CN105607523A - 高可用性装置级环底板 - Google Patents

Abstract

提供了用于工业控制系统的工业自动化模块，该工业自动化模块包括：外壳，该外壳提供左侧面和右侧面；以及可释放电连接器，该可释放电连接器支撑于所述左侧面和右侧面上，被暴露为连接左侧和右侧上的相邻工业自动化模块；其中所述可释放电连接器被配置为提供以太网数据到切换节点。还提供一种用于工业控制的模块化系统。

Description

高可用性装置级环底板

本申请为2012年7月9日提交的申请号为201210251996.4、发明名称为“高可用性装置级环底板”的发明专利申请的分案申请。

对相关申请的交叉引用

本申请要求基于临时申请号为61/505,888和61/505,892的美国临时专利申请的优先权的权益，每一所述临时专利申请提交于2011年7月8日，并且其每一个的整体内容在此通过引用而明确合并入本申请内。

技术领域

本发明涉及工业控制系统，并且具体地，涉及使用网络环的模块化高可用性工业系统。

背景技术

诸如可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,PLC)等工业控制器是用于控制例如工厂环境中的工业处理或机械的专用电子计算机系统。工业控制器在多个方面与传统计算机不同。在物理上，它们被构造得实质上对冲击和损害更鲁棒，并且更好地抵抗外部污染和极端环境条件。处理器和操作系统针对实时控制而被优化，并且执行使得易于定制程序以适合于多个不同的控制器应用的语言。工业控制器可以具有用户界面，用于例如通过具有键盘、鼠标和显示器等的逻辑连接的终端来访问、控制和/或监视工业控制器。

通常，工业控制器具有模块化架构，该模块化架构允许不同数量和类型的网络卡或适配器用于将该控制器连接到要通过适合于高度可靠和可用的实时通信的特殊“控制网络”来控制的处理或机械。在工业控制系统中通常使用的这种控制网络例如包括ControlNet、DeviceNet、EtherNet/IP和Sercos，其规范已被公布，并且其协议广泛地为众多制造商和供应商所使用。通过保证最大通信延迟，控制网络与诸如以太网等标准通信网络不同。例如，这可通过预先规划网络的带宽和/或为了高可用性而提供冗余的通信能力来获得。控制网络还在物理方面(如介质的类型(例如同轴电缆、双绞线、光纤等)、其操作的协议(例如波特率、信道的数量、字传输大小、连接消息的使用等)以及如何格式化数据和如何将数据收集到标准消息内等)彼此不同。

许多网络还包含用于在网络节点故障的情况下维修网络的协议。这些协议会需要较长的时间来重新连接网络(长达30秒)，因此对于受控处理在这个时间段期间不能在没有灾难性的后果情况下没有指引的工业控制网络来说，这是不可接受的。

在工业控制中使网络故障衰弱的风险可经常利用冗余网络拓扑来减少，例如，在所述冗余网络拓扑中，网络节点与监督器连接成环。通常，针对所有的标准数据，该环在监督器节点处打开，从而以通常的线性拓扑来运行。监督器可以在环上的一个方向上发出测试“电报”或“信标”帧，所述测试“电报”或“信标”帧在另一个方向上在监督器处被接收，以指示环的完整性。如果该环例如因为节点或介质故障而断开，则监督器将环的端部结合在一起，以再一次产生现在出现故障的部分分开的连续的线性拓扑。可以使用通知帧将监督器的操作模式从“分开(separated)”变为“结合(joint)”的改变发送到其他节点，使得这些节点可以重建其用于将端口与目的地地址相关联的MAC地址路由表。

这样的环系统的检错时间可以很快，主要受到信标的传输速率的限制(每几个毫秒)。该速率限定了在其之前检查到错误并可以重新配置环的最大时间。

而且，作为其增强模块化的一部分，工业控制器可以使用通过控制网络耦合的一个或更多个工业装置。工业装置可以包括一个或更多个专用于特定类型的工业功能的一个或更多个I/O模块，该特定类型的工业功能例如是：与工业处理相结合地检测输入AC或DC信号或控制输出AC或DC信号；或者是运行电机或其他机械。每一个I/O模块可以具有连接器系统，以允许其与其他被选择的I/O模块一起以不同的组合而被安装在工业装置中，以匹配特定应用的需求。多个工业装置可以位于受控处理或机器附近的方便控制点处，以经由控制网络与工业控制器进行通信。

工业系统可能要求增加、去除和/或修改工业控制器和工业装置的灵活性。例如，可能期望通过新工业装置来增加新工业处理，由此增大工业系统的能力或容量。类似地，可能由于工业系统(诸如已经变得陈旧的受控处理或机器等)的需求上的改变而期望修改或去除现有的工业控制器或工业装置。另外，在一些应用中，在工业系统在积极运行的同时，工业控制器和/或工业装置可能需要增加、去除或修改。这可能例如在中断处理会导致成本较大的停机时间和/或产品缺陷的情况下出现。

象许多其他系统一样，工业系统(包括工业控制器和工业装置)也可能受到整个系统中出现的各种故障的影响。例如，固定于工业控制器或工业装置中的电子装置、网络连接或I/O连接或功能卡或电源都可能是由于多种状况而导致的潜在故障点。然而，在要求运行关键应用的高可用性的特定工业系统中，出现在任何点的故障都会导致潜在的灾难性状况。

发明内容

本发明的方面提供了一种用于工业控制系统的底板，该底板包括：适配器基座模块，该适配器基座模块具有第一端口、第二端口、切换节点和网络适配器，所述切换节点耦合在第一端口和第二端口之间并且与所述网络适配器进行通信，所述网络适配器能够用于通过控制网络进行通信；多个I/O基座模块，每一个I/O基座模块具有第一端口、第二端口和总线插槽，所述总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的功能卡，其中，当将所述功能卡安装在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述切换节点，并且当所述功能卡不在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口与第二端口耦合；并且至少一个I/O基座模块在总线插槽中安装有功能卡。所述适配器基座模块的第二端口耦合到下一个I/O基座模块的第一端口，除了最后的I/O基座模块将第二端口耦合到所述适配器基座模块的第一端口之外，每一I/O基座模块的第二端口耦合到下一I/O基座模块的第一端口，以形成切换节点的网络环。

每一个切换节点可以包含在环中的唯一节点地址，并且每一个总线插槽可以被分配有独立于该唯一节点地址的唯一物理地址。所述唯一节点地址可以通过MAC地址来确定。所述唯一物理地址可以通过在各总线插槽之间进行通信的地址限定线来确定。每一个I/O基座模块可以进一步包括多个端子，用于可释放地容纳与受控处理或机器进行通信的电导体。

所述适配器基座模块和所述多个I/O基座模块的每一个可以具有耦合在一起的第三端口和第四端口，其中，最后的I/O基座模块的第二端口耦合到最后的I/O基座模块的第三端口，并且除了第一个I/O基座模块的第四端口耦合到所述适配器基座模块的第三端口之外，每一个I/O基座模块的第四端口耦合到前一个I/O基座模块的第三端口，所述适配器基座模块的第四端口耦合到所述适配器基座模块的第一端口，以形成所述网络环。第二端口和第三端口可以是第一电连接器的一部分，并且第一端口和第四端口可以是第二电连接器的一部分。最后的I/O基座模块的第二端口可以经由外部附接的端盖外壳而耦合到最后的I/O基座模块的第三端口。所述适配器基座模块的第四端口可以经由外部附接的网络电缆耦合到所述适配器基座模块的第一端口。

所述切换节点之一可以是活动环监督器，用于操作为：(a)以第一速率从每一个端口发送信标帧，并且监视另一端口的信标帧的接收，其中，所述信标帧指示环网络的操作状态为闭合模式或打开模式；(b)通过在打开模式中阻挡在第一端口和第二端口之间的数据帧来响应在第一端口和第二端口之间的信标帧的接收；(c)通过改变为闭合模式使数据帧在第一端口和第二端口之间通过来响应所述信标帧穿过所述环的失败；并且其中，不是所述活动环监督器的切换节点用于操作为：(a)使信标帧在第一端口和第二端口之间通过；(b)响应所述网络环由于以下状况中的任一个而导致的操作状态的改变：(i)在任一端口上未接收到信标帧；或(ii)接收到用于指示操作在闭合模式或打开模式之间改变以重置其MAC地址路由表的信标帧。

