用于现场设备I/O连接器的具有诊断的可移除I/O模块

背景技术

过程控制网络在调节和控制工业过程的控制系统的控制下将I/O信号传输到现场设备和从现场设备传输I/O信号。现场设备包括传感器和致动器。传感器将表示过程变量的状态的输入信号传输到控制器，并且致动器从控制器接收输出信号并采取行动以影响过程变量。

I/O信号可以是模拟信号或数字信号。模拟I/O信号是可变的，其中电压或电流表示过程参数(诸如，流速或阀的期望位置)的幅度。数字I/O信号表示两种状态之一：“开/关”、“打开/闭合”等。

过程控制中使用的数字信号也用于驱动继电器或对脉冲进行计数。

复杂的工业过程可使用分布在广泛区域内的大量现场设备以用于过程控制。来自现场设备的I/O现场布线通常被带到中央位置以便于管理。现场布线可以延伸到布线柜中所包含的接线盒的端子集合。电路(在本文中被称为I/O通道)包括该端子集合并且包括最终被连接到控制系统的转换电路。转换电路在与现场设备兼容的I/O信号与数字数据格式之间进行转换。

固定模式转换电路在一种类型的I/O信号与数字数据格式之间进行转换。

可选模式转换电路在不同类型的I/O信号与数字数据格式之间选择性地进行转换。可选模式转换电路允许将不同类型的现场设备连接到接线盒的每个端子集合。

布罗贝克等人的转让给申请人并通过引用并入本文的美国专利9,971,727“Universal I/O Signal Interposer System(通用I/O信号插入器系统)”公开了被称为插入器的可移除I/O模块，该插入其可插入I/O通道中以处理I/O信号、对现场设备进行供电、在信号路径中插入熔断器或其他辅助设备(ancillary)、以及其他功能。

图6示出了用于将现场设备连接到过程控制网络

期望提供具有可移除I/O模块的现场设备I/O连接器，该可移除I/O模块可以提供有关与I/O模块相关联的I/O通道、通过I/O模块插入I/O通道中的辅助设备、或附接到I/O通道的现场设备的操作或操作历史的诊断信息。

发明内容

公开了具有可移除I/O模块的现场设备I/O连接器，该可移除I/O模块提供有关与I/O模块相关联的I/O通道、通过I/O模块插入I/O通道中的辅助设备、或附接到I/O通道的现场设备的操作或操作历史的诊断信息。

根据本公开的现场设备I/O连接器的实施例包括底座和附接到底座以用于沿I/O通道传输I/O信号的可移除I/O模块。底座包括具有一个或多个电连接器的集合，所述具有一个或多个电连接器的集合将底座连接到现场设备的现场电线。在可能的实施例中，所述电连接器集合可以被形成为将底座连接到现场设备的现场电线的具有一个或多个端子的集合。所述电连接器集合可以被适配以符合现场设备的现场电线的数量和现场电线的期望端接类型。

底座限定底座I/O通道部分，该底座I/O通道部分包括所述电连接器集合。I/O模块包括模块I/O通道部分。当I/O模块附接到底座时，底座和I/O模块I/O通道部分被电连接在一起并限定I/O通道的一部分。

I/O通道包括转换电路。转换电路可以是固定模式转换电路或可选模式转换电路。可适用于所公开的I/O现场设备连接的可选模式转换电路的示例包括但不限于由市售的模拟设备(ANALOG DEVICES)AD74412R或AD74413R信号处理集成电路所提供的那些(模拟设备公司(Analog Devices,Inc.)，一种技术方式(One Technology Way)，美国马萨诸塞州诺伍德02062-9106(Norwood Massachusetts 02062-9106 USA))。转换电路连接到底座上的网络端口，该网络端口在现场设备I/O连接器与过程控制网络之间传输数字数据。

I/O模块实现I/O信号的信号处理、向现场设备供电、在信号路径中插入熔断器或其他辅助设备以及'727专利中所公开的其他功能。在其他可能的实施例中，I/O模块可以提供到所附接的现场设备的预调试(pre-commission)连接，以用于在过程控制网络的构建期间验证现场设备安装。

