CN1882925B - 具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统 - Google Patents

具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统 Download PDF

Info

Publication number
CN1882925B
CN1882925B CN2004800336464A CN200480033646A CN1882925B CN 1882925 B CN1882925 B CN 1882925B CN 2004800336464 A CN2004800336464 A CN 2004800336464A CN 200480033646 A CN200480033646 A CN 200480033646A CN 1882925 B CN1882925 B CN 1882925B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wireless
input
output system
wireless device
secondary wireless
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN2004800336464A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1882925A (zh
Inventor
G·M·希奇纳
R·J·克雷特斯奇曼
J·R·英格达尔
R·派
庄建国
贾青
D·D·勃兰特
Original Assignee
Rockwell Automation Technologies Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=34619524&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=CN1882925(B) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Rockwell Automation Technologies Inc filed Critical Rockwell Automation Technologies Inc
Publication of CN1882925A publication Critical patent/CN1882925A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1882925B publication Critical patent/CN1882925B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F13/00—Interconnection of, or transfer of information or other signals between, memories, input/output devices or central processing units
    • G06F13/38—Information transfer, e.g. on bus
    • G06F13/40—Bus structure
    • G06F13/4063—Device-to-bus coupling
    • G06F13/409—Mechanical coupling
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W88/00—Devices specially adapted for wireless communication networks, e.g. terminals, base stations or access point devices
    • H04W88/02—Terminal devices
    • H04W88/04—Terminal devices adapted for relaying to or from another terminal or user
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/10—Small scale networks; Flat hierarchical networks

Abstract

一种分布式模块化输入/输出系统包括：主无线设备，适合于被有效地连接至相关联的工业控制器。副无线设备在物理上与所述主无线设备不相连接。所述副无线设备通过主无线底板链接与所述主无线设备有效地连接。至少一个输入/输出模块与所述副无线设备有效连接。相关领域设备能与所述至少一个用于通过第二副无线设备、主无线底板链接和主无线设备与相关联的工业控制器通信的输入/输出模块连接。通常，多个副无线设备在物理上与主无线设备断开且各包括一个或多个与其可操作地连接的输入/输出模块。各副无线设备通过相应多个主无线底板链接与主无线设备有效连接。

