передатчик ввода-вывода технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура

Формула изобретения

1. Двухпроводный передатчик (300, 400) ввода - вывода IO технологического процесса, получающий питание по двухпроводному контуру технологического процесса и выполненный в виде единого передатчика, содержащий:

модуль шлюза (100, 401);

по меньшей мере один локальный модуль (200, 402, 403, 404) IO и

локальную шину (700), выполненную с возможностью взаимного соединения модуля (100, 401) шлюза и по меньшей мере одного локального модуля IO (200, 402, 403, 404) друг с другом;

при этом модуль (200, 402, 403, 404) шлюза включает в себя первую схему (102), выполненную с возможностью полного питания модуля шлюза (100, 401) от двухпроводного контура технологического процесса, вторую схему (101), выполненную с возможностью связи через двухпроводный контур технологического процесса, и третью схему (103), выполненную с возможностью связи по меньшей мере с один модулем (200, 402, 403, 404) IO через локальную шину (700), отдельную от двухпроводного контура технологического процесса,

каждый из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO включает в себя первую схему (202), выполненную с возможностью полного питания соответствующего локального модуля (200, 402, 403, 404) IO от двухпроводного контура технологического процесса, вторую схему (203), предназначенную для связи по меньшей мере с модулем (1000, 401) шлюза через локальную шину (700), и третью схему (201), выполненную с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним полевым устройством (800) IO,

причем первая схема (102) модуля (100, 401) шлюза дополнительно выполнена так, что ни один другой модуль, кроме модуля (100, 401) шлюза, не получает питание от двухпроводного контура технологического процесса посредством первой схемы (102) модуля (100) шлюза, а первая схема (202) по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO дополнительно выполнена так, что ни один другой модуль, кроме по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO, не получает питание от двухпроводного контура технологического процесса посредством первой схемы (202) по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO.

2. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором третья схема (201) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO по существу изолирована от двухпроводного контура технологического процесса.

3. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором первая схема (102) модуля (100, 401) шлюза и первая схема (202) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO выполнена с возможностью работы по двухпроводному контуру с использованием по меньшей мере одного из протоколов Foundation Fieldbus и Profibus-PA.

4. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором вторая схема (101) модуля (100, 401) шлюза выполнена с возможностью работы по двухпроводному контуру с использованием по меньшей мере одного из протоколов Foundation Fieldbus и Profibus-PA.

5. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором каждая схема из третьей схемы (103) модуля шлюза и второй схемы (203) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO выполнена с возможностью связи через общую шину связи, являющуюся локальной шиной.

6. Передатчик (300, 400) по п.5, в котором шина связи включает в себя шину последовательной связи.

7. Передатчик (300, 400) по п.6, дополнительно содержащий систему соединения типа объединительной панели, выполненную с возможностью связи через шину последовательной передачи.

8. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором третья схема (201) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO выполнена с возможностью взаимодействия с по меньшей мере одним полевым устройством из полевого устройства с аналоговым входом, полевого устройства с дискретным входом, полевого устройства с аналоговым выходом и полевого устройства с дискретным выходом.

9. Передатчик (300, 400) по п.8, в котором третья схема (201) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO включает в себя мультиплексор, выполненный с возможностью мультиплексировать множество портов интерфейса IO в один канал.

10. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором вторая и третья схемы (101, 103) модуля (100, 401) шлюза соединены для обработки обмена данными.

11. Передатчик (300, 400) по п.10, в котором вторая и третья схемы (101, 103) модуля (100, 401) шлюза соединены через контроллер (410).

12. Передатчик (300, 400) по п.11, в котором вторая схема (101) модуля (100, 401) шлюза и контроллер (410) электрически соединены с первой схемой (102) модуля шлюза.

13. Передатчик (300, 400) по п.12, в котором электрическое соединение включает в себя разъединители питания.

14. Передатчик (300, 400) по п.13, в котором разъединитель обмена данными и разъединитель питания интегрированы в схему.

15. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором вторая схема (101) модуля (100, 401) шлюза выполнена с возможностью связи с центральным контроллером технологического процесса.

16. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором вторая схема (101) модуля (100, 401) шлюза включает в себя коммуникатор контура, соединенный с двухпроводным контуром технологического процесса, и выполнена с возможностью двунаправленной связи по двухпроводному контуру технологического процесса.

17. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором каждый из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO включает в себя локальный контроллер (411, 412, 413), соединенный с первой, второй и третьей схемами соответствующего локального модуля (200, 402, 403, 404) IO.

18. Передатчик (300, 400) по п.17, в котором локальный контроллер (411, 412, 413) выполнен с возможностью дополнять третью схему (407) модуля (100, 401) шлюза.

19. Передатчик (300, 400) по п.17, в котором соединение локального контроллера (411, 412, 413) с первой и второй схемами (202, 203) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO включает в себя разъединитель питания.

20. Передатчик (300, 400) по п.6, в котором общая часть системы физического соединения, выполненная с возможностью связи через шину последовательной связи, требует одного модуля (100, 401) шлюза.

21. Передатчик (300, 400) по п.20, характеризующийся тем, что выполнен с возможностью принимать дополнительные локальные модули (200, 402, 403, 404) IO для расширения общей части системы физического соединения.

