专利名称：用于程序控制向/从电缆导线输入/输出信号的系统的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电缆敷设和电缆敷设系统，具体地说，涉及ー种通用的电缆敷设系统，其中在第一与第二设备之间的专用导线互连要求是通过使用用来接到第一设备上并将连接从第一设备引至连接到第二设备上的电缆的所选导线的可编程I/o模块实现的。
背景技术：
复杂的电气/电子系统往往需要定制的电缆配置。对于具体的应用，电缆通常是专门配置的。即使在诸如家庭音频和小型计算机系统之类的比较简单的系统内，通常也需要许多不同的电缆。在诸如エ业控制系统之类的较大应用中，定制电缆设计是大量的。在诸如管理机动车厂之类的エ业控制系统中，需要在控制装置与传感器和致动器之间有交互作用。提供相应连接的装置将称为输入和输出系统。通过输出系统，控制系统可以开启灯、泵、阀门及其他设备。类似地，通过输入系统，控制系统可以得知按钮的状态、开关是接通还是断开、或者箱是否充满或轴转得有多快。在诸如可编程逻辑控制器(PLC)之类的现有技术的控制系统中，控制系统的用户用各个导线连接器或者通过ー些连接器化的线束将传感器和致动器连接到输入/输出系统上。将传感器和致动器接到エ业控制系统上的普通方法是使用经由接线板的各个导线连接。接线板通常使用螺钉驱动的线夹。除去导线末端的绝缘材料，将裸线放在螺钉驱动的线夹下。然后拧紧螺钉，将导线固定在线夹下，实现导线与接线板的电连接。越来越多的是，用各种弹簧线夹来夹住导线，但是这些弹簧线夹基本上是与螺钉驱动的线夹相同的。图I示出了一根根导线10怎样通过ー些与灯泡20、开关22和接近开关24这三个设备连接的接线板18接到PLC 16的输入和输出模块12、14上的情況。接近开关是可以检测是否存在通常是金属的物体和通过中断或传送电流给出指示的常见类型开关。图I所示的方法的缺点是PLC 16的输入或输出模块上的终端26、28不一定方便安排成便于连接诸如灯泡或开关之类的负载。结果是，为了进行互连必须执行大量的定制手动布线。此外，接线板18上必须提供从电源30对诸如灯泡或接近传感器之类的某些致动器和传感器供电的电力，以便与灯泡或开关连接。通常，现有技术的输出模块12和14不向负载提供电源，而只是通断电源。图I所例示的定制布线的设计和实现显著地増大了系统的成本和尺寸。将诸如PLC之类的エ业控制系统与负载相连接的另ー种方法是通过连接器化的、线束或电缆进行连接。图2示出了 PLC 36的ー个输入模块32和ー个输出模块34。输入/输出模块32和34分别配有可以用电缆42和44与各个传感器和致动器连接的连接器38和40。令人遗憾的是，从输入或输出模块出来的电缆通常不能直接接到传感器或致动器上，因为PLC 36上的连接器38和40很少配置成接受传感器信号或提供致动器功率。由于这个原因，在使用PLC上的连接器时最常见的将PLC与传感器或致动器连接的方法就如图3所示。在图3中，从PLC的输入模块32和输出模块34出来的电缆40接到含有用来与控制系统连接的接线板50的电路板46和48上。因此，即使使用连接器化的电缆，现有技术仍然需要使用各个诸如接线板之类的导线连接器进行连接。
不用各个导线连接器在PLC与传感器或致动器之间进行直接连接是有问题的。一个示例情况是在PLC必须与已经安装有连接器的设备连接吋。要将PLC与这样的设备相连接是非常常见的。典型的设备是装有用来连接ー些必须接到PLC上的信号的连接器的流量控制器。在这种情况下，由于PLC输出模块只含有输出端而PLC输入模块只含有输入端,但流量控制器连接器含有表示输入和输出的信号，从而使连接复杂化。更糟的是，信号中有些是通/断式的离散信号，而有些则是连续变化的模拟信号。此外，流量控制器还需要将电源电压和回线/地线加到流量控制器的连接器上。通常，现有技术的方法和装置需要使用为将形式固定的PLC与形式变化的诸如流量控制器和电源之类的完全不同的设备连接而设计和构建的定制电缆线束。设计、制造和安装复杂的线束的困难是非常大的，以致于将PLC与传感器和致动器连接的主要方法还是通过各个导线连接和接线板进行连接。图4a和4b示出了两个典型的非标准电缆结构的例子。在图4a中导线52和54分别接到连接器56和连接器58上不同的引脚上。图4b的电缆在一端有两个连接器60和62，而在另一端只有一个连接器64。
发明内容