所述适配器基座模块可以进一步包括：第一总线插槽，用于可释放地容纳第一功能卡，所述第一功能卡包含与所述网络适配器进行通信的切换节点；以及第二总线插槽，用于可释放地容纳第二功能卡，所述第二功能卡包含与第二网络适配器进行通信的切换节点，其中：(a)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，所述适配器基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，所述适配器基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，所述适配器基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到第二功能卡的切换节点。

所述I/O基座模块可以进一步包括第二总线插槽，所述第二总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的第二功能卡，其中，(a)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，所述I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且从所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，所述I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，所述I/O基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(d)当两个功能卡均不在所述总线插槽中时，所述I/O基座模块将第一端口耦合到第二端口。

本发明的另一个实施例提供了一种工业控制系统，该工业控制系统包括：多个排组，每一个排组包括多个I/O基座模块，每一个I/O基座模块具有第一端口、第二端口和总线插槽，所述总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的功能卡，其中，当所述功能卡被安装在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述切换节点，并且当所述功能卡不在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口耦合到第二端口，至少一个I/O基座模块在总线插槽中安装有功能卡。第一个排组包括适配器基座模块，所述适配器基座模块具有第一端口、第二端口、切换节点和网络适配器，该切换节点耦合在第一端口和第二端口之间，并且与所述网络适配器进行通信，所述网络适配器可用于通过控制网络进行通信。在所述第一个排组中的适配器基座模块将第二端口耦合到在同一排组中的某个I/O基座模块的第一端口，除了每一个排组中的最后的I/O基座模块将第二端口耦合到在下一个排组中的第一I/O基座模块的第一端口之外，除了最后一个排组中的最后一个I/O基座模块将第二端口耦合到在第一个排组中的适配器基座模块的第一端口之外，每一个排组中的每一个I/O基座模块的第二端口耦合到同一排组中的下一个I/O基座模块的第一端口，以形成切换节点的网络环。

本发明的另一实施例提供了用于工业系统的I/O基座模块，包括：外壳，该外壳提供左侧面和右侧面；可释放电连接器，该可释放电连接器支撑于所述左侧面和右侧面上，被暴露为连接左侧和右侧上的相邻基座模块；可释放机械连接器，该可释放机械连接器在左侧和右侧上基座模块固定于相邻基座模块；多个电端子，所述多个电端子容纳暴露于所述外壳的表面上的导体，以可释放地保持与固定在所述外壳内的I/O功能卡进行通信的电导体；及底板电路，该底板电路固定在所述外壳中，并且与所述可释放电导体通信，以建立在附接的基座模块之间进行通信的环网络，所述基座模块在一个电连接器处设置第一端口并且在第二个电连接器处设置第二端口，使得所述基座模块可被布置成环，其中，每一个基座模块的第一和第二端口耦合到所述环的不同基座模块。所述可释放机械连接器可以被配置为通过向DIN轨道的附接而将基座模块固定到相邻的基座模块。

通过下面的说明，本发明的这些和其他目的、优点和方面将变得清楚。在此所述的特定目的和优点可以仅适用于落在权利要求内的一些实施例，并且因此并不限制本发明的范围。在该说明中，参考了形成本说明书的一部分并且示出的本发明的优选实施例的附图。这样的实施例并不必然表示本发明的完全的范围，并且因此参考在此的权利要求来解释本发明的范围。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的用于工业控制系统的基座模块的排组的立体视图；

图2是根据本发明的一个实施例的单个水平I/O基座模块的立体视图；

图3是根据本发明的一个实施例的单个水平端子I/O基座模块的剖视顶视图；

图4是根据本发明的一个实施例的基座模块的排组的简化功能图；

图5是根据本发明的一个实施例的适配器基座模块的简化功能图；

图6是根据本发明的一个实施例的I/O基座模块的简化功能图。

图7是根据本发明的一个实施例的多个排组的简化功能图；

图8是根据本发明的一个实施例的具有唯一物理地址的多个排组的简化功能图；

图9是根据本发明的一个实施例的具有在每一个总线插槽之间进行通信的地址限定线的基座模块的排组的简化框图；

图10是活动监督节点(Activesupervisorynode)的操作的流程图；

图11是不作为监督节点来工作的信标帧处理网络的操作的流程图；及

图12是传送环状态并且允许传送监督节点的责任的信标帧的字段的示意图。

具体实施方式

本申请的发明人已经认识到，通过使用具有被配置为装置级环的一个或更多个公共底板和硬件冗余的基座模块，可在工业控制系统中实现高可用性、可扩展性和灵活性。在网络环中，通过在信标帧中发送拓扑改变、同时监视切换节点中的信标帧的接收或未接收，可以实现快速恢复时间。这样的手段实际上需要底板中的切换节点提供信标帧的硬件处理，使得节点可以监视信标帧以及在信标帧中的数据的接收或未接收，而不是仅将信标从端口传送到端口。

下面将描述本发明的一个或更多个具体实施例。具体地，本发明并不限于在此包含的实施例和例示，而是包括这些实施例的修改形式，这些实施例的修改形式包括在所附的权利要求的范围内的实施例的部分和不同实施例的元素的组合。应当明白，在任何这样的实际实现方式的开发中，如同在任何工程或设计项目中那样，必须进行多种实现相关的确定，以实现开发者的具体目标，诸如符合系统相关和业务相关的限制，所述限制可以从一种实现方式至另一种之间不同。而且，应当明白，这样的开发努力可能复杂并且耗时，但是尽管如此，对于受益于本公开的普通技术人员仍然是设计、制作和制造的常规行为。在本申请中，任何事物都不应被认为是对本发明关键和必要的，除非明确地指示为“关键”或“必要”。

现在参考附图，其中，在几个视图中，相似的附图标号对应于类似的部件，并且具体地，参考图1，将在根据本发明的一个实施例的用于工业控制系统的基座模块的排组10的上下文中描述本发明。基座模块的排组10包括从左向右并排布置的一系列外壳，所述外壳具有可以大体上被描述为立方体的复杂形状。该系列外壳包括最左边的适配器基座模块12，其后是第一双垂直端子I/O基座模块14，再后是第二双垂直端子I/O基座模块16，再后是最右边的单个垂直端子I/O基座模块18。每一个基座模块被保持与另一个接近，从而便于并排的电连接。可以通过附接到DIN轨道来固定每个基座模块。在一个替代实施例中，可以用更大的分隔距离来固定一个或更多个基座模块，并且通过网络电缆来支撑电连接。每一个基座模块进一步包括电连接和基座逻辑，以便利在各基座模块之间的公共系统底板以及一个或更多个内部固定的总线插槽，该一个或更多个内部固定的总线插槽用于可释放地容纳一个或更多个功能卡和/或等同嵌入的逻辑。

适配器基座模块12可以进一步包括多个各种连接器22以及位于一个或更多个相应表面上的用于系统监视的可视显示器20和/或LED。可能的连接器例如可以包括：多个RJ-45网络连接器，用于排组的网络环连接并且用于PLC访问；通用串行总线(USB)和/或IEEE1394连接器，用于本地连接的终端；以及电源连接器24，用于对于排组加电；以及本领域中已知的任何其他有益的连接器。I/O基座模块14、16和18可以进一步分别包括多个电端子(或端子块)26、28和30，用于容纳在每个外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳内固定的I/O功能卡进行通信的电导体。电导体可以与各个受控的处理或机器(未示出)耦合和进行通信。每一个I/O基座模块可以在大小、颜色和形状上与另一个类似，但是，这些方面可能通过功能而不同。例如，最右边的单个垂直端子I/O基座模块18可以比第一和第二双垂直端子I/O基座模块14和16高且窄。另外，在包括与网络环中的多个排组的系统中，附加排组中的每一个可以具有简化的总线扩展基座模块，而不是适配器基座模块，由此支撑在附加排组中的附加底板。总线扩展模块不必提供例如适应于PLC的网络。

