【技术实现步骤摘要】
过程控制输入/输出设备中的多个通信物理层和协议的集成
本申请总体上涉及过程控制系统，并且更具体而言，涉及用于使用支持不同通信协议的多个物理层将现场设备通信地耦合到过程控制系统中的过程控制器的过程控制系统。
技术介绍
分布式过程控制系统，如在化学、石油、工业或其它过程工厂中使用的用于制造、精炼、转换、生成或生产物理材料或产品的那些系统，通常包括经由物理层通信地耦合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器，该物理层可以是模拟、数字或组合的模拟/数字总线，或者可以包括一个或多个无线通信链路或网络。可以是例如阀、阀定位器、交换机和变送器(例如，温度、压力、液位和流速传感器)的现场设备，位于过程环境内并且通常执行物理过程控制功能，诸如打开或关闭阀、测量过程和/或环境参数(例如，流量、温度或压力等)，以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备(诸如符合公知的Fieldbus协议的现场设备)也可以执行控制计算、报警功能和通常在控制器内实施的其它控制功能。通常还位于工厂环境中的过程控制器，接收指示由现场设备进行的过程测量的...
【技术保护点】
1.一种输入/输出设备，所述输入/输出设备用于在过程控制系统使用以将多个现场设备通信地耦合到过程控制器，所述输入/输出设备包括：/n前端单元，包括第一基本单元和设置在所述第一基本单元上的一个或多个处理器模块；/n第一总线，设置在所述第一基本单元中并且通信地耦合到所述一个或多个处理器模块，所述第一总线连接到外部连接器，所述外部连接器适于通信地耦合到所述过程控制器；/n第二基本单元，通信地耦合到所述第一基本单元，所述第二基本单元包括：/n多个编组单元，设置在所述第二基本单元上，每一个编组单元都包括存储器和用于执行通信的处理器；以及/n不同端子排，与所述编组单元中的每一个相关联，...
【技术特征摘要】
20190917 US 16/573,3801.一种输入/输出设备，所述输入/输出设备用于在过程控制系统使用以将多个现场设备通信地耦合到过程控制器，所述输入/输出设备包括：
前端单元，包括第一基本单元和设置在所述第一基本单元上的一个或多个处理器模块；
第一总线，设置在所述第一基本单元中并且通信地耦合到所述一个或多个处理器模块，所述第一总线连接到外部连接器，所述外部连接器适于通信地耦合到所述过程控制器；
第二基本单元，通信地耦合到所述第一基本单元，所述第二基本单元包括：
多个编组单元，设置在所述第二基本单元上，每一个编组单元都包括存储器和用于执行通信的处理器；以及
不同端子排，与所述编组单元中的每一个相关联，其中，每一个端子排都接受用于将所述端子排通信地耦合到所述现场设备中的一个或多个的布线；以及
第二总线和第三总线，设置在所述第一基本单元和所述第二基本单元上，其中，所述第二总线和所述第三总线将所述一个或多个处理器模块通信地耦合到所述多个编组单元；
其中，所述编组单元中的第一编组单元与一组一个或多个现场设备相关联，并且使用第一类型的物理层执行与所述一组一个或多个现场设备的通信，并且所述编组单元中的第二编组单元与不同组的一个或多个现场设备相关联，并且使用不同于所述第一类型的物理层的第二类型的物理层执行与所述不同组的一个或多个现场设备的通信，并且其中，与所述第一编组单元相关联的所述端子排接受所述第一类型的物理层，并且与所述第二编组单元相关联的所述端子排接受所述第二类型的物理层。
2.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述第一编组单元支持经由所述第一类型的物理层使用第一通信协议的通信，并且所述第二编组单元支持经由所述第二类型的物理层使用第二通信协议的通信，所述第二通信协议与所述第一通信协议不同。
3.根据权利要求2所述的输入/输出设备，其中，所述第一通信协议是通用IP通信协议，并且所述第二通信协议是过程控制通信协议。
4.根据权利要求3所述的输入/输出设备，其中，所述第一通信协议是以太网通信协议，并且所述第二通信协议是HART通信协议。
5.根据权利要求3所述的输入/输出设备，其中，所述第一通信协议是HART-IP通信协议或OPCUA通信协议。
6.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述第二总线支持使用所述第一物理层在所述第一编组单元与所述处理器模块之间的通信，并且所述第三总线支持使用所述第二物理层在所述第二编组单元与所述处理器模块之间的通信。
7.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括电源，所述电源用于为经由所述第一物理层使用第一通信协议的现场设备供电。