22. Передатчик (300, 400) по п.1, в котором первая и вторая схемы (202, 203) каждого из по меньшей мере одного локального модуля (200, 402, 403, 404) IO по существу изолированы от третьей схемы соответствующего локального модуля (200, 402, 403, 404) IO.

Описание изобретения к патенту

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к передатчику IO (ввода-вывода) технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура. Более конкретно, настоящее изобретение относится к передатчику IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, включающему в себя, по меньшей мере, два полевых модуля, которые могут быть соединены друг с другом.

Уровень техники

В общем, передатчики IO технологического процесса с двухпроводным контуром, получающие питание из двухпроводного контура, используются для связи между модулем управления процессом и полевыми устройствами ввода и/или вывода (IO), такими как исполнительные элементы и датчики, через двухпроводный контур двухпроводного контура управления технологическим процессом, предназначенный для управления и/или отслеживания точек IO в технологическом процессе.

В этом отношении передатчики IO выполнены с возможностью работы по двухпроводному контуру, представляющему контур, предназначенный для обмена данными, в соответствии с Foundation Fieldbus или в соответствии с Profibus-PA, но не без ограничения этим.

Основываясь на этом, двухпроводные контуры обычно используют для соединения множества передатчиков IO, что способствует управлению и отслеживанию определенных точек IO производственного процесса, используя полевые устройства IO, соединенные с передатчиками, в которых предусмотрены соответствующие порты IO интерфейса. Таким образом, передатчики получают свое питание из двухпроводного контура управления технологическим процессом и выполнены с возможностью осуществления связи через двухпроводный контур управления процессом с центральным контроллером, таким как главное устройство. Таким образом, двухпроводный контур разработан так, чтобы передатчик получал свое питание из двухпроводного контура, а также выполнял передачу данных по двухпроводному контуру, в котором двухпроводный контур разработан так, что передача данных может осуществляться без нарушения подачи питания ко всем передатчикам, соединенным с контуром. Для того чтобы способствовать управлению и мониторингу точек IO в таком технологическом процессе, передатчики обычно размещены рядом с действительным технологическим процессом и обеспечивают доступ к множеству переменных процесса, связанных с размещенными на месте устройствами IO, соединенными с портами IO интерфейса передатчиков, путем передачи преобразованных в цифровую форму данных по двухпроводному контуру в центральный контроллер, обычно размещенный на большем расстоянии от технологического процесса, например в диспетчерском помещении, чем передатчики, как схематично представлено на приложенной фиг.5.

На фиг.5 показаны три передатчика, все из которых соединены с общим двухпроводным контуром центрального контроллера, который расположен на гораздо большем расстоянии в помещении диспетчерской. Каждый из передатчиков включает в себя порт интерфейса полевого устройства IO для формирования интерфейса с определенным полевым устройством IO и для выполнения операций и/или передачи электрических сигналов, относящихся к состоянию технологического процесса в соответствующей точке IO, которым следует управлять и который требуется отслеживать. В этом отношении, полевое устройство IO может представлять собой модуль привода или датчик, такой как переключатель ограничения, контроллер клапана, нагреватель, электродвигатель, индикатор уровня и другое полевое устройство IO. Следовательно, характер данных, с которыми выполняют операции и/или которые передает такой передатчик, представляют собой, например, данные температуры, данные уровня и данные потока, принимаемые из полевого устройства IO, которое представляет собой, например, полевое устройство датчика - устройство ввода, с которым соединен соответствующий порт интерфейса, и также могут представлять собой устройства с дискретным вводом и выводом, такие как, например, "данные остановки" и "данные пуска", относящиеся, например, к полевому устройству IO, которое представляет собой, полевое устройство, выводящее данные, - элемент привода, например электродвигатели. В соответствии с состоянием уровня техники каждый из трех передатчиков имеет свою собственную схему питания, интегрированную для получения питания через двухпроводный контур.

При размещении центрального контроллера на расстоянии от реального технологического процесса требуется прокладывать длинный кабель в установках с двухпроводным контуром. Из-за сопротивления кабеля, однако, и на основе отбираемого тока и рабочего напряжения каждого из передатчиков, необходимых для управления и отслеживания точек IO, максимальная длина отрезка кабеля ограничена.

Кроме того, дополнительное ограничение систем с двухпроводным контуром определено максимальным количеством передатчиков IO, которые могут быть добавлены к одному двухпроводному контуру. Обычно центральный контроллер или главное устройство и системы технологического процесса, управляемые ими, имеют практический предел количества передатчиков IO, которые могут быть соединены с ними. Такой практический предел обычно составляет приблизительно шестнадцать передатчиков, которые могут быть подключены. Вследствие этого такое ограничение также ограничивает количество IO полевых устройств или точек технологического процесса, которые может обрабатывать одиночный двухпроводный контур, то есть управлять и отслеживать с помощью полевых устройств IO, подключенных к передатчикам IO. И снова в результате несколько производителей предлагают передатчики IO с множеством портов IO интерфейса, мультиплексированных для передачи данных через общие каналы с помощью одного передатчика IO. Такой передатчик IO схематично показан, например, на приложенной фиг.6. На фиг.6 представлен одиночный передатчик IO, соединенный с двухпроводным контуром двухпроводного контура технологического процесса для получения питания из и для связи с центральным контроллером и имеющий мультиплексор, предназначенный для мультиплексирования восьми портов IO интерфейса в один канал, а также одиночную или общую схему питания для полного предоставления питания для всех восьми портов IO интерфейса, причем это питание получают по двухпроводному контуру, и схемы передачи данных, предназначенные для выполнения всей передачи данных. Возможно даже внедрение больше чем одного мультиплексора в одиночный передатчик IO, имеющий одну или общую схему питания, для обеспечения полного питания всего передатчика. Такой одиночный передатчик IO, имеющий одиночную или общую схему питания для полного питания всего передатчика, описан, например, в US 6,574,515.