现在参见图2，其中示出根据本发明的一个实施例的单个水平端子I/O基座模块60的示例立体视图。I/O基座模块60可以包括外壳，该外壳提供左侧面61和右侧面62。每一侧可以进一步包括可释放的电连接器64，该可释放的电连接器64具有支撑在每一个侧面上的机械机构，该机械机构被暴露以连接在左和右侧上的相邻的基座模块。I/O基座模块60可以进一步包括可释放的机械连接器66，用于将基座模块固定到在左和右侧上的相邻基本单元。可释放的机械连接器可以被配置为通过附接到DIN轨道68而将基座模块固定到相邻的基座模块。如上所述，I/O基座模块60可以进一步包括多个电端子(或端子块)70，用于容纳在外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳内固定的I/O功能卡进行通信的电导体。该电导体可以与相应的受控处理或机器(未示出)耦合和进行通信。根据需要并且如在本领域中已知的，I/O基座模块60还可以包括各种其他连接器、标签、可视显示器和/或LED。

现在参考图3，其中示出根据本发明的一个实施例的单个水平端子I/O基座模块100的剖面顶视图。I/O基座模块100包括具有左侧面102和右侧面104的外壳。左侧面和右侧面分别支撑被暴露来连接相邻的基座模块的、左可释放电连接器106和右可释放电连接器108。包括方面110和112的左可释放电连接器106可以是与包括方面114和116的右电连接器108相反的配置和/或匹配类型，然而，可以使用通用的可释放电连接器匹配类型的系统。在优选实施例中，可以使用具有掩盖的引脚的电连接器。左可释放电连接器106和右可释放电连接器108为相邻的基座模块提供底板连接。

I/O基座模块100可以进一步包括多个电端子(或端子块)120，用于容纳在外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳内固定的I/O功能卡进行通信的电导体。该电导体可以与相应的受控处理或机器(未示出)耦合和进行通信。在I/O基座模块100内，导体可以以可能期望的各种布线布置单独地从电端子(或端子块)120路由到内部垂直布线块122。布线块122又可以路由到水平总线插槽124。总线插槽124可以可释放地容纳I/O功能卡(具有切换节点)，该I/O功能卡用于经由第一信道与底板交互，并且经由第二信道与布线块交互。

在一个替代实施例中，替代地，布线块122和总线插槽124可以垂直地布置。总线插槽124还可以是自短路的电连接器，其中，电信号在没有功能卡的情况下通过总线插槽。在一个优选实施例中，可以在单个I/O基座模块中如可能期望地垂直或水平地设置多个内部布线块和总线插槽。这样的布置可以用于提供用于高可用性系统的容错冗余。另外，在一个优选实施例中，单个水平端子适配器基座模块或总线扩展I/O基座模块可以包括与I/O基座模块100类似的外壳尺寸以及类似的总线插槽124(或在一个优选实施例中的多个总线插槽)和类似的右可释放电连接器108；但是可以不包括多个电端子(或端子块)120、布线块122或左可释放电连接器106。

现在参考图4，其中示出根据本发明的一个实施例的基座模块的第一排组200的简化功能图。基座模块的第一排组200包括从左向右并排布置的一系列外壳。该系列外壳包括最左边的双适配器基座模块202，其后是第一双端子I/O基座模块204，其后是第二双端子I/O基座模块206，其后是单个端子I/O基座模块208，并且其后是最右边的端盖外壳模块212。最右边的端盖外壳模块212可以包含用于网络环的回路(loopback)。每一个基座模块保持与另一个接近，由此便于并排的电连接。适配器基座模块202经由可释放电连接器209可释放地电连接到I/O基座模块204，I/O基座模块204经由可释放的电连接器211可释放地电连接到I/O基座模块206，I/O基座模块206经由可释放电连接器213可释放地电连接到I/O基座模块208，并且I/O基座模块208经由可释放的电连接器216可释放地电连接端盖外壳模块212。可选地，基座模块的第一排组200的最左区域210可以包括与适配器基座模块202分离的起始盖外壳模块，在该情况下，该起始盖可以经由可释放的电连接器214可释放地电连接到适配器I/O基座模块202，并且例如可以包含用于完成网络环的连接。类似地，最右边的端盖外壳模块212可以可选地与最后的I/O基座模块集成为一体，然而，这样做可能导致最后的I/O基座模块的去除，以便增加任何附加的I/O基座模块或替换通常包含在端盖外壳模块中的任何部件。可以通过附接到DIN轨道218来固定每一个基座模块。

适配器I/O基座模块202可以包括第一端口222、第二端口224、第三端口226和第四端口228。第二端口224和第三端口226可以是同一可释放电连接器209的一部分，所述端口和连接可以被到下一个基座模块的连接共享。适配器基座模块202还可以包括耦合到第一端口222的物理层“PHY”部件230、耦合到PHY230的第一适配器基座逻辑232、耦合到第一适配器基座逻辑232的第二适配器基座逻辑234和耦合到第二适配器基座逻辑234的第二端口224。PHY230可以提供用于底板236的串行千兆比特媒体独立接口(SerialGigabitMediaIndependentInterface,SGMII)。当网络适配器238被安装在总线插槽中时，第一适配器基座逻辑232将底板236耦合到总线插槽和网络适配器(包含切换节点)238。总线插槽和网络适配器238继而将底板236耦合到第二适配器基座逻辑234。当网络适配器240被安装在总线插槽中时，第二适配器基座逻辑234类似地将底板236耦合到总线插槽和网络适配器(包含切换节点)240。总线插槽和网络适配器240继而将底板236耦合到适配器基座模块202的第二端口224。如果网络适配器不在任一个总线插槽中，或者如果网络适配器被安装但是未启动对应的适配器基座逻辑，则对应的适配器基座逻辑将旁路特定的总线插槽，以完成网络环。可以在网络环的任何一个方向上进行通信，由此提供增大的对端口或切换器故障的容错。在另一个实施例中，任何一个网络适配器可以被嵌入适配器基座模块202中，因此不需要总线插槽。在另一个实施例中，针对再一个网络适配器(包含切换节点)，可以提供第三适配器基座逻辑和第三总线插槽，连接与上述连接相似。

适配器基座模块202中的每一个网络适配器可以进一步包括一个或更多个PHY部件，该一个或更多个PHY部件继而提供到一个或更多个工业控制网络的连接。总线插槽和网络适配器238例如可以连接到RJ-45网络连接器241和242，并且总线插槽和网络适配器240可以连接到RJ-45网络连接器243和244。在一种有益的拓扑中，总线插槽和网络适配器238可以经由连接到第一网络切换器248的RJ-45网络连接器242和经由连接到第二网络切换器252的RJ-45网络连接器241而耦合到第一PLC246，第一网络切换器248继而连接到第一PLC246，并且第二网络切换器252继而连接到第二PLC250。类似地，总线插槽和网络适配器240可以经由连接到第一网络切换器248的RJ-45网络连接器243和经由连接到第二网络切换器252的RJ-45网络连接器244而耦合到第一PLC246，第一网络切换器248继而连接到第一PLC246，并且第二网络切换器252继而连接到第二PLC250。第一PLC246和第二PLC250可以通过控制网络连接耦合在一起，并且第二PLC250还可以耦合到本地连接的终端254。每一个PLC可以执行存储的程序，以在PLC和受控的处理或机器(未示出)之间具有良好限定的最大延迟时间段的工业系统上提供实时的控制。该拓扑可以向排组提供冗余的工业控制网络路径，但是，可以使用具有或没有网络切换器的其他的拓扑来访问和监视工业系统。

适配器基座逻辑202还可以包括电源模块276，用于耦合到外部电源并且用于经由可释放电连接器209、211和213向适配器基座模块202和排组的其余部分供电。电源模块276可以提供适当的电源调节，并且可以是可拆卸的模块。适配器基座模块202可以进一步包括第二电源模块277，用于提高容错。适配器基座模块202还可以包括通用串行总线(USB)连接器278，用于提供用于访问和监视排组的本地连接的终端280。

