CN104597800A - I/o模块 - Google Patents

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Abstract

一种I/O模块，其具备：基座板，其具有与多个现场仪器电连接的多个连接端子；多个通用电路，它们与所述多个连接端子相对应地设置在所述基座板上，能够进行对来自所述现场仪器的模拟信号的输入、向现场仪器的模拟信号的输出、对来自所述现场仪器的数字信号的输入、以及向所述现场仪器的数字信号的输出；以及选择模块，其可拆装地设置在所述基座板上，具有第1电路，该第1电路设置在所述多个连接端子中的第1连接端子、以及与所述第1连接端子相对应的所述多个通用电路中的第1通用电路之间，能够对所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间的信号进行发送/接收。

Description

I/O模块
技术领域
本发明涉及一种I/O模块。
本申请基于2013年10月31日向日本申请的特愿2013-226263而主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
当前，在车间、工厂等中，构建有过程控制系统，该过程控制系统控制工业过程中的各种状态量(例如，压力、温度、流量等)，实现高级的自动操作。这样的过程控制系统大概是如下结构，即，经由I/O模块将被称为现场仪器的现场设备(测定器、操作器)连接到控制器上，通过控制器与测定器(例如，传感器)的测定结果相对应而控制操作器(例如，致动器)，从而控制上述各种状态量。
在过程控制系统中所使用的现场仪器与测定对象以及操作对象相对应而存在多种，输入/输出的信号的信号形式也多样化。例如，存在如下等结构，即，对“4～20mA”信号等模拟信号进行输入/输出的结构；对“24V”的数字信号进行输入/输出的结构；对触点信号进行输入/输出的结构；以及对热电偶信号进行输出的结构。由此，在现有的过程控制系统中，与现场仪器相对应的I/O电路是针对每个现场仪器而设置的。
在过程控制系统中所设置的I/O电路的数量，大致与车间等的规模相对应地增减，有时在大规模的车间等中超过1万个。由此，即使I/O电路单体的成本并不那么高，有时过程控制系统整体的I/O电路的总成本也相当高。为此，需要减少I/O电路的数量而降低成本。
在美国专利第8392626号说明书中，公开有一种电路(以下，称为通用电路)，该电路能够与占现场仪器的大多数的、对所述模拟信号、所述数字信号进行输入/输出的现场仪器连接。具体而言，美国专利第8392626号说明书中所公开的通用电路，是能够进行所述模拟信号的输入、所述模拟信号的输出、所述数字信号的输入或者所述数字信号的输出的电路。如果利用具有多个这样的通用电路的I/O模块(以下，称为通用I/O模块)，则与针对每个信道设置与现场仪器的种类相对应的I/O电路的情况相比，由于能够向1个通用I/O模块的多个信道中连接多种现场仪器，因此能够期待成本的降低。
可以认为，如果利用能够连接上述的大多数的现场仪器的通用I/O模块，则能够降低I/O模块的总数，因此能够可靠地实现成本的降低。然而，由于现场仪器的种类不同，仍然存在不能够与所述通用I/O模块连接的现场仪器。
例如，经由基金会现场总线(Foundation Fieldbus：注册商标)进行通信的现场仪器，并非单纯地进行过程值的发送、设定值的接收，需要进行协议处理。为此，如果要将这样的现场仪器连接至通用I/O模块，则有时电路的复杂程度增大，面积·成本·消耗电力等增大。另外，例如输出热电偶信号的现场仪器由于热电偶信号的电压过低而无法与通用I/O模块连接。为此，需要与低电压相对应的专用I/O模块，如果追加这样的专用I/O模块，则导致I/O模块的总数、成本增加。
发明内容
本发明的一个方式提供一种I/O模块，该I/O模块与现有技术相比能够与多种现场仪器连接。
本发明的一个方式的I/O模块可以具备：基座板，其具有与多个现场仪器电连接的多个连接端子；多个通用电路，它们与所述多个连接端子相对应地设置在所述基座板上，能够进行来自所述现场仪器的模拟信号的输入、向所述现场仪器的模拟信号的输出、来自所述现场仪器的数字信号的输入、以及向所述现场仪器的数字信号的输出；以及选择模块，其可拆装地设置在所述基座板上，具有第1电路，该第1电路设置在所述多个连接端子中的第1连接端子、以及与所述第1连接端子相对应的所述多个通用电路中的第1通用电路之间，能够对所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间的信号进行发送/接收。
在上述I/O模块中，所述第1电路可以是一边使所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间电绝缘，一边以能够进行信号的发送/接收的方式将所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间连接的电路。。
