優(yōu)選地通過多路復(fù)用，可以在用作兩線回路上的單個(gè)傳輸器的同時(shí)通過兩線回路對用于控制和監(jiān)測的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。這種可按比例調(diào)整的特性使得處理系統(tǒng)的定義能夠向所需IO接口端口提供最大效率的電流吸收。圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器300的簡視圖，其中單個(gè)IO傳輸器300包括根據(jù)圖I和圖2的一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊100和五個(gè)IO模塊200，并且可以在任何時(shí)候通過增加另外的IO模塊200進(jìn)行擴(kuò)展。三個(gè)IO模塊200示例性地構(gòu)建用于與閥門進(jìn)行接口連接，并且兩個(gè)IO模塊200示例性地構(gòu)建用于與耦合到不同的IO點(diǎn)的溫度設(shè)備進(jìn)行接口連接，將通過中央控制器(圖中沒有示出)獲取這些IO點(diǎn)。通過與所有模塊連接的作為私有通信總線700的公共通信總線來執(zhí)行IO模塊200和網(wǎng)關(guān)模塊100之間的通信。根據(jù)描述，另外的IO模塊，例如兩個(gè)構(gòu)建用于與溫度設(shè)備進(jìn)行接口連 接的模塊，可以被增加到單個(gè)傳輸器300中從而擴(kuò)大獲取IO點(diǎn)的容量。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)模塊化地建立和構(gòu)建的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器400的提議。模塊化的IO傳輸器400構(gòu)建用于例如根據(jù)基金會現(xiàn)場總線(FF)的兩線回路上。因此，圖4中描述的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器400示出了以根據(jù)圖I的網(wǎng)關(guān)模塊100的類型為基礎(chǔ)的網(wǎng)關(guān)模塊401，以及以根據(jù)圖2的IO模塊200的類型為基礎(chǔ)的一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出或IO模塊402、403、和404。模塊401至IJ 404的每一個(gè)與兩線回路的兩條線F+和F-相連接，并與根據(jù)圖4的與兩線回路分開的串行通信總線這樣的串行通信總線相連接。但是，可以使用公共物理總線連接系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)線或線路與電源線，或者在一個(gè)連接系統(tǒng)中用于分開運(yùn)送通信和電力的電路。對于這樣的物理總線連接系統(tǒng)，可以使用例如在EP 2053697或者US 2009/0104814中描述的背板類型連接系統(tǒng)或者類似的連接系統(tǒng)。因此根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，可以使用例如在EP 2053697或US 2009/0104814中描述的物理連接系統(tǒng)(在圖4中稱為“T-BUS”)，該物理連接系統(tǒng)可以為與其連接的所有模塊提供電力并在所述模塊之間傳遞數(shù)據(jù)。如果一個(gè)模塊從T-BUS中拆下，那么余下的模塊之間的電源供給以及數(shù)據(jù)傳輸連接依然存在。因此，如果T-BUS被用于提供與兩線回路分開的通信總線，那么可以很容易地將兩線回路的兩條線F+和F-與T-BUS的電源供給線相連接，并且將標(biāo)記為SER+和SER-的T-BUS電線用于傳輸數(shù)據(jù)?；趹?yīng)用的特定需求，如圖4中描述的T-BUS的第五條線SH可以被用于例如同步或者不被使用。每一個(gè)模塊包含其自身的本地電源電路405或406 (如圖4中分別設(shè)計(jì)的電源模塊)，并且從兩線回路中吸收其自身必須的電力。因此將每一個(gè)本地電源電路405或406電氣連接到線路F+和F-。每一個(gè)模塊包含如圖4中分別設(shè)計(jì)用于串行通信的其自身的通信電路407或408，并且通過使用串行通信總線經(jīng)由與其分別電氣連接的線路SER+和SER-來與單個(gè)傳輸器的其他模塊進(jìn)行通信。只有網(wǎng)關(guān)模塊401通過兩線回路提供與中央控制器或主機(jī)的接口連接并提供與中央控制器或主機(jī)的通信。因此，如圖4中描述的IO傳輸器400，是模塊化地建立并且在兩線回路上用做從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器，其具有網(wǎng)關(guān)模塊401用于對來自或者發(fā)送到用戶定義的輸入和/或輸出(IO)模塊組合的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。每一個(gè)模塊具有用于用戶的本地指示器，例如LCD(液晶顯示)，用于將正確或者錯(cuò)誤的功能本地化地指示給用戶。該IO模塊可以根據(jù)用戶的判斷被加入到操作中或者從操作中移除。這種構(gòu)架提供了一種可定制的、可按比例調(diào)整的從兩線回路供電的單個(gè)兩線回路處理IO傳輸器。