当I/O模块被附接到底座时，I/O模块和底座也协作地限定连接到模块I/O通道部分的诊断电路。各实施例中的诊断电路提供关于与I/O模块相关联的I/O通道、通过I/O模块插入到I/O通道中的辅助设备、附接到I/O通道的现场设备的操作或操作历史的诊断信息，或执行某些其他诊断功能。

在可能的实施例中，底座被配置有多个电连接器集合以一次连接到多个现场设备。在可能的实施例中，多个电连接器集合被形成为具有多个端子集合的接线盒，以用于连接(land)多个现场设备的现场电线。多个相应的底座I/O通道部分从接线盒的端子集合延伸。每个底座I/O通道部分将I/O模块可移除地附接到底座以形成I/O通道的一部分。

在实施例中，I/O模块中的诊断电路包括诊断逻辑电路，该诊断逻辑电路监测诊断电路，执行诊断逻辑以生成诊断数据，并将诊断数据输出传输到底座中的输出。让每个I/O模块具有其自己的诊断逻辑电路使得能够针对I/O模块的特定配置或I/O模块打算连接的现场设备的类型定制诊断逻辑电路。

在其他实施例中，诊断逻辑电路在I/O模块之外并且可以位于底座上或远离底座。

在所公开的现场设备I/O连接器的实施例中从底座输出的数字数据包括数字化I/O信号数据以及诊断数据两者，该数字化I/O信号数据来自附接到现场设备I/O连接器的每个现场设备的数字化I/O信号数据，该诊断数据是从附接到现场设备I/O连接器的底座的每个I/O模块生成的。

随着描述的进行，本公开的其他目的和特征将变得显而易见，尤其是在结合示出一个或多个非限制性实施例的附图进行描述时。

附图说明

图1是根据本公开的第一实施例单现场设备I/O连接器的示意性侧视图。

图2类似于图1，但是是根据本公开的第二实施例单现场设备I/O连接器。

图3是根据本公开的多现场设备I/O连接器的示意图。

图4是根据本公开的第四实施例现场设备I/O连接器的一部分的示意性俯视图。

图5是根据本公开的第五实施例现场设备I/O连接器的一部分的示意性侧视图。

图6是在'727专利中公开的类型的现场设备I/O连接器的示意性侧视图。

具体实施方式

图1示出了第一实施例单现场设备I/O连接器100。现场设备I/O连接器包括具有电连接器集合的底座10，所述电连接器集合连接(land)现场设备

I/O模块14可移除地安装在底座10上。接线盒12的端子和底座限定底座I/O通道部分16b。I/O模块包括模块I/O通道部分16m。

当I/O模块安装到底座上时，底座I/O通道部分和模块I/O通道部分通过公母协作电连接器对17(一个电连接器固定附接到I/O模块，另一个电连接器固定附接到底座)电连接在一起。该电连接器对17将底座和模块I/O通道部分电连接在一起以协作地限定I/O通道16。

I/O通道包括下面更详细描述的转换电路。示出的I/O通道16是设置在底座中的信号处理电路18的一部分，信号处理电路18包括转换电路。在其他可能的实施例中，I/O通道16延伸远离底座，到达未设置在底座上的转换电路。

数字数据电路20从信号处理电路18延伸到网络端口21。数字数据电路和网络端口协作以将来自信号处理电路的数字数据传递到现场设备I/O连接器之外，到达过程控制网络，并将从过程控制网络接收到的数字数据传递到信号处理电路。网络端口与过程控制网络的物理层兼容，并且在实施例中可以是插孔(jack)(例如，RJ45插孔)、端子集合、通信总线、线缆插座、背板的一部分等等。

如果转换电路是可选模式转换电路，则传递到信号处理电路的数据可以包括根据现场设备

示出的I/O模块14在I/O通道16的信号路径中插入形成为熔断器22的辅助设备。I/O模块14还包括诊断电路的一部分24A，该部分24A跨熔断器连接到I/O通道。诊断电路监测熔断器的状态(熔断器打开、熔断器闭合等)。

当I/O模块14插入底座10时，模块诊断电路部分24A通过协作公母电连接器对17与底座中承载的底座诊断电路部分24B连接，以限定可操作用于监测熔断器的状态的诊断电路24。诊断电路24不影响行进通过I/O通道16的信号(很像电压表不会显著影响电路的电压降或电流表不会显著影响流过电路的电流)。