В ЕР 2053697 и в US 2009/0104814 описаны общие системы соединения на заднем плане.

В зависимости от адаптации соответствующего передатчика IO для работы в соответствии с определенным протоколом, таким как протокол, основанный на протоколе для передачи данных типа Foundation Fieldbus или в соответствии с Profibus-PA, но даже при использовании протокола передачи данных другого типа, обычно соответствующий используемый протокол требует, чтобы передатчик поддерживал постоянный отбор тока из двухпроводного контура. Таким образом, поскольку существующие передатчики IO, получающие питание по двухпроводному контуру для интерфейса с развернутыми на месте устройствами IO, содержат определенное количество IO портов, необходимо обеспечить фиксированное потребление энергии из двухпроводного контура. Это, однако, также ограничивает максимальную длину отрезка кабеля.

Дополнительные ограничения излишне наложены на пользователя в существующих передатчиках IO, что часто приводит к неэффективным конструкциям системы.

Например, в случае, когда передатчик IO построен как клапанный соединитель, получающий питание по двухпроводному контуру, и может иметь четыре порта интерфейса IO, обеспечивающие возможность формирования интерфейса с четырьмя клапанами, тогда такой клапанный соединитель, в соответствии с состоянием уровня техники, отбирает питание из двухпроводного контура, необходимое для формирования интерфейса со всеми четырьмя клапанами. Однако множество промышленных вариантов применения обработки часто имеют большее или меньшее количество, чем четыре клапана. В качестве первого следствия, в случае, когда интерфейс требуется составить только с тремя клапанами, клапанный соединитель, однако, отберет ток, необходимый для интерфейса с четырьмя клапанами, независимо от того, должен или нет четвертый клапан иметь интерфейс, сформированный передатчиком IO. Таким образом, в этом случае описанный передатчик IO является неэффективным при использовании.

Однако в случае применения в промышленном процессе, в соответствии с которым пять клапанов, например, должны быть установлены через интерфейс, требуется использовать второй передатчик описанного выше типа для соединения всех пяти клапанов с двухпроводным контуром. В дополнение к неэффективности, связанной с тем, что теперь необходимо подавать питание в порты интерфейса восьми клапанов, вместо только требующихся пяти, эти два передатчика IO должны быть введены в эксплуатацию в центральном контроллере для управления клапанами, что, таким образом, увеличивает количество передатчиков IO, соединенных с контроллером. В связи с практическим пределом, наложенным контроллером, в отношении максимального количества передатчиков IO, которые могут быть добавлены к двухпроводному контуру, описанный передатчик IO, то есть имеющий порты интерфейса для четырех клапанов IO, не является идеально согласованным, даже в таком случае.

Вследствие этого в современных громоздких установках технологической обработки неэффективность и проблемы могут привести к ненужному увеличению сложности и затрат.

Раскрытие изобретения

Один аспект настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить передатчик IO с двухпроводным контуром, потребляющий лишь небольшую энергию в соответствии с необходимостью и, таким образом, обеспечивающий большую максимальную длину отрезка кабеля.

Кроме того, в качестве альтернативы, один аспект настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить передатчик IO с двухпроводным контуром, позволяющий более эффективно мультиплексировать сигналы.

В варианте осуществления настоящее изобретение обеспечивает передатчик ввода-вывода (IO) технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание по двухпроводному контуру технологического процесса и выполнен в виде единого передатчика. Передатчик включает в себя модуль шлюза и по меньшей мере один локальный модуль IO. Модуль шлюза включает в себя первую схему, выполненную с возможностью полного обеспечения питанием модуля шлюза от двухпроводного контура технологического процесса без подачи питания в какой-либо другой модуль от двухпроводного контура технологического процесса, вторую схему, выполненную с возможностью осуществления связи через двухпроводный контур технологического процесса, и третью схему, выполненную с возможностью осуществления связи по меньшей мере с одним модулем IO через локальную шину, отдельную от двухпроводного контура технологического процесса. Каждый из по меньшей мере одного локального модуля IO включает в себя первую схему, выполненную с возможностью полного обеспечения питанием соответствующего локального модуля IO из двухпроводного контура технологического процесса без подачи питания в какой-либо другой модуль от двухпроводного контура технологического процесса, вторую схему для осуществления связи по меньшей мере с модулем шлюза через локальную шину, и третью схему, выполненную с возможностью взаимодействия по меньшей мере с одним полевым устройством IO.

