用于监测和/或控制动态环境的输入/输出设备和方法技术

本文描述用于经由同一信令信道的柔性输入/输出信令的设备和方法。一种可编程接口电路包含信令信道，所述信令信道可在使用之前或在操作期间被调适以供发射和/或接收不同类型的模拟和数字信号。所述接口电路可用于隔离通信控制器与使用不同信令类型的机器的组件之间的通信。间的通信。间的通信。

Input / output devices and methods for monitoring and / or controlling dynamic environments

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于监测和/或控制动态环境的输入/输出设备和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请主张于2019年11月5日提交的题为“用于监测和/或控制动态环境的输入/输出方法和设备(Input/Output Methods and Apparatus for Monitoring and/or Controlling Dynamic Environments)”的美国临时申请第62/931,188号的优先权权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0003]一些现代自动化或半自动化机器(例如，在诸如工厂组装和/或检验线等工业环境中)可包含数十或数百组件，所述组件可由一个或多个远程装置控制和/或监测。举例来说，可存在数据和/或控制信号可发送到的和/或可从中接收数据和/或控制信号的不同组件(例如传感器、致动器、编码器、电机、电源、光源、成像器、图像处理器、输送机、控制器、信号处理器、信号产生器等)。
[0004]在各种类型的工厂中使用的现代制造机器可包括可从许多不同供应商获得的数百个此类不同组件。各种组件的不同生态系统允许现代机器的设计者在机器中组装可满足几乎无限的设计目标集合的多个组件，而无需为每一唯一应用专利技术定制组件。可由多个组件构造的机器的实例包含制造机器、自主车辆、现代汽车、飞行器、风力涡轮机和电厂。
[0005]通常，机器的组件以比任何一个终端用户应用程序所需的更大量来产生，以使得与组件制造相关联的固定和可变成本减小。此商业模式是基于将大量组件出售给许多终端用户和/或在许多不同终端用户应用程序中使用的期望。大量生产的结果是机器的许多组件被设计成独立于任何特定终端用户应用程序。因此，此类组件将通常不针对任何特定应用程序而优化。在设计阶段不具有组件优化可使得在自动化或半自动化机器中使用相对较大数目个组件，其中组件的整体功能性或能力可为未充分利用的。此外，可能需要添加一个或多个调适组件以调适一个或多个所包含组件的功能性以实现自动化或半自动化机器的特定设计目标。总而言之，机器组件的非定制一般性可使得明显增加了包括此类组件的自动化或半自动化机器的复杂性和成本。