8.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括用于为经由所述第一物理层使用第一通信协议的现场设备供电的第一电源，并且包括用于为经由所述第二物理层使用第二通信协议的现场设备供电的第二电源。
9.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括符合所述第一物理层的第一交换机，并且所述编组单元包括符合所述第一物理层的第二交换机。
10.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括电源和符合所述第一物理层的交换机。
11.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述编组单元能够插入所述第二基本单元并且能够从所述第二基本单元中移除，并且其中，所述编组单元中的每一个编组单元在被插入到所述第二基本单元中时都通信地耦合到所述第二总线或所述第三总线中的一个并且仅一个总线，并且通信地耦合到相关联的端子排。
12.根据权利要求11所述的输入/输出设备，其中，所述第二基本单元包括多个插槽，可移除的编组单元中的每一个都可以插入所述插槽中。
13.根据权利要求12所述的输入/输出设备，其中，所述第二总线和所述第三总线中的每一个都通信地耦合到所述插槽中的每一个。
14.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述处理器模块支持使用不同通信协议在所述第二总线和所述第三总线两者上的通信。
15.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述处理器模块包括用于经由所述第二总线以及耦合到所述第二总线的一个或多个编组单元与现场设备通信的第一处理器单元，以及用于经由所述第三总线以及耦合到所述第三总线的一个或多个编组单元与现场设备通信的第二处理器单元。
16.根据权利要求1所述的输入/输出设备，其中，所述处理器模块包括用于使用第一通信协议经由所述第二总线以及耦合到所述第二总线的一个或多个编组单元与现场设备通信的第一处理器单元，以及用于使用不同于所述第一通信协议的第二通信协议经由所述第三总线以及耦合到所述第三总线的一个或多个编组单元与现场设备通信的第二处理器单元。
17.一种输入/输出设备，所述输入/输出设备用于在过程控制系统使用以将多个现场设备通信地耦合到过程控制器，所述输入/输出设备包括：
基座；
前端单元，设置在所述基座上，所述前端单元包括一个或多个处理器模块；
第一总线，设置在所述基座上并通信地耦合到所述一个或多个处理器模块，所述第一总线连接到所述基座上的外部连接器，所述外部连接器适于将所述第一总线通信地耦合到所述过程控制器；
多个插槽，设置在所述基座上；
多个端子排，其中每一个端子排都通信地耦合到所述多个插槽中的不同的插槽，并且其中，每一个端子排都接受用于将所述端子排通信地耦合到所述现场设备中的一个或多个的布线；
第二总线，设置在所述基座上，所述第二总线将所述一个或多个处理器模块通信地耦合到所述多个插槽中的每一个插槽；以及
多个编组单元，其中，所述多个编组单元中的每一个都包括存储器和用于执行通信的处理器，并且其中，所述多个编组单元中的每一个都能够插入到所述插槽中的任一插槽中，从而当插入到所述插槽中的一个插槽中时，一个编组单元通信地耦合到所述端子排中的一个端子排和所述第二总线；
其中，所述编组单元中的第一编组单元与所述现场设备中的一组一个或多个现场设备相关联并且使用第一类型的物理层执行与所述场设备中的一组一个或多个现场设备的通信，并且所述编组单元中的第二编组单元与所述现场设备中的不同组的一个或多个现场设备相关联并且使用不同于所述第一类型的物理层的第二类型的物理层执行与所述现场设备中的不同组的一个或多个现场设备的通信，并且其中，当所述编组单元中的所述第一编组单元被插入到所述插槽中的第一插槽中时，与所述插槽中的所述第一插槽相关联的所述端子排接受所述第一类型的物理层，并且其中，当所述编组单元中的所述第二编组单元被插入到所述插槽中的第二插槽中时，与所述插槽中的所述第二插槽相关联的所述端子排接受所述第二类型的物理层。
18.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述第二总线包括耦合在所述一个或多个处理器模块与所述插槽中的每一个插槽之间的第一子总线，并且包括耦合在所述一个或多个处理器模块与所述插槽中的每一个插槽之间的第二子总线。
19.根据权利要求18所述的输入/输出设备，其中，所述第一子总线支持使用所述第一物理层的通信，并且所述第二子总线支持使用所述第二物理层的通信。