Краткое описание чертежей

Дополнительные свойства и преимущества описаны ниже на основе примерных вариантов осуществления, с учетом приложенных чертежей.

На фиг.1 показана блок-схема модуля шлюза, встроенного в один передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, модуль шлюза содержит схему для полного получения собственного питания от двухпроводного контура технологического процесса без подачи питания в любой другой модуль от двухпроводного контура технологического процесса, схему для обмена данными по двухпроводному контуру технологического процесса и электрическую схему для обмена данными с множеством модулей IO по локальной шине, отдельной от двухпроводного контура.

На фиг.2 показана блок-схема модуля IO, встроенного в один передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, модуль IO содержит схему для полного получения собственного питания от двухпроводного контура технологического процесса без подачи питания в любой другой модуль от двухпроводного контура технологического процесса, схему для обмена данными с по меньшей мере модулем шлюза по локальной шине, отдельной от двухпроводного контура, и схему формирования интерфейса, по меньшей мере, с одним полевым устройством IO.

На фиг.3 представлен упрощенный вид одного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, один передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, состоит из одного модуля шлюза и пяти модулей IO в соответствии с фиг.1 или 2 и может быть расширен путем добавления дополнительных модулей IO в любое время.

На фиг.4 показана блок-схема одного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, один передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из этого двухпроводного контура, имеющий модуль шлюза, выполненный с возможностью формирования интерфейса с системой управления технологическим процессом с двухпроводным контуром foundation fieldbus (FF) и имеющий три модуля IO, каждый из модулей IO обеспечивает мультиплексированные порты интерфейса IO для формирования интерфейса с полевыми устройствами IO, причем все модули модульно взаимно соединены посредством общей системы соединения типа объединительной панели.

На фиг.5 показаны блок-схемы трех передатчиков IO, каждый из которых соединен с общим двухпроводным контуром центрального контроллера для отдельного получения питания от и для отдельного обмена данными с центральным контроллером, расположенным на удалении в помещении диспетчерской, в соответствии с уровнем техники.

На фиг.6 показана блок-схема, представляющая один передатчик IO в соответствии с уровнем техники, и соединенный с двухпроводным контуром для получения питания от и для обмена данными с центральным контроллером и имеющий мультиплексор для мультиплексирования восьми портов интерфейса IO в одном канале, а также одну или общую схему питания для полного питания и обмена данными со всеми восемью портами интерфейса IO с питанием, получаемым из двухпроводного контура, и схему передачи данных, обрабатывающую весь обмен данными и передающую данные.

Осуществление изобретения

В передатчике IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, предусмотрен упомянутый передатчик IO, выполняющий функцию одного передатчика и включающий в себя, по меньшей мере, два модуля. Первый модуль разработан как модуль шлюза, и, по меньшей мере, один дополнительный модуль разработан, как локальный модуль IO. Модуль шлюза, включающий в себя схему для собственного питания из двухпроводного контура технологического процесса, без подачи питания в какой-либо другой модуль из двухпроводного контура технологического процесса, схему, предназначенную для связи с двухпроводным контуром технологического процесса, и схему для связи с множеством модулей IO через локальную шину, отдельную от двухпроводного контура, и в котором каждый из модулей IO содержит схему для полного собственного питания из двухпроводного контура технологического процесса, без подачи питания в какой-либо модуль из двухпроводного контура технологического процесса, схему для связи, по меньшей мере, с модулем шлюза через локальную шину, отдельную от двухпроводного контура, и схему для формирования интерфейса, по меньшей мере, с одним полевым устройством IO.

Вследствие этого преимущества настоящего изобретения состоят в том, что оно обеспечивает для пользователя возможность настраивать один передатчик IO для технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, для обработки конкретных задач, связанных с применением, и для масштабирования возможностей одного передатчика IO, двухпроводного технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание от двухпроводного контура, в соответствии с необходимостью, при изменении процесса. Благодаря предоставлению для пользователя модульного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, который состоит из одного модуля шлюза, предназначенного для формирования интерфейса с двухпроводным контуром технологического процесса, и выбранным пользователем количеством модулей IO, для формирования интерфейса с полевыми устройствами IO, причем каждый из модулей имеет свою собственную схему питания, можно гибко выбирать количество портов интерфейса IO, которые мультиплексируют через один передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание от двухпроводного контура, что позволяет строить одиночный передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание от двухпроводного контура, выполненного с возможностью формировать интерфейс, например, точно с тремя клапанами или с пятью клапанами, обеспечивая, таким образом, максимальную эффективность питания и эффективность мультиплексирования.