具體地說，除了耦合到兩線回路的電源模塊405以及除了和若干個(gè)IO模塊進(jìn)行通信的串行通信電路407，網(wǎng)關(guān)模塊401還包括在兩線處理回路上與控制器進(jìn)行通信的電路。根據(jù)圖4，所述在兩線處理回路上與控制器進(jìn)行通信的電路包括耦合到兩線控制回路并適用于回路上的雙相通信的回路通信器409?；芈吠ㄐ牌?09可以包括諸如基金會現(xiàn)場總線通信控制器或者類似的之類的通信設(shè)備，并且可以包括合適的隔離電路用于遵守內(nèi)在安全要求。回路通信器409以及與多個(gè)IO模塊進(jìn)行通信的串行通信電路407通過控制器410彼此連接，用于組織整個(gè)通信以及基于通過處理回路和/或通過IO模塊收到的信息來提供要被轉(zhuǎn)發(fā)的配置信息。為了對整個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊401進(jìn)行供電，將電源模塊405電氣連接到回路通信器409、控制器410和串行通信電路407。在這點(diǎn)上，優(yōu)選地，至少通過對應(yīng)的電源隔離器來提供這些實(shí)體之間的每一個(gè)連接，其中電源隔離器是在圖4中標(biāo)記為ISO的例如變壓器或任何合適的設(shè)備。需要提到的是，如果基于應(yīng)用的需求合適的話，甚至可以將通信隔 離器與各個(gè)電源隔離器在一個(gè)電路中合并到一起。因此，電子隔離ISO確保避免了不必要的回路錯(cuò)誤。為了網(wǎng)關(guān)模塊401的向用戶提供的正確或者錯(cuò)誤功能的信號，將LCD發(fā)信號設(shè)備耦合到控制器410。根據(jù)圖4的IO模塊的示例包括數(shù)字輸入模塊402，其具有構(gòu)建用于與特定的IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接并且提供四個(gè)數(shù)字輸入接口端口 4DI的電路414 ;數(shù)字輸出模塊403，其具有構(gòu)建用于與特定的IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接并且提供四個(gè)數(shù)字輸出接口端口4D0的電路415 ;以及模擬輸入模塊404 (諸如溫度輸入模塊之類)，其具有構(gòu)建用于與特定的溫度現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接并且提供例如兩個(gè)模擬輸入接口端口 2TEMP的電路416。因此IO模塊與處理進(jìn)行接口連接從而接收各種現(xiàn)場輸入(例如來自與IO模塊402的電路414相連接的附近的傳感器，或來自與IO模塊404的電路416相連接的熱電偶器的現(xiàn)場輸A )，并且提供處理控制和數(shù)據(jù)輸出(例如通過連接到IO模塊403的電路415的閥門致動器)，從而控制和監(jiān)測多個(gè)IO處理點(diǎn)。更具體地，除了耦合到兩線回路的本地電源模塊406、除了至少和網(wǎng)關(guān)模塊410進(jìn)行通信的串行通信電路408、以及除了構(gòu)成為與特定的IO現(xiàn)場設(shè)備接口連接的電路414、415,416以外，每一個(gè)IO模塊402、403、404還僅包括本地控制器411、412、413，而沒有類似于網(wǎng)關(guān)模塊410的回路通信器來與回路進(jìn)行通信。每一個(gè)本地控制器411、412、413被連接到各個(gè)串行通信電路408以及連接到各個(gè)本地電源模塊或電路406。因此每一個(gè)IO模塊402、403、404由通過兩線回路接收電力的其自身的本地電源模塊或電路406進(jìn)行供電。另外，IO模塊402、403、404各自的電路414、415、和/或416可以可選地構(gòu)建用于與不同的IO現(xiàn)場設(shè)備類型進(jìn)行接口連接，這些類型包括例如，一個(gè)或多個(gè)分立輸入現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)分立輸出現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)模擬輸入現(xiàn)場設(shè)備、一個(gè)或多個(gè)模擬輸出現(xiàn)場設(shè)備、或IO現(xiàn)場設(shè)備類型的任意組合。此外，可以將復(fù)用器并入到電路414、415、和/或416中從而在單個(gè)信道上對多個(gè)IO接口端口進(jìn)行多路復(fù)用。此外，IO模塊402、403或404與網(wǎng)關(guān)模塊401之間的通信通過串行通信總線得到保證，因?yàn)槊恳粋€(gè)單獨(dú)的串行通信電路408或者407被連接到通信總線的兩個(gè)線路SER+和SER-。關(guān)于這點(diǎn)，每一個(gè)串行通信電路407和408適用于通過通信總線進(jìn)行的雙向通信。每一個(gè)本地控制器411、412、413被設(shè)計(jì)用于本地化地組織各個(gè)IO模塊402、403或404的通信并且還可以基于通過通信總線和/或者通過電路414、415、或416接收的信息來提供要轉(zhuǎn)發(fā)的處理的信息。另外，由于IO模塊402、403和404的本地控制器411、412和413的諸如本地控制之類的許多應(yīng)用，所以可以通過容易地改變本地控制器的固件來提供輸入和/或輸出處理。