因此本发明的ー个目的是提供一种能用标准电缆进行定制连接的方法和装置。本发明的另ー个目的是提供一种减小在进行控制系统内的互连中所涉及的电缆复杂性的方法和装置。本发明的又ー个目的是提供ー种减少系统内定制设计电缆和各个导线连接器的数量的方法和装置。本发明的ー个目的是提供一种通过标准电缆引导装置之间的信号的可编程输入/输出模块。本发明的另ー个目的是提供一种得到改善的用可编程输入/输出模块测试电缆的系统。本发明的又ー个目的是为使用可编程输入/输出模块和标准电缆的控制系统提供一种联锁系统。简要地说，本发明的优选实施例包括执行来自控制器的向设备发送信号和接收来自设备的信号的指示的输入/输出模块。输入/输出模块包括与控制器通信和接受控制器编程的微处理器。输入/输出模块还包括ー些各具有若干引脚、每个引脚与接至设备的一根电缆导线互连的设备通信连接器。输入/输出模块具有每个引脚一个的专用集成电路(ASIC)，用来提供与相应引脚的受控接ロ。每个ASIC具有多个互连装置，各可由微处理器选择来提供与由特定ASIC服务的引脚的特定接ロ。例如，一个互连装置可以提供电源到引脚的连接，而另ー个可以提供发给或来自引脚的特定类型的信号。本发明的优点是极大減少甚至不需要手动布线互连。本发明的另ー个优点是降低包括有关文件編制、导线剥皮、导线标记、安装和测试在内的手动布线的成本。本发明的又一个优点是消除或极大减少对定制电缆线束的需求。本发明的另ー个优点是減少了设计新系统所需的时间。本发明的一个优点是减少了系统内的部件。 本发明的另ー个优点是简化了系统的现场维护，因为必须备有的用来替换受损或可疑电缆的电缆较少。本发明的又ー个优点是有助于更改系统设计，因为通常不需要新的电缆设计。
图I例示了使用各个导线的现有技术的互连系统；图2例示了使用电缆的现有技术的互连系统；图3例示了使用电路板将电缆接线与所选设备互连的现有技术；图4a示出了ー个典型的现有技术的定制电缆布置；图4b示出了另ー个典型的现有技术的定制电缆布置；图5为例示本发明的装置和方法的框图；图6为例示本发明的连接器化的可配置系统的模块的更详细情况的电路图；图7为例示用本发明的模块测试电缆的系统的框图；图8为现有技术的联锁系统的示意图；图9为使用本发明的可配置的连接器化的输入/输出模块的联锁系统的框图；图10例示了使用含有本发明的系统的元件的ASIC结构的情况；以及图11示出按照本发明的引脚驱动器接口装置的一个例子的更详细电路。
具体实施例方式现在參见附图中的图5，该框图示出了本发明的一个优选实施例的方法和装置。本发明的装置包括含有ー个输入/输出(I/o)模块66和一个或多个电缆68的可配置输入/输出系统65。优选的是，所有这些电缆68是相同的，但是本发明也包括电缆68中有不同的情況。每个电缆68都包括一根或多根导线以及连接器69和71。按照本发明的I/O模块66包括可编程成使得在模块66与设备70之间和在模块66与系统控制器72之间可以传输特定信号的微处理器。优选的是，模块66还包括一个或多个设备通信连接器74，优选的是标准的产品，用来接到设备通信电缆68(优选的也是标准产品)上。控制器通信连接器76提供与网络(优选的是以太网)78的连接，用于模块66与系统控制器72之间的通信。模块66由来自系统控制器72的输入编程/配置。或者，也可以是模块66配置成用独立的计算机(未示出)编程。例如，模块66可以编程成将来自诸如外部电源79之类的外部设备或者来自模块66的内建电源的电源电压接到与相应电缆68关联的任何一根或多根导线上,传输给相应所互连的设备70。作为另ー个例子，控制器72可以将模块66编程成接收来自连接器74的任何引脚的信号或将信号发送给连接器74的任何引脚。模块66可以编程成使得在任何一个设备70与控制器72之间可以传送通信数据，这可能要涉及由模块66执行的任何所需的模数(A/D)或数模(D/A)变换。现在结合图6对I/O模块66进行更为详细的说明。所谓“标准”在本说明书中用来指不是为特定连接所选择或设 计的任何连接器和/或电缆。也就是说，所谓“标准”用来区别本发明的允许用户将输入引至电缆的任何ー根导线而不需要专用的连接器或电缆配线的特征。所谓“标准”可以包括也可以不包括可以为许多用途中任何用途设计的“现有”连接器或电缆。然而，本发明的方法和装置的优选实施例是包括在传统意义上的使布线较为经济而部件较容易得到的“标准”连接器和电缆。I/O模块66,如图6所不,包括一个含有微处理器82或者还有电源84的引导装置115以及ー个或多个接口装置97。每个接口装置97接到一根与连接器114的ー个引脚连接的线94上。