在所示出的实施例中，诊断电路24被连接到形成信号处理电路18的一部分的诊断逻辑电路19。诊断逻辑电路从诊断电路提取诊断数据并将诊断数据格式化为数字数据格式。从现场设备I/O连接器通过网络端口21输出诊断数据。

像图6中所示的I/O模块

图2示出了类似于现场设备I/O连接器100的第二实施例单现场设备I/O连接器102。在这个实施例中，诊断逻辑电路19被承载在I/O模块14中。模块诊断电路部分24A包括从模块I/O通道部分16m延伸到诊断逻辑电路19的部分，以及从诊断逻辑电路延伸的用于将由诊断逻辑电路提取的诊断数据传输到I/O模块之外的部分。底座诊断电路部分24B被配置成用于：接收来自I/O模块的诊断数据，并将该诊断数据传输到信号处理电路18以供通过网络端口21输出。

在图1和图2所示的两个实施例中，如果信号处理电路18和诊断逻辑电路被配置成用于由在图1中以及在图2中所示的双箭头表示的双向通信，则控制系统可以通过网络端口21与诊断逻辑电路19通信。这使得控制系统能够改变可接受的参数、重置累积值或以其他方式设置或修改由诊断逻辑电路存储或使用的值。

图3示出了多现场设备I/O连接器104，多现场设备I/O连接器104被配置成用于将多达四个现场设备(未示出)的现场电线附接到连接器。多现场设备I/O连接器的其他实施例可以被配置成附接多达两个、三个或多于四个现场设备。

底座10包括形成为接线盒的多个电连接器集合，该接线盒具有四个端子集合12，所述四个端子集合12被配置成用于将现场设备的现场电线连接到多现场I/O连接器。底座和端子集合限定了四个类似的底座I/O通道部分16b。多现场设备I/O连接器承载多达四个上述类型的可移除I/O模块14，每个I/O模块包括模块I/O通道部分16m。底座和I/O模块形成各自包括信号处理电路18的相应I/O通道16，如先前关于单现场设备I/O连接器的I/O通道所描述的。

四个信号处理电路18连接到处理数字数据电路20与信号处理电路之间的数据传输的公共通信电路212。每个I/O通道与监测模块I/O通道部分的相应诊断电路24相关联，如先前针对单现场设备I/O连接器所描述的。每个诊断电路可以包括诊断逻辑电路，该诊断逻辑电路被形成为I/O通道的信号处理电路的一部分或如前所述地形成在I/O模块中。

在图3中，每个诊断电路24被连接到与其I/O模块相关联的信号处理电路18。在具有设置在I/O模块中的诊断逻辑电路的其他实施例中，类似于图2中所示的诊断数据输出电路26的诊断数据输出电路与每个I/O模块相关联并且将I/O模块中的逻辑诊断电路与信号处理电路进行连接。

现场设备I/O连接器106的又另一可能的实施例在图4中被示出，并且类似于图2中示出的现场设备I/O连接器102。然而，在该实施例中，诊断电路24连接到现场设备I/O连接器的其自己的单独的、专用的输出端口108。各实施例中的输出端口可以实现为插孔、通信总线、线缆插座等，并且旨在将诊断电路连接到远离现场设备I/O连接器的诊断逻辑电路。

在图1到图4中，一对协作电连接器将底座10和I/O模块14进行电连接。图5示出了现场设备I/O连接器110的一部分，该现场设备I/O连接器110类似于现场设备I/O连接器100，但具有通过第一公母电连接器对17a连接的I/O通道电路部分以及通过第二公母电连接器对17b连接的诊断电路部分。没有诊断电路的I/O模块可以包括虚拟(dummy)的公或母电连接器以形成电连接器对17b。

附图中所示的电路中的一些被绘制为单线以简化附图并且可以表示如本领域所理解的多电线或多线电路路径。

在根据本公开的单现场设备I/O连接器或多现场设备I/O连接器的实施例中，可用于连接现场设备的电线的电连接器的其他示例包括但不限于：其中电线端接在电连接器上的可插拔电线连接器，其中电线进入直接固定在底座上的端子的固定端子，可移除地安装在底座上以实现电连接器与底座的机械和/或电断开而不会干扰到电连接器的现场电线附接的电连接器，与附接到单独的现场电线并形成单独的现场电线的一部分的对应的母或公电连接器配合的公或母电连接器，用于连接包含从现场设备延伸的现场电线在内的线缆的线缆连接器等。