Description

具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统
                     相关申请的交叉引用
本申请要求于2003年11月17日递交的申请为60/520,849的美国临时申请的优先权，并参照引用此申请将该临时申请60/520,849包括在此。
                            背景
工业自动化控制系统包括工业控制器，它是用于控制工业过程和按实时制造设备的专用计算机。在所存储的程序的指示下，工业控制器检查一组反映受控过程的状态的输入并改变一组控制工业过程的输出。这些输入和输出可以是二进制或模拟的。通常，模拟信号被转换成用于处理的二进制数。
工业控制器与传统计算机的不同之处在于它们的硬件配置在各应用中变化很大，反映了它们的使用范围广。此可变性可以通过在具有可根据受控过程而容纳不同数量的输入和输出点的可拆卸输入和输出(I/O)模块的模块化基础上构成工业控制器来适应。将I/O模块直接连接到可在空间上分离的相邻的或不同的机器的需求导致取不同形式的分布式I/O系统的开发。在一个例子中，单个离散的或“块”I/O模块被定位在所期望之处。块I/O模块通常包含数字或模拟I/O电路或两者的组合，内置式电源和用于与工业控制器通信的内置式网络适配器。在另一个例子中，分布式I/O装置在下列意义上是模块化的：单个网络适配器模块在远离工业控制器的点处与数据网络连接，并按需要通过该单个网络适配器模块将一个或多个I/O模块连接至用于与工业控制器通信的网络适配器模块。
在这些模块化分布式I/O产品中，单个I/O模块通过底板与网络适配器模块通信。在某些情况下，预先构成底板，以具有各适用于接收一I/O模块的有限数量的槽，且I/O模块(或无功能的填充模块)被插入该底板的槽中。在其它情况下，底板没有预定结构并且通过将I/O模块相互直接或用电缆互连来构造。
在两种情况下，发现用于分布式I/O应用的现有模块化产品有时对特定安装是欠佳的。当分布式I/O系统具有可用于接收I/O模块的有限数量的槽时，槽的数量有时可能不足。随着和在I/O模块被互连时构成底板的情况下，I/O系统的物理尺寸能变成所不希望的大并可能超过受控的机器和/或机壳上可用于安装的空间。
在某些情况下，电缆被用于将底板从第一安装位置扩展至第二安装位置，例如，从第一固定长度底板扩展至第二底板，或第一机壳扩展至第二机壳，以允许各种I/O模块通过单个网络适配器与工业控制器通信。虽然此底板扩展技术常常是有效的，但它确实有许多缺点，包括：电缆和电缆-底板接口的较高的成本、有限的距离(约1米)、电信号的退化、电线拥挤、电缆-底板连接处环境污染的可能性。同样，在某些情况下，由于移动机器部件或其它不良条件而不能使用电缆。
按照上述论点和其它，发现在工业自动化控制系统中需要用于分布式模块化输入/输出系统的无线底板扩展器。
                           发明内容
根据本发明，分布式模块化输入/输出系统包括适用于被有效地连接至相关联的工业控制器的主无线设备。副无线设备从主无线设备物理地断开连接。副无线设备通过主无线底板链接与主无线设备有效地连接。至少一个输入/输出模块与副无线设备有效连接。一个相关领域设备能通过副无线设备、主无线底板链接和主无线设备连接至用于与相关联的工业控制器通信的至少一个输入/输出模块。
                         附图简要说明
本发明包括组件和组件的设置、和/或各种步骤和步骤的设置，其较佳实施例包括在说明书中并在形成说明书的一部分的附图中示出，其中：
图1(现有技术)是具有在底板上与一个或多个可拆卸的I/O模块通信的网络适配器(适配器)的分布式模块I/O系统的简化的剖视立体图；
图2(现有技术)是示出适配器通过底板数据导线和槽地址信号与I/O模块的适配器互连的图1的分布式I/O系统的方框图；
图3(现有技术)是示出作为从工业过程接收输入并将输出发送至工业过程的整个工业自动化控制系统的一部分的图1的分布式模块I/O系统的简化的图解；
图4(现有技术)包括按照本发明形成的具有传统底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的工业自动化控制系统的示意图；
图5为包括按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的工业自动化控制系统的示意图；
图5A图解地示出图5的分布式模块输入/输出系统的主无线模块和副无线模块；
图6示意地示出包括按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的第二实施例的工业自动化控制系统；
图6A示出按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的另一实施例；
图7示出按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的示例混合环境应用；
图8图示出主无线设备与各种副无线设备通信的示例方法；
图9A和9B分别示出主无线和副无线设备M和S1-S6的例子。
                         详细说明
参见图1，用工业控制器使用的示例I/O系统10包括提供到工业网络16的连接14的网络适配器模块12。数据网络16可以是任何一种工业控制或I/O网络，包括但不限于控制网(CONTROLNET)、设备网(DEVICENET)、以太网/IP、RIO、ASi、PROFIBUS、PROFInet、Foundation Fieldbus等，如在工业自动化网络的领域中所熟知的。适配器模块12在网络16上与工业控制器通信以从工业控制器接收输出数据或向工业控制器提供输入数据，以按照控制程序处理。网络16可以是有线的或无线的。
适配器模块12与底板电路18(通常简称为“底板”)通信以将其连接至一个或多个I/O模块20。I/O模块20通过I/O线(例如，电缆、光缆等)24与受控过程26(可以是机器或其它设备或过程)或几个受控制过程或其部分连接。如在本领域理解的，I/O模块20将在底板18上从适配器模块12接收到的数字数据转换成适于输入到工业过程26的形式的输出信号(数字或模拟)。I/O模块20通常还从工业过程26接收数字或模拟信号并将其转换成适于在底板上传送到适配器模块12，然后传送至工业控制器的数字数据。
I/O系统10的模块性是通过各I/O模块20上的连接器28提供的，连接器28与从底板18扩展的多个连接器30相匹配。各连接器30与提供用于另外紧固I/O模块20的“槽”相关联。如在其它更模块化的设置中所示，I/O模块20相互互连以按“随意安装”的方式形成底板18，其中底板18通过模块20本身。
在所示的并行总线实施例中，连接器30接收其上能读取和写入数据并行数据总线导线32和使之能一次指示槽，进而指示数据总线导线32的数据所预期的或请求数据的特定I/O模块20的槽地址信号34。数据总线导线32还包括控制线，该控制线包括指示根据本领域熟知的技术的数据传输的定时的时钟和读/写线。在未示出的另选的串行总线实施例中，槽地址信号被附加至在串行数据总线连接器上发送的数据块上或隐含在被发送的数据块的定序或定时中。