电源84也可以设置在外部，与I/O模块66互连，如结合图5所说明的那样。图中不出了输入线86和输出线88,如按照ー个优选实施例所要求的在模块66与控制器72之间通过诸如以太网进行通信输入和输出。本发明也包括按照在用的通信网络类型实现其他类型的互连。图6的总线86表示在诸如图5的控制器72之类的控制器与I/O模块66之间进行网络通信所需的连接装置。图6的总线88表示与另ー个I/O模块进行通信(诸如图7中在I/O模块120与122之间的通信)所需的连接装置。通常，微处理器82由控制器72按需要配置/编程成接收来自控制器的对设备96 (例如可以是压カ传感器、温度传感器等)中ー个特定所选设备进行检测的指令和将相应数据提供给系统控制器。微处理器82还由控制器72编程/控制成使特定信号加到连接器114的任何所选的ー个或多个引脚上，从而加到电缆94的相应ー根或多根导线上。此外，微处理器还编程成响应命令，将来自设备96的所选信号类型发送给系统控制器72。图6示出了接口装置97A，它可以含有任何数量的互连装置，诸如98-112，各在接到连接器114A的ー个特定引脚上的线94A上提供ー个特定的可选接ロ。图6示出了第二接口装置97B，它可以与装置97A完全相同，而接到所示的连接器114A的另ー个引脚上。类似地，可以为诸如114A之类的连接器的每个引脚配置ー个接口装置97。图6还示出了另ー个连接器114N,这表示本发明内可以包括任何数量的连接器114，而每个连接器114可以有任何数量的引脚。每个引脚可以与ー个专用接口装置97对接。每个接口装置具有ー个或多个可选互连装置，诸如互连装置98-112。因此，如图所示的模块66为多根线94的连接器引脚中每个引脚提供了互连装置98-112。每套互连装置98-112专用于与一根接到ー个连接器114的一个引脚上的线94进行连接。因此，本发明对于接到连接器114的每个连接器引脚上的每根线94都包括ー个含有一套互连装置(诸如98-112)的接口装置和在微处理器82内的相应所需程序控制逻辑，这些引脚例如示为连接器114上的圆圈，通过电缆68与任何相应设备70连接。作为系统65操作的ー个例子，可以将微处理器编程成识别特定的输入数据，例如在线86上的包括含有指令的以太网信息包内的数据，将这数据作为模拟信号在特定的线94上发送给特定设备70。在这种情况下，程序将命令微处理器通过具有数模变换器116的装置98引导/变换数据。进行这个连接的功能用在被激活时形成从设备116到设备70的所需连接的继电器“R1”表示。作为另ー个例子，如果线94要承载给设备70的15伏电压，就将微处理器编程成响应来自控制器的信号激活继电器R6。这样，系统65就允许通过任何线诸如94进行所选类型的通信和将要发送的各个信号中的任何ー个信号加到任何所选线诸如94上从而加到相应设备70上。与这些线诸如线94连接的电缆因此可以是任何能传输所需信号的电缆，如上面所说明的那样，优选的是通常的标准电缆。电路开关装置(R1-R8)图示为机电式继电器。在一个实施例中，开关装置用半导体电路实现。半导体电路 可以经济得多，而且动作也比机电式继电器电路快。用机电式继电器只是为了示出发明的实质。如图6所示,8个示为98-112的信号通路互连装置中的任何ー个可以与线94互连。例如，图6示出了向ー个特定的引脚提供操作功率的包括24V DC、地、15V DC和-15VDC四个不同的电源信号的装置。本发明还包括任何数量或数值的信号。互连装置102为与线94连接的引脚提供数字信号。互连装置108提供电源回线/地线。互连装置98和100分别提供数模变换和模数变换。引导装置的微处理器82可编程成使模块66向控制器输出第一信号，其中第一信号传送从设备70向模块66输入的信号的数据内容到连接器114的一个所选引脚117。如上所述，模块66为姆个电缆68 (图5)内的姆根线94(图6)配置有一套互连装置诸如98-112。这些线和互连可以承载任何类型的信号。例如，信号可以含有诸如在从伺服马达反馈中发现的频率信息。或者，这些信号可以表示串行通信载体，处理例如RS-232数据或现场总线数据，诸如设备网、Profibus或以太网之类。图6还例示了通过互连装置98-104连接四个非功率信号的设施。互连装置98和100包括A/D和D/A变换器以及开关装置(Rl和R2)，如果为了适应控制器72和设备70的不同传输和接收能力/要求必须执行这样的变换的话。互连装置102和104分别提供各自方向的数字信号通道。