Настоящее изобретение также предлагает гибкость при формирования интерфейса с множеством типов полевых устройств IO, таких как, например, 3 клапана и 2 полевых устройства IO температуры, путем простого модульного построения одиночного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, состоящего из одного модуля шлюза и, по меньшей мере, одного модуля IO, построенного как модуль формирования интерфейса с клапанами IO, и, по меньшей мере, одного модуля IO, построенного как модуль формирования интерфейса с температурой IO, который обеспечивает возможность мультиплексирования 3 портов интерфейса клапана и 2 портов интерфейса температуры. Кроме того, в случае, когда дополнительные полевые устройства IO требуется добавить для отслеживания дополнительных точек процесса IO с использованием двухпроводного контура после того, как технологический процесс был введен в эксплуатацию и работает, требуются дополнительные порты интерфейса, такие как, например, два дополнительных порта интерфейса температуры, и соответствующие модули IO могут быть добавлены в любое время к одиночному передатчику IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание по двухпроводному контуру для расширения его возможностей.

Кроме того, модуль IO может содержать один порт интерфейса IO или большее количество портов интерфейса IO и даже может иметь мультиплексор, электрически соединенный с множеством портов интерфейса IO, которые должны быть мультиплексированы для передачи данных через общий канал с помощью одного модуля IO.

Следовательно, настоящее изобретение предлагает преимущество, состоящее в том, что передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура, может быть выполнен таким образом, что обеспечивается максимальная эффективность. В результате модульного построения одного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, в соответствии с настоящим изобретением, решаются проблемы чрезмерного потребления или ненужных затрат энергии из-за неиспользуемой сложности и/или портов интерфейса IO и уменьшается количество передатчиков IO, требуемых для отслеживания точек технологического процесса IO. Передатчик IO, таким образом, выполняет свои функции через двухпроводный контур как одиночный передатчик IO, получающий питание через двухпроводный контур, с настраиваемой функциональностью и масштабированием, которые достигаются путем распределения функций по разным модулям.

Последующее описание относится к вариантам осуществления передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, с передатчиком IO, включающим в себя, по меньшей мере, два устанавливаемых на месте модуля, которые могут быть соединены друг с другом и которые предназначены для использования в промышленности технологических процессов в соответствии с настоящим изобретением.

Как можно видеть на фиг.3 и 4, на каждой из которых показан вариант осуществления одиночного передатчика в соответствии с настоящим изобретением, одиночный передатчик 300 или 400 IO технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура, построен на основе модульной системы, состоящей из семейства модулей, позволяющих пользователю строить одиночный, индивидуально настраиваемый, масштабируемый, получающий питание через двухпроводный контур передатчик IO технологического процесса, который получает питание из двухпроводного контура и который выполняет обмен данными через упомянутый двухпроводный контур с центральным контроллером, который не показан на фиг.3 и 4. Таким образом, двухпроводный контур разработан так, что передатчик получает свое питание из двухпроводного контура, а также выполняет обмен данными по двухпроводному контуру, в котором двухпроводный контур разработан так, что передача данных может осуществляться без прерывания подачи питания.

Модули, используемые для построения передатчика, состоят из двух основных типов. Первый тип показан на фиг.1, на которой представлен вариант осуществления модуля 100 шлюза. Модуль 100 шлюза содержит схему 101, построенную так, чтобы обеспечить возможность обмена данными через двухпроводный контур с центральным контроллером, который не показан на фиг.1, и локальную схему 102, построенную так, что она сама получает питание из двухпроводного контура, без подачи питания в какой-либо другой модуль из двухпроводного контура технологического процесса. Схемы, которые построены так, чтобы предпочтительно работать в двухпроводном контуре, представляют собой схемы, предназначенные для обмена данными, в соответствии с Foundation Fieldbus или в соответствии с Profibus-PA, но не ограничены этим. Кроме того, модуль 100 шлюза имеет схему 103, предназначенную для обмена данными с множеством от 0 до N модулей IO через шину обмена данными, которая представляет собой локальную шину, отдельную от двухпроводного контура и, которая может быть собственной шиной 700 обмена данными. Схема 101 и схема 103 взаимно соединены для организации обмена данными между модулем 100 шлюза и центральным контроллером и для обмена данными между модулем 100 шлюза и множеством от 0 до N модулей IO.

Второй тип показан на фиг.2, на которой представлен вариант осуществления модуля 200 IO. Модуль 200 IO содержит схему 201, построенную для интерфейса, по меньшей мере, с одним полевым устройством 800 IO, и локальную схему 202, выполненную с возможностью собственного питания из двухпроводного контура, без подачи питания в какой-либо другой модуль из двухпроводного контура технологического процесса. Схема 202 построена так, что она предпочтительно работает с двухпроводным контуром, который предназначен для обмена данными в соответствии с Foundation Fieldbus или Profibus-PA, но не ограничен этим. Кроме того, модуль 200 IO имеет схему 203 для обмена данными, по меньшей мере, с модулем шлюза через шину обмена данными, которая представляет собой локальную шину, отдельную от двухпроводного контура, и которая может представлять собой собственную шину 700 обмена данными. Схема 201 и схема 203 взаимно соединены, для организации обмена данными между модулем 200 IO и, по меньшей мере, одним полевым устройством 800 IO и обмена данными между модулем 100 IO и, по меньшей мере, одним модулем шлюза.

Было отмечено, что схема 201 модуля 200 IO может быть построена для формирования интерфейса с полевыми устройствами IO такого типа, который включает в себя, например, одно или больше полевых устройств с дискретным вводом, одно или больше полевых устройств с дискретным выводом, одно или больше полевых устройств с аналоговым вводом, одно или больше полевых устройств с аналоговым выводом или любую комбинацию полевых устройств IO такого типа. Кроме того, схема может содержать мультиплексор для мультиплексирования множества портов интерфейса IO в один канал.

