具有唯一网络地址的I/O网络模块的制作方法

电子通信装置的制造及其应用技术具有唯一网络地址的i/o网络模块背景技术：1.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或从现场设备传输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。2.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。3.过程控制中使用的数字信号的其他类型被用于驱动继电器或对脉冲进行计数。4.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)从每个端子集合延伸并连接到总站(head station)以在端子集合与总站之间传递信号。5.总站通过i/o通道与现场设备通信，并通过单独的网络与控制系统通信。控制系统与总站通信，而不是直接与各个现场设备通信。6.总站使用数字数据格式，通常是专有数据格式。i/o通道包括转换电路，该转换电路在由所连接的现场设备使用的i/o信号格式与总站所要求的数字数据格式之间进行转换。7.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。8.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端子集合。9.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“通用i/o信号插入器系统(universal i/o signal interposer system)”公开了可移除i/o模块可被插到或插入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。10.可移除i/o模块和可选模式转换电路的使用在将现场设备布线至布线柜时提供了极大的灵活性。然而，控制系统必须继续通过总站或与控制系统的i/o卡进行通信，而不是直接与现场设备进行通信。11.期望提供增加的控制系统和现场设备在过程控制网络中通信的能力。技术实现要素：12.公开了用于数字过程控制网络的i/o网络模块。i/o网络模块包括连接到网络端口的i/o通道，该网络端口将i/o网络模块连接到过程控制网络。网络端口与过程控制网络的物理层兼容，并被配置成用于使用与过程控制网络兼容的网络协议进行操作。13.在许多过程控制网络中使用诸如tcp/ip、profinet、udp等的标准化协议，并且可以提供i/o网络模块的实施例以用于不同的网络协议。14.每个i/o通道与它自己唯一的网络地址相关联。网络端口将i/o网络模块连接到过程控制网络，并通过网络端口和i/o通道本质上实现控制系统与现场设备之间的直接通信。过程控制网络还可以允许通过网络的直接现场设备到现场设备通信。15.i/o通道设有转换电路，该转换电路将沿i/o通道传输的信号在由现场设备使用的i/o信号格式和与过程控制网络兼容的数字数据格式之间进行转换。i/o通道还可以包括微处理器和用于其操作(包括设置任何可选模式转换电路的操作模式)所需的其他电路部件。16.在实施例中，转换电路是固定模式转换电路，固定模式转换电路可在仅一种模式下操作以转换一种类型的i/o信号。在其他实施例中，转换电路是可选模式转换电路，可选模式转换电路可以转换不同类型的i/o信号。可选模式转换电路的操作模式可以由控制系统通过网络进行设置或响应于被附接到i/o通道的现场设备的类型而被自动设置。17.在进一步可能的实施例中，i/o通道被配置成用于允许将可移除的插入器或i/o模块插入i/o通道中，以如'727专利中所描述的处理i/o信号、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等等，或提供其他功能。18.在又进一步可能的实施例中，i/o通道和网络端口被配置成用于使用标准化物理层和网络协议连接到过程控制网络；例如使用tcp/ip协议的以太网。网络可以是使用(作为非限制性示例)双绞线的有线网络，或者是使用例如无线以太网的无线网络。i/o通道可以与唯一地标识网络端口的媒体访问控制地址(mac地址)或其他寻址协议一起被提供或以其他方式与所述媒体访问控制地址(mac地址)或其他寻址协议相关联。