在进ー步的说明中，控制器可以命令模块66发送数字信号，这信号在被模块66接收后可以发送给缓存器118，微处理器82响应来自控制器的指示可以通过激活所需继电器，诸如与连接器114互连的互连装置104，以将信号从缓存器118发送给连接器114上的任何ー个触点，从而将所需信号发送给所希望的连接器的所希望的触点。同样，信号的路由选择用符号例示为通过闭合所关联的继电器(R1-R8)实现。在上面所提到的数字输出信号的情况下，如图6所示，继电器R4闭合，而继电器R1-R3和R5-R8断开，因此将所请求的数字输出传送给线94，从而传送给标准的I/O连接器114的相应引脚。类似地，模块66可以接收来自设备72诸如设备96的数字信号，而且响应来自控制器的指示可以将拷贝发送给控制器72。在这种情况下，继电器R3闭合而继电器R1-R2和R4-R8断开，因此将通过互连装置102传送来自标准的I/O连接器114的给定引脚的数字信号。互连装置98和100提供符合要求的模数变换。最后，可以使可配置的I/O系统65与信号隔离，使得信号看起来被断开。这种断开通过断开所有的继电器R1-R8来实现。再来看图5，本发明的优选方法包括在控制系统中使用系统65，其中控制器72通过I/O模块66接收来自一个或多个设备70的数据或将数据发送给ー个或多个设备70，而I/O模块66编程成接收来自接到设备70上的所选电缆的任何所选导线上的信号和将信号加到所选导线上。在一个优选实施例中，设备72是通过以太网系统78与I/O模块66通信的系统控制器。或者，设备72可以是其他配置，诸如通用计算机，而通信线78可以为任何类型的，诸如标准的计算机电缆之类。本发明的另ー种方法包括用模块66测试电缆。图7示出了第一 I/O模块120，用需测试的电缆124与第二 I/O模块122连接。按照ー个优选实施例，系统控制器126编程成引导模块120将特定信号加到电缆124内一根所选导线128上。这信号可以是例如DC电源电压或如测试电缆124所需的其他类型的信号。控制器命令第二模块122扫描第二模块122的引脚130。扫描结果发送给控制器126，从而控制器可以知道正确的信号是否处在正确的引脚上，以确定电缆的状況。除了确定通过单根所选电缆导线传输的质量之外，控制器可以扫描和检测模块122的连接器的任何引脚130上的信号，因此可以确定是否有任何导线128相互短路，而且可以确定导线128之间的串扰电平。图7示出了虚线132和134，表示系统控制器126与模块120和122之间的通信线。
本发明的又一个实施例包括配置成具有模块66的特征的模块与联锁装置一起在系统内提供安全特征的方法。图8例示了现有技术的防止使用气阀134的联锁系统。为了使气阀134接收到操作功率，三个继电器136、138和140必须传导来自24VDC电源142的电流。操作继电器136、138和140的电绕组用圆圈142、144和146表示。给每个绕组的功率由传感单元148、150和152控制。如果这三个传感単元中有任何ー个被激活，就会断开给相应绕组的功率，从而所关联的继电器断开/开路，也就切断了给气阀的功率。图8的联锁电路往往做成需要定制布线的定制电路板。图9例示了本发明的方法的一个实施例，其中诸如模块66之类的可配置的连接器化的I/o模块166、168和170用来极大减少或消除联锁系统内的定制布线。模块166、168和170可以与图5和6的模块66类似或完全相同，分别与联锁模块180、182和184连接。图9中所示的互连可以全部或部分用标准的连接器和电缆提供，而专用的对信号的引导/路由选择通过对可配置的连接器化的I/O模块编程来实现。图9所例示的系统154包括控制操作的系统控制器156，它包括诸如流量控制器之类的设备158。系统154包括只有在所有三个安全传感器160、162和164的状态都表示操作条件合适时才允许设备158操作的联锁系统。这些传感器可以是用于这个用途的任何类型的传感器。三个例子是接近开关160、安全联锁装置162和限制开关164。系统控制器156与三个可配置的连接器化的I/O模块166、168和170连接，这些I/o模块提供如上所述的可编程的灵活性，允许在系统各处用标准的电缆和连接器实现所示的各个连接。I/o模块166、168和170示为与联锁模块180、182和184交叠，表示联锁模块180、182和184的插头插入I/O模块166、168和170。在这个优选实施例中，是联锁模块180、182和184而不是电缆68插入诸如图5的模块66的I/O模块的连接器74。