参见图2，适配器模块12包括与连接器14通信的网络接口35，以解码和编码与网络16交换的数据。网络接口35依次与将网络接口35连接至处理器38和存储器40的内部总线36通信。存储器40包括缓冲器42(分成输入和输出部分)和操作程序44，该程序允许处理器38按照本发明的下述方法对在内部总线36上传送的数据进行操作。适配器模块12还包括电源PS，或外部电源能向模块供电。
内部总线36还与底板数据接口46和底板地址解码器48连接。I/O模块20a-20c(通常由图1中的20指示)，在与底板18连接时，分别通过底板接口50a-50c与数据总线导线32和槽地址信号34通信。通常，各I/O模块20a-20c包括I/O电路C：(i)通过I/O线24与受控过程26连接；(ii)将在底板18上从适配器模块12接收到的数字数据转换成适于连接到工业过程26的形式的输出信号(数字或模拟)；和/或，(iii)从工业过程26接收数字或模拟信号并将其转换成适于在底板上传送至适配器模块12的数字数据。
更具体来说，在各I/O模块20a-20c中，底板接口50a-50c(各元件表示成a-c以反映特定I/O模块)依次与内部总线52a-52c通信，而内部总线52a-52c又与内部处理器54a-54c和存储器56a-56c通信，后者包括缓冲器部分58a-58c和操作程序60a-60c。内部总线52a-52c还与向受控过程提供接口所需的电平移动、转换和滤波的I/O电路62a-62c通信。各个I/O模块20的处理器54a-54c和存储器56a-56c能用状态机来代替。
图3示出作为用于控制工业过程26的工业自动化控制系统的一部分的图1和2的传统模块化I/O系统10(包括适配器模块12和5个I/O模块20，即20a-20e)。更具体来说，工业控制器IC包括与数据网络16相连的扫描器S。如本领域通常已知的，扫描器S在与网络16连接的设备和工业控制器IC的PLC之间提供接口。模块化I/O系统10通过网络适配器12与网络16连接并远离控制器IC(如图所示模块化I/O系统10在过程26上或与其相邻，例如直接被安装至受控机器)。如上所述，模块化I/O系统10包括通过底板18与适配器12通信的多个I/O模块20a-20e。模块20a-20e的I/O电路C(图2)通过诸如电缆之类的I/O线24分别与受控过程26的输入或输出相关领域(field)设备连接。I/O电路C将通过网络适配器12从控制器IC接收到的数字数据转换成输出信号(数字或模拟)，用于通过线24和与其连接的相关领域设备(例如，阀门、马达、驱动器、视频显示器、音频设备等)输入到工业过程26。同样，I/O电路C通过线24和相关领域设备(例如，传感器、开关、检测器、定时器等)从工业过程26接收数字或模拟信号并将其转换成适于通过网络适配器12输入到控制器IC的数字数据。
如上简述，在某些情况中，电缆已被用于将底板18从第一安装位置扩展到第二安装位置，以允许各种I/O模块20与同一网络适配器12通信。图4示出这样的设置，其中传统的模块化I/O系统10被分成安装到机器26的第一部分26A(或，另选地，第一机壳或其它位置中)的第一部分10A和安装到机器26的第二部分26B(或，另选地，第二机壳或其它位置中)的第二部分10B。系统的第一部分10A包括适配器模块12和通过第一底板部分18A与适配器模块12通信的I/O模块20a、20b。系统的第二部分10B包括被连接到第二底板部分10B的和/或相结合形成第二底板部分18B的I/O模块20c、20d、20e。电缆18E在I/O模块20b、20c之间延伸，并将底板部分18A、18B电互连，用于在其间传送数据。然而，如上所述，诸如电缆18E之类的底板延伸电缆具有几个所不期望的特征，例如，较高的成本、受限制的距离(约1米)、电信号的衰减、电线拥挤、电缆-底板连接点处的环境污染和与移动机器零件或其它环境因素干扰的可能性。
图5示出按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统。除非另外示出和/或说明，模块化输入/输出系统100与上述系统10相同，同样，用比图1-4中使用的大100的标号来标识相同的元件。模块化输入/输出系统形成用于控制具有第一和第二部分26A、26B(过程26A和26B不必相关)的工业过程26的工业自动化控制网络的一部分。更具体来说，工业自动化控制网络包括其中包括与数据网络16连接的扫描器S的工业控制器IC。模块化输入/输出系统100通过网络适配器112与数据网络16连接并通信，并远离控制器IC。模块化输入/输出系统100包括通过网络适配器112与工业控制器IC通信的多个I/O模块120a-120e。各模块120a-120e的I/O电路通过诸如电缆之类的I/O线与受控过程26的输入或输出设备连接，并且：(i)将通过网络适配器112从控制器IC接收到的数字数据转换成输出信号(数字或模拟)，用于通过线24输入到工业过程26；以及，(ii)通过线24从工业过程26接收数字或模拟信号并将其转换成适于通过网络适配器112输入到控制器IC的数字数据。
继续参见图5，模块化输入/输出系统100包括被安装到机器26的第一部分26A的第一部分100A和被安装到机器26的第二部分26B的第二部分100B。模块化输入/输出系统100的第一部分100A包括适配器模块112和通过由模块112、120a、120b预定义或定义的第一(主)底板部分118A与适配器模块112通信的I/O模块120a、120b。模块化输入/输出系统100的第二部分100B包括被连接到和/或相结合形成第二(副)底板部分118B的I/O模块120c、120d、120e。模块化输入/输出系统100还包括由无线主设备170m(又称为主要无线设备170m)和无线副设备170s(以称为辅助无线设备170s)定义的无线底板扩展器170。无线主设备170m形成模块化输入/输出系统100的第一部分100A并有效连接至或部分定义用于其间的数据和电力通信的第一底板部分118A。无线副设备170s形成模块化输入/输出系统100的第二部分100B的一部分并与第二底板部分118B有效连接或部分定义第二底板部分118B用于其间的数据和电力连接。系统100的第一部分100A通过将适配器模块112(如图所示)和/或一个或多个I/O模块120a、120b和/或无线主设备170m与电源Pm连接来接收电力。系统100的第二部分100B通过将无线副设备170s(如图所示)和/或一个或多个I/O模块120c、120d、120e与电源Ps连接来接收电力。应承认为了在扫描器S和网络适配器112之间去除图5中所示的网络适配器112和网络连接16、14，无线主设备170m能形成扫描器S的一部分。在这样一个例子中，工业控制网络可以是诸如艾伦-布拉德利控制逻辑平台之类的工业控制平台(ICP)且无线主设备170m与控制逻辑底板直接连接。
无线主设备170m和无线副设备170s适于在其间建立形成用于第一和第二底板部分118A、118B之间的无缝双向数据传输的数据通信路径的无线底板链接118W。在该较佳实施例中，无线底板链接118W包括无线主和副设备170m、170s之间的射频(RF)连接，这样，这些设备被显示成包括发送和接收RF信号的各个天线172m、172s。