I/O基座模块204可以包括第一端口224、第二端口284、第三端口324和第四端口226。I/O基座模块204还可以包括耦合到第一端口224的第一I/O基座逻辑286、耦合到第一I/O基座逻辑286的第二I/O基座逻辑288和耦合到第二I/O基座逻辑288的第二端口284。当I/O功能卡290被安装于总线插槽中时，第一I/O基座逻辑286将底板236耦合到总线插槽和I/O功能卡(包含切换节点)290。总线插槽和功能卡290继而将底板236耦合到第二I/O基座逻辑288。当I/O功能卡292被安装在总线插槽中时，第二I/O基座逻辑288类似地将底板236耦合到总线插槽和I/O功能卡(包含切换节点)292。总线插槽和功能卡292继而将底板236耦合到I/O基座模块204的第二端口284。如果功能卡不在任何一个总线插槽内，或者如果安装功能卡但是没有启动对应的I/O基座逻辑，则对应的I/O基座逻辑将旁路该总线插槽，以完成网络环。每一个总线插槽和功能卡还可以与相应的布线块(未示出)和多个电端子(或终端块)294进行通信，多个电端子(或终端块)294用于容纳在该外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳内固定的功能卡进行通信的电导体。该电导体可以与相应的受控处理或机器(未示出)耦合和进行通信。在另一个实施例中，针对又一个I/O功能卡(包含切换节点)，可以提供第三I/O基座逻辑和第三总线插槽，连接与如上所述的连接类似。

I/O基座模块206和208与I/O基座模块204类似地工作。最后一个I/O基座模块208在一定程度上有所不同，不同之处在于：它是单个端子I/O基座模块，仅具有一个I/O基座逻辑和一个总线插槽和I/O功能卡(包含切换节点)。例如，I/O基座模块208可以包括第一端口296、第二端口308、第三端口316和第四端口318。I/O基座模块208还可以包括耦合到第一端口296的单个I/O基座逻辑310和耦合到单个I/O基座逻辑310的第二端口308。当I/O功能卡312被安装在第一总线插槽中时，单个I/O基座逻辑310将底板236耦合到第一总线插槽和I/O功能卡(包含切换节点)312。总线插槽和功能卡312继而将底板236耦合到第二端口308。如果功能卡不在单个总线插槽内，或者如果功能卡被安装但是未启动单个I/O基座逻辑，则对应的I/O基座逻辑将旁路该总线插槽，以完成网络环。总线插槽和功能卡还可以与相应的布线块(未示出)和多个电端子(或端子块)314进行通信，该多个电端子(或端子块)314用于容纳在每一个外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳中固定的功能卡进行通信的电导体。该电导体可以与相应的受控处理或机器(未示出)耦合和进行通信。

端盖外壳模块212可以集成用于底板网络环的回路，并且提供用于最后的I/O基座模块的物理外盖。端盖外壳模块212可以包括第一端口308、物理层“PHY”部件320和第二端口316。第一端口308耦合到PHY320，PHY320可以提供从底板开始的千兆比特以太网/IP回路(GigabitEtherNet/IPloopback)322，以形成网络环。回路322又可以耦合到端盖外壳模块212的第二端口316，端盖外壳模块212的第二端口316继而可以在前一个I/O基座模块208的第三端口316处耦合到前一个I/O基座模块208。I/O基座模块208又可以将回路322耦合到I/O基座模块208的第四端口318，I/O基座模块208的第四端口318继而可以在前一个I/O基座模块206的第三端口318处耦合到前一个I/O基座模块206。I/O基座模块206又可以将回路322耦合到I/O基座模块206的第四端口324，I/O基座模块206的第四端口324又可以在第一I/O基座模块204的第三端口324处耦合到第一I/O基座模块204。I/O基座模块204又可以将回路322耦合到I/O基座模块204的第四端口226，I/O基座模块204的第四端口226继而可以在适配器基座模块202的第三端口226处耦合到适配器模块202。适配器基座模块202又可以将回路322耦合到适配器基座模块202的第四端口228，适配器基座模块202的第四端口228继而可以经由外部附接的网络电缆330耦合到适配器基座模块202的第一端口222。因此，回路322通过基座模块的第一个排组200而路由回，以形成网络环。

还可以提供用于连接基座模块以形成网络环的替代布置。例如，在另一种布置中，I/O基座模块204可以通过旁路I/O基座逻辑、总线插槽和功能卡，将第一端口224耦合到第三端口324，并且还将第四端口209耦合到I/O基座逻辑286，并且将I/O基座逻辑286耦合到I/O基座逻辑288，并且将I/O基座逻辑288耦合到第二端口284。由此形成十字形(criss-cross)的布置。而且，该十字形布置例如可以出现在每一个基座模块中，或者可以选择基座模块，以有益地消除端盖外壳模块212中的PHY320。

现在参见图5，其中示出根据本发明的一个实施例的适配器基座模块202的简化功能图。第一适配器基座逻辑232可以包括第一开关350和第二开关352，每一个开关工作于相同状态，其中，开关的第一状态将底板236路由到第二适配器基座逻辑234，并且旁路总线插槽和网络适配器238，并且其中，开关的第二状态经由第一路径356将底板236耦合到总线插槽和网络适配器238，并且路由经过从总线插槽和网络适配器238至第二适配器基座逻辑234的第二(返回)路径358。开关的默认模式可以是第一状态，其中，底板236被路由到第二适配器基座逻辑234，并且旁路总线插槽和网络适配器238。例如，在网络适配器被安装在总线插槽中、完成内置的自测试并且向看门狗360传送正确的操作后，开关可以改变为第二状态。看门狗360继而向开关提供使能信号354，例如，如果网络适配器在被安装后、完成内置的自测试并且向看门狗360传送正确的操作后出现故障并且因此未能保持向看门狗360发送正确的操作，则看门狗360可以撤消该使能信号。因此，可以安全地从网络环中取出故障的网络适配器。

网络适配器238可以包括切换节点362，切换节点362具有耦合到第一路径356的第一端口(“A”)和耦合到第二(返回)路径358的第二端口(“B”)。切换节点362可以在内置的自测试的完成后保持传送向看门狗360的正确的操作。切换节点362还可以与网络适配器逻辑364一起传送网络环数据，网络适配器逻辑364又可以耦合到PHY部件366和368，PHY部件366和368又可以连接到RJ-45网络连接器241和242以用于通过控制网络的通信。第二适配器基座逻辑234与总线插槽和网络适配器(包含切换节点)240可以与如上所述的那样以相似的方式工作。因此，适配器基座模块202可以提供容错的、冗余的工业控制网络路径。适配器基座模块202以及总线扩展基座模块还可以包括多个可手动配置的输入390，诸如DIP开关，用于配置物理地址空间偏移以用于每一个排组中。

现在参考图6，其中示出根据本发明的一个实施例的I/O基座模块的简化功能图。第一I/O基座逻辑286可以包括第一开关400和第二开关402，每一个开关工作在相同的状态，其中，开关的第一状态将底板236路由到第二I/O基座逻辑288，并且旁路总线插槽和功能卡290，并且其中，开关的第二状态经由第一路径406将底板236耦合到总线插槽和功能卡290，并且路由经过从总线插槽和功能卡290至第二I/O基座逻辑288的第二(返回)路径408。开关的默认模式可以是第一状态，其中，底板236被路由到第二I/O基座逻辑88，并且旁路总线插槽和功能卡290。开关例如可以在功能卡被安装在总线插槽中、完成内置的自测试并且向看门狗410传送正确的操作后改变为第二状态，看门狗410继而向开关提供使能信号404。例如，如果功能卡在被安装后、完成内置的自测试并且向看门狗410传送正确的操作后出现故障并且因此未能保持向看门狗410发送正确的操作，则看门狗410可以撤消该使能信号。因此，可以安全地从网络环中取出故障的功能卡。