联锁模块180、182和184各含有让电缆68插入以使设备158-164互连的设备连接器74。因此，联锁模块180、182和184处在I/O模块166、168和170与它们所连接的设备158-164之间，这些设备包括例如图9中所示的接近开关160、限制开关164和安全联锁装置162以及设备158。系统控制器156与I/O模块166、168和170通信，以及通过线174所示的诸如以太网之类的网络与联锁处理器172通信。实现以太网通信的装置是该技术领域内的专业人员众所周知的，因此不需要再予以说明。电源176示为具有线178所示的连接。每个I/O模块(166，168，170)接有ー个联锁模块(180，182，184)。每个联锁模块(180，182，184)通过如线186、188和190所示的电缆/总线与联锁处理器172连接。图9的联锁系统下面不予进ー步详细说明。概括地说，系统154包括通过总线(186，188，190)与联锁处理器172连接的联锁模块(180，182，184)。联锁模块具有两个功能(I)联锁模块180和182的第一个功能是通过联锁总线186和188将一定的输入(例如来自传感器160、162和164的192、194和195)发送给联锁处理器172，这样的ー些输入是所有输入的一个称为联锁输入的子集。与任何联锁模块(180，182，184)连接的任何输入线(192,194,195)可以布在联锁模块内，使得这个输入可以驱动一个如图8中用继电器线圈标记(142，144，146)所标示的继电器线圈。在这些继电器线圈被激活时，所关联的继电器触点闭合。这些继电器线圈各激活ー个触点，导致联锁处理器172检测到ー个信号，或者说通过联锁总线186和188将ー个信号发送给联锁处理器172。联锁处理器的功能将在稍后说明。(2)联锁模块184的第二个功能是接收联锁处理器172通过联锁总线190发来的一个或多个联锁信号。联锁处理器布线成使得联锁信号或者说处理器发送到总线190上的信号可以驱动设置在联锁模块184内的、其触点与I/O模块170的输出端串联的继电器的线 圏。因此，这个输出端197是被联锁的。也就是说，I/O模块170可以试图接通与设备158连接的输出端，但是这个输出端197将不能延伸到联锁模块184的外部(因为这个联锁模块是被联锁的)，除非联锁处理器172将使与输出端197串联的继电器闭合的信号送到总线190上。联锁处理器172响应来自联锁模块180和182的输入，对输入执行布尔逻辑，在总线190上产生ー个或多个联锁输出，传送给联锁模块184，再从I/O模块170传送到联锁输出端197。优选的是，联锁处理器172用继电器来执行它的所有处理。继电器在安全电路内是常用的，因为它们简单而又可靠。硅开关和微处理器具有不大可靠、容易出现各种硬件或软件小故障的名声。尽管如此，在这种应用中并不绝对排除使用硅处理器、开关或逻辑。电缆186、188和190示为直接连接在各个联锁模块与联锁处理器之间。在工作中，接近开关160提供直接接到第一联锁模块180的联锁输入192。安全联锁装置162提供类似的输入194。这两个联锁输入192和194由系统控制器156通过联锁模块180与I/O模块166之间的连接和I/O模块166与系统控制器156之间通过网络174的输入监视通信予以检測。联锁模块180含有联锁输入192和194各ー个的继电器。这些继电器(未示出)驱动ー个信号通过联锁总线186发送给联锁处理器172。联锁处理器172含有联锁输入192和194各ー个的继电器。这些继电器在联锁处理器172内配置成对联锁装置160、162、164执行布尔运算，产生联锁输出，通过联锁总线190传送给联锁模块184。联锁模块184内部是姆个被联锁的诸如输出197之类的输出各ー个的继电器(未不出)。也就是说，虽然在图9中示出只有一个给ー个设备158的输出197，但本发明的构思适用于任何数量的输入、输出和设备。在联锁处理器172确定联锁输入160、162、164处于它们满足系统正确操作的正确状态吋，联锁处理器172就驱动ー个信号，经联锁总线190使联锁模块184内的继电器闭合，因此允许将输出加到线197上，从而使设备158启动或接通。现在參见附图中的图10，图中例示了本发明的另ー个实施例，其中包括诸如在图6中所示的98-112之类的互连装置的接口装置配置成一个专用集成电路(ASIC) 198。在I/O模块200内为每个连接器202的每个引脚都配置ー个ASIC 198。