技术实现思路

[0006]本文中描述了涉及用于自动化或半自动化机器的可编程输入/输出接口电路的专利技术性设备和方法。可编程接口电路的实例可用于例如辅助控制自动化或半自动化机器的动态环境，且可安装在控制器与待控制的和/或可从中接收数据的机器的一个或多个组件之间。此类组件包含传感器和致动器，例如但不限于热传感器、光传感器、风传感器、压力传感器、速度传感器、接近度检测器、应变计、x射线检测器、辐射传感器、化学传感器、水分或湿度传感器、火焰传感器、烟尘或灰尘传感器、光源、光幕、电流计、编码器、电机、电源、光源、成像器、图像处理器、输送机、控制器、信号处理器、信号产生器、机器人技术装备等。根据一些实施方案，可(在使用之前或在机器操作期间实时)对本实施方案的可编程接口电路进行编程以与使用不同信令类型(例如，不同类型的数字和模拟信令方案)的广泛多种组件介
接。在一些实施方案中，所述接口电路可发射和接收通过同一信令信道的不同信令类型。发射和接收通过同一信令信道的不同信令类型的能力可产生较少互连缆线、较少互连复杂性、控制设备的较小覆盖面积、实施方案和操作的成本降低以及更可靠的操作。
[0007]总而言之，各种实施方案涉及可在隔离通信控制器与机器的组件之间自适应性地传送信号的可编程接口电路。在一个实例实施方案中，所述可编程接口电路包括用以从所述隔离通信控制器接收编程输入的多个互连件，以及用以在所述可编程接口电路与所述组件之间携载信号的信令信道。所述可编程接口电路还包括：可编程模拟I/O电路，其用以连接到所述信令信道并且从所述隔离通信控制器接收第一信号；可编程数字I/O电路，其用以连接到所述信令信道并且从所述隔离通信控制器接收第二信号；以及电流感测电路，其用以感测在所述信令信道中流动的电流的量。在操作期间，基于当施加到所述多个互连件时的所述编程输入中的至少第一者，所述可编程接口电路为可编程的，以基于从所述隔离通信控制器接收的所述第一信号而将第一模拟信号提供到所述信令信道或基于从所述隔离通信控制器接收的所述第二信号而将第一数字信号提供到所述信令信道。
[0008]在实例实施方案中，所述可编程接口电路包括多个互连件和信令信道以在所述可编程接口电路与所述组件之间携载信号。所述可编程接口电路还包括：可编程模拟I/O电路，其用以连接到所述信令信道并且从所述隔离通信控制器接收第一信号；以及可编程数字I/O电路，其用以连接到所述信令信道并且从所述隔离通信控制器接收第二信号。在操作期间，基于当施加到所述多个互连件时的所述编程输入中的至少第一者，所述可编程接口电路为可编程的，以基于从所述隔离通信控制器接收的所述第一信号而将第一模拟信号提供到所述信令信道或基于从所述隔离通信控制器接收的所述第二信号而将第一数字信号提供到所述信令信道。
[0009]一些实施方案涉及操作可编程接口电路的方法。操作可编程接口电路的实例方法可包含接收对接口电路进行编程以从隔离通信控制器接收第一信号以供发射到机器的组件的第一编程输入的动作，其中所述第一信号可为模拟信号或数字信号。所述实例方法可进一步包含从所述隔离通信控制器接收所述第一信号且将基于所接收第一信号的第一输出信号发射到所述可编程接口电路的信令信道的动作，其中所述第一输出信号具有与所述所接收第一信号相同的信令类型。所述实例方法还可包含：接收对所述接口电路进行编程以在所述信令信道处从所述组件接收第二信号的第二编程输入，其中所述第二信号具有与所述第一信号不同的信令类型；以及将基于所接收第二信号的第一输入信号发射到所述隔离通信控制器。
[0010]可从以下描述结合附图更全面地理解本教示内容的前述和其它方面、实施方案和特征。应了解，下文更详细地论述的前述方面、实施方案和特征与额外方面、实施方案和特征的所有组合(假设此类方面、实施方案和特征并非彼此不一致)被考虑为本文中所公开的专利技术性主题的部分。确切地说，出现在本公开结尾处的所要求的主题的所有组合被考虑为本文中所公开的专利技术性主题的部分。
附图说明
[0011]本领域的技术人员将理解附图主要是用于说明性目的且并非意图对本文中所描述的专利技术性主题的范围进行限制。附图未必按比例绘制；在一些情况下，本文中所公开的发
明性主题的各个方面可在图中夸大或放大地展示以助于理解不同特征。在图式中，相同参考标号通常指相同特征(例如，功能上类似和/或结构上类似的元件)。
[0012]图1描绘用于机器自动化的常规控制架构和设备的一部分的实例；
[0013]图2A描绘可用于图1中所展示的常规控制架构的线束的实例；
[0014]图2B描绘图1中所展示的常规控制架构的仪器机架中的布线的实例；
[0015]图3描绘根据一些专利技术性实施方案的用于包含可编程接口模块315和可编程接口电路440的机器的自动化的控制架构和设备的一部分的实例；