功能卡290可以包括切换节点412，切换节点412具有耦合到第一路径406的第一端口和耦合到第二(返回)路径408的第二端口。切换节点412可以在内置的自测试的完成后保持向看门狗410发送正确的操作。切换节点512还可以与I/O逻辑414一起传送网络环数据，I/O逻辑414又可以耦合到各个布线块416，布线块416又可以连接到多个电端子(终端块)294，多个电端子(端子块)294用于容纳在每一个外壳的表面上暴露的导体，以可释放地保持与在外壳内固定的功能卡进行通信的电导体。第二I/O基座逻辑288与总线插槽和功能卡(包含切换节点)292可以如上所述的那样以相似的方式工作。因此，I/O基座模块204可以提供与各个受控的处理或机器(未示出)的容错的冗余通信。

现在参考图7，其中示出根据本发明的一个实施例的基座模块200、500和600的多个第一、第二和第三排组的简化功能图，每个排组与如上所述相似的方式形成底板。基座模块200、500和600的第一、第二和第三排组的每一个包括从左向右并排布置的一系列外壳。如上所述，第一排组200包括最左边的双适配器基座模块202，其后是第一双端子I/O基座模块204，其后是第二双端子I/O基座模块206，其后是集成了端盖的最右边的单端子I/O基座模块208。第二排组500包括最左边的双总线扩展基座模块502，其后是第一双端子I/O基座模块504，其后是集成了端盖的最右边的双端子I/O基座模块506。第三排组600包括最左边的双总线扩展基座模块602，其后是第一双端子I/O基座模块604，其后是附加基座模块，其后是双端子I/O基座模块606，其后是最右边的端盖外壳(endenclosure)模块。可以通过附接到第一DIN轨道218来固定第一排组200，可以通过附接到第二DIN轨道510来固定第二排组500，并且通过附接到第三DIN轨道610来固定第三排组600。基座模块300、500和600的每一个排组的第一基座模块的每一个还分别包括电源模块276、277、512、513、612和613，用于将各个模块耦合到外部电源，并且用于经由可释放的电连接器向每一个相应排组的其余部分供电。适配器基座模块202还可以包括例如网络环访问、本地连接的终端访问、手动可配置的输入(诸如DIP开关)、基座逻辑、一个或更多个总线插槽和网络适配器以及用于PLC访问的网络适配。总线扩展基座模块502和602例如可以包括网络环访问、本地连接的终端访问、手动可配置的输入(诸如DIP开关)、基座逻辑以及一个或更多个总线插槽和功能卡，但是不必提供用于PLC访问的网络适配。每一个I/O基座模块可以与相应的受控处理或机器514耦合并通信。

在本实施例中，取代形成具有单个底板的网络环，第一排组200可以耦合到第二排组500，第二排组500可以耦合到第三排组600，并且第三排组600可以耦合到第一排组200，以形成包括多个底板的大的网络环。因此，适配器基座模块202可以经由外部附接的网络电缆516将回路322耦合到总线扩展基座模块502的第一端口518。继而，总线扩展基座模块50可以向底板520提供到总线扩展基座模块502的第四端口524的回路522。继而，总线扩展基座模块502可以将回路522经由外部附接的网络电缆616耦合到总线扩展基座模块602的第一端口618。继而，总线扩展基座模块602可以向底板620提供到总线扩展基座模块602的第四端口624的回路622。继而，总线扩展基座模块602可以将回路622经由外部附接的网络电缆626耦合到适配器基座模块202的第一端口222，因此在各底板之间形成网络环。第一排组200经由适配器基座模块202可以以交错的菊花链拓扑将网络环耦合到第一PLC246和第二PLC250，而不需要网络切换器。

现在参考图8，其中示出根据本发明的一个实施例的具有唯一的物理地址的多个排组的简化功能图。每一个排组可以包括具有用于每一个排组内的物理地址空间偏移的排组主装置。每一个排组主装置可以从地址控制680接收物理地址空间偏移，地址控制680例如可以包括多个可手动配置的输入，诸如DIP开关。第一排组200可以具有例如偏移为00Hex的排组主装置650，第二排组500可以具有偏移为10Hex的排组主装置652，并且第三排组600可以具有偏移为20Hex的排组主装置654。

现在参考图9，其中示出根据本发明的一个实施例的具有在每一个总线插槽之间进行通信的地址限定线的基座模块600的简化功能排组。排组主装置654向第一总线插槽656提供地址限定线A0-A8。第一总线插槽656以及每一个随后的总线插槽因而容纳地址限定线A0-A8，将地址限定线移到A1-A9，并且为地址限定线A0提供地。结果，与是否安装了适配器或I/O功能无关地，针对9个连续的总线插槽建立了唯一的地址模式。另外，尽管如此，仍然可以基于其唯一的物理位置来唯一地寻址具有相同编址连接的功能卡，如在第一总线插槽656中安装的第一功能卡672和在第六总线插槽666中安装的第二功能卡674。在替代实施例中，如本领域已知的，可以使用附加地址限定线和/或另一模式。

通过使用物理地址空间偏移和地址限定线，在网络环中的多个排组中的每一个物理位置或总线插槽可以具有唯一的物理地址，而与是否安装了网络适配器或功能卡无关。因此，可以通过唯一物理地址来寻址每一个总线插槽，从而提供独立于环中使用的唯一节点地址的寻址机构，该寻址机构可以使用例如媒体访问控制(MAC)地址。尽管例如I/O功能卡出现故障并且被替换为另一I/O功能卡并且虽然它可能具有不同的MAC，但是，工业系统仍可以继续无改变地寻址同一物理位置。

再次参考图4和5，在网络环的正常运行期间，一个切换节点(诸如切换节点362等)作为活动监督节点(也称为活动环监督器(Activeringsupervisor))来工作，并且在该能力中，从其端口A和B中的每一个发送三种类型的帧。首先，监督节点362将从其端口的每一个发送信标帧。信标帧可以用极高速率(通常每400微秒一个)发送或在环状态事件改变时立即发送。暂时参考图12，每一个信标帧将包括：用于将其识别为信标帧702的数据；用于识别源端口704的数据，该源端口704用于指示从其发送信标帧的端口A或B；以及源和目的地MAC地址706，源是发送信标帧的监督节点362的MAC地址，并且通过上下文，目的地是显然的。信标帧还包括用于指示环状态的环状态数据708，指示环的端部是否在监督节点362处打开意味着帧未在端口A和B之间通过(打开模式)或者环的端部在监督节点362处闭合以允许帧在端口A和B之间通过(闭合模式)。最后，信标帧存储用于指示当前监督节点362的等级的数据710。监督节点362还发送用于承载用于工业处理或机器的控制的数据的常规以太网数据帧。这些数据帧通过由根据在本领域中已知的方法构造的内部路由表确定的端口A或B而被引导到特定节点。

另外，监督节点362可以发送不承载控制数据而是用于指示网络的状态的环协议帧。环协议帧可以包括：(1)从非监督切换节点(“非监督节点”)向监督节点362发送以指示物理介质故障的“链路状态帧”；(2)由监督节点362向其他节点发送以确定故障的位置的“定位故障帧”；(3)“邻居查看请求帧”和“邻居查看响应帧”，用于形成下文将描述的故障位置处理的一部分；以及(4)从非监督节点向监督节点362发送的“邻居状态帧”，用于形成故障定位处理的一部分。通常，仅在特定事件时偶尔发送环协议帧。以最高优先级来编码并且以最高优先级来发送和处理所有的环协议帧，以提供确定性的环网络性能。

如上所述，监督节点362可以在两个不同模式下工作。在打开模式(Openmode)中，在给定的端口A接收(未意欲去往监督节点362)的数据帧不被转发到相对的端口B，并且反之亦然。在闭合模式(Closedmode)中，在给定端口A接收(并且不意欲去往监督节点362)的数据帧被转发到端口B。通常，在两种模式中，从一个端口A发送的信标帧在另一端口B处检测到，并且反之亦然，但是不转发该信标帧。

仍参考图4和5，可以在诸如382的非监督节点的每一个处以不同的方式处理信标帧和数据帧。作为示例，在非监督节点382中，通常从端口A向端口B传送信标帧的每一个，或者反之亦然。在传送信标帧的过程中，通常，非监督节点仅从通过的信标帧中提取图12中所示的环状态数据708。这个环状态数据708指示环网络是否以如上所述的打开或闭合模式来运行。另外，非监督节点监视打开模式下在两个端口上的信标帧的未接收和闭合模式中在两个端口上的信标帧的接收。