例如，一系列用于ー个连接器202上的各个引脚的ASIC 198表示为用虚线204框起。因此，如果连接器202具有25个引脚，那么这个连接器就要使用25个ASIC 198。模块200可以含有任何数量的ASIC198，正如任何模块可以含有任何数量的连接器202。另ー个实施例可以使用不同的ASIC体系结构，其中每个ASIC可以处理多个引脚，或者可以用多个ASIC来处理ー个或多个引脚。由于现代的半导体加工エ艺所提供的小型化，使用ASIC的结果是显著地减小了构建模块200的尺寸和成本。而且，图10的电路200在功能上是与结合图6所说明的电路模块66类似或相同的。差别在于提供互连装置98-112的功能的电路或者说元件98-112或与ー个引脚对接/通信的其他元件的任何组合在图10这个电路200内合并成ー个ASIC 198。图11示出了一个引脚驱动器ASIC 198的框图。在通过诸如SPI接ロ之类的串行通信总线206与微处理器82连接时，图10的微处理器82可以命令ASIC执行图6中示为98-112的电路的功能。虽然图11的电路看来与图6的互连装置98-112不同，但电路198能够执行相同或类似的所需功能。鉴于图6为用来说明本发明的实质的有些理想化的示意图，图11含有更多的可以配置在ASIC内部的电路元件。尽管如此，图11实现了图6的所有电路元件。例如，图6用开关98来将数模转换器(D/A或DAC)接到输出线94A上。在图11中，数模转换器226通过开关220接到输出引脚208上。本发明还包括ASIC198的用于 相同或类似用途的其他电路结构。该技术领域内的专业人员将知道怎样设计许多这样的电路，而所有这样的电路都应包括在本发明之内。现在对图11的电路的典型特征进行简要的说明。功率可以通过闭合大电流开关222b和将电源选择器227设置到诸如24伏、12伏、5伏、地线和负12伏之类的可用电源电压的任何电压上将功率加到引脚208上。电路可以通过闭合小电流开关222和读出经模数变换器216变换的电压来測量引脚208上的电压。电路可以直接与接在点/引脚208上的产生电压非常低的信号的热电偶式温度传感器连接。交叉点开关210允许精度差动放大器212接到热电偶的两根引线上，热电偶的一根引线接到与连接器202(图10)的ー个引脚连接的节点/引脚208上，热电偶的第二根引线接到连接器202的与4路交叉点I/O 214连接器连接的另ー个引脚上。交叉点开关210因此允许连接器202的两个相邻的引脚通过差动放大器212接到同一个模数变换器216 上。电路198能测量流入或流出图11中标为引脚的节点208的电流。引脚驱动电路198在这种情况下用它的A/D变换器216測量流入或流出引脚节点208的电流，从而可以检测过电流，或者检测接到引脚节点208上的设备是否起作用或布线是否正确。ASIC 198还能监视流入和流出引脚节点208的电流，以单向断开电路198，从而防止ASIC 198由于短路或其他潜在的不良状况而毁坏。ASIC 198用所谓的误用检测电路218来监视可能毁坏ASIC 198的电流剧变。小电流开关220、221、222和大电流开关222b响应误用检测电路218，将引脚208断开。ASIC 198的误用检测电路218能建立引脚208的电流限制，电流限制由微处理器82程控设置。这由选择224表不。ASIC 198可以测量引脚节点208的电压，以便允许微处理器82确定接到引脚节点上的数字输入的状态。数字输入的门限因此可以是程控的，而不是由硬件固定的。数字输入的门限由微处理器82用数模变换器226设置。数模变换器226的输出加到锁存比较器225的ー侧。锁存比较器225的另ー个输入来自引脚208，表示数字输入。因此，在引脚208上的数字输入的电压越过数模变换器所设置的门限时，微处理器82就能确定输入改变，因此推断出数字输入已经改变状态。ASIC 198可以接收或产生频率信号。如果ー个串行通信设备，例如打印机，接到引脚208上，所述频率信号可以通过小电流开关221传送给通用异步收发器(UART)或类似的可以解释频率信息的电路元件(未示出)。模块66内的所有ASIC都可以将频率信息传送给构成频率总线230的4根线中的一根。使用所述频率总线230，就能使模块66接收和发送配置成单端或差动的频率信号。如RS-422那样的串行电气标准对差动串行信息作了规定。ASIC可以在引脚节点形成一个电流源，该电流源是连接各种エ业控制设备的标准方法。