在上述I/O模块中，所述第1电路可以具备光耦合器。
在上述I/O模块中，所述第1电路可以是进行使在所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间发送/接收的信号放大或者衰减的处理的电路。
在上述I/O模块中，还可以具备信号处理电路，该信号处理电路设置在所述基座板上，与所述多个通用电路连接，对在与所述现场仪器之间发送/接收的信号进行处理。所述选择模块可以与所述第1通用电路连接，并且与所述信号处理电路连接。
在上述I/O模块中，还可以具备通信总线，所述通信总线设置在所述基座板上，将所安装的所述选择模块和所述信号处理电路连接。所述选择模块以及所述信号处理电路可以经由所述通信总线而连接。所述第1电路可以经由所述通信总线进行与所述信号处理电路的通信。
在上述I/O模块中，还可以具备：识别用电路，其用于对设置在所述选择模块中的本模块的种类进行识别；信号处理电路，其设置在所述基座板上，与所述多个通用电路连接，并对在与所述现场仪器之间发送/接收的信号进行处理；以及识别用配线，其设置在所述基座板上，将所安装的所述选择模块所具备的所述识别用电路和所述信号处理电路连接。所述信号处理电路可以基于在所述识别用配线上表现的信号，对安装在所述基座板上的所述选择模块的种类进行识别。
在上述I/O模块中，所述通用电路可以搭载在可拆装地设置在所述基座板上的通用I/O模块中。
在上述I/O模块中，安装在所述基座板上的所述选择模块中的至少2个选择模块，可以是与1个所述现场仪器连接而构成冗余化的相同的选择模块。
在上述I/O模块中，所述第1电路可以具备：第1绝缘电路；第2绝缘电路；以及微处理器，其连接所述多个连接端子和所述第1及第2绝缘电路。
在上述I/O模块中，所述第1绝缘电路可以是如下电路，该电路一边使所述微处理器以及所述信号处理电路之间电绝缘，一边以能够进行信号的发送/接收的方式将所述微处理器以及所述信号处理电路之间连接。
在上述I/O模块中，所述第2绝缘电路可以是如下电路，该电路一边使所述微处理器以及系统电源之间电绝缘，一边将所述系统电源的电源电压变换为适于所述微处理器的电源电压。
在上述I/O模块中，所述微处理器可以对从所述连接端子输入的来自所述现场仪器的信号进行通信协议的变换处理，并输出至所述第1绝缘电路。
在上述I/O模块中，所述微处理器可以对从所述连接端子输入的来自所述现场仪器的信号，进行模拟/数字变换处理、补偿处理以及放大处理中的至少1个处理，并输出至所述第1绝缘电路。
根据本发明的一个方式，由于利用安装在基座板上的选择模块，将设置在基座板上的多个连接端子中的某1个连接端子和与该连接端子相对应的通用电路连接，利用设置在所安装的选择模块中的第1电路，将与该连接端子连接的现场仪器和该通用电路电连接，因此，具有与现有技术相比，能够连接更多种类的现场仪器的效果。
另外，根据本发明的一个方式，在基座板上设置有与多个通用电路连接，并对在与现场仪器之间发送/接收的信号进行处理的信号处理电路，通过设置将选择模块和信号处理电路连接的通信总线，具有不经由通用电路也能够与现场仪器连接，能够将更多种类的现场仪器连接的效果。
另外，根据本发明的一个方式，在选择模块内部设置用于识别选择模块的种类的识别用电路，由此，具有能够对通用电路以及信号处理电路进行选择·自动设定的效果。
附图说明
图1是表示利用本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的过程控制系统的整体结构的一个例子的框图。
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的外观的斜视图。
图3是本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所具备的基座板的主视图。
图4A是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的选择模块的内部电路的例子的图。
图4B是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的选择模块的内部电路的例子的图。
图5A是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的选择模块的内部电路的例子的图。
图5B是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的选择模块的内部电路的例子的图。
图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的通用I/O模块的内部结构的框图。