无线底板链接118W能根据任何合适的RF信号协议建立，但最好是根据基于IEEE802.11的协议，例如802.11b或另一类，例如蓝牙、超宽带(UWB)、跳频扩展频谱(FHSS)、直接排序扩展频谱(DSSS)、正交频分多路复用(OFDM)。本发明不旨在限制于特定的无线协议并且能使用其它协议而不偏离本发明的整个范围和主旨。无线底板链接118W也不限于RF信号；也可以采用其它合适的手段，例如红外线和其它光线波长、超声波链接等而不偏离本发明的整个范围和主旨。另外，无线设备170m、170s之间的主-副关系能变为对等关系而不偏离本发明。在这样的情况下，无线设备170m或170s能在无线底板链接118W上启动相互通信，且本文使用的术语“主”和“副”没有将本发明限制于只有主设备170m才能启动无线底板链接118W上的通信的主-副设置(有时又称为“主-从”关系)。
不论无线底板链接118W用于主和副设备170m、170s之间的底板数据的无线通信的协议是什么，在有线底板部分118A、118B上实施的数据传输协议也通过封装在无线底板链接118W上实施，使得无线链接是完全透明的。如图5A中所示，有线底板部分118A、118B按照任何合适的已知协议(例如，DeviceNet、ControlNet。POINTBus等)用于传输数据。无线主设备170m和无线副设备170s包括各自的用于封装从有线底板部分118A、118W接收的数据和解封装要发送至有线底板部分118A、118W的数据的封装/解封装模块174m、174s。以此方式，无线底板链接118W和底板扩展器电缆(如图4的118E所示)一样地工作。
在工业自动化环境中，例如图5中所示的网络，无线底板链接118W被建立并维持在最佳信号长度很重要。所以，无线主设备170m和各无线副设备170s包括各自的无线信号链接质量指示器176m、176s(图5A)，该指示器提供用于建立无线底板链接118W的RF或其它无线信号的质量的可视标记。在所示实施例中，指示器176m、176s各包括多个LED或其它指示灯178，178允许观察者判定在由主或副无线设备170m、170s接收到的RF信号是否具有足够的强度在用于所有I/O模块120a-120e与适配器模块112进而工业控制器IC的有效互连的无线底板链接118W上发送和接收底板数据。
图5只示出根据本发明形成的分布式模块化I/O系统100的一个实施例。更通俗地说，按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统包括至少一个适用于通过有线/无线连接14、16连到工业控制器IC的有效连接的网络适配器模块112、通过主底板部分118A与网络适配器模块112(单独或与一个或多个I/O模块120a-120e一起)电连接的无线主设备170m、一个或多个通过无线底板链接118W与无线主设备170m有效连接的无线副设备170s、和至少一个通过副底板部分118B与各副无线模块170s电或其它有效连接的I/O模块120a-120e。由此可见，系统100的主要优点在于可以在网络适配器12和终端I/O模块(例如图3中的模块20e)之间任何期望的点处中断并用无线链接118W取代传统的模块化分布式输入/输出系统10的底板18。
图6示出包括按照本发明形成的具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统的另选设置的一个例子，它用于将数据输入到工业机器/过程26A、26B、26C(可以是相同或不同的机器/过程并被总称为工业过程26)或从26A、26B、26C输出数据作为包括与数据网络16连接的工业控制器IC和扫描器S的工业控制网络的一部分。模块化I/O系统100包括：通过有线和/或无线网络连接14、16与工业控制器IC和扫描器S有效连接的网络适配器112(网络适配器虽显示成远离控制器IC，但也可与控制器IC相邻，与控制器IC集成和/或直接与控制器IC连接)。模块化I/O系统100还包括多个通过网络适配器112与工业控制器IC通信的I/O模块120a-120f。各I/O模块120a-120f的I/O电路通过诸如电缆之类的I/O线24A、24B、24C与受控过程26的输入或输出设备连接并且：(i)将通过网络适配器112从控制器IC接收到的数字数据转换成用于通过线24输入到工业过程26的输出信号(数字的或模拟的)；且(ii)通过线24从工业过程26接收数字或模拟信号并将其转换成适于通过网络适配器112输入到控制器IC的数字数据。
继续参见图6，模块化I/O系统100包括主部分100M和多个分别安装到/邻接过程26A、26B、26C的副部分100A、100B、100C。在图示的实施例中，主部分100M只包括适配器模块112和与适配器模块112有效连接的无线主设备170m，该设备用于通过主底板118M传输数据和/或电力。另选地，主部分100M还可包括物理上通常位于网络适配器模块112和主无线模块170m之间的一个或多个I/O模块120a-120f。主部分100M也与电源Pm连接。
系统100的副部分100A包括I/O模块120a、120b、120c和无线副设备170s1，它们都有效互连，用于通过副底板118A传输数据和/或电力。I/O模块120a、120b、120c通过I/O线24A向过程26A提供输入数据到过程26A和/或从过程26A接收输出数据。副部分100A与电源Pa连接。
系统100的副部分100B包括单个I/O模块120d和无线副设备170s2，相互有效互连用于通过副底板118B传输数据和/或电力。I/O模块120d通过I/O线24B向过程2B提供输入数据和/或从过程26B接收输出数据。副部分100B与电源Pb连接。
系统100的副部分100C包括I/O模块120e、120f和无线副设备170s3，它们均相互有效互连用于通过副底板118C传输数据和/或电力。I/O模块120e、120f通过I/O线24C向过程26C提供输入数据和/或从过程26C接收输出数据。副部分100C与电源Pc连接。
模块化I/O系统100还包括由无线主设备170m(又称为主无线设备170m)和所有无线副设备170s1、170s2、170s3(又称为副无线设备170s1、170s2、170s3)定义的无线底板扩展器170。无线主设备170m和无线副设备170s1、170s2、170s3适用于在其间建立各无线底板链接118W1、118W2、118W3，这些链接定义用于主底板部分118M和各副底板部分118A、118B、118C之间的底板数据的无缝双向传输的无绳数据通信路径。这里，又如上所述，无线底板链接118W1、118W2、118W3最好包括无线主设备170m和无线副设备170s1、170s2、170s3之间使用发送和接收RF信号的天线172m、172s1、172s2、172s3的射频(RF)连接。无线底板链接118W1、118W2、118W3可按照任何合适的RF信号协议来建立，但最好按照基于IEEE 802.11的协议(例如802.11b)或另一些，例如蓝牙、超宽带(UWB)、跳频扩展频谱(FHSS)、直接排序扩展频谱(DSSS)、正交频分多路复用(OFDM)来实现。本发明不旨在限于特定的无线协议，也可以使用其它协议而不偏离本发明整个范围和主旨。通常，在RF信号的情况中，无线底板链接118W1、118W2、118W3是通过源自或由已知用于共享部分RF谱一部分的方法和系统定义的多个通信路径建立的，包括但不限于例如，频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)、空间划分多址存取(SDMA)和包括跳频扩展频谱(FHSS)、直接排序扩展频谱(DSSS)在内的扩展频谱技术，以及它们的组合。无线底板链接118W1、118W2、118W3不旨在限于RF信号；可以利用其它合适的手段(例如红外线和其它光线波长、超声波链接等)而不偏离本发明的整个范围和主旨。