Предпочтительно, как более подробно описано ниже, схема 202 полностью обеспечивает питание для модуля 200 и схемы 203для обмена данными, по меньшей мере, с одним модулем шлюза, по существу, изолировано от схемы 201 для формирования интерфейса, по меньшей мере, с одним полевым устройством 800 IO.

Используя такие основные типы модулей I00 и 200 для построения передатчика IO технологического процесса с одиночным двухпроводным контуром, который получает питание через двухпроводный контур в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, такой передатчик может иметь конфигурацию одиночного, специализированного, адаптированного передатчика IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура, для удовлетворения определенных потребностей приложения технологического процесса. Соответствующим образом сконфигурированный одиночный передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура, таким образом, содержит один модуль I00 шлюза и выбираемое количество и комбинацию модулей 200 IO, взаимно соединенных друг с другом через шину обмена данными так, что модуль шлюза обрабатывает данные из и для этих модулей IO и передает эти данные в двухпроводный контур между передатчиком и центральным контроллером, и каждый из модулей получает свое питание отдельно, с помощью соответствующей локальной схемы питания, через двухпроводный контур. Кроме того и в качестве результата, модули IO могут быть добавлены к или могут быть устранены из работающего одиночного передатчика по усмотрению пользователей и, в принципе, в любой момент времени. Таким образом, полученный в результате одиночный передатчик представляет собой одиночный, двухпроводный передатчик IO технологического процесса, который может быть специализирован, масштабирован и может получать питание по контуру. На основе этого одиночный передатчик IO технологического процесса с двумя проводами может быть оптимизирован в соответствии с определенными потребностями приложения и будет просто потреблять энергию, по мере необходимости, и обеспечивать, таким образом, большую эффективность при мультиплексировании сигналов и большую максимальную длину отрезка кабеля.

Настраиваемый передатчик позволяет пользователю определять количество и типы IO точек, которыми требуется управлять и которые требуется отслеживать и которые должны выполнять обмен данными с соответствующими IO полевыми устройствами, предпочтительно путем мультиплексирования, и для передачи соответствующих данных, для управления и отслеживания через двухпроводный контур, который выполняет функции одиночного передатчика по двухпроводному контуру. Масштабируемость также позволяет определить систему обработки, которая обеспечивает необходимые порты интерфейса IO с наиболее эффективным отбором тока.

На фиг.3 показан упрощенный вид одиночного передатчика IO 300 технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором один передатчик IO 300 включает в себя один модуль 100 шлюза и пять IO модулей 200 в соответствии с фиг.1 или 2 и может быть расширен путем добавления дополнительных IO модулей 200 в любое время. Три из IO модулей 200, в качестве примера, выполнены с возможностью формирования интерфейса с клапанами, и два из IO модулей 200 представляют собой примеры, выполненные с возможностью формирования интерфейса с устройствами температуры, соединенными с различными IO точками, для передачи в центральный контроллер, который не показан. Обмен данными между IO модулями 200 и модулем IO0 шлюза выполняют через общую шину передачи данных, которая представляет собой собственную шину 700 обмена данными, с которой соединены все модули. Как показано, дополнительные IO модули, например два IO модуля, выполненные для формирования интерфейса с устройствами температуры, могут быть добавлены к одиночному передатчику 300, улучшая, таким образом, возможности отслеживания точек IO.

На фиг.4 показано предложение дополнительного, построенного и выполненного по модульному принципу одиночного передатчика IO 400 технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура в соответствии с настоящим изобретением. Модульный передатчик IO 400 выполнен, например, для использования с двухпроводным контуром, в соответствии с Foundation Fieldbus (FF). В соответствии с этим, одиночный передатчик IO 400 технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура, как представлено на фиг.4, содержит модуль 401 шлюза, основанный на типе модуля 100 шлюза по фиг.1, и один или больше модулей ввода-вывода или IO модулей на основе типа модуля 200 IO по фиг.2. В соответствии с фиг.4, присутствуют три модуля 402, 403 и 404 IO. Каждый из модулей 401-404 соединен с двумя проводами F+ и F- двухпроводного контура и с последовательной шиной передачи данных, которая в соответствии с фиг.4 представляет собой последовательную шину передачи, отдельную от двухпроводных контуров. Однако общая физическая система соединения с шиной может использоваться, включая в себя линии данных или провода и линии питания или провода для отдельного выполнения передачи данных и питания в пределах одной системы соединения. При этом в физической системе соединения через шину может использоваться система соединения через объединительную панель, как описано, например, в ЕР 2053697 или в US 2009/0104814, или аналогичная система соединения. Таким образом, в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения, физическая система соединения, обозначенная на фиг.4, как "T-BUS", как описано, например, в ЕР 2053697 или в US 2009/0104814, используется и может подавать во все модули, подключенные к ней, питание и передавать данные между упомянутыми модулями. В случае, когда модуль отсоединяют от T-BUS, соединение источника питания и передача данных между остальными модулями все еще сохраняется. Таким образом, в случае, если T-BUS, например, используется для обеспечения шины обмена данными, отделенной от двух проводных контуров, два провода F+ и F- двухпроводного контура можно легко соединять с проводами подачи питания T-BUS, и провода T-BUS, помеченные как SER+ и SER-, используют для передачи данных. В зависимости от конкретных потребностей приложения, пятый провод SH T-BUS, как представлено на фиг.4, может использоваться для синхронизации, например, или может не использоваться.