图7是将本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的变形例简化而示出的框图。
图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的其它变形例的图。
具体实施方式
下面，参照附图详细地说明本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块。
(过程控制系统)
图1是表示利用本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的过程控制系统的整体结构的一个例子的框图。图1所示的过程控制系统1具备多个现场仪器11、I/O模块12、控制器13以及监视装置14，控制器13在监视装置14的监视下经由I/O模块12控制现场仪器11，由此，进行对在车间、工厂等中实现的工业过程的控制。
在控制器13中连接多个I/O模块12，该多个I/O模块12连接多个现场仪器11，在图1中，为了简化图示而仅图示出1个I/O模块12。在现场仪器11和I/O模块12之间，也可以设置被称为接线盒、信号编集器的集线装置。
现场仪器11，例如设置在车间、工厂等现场，进行为了实现工业过程的控制所需的对测定对象的测定以及操作对象的操作中的至少一者。具体而言，现场仪器11例如是流量计或温度传感器等传感器仪器、流量控制阀或开闭阀等阀仪器、风扇或电动机等致动器仪器、对车间内的状况或对象物进行拍摄的照相机或摄像机等拍摄仪器、对车间内的异响等进行收集或产生警报音等的麦克风或扬声器等音响仪器、输出各仪器的位置信息的位置检测仪器、及其它仪器。
I/O模块12设置在现场仪器11和控制器13之间，能够与多个现场仪器11连接，对在所连接的现场仪器11和控制器13之间输入/输出的信号进行处理。该I/O模块12也可以称为如下模块，即，使多个现场仪器11与控制器13连接，对在现场仪器11中输入/输出的信号和在控制器13中输入/输出的信号进行中继。在后文中叙述I/O模块12的详情。
控制器13在监视装置14的监视下进行对现场仪器11的控制。具体而言，进行如下处理，即，收集来自某个现场仪器11(例如，传感器仪器)的测定数据，对控制其它现场仪器11(例如，阀仪器)的控制数据进行运算而向其它现场仪器11(例如，阀仪器)发送。
监视装置14例如是由车间等的操作员操作而用于对过程进行监视的装置。具体而言，监视装置14从控制器13取得现场仪器11的输入/输出数据并进行显示。并且，监视装置14与通过操作员根据需要进行的操作而输入的指示相对应地，进行现场仪器11的操作。
(I/O模块)
图2是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的外观的斜视图。如图2所示，I/O模块12具备基座板BP、选择模块M1以及通用I/O模块M2。图2所示的I/O模块12在基座板BP上能够安装16个选择模块M1和2个通用I/O模块M2。能够安装在基座板BP上的选择模块M1的最大数量可以大于16个，也可以小于16个，另外，通用I/O模块M2可以仅安装1个，或者也可以安装大于或等于3个。
基座板BP是用于安装选择模块M1以及通用I/O模块M2，并形成有将这些模块等之间电连接的配线等的长方形板状的背板。图3是本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所具备的基座板的主视图。如图3所示，基座板BP具备16个选择槽SL1(第1槽)、2个通用槽SL2(第2槽)、多个连接端子T1、I/O总线连接端子T2、外部电源连接端子T3、系统电源连接端子T4以及接地连接端子T5等。
选择槽SL1是用于安装选择模块M1的槽，在通用槽SL2和连接端子T1之间，沿着基座板BP的长边方向排列。虽然省略了图示，但设置在选择槽SL1中的端子(与选择模块M1的端子连接的端子)的形状在全部的选择槽SL1中是相同的。其理由在于，为了使得能够将任意的选择模块M1安装到任意的选择槽SL1中。
通用槽SL2是用于安装通用I/O模块M2的槽，在沿着基座板BP的长边方向的选择槽SL1的一侧，沿着基座板BP的短边方向排列有2个。具体为，选择槽SL1沿着基座板BP的长边方向而具有第一侧以及与第一侧相对的第二侧，通用槽SL2配置在该第一侧，另一方面，连接端子T1配置在该第二侧。与所述选择槽SL1相同地，设置在通用槽SL2中的端子(与通用I/O模块M2的端子连接的端子)的形状在2个通用槽SL2中是相同的。
各选择槽SL1与2个通用槽SL2分别电连接。由于将连接选择槽SL1和通用槽SL2的配线全部图示很繁琐，因此在图3中将连接选择槽SL1和通用槽SL2的配线图示为“配线L”。关于连接选择槽SL1(选择模块M1)和通用槽SL2(通用I/O模块M2)的配线的详情，在后文中叙述。