[0016]图4A描绘用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种可编程接口电路(440)，其用以在隔离通信控制器(310)与机器(350)的组件(320、330、340)之间自适应性地传送信号，所述可编程接口电路包括：多个互连件(401)，其用以从所述隔离通信控制器接收编程输入；信令信道(452、454)，其用以在所述可编程接口电路与所述组件之间携载信号；可编程模拟I/O电路(410、610、612)，其用以耦合到所述信令信道且从所述隔离通信控制器接收第一模拟信号；可编程数字I/O电路(420、580)，其用以耦合到所述信令信道且从所述隔离通信控制器接收第一数字信号；以及电流感测电路(530)，其用以感测在所述信令信道中流动的电流的量，其中基于施加到所述多个互连件的所述编程输入中的至少第一者，所述可编程接口电路在操作期间为可编程的，以基于所述第一模拟信号而将第二模拟信号提供到所述信令信道或基于所述第一数字信号而将第二数字信号提供到所述信令信道。2.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程接口电路基于所述编程输入中的至少第二者而为可编程的以接收通过所述信令信道的模拟和数字信号。3.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程接口电路基于所述编程输入中的至少第二者而为可编程的以发射通过所述信令信道的至少两个不同类型的模拟信号作为所述第二模拟信号。4.根据权利要求3所述的可编程接口电路，其中所述至少两个不同类型的模拟信号中的第三模拟信号为电流源模拟信号。5.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程接口电路进一步包括耦合到所述信令信道的至少一个放大电路，以提供由所述信令信道发射的具有4毫安(mA)至24mA的输出电流的所述第二模拟和第二数字信号。6.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程接口电路基于所述编程输入中的至少第二者而为可编程的以发射和接收通过所述信令信道的至少两个类型的数字信号。7.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程模拟I/O电路包括：第一反馈电路路径；第二反馈电路路径；运算放大器，其具有反馈输入；以及多路复用器，其被配置成基于所述编程输入中的至少第二者而将所述反馈输入连接到所述第一反馈电路路径或所述第二反馈电路路径。8.根据权利要求7所述的可编程接口电路，其中所述第一反馈电路路径感测所述信令信道的电压，并且所述第二反馈电路路径感测在所述信令信道中流动的电流的所述量。9.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程数字I/O电路包括：第一电路，其被配置成将所述信令信道驱动到逻辑高电平；以及第二电路，其被配置成将所述信令信道驱动到逻辑低电平。10.根据权利要求9所述的可编程接口电路，其中所述第二电路包含开关以基于所述编程输入中的至少第二者而将所述逻辑低电平与所述信令信道隔离。11.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其中所述可编程数字I/O电路包括在所述
多个互连件中的一个或多个与所述信令信道之间连接的收发器。12.根据权利要求11所述的可编程接口电路，其中所述收发器基于所述编程输入中的至少第二者而为可编程的以发射和接收单侧和差分数字信号。13.根据权利要求1所述的可编程接口电路，其与经由所述多个互连件中的一个或多个而连接到所述可编程接口电路的所述隔离通信控制器组合。14.根据权利要求13所述的组合，其中所述隔离通信控制器包括可编程逻辑控制器或微控制器。15.根据权利要求13所述的组合，其进一步包含所述组件。16.根据权利要求15所述的组合，其中所述组件为传感器、电机或致动器，或成像设备中的至少一者。17.一种可编程接口电路(440)，其用以在隔离通信控制器(310)与机器(350)的组件(320、330、340)之间自适应性地传送信号，所述可编程接口电路包括：多个互连件(401)，其用以接收编程输入；信令信道(452、454)，其用以在所述可编程接口电路与所述组件之间携载信号；可编程模拟I/O电路(410、630)，其具有运算放大器(522或542)以耦合到所述信令信道且为可编程的以从所述隔离通信控制器接收第一模拟信号；以及可编程数字I/O电路(420)，其用以耦合到所述信令信道且为可编程的以从所述隔离通信控制器接收第一数字信号，其中基于施加到所述多个互连件的所述编程输入中的至少第一者，所述可编程接口电路在操作期间为可编程的，以基于所述第一模拟信号而将第二模拟信号提供到所述信令信道或基于所述第一数字信号而将第二数字信号提供到所述信令信道。18.根据权利要求17所述的可编程接口电路，其进一步包括：可切换输出信号驱动器，其用以在所述可编程模拟I/O电路中接收所述第一模拟信号，其中用于所述可切换输出信号驱动器的反馈信号被配置成基于所述编程输入中的至少第二者而从电流感测模式切换到电压感测模式。19.根据权利要求18所述的可编程接口电路，其中所述可切换输出信号驱动器包括所述运算放大器。20.根据权利要求18所述的可编程接口电路，其进一步包括电流感测电路以感测在所述信令信道中流动的电流的量...

【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：奥普唐公司，
类型：发明
国别省市：