ASIC可以产生在标准4-20mA和0-20mA范围内改变的信号。这个电流源装置由微处理器82实现，微处理器82使数模变换器226产生ー个电压传送给可选增益电压缓冲器或电流驱动器231，再通过可选源电阻227，所述可选源电阻227由微处理器82设置为具有适当阻值，以获得所希望的输出电流。电流由可选增益电压缓冲器或电流驱动器231用通过模拟开关229使用路径A的反馈进行调整。ASIC可以测量由各种エ业控制设备产生的出现在引脚节点上的电流信号。ASIC可以测量在标准4-20mA和0-20mA范围内改变的信号。这个电流测量装置由微处理器82实现，微处理器82使可选增益电压缓冲器231在它的输出端产生ー个适当的电压，诸如零伏。同吋，微处理器82使可选源电阻228对来自工业控制的电流和它的输出电流的路径呈现ー个阻抗。所述电流通过引脚208进入ASIC 198。已知阻抗ー侧上所施加的电压将使来自外部设备的未知电流在引脚208上产生ー个电压，这个电压就通过小电流开关222由模数变换器216測量。微处理器82应用欧姆定律就可解出エ业控制设备所产生的未知电流。本发明的其他改进包括模块200能对接到模块200上的设备执行独立控制。例如，如果将热电偶或其他温度传感器与加热器一起接到模块200上，于是微处理器82就可以读温度传感器，以可以达到所希望的温度的方式激活加热器。所述加热器通常使用放大器(例如继电器)将模块200的低电平输出变换成能驱动加热器的高功率输出。模块200因此可以执行闭环控制。在这种情况下，所述热电偶要接到两个配置成输入端的相邻的引脚208上，而所述加热器要接到两个配置成输出端的引脚208上。在工作中，微处理器82将如上所述测量温度传感器的电压。微处理器82用已知的控制算法将所希望的温度应用于所测得的温度，再用所采取的方法得出驱动信号。然后，微处理器用连续可变的模拟信号或者用脉冲宽度控制(PWM)的通/断信号激活加热器。这样就实现了对接到模块200上的设备的独立控制。ASIC 198包括如上面结合接口装置97所说明的功能。例如，ASIC 198具有含有数模变换器226的互连装置，其中引导装置可编程成引导接收来自微处理器82的数字信号和使这信号由数模变换器226变换成模拟信号，并将这模拟信号的拷贝加到引脚208上。ASIC 198还可以包括含有模数变换器216的互连装置，其中引导装置可编程成检测第一连接装置的任何所选触点上的模拟信号和使模数变换器216将这信号变换成数字信号，并将这数字信号的拷贝输出给微处理器82。 ASIC 198还可以包括称为电源选择器227的引导装置，通过大电流开关222b接到引脚208上。所述引导装置可编程成使一个电源电压接到第一连接装置的第一所选连接器引脚节点上，并使电源回线接到第一连接装置第二所选引脚上。虽然以上示出和说明了本发明的具体实施例，但对于该技术领域的专业人员来说可以在不背离本发明的精神的情况下进行各种变 更和修改是显而易见的，因此所附权利要求书要包括这些在本发明的精神和范围内的变更和修改。
权利要求
1.ー种可配置的连接器化的包括模块的系统，该模块包括 (a)包括用于在所述模块与设备(70，96)之间连接电缆(68)的连接器(114，202)的设备通信连接器装置；以及 (b)响应来自控制装置(72)的输入信号的接口装置(97，204)，用来使所述模块将多个信号中的任何ー个信号加到所述连接器(114，202)的多个连接器引脚中的任何一个引脚上，其中所述接口装置(97，204)包括至少ー个给所述连接器引脚中的ー个或多个特定引脚提供可选互连装置的ASIC (198);其中每个ASIC (198)具有多个互连装置，每个互连装置由微处理器(82)选择用于向与其相关联的连接器引脚提供特定接ロ。
2.如在权利要求I中所述的系统，其中所述模块还包括第二连接器(76)，用来在所述模块与所述控制装置(72)之间连接电缆。
3.如在权利要求I或2中所述的系统，其中所述控制装置(72)被包括在所述模块内。
4.如在权利要求I，2或3中所述的系统，其中所述模块还包括内部信号源，而所述接ロ装置(97，204)可编程成将来自所述内部信号源的信号接到连接器引脚上。
5.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述ASIC(198)包括 (a)将操作功率接到第一所选连接器引脚上的第一可选互连装置； (b)将数字信号接到第二所选连接器引脚上的第二可选互连装置；以及 (C)将电源回线接到第三所选连接器引脚上的第三可选互连装置。