20.根据权利要求18所述的输入/输出设备，其中，所述一个或多个处理器模块包括经由所述第一物理层与耦合到所述输入/输出设备的所述现场设备通信的第一处理器单元，并且包括经由所述第二物理层与耦合到所述输入/输出设备的所述现场设备通信的第二处理器单元。
21.根据权利要求20所述的输入/输出设备，其中，所述第一处理器单元使用第一通信协议经由所述第一物理层与耦合到所述输入/输出设备的所述现场设备进行通信，并且其中，所述第二处理器单元使用不同于所述第一通信协议的第二通信协议经由所述第二物理层与耦合到所述输入/输出设备的所述现场设备进行通信。
22.根据权利要求21所述的输入/输出设备，其中，所述第一通信协议是通用IP通信协议，并且所述第二通信协议是过程控制通信协议。
23.根据权利要求18所述的输入/输出设备，其中，所述编组单元中的所述第一编组单元在被插入到所述多个插槽中的任一个插槽时与所述第一子总线通信地连接以支持所述第一物理层，并且所述编组单元中的所述第二编组单元在被插入到所述多个插槽中的任一个插槽时连接到所述第二子总线以支持所述第二物理层。
24.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述第一编组单元支持经由所述第一类型的物理层使用第一通信协议的通信，并且所述第二编组单元支持经由所述第二类型的物理层使用第二通信协议的通信，所述第二通信协议不同于所述第一通信协议。
25.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括电源，所述电源用于为经由所述第一物理层使用第一通信协议的现场设备供电。
26.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括用于为经由所述第一物理层使用第一通信协议的现场设备供电的第一电源，并且包括用于为经由所述第二物理层使用第二通信协议的现场设备供电的第二电源。
27.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括用于在所述第一物理层上使用的第一交换机，并且所述编组单元中的一个编组单元经由所述第二总线通信连接到所述第一交换机，并包括用于所述第一物理层的第二交换机。
28.根据权利要求17所述的输入/输出设备，其中，所述前端单元包括电源和符合所述第一物理层的交换机，并且所述编组单元中的一个编组单元经由所述第二总线通信连接到所述前端单元中的所述电源和所述交换机，并使用所述第一物理层执行一个或多个现场设备与所述电源和交换机之间的通信。
29.一种用于控制过程工厂的过程控制系统，包括：
过程控制器；
多个现场设备，用于执行所述过程工厂内的控制功能，其中，所述多个现场设备中的第一现场设备使用第一通信协议，所述第一通信协议使用第一类型的物理层，并且所述多个现场设备中的第二现场设备使用第二通信协议，所述第二通信协议使用第二类型的物理层，其中，所述第一类型的物理层和所述第二类型的物理层是不同类型的物理层，并且其中，所述第一通信协议不同于所述第二通信协议；
输入/输出设备，耦合在所述过程控制器与所述多个现场设备中的每一个现场设备之间，所述输入/输出设备包括，
基座；
前端单元，设置在所述基座上，所述前端单元包括一个或多个输入/输出处理器模块；
第一总线，设置在所述基座上并且通信地耦合在所述一个或多个输入/输出处理器模块与所述过程控制器之间；
多个插槽，设置在所述基座上；
多个端子排，设置在所述基座上，每一个端子排都通信地耦合到所述多个插槽中的一个不同的插槽，并且其中，每一个端子排都接受用于将所述端子排通信地耦合到所述多个现场设备中的一个或多个现场设备的布线；
第二总线，设置在所述基座上，所述第二总线将所述一个或多个输入/输出处理器模块通信地耦合到所述多个插槽中的每一个插槽；以及
多个编组单元，其中，所述多个编组单元中的每一个编组单元都包括存储器和用于执行通信的处理器，并且其中，所述多个编组单元中的每一个都能够插入到所述插槽中的一个插槽中，从而当插入到所述插槽中的一个插槽中时，一个编组单元通信地耦合到所述端子排中的一个端子排和所述第二总线；
其中，所述编组单元中的第一编组单元与所述现场设备中的所述第一现场设备相关联并且使用所述第一类型的物理层执行与所述现场设备中的所述第一现场设备的通信，并且所述编组单元中的第二编组单元与所述现场设备中的所述第二现场设备相关联并且使用所述第二类型的物理层执行与所述现场设备中的所述第二个现场设备的通信，并且其中，当所述编组单元中的所述第一编组单元被插入到所述插槽中的第一插槽中时，与所述插槽中的所述第一插槽相关联的所述端子排接受所述第一类型的物理层，并且其中，当所述编组单元中的所述第二编组单元被插入到所述插槽中的第二插槽中时，与所述插槽中的所述第二插槽相关联的所述端子排接受所述第二类型的物理层。