結(jié)果，由于各個(gè)本地控制器411、412和413，可以通過經(jīng)串行通信總線與其他的每個(gè)IO模塊進(jìn)行通信以及在IO模塊彼此之間進(jìn)行通信的容量而不需要總是并入網(wǎng)關(guān)模塊410就能對IO模塊402、403和404補(bǔ)充。再者，至少通過對應(yīng)的電源隔離器(例如變壓器或者任何合適的設(shè)備，在圖4中標(biāo)記為IS0)，在本地控制器411、412或413、各個(gè)串行通信電路408以及各個(gè)本地電源模塊或 電路406之間提供IO模塊402、403和404的連接。這里提到有甚至可以將通信隔離器與各自的電源隔離器在單個(gè)電路中合并到一起，如果基于應(yīng)用的需求這樣是合適的。因此，根據(jù)描述的本發(fā)明實(shí)施例，甚至通過電路4 14、415、或416提供的與IO現(xiàn)場進(jìn)行接口連接的IO模塊都基本上與兩線回路相互隔離。因此，對于每一個(gè)IO模塊，專門對自身進(jìn)行供電的電路和至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信的電路都基本上與接口連接到至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備的電路之間是隔離的。為了將IO模塊402、403和404的正確或者錯(cuò)誤的功能本地化地指示給用戶，將IXD指示設(shè)備分別耦合到控制器411、412或414。如所提到的內(nèi)容，如果將諸如參考的T-BUS系統(tǒng)之類的連接系統(tǒng)用于提供通信總線，其連接的所有模塊可以在所述模塊之間傳輸數(shù)據(jù)，并且可以由通過電氣連接到總線電源線或者電線的兩線回路的兩個(gè)電線所接收到的電力來供電。因此，在物理連接系統(tǒng)的公共部分中，只需要一個(gè)網(wǎng)關(guān)模塊401，并且原則上，通過使用如EP 2053 697或US2009/0104814中描述的對應(yīng)的T-BUS連接器(圖中未示出)，可以添加根據(jù)本發(fā)明的任何附加的IO模塊從而延長公共T-BUS部分。因此，如果網(wǎng)關(guān)模塊401的控制器4 10可以控制最大數(shù)目的IO模塊之間的通信并且已經(jīng)達(dá)到了這樣的IO模塊的最大數(shù)目，那么可以將另外一個(gè)必須的網(wǎng)關(guān)模塊耦合到兩線回路從而啟動新的公共T-BUS部分。本發(fā)明不限于這里描述的實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)對所附權(quán)利要求進(jìn)行參考。
權(quán)利要求
1.一種通過兩線處理回路供電并被配置為單個(gè)傳輸器的兩線處理輸入-輸出(IO)傳輸器，該傳輸器包括 網(wǎng)關(guān)模塊；以及 至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊， 所述網(wǎng)關(guān)模塊包括第一電路，其構(gòu)造用于從兩線處理回路專門對網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行供電，而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電；第二電路，其構(gòu)造用于通過兩線處理回路進(jìn)行通信；以及第三電路，其構(gòu)造用于通過與兩線處理回路分開的本地總線來與至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊進(jìn)行通信； 所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)包括第一電路，其構(gòu)造用于從兩線處理回路專門對各個(gè)本地輸入-輸出模塊進(jìn)行供電，而不從兩線處理回路對任何其他模塊進(jìn)行供電；第二電路，其構(gòu)造用于通過本地總線至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信；以及第三電路，其構(gòu)造為與至少一個(gè)輸入-輸出現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接。
2.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第三電路實(shí)質(zhì)上與兩線處理回路相隔離。
3.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中將所述網(wǎng)關(guān)模塊的第一電路和所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第一電路構(gòu)造為在利用基金會現(xiàn)場總線或Prof ibus-PA協(xié)議中的至少一種的兩線回路上進(jìn)行操作。
4.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路被構(gòu)造為在利用基金會現(xiàn)場總線或Profibus-PA協(xié)議中的至少一種的兩線回路上進(jìn)行操作。
5.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中將所述網(wǎng)關(guān)模塊的第三電路和所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第二電路的每一個(gè)構(gòu)造為通過公共通信總線進(jìn)行通信。