Каждый из модулей содержит свою собственную локальную схему 405 или 406 питания, соответственно представленную на фиг.4, как модуль питания, и отбирает свою собственную, необходимую ему энергию питания из двухпроводного контура. Таким образом, каждая локальная схема 405 или 406 питания электрически соединена с проводами F+ и F-. Каждый из модулей содержит свою собственную схему 407 или 408 обмена данными, которая соответственно представлена на фиг.4, для последовательной передачи, и выполняет обмен данными с другими модулями одиночного передатчика путем использования последовательной шины передачи данных через провода SER+ и SER-, после соответствующего электрического соединения с ними. Только модуль 401 шлюза обеспечивает формирование интерфейса и связывается с центральным контроллером или с главным устройством через двухпроводный контур.

Передатчик 400 IO, как представлено на фиг.4, следовательно, построен на основе модульного принципа и функционирует по двухпроводному контуру, как одиночный передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, получающий питание из двухпроводного контура, при этом модуль 401 шлюза обрабатывает данные из и для определенной пользователем комбинации модулей ввода и/или вывода (IO). Каждый модуль может иметь локальный индикатор для пользователя, такой как LCD для локального обозначения для пользователя соответствующей функции или неисправной функции. Модули IO могут быть добавлены или могут быть удалены из операции по усмотрению пользователей. Такая архитектура обеспечивает настраиваемый и масштабируемый одиночный передатчик IO технологического процесса с двухпроводным контуром, который получает питание из двухпроводного контура.

Более подробно, модуль 401 шлюза включает в себя, в дополнение к модулю 405 питания, соединенному с двухпроводным контуром, и в дополнение к схеме 407 последовательной передачи данных, предназначенной для обмена данными с множеством модулей IO, схему для передачи по двухпроводному контуру технологического процесса с контроллером. В соответствии с фиг.4, упомянутая схема, предназначенная для передачи по двухпроводному контуру технологического процесса с контроллером, включает в себя коммуникатор 409 по контуру, соединенный с двухпроводным контуром управления и выполненный с возможностью двунаправленной передачи данных через этот контур. Коммуникатор 409 по контуру может включать в себя устройство передачи данных, такое как контроллер передачи данных Foundation Fieldbus или т.п., и может включать в себя соответствующую схему изоляции, которая соответствует собственным требованиям безопасности. Коммуникатор 409 по контуру и схема 407 последовательной передачи данных, выполненная с возможностью обмена данных с множеством модулей IO, взаимно соединены через контроллер 4I0 для организации всего обмена данными и могут обеспечить передачу информацию о конфигурации на основе информации, принятой через контур технологического процесса и/или через модули IO. Для питания всего модуля 401 шлюза модуль 405 питания электрически соединен с коммуникатором 409 по контуру, контроллером 4IO и последовательной схемой 407 передачи данных. В этом отношении предпочтительно каждое соединение между этими элементами обеспечивается, по меньшей мере, через соответствующие изоляторы питания, например трансформатор или любое соответствующее устройство, помеченное на фиг.4, как ISO. Выше упомянуто, что даже изолятор обмена данными может быть скомбинирован вместе с соответствующим изоляторами питания в одной схеме, если это выполнимо на основе потребностей применения. Таким образом, электрическая изоляция ISO обеспечивает то, что нежелательные ошибки контура будут исключены. Например, для передачи сигналов пользователя о правильной или неудачной функции модуля 401 шлюза устройство передачи сигналов жидкокристаллического дисплея соединяют с контроллером 410.

Примеры модулей IO, в соответствии с фиг.4, включают в себя модуль 402 цифрового ввода, имеющий схему 414, выполненную с возможностью формирования интерфейса с определенными полевыми устройствами IO и обеспечения четырех цифровых портов 4DI входного интерфейса, цифровой выходной модуль 403, имеющий схему 415, построенную для формирования интерфейса с определенными полевыми устройствами IO и обеспечивающую четыре цифровых выходных порта 4DO интерфейса, и модуль 404 с аналоговым вводом, такой как модуль ввода температуры, имеющий схему 416, выполненную с возможностью формирования интерфейса с определенными полевыми устройствами температуры и обеспечивающую, например, два порта 2ТЕМР с аналоговым вводом интерфейса. Модули IO, таким образом, связаны через интерфейс с процессом для получения переменных входных сигналов на месте, например, таких как бесконтактные датчики, соединенные со схемой 414 модуля 402 IO, или термопару TS, соединенную со схемой 416 модуля 404 IO, и обеспечивают управление технологическим процессом и выводом данных, например, через исполнительные устройства клапана, соединенные со схемой 415 модуля 403 IO, для управления и отслеживания несколькими точками технологического процесса IO.