现在参考图10，活动监督节点362可以执行存储的程序，以监视来自非监督节点的任何一个的链路状态帧，并且检测在其本身的端口之一上的链路故障。通过决策块720来示出该监视。这些链路状态帧通常指示由环节点使用IEEE802.3故障检测技术(例如，通过切换节点发送链路状态帧来检测在端口A或B处的电压的损失)检测到的物理层故障。

在接收到用于指示这样的故障的链路状态帧时或在检测到在其端口之一上的链路故障时，活动监督节点362转移到连接其端口A和B的闭合模式，以允许常规数据帧通过其中，从而恢复向由物理介质的故障等引起的断开点周围的节点的发送的连续性。活动监督节点362立即通过其端口A和B两者向由处理块722指示的其他节点发送模式改变。立即在作为如图12中所示的环状态数据708的信标帧中发送该模式改变。

在未接收到用于指示在本地节点处的断开或在其本身的端口上的链路的损失的链路状态信号时，活动监督节点362还可以检测在由决策块724指示的其端口A和B之一或另一个上的信标的损失。当端口A未能在预定义的信标超时时间段内接收到从端口B发送的信标帧或端口B未能在预定义的信标超时时间段内接收到从端口A发送的信标帧时，进行该检测。这样的信标损失可以检测不能被其他切换节点检测到的故障，例如脱离物理层作用的高层故障等。这样的故障的示例是网络节点的内部嵌入的开关故障。在如处理块726所示的进行这种对信标损失的检测时，端口A和B再一次彼此连接，并且将模式改变数据以类似于处理块722的方式转发到其他节点(在信标帧中)。然后，在处理块728，监督节点362向非监督节点发送定位故障帧，以有助于识别故障的位置，并且开始在其端口两者上的其本身的邻居的验证。

随后，如处理块730所示，活动监督节点362可以检测在其端口A和B两者处的信标帧(即在端口A从端口B接收(或反之)的信标帧)的恢复。如果如此，则活动监督节点362相对于流量而分离了端口A和B，并且在处理块732处立即发送用于指示已经恢复了打开模式的模式改变信号。在信标帧中立即发送该模式改变数据。

现在参考图11，除了活动监督节点362之外的每一个节点以类似的方式执行支持其在上述处理中的功能的软件。因此，例如，这些节点的每一个监视由决策块750指示的它们的物理连接，以查看物理链路的损失。这样的物理链路故障仅会被与故障相邻的节点检测到，并且可以源自正在连接新节点时的硬件网络接口故障或切断的介质或有意断开的介质等。当检测到这样的损失时，节点向活动监督节点362发送用于指示故障的链路状态帧，如处理块752所示。这允许活动监督节点362指出故障位置，作为对用户的诊断帮助。

节点还针对环协议帧来监视由活动监督节点362发送的、如决策块754所示的来自活动监督节点362的定位故障帧，如上述的处理块728所示。当接收到这样的定位故障信号时，在处理块756，节点向在两个端口上的相邻节点发送消息。

如决策块770所示，接收到在决策块770处检测到的这样的相邻查看请求帧的每一个相邻节点如处理块772所示的那样在接收端口上使用用于指示它们已经接收到消息的邻居查看响应帧来响应。当邻居未能响应时，请求节点向活动监督节点发送邻居状态帧。这允许活动监督节点指出故障位置，作为对于用户的诊断帮助。

可以由活动监督节点362在任何时间发送定位故障帧，以更新陈旧的信息。非监督节点总是在两个端口之间传送帧，而不管当前环状态模式。

当环处于闭合模式时，信标帧处理节点监视在两个端口上的信标的接收。在检测块758处检测到的在两个端口上的信标帧的接收和在任何一个端口上的用于指示向打开模式环状态的模式改变的至少一个信标帧的接收时，如处理块760所示，它们将模式改变为打开模式。

替代地，当在打开模式时，如处理块762所示，非监督节点监视在两个端口上的信标的接收，在预定信标超时时间段内在任何一个端口上未接收到信标帧时，它们在每一个处理块764将模式改变为闭合模式。替代地，在经处理块766检测到、在任何一个端口中接收到环状态闭合模式的至少一个信标时，它们经处理块768将模式改变为闭合模式。

包括活动监督节点362的所有节点在环状态模式改变后立即抹掉用于它们的两个环端口的单播和组播MAC地址路由表，并且如本领域中已知的，重新学习路由表，使得通过正确的端口转发数据帧。

对于活动环监督节点362，本发明考虑可以有备份环监督器。在环网络的初始化时，向每一个这样的可能的环监督器提供序列中的唯一序号。在信标帧中，将当前监督器编号作为监督器等级710来发送。在新监督节点开始工作的情况下或在环网络的初始化期间，多个可能的监督器可以全部发送包含它们的监督器等级710的信标帧。竞争的监督器监视所述信标帧，并且当检测到来自其他监督器的具有占优势的监督器等级710(根据预定的惯例更好或更低)的信标帧时退出。当两个监督器编号相等时，通过监督器的数值较高(或者，根据预定惯例为较低)的MAC地址来选择占优势的监督器。进行信标帧处理的非监督节点使用同一算法来跟踪活动监督器。

当备份环监督器节点在预定时间段中未检测到来自活动环监督节点362的信标帧时，所有可能的监督器节点转换到闭合模式一预定静默时间段。在这个静默时间段的结尾，备份环监督器如上所述发送它们本身的信标帧，并且将选择新的环监督器。

在启动期间，活动监督节点362在闭合模式中起动(在其端口之间传送帧)，并且当它在其端口两者上接收其本身的信标帧时转换到打开模式。每个信标帧处理节点在闭合模式中起动，并且仅当它们在它们的端口两者上从活动监督节点接收到信标帧并且在至少一个端口上在信标帧的环状态中具有打开模式时转换到打开模式。包括备份监督节点的非监督节点总是在它们的端口之间通过帧，而不管操作的当前环状态模式。

本发明可以检测和响应于几个异常情况。例如，每一个了解协议的节点可以监视其本身的帧回到其另一个端口的到达。这在不存在活动监督节点时指示错误的网络环路，并且节点可以通过向用户通知错误来做出响应。环监督节点362可能通过在闭合模式和打开模式之间循环来重复地响应于间歇或松开的连接器(介质故障)。环监督节点362可以跟踪预定的时间间隔内故障的数量，并且当故障的数量超过预定阈值时，它可以阻挡流量转发，停止在模式之间的循环，并且向用户提供该情况的警告。

有可能出现高层故障，使得仅在一个方向上丢失帧。当检测到该情况时，活动环监督节点362可以阻挡一个方向上的流量转发，并且向用户通知故障情况。

由以上描述可知，根据本公开的实施例，提供了至少如下技术方案：

附注1.一种用于工业控制系统的底板，包括：适配器基座模块，该适配器基座模块具有第一端口、第二端口、切换节点和网络适配器，所述切换节点耦合在所述第一端口和所述第二端口之间并且与所述网络适配器进行通信，所述网络适配器能够用于通过控制网络进行通信；多个I/O基座模块，每一个I/O基座模块具有第一端口、第二端口和总线插槽，所述总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的功能卡，其中，当将所述功能卡安装在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述切换节点，并且当所述功能卡不在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口与第二端口耦合；并且至少一个I/O基座模块在总线插槽中安装有功能卡，其中，所述适配器基座模块的第二端口耦合到某个I/O基座模块的第一端口，除了最后的I/O基座模块将第二端口耦合到所述适配器基座模块的第一端口之外，每一I/O基座模块的第二端口耦合到下一I/O基座模块的第一端口，以形成切换节点的网络环。