连接端子T1是连接现场仪器11的端子，与各选择槽SL1相对应地设置(换言之，选择槽SL1与连接端子T1相对应地设置)。在图3中图示出如下例子，即，设置在基座板BP上的连接端子T1的总数为64，针对各选择槽SL1相对应地设置有4个连接端子T1。在该图3所示的基座板BP上，能够连接与选择槽SL1相同数量的16个现场仪器11。在图3中，为了避免繁琐，将形成在基座板BP上的用于连接选择槽SL1和连接端子T1的配线的图示也省略。
I/O总线连接端子T2是用于将通用槽SL2与外部的I/O总线(连接控制器13的总线)进行连接的端子。在图3中，为了避免繁琐，将形成在基座板BP上的用于连接通用槽SL2和I/O总线连接端子T2的配线的图示也省略。外部电源连接端子T3以及系统电源连接端子T4是分别与供给I/O模块12的动作所需的电力的外部电源以及系统电源连接的端子，接地连接端子T5是规定I/O模块12的基准电位的、与接地连接的端子。
选择模块M1可拆装地设置在选择槽SL1中，是能够将各种现场仪器11连接至通用I/O模块M2的模块，其中，该选择槽SL1设置在基座板BP上。该选择模块M1是长方体形状的模块，在其内部设置有用于将现场仪器11连接至通用I/O模块M2所需的电路。
选择模块M1不拘泥于设置在内部的电路的种类，而具有相同的形状。设置在每个选择模块M1中的未图示的端子(与选择槽SL1的端子连接的端子)的形状设为相同。其理由在于，为了使任意的选择模块M1能够安装在任意的选择槽SL1中。
图4A、图4B、图5A以及图5B是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的选择模块的内部电路的例子的图。图4A及图4B是表示不具备微处理器的选择模块的内部电路的例子的图，图5A以及图5B是表示具备微处理器的选择模块的内部电路的例子的图。在下文中，首先说明在选择模块M1中共用的结构，然后说明与选择模块M1的种类相对应的个体结构。
如图4A、图4B、图5A以及图5B所示，选择模块M1具备：4个端子T11～T14，它们与设置在基座板BP上的连接端子T1连接；以及4个端子T21～T24，它们与通用I/O模块M2连接。图4A、图4B、图5A以及图5B所示，将与选择模块M1的4个端子T11、T12、T13、以及T14连接的连接端子T1分别设为连接端子TA、TB、TC以及TD。
另外，如图4A、图4B、图5A以及图5B所示，在选择模块M1的4个端子T21、T22、T23以及T24中，分别连接连接线L1、连接线L2、状态线ST(识别用配线)、以及进行串行通信的通信总线SB。它们是连接选择槽SL1和通用I/O模块M2的配线。所述通信总线SB可以是独有的串行总线，也可以是通用的串行总线。
如图4A、图4B、图5A以及图5B所示，选择模块M1具备用于识别本模块的种类的识别用电阻R(识别用电路)。该识别用电阻R设定有针对每一个选择模块M1所不同的电阻值，一端与端子T23(与状态线ST连接的端子)连接，另一端与接地连接。该识别用电阻R在设置在通用I/O模块M2中的信号处理电路22(参照图6，详情在后面进行叙述)对选择模块M1进行识别时使用。
图4A所示的选择模块M1是连接阀仪器11a的部件。在图4A所示的选择模块M1中，设置有电路C10(第1电路)，该电路C10具备将端子T11和端子T21之间连接的连接线、以及将端子T12和端子T22之间连接的连接线。阀仪器11a与连接端子TA、TB连接。由此，图4A所示的设置在选择模块M1中的电路C10可以称为将阀仪器11a与连接线L1以及L2进行电连接的电路。在图4A中示出了阀仪器11a与选择模块M1连接的例子，但也可以连接输出“4～20mA”的信号的传送器、触点开关等。
图4B所示的选择模块M1例如是连接具有用于驱动致动器的螺线管的现场仪器(电磁阀)11b的部件。在图4B所示的选择模块M1中，设置有绝缘电路C20(第1电路)和外部电源连接端子T30。绝缘电路C20例如是如下电路，即，具备光耦合器或者变压器，一边使端子T11和端子T21之间以及端子T12和端子T22之间电绝缘，一边以能够进行端子T11和端子T21之间的信号的发送/接收以及端子T12和端子T22之间的信号的发送/接收的方式将它们连接。具体而言，在绝缘电路C20具备变压器的情况下，端子T11和端子T21之间以及端子T12和端子T22之间，对于交流来说形成电连接，但对于直流来说形成电绝缘，进行端子T11和端子T21之间的信号的发送/接收以及端子T12和端子T22之间的信号的发送/接收。
外部电源连接端子T30是如下端子，即，该端子用于在端子T12和绝缘电路C20之间连接外部电源(与图2及图3所示的外部电源连接端子T3连接的外部电源)。该外部电源连接端子T30是为了从外部电源获得用于驱动设置在现场仪器11b中的螺线管的电力而设置的。现场仪器11b与连接端子TA以及TB连接。由此，图4B所示的设置在选择模块M1中的绝缘电路C20可以称为如下电路，即，该电路一边使现场仪器11b和连接线L1及L2之间电绝缘，一边以能够进行它们之间的信号的发送/接收的方式将现场仪器11b和连接线L1及L2之间连接。
