CN106462131A - 通用i/o信号插入器系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统，所述系统包括连接在现场设备与控制器之间的基底，以及附连至所述基底的多个控制器半部。插入器电路载体包括对应的连接器半部，并包括用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的信号处理电路。可在没有从现场设备或控制器断开所述基底的情况下改变插入器电路载体。

Description

通用I/O信号插入器系统
技术领域
本公开涉及在I/O设备与用于过程控制的控制器之间的I/O信号的传输，且尤其涉及插入处理信号的端点之间的I/O信号的信号路径中的系统。
背景技术
控制系统向并从现场设备及控制器传输I/O信号，以调节并控制工业过程。现场设备包括传感器及致动器。传感器将表示过程变量的状态的输入信号传输至控制器，且致动器接收来自控制器的输出信号并采取行动来影响过程变量。控制器可被直接连接至现场设备，并具有固定的I/O容量，或可使用I/O卡来提供额外的容量。一些控制器连接至在数字总线或网络上与控制器通信I/O信号的远程I/O机架。
I/O信号可以是模拟信号或数字信号。模拟I/O信号是可变的，其中电压或电流表示诸如流速或阀的期望位置之类的过程参数的大小。数字I/O信号表示两个状态中的一个：“开/关”(on/off)、“打开/关闭”(opened/closed)等。
过程控制中使用的第二类型的数字输出信号被用于致动继电器。许多控制任务需要将诸如致动器或电机之类的现场设备连接至用于操作致动器或电机的电源的继电器。数字输出信号打开或关闭继电器，以使致动器或电机断电或通电。由美国加州特曼库拉市(Temecula)的Opto 22销售的“四代”或“G4”数字I/O线，例如，出售用于操作继电器的分开的数字输入模块以及数字输出模块。
复杂的工业过程可能使用遍布在工厂中的用于过程控制的多个现场设备及控制器。来自现场设备的I/O布线通常被带到中心位置以便于管理。现场布线可延伸至包含在布线箱中的端子块，并从端子块延伸至控制器。
传感器及其他现场设备通常需要用于工作的持续功率。现场设备可通过I/O信号线供电，或可通过分开的电源线接收功率。在控制系统的初始规划阶段期间，需要大量的工程努力来定义现场设备的功率需求，以及对现场设备布置功率分配。当替换或更新现场设备时，控制系统的功率及功率分配要求也可能改变。需要额外的工程努力来响应这些变化。
在控制系统的初始的调试期间，可能需要对I/O信号质量的广泛测试，以确保控制系统的正确安装和工作。
I/O信号可能需要信号调节，用于控制系统的正确工作。来自现场设备的I/O布线可被带到容纳在箱中的模块化信号调节器，并从信号调节器被带到控制器。信号调节器的示例包括可从德国布隆贝格(Blomberg)的凤凰通讯股份有限公司(Phoenix ContactGmbH&Co.)购得的“MINI Analog Pro”线。改变信号调节器需要从旧的调节器上断开I/O布线，并重新连接布线到新的信号调节器。
需要改进的I/O信号调节系统，该系统可被插入现场设备与控制器之间，更好地解决控制系统的诊断、功率及连接需要。
发明内容
公开的是用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统。所述系统包括被连接在现场设备与控制器之间的基底，以及附连至该基底的一个或多个连接器。插入器电路载体包括对应的连接器半部，并包括用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的信号处理电路。
可在没有从现场设备或控制器断开基底的情况下改变插入器电路载体。
插入器电路载体的实施例包括不同类型的信号处理电路，包括但不必限于：直通电路、信号调节电路、电保护电路以及继电器电路。
插入器电路载体的又其他实施例包括提供对信号路径的访问的访问端口以用于I/O信号诊断。
在插入器电路载体的又其他实施例中，可通过插入器系统传输功率至现场设备。当规划新的安装或当替换或增加现场设备至现有控制系统时，这简化了功率布置需要。
公开的通用I/O插入器系统提供许多优点。在控制系统的初始调试或新的现场设备的安装期间，插入器电路载体可与用于添加的电路保护以及诊断访问的熔断元件或访问端口一起使用。可稍后用没有访问点和/或具有不同熔断元件的载体替代所述载体。
如果信号调节需要在现场设备的寿命期间改变，可在没有断开在基底处的I/O布线的情况下安装不同的插入器电路载体。
当描述继续下去，特别是当结合示出一个或多个实施例的相应附图时，其他方面和特征将变得明显。
附图说明
图1示出了用于处理在I/O设备与控制器之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统；
图2示出了由连接I/O设备与控制器的通用I/O插入器系统形成的电路；
图3示出了可由通用I/O附属系统处理的I/O信号；
图4示出了能够向I/O设备提供功率的通用I/O附属系统的实施例；