尽管公开和描述了一个或多个实施例，但应当理解，这是能够修改的，并且本公开的范围不限于所阐述的精确细节，而是包括对拥有本公开的普通技术人员显而易见的修改，包括(但不限于)对材料选择、诊断功能、用于连接现场设备的电连接器(对于非限制性示例，端子或线缆连接器)的类型或数量的改变，以及落入本公开和所附权利要求范围内的其他变化和变更。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种现场设备I/O连接器，所述现场设备I/O连接器用于将现场设备连接到过程控制网络，所述现场设备I/O连接器包括：

底座和能移除地附接至所述底座的I/O模块；

电连接器，所述电连接器安装在所述底座上，所述电连接器能与从所述现场设备延伸的现场电线连接，以在所述现场设备I/O连接器与所述现场设备之间传送I/O信号；

所述电连接器和所述底座限定从所述电连接器延伸的底座I/O通道部分，并且所述I/O模块包括模块I/O通道部分，当所述I/O模块附接到所述底座时，所述底座I/O通道部分和所述模块I/O通道部分彼此电连接并一起形成I/O通道，所述底座I/O通道部分包括转换电路，所述转换电路被配置成用于在I/O信号与由所述过程控制网络使用的数字数据格式之间进行转换；

所述底座包括数字数据电路和网络端口，所述数字数据电路连接到所述底座I/O通道部分并被配置成用于将从所述转换电路接收的数字数据传递到所述网络端口，所述网络端口被配置成用于能附接到所述过程控制网络并且在所述网络端口附接到所述过程控制网络时将从所述数字数据电路接收的数据传输到所述过程控制网络；

当所述I/O模块被附接到所述底座时，所述底座和所述I/O模块协作地限定电连接到所述模块I/O通道部分的诊断电路部分，所述诊断电路部分被配置成用于：在所述现场设备I/O连接器将所述现场设备连接到所述过程控制网络时，传输关于所述I/O通道、I/O通道电路部件、或附接到I/O通道的所述现场设备的操作状态或操作历史的诊断数据；并且

所述诊断电路部分从所述模块I/O通道延伸到以下项目(a)和项目(b)中的一者：

(a)设置在所述底座中的诊断逻辑电路，所述诊断逻辑电路被配置成用于从所述诊断电路部分提取诊断数据并通过所述网络端口传输所述诊断数据；以及

(b)设置在所述底座中的与所述网络端口分开的专用输出端口，所述专用输出端口被配置成用于连接到远离所述现场设备I/O连接器的诊断逻辑电路。

2.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述诊断电路部分延伸到项目(a)，并且所述诊断逻辑电路从所述诊断电路提取数字数据格式的诊断数据。

3.如权利要求2所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述数字数据电路被连接到所述诊断逻辑电路，并且被配置成用于将从所述诊断逻辑电路输出的诊断数据传递到所述网络端口。

4.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述诊断电路部分延伸到项目(a)。

5.如权利要求2所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，信号处理电路包括所述转换电路和所述诊断逻辑电路，所述信号处理电路被配置成用于将来自所述转换电路的数字数据以及从所述诊断逻辑电路输出的诊断数据传输到所述数字数据电路。

6.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述诊断电路部分延伸到项目(b)。

7.如权利要求6所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述诊断电路部分不包括诊断逻辑电路。

8.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述数字数据电路被配置成用于从所述网络端口接收数字格式的数据，并将接收到的数据传输至所述转换电路以供转换成I/O信号。

9.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述I/O模块在所述I/O通道中插入辅助设备，并且所述诊断电路部分被配置成用于监测所述辅助设备的状态或操作。

10.如权利要求9所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述辅助设备是以下各项中的一者：熔断器、继电器、和手动操作的断开器。