6.如在权利要求I中所述的系统，其中所述每个ASIC(198)包括交叉点开关(210)，其允许所述连接器(114，202)的两个连接器引脚连接到所述ASIC (198)的公共电路元件(212)。
7.如在权利要求6中所述的系统，其中所述两个连接器引脚是相邻的引脚。
8.如在权利要求6和7中所述的系统，其中所述电路元件是差动放大器。
9.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述ASIC(198)包括 (a)具有数模变换器(226)的至少ー个互连装置，或者 (b)具有模数变换器(216)的互连装置。
10.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述接口装置(97，204) a)可编程成引导所述模块将第一信号输出给所述控制器，其中所述第一信号从ー个设备传送被输入所述模块的信号的数据内容到所述连接器引脚中的一个所选引脚；和/或 b)可编程成使电源电压接到所述连接装置的第一所选连接器引脚上，并使电源回线接到所述连接装置的第二所选连接器弓I脚上。
11.如在权利要求I到9中任一项所述的系统，其中所述接口装置(97，204)可编程成使电源电压接到所述连接装置的第一所选连接器引脚上，并使电源回线接到所述连接装置的第二所选连接器引脚上，并且其中所述模块包括用于提供所述电源电压的电源(84)。
12.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中每个ASIC(198)包括 a)含有数模变换器(226)的互连装置，以及其中，所述接口装置(97，204)可编程成引导接收来自所述控制器的数字信号和使所述信号由所述数模变换器变换成模拟信号，并将所述模拟信号的拷贝加到所述连接器引脚中的一个所选引脚上；或者 b)含有模数变换器的互连装置，以及其中，所述接口装置(97，204)可编程成检测所述第一连接装置的任何所选触点上的模拟信号和使所述模数变换器将所述信号变换成数字信号，并将所述数字信号的拷贝输出给所述控制器。
13.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述模块包括微处理器(82)。
14.如前述权利要求中任一项所述的系统，其中这样的所述ASIC(198)包括多个用于传输相应多个信号类型的互连装置。
15.如在权利要求14中所述的系统，其中信号类型包括频率信息。
16.如在权利要求15中所述的系统，其中所述频率信息 a)表示串行通信； b)是来自伺服马达的反馈信息；或者 c)是来自传感器的反馈信息。
17.如在权利要求16中所述的系统，其中所述传感器是流量控制器。
18.如前述权利要求中任一项所述的系统，还包括具有由控制器控制的联锁系统的设备，所述控制器向所述模块提供对所述联锁系统发送和接收信号的指示。
19.如在权利要求18中所述的系统，其中所述联锁系统包括至少ー个联锁模块和至少一个通过相应的所述设备通信连接器与所述模块互连的传感器。
20.如前述权利要求中任一项所述的系统，每个ASIC包括以下至少ー个 a)用于监视可能由于短路或者其他潜在的有害状况毁坏所述每个ASIC的电流剧变的误用检测电路(218)，以及响应于所述误用检测电路断开所述每个ASIC的输出引脚(208)的电流开关； b)用于连接电源到输出引脚(208)的电路装置以及能够测量来自热电偶的低电压信号的电路装置； c)模拟测量电路和用于路由频率信号的电路；或者 d)用于差动电压测量的电路装置。
全文摘要
一种用于程序控制向/从电缆导线输入/输出信号的系统。一种输入/输出模块用来执行来自控制器的向设备发送信号和接收来自设备的信号的指示。输入/输出模块包括与控制器通信和接受控制器编程的微处理器。输入/输出模块还包括一些各具有若干引脚的设备通信连接器，每个引脚与接至设备的一根电缆导线互连。输入/输出模块具有每个引脚一个的ASIC，用来提供与相应引脚的受控接口。每个ASIC具有一些可由微处理器选择的互连装置，用来提供与由ASIC服务的引脚的特定接口。
文档编号G05B19/042GK102645903SQ20121000721
公开日2012年8月22日 申请日期2006年12月5日 优先权日2005年12月6日
发明者L·布拉斯菲尔德, P·萨古伊斯 申请人:伯克利程序控制公司