作为不具备微处理器的选择模块M1，除了图4A及图4B所示的结构以外，与所连接的现场仪器11的种类相对应地存在多种。例如，存在具备如下电路的结构，该电路对在端子T11和端子T21之间发送/接收的信号、以及在端子T12和端子T22之间发送/接收的信号进行处理。该电路例如是利用放大器等使模拟信号的电压或者电流放大或者衰减的电路。在数字信号的情况下，是使数字信号进行电压或者电流放大、或者进行衰减的电路。选择模块M1可以构成为，不设置将现场仪器11和通用I/O模块M2绝缘的光耦合器、变压器等绝缘电路，而仅设置进行放大、衰减等信号处理的电路。
图5A所示的选择模块M1是连接现场仪器(传送器)11c的部件，该现场仪器(传送器)11c依照HART(注册商标)、基金会现场总线(foundation field bus)(注册商标)等工业用通信标准而进行通信。在图5A所示的选择模块M1中，设置有电路C30和系统电源连接端子T40，该电路C30具备微处理器C31和绝缘电路C32及C33。
微处理器C31与端子T11～T14和绝缘电路C32及C33连接，针对从端子T11及T12输入的信号(来自现场仪器11c的信号)进行通信协议的变换处理等，并向绝缘电路C32输出。微处理器C31所进行的通信协议的变换处理，是对在与现场仪器11c之间的通信中所使用的通信协议、和在经由通信总线SB而与信号处理电路22(参照图6，详情在后面进行叙述)之间的通信中所使用的通信协议进行变换的处理。
绝缘电路C32例如是如下通信电路，该通信电路具备光耦合器，一边使微处理器C31和端子T24之间电绝缘，一边能够对它们之间的信号进行发送/接收。绝缘电路C33例如是DC/DC变换电路，该DC/DC变换电路具备变压器，与微处理器C31以及系统电源连接端子T40连接，一边使微处理器C31和系统电源连接端子T40之间电绝缘，一边将与系统电源连接端子T40连接的系统电源(与图2及图3所示的系统电源连接端子T4连接的系统电源)的电源电压变换为适于微处理器C31的电源电压。
现场仪器11c与连接端子TA及TB连接。由此，设置在图5A所示的选择模块M1中的电路C30可以称为如下电路，即，一边使现场仪器11c和通信总线SB之间电绝缘，一边对来自现场仪器11c的信号进行通信协议的变换处理，并发送至通信总线SB。图5A所示的选择模块M1经由通信总线SB进行信号的发送/接收，但不经由连接线L1及L2进行信号的发送/接收。
图5B所示的选择模块M1是连接热电偶传感器11d以及RJC(Reference Junction Compensation：基准触点补偿)15的部件。在图5B所示的选择模块M1中，与图5A所示的选择模块M1相同地，设置有电路C30和系统电源连接端子T40，该电路C30具备微处理器C31和绝缘电路C32及C33。然而，图5B所示的选择模块M1可以与图5A所示的选择模块M1不同，如以下说明所示，由微处理器C31进行的处理不同。
微处理器C31与端子T11～T14和绝缘电路C32及C33连接，对从端子T11及T12输入的信号(来自热电偶传感器11d的信号)进行模拟/数字变换处理、补偿处理、放大处理等处理，并向绝缘电路C32输出。该微处理器C31利用来自RJC15的信号(表示热电偶传感器11d的周围温度的信号)，进行补偿处理，该补偿处理用于对来自热电偶传感器11d的信号进行补偿(温度补偿)。微处理器C31将进行上述各种处理后的信号以能够经由通信总线SB进行通信的形式输出至绝缘电路C32。绝缘电路C32及C33与图5A所示的绝缘电路C32及C33相同。
热电偶传感器11d与连接端子TA及TB连接，RJC15与连接端子TC及TD连接。由此，图5B所示的设置在选择模块M1中的电路C30可以称为如下电路，即，一边使热电偶传感器11d和通信总线SB之间电绝缘，一边对来自热电偶传感器11d的信号进行补偿(温度补偿)并发送至通信总线SB。图5B所示的选择模块M1与图5A所示的选择模块M1相同地，经由通信总线SB进行信号的发送/接收，但不经由连接线L1及L2进行信号的发送/接收。
通用I/O模块M2是如下模块，该模块可拆装地设置在通用槽SL2中，该通用槽SL2设置在基座板BP上，对经由选择模块M1所输入/输出的信号进行预先规定的处理。该通用I/O模块M2是与所述选择模块M1相比，外形尺寸大的长方体形状的模块。
安装在基座板BP上的2个通用I/O模块M2相同。这样，能够安装2个通用I/O模块M2是为了能够使通用I/O模块M2冗余化而提高可靠性。通用I/O模块M2与对应于现场仪器11的种类而使用的选择模块M1不同，不拘泥于现场仪器11的种类而使用相同的模块。由此，通用I/O模块M2在除了例如产生了故障等的情况以外，无需拆下、更换。