6.如權(quán)利要求5所述的傳輸器，其中所述公共通信總線包括串行通信總線。
7.如權(quán)利要求6所述的傳輸器，還包括背板連接系統(tǒng)，其構(gòu)造用于通過串行通信總線進(jìn)行通信傳輸。
8.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中將所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第三電路構(gòu)造為與模擬輸入現(xiàn)場設(shè)備、分立輸入現(xiàn)場設(shè)備、模擬輸出現(xiàn)場設(shè)備以及分立輸出現(xiàn)場設(shè)備中的至少一個(gè)進(jìn)行接口連接。
9.如權(quán)利要求8所述的傳輸器,其中所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第三電路包括復(fù)用器，該復(fù)用器構(gòu)造用于將多個(gè)輸入-輸出接口端口多路復(fù)用到單個(gè)信道上。
10.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中對所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路和第三電路進(jìn)行耦合從而對通信進(jìn)行處理。
11.如權(quán)利要求10所述的傳輸器，其中通過控制器對所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路和第三電路進(jìn)行耦合。
12.如權(quán)利要求11所述的傳輸器，其中將所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路和控制器電氣耦合到所述網(wǎng)關(guān)模塊的第一電路。
13.如權(quán)利要求12所述的傳輸器，其中電氣耦合包括電源隔離器。
14.如權(quán)利要求13所述的傳輸器，其中將通信隔離器和電源隔離器集成到一個(gè)電路中。
15.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中將所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路構(gòu)造為與中央處理控制器進(jìn)行通信。
16.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路包括耦合到兩線處理回路的回路通信器，并被構(gòu)造用于在兩線處理回路上進(jìn)行雙向通信。
17.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)包括本地控制器，其稱合到各個(gè)本地輸入-輸出模塊的第一電路、第二電路、和第三電路。
18.如權(quán)利要求17所述的傳輸器，其中將本地控制器構(gòu)造用于補(bǔ)充所述網(wǎng)關(guān)模塊的第二電路。
19.如權(quán)利要求17所述的傳輸器,其中本地控制器到至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第一電路、第二電路的耦合包括電源隔離器。
20.如權(quán)利要求6所述的傳輸器，其中構(gòu)造為通過串行通信總線進(jìn)行通信傳輸?shù)奈锢?連接系統(tǒng)的公共部分要求單個(gè)的網(wǎng)關(guān)模塊。
21.如權(quán)利要求21所述的傳輸器,其中傳輸器被構(gòu)造為接收另外的本地輸入-輸出模塊從而擴(kuò)展物理連接系統(tǒng)的公共部分。
22.如權(quán)利要求I所述的傳輸器，其中所述至少一個(gè)本地輸入-輸出模塊中的每一個(gè)的第一電路和第二電路實(shí)質(zhì)上與各個(gè)本地輸入-輸出模塊的第三電路相隔離。
全文摘要
一種通過兩線處理回路供電并被配置為單個(gè)傳輸器的兩線處理輸入-輸出(IO)傳輸器。該傳輸器包括網(wǎng)關(guān)模塊(100)和至少一個(gè)本地IO模塊(200)。該網(wǎng)關(guān)模塊(100)包括第一電路，其構(gòu)造為從兩線處理回路專門對網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行供電；第二電路，其構(gòu)造為通過兩線處理回路進(jìn)行通信；以及第三電路，其構(gòu)造用于通過與兩線處理回路分開的本地總線(700)來與至少一個(gè)本地IO模塊(200)進(jìn)行通信。至少一個(gè)本地IO模塊(200)包括第一電路，其構(gòu)造用于從兩線處理回路專門對各個(gè)本地IO模塊進(jìn)行供電；第二電路，其構(gòu)造用于通過本地總線(700)至少與網(wǎng)關(guān)模塊進(jìn)行通信；以及第三電路，其構(gòu)造為與至少一個(gè)IO現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行接口連接。
文檔編號H04L12/10GK102754392SQ201080030834
公開日2012年10月24日 申請日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者布萊恩·沃格特, 戴維斯·馬修斯, 阿龍·理查德·克賴德爾 申請人:菲尼克斯電氣公司