[发明专利]具有自动起动的模块化I/O系统

说明书

相关申请的交叉参考

本申请要求2009年4月17日提交的第61/212,976号临时专利申请的权益，该临时专利申请在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于现场布线的模块化输入/输出系统，其中各个输入/输出模块自动起动。

背景技术

电子控制和监测系统，诸如过程控制系统，需要与位于不同环境，诸如制造厂和办公楼中的设备进行通信。这包括接收输入，诸如指令和由各种传感器提供的过程情况，以及产生输出。这种相互作用是由输入/输出(“I/O”)系统提供的。通过I/O系统的信号本质上可以是模拟和/或数字信号。通常，I/O系统包括信号处理电路，它可以提供例如过滤、放大或衰减操作；对输入信号的模数转换，以及其它信号调节。

另外，包括楼宇自动化和安全系统的大部分过程控制系统，包括例如中央处理单元的中央控制器，其接收来自传感器的输入，并向执行机构提供输出以控制操作机构，如门禁和空调装置。提供给执行机构的输出是根据一个控制程序确定的，所述控制程序由控制器连续执行并利用来自输入传感器的信息设定适当的控制信号输出。对传感器与致动器群组的输入和输出可以通过接线或局域网实现。

一种常规的系统设计成允许不同类型的模块化I/O单元进行快速和方便的安装和更换，使系统可以快速及方便地配置和重新配置。这种常规I/O系统的基座单元通过串行总线与各别选择线连接在一起。插件式的I/O模块可以安装在基座单元中。

不幸的是，在常规的输入/输出系统中存在缺点。例如，输入/输出(I/O)单元的数量非常有限。

发明内容

与上述的常规系统不同，本发明的系统具有输入/输出(I/O)模块单元，每一I/O模块单元具有基座和可移除的模块单元，其中所述I/O模块单元的I/O模块可以被移除而不会影响远离电源和控制器的单元。此外，所述系统配置成具有I/O单元通信，使得当I/O单元的模块被插入到基座中时，所述模块从基座读取地址且立刻准备好让CPU单元“发现”所述I/O单元。此外，本发明的系统可以具有用于对I/O模块供电的多个电源单元。

在模块化输入/输出系统的一个实施例中，该系统具有电源单元、中央处理单元(CPU)和至少一对输入/输出单元。每一输入/输出单元具有基座和输入/输出模块。所述基座包括具有输入/输出模块接口的背板印刷电路板。寻址电路由所述印刷电路板承载，用于递增地址。所述基座具有一对连接器，连接到印刷电路板且能够连接到其它单元。所述基座单元具有用于连接外部传感器和控制器的至少一现场连接接线板。所述输入/输出模块包括用于与外部传感器和控制器以及CPU单元接合的电路。该模块具有与基座上的输入/输出模块接口啮合的接口。所述模块化输入/输出系统允许安装和移除所述输入/输出单元之一的输入/输出模块单元，而不会影响其它输入/输出单元。

在一个实施例中，所述电源单元和CPU单元都分别具有基座和模块。CPU单元的基座和所述输入/输出单元的配置相同。

在一个实施例中，所述连接器具有多个引线，包括一对电源线、一对差分通信总线引线和多个地址引线。

在一个实施例中，电源线的其一向基座上的背板印刷电路板供电，电源线的另一则向所述模块上的电路供电。

在一个实施例中，具有至少一对电源单元。用于向背板印刷电路板供电的电源线连续地延伸，而用于向所述模块供电的电源线在相邻的电源单元处端接。

在一个实施例中，所述基座具有沟道，所述沟道配置成由导轨所接纳，所述基座具有与所述导轨啮合的制动机构以将所述基座固定到所述导轨上。

在一个实施例中，所述寻址电路包括加法器电路。

在一个实施例中，所述寻址电路包括5比特加法器电路。

在一个实施例中，所述至少一现场连接接线板通过所述输入/输出模块上的用于与外部传感器和控制器以及CPU单元接合的电路电连接到所述背板印刷电路板。

本申请还提供了一种在CPU模块和至少一I/O模块之间通信的方法。输入/输出单元的至少一基座连接到CPU模块和电源模块。特定基座的地址通过从相邻的基座递增地址来设置。输入/输出模块被连接到输入/输出单元的至少一基座。所述基座的地址由所述被连接的输入/输出模块读取。所述CPU模块识别所述输入/输出模块的地址，其中所述CPU单元在一个I/O模块插入所述输入/输出单元的基座中时会找出已安装到所述系统中的I/O模块的类型和数量。所述CPU通过包含由被寻址的I/O模块所识别的输入/输出模块的地址而与期望的I/O模块通信。