可以将图6的系统100修改为图6A中的100’，其中无线主设备170m和第一无线副设备170s1通过RF或其它无线通信手段在其间建立第一无线底板链接118W1。无线主设备170m和第二无线副设备170s2在其间建立第二RF无线底板链接118W2。无线主设备170m和第三无线副设备170s3在其间建立第三RF无线底板链接118W3。为了建立更安全或防故障的通信，则建立备用通信路径。例如，无线主设备170m和第三无线副设备170s3在其间建立第四RF无线底板链接118R4。然后，无线副设备170s3和无线副设备170s1在其间建立第五RF无线底板链接118R5。此组合118R4+118R5提供链接118W1的备用路径。同样建立诸如副模块170s2和170s3之间的118R6和在副模块170s1、170s2之间的无线链接118R7之类的副-副无线链接，以提供代替无线主设备170m和特定副设备170s1、170s2、170s3之间的直接通信路径的备选的通信路径。预计作为默认条件，除了主无线链接118W1、118W2、118W3之外使用这些冗余的无线链接118R4、118R5、118R6、118R7来使通信失败的可能性最小化。作为选择，只有在检测到与主无线链接118W1、118W2、118W3有关的超时或其它故障时才使用冗余的无线链接118R4、118R5、118R6、118R7。还预期冗余的无线链接118R4、118R5、118R6、118R7是与主无线链接118W1、118W2、118W3不同类型的(例如不同的RF协议、不同的RF频率、非RF等)，以使主和冗余无线链接上同时通信失败的可能性最小化。以上提供了简单的无线底板链接冗余的示例实施例。可以通过这些感受的合适应用来提供多个等级的冗余。
如结合图5所述，无线设备170m、170s1、170s2、170s3之间的关系可以是主从或对等关系。此这种情况下，任何无线设备170m、170s1、170s2、170s3都能在各自的主无线底板链接118W1、118W2、118W3上启动与另一个的通信，且这里使用的术语“主”和“副”不旨在将本发明限制于主-副或“主-从”关系，其中只有主无线设备170m才能在无线底板链接118W1、118W2、118W3启动与副无线设备170s1、170s2、170s3的通信。
图7示出简化了形式的系统100的高度期望的应用。在所示例子中，系统100包括通过如上所述的有线和/或无线网络连接14，16与工业控制器IC和扫描器S有效连接的网络适配器112。通常，系统100包括无线主设备M和多个无线副工作设备S1-S6，其中各无线副工作设备包括必须通过无线主设备的网络适配器112与工业控制器IC通信的一个或多个I/O模块和/或领域设备。如所示的，副工作设备S1包括位于机壳C1中的IP-20模块化I/O设备；副工作设备S2只是一个安装于机器的传感器领域设备；副工作设备S3是NEMA 4X(IP-65)模块化I/O设备；副工作设备S4包括一个马达或其它驱动器领域设备；副工作设备S5由安装于机器的IP-67兼容块(非模块化)I/O设备定义或位于恶劣的环境中；副工作设备S6是位于暴露环境中的本征安全的模块化I/O。如上所述，无线主设备M包括无线主设备170m而工作设备包括各自的无线副无线设备170s1-170s6。
可见副工作设备S1-S6属于混合的类型并位于混合的环境中，在该环境中有线连接可能是所不期望或不可行的。这样，系统100为模块化输入/输出系统提供无线底板扩展器(其中所有的工作设备都能与无线主设备M的主底板118M通信)用于通过各自的无线链接118W1-118W6和有效地通过上述结合图6A所述的冗余无线链接与工业控制器IC通信。
在某些环境或应用中，在某一确定时间确保各副工作设备与工业控制器的通信链接很重要。现参见图8，可见分别在无线主设备M和副工作设备S1-S6之间建立的无线链接118W1-118W6由无线主设备根据预定时隙T1-T6启动。这样的系统从而要求唯一地标识各副工作设备S1-S6。在一个较佳实施例中，无线主模块M和各副无线模块S1-S6包括用户可选择的配置设备，例如：双列直插式开关、跨接线和/或其它用于建立主设备和用于存储各副设备的唯一标识符的其它可配置装置(例如可编程存储器)。除了在时隙T1-T6中传送的时敏或“实时”数据外，预期在时间和/或容量方面时隙T1-T6将超过所要求的带宽并且此过剩带宽被用于发送时敏的数据，例如性能数据、监控数据、记录数据等。在另选的实施例中，例如当实施扩展频谱无线协议时，根据时间和/或频分/跳频方案(其中无线链接118W1-118W6专用于特定频率或在选择的时隙中被分配了一个特定频率以减少不同频率的数量和使用的时隙)建立无线链接118W1-118W6并分配给无线主设备M和副工作设备S1-S6使用。通过示例，在两个时隙T1和T2期间可以分配频率F1、F2、F3以按照：118W1＝F1T1，118W2＝F2T1，118W3＝F3T1，118W4＝F1T2，118W5＝F2T2和118W6＝F3T2来建立6个示例无线链接。
图9A和9B分别示出主无线和副无线设备M和S1-S6的例子。其中，外壳的一部分被断开以显示：无线主设备M包括用户可选择的配置设备，例如用于由用户配置成主设备的双列直插式开关D，并且还包括向用户提供模块已被配置成主设备的视觉反馈的视觉显示V，例如符号“M”等。类似地，如图9B中所示，其中外壳的一部分被断开，无线副模块S1-S6包括用户可选择的配置设备，例如用于配置成副S1-S6中特定的一个的双列直插式开关D，并且还包括向用户提供此结果的视觉反馈的视觉显示V，例如符号“S2”等。
无线主设备M包括与主底板118M连接或直接与网络适配器112连接的电连接器MC。主底板可以被集成到无线主设备M或者可以是一个或多个其它设备的一部分。无线副模块S1-S6包括用于沿一个或多个I/O模块120a-120f与副底板118S连接的电连接器SC和或诸如传感器、马达之类的必须通过无线主设备M与工业控制器IC通信的其它领域设备。
如图9A和9B中所示，主设备M和副模块S1-S6还可包括接口I，它可以是电缆接口(例如USB，RS-232)或无线接口(IR，RF)，通过接口这些设备能与诸如台上电脑、膝上电脑、手提电脑或包括视频显示器的其它设备之类的用户接口设备PC(见图7)通信。当用户接口设备PC与无线主设备或副模块M，S1-S6连接时，模块与PC通信，以提供描述由用户在视频显示器上观看的系统100的整个拓朴的数据，包括各种模块M，S1-S6的物理位置、诸如各种无线链接118W1-118W6的类型和质量之类的设备的操作参数、I/O模块120a-102f的类型和数量或与特定无线主设备或副设备M，S1-S6连接的和/或在整个系统100中的其它设备。用户接口设备PC还能用于将无线模块M，S1-S6配置成代替跨接线或双列直插式开关D的选择。当用户接口设备PC直接或通过网络16与无线主设备M或无线副设备S1-S6中任何一个连接时，它可以用于选择和配置监视器和/或与系统的任何其它M，S1-S6相互作用。最好与用户接口设备PC通信的特定设备M，S1-S6通过指示器176m、176s或视觉显示V或声频扬声器K提供视频和/或音频输出信号，以确认其与用户接口设备PC的有效通信。
本领域的普通技术人员可想到一些修改和变型。旨在按字面理解和/或等效物的原理来理解权利要求，以在法律许可的最大范围内包围所有这些修改和变型。