图6是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块所使用的通用I/O模块的内部结构的框图。如图6所示，通用I/O模块M2具备多个通用电路21和信号处理电路22。通用电路21是能够对在经由选择模块M1而连接的现场仪器11中输入/输出的信号进行输入/输出的电路。
具体而言，通用电路21能够进行对来自现场仪器11的模拟信号的输入、向现场仪器11的模拟信号的输出、对来自现场仪器11的数字信号的输入、以及向现场仪器11的数字信号的输出。对于在通用电路21中进行所述输入/输出的哪一个，例如通过控制器13的控制进行预先设定。通用电路21能够选择并执行上述输入/输出中的某一个。
通用电路21与设置在基座板BP上的选择槽SL1相对应地设置。换言之，通用电路21对应于与选择槽SL1相对应的连接端子T1(将图4A及图4B和图5A及图5B所示的4个连接端子TA、TB、TC以及TD设为1组的结构)而设置。各通用电路21经由一对信号线L1及L2而与相对应的选择槽SL1连接，并且与信号处理电路22连接。
信号处理电路22与多个通用电路21、和与各选择槽SL1连接的状态线ST以及通信总线SB连接，经由通用电路21或者通信总线SB对在与现场仪器11之间发送/接收的信号进行处理。另外，信号处理电路22在其与控制器13之间进行通信，将来自现场仪器11的信号向控制器13发送，并且对从控制器13发送来的针对现场仪器11的信号进行接收。
并且，信号处理电路22对安装在选择槽SL1中的选择模块M1的种类进行识别。信号处理电路22基于在与各选择槽SL1连接的状态线ST中表现的电压，对安装在各选择槽SL1中的选择模块M1的种类进行识别。
如前所述，设置在各选择模块M1中的识别用电阻R与状态线ST连接。由此，例如如果在识别用电阻R中流过恒定的电流，则在识别用电阻R中产生与识别用电阻R的电阻值相对应的电压下降，该电压下降在状态线ST中表现。由此，信号处理电路22基于在状态线ST中表现的电压，对安装在各选择槽SL1中的选择模块M1的种类进行识别。由信号处理电路22识别的结果被发送至控制器13。
(I/O模块的动作)
下面，对以上说明的I/O模块12的动作进行说明。在下文中，列举如下动作进行说明，即，在对图4A所示的现场仪器11即阀仪器11a进行操作的控制信号(模拟信号或者数字信号)被从控制器13向阀仪器11a发送的情况下的动作、以及来自图5A所示的现场仪器11c的信号(数字信号)被向控制器13发送的情况下的动作。
如果用于操作图4A所示的阀仪器11a的控制信号被从控制器13输出，则该控制信号被设置在通用I/O模块M2中的信号处理电路22接收，向通用电路21的某1个(与连接有阀仪器11a的连接端子T1相对应的通用电路21)输出。该通用电路21设定为，预先通过控制器13的控制，能够进行控制信号(模拟信号或者数字信号)的输出。
从通用电路21输出的控制信号在经由一对信号线L1及L2之后，经由端子T21及T22而被输入至选择模块M1。并且，所述控制信号经由设置在选择模块M1中的电路C10(具备2根连接线的电路)而从端子T11及T12输出至选择模块M1的外部，经由端子T1(连接端子TA及TB)而输入至阀仪器11a。
这样，在图4A所示的例子中，与现场仪器11即阀仪器11a连接的连接端子T1(连接端子TA及TB)和与该连接端子T1相对应的通用电路21，通过设置在选择模块M1中的电路C10而电连接。由此，从通用电路21输出的针对阀仪器11a的控制信号仅通过选择模块M1而被输入至阀仪器11a。
如果从图5A所示的现场仪器11c输出数字信号，则该数字信号首先被输入至设置在基座板BP上的连接端子T1(连接端子TA及TB)。被输入至连接端子TA及TB的数字信号经由端子T11及T12而被输入至图5A所示的选择模块M1，在利用设置在选择模块M1中的微处理器C31进行协议变换处理等之后，按顺序经由绝缘电路C32以及端子T24而被输出至选择模块M1的外部。
选择模块M1的端子T24与通信总线SB连接。由此，被输出至选择模块M1的外部的信号经由通信总线SB而被输入至通用I/O模块M2，不是被输入至通用电路21，而是被输入至信号处理电路22。被输入至信号处理电路22的数字信号在进行预先规定的处理(例如，用于向控制器13发送的协议变换处理)之后，被向控制器13发送。
这样，在图5A所示的例子中，与现场仪器11c连接的连接端子T1(连接端子TA及TB)和通信总线SB，通过设置在选择模块M1中的电路C30而电连接。由此，从现场仪器11c输出的数字信号在选择模块M1中进行通信协议的变换处理，并经由通信总线SB被输入至通用I/O模块M2中所设置的信号处理电路22。然后，在信号处理电路22中进行规定的信号处理的基础上，向控制器13发送。