附注2.根据附注1所述的底板，其中，每一个切换节点包含在环中的唯一节点地址，并且每一个总线插槽被分配有独立于该唯一节点地址的唯一物理地址。

附注3.根据附注2所述的底板，其中，所述唯一节点地址由MAC地址来确定。

附注4.根据附注2所述的底板，其中，所述唯一物理地址由在各总线插槽之间通信的地址限定线来确定。

附注5.根据附注1所述的底板，其中，每一个I/O基座模块进一步包括多个端子，用于可释放地容纳与受控处理或机器进行通信的电导体。

附注6.根据附注1所述的底板，其中，所述适配器基座模块和所述多个I/O基座模块的每一个具有耦合在一起的第三端口和第四端口，其中，最后的I/O基座模块的第二端口耦合到最后的I/O基座模块的第三端口，并且除了第一个I/O基座模块将第四端口耦合到所述适配器基座模块的第四端口之外，每一个I/O基座模块的第四端口耦合到前一个I/O基座模块的第三端口，所述适配器基座模块的第四端口耦合到所述适配器基座模块的第一端口，以形成所述网络环。

附注7.根据附注6所述的底板，其中，所述第二端口和所述第三端口是第一电连接器的一部分，并且所述第一端口和所述第四端口是第二电连接器的一部分。

附注8.根据附注6所述的底板，其中，最后的I/O基座模块的第二端口经由外部附接的端盖外壳而耦合到最后的I/O基座模块的第三端口。

附注9.根据附注6所述的底板，其中，所述适配器基座模块的第四端口经由外部附接的网络电缆而耦合到所述适配器基座模块的第一端口。

附注10.根据附注1所述的底板，其中，所述切换节点中的至少一个是活动环监督器，用于操作为：(a)以第一速率从每一个端口发送信标帧，并且监视另一端口的信标帧的接收，其中，所述信标帧指示环网络的操作状态为闭合模式或打开模式；(b)通过在打开模式中阻挡在第一端口和第二端口之间的数据帧来响应在第一端口和第二端口之间的信标帧的接收；(c)通过改变为闭合模式使数据帧在第一端口和第二端口之间通过来响应所述信标帧穿过所述环的失败；并且

其中，不是所述活动环监督器的切换节点用于操作为：(a)使信标帧在第一端口和第二端口之间通过；(b)响应所述网络环由于以下状况中的任一个而导致的操作状态的改变：(i)在任一端口上未接收到信标帧；或(ii)接收到用于指示操作在闭合模式或打开模式之间改变以重置其MAC地址路由表的信标帧。

附注11.根据附注1所述的底板，其中，所述适配器基座模块进一步包括：第一总线插槽，用于可释放地容纳第一功能卡，所述第一功能卡包含与所述网络适配器进行通信的切换节点；以及第二总线插槽，用于可释放地容纳第二功能卡，所述第二功能卡包含与第二网络适配器进行通信的切换节点，其中：(a)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，所述适配器基座模块将所述第一端口和所述第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，所述适配器基座模块将所述第一端口和所述第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，所述适配器基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点。

附注12.根据附注1所述的底板，进一步包括具有第二总线插槽的I/O基座模块，所述第二总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的第二功能卡，其中：(a)当在第一总线插槽中安装第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，该I/O基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(d)当两个功能卡均不在所述总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口耦合到第二端口。

附注13.一种工业控制系统，包括：多个排组，每一个排组包括多个I/O基座模块，每一个I/O基座模块具有第一端口、第二端口和总线插槽，所述总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的功能卡，其中，当所述功能卡被安装在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述切换节点，并且当所述功能卡不在所述总线插槽中时，每一个I/O基座模块将第一端口耦合到第二端口，至少一个I/O基座模块在总线插槽中安装有功能卡，其中，第一排组包括适配器基座模块，所述适配器基座模块具有第一端口、第二端口、切换节点和网络适配器，该切换节点耦合在第一端口和第二端口之间，并且与所述网络适配器进行通信，所述网络适配器可用于通过控制网络进行通信，并且其中，在所述第一排组中的适配器基座模块将第二端口耦合到在同一排组中的某个I/O基座模块的第一端口，除了每一个排组中的最后的I/O基座模块将第二端口耦合到在下一个排组中的第一I/O基座模块的第一端口之外，除了最后一个排组中的最后一个I/O基座模块将第二端口耦合到在第一排组中的适配器基座模块的第一端口之外，每一个排组中的每一个I/O基座模块的第二端口耦合到同一排组中的下一个I/O基座模块的第一端口，以形成切换节点的网络环。

附注14.根据附注13所述的工业控制系统，其中，每一个切换节点包含所述环中的唯一节点地址，并且每一个总线插槽被分配有独立于所述唯一节点地址的唯一物理地址。

附注15.根据附注13所述的工业控制系统，其中，每一个I/O基座模块进一步包括多个端子，用于可释放地容纳与受控处理或机器进行通信的电导体。

附注16.根据附注13所述的工业控制系统，其中，所述适配器基座模块进一步包括：第一总线插槽，该第一总线插槽用于可释放地容纳第一功能卡，该第一功能卡包含与所述网络适配器进行通信的切换节点；以及第二总线插槽，该第二总线插槽用于可释放地容纳第二功能卡，该第二功能卡包含与第二网络适配器进行通信的切换节点，其中：(a)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，所述适配器基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，所述适配器基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，所述适配器基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点。

附注17.根据附注13所述的工业控制系统，进一步包括具有第二总线插槽的I/O基座模块，所述第二总线插槽用于可释放地容纳具有切换节点的第二功能卡，其中：(a)当在第一总线插槽中安装第一功能卡并且所述第二功能卡不在所述第二总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第一功能卡的切换节点；(b)当在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡并且所述第一功能卡不在所述第一总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口和第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；(c)当在所述第一总线插槽中安装所述第一功能卡并且从在所述第二总线插槽中安装所述第二功能卡时，该I/O基座模块将第一端口耦合到所述第一功能卡的切换节点，将所述第一功能卡的切换节点耦合到所述第二功能卡的切换节点，并且将第二端口耦合到所述第二功能卡的切换节点；并且(d)当两个功能卡均不在所述总线插槽中时，该I/O基座模块将第一端口耦合到第二端口。

附注18.根据附注13所述的工业控制系统，其中，所述切换节点中的至少一个是活动环监督器，用于操作为：(a)以第一速率从每一个端口发送信标帧，并且监视另一端口的信标帧的接收，其中，所述信标帧指示环网络的操作状态为闭合模式或打开模式；(b)通过在打开模式中阻挡在第一端口和第二端口之间的数据帧来响应在第一端口和第二端口之间的信标帧的接收；(c)通过改变为闭合模式使数据帧在第一端口和第二端口之间通过来响应所述信标帧穿过所述环的失败；并且其中，不是所述活动环监督器的切换节点用于操作为：(a)使信标帧在第一端口和第二端口之间通过；(b)响应所述网络环由于以下状况中的任一个而导致的操作状态的改变：(i)在任一端口上未接收到信标帧；或(ii)接收到用于指示操作在闭合模式或打开模式之间改变以重置其MAC地址路由表的信标帧。

附注19.一种用于工业系统的I/O基座模块，包括：外壳，该外壳提供左侧面和右侧面；可释放电连接器，该可释放电连接器支撑于所述左侧面和右侧面上，被暴露为连接左侧和右侧上的相邻基座模块；可释放机械连接器，该可释放机械连接器在左侧和右侧上基座模块固定于相邻基座模块；多个电端子，所述多个电端子容纳暴露于所述外壳的表面上的导体，以可释放地保持与固定在所述外壳内的I/O功能卡进行通信的电导体；及底板电路，该底板电路固定在所述外壳中，并且与所述可释放电导体通信，以建立在附接的基座模块之间进行通信的环网络，所述基座模块在一个电连接器处设置第一端口并且在第二个电连接器处设置第二端口，使得所述基座模块被布置成环，其中，每一个基座模块的第一和第二端口耦合到所述环的不同基座模块。

附注20.根据附注19所述的I/O基座模块，其中，所述可释放机械连接器被配置为通过附接到DIN轨道而将基座模块固定于相邻基座模块。

在此使用了特定术语，仅用于参考的目的，因此这些特定术语并不意欲为限制性的。例如，诸如“上”、“下”、“顶”和“底”等术语指的是在所参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“背部”、“侧”、“左”和“右”等术语描述在一致但是任意的参考帧内的组成部分的部分的取向，这通过参考用于描述所讨论的组成部分的文字和相关联的附图变得清楚。这样的术语可以包括如上具体所述的字词、其衍生字词和类似输入的字词。类似地，指示结构的术语“第一”、“第二”和其他这样的数字术语并不暗示序列或顺序，除非在上下文中清楚地加以指示。