Claims (14)

1.一种分布式模块化输入/输出系统包括：
工业控制器，其被编程为控制工业过程；
网络适配器，其远离所述工业控制器，并通过有线或无线网络连接可操作地连接到所述工业控制器；
主输出/输出部分，包括：(i)第一组一个或更多个输入/输出模块，其通过主底板物理上和电气上彼此连接并且连接到所述网络适配器，用于通过所述网络适配器与所述工业控制器交换输入/输出数据；以及(ii)主无线设备，其通过所述主底板物理上和电气上连接到所述网络适配器和所述第一组一个或更多个输入/输出模块；
至少一个从输入/输出部分，其物理上与所述主输入/输出部分分离和间隔开，并且包括：(i)第二组一个或更多个输入/输出模块，其通过从底板物理上和电气上彼此连接；以及(ii)副无线设备，其通过所述从底板物理上和电气上连接到所述第二组一个或更多个输入/输出模块；
主无线底板链接，其将所述副无线设备与所述主无线设备可操作地连接，其中，所述第二组一个或更多个输入/输出模块通过所述从底板、所述副无线设备、所述主无线底板链接、所述主无线设备、所述主底板和所述网络适配器与所述工业控制器交换输入/输出数据，
所述分布式模块化输入/输出系统包括：
多个分离的所述从输入/输出部分，其中，多个分离的所述从输入/输出部分包括相应的副无线设备，所述相应的副无线设备通过相应的多个独立的主无线底板链接与所述主输入/输出部分中的主无线设备可操作地连接，
所述分布式模块化输入/输出系统还包括多个冗余无线底板链接，所述冗余无线底板链接各包括从第一个所述副无线设备到第二个所述副无线设备或从所述主无线设备到一个所述副无线设备的无线通信链接，其中所述冗余无线底板链接在各副无线设备和所述主无线设备之间建立至少一个可选的无线通信路径，
所述相应的多个从输入/输出部分中的各副无线设备通过使用所述主无线底板链接之一和所述冗余无线底板链接之一与所述主无线设备通信。
2.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述相应的多个从输入/输出部分中的所述多个副无线设备中的每一个被唯一地标识，并且用射频谱的共享部分建立所述多个主无线底板链接。
3.如权利要求2所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述多个主无线底板链接分别由所述相应的多个从输入/输出部分中的所述副无线设备用于将时敏和非时敏数据传送至所述主无线设备。
4.如权利要求2所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述相应的多个从输入/输出部分中的所述多个副无线设备中的每一个包括唯一地标识所述副无线设备中每一个的用户可选择的配置设备。
5.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述从输入/输出部分中至少有一些处于与其它从输入/输出部分不同的物理环境。
6.如权利要求5所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述不同环境包括IP-20、IP-65、IP-67中至少两个，其中IP指性能指标。
7.如权利要求6所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述从输入/输出部分中至少一个是位于暴露环境中的本征安全设备。
8.如权利要求2所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述相应的多个从输入/输出部分中的各副无线设备包括视觉显示，所述视觉显示提供唯一地标识所述副无线设备的唯一标识符的视觉指示。
9.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述副无线设备包括提供主无线底板链接的质量的可视标记的无线链接质量指示器。
10.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述主无线底板链接包括射频信号。
11.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述冗余无线底板链接在通信类型、频率和协议中至少一个方面与所述主无线底板链接不相似。
12.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，还包括可与所述主无线设备或所述副无线设备之一选择性地连接的用户接口设备，所述用户接口设备包括输出包括所述主无线设备和所述多个副无线设备的模块化输入/输出系统的整个拓扑的视觉显示，且在与所述用户接口设备通信时所述主无线设备和所述副无线设备各输出视频或音频信号。
13.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述主无线设备和副无线设备按照主-从关系通过所述主无线底板链接相互通信，其中所述主无线设备启动它本身和所述副无线设备之间的所有通信。
14.如权利要求1所述的分布式模块化输入/输出系统，其特征在于，所述主无线设备和副无线设备按照对等关系通过所述主无线底板链接相互通信，其中两种设备中的任一种均适合于启动与另一个的通信。
CN2004800336464A 2003-11-17 2004-11-16 具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统 Expired - Fee Related CN1882925B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US52084903P 2003-11-17 2003-11-17
US60/520,849 2003-11-17
PCT/US2004/038334 WO2005050894A2 (en) 2003-11-17 2004-11-16 Distributed modular input/output system with wireless backplane extender