如上所述，在本实施方式中，能够相对于具有连接现场仪器11的多个连接端子T1的基座板BP，可拆装地设置有：通用I/O模块M2，其具备多个通用电路21以及信号处理电路22；以及选择模块M1，其用于将现场仪器11连接至通用I/O模块M2。由此，如果将与基座板BP的连接端子T1连接的现场仪器11所对应的选择模块M1安装在基座板BP上，则能够将该现场仪器11与设置在通用I/O模块M2中的通用电路21或者信号处理电路22连接。由此，在本实施方式中，与现有技术相比，能够连接更多种类的现场仪器。
另外，在本实施方式中，对多个连接端子T1、选择模块M1(选择槽SL1)以及通用I/O模块M2(通用槽SL2)进行连接的连接线形成在基座板BP上。由此，由于不需要利用连接线将它们连接的作业或者连接线的更换作业，因此能够容易地进行维修。
另外，在本实施方式中，设置在通用I/O模块M2中的信号处理电路22能够基于经由状态线ST的识别用电阻R的电压，对安装在基座板BP上的选择模块M1的种类进行辨别，并将其辨别结果发送至控制器13。由此，即使作业员不赶到设置有I/O模块12的现场，也能够掌握选择模块M1的设置状況，能够提高I/O模块12的维修效率。
(I/O模块的变形例)
图7是简化地表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的变形例的框图。在图7中，对与图4A以及图4B和图5A以及图5B所示的部分相当的部分标注相同的标号。在上述实施方式中说明的I/O模块12中所使用的选择模块M1是未搭载微处理器而将现场仪器11连接至通用电路21的结构(参照图4A及图4B)，或者是搭载有微处理器并经由通信总线SB将现场仪器11连接至信号处理电路22的结构(参照图5A及图5B)。
与之相对，在图7所示的I/O模块12中使用的选择模块M1，可以说是兼具图4A及图4B所示的选择模块M1的功能和图5A及图5B所示的选择模块M1的功能的结构。即，图7所示的选择模块M1搭载有微处理器C31并经由通信总线SB而将现场仪器11连接至信号处理电路22，并且将现场仪器11连接至通用电路21。
如图7所示，在变形例中所使用的选择模块M1，例如具备图4A所示的电路C10和图5A所示的微处理器C31。在图7中，省略图5A所示的绝缘电路C32及C33的图示。这样结构的选择模块M1例如是能够与进行HART(注册商标)等的混合通信的现场仪器11连接的结构。混合通信是通过使数字信号叠加至模拟信号，从而能够同时对模拟信号和数字信号进行通信的通信方式。
即，图7所示的选择模块M1是将混合通信中的模拟信号经由电路C10而输出至通用电路21，并且利用微处理器C31对叠加在模拟信号中的数字信号进行处理(例如，协议变换处理)，经由通信总线SB发送至信号处理电路22的结构。通过使用这样的选择模块M1，无需在通用I/O模块M2中设置多余的电路(例如，将模拟信号和数字信号分离的分离电路)，能够简化通用I/O模块M2。另外，作为由该结构带来的附带效果，具有通过追加微处理器C31的电路，从而使信号处理电路22的负载降低的效果。
在所述分离电路等设置在通用I/O模块M2中的情况下，在由于现场仪器11的更换、更新等对在现场仪器11中使用的通信协议产生变更的情况下，需要对通用I/O模块M2及选择模块M1双方进行更换。然而，在图7所示的结构的情况下，能够无需更换通用模块M2，而通过对选择模块M1的更换、或者对在选择模块M1的微处理器C31中使用的程序的变更等进行应对。
在图7所示的结构的选择模块M1中，通过微处理器C31解析来自现场仪器11的信号(叠加在模拟信号中的数字信号)，从而能够辨别与选择模块M1连接的现场仪器11的种类。如果将微处理器C31的辨别结果经由通信总线SB及信号处理电路22发送至控制器13，则能够自动地进行连接有现场仪器11的通用电路21的输入/输出动作的设定。
(其它变形例)
图8是表示本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块的其它变形例的图。如图8所示，该变形例是对1个现场仪器11并联设置2个相同的选择模块M1，而使选择模块M1冗余化的结构。该2个选择模块M1利用图2所示的2个选择槽SL1而安装在基座板BP上。这样，与现场仪器11直接连接而使故障风险较高的选择模块M1冗余化，由此，能够提高过程控制系统1的可靠性，能够期待过程控制系统1的工作效率的提高。选择模块M1的并联数也可以大于或等于“3”。
连接选择槽SL1(选择模块M1)和通用槽SL2(通用I/O模块M2)的通信总线SB，可以使用在构建有图1所示的过程控制系统1的车间等中铺设的总线。例如，如果通信总线SB依照基金会现场总线(注册商标)等，则能够省略由微处理器C31(参照图5A及图5B)进行的协议变换处理