当介绍本公开的元素或特征和示例性实施例时，冠词“一个(a，an)”和“所述(the，said)”意欲表示有一个或更多个这样的元素或特征。术语“包括”、“包含”和“具有”意欲是包含性的，并且表示可以有除了具体描述的那些元素或特征之外的另外的元素或特征。还应当明白，在此所述的方法步骤、处理和操作不应当被解释为必然需要以所述或所示的特殊顺序来执行，除非其被具体标识为执行的顺序。还应当明白，可以使用另外或替代的步骤。

对于“微处理器”和“处理器”的引用或“微处理器”和“处理器”，可以理解为包括可以在独立和/或分布环境中进行通信的一个或更多个微处理器，并且可以因此被配置为经由有线或无线通信来与其他处理器进行通信，其中，这样的一个或更多个处理器可以被配置为在可以是类似或不同装置的一个或更多个处理器控制的装置上运行。而且，除非另外指定，对于存储器的引用可以包括一个或更多个处理器可读和可访问的存储器元件和/或部件，其可位于处理器控制的装置内部，或者位于处理器控制的装置外部，并且可以经由有线或无线网络访问。

应特别注意，本发明不限于在此包含的实施例和示例，并且权利要求应当被理解为包括这些实施例的修改形式，这些实施例的修改形式包括在所附的权利要求的范围内的实施例的部分和不同实施例的元素的组合。在此描述的所有公布(包括专利和非专利公布)通过引用而整体合并于此。

部件列表

10基座模块

12逻辑适配器基座模块

14终端I/O基座模块

16终端I/O基座模块

18终端I/O基座模块

20可视显示器

22各种连接器

24电源连接器

26端子块

28端子块

30端子块

60示出的I/O基座模块

61左侧面

62右侧面

64可释放电连接器

66可释放电连接器

68DIN轨道

70端子块

72还可以包括标签

100I/O基座模块

102左侧面

104右侧面

106左可释放电连接器

108右可释放电连接器

110母机械连接器机构

112母机械连接器机构

114公机械连接器机构

116公机械连接器机构

120端子块

122布线块

124总线插槽

200基座模块的第一排组

202适配器模块

204I/O基座模块

206I/O基座模块

208I/O基座模块

209可释放电连接器

210最左边的区域

211可释放电连接器

212端盖外壳模块

213可释放电连接器

214可释放电连接器

216可释放电连接器

218DIN轨道

222第一端口

224第一端口

224第二端口

226第四端口

226第三端口

228第四端口

230物理(PHY)

232第一适配器基座逻辑

234第二适配器基座逻辑

236底板

238网络适配器

240网络适配器

241网络连接器

242网络连接器

243网络连接器

244网络连接器

246第一PLC

248第一网络切换器

250第二PLC

252第二网络切换器

254本地连接的终端

276电源模块

278串行总线USB连接器

280本地连接的终端

284第二端口

286第一I/O基座逻辑

288第二I/O基座逻辑

290功能卡

292功能卡

294端子块

296第一端口

308第二端口

310单个I/O基座逻辑

312功能卡

314端子块

316第三端口

318第四端口

318.第三端口

320物理层PHY部件

322回路

324第四端口

324第三端口

330外部附接的网络电缆

350第一开关

352第二开关

354使能信号

356第一路径

358第二返回路径

360看门狗

362监督节点

362切换节点

364网络适配器逻辑

366成对PHY部件

368成对PHY部件

382非监督节点

390可手动配置的输入

400开关

402第二开关

404信号

406第一路径

408第二返回路径

410看门狗

412切换节点

414I/O逻辑

416各个布线块

500基座模块的第二排组

502总线扩展基座模块

504终端I/O基座模块

506终端I/O基座模块

510第二DIN轨道

512电源模块

514受控处理机器

516外部附接的网络电缆

518第一端口

520底板

522回路

524第四端口

600基座模块的第三排组

602总线扩展基座模块

604终端I/O基座模块

606终端I/O基座模块

610第三DIN轨道

612电源模块

616外部附接的网络电缆

618第一端口

620底板

622回路

624第四端口

626外部附接的网络电缆

650排组主装置

652排组主装置

654排组主装置

656第一总线插槽

666第六总线插槽

672第一功能卡

674第二功能卡

680地址控制

702信标帧

704源端口

706源目的地MAC地址

708环状态数据

710监督器等级

720决策块

722处理块

724决策块

726处理块

728处理块

730处理块

732处理块

750决策块

752处理块

754决策块

756处理块

758决策块

760处理块

762处理块

764处理块

766处理块

768处理块

770决策块

772处理块

Claims (20)

1.一种用于工业控制系统的工业自动化模块，包括：

外壳，该外壳提供左侧面和右侧面；以及

可释放电连接器，该可释放电连接器支撑于所述左侧面和右侧面上，被暴露为连接左侧和右侧上的相邻工业自动化模块；

其中所述可释放电连接器被配置为提供以太网数据到切换节点。

2.根据权利要求1所述的模块，其中所述可释放电连接器被配置为提供全双工以太网数据。

3.根据权利要求1所述的模块，还包括嵌入所述模块的切换节点。

4.根据权利要求1所述的模块，还包括总线插槽，该总线插槽被配置为可释放地容纳具有切换节点的功能卡。

5.根据权利要求4所述的模块，还包括逻辑，该逻辑被配置为当没有功能卡时旁路所述总线插槽。

6.根据权利要求1所述的模块，其中所述可释放电连接器被进一步配置为向所述左侧和右侧上的相邻模块提供电源。

7.根据权利要求1所述的模块，还包括可释放机械连接器，该可释放机械连接器将所述模块固定于所述左侧和右侧上的相邻模块。

8.根据权利要求1所述的模块，其中在所述左侧面和右侧面上的所述可释放电连接器是相反的匹配类型。

9.根据权利要求1所述的模块，还包括多个电端子，该多个电端子用于可释放地容纳所述外壳的表面上的电导体。

10.根据权利要求1所述的模块，其中所述模块为适配器基座模块。

11.根据权利要求1所述的模块，其中所述模块为I/O基座模块。

12.一种用于工业控制的模块化系统，包括：

第一模块，该第一模块具有第一端口、第二端口和切换节点，所述切换节点耦合在所述第一端口和所述第二端口之间；以及

第二模块，该第二模块具有第一端口、第二端口和切换节点，其中所述第一模块的所述第二端口耦合到所述第二模块的所述第一端口，并且

其中所述第一模块和所述第二模块经由支撑于所述第一模块的左侧面和右侧面中的至少一个以及所述第二模块的左侧面和右侧面中的至少一个上的可释放电连接器耦合。

13.根据权利要求12所述的模块化系统，其中所述第一模块为适配器基座模块。

14.根据权利要求12所述的模块化系统，其中所述第二模块为I/O基座模块。

15.根据权利要求12所述的模块化系统，其中所述可释放电连接器被配置为提供全双工以太网数据。

16.根据权利要求12所述的模块化系统，其中所述可释放电连接器被配置为向左侧和右侧上的相邻模块提供电源。

17.一种用于工业控制系统的工业自动化模块，包括：

外壳，该外壳提供左侧面和右侧面；

可释放电连接器，该可释放电连接器支撑于所述左侧面和右侧面上，被暴露为连接左侧和右侧上的相邻模块；

多个电端子，该多个电端子用于可释放地容纳所述外壳的表面上的电导体；以及

嵌入的切换节点，该嵌入的切换节点被固定于所述外壳中；

其中所述可释放电连接器被配置为给所述嵌入的切换节点提供以太网数据。

18.根据权利要求17所述的模块，其中所述模块为I/O基座模块。

19.根据权利要求17所述的模块，其中所述可释放电连接器被配置为提供全双工以太网数据。

20.根据权利要求19所述的模块，其中所述可释放电连接器被进一步配置为向所述左侧和右侧上的相邻模块提供电源。