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1882925A CN1882925A (zh) 2006-12-20
CN1882925B true CN1882925B (zh) 2012-03-21

Family

ID=34619524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2004800336464A Expired - Fee Related CN1882925B (zh) 2003-11-17 2004-11-16 具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统

Country Status (5)

Country Link
US (1) US7581053B2 (zh)
EP (1) EP1685493B1 (zh)
CN (1) CN1882925B (zh)
SG (1) SG135194A1 (zh)
WO (1) WO2005050894A2 (zh)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004056243A1 (de) * 2004-11-22 2006-05-24 Abb Patent Gmbh Modulares Automatisierungssystem
US7486495B1 (en) * 2005-05-25 2009-02-03 Cameron International Corporation Networked series of sensors having distributed measurement and control for use in a hazardous environment
US7660920B2 (en) * 2005-09-30 2010-02-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Multi-rate optimized connection between industrial control scanner and industrial controller
DE102005054202B3 (de) 2005-11-14 2007-04-19 Siemens Ag Serielles Bussystem, Teilnehmervorrichtung und an die Teilnehmervorrichtung anschließbare Eingabe-/Ausgabekarte
DE102005059800A1 (de) * 2005-12-14 2007-06-21 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines Funknetzwerks sowie Teilnehmergerät für ein derartiges Netzwerk
CN101401371B (zh) * 2006-01-11 2013-07-03 费希尔-罗斯蒙德系统公司 具有无线地址域向现场设备地址域转换的控制系统
US8002701B2 (en) * 2006-03-10 2011-08-23 Angel Medical Systems, Inc. Medical alarm and communication system and methods
US7987305B2 (en) * 2006-05-30 2011-07-26 Schneider Electric USA, Inc. Remote virtual placeholder configuration for distributed input/output modules
US7929474B2 (en) * 2007-06-22 2011-04-19 Vubiq Incorporated System and method for wireless communication in a backplane fabric architecture
US7768457B2 (en) * 2007-06-22 2010-08-03 Vubiq, Inc. Integrated antenna and chip package and method of manufacturing thereof
JP5725866B2 (ja) 2008-02-27 2015-05-27 フィッシャー−ローズマウント システムズ インコーポレイテッド 物理的空間においてワイヤレスメッシュネットワークの設計および組織を視覚化するシステム
WO2010036885A2 (en) 2008-09-25 2010-04-01 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Wireless mesh network with pinch point and low battery alerts
US20110161538A1 (en) * 2009-12-31 2011-06-30 Schneider Electric USA, Inc. Method and System for Implementing Redundant Network Interface Modules in a Distributed I/O System
US10645628B2 (en) 2010-03-04 2020-05-05 Rosemount Inc. Apparatus for interconnecting wireless networks separated by a barrier
US9055687B2 (en) 2010-08-20 2015-06-09 Rockwell Automation Technologies, Inc. Input/output circuits and devices having physically corresponding status indicators
SG180055A1 (en) 2010-10-29 2012-05-30 Rockwell Automation Asia Pacific Business Ctr Pte Ltd Industrial controller interface for plug-in i/o modules
US8737244B2 (en) 2010-11-29 2014-05-27 Rosemount Inc. Wireless sensor network access point and device RF spectrum analysis system and method
US20130005372A1 (en) 2011-06-29 2013-01-03 Rosemount Inc. Integral thermoelectric generator for wireless devices
US9003095B2 (en) * 2012-03-20 2015-04-07 Rockwell Automation Technologies, Inc. Automation control component
DE102014115514B3 (de) 2014-10-24 2016-04-14 Krohne Messtechnik Gmbh Verfahren zum Verbinden eines Feldgeräts mit einer Bedieneinheit sowie Feldgerät
CN104967526A (zh) * 2015-04-07 2015-10-07 安徽康海时代科技有限公司 串口通讯服务器
US11361683B2 (en) 2015-10-01 2022-06-14 Skyline Products, Inc. Modular sign system with a wireless backplane and related methods
US10289572B2 (en) * 2016-10-14 2019-05-14 General Electric Company Industrial control adjacent input-output modules and methods thereof
US10261486B2 (en) 2016-10-20 2019-04-16 Rockwell Automation Technologies, Inc. On machine input/output (I/O) system with modular connections
US9861002B1 (en) 2016-10-20 2018-01-02 Rockwell Automation Technologies, Inc. Single channel I/O in a modular sub-chassis
CN110622360B (zh) 2017-05-02 2023-04-25 阿斯科公司 具有堆叠互连功能部件的模块化电气现场总线系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5963444A (en) * 1996-09-18 1999-10-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control apparatus having remote PLC device and control method for same
US6301514B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-09 Csi Technology, Inc. Method and apparatus for configuring and synchronizing a wireless machine monitoring and communication system
WO2002089369A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Strix Systems, Inc. Method and system for indicating link quality among neighboring wireless base stations
US20030003865A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Defosse Erin M. Method and system for interfacing a machine controller and a wireless network
US20030043052A1 (en) * 1994-10-24 2003-03-06 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Apparatus for providing redundant wireless access to field devices in a distributed control system
US20030050093A1 (en) * 2001-09-07 2003-03-13 Licht Harold Jay Programmable controller with RF wireless interface
US6583982B2 (en) * 2001-06-19 2003-06-24 Xybernaut Corporation Intrinsically safe enclosure and method
US20030171827A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Keyes Marion A. Appendable system and devices for data acquisition, analysis and control