19.在某些网络(诸如，符合高级物理层(apl)标准的网络)中使用时，所公开的i/o网络模块允许在非本质安全区域(诸如控制器位置)与要求本质安全的危险区域或爆炸区域之间进行桥接。20.i/o网络模块可以被提供作为“软件狗(dongle)”或单通道i/o网络模块，所述“软件狗(dongle)”或单通道i/o网络模块包括用于连接单个现场设备的现场电线的电连接器集合。该电连接器集合形成延伸到网络端口的单个i/o通道的一部分。可以通过从现有端子切割或以其他方式移除电线并将它们重新附接到单通道模块的电连接器集合，来将单通道i/o网络模块插入成与现场设备的现场电线的现有终端相邻。21.单通道i/o网络模块可以被重新编程或被更换为另一单通道i/o网络模块，以更改网络类型(例如，从以太网网络更改为具有不同物理层的网络)，或将网络数据格式从(比方说)以太网/ip更改为opc ua，而无需更改现场设备，并且通常无需更换从现场设备延伸的信号电线。22.单通道i/o网络模块的i/o通道的实施例可以被配置成用于接收可移除插入器或i/o模块，以用于信号处理等，如前所述。23.单通道i/o网络模块将网络端口与单个现场设备相关联。在其他实施例中，多通道i/o网络模块将网络端口与多个现场设备相关联。24.例如，在基于以太网的实施例中，i/o网络模块包括设置在模块中的以太网交换机，使得网络端口可以向外传输到网络的其余部分，并起到隐藏其后面的其他网络位置的作用。这使得能够在过程控制网络的控制器与过程控制网络的现场设备之间创建防火墙和vpn(虚拟专用网络)。在控制器与现场设备之间创建网络安全功能减少了不良行为者访问过程控制网络的潜在攻击矢量。25.多通道i/o网络模块包括多个电连接器集合，所述多个电连接器集合被配置成用于连接到多个现场设备的相应现场电线集合。作为非限制性示例，这些电连接器集合可以形成为接线盒，该接线盒具有用于将现场电线连接到多个i/o通道的多个端子集合，每个端子集合形成相应i/o通道的一部分。多个i/o通道终止于连接到网络端口的信号处理电路。信号处理电路将从i/o通道接收到的数据传递到网络端口，并将从网络端口接收到的数据分配到适当的i/o通道。26.如前所述，每个i/o通道可以被配置成用于接收可移除的插入器或i/o模块。27.一个或多个单通道i/o网络模块和/或一个或多个多通道模块可以被连接到过程控制网络。每个i/o通道可以使用诸如ipv4或ipv6等互联网协议与其自己的唯一网络地址相关联。所公开的具有单个网络端口的i/o网络模块的实施例可以利用即将到来的多点以太网技术(被预期作为即将发布的802.3.cg标准的附录或者其本身可能是新的行业标准)。28.过程控制网络可以利用为冗余和/或安全性而设计的网络拓扑，并且可以包括额外的网络硬件，诸如网络领域中已知的交换机和集线器(hub)。29.所公开的单通道或多通道i/o网络模块的实施例可以包括两个网络端口，所述两个网络端口允许i/o网络模块或i/o网络模块和其他网络设备的菊花链，并允许在要求设备具有两个网络端口以实现网络冗余的环形网络拓扑中使用。30.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31.图1是根据本公开的被显示为附接到现场设备的现场电线的单通道i/o网络模块的示意性侧视图。32.图2是根据本公开的多通道i/o网络模块的示意性俯视图。33.图3是至少部分地通过互连单通道和/或多通道模块形成的基于以太网的本地过程控制网络的示意图。具体实施方式34.图1示意性地示出了与基于以太网的过程控制网络一起使用的单通道i/o网络模块100的非限制性实施例。所示出的单通道i/o网络模块使用标准以太网兼容网络端口将现场设备d的现场电线集合连接到过程控制网络。35.用于具有不同物理层的有线过程控制网络或无线过程控制网络的i/o网络模块将包括与i/o网络模块打算连接的过程控制网络兼容的不同类型的有线或无线网络端口(例如，m12或t1l网络情况中的两线制接线盒)。例如，网络端口可以包括用于接收/传输数据的单个端口或用于启用菊花链或在单环或双环网络拓扑中使用的两个或更多个端口。36.