图5类似于图2，但示出了由图4中示出的通用I/O附属系统形成的电路；
图6类似于图4，但示出了在分开的传输线上向I/O设备提供功率及信号路径的通用I/O插入器系统的实施例；
图7示出了能够向I/O设备提供功率的通用I/O插入器系统的实施例，所述功率可从不只一个供应源中选择；
图8示出了其中独立于插入器电路载体向I/O设备提供功率的通用I/O插入器系统的实施例；
图9是通用I/O插入器系统的实施例的基底组件的示意性截面图；
图10示出了具有用于同时将多个I/O设备连接至控制器的多个现场侧端子以及多个控制器侧端子的通用I/O附属系统的基底的实施例；
图11类似于图10，但示出了具有连接基底的引脚连接的两个分开的功率供应总线的基底的实施例；
图12类似于图10，但具有形成电连接器半部的一部分的控制器侧端子；
图13示出了经由电连接器半部连接至控制器的图12中所示的基底；
图14示出了安装在包括用于系统的现场侧端子的端子块的外壳上的通用I/O附属系统的基底；
图15示出了由各个外壳切片形成的外壳；
图16示出了第一实施例插入器电路载体外壳；
图17示出了第二实施例插入器电路载体外壳；
图18示出了配置为直通电路的插入器电路载体的信号处理电路；
图19示出了配置为电保护电路的插入器电路载体的信号处理电路；
图20示出了配置为信号调节电路的插入器电路载体的信号处理电路；以及
图21示出了配置为继电器电路的插入器电路载体的信号处理电路。
具体实施方式
图1示出了用于截取并处理在I/O设备12与控制器14之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统10。示出插入器系统10通过线材(wire)或信号线(signal line)16被连接至I/O设备12，并通过线材或信号线18被连接至控制器14。虽然图1示出信号线16、18从I/O设备12及控制器14直接延伸至I/O插入器系统10，但是应理解，信号线可如本领域中所知的以其他方式被路由至I/O插入器系统10，或从I/O插入器系统10被路由。例如，信号线18可延伸至连接至分布式控制系统的控制器的I/O卡或I/O机架。
I/O设备12包括输入/输出功能，即，I/O设备12可输出由I/O插入器系统10通过线16接收的用于通过线18传输至控制器14的信号，或可接收由I/O插入器系统10通过线18接收的用于通过线16传输至I/O设备12的由控制器14输出的作为输入的信号。I/O插入器系统10使得由I/O系统10通过线16或线18接收到的信号能够被截取并处理，或者以其他方式在从I/O系统10通过线16或线18的另一个被输出之前被评估或处理。从I/O设备12的视角来看，I/O设备在线16上从控制器14接收I/O信号，或将I/O信号传输至控制器14。从控制器14的视角来看，控制器14在线18上从I/O设备12接收I/O信号，或将I/O信号传输至I/O设备12。
在稍后更详细描述的实施例中，I/O插入器系统10也可向I/O设备12供应功率。
I/O插入器系统10包括基底组件20、插入器电路载体22以及电连接器24.电连接器24是将电路载体22可移除地附连至基底组件20的接口。当载体22被附连至基底组件20时，电连接器24还提供基底组件20与电路载体22之间的电连接。
电连接器24包括附连至电路载体22并形成电路载体22的一部分的第一连接器半部24a，以及附连至基底组件20并形成基底组件20的一部分的第二连接器半部24b。
所示的电连接器24是传统的引脚与插座类型的电连接器，包括引脚，且其他连接器引脚包括接收所述引脚的相应的插座。虽然示出D-sub连接器，但可使用其他类型的电连接器(包括但不限于端子块、插头/插座连接器或RS232、USB、RS46、RJ45或RS422/485连接器)来提供基底组件20和电路载体22之间的机械连接和电连接。电连接器和/或基底可包括键控元件或编码元件或确保连接器半部的正确配合接合的其他结构。基底组件20还可包括当连接连接器半部时促进连接器半部24a、24b的适当对准的引导结构(未示出)。
基底组件20包括携载基底插入器电路段28的印刷电路板(PCB)26。基底插入器电路段28包括连接器半部24b，并进一步包括用于与I/O设备12电连接的设备端子30，以及用于与控制器14电连接的控制器端子32。基底插入器电路段28进一步包括由PCB 26提供的电路部分，这些电路部分包括设备端子30与连接器半部26b之间的电路通信34，并提供控制器端子32与连接器半部24b之间的电路通信36。
基底插入器电路段28形成从设备端子30延伸至控制器端子32的常开电连接。
所示的插入器载体22具有携载连接器半部24a的外壳38。设置在外壳38中的是通过I/O电路部分42与I/O电路部分44与连接器半部24a电路通信的信号处理电路40。