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6437944B2 (en) * 1997-10-20 2002-08-20 Fujitsu Limited Head slider supporting device, disk device and suspension
US6647735B2 (en) * 2000-03-14 2003-11-18 Hussmann Corporation Distributed intelligence control for commercial refrigeration
US6633823B2 (en) * 2000-07-13 2003-10-14 Nxegen, Inc. System and method for monitoring and controlling energy usage
DE10039430A1 (de) * 2000-08-11 2002-02-28 Siemens Ag Anordnung und Verfahren zur Fernabfrage von Daten
US20030105535A1 (en) * 2001-11-05 2003-06-05 Roman Rammler Unit controller with integral full-featured human-machine interface

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030043052A1 (en) * 1994-10-24 2003-03-06 Fisher-Rosemount Systems, Inc. Apparatus for providing redundant wireless access to field devices in a distributed control system
US6301514B1 (en) * 1996-08-23 2001-10-09 Csi Technology, Inc. Method and apparatus for configuring and synchronizing a wireless machine monitoring and communication system
US5963444A (en) * 1996-09-18 1999-10-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Control apparatus having remote PLC device and control method for same
WO2002089369A1 (en) * 2001-05-02 2002-11-07 Strix Systems, Inc. Method and system for indicating link quality among neighboring wireless base stations
US6583982B2 (en) * 2001-06-19 2003-06-24 Xybernaut Corporation Intrinsically safe enclosure and method
US20030003865A1 (en) * 2001-06-29 2003-01-02 Defosse Erin M. Method and system for interfacing a machine controller and a wireless network
US20030050093A1 (en) * 2001-09-07 2003-03-13 Licht Harold Jay Programmable controller with RF wireless interface
US20030171827A1 (en) * 2002-03-06 2003-09-11 Keyes Marion A. Appendable system and devices for data acquisition, analysis and control

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
US 20030003865 A1,说明书第9段，第11段，第23段.

Also Published As

Publication number Publication date
EP1685493B1 (en) 2013-01-02
EP1685493A2 (en) 2006-08-02
US7581053B2 (en) 2009-08-25
US20070112982A1 (en) 2007-05-17
EP1685493A4 (en) 2010-10-20
CN1882925A (zh) 2006-12-20
WO2005050894A2 (en) 2005-06-02
SG135194A1 (en) 2007-09-28
WO2005050894A3 (en) 2005-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1882925B (zh) 具有无线底板扩展器的分布式模块化输入/输出系统
US7028087B2 (en) Network documentation system with electronic modules
CN1679376B (zh) 基于主从的双向射频无线照明控制系统
CN101682547B (zh) 无线hart协议中的高效寻址
US7376734B2 (en) VOIP telephone location system
US7656903B2 (en) System and methods for documenting networks with electronic modules
CN101310232B (zh) 网络单元及使用该网络单元的可编程控制器
CN102365844A (zh) 通信适配器装置
CN102594330A (zh) 具有物理对应的状态指示器的输入/输出电路及装置
CN101728725A (zh) 具有不同水平的冗余的可插式底座
KR101532498B1 (ko) 무선 장치 및 무선 네트워크 시스템
CN103765829B (zh) 网络管理系统
CN107819656B (zh) 一种基于rs422和can总线的fpga远程在线调配装置及方法
CN103376369A (zh) 通讯负载的测试方法及装置
CN1965555A (zh) 插入式模块框架及其模块
CN100433773C (zh) 核实电力线通信单元与电源电路的正确耦接的系统和方法
KR20090007449A (ko) 건물에 라디오 시스템을 설치하는 방법
CN100545773C (zh) 识别信息在通信线路上的无反馈传送
CN103346832B (zh) 一种光纤连接状态的检测方法及装置
EP1317100B1 (en) Fault management in a serial data communication system with parent and child stations using polling
CN219287525U (zh) 一种载波通信测试装置
CN115208778B (zh) 具有诊断通道的IO-Link系统
JP3807064B2 (ja) 携帯情報端末
CN115865133A (zh) 一种载波通信测试装置及测试方法
CN101165739A (zh) 用于局域监测、控制的微功率无线通信装置及应用

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CP01 Change in the name or title of a patent holder
CP01 Change in the name or title of a patent holder

Address after: ohio

Patentee after: Rockwell automation technologies

Address before: ohio

Patentee before: Rockwell Automation Tech Inc.

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120321

Termination date: 20201116