11.如权利要求1所述的现场设备I/O连接器，其特征在于，所述现场设备I/O连接器是多现场设备I/O连接器，其中，所述底座I/O通道部分是多个类似底座I/O通道部分中的第一底座I/O通道部分，所述I/O模块是附接到所述底座的多个I/O模块中的第一I/O模块，在限定相应I/O通道、以及连接到相应I/O模块的所述模块I/O通道部分的相应诊断电路部分时，所述多个底座I/O通道部分中的每个底座I/O通道部分与所述多个I/O模块中的所述相应I/O模块协作。

12.一种用于现场设备I/O连接器的底座，所述底座被配置成用于能移除地安装I/O模块，以用于处理或传输从过程控制网络的现场设备接收或发送到过程控制网络的现场设备的I/O信号，所述类型的所述I/O模块具有通道部分和诊断电路部分，所述底座包括：

第一电连接器、第二电连接器、电连接所述第一电连接器和所述第二电连接器的底座I/O通道部分、以及电连接到所述第二电连接器的底座诊断电路部分；

所述第一电连接器能与从所述现场设备延伸的现场电线连接，以在所述底座与所述现场设备之间传送I/O信号；

所述第二电连接器被配置成用于将所述I/O模块能移除地附接到所述底座，并且从而在所述I/O模块附接到所述底座时，将所述模块I/O通道部分与所述底座I/O通道部分进行电连接以及将所述底座诊断电路部分与所述I/O模块诊断电路部分进行电连接，所述底座I/O通道部分和所述I/O模块通道部分在彼此电连接时协作地形成I/O通道，所述I/O模块诊断电路部分和所述底座诊断电路部分在彼此电连接时协作地形成诊断电路部分；

所述底座I/O通道部分进一步包括转换电路，所述转换电路被配置成用于在I/O信号与由所述过程控制网络使用的数字数据格式之间进行转换；

所述底座进一步包括数字数据电路和网络端口，所述数字数据电路连接到所述转换电路并被配置成用于将从所述转换电路接收的数字数据传递到所述网络端口，所述网络端口被配置成用于能附接到所述过程控制网络并且在所述网络端口附接到所述过程控制网络时将从所述数字数据电路接收的数据传输到所述过程控制网络；

在所述I/O模块附接到所述底座时形成的所述诊断电路部分被配置成用于传输有关所述I/O通道、I/O通道电路部件、或附接到所述I/O通道的所述现场设备的操作状态或操作历史的诊断数据；并且

所述底座诊断电路部分从所述第二电连接器延伸到以下项目(a)和项目(b)中的一者：

(a)设置在所述底座中的诊断逻辑电路，所述诊断逻辑电路被配置成用于从所述诊断电路部分提取诊断数据并通过所述网络端口传输所述诊断数据；以及

(b)设置在所述底座中的与所述网络端口分开的专用输出端口，所述专用输出端口被配置成用于连接到远离所述现场设备I/O连接器的诊断逻辑电路。

13.如权利要求12所述的底座，其特征在于，所述底座诊断电路部分延伸到项目(a)。

14.如权利要求13所述的底座，其特征在于，所述底座进一步包括信号处理电路，所述信号处理电路包括所述转换电路和所述诊断逻辑电路，所述信号处理电路被配置成用于将来自所述转换电路的数字数据以及从所述诊断逻辑电路接收的诊断数据传输到所述数字数据电路。

15.如权利要求13所述的底座，其特征在于，所述诊断逻辑电路将诊断数据传输到所述网络端口以供输出到所述过程控制网络。

16.如权利要求12所述的底座，其特征在于，所述底座诊断电路部分延伸到项目(b)。

17.如权利要求12所述的底座，其特征在于，所述I/O模块是在所述I/O通道中插入辅助设备的类型，并且所述诊断电路部分被配置成用于监测所述辅助设备的状态或操作。

18.如权利要求12所述的底座，其特征在于，所述底座I/O通道部分是多个底座I/O通道部分中的第一底座I/O通道部分，所述底座诊断部分是多个底座I/O通道部分中的第一底座诊断部分，所述第一电连接器是多个第一电连接器中的第一个第一电连接器，并且所述第二电连接器是多个第二电连接器中的第一个第二电连接器，由此所述现场设备I/O连接器能够连接到多个现场设备并与多个现场设备通信。