单通道i/o网络模块100包括底座10，底座10包括一个或多个电连接器集合12、以太网兼容的rj-45网络端口14、以及i/o通道18，电连接器集合12在所示实施例中形成为端子集合，以用于端接现场设备的现场电线集合，以太网兼容的rj-45网络端口14具有用于将i/o网络模块连接到以太网网络的相关联的mac地址16，i/o通道18将端子与网络端口连接。网络端口14可以被配置成用于作为受管交换机或作为如由网络要求确定的非受管交换机来操作。37.现场设备可以具有含一个或多个现场电线的集合，并且将现场电线连接到i/o网络模块的电连接器集合可以被配置成用于连接不同数量的现场电线和不同类型的现场电线终端。38.所示的i/o通道18包括可选模式转换电路20，可选模式转换电路20将数据在现场设备i/o信号格式与由控制系统使用的数字数据协议(例如，以太网/ip或opc联合架构[opc ua])之间转换。可适用于所公开的i/o信号处理器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))。[0039]i/o通道18延伸穿过附接到底座10的可移除插入器或i/o模块22，可移除插入器或i/o模块22可以通过模块i/o通道部分18m不变地传递i/o信号，提供所期望的信号处理，插入熔断器或其他辅助设备等等，如'727专利中所描述的。[0040]i/o模块的其他实施例可以在操作期间提供对i/o通道的诊断；在过程控制网络的正常操作之前，启用对所附接的现场设备的预调试评估；模拟信号缩放功能(对于非限制性示例，将24v信号范围内的信号缩放为5v信号范围，将4-20ma信号转换为一电压范围内的电压信号)或其他功能。[0041]i/o模块22和底座10的又其他实施例可以通过网络端口14输出与附接到i/o通道的现场设备或与模块i/o通道部分中的辅助设备的状态或操作历史相关的原始或经处理的诊断信息。[0042]监测电路24被设置在端口14与转换电路20之间，并被连接到转换电路的编程端口26。监测电路读取和监测正被传递到端口和从端口传递的数据，并且也可以将数据写入端口。监测电路可以使用以太网供电(poe)、单独的电源(未示出)或其他常规配置来供电。[0043]监测电路24监测数据以获得用于设置转换电路20的操作模式的命令。当接收到这样的命令时，监测电路向编程端口26发出设置转换电路的操作模式的命令。[0044]监测电路24还出于安全(例如，认证、授权等)和网络诊断的目的而监测数据传输，并且可以通过过程控制网络向控制系统的控制器报告安全和网络诊断信息。[0045]监测电路24还可以确保转换电路20忽略并且不转换从网络端口14接收到的旨在供监测电路使用或由监测电路生成的数据。[0046]图2示意性地示出了多通道i/o网络模块102的实施例。多通道i/o网络模块能够通过网络端口将多个现场设备连接到过程控制网络的控制器。所示的多通道i/o网络模块将多达四个现场设备连接到网络端口(其他实施例可以连接多于四个或少于四个的现场设备)。[0047]所示的多通道i/o网络模块102包括底座110，底座110具有形成为接线盒111的多个电连接器集合、rj-45网络端口114、以及相应的i/o通道118，该接线盒111包含用于端接多达四个现场设备(未示出)的现场电线的四个端子集合112，rj-45网络端口114具有用于将i/o网络模块连接到基于以太网的过程控制网络的相关联mac地址116，相应的i/o通道118从每个端子集合112延伸并包括可选模式转换电路120和可移除插入器122。i/o通道共同包括连接到网络端口的监测电路124。监测电路还被连接到每个转换电路的编程端口126。[0048]监测电路124读取和监测正被传递到端口114和从端口114传递的数据，并且也可以将数据写入端口。监测电路可以使用以太网供电(poe)、或从单独的电源(未示出)来供电。[0049]监测电路124监测数据以获得用于设置转换电路120的操作模式的命令。当检测到这样的命令时，监测电路向合适的转换电路的编程端口126发出命令，以设置转换电路的操作模式。[0050]监测电路124还出于安全和网络诊断的目的而监测数据传输，并且可以通过网络向控制系统报告安全和网络诊断信息。[0051]监测电路124还将每个i/o通道118与唯一地标识i/o通道的网络地址相关联，并将端口114mac地址与该网络地址相关联。