30.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述第一物理层是支持通用IP通信协议的物理层，并且所述第二物理层是支持过程控制通信协议的物理层。
31.根据权利要求30所述的过程控制系统，其中，所述第一通信协议是以太网通信协议，并且所述第二通信协议是HART通信协议。
32.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述端子排中的每一个都被配置为接受用于所述第一物理层和所述第二物理层两者的布线。
33.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述第二总线包括第一子总线和第二子总线，其中，所述第一子总线支持使用所述第一物理层在所述第一编组单元与所述一个或多个输入/输出处理器模块之间的通信，并且所述第二子总线支持使用所述第二物理层在所述第二编组单元与所述一个或多个输入/输出处理器模块之间的通信。
34.根据权利要求33所述的过程控制系统，其中，所述编组单元能够插入所述基本单元和能够从所述基本单元中移除，并且其中，所述编组单元中的每一个在被插入所述基本单元上的插槽时通信地耦合到所述第一子总线或所述第二子总线中的一个且仅一个，并且通信地耦合到相关联的端子排。
35.根据权利要求33所述的过程控制系统，其中，所述一个或多个输入/输出处理器模块支持使用不同通信协议在所述第一子总线和所述第二子总线二者上的通信。
36.根据权利要求33所述的过程控制系统，其中，所述一个或多个输入/输出处理器模块包括第一处理器单元，用于经由所述第一子总线与现场设备进行通信，并且所述输入/输出设备包括耦合到所述第一子总线的一个或多个编组单元，并且其中，所述一个或多个输入/输出处理器模块包括第二处理器单元，用于经由所述第二子总线与现场设备通信，并且所述输入/输出设备包括耦合到所述第二子总线的一个或多个编组单元。
37.根据权利要求33所述的过程控制系统，其中，所述一个或多个输入/输出处理器模块包括用于经由所述第一子总线与现场设备进行通信的第一处理器单元，以及使用第一通信协议耦合到所述第一子总线的一个或多个编组单元，并且其中，所述一个或多个输入/输出处理器模块包括用于经由所述第二子总线与现场设备进行通信的第二处理器单元，以及使用不同于所述第一通信协议的第二通信协议耦合到所述第二子总线的一个或多个编组单元。
38.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述前端单元包括电源，用于为经由所述第一物理层第一通信协议供电。
39.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述前端单元包括用于为经由所述第一物理层使用第一通信协议的现场设备供电的第一电源，其中，编组单元包括存储器和用于执行通信的处理器，并且包括用于为经由所述第二物理层使用第二通信协议的现场设备供电的第二电源。
40.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述前端单元包括用于在所述第一物理层上使用的第一交换机，并且所述编组单元中的一个编组单元包括用于在所述第一物理层上使用的第二交换机。
41.根据权利要求29所述的过程控制系统，其中，所述前端单元包括电源和符合所述第一物理层的交换机。
42.一种用于控制过程工厂的过程控制系统，包括：
过程控制器；
多个现场设备，用于执行所述过程工厂内的控制功能，其中，第一组所述多个现场设备使用第一通信协议，所述第一通信协议使用第一类型的物理层，并且第二组所述多个现场设备使用第二通信协议，所述第二通信协议使用第二类型的物理层，其中，所述第一类型的物理层和所述第二类型的物理层是不同类型的物理层，并且其中，所述第一通信协议不同于所述第二通信协议；
输入/输出设备，耦合在所述过程控制器与所述多个现场设备中的每一个现场设备之间，所述输入/输出设备包括，
基座；
前端单元，设置在所述基座上，所述前端单元包括一个或多个输入/输出处理器模块；
第一总线，设置在所述基座上并且通信地耦合到所...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·J·尼克松，G·K·劳，S·迪亚兹，C·法亚德，
申请(专利权)人：费希尔罗斯蒙特系统公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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