以上，对本发明的一个实施方式所涉及的I/O模块进行了说明，但本发明并不限定于所述的实施方式，在本发明的范围内可以自由变更。例如，在所述实施方式中，对如下例子进行了说明，即，将多个通用电路21和信号处理电路22设置在通用I/O模块M2中，将通用I/O模块M2可拆装地设置在基座板BP上。然而，也可以将上述通用电路21设置在基座板BP上而仅可拆装地设置信号处理电路22。或者，也可以将上述通用电路21及信号处理电路22双方设置在基座板BP上。

Claims (14)

1.一种I/O模块，其具备：
基座板，其具有与多个现场仪器电连接的多个连接端子；
多个通用电路，它们与所述多个连接端子相对应地设置在所述基座板上，能够进行来自所述现场仪器的模拟信号的输入、向所述现场仪器的模拟信号的输出、来自所述现场仪器的数字信号的输入、以及向所述现场仪器的数字信号的输出；以及
选择模块，其可拆装地设置在所述基座板上，具有第1电路，该第1电路设置在所述多个连接端子中的第1连接端子、以及与所述第1连接端子相对应的所述多个通用电路中的第1通用电路之间，能够对所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间的信号进行发送/接收。
2.根据权利要求1所述的I/O模块，其中，
所述第1电路是一边使所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间电绝缘，一边以能够进行信号的发送/接收的方式将所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间连接的电路。
3.根据权利要求3所述的I/O模块，其中，
所述第1电路具备光耦合器。
4.根据权利要求1所述的I/O模块，其中，
所述第1电路是进行使在所述第1连接端子以及所述第1通用电路之间发送/接收的信号放大或者衰减的处理的电路。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的I/O模块，其中，
还具备信号处理电路，该信号处理电路设置在所述基座板上，与所述多个通用电路连接，对在与所述现场仪器之间发送/接收的信号进行处理，
所述选择模块与所述第1通用电路连接，并且与所述信号处理电路连接。
6.根据权利要求5所述的I/O模块，其中，
还具备通信总线，所述通信总线设置在所述基座板上，将所安装的所述选择模块和所述信号处理电路连接，
所述选择模块以及所述信号处理电路经由所述通信总线而连接，
所述第1电路经由所述通信总线进行与所述信号处理电路的通信。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的I/O模块，其中，
还具备：
识别用电路，其用于对设置在所述选择模块中的本模块的种类进行识别；
信号处理电路，其设置在所述基座板上，与所述多个通用电路连接，并对在与所述现场仪器之间发送/接收的信号进行处理；以及
识别用配线，其设置在所述基座板上，将所安装的所述选择模块所具备的所述识别用电路和所述信号处理电路连接，
所述信号处理电路基于在所述识别用配线上表现的信号，对安装在所述基座板上的所述选择模块的种类进行识别。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的I/O模块，其中，
所述通用电路搭载在可拆装地设置在所述基座板上的通用I/O模块中。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的I/O模块，其中，
安装在所述基座板上的所述选择模块中的至少2个选择模块，是与1个所述现场仪器连接而构成冗余化的相同的选择模块。
10.根据权利要求6所述的I/O模块，其中，
所述第1电路具备：第1绝缘电路；第2绝缘电路；以及微处理器，其连接所述多个连接端子和所述第1及第2绝缘电路。
11.根据权利要求10所述的I/O模块，其中，
所述第1绝缘电路是如下电路，该电路一边使所述微处理器以及所述信号处理电路之间电绝缘，一边以能够进行信号的发送/接收的方式将所述微处理器以及所述信号处理电路之间连接。
12.根据权利要求10所述的I/O模块，其中，
所述第2绝缘电路是如下电路，该电路一边使所述微处理器以及系统电源之间电绝缘，一边将所述系统电源的电源电压变换为适于所述微处理器的电源电压。
13.根据权利要求11所述的I/O模块，其中，
所述微处理器对从所述连接端子输入的来自所述现场仪器的信号进行通信协议的变换处理，并输出至所述第1绝缘电路。
14.根据权利要求11所述的I/O模块，其中，
所述微处理器对从所述连接端子输入的来自所述现场仪器的信号进行模拟/数字变换处理、补偿处理以及放大处理中的至少1个处理，并输出至所述第1绝缘电路。
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