监测电路用i/o通道的ip地址标记从转换电路接收的数据，并且基于ip地址将通过端口114接收的数据分配到适当的i/o通道。[0052]多通道i/o网络模块102使单个网络端口能够将多个现场设备连接到网络，使得控制系统与现场设备交互，就好像每个现场设备独立地连接到网络一样。[0053]多通道i/o网络模块102的所示网络端口114具有一个端口mac地址116，但用作在与端口mac地址相关联的交换机后面具有多个ip地址和/或mac地址的网络交换机。过程控制网络上的控制器可以将被附接到i/o网络模块102的现场设备的所有数据写入网络端口的单个mac地址，并且网络端口随后用作将数据传送到正确的现场设备的交换机。即使实施例中的每个i/o通道118将具有与其自己的网络ip地址相关联的其自己的mac地址，可能的实施例中的控制器也将不知道网络交换机114后面的mac地址。[0054]单通道i/o网络模块和多通道i/o网络模块的实施例可以利用固定模式转换电路，通过硬布线信号处理或i/o通道中的直通来消除插入器能力，并且可以利用无线端口代替或补充有线端口。[0055]图3示出了有线、无线、或部分有线部分无线的基于以太网的过程控制网络n，所述过程控制网络n包括单通道i/o网络模块10和多通道i/o网络模块102，以将远离i/o网络模块的现场设备d互连到控制系统s(为简化附图，未显示网络集线器或交换机)。使用静态的、唯一的ipv4网络地址a(ipv6或其他网络兼容的寻址协议可用于其他过程控制网络实施例)来标识每个现场设备d和控制系统s。使用dhcp或其他动态网络寻址协议对i/o网络模块进行动态ip寻址也是可能的。[0056]该网络不需要分层的网络结构，并且每个设备都可以具有到所有其他设备的通信路径。可以根据需要在该网络中使用网络交换机和集线器，以将控制系统和现场设备彼此互连，或经由例如网络网关或云将控制系统和现场设备连接到其他网络。[0057]可以形成网络拓扑以增强安全性和网络可靠性。例如，环形拓扑可用于网络冗余。现场电线终端可以在整个物理工厂(plant)中物理分布或移动，而不会影响各现场设备之间的逻辑网络连接。网络连接也可以扩展到“云”，以用于将控制系统和现场设备连接到远程网络资源。[0058]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。[0059]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、网络拓扑、网络数据和寻址协议、网络物理层和网络端口(包括用于连接到无线过程控制网络的无线网络端口)的类型或数量、用于连接现场设备的现场电线的电连接器(对于类型的非限制性示例，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这种变化和变更。









图片声明：本站部分配图来自人工智能系统AI生成,觅知网授权图片,PxHere摄影无版权图库。本站只作为美观性配图使用,无任何非法侵犯第三方意图,一切解释权归图片著作权方,本站不承担任何责任。如有恶意碰瓷者,必当奉陪到底严惩不贷!




内容声明：本文中引用的各种信息及资料（包括但不限于文字、数据、图表及超链接等）均来源于该信息及资料的相关主体（包括但不限于公司、媒体、协会等机构）的官方网站或公开发表的信息。部分内容参考包括:(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供参考使用,不准确地方联系删除处理！本站为非盈利性质站点,发布内容不收取任何费用也不接任何广告!




免责声明：我们致力于保护作者版权，注重分享，被刊用文章因无法核实真实出处，未能及时与作者取得联系，或有版权异议的，请联系管理员，我们会立即处理，本文部分文字与图片资源来自于网络，部分文章是来自自研大数据AI进行生成,内容摘自(百度百科,百度知道,头条百科,中国民法典,刑法,牛津词典,新华词典,汉语词典,国家院校,科普平台)等数据,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!的,若有来源标注错误或侵犯了您的合法权益，请立即通知我们，情况属实，我们会第一时间予以删除，并同时向您表示歉意,谢谢!