Более подробно, каждый модуль 402, 403 404 IO включает в себя, в дополнение к локальному модулю 406 питания, соединенному с двухпроводным контуром, в дополнение к последовательной схеме 408 передачи данных для обмена данными, по меньшей мере, с модулем 4I0 шлюза и в дополнение к схемам 414, 415 или 416, предназначенным для формирования интерфейса с определенными полевыми устройствами IO, просто локальный контроллер 411, 412 или 413, а не коммуникатор по контуру как модуль 4I0 шлюза выполняет обмен данными через контур. Каждый локальный контроллер 411, 412 и 413 соединен с соответствующей последовательной схемой 408 передачи данных и с соответствующим локальным модулем питания или схемой 406. Таким образом, каждый модуль 402, 403 и 404 IO получает питание из своего собственного локального модуля питания или схемы 406, получающей электропитание через двухпроводный контур.

Кроме того, схема 414, 415 и/или 416 модуля 402, 403 или 404 IO может быть, в качестве альтернативы, выполнена с возможностью формирования интерфейса с другими типами IO полевых устройств, включающих в себя, например, одно или больше полевых устройств с дискретным вводом, одно или больше полевых устройств с дискретным выводом, одно или больше полевых устройств с аналоговым вводом, одно или больше полевых устройств с аналоговым выводом или любую комбинацию типов полевых устройств IO. Кроме того, схема 414, 415 и/или 416 может содержать мультиплексор для мультиплексирования множества портов IO интерфейса по одному каналу.

Кроме того, обмен данными между модулями 402, 403 или 404 IO и модулем 401 шлюза обеспечивается через шину последовательной передачи данных, поскольку каждая соответствующая схема 408 или 407 последовательной передачи соединена с двумя проводами SER+ и SER- шины обмена данными.

В этом отношении, каждая последовательная схема 407 и 408 передачи выполнена с возможностью двунаправленного обмена данными через шину обмена данными. Каждый локальный контроллер 411, 412 и 413 разработан для локальной организации обмена данными соответствующего модуля 402, 403 или 404 IO и также может обеспечивать передачу обработанной информации на основе информации, принятой через шину обмена данными и/или через схему 414, 415 или 416.

Кроме того, благодаря локальным контроллерам 411, 412 и 413 из модулей 402, 403 и 404 IO, множество приложений, таких как локальное управление, обработка ввода и/или вывода, могут быть предусмотрены путем простой замены встроенного программного обеспечение локального контроллера. В результате, благодаря тому что соответствующему локальному контроллеру 411, 412 и 413, модулям 402, 403 и 404 IO может быть добавлена возможность обмена данными друг с другом модулей IO и между каждыми из них через шину последовательной передачи данных, без необходимости постоянного содержания модуля 410 шлюза.

И снова, соединения модуля 402, 403 или 404 IO между локальным контроллером 411, 412 или 413, соответствующей схемой 408 последовательной передачи данных и соответствующим локальным модулем питания или схемой 406 предусмотрены, по меньшей мере, через соответствующий изолятор питания, например трансформатор или любое соответствующее устройство, помеченное на фиг.4 как ISO. Было отмечено, что даже изолятор обмена данными может быть скомбинирован вместе с соответствующим изолятором питания в одной схеме, если это соответствует требованиям применения. Таким образом, даже интерфейсы модуля IO с полем IO, обеспечиваемые схемой 414, 415 или 416, по существу, изолированы от двухпроводного контура технологического процесса, в соответствии с описанным вариантом осуществления. Следовательно, что касается каждого модуля IO, схема для полного обеспечения ее электропитанием и схема для обмена данными, по меньшей мере, с модулем шлюза, по существу, изолированы от схемы, предназначенной для формирования интерфейса, по меньшей мере, с одним полевым устройством IO. Для локальной индикации для пользователя соответствующих правильно или неправильно выполняемых функций модуля 402, 403 или 404 IO соответствующее устройство индикации LCD соединяют с контроллером 411, 412 или 414.

Как отмечено выше, в случае, когда система соединения, такая как обозначена, как система T-BUS, используется для обеспечения шины обмена данными, все модули, соединенные с ней, могут передавать данные между упомянутыми модулями, и в них может быть подано электропитание, принятое через два провода двухпроводного контура технологического процесса, электрически соединенного с линиями или проводами питания шины. Таким образом, в пределах общего блока системы физических соединений, требуется только один модуль 401 шлюза, и, в принципе, любые дополнительные модули IO в соответствии с настоящим изобретением могут быть добавлены для расширения общего блока T-BUS путем использования соответствующего соединителя T-BUS (не представлен), описанного, например, в ЕР 2053697 или в US 2009/0104814.

Таким образом, в случае, когда контроллер 410 модуля 401 шлюза может управлять обменом данных между максимальным количеством модулей IO и такое максимальное количество модулей IO достигнуто, может потребоваться использовать дополнительный модуль шлюза, который соединяют с двухпроводным контуром технологического процесса, для начала нового общего блока T-BUS.

Настоящее изобретение не ограничено описанными здесь вариантами осуществления; ссылку следует делать на приложенную формулу изобретения.