如图2中所示，当插入器电路载体22被连接至基底插入器电路段28时，电连接器24将I/O电路部分42、44与相应的基底电路部分34、36串联地放置。插入器电路载体22与基底插入器电路段28合作地形成从设备端子30延伸至控制器端子32的闭合的插入器电路段46。基底插入器电路段28与插入器电路载体22使得额外的信号处理或其他功能能够被插入在I/O设备12与控制器14之间延伸的I/O信号路径中。在端子30、32之间传递的I/O信号被插入的信号处理电路40截取并处理。接收进插入器系统10中的I/O信号被插入器系统10处理，并随后被传输出系统10。
图3示出了可由插入器系统10接收的I/O信号的类型。由I/O设备12输出以用于传输到控制器14的信号被认为是关于系统10的输入信号。由控制器14输出用于传输到I/O设备12的信号被认为是关于系统10的输出信号。如本领域所知的，I/O信号可以是模拟信号，或者可以是数字信号。因此，基底插入器电路段28可被连接在I/O设备12与控制器14之间，以在设备端子30处接收模拟输入信号48或数字输入信号50，或者在控制器端子32处接收模拟输出信号52或数字输出信号54。
插入器电路载体22被配置成处理数字I/O信号或处理模拟I/O信号。被配置成处理模拟信号的附属电路载体22是模拟附属电路载体。被配置成处理数字信号的附属电路载体22是数字附属电路载体。由I/O信号是通过I/O电路部分42还是通过I/O电路部分44接收来确定附属电路载体22的“极性”。被配置成处理通过I/O电路部分42接收的输入信号的附属电路载体22是输入电路载体。被配置成处理通过I/O电路部分44接收的输出信号的附属电路载体22是输出载体。
插入器电路载体22在不同的实施例中可以是模拟输入电路载体、模拟输出电路载体、数字输入电路载体或数字输出电路载体。用户基于要在I/O设备12与控制器14之间传输的I/O信号的信号类型(模拟或数字)以及极性(输入或输出)选择合适的类型和极性的电路载体22用于系统10中如果信号规格改变，或如果I/O设备12被不同类型的I/O设备替换，那么系统10中使用的附属电路载体22相应地改变。
如图3中所示，模拟输入电路载体22ai从设备端子30接收模拟输入信号48，并将经处理的模拟输入信号48p输出至控制器端子32。数字输入电路载体22di从设备端子30接收数字输入信号50，并将经处理的数字输入信号50p输出至控制器端子32。模拟输出电路载体22ao从控制器端子32接收模拟输出信号52，并将经处理的模拟输出信号52p输出至设备端子30。数字输出电路载体22do从控制器端子32接收数字输出信号54，并将经处理的输出信号54p输出至设备端子30。
图4示出了类似于基底组件20但可向I/O设备12供应功率的第二实施例基底组件60。基底组件60的基底插入器电路段包括显示与电压源64连接的功率供应端子62。在所示的实施例中的电压源64是24伏直流电压源。基底组件PCB提供功率端子62与连接器半部26b之间的电路通信66。如图5中所示，用于与基底组件60一起使用的电路载体22包括其末端被连接至连接器半部24a的跳线68。当电路载体22被连接至基底组件60时，电连接器24将跳线68与基底电路部分66、33串联地放置。通过线16从电压源64提供功率至I/O设备12。
如果载体被配置成向设备端子24供应功率，则插入器电路载体22也是功率电路载体。如果载体未被配置成向设备端子30供应功率，则插入器电路载体22是非功率电路载体。
图5中所示的电路载体22还包括从电压源64接收功率以对电路载体本身的内部电路供电的内部功率分配电路70。插入器电路载体22可以是独立于正由载体处理的信号通过基底组件60被供电的基底供电的电路载体。在其他实施例中，插入器电路载体22可以是信号供电的，即，电路载体22利用来自正被处理的信号的功率来给电路载体供电。
应理解，本文公开的能够向设备端子30供应功率的实施例可被配置在替代的实施例中，以向控制器端子32供应功率。
图6示出了类似于基底组件60的第三实施例基底组件72。基底组件72的信号互连电路包括通过电路通信76连接至电连接器半部24b的第二设备侧端子74。与基底组件72一起使用的插入器电路载体22将功率供应端子62与端子74互连。功率线被连接至端子74，并被连接至I/O设备12以通过与I/O设备信号线16分开的功率线78向I/O设备供应功率。
图6示出信号互连电路可包括用于与I/O设备12连接的复数个端子。可提供额外的端子，例如，来终止屏蔽导体从I/O设备延伸。
图7示出了类似于基底组件72的第四实施例基底组件80。基底组件80的信号互连电路包括除了功率供应端子62之外的第二功率供应端子82。示出功率供应端子82连接至第二电压源84，该第二电压源供应与电压源64供应的不同的电压。当使用配置成使功率供应端子62互连至设备功率端子74的插入器电路载体22时，可通过如图6中所示的功率线78从电压源54传输功率至I/O设备12。当使用配置成使功率供应端子82互连至设备端子30的插入器电路载体22时，可通过如图4中所示的I/O设备信号线16从电压源84传输功率至I/O设备12。
图4-7示出了利用插入器电路载体22连接功率供应端子与设备端子来向I/O设备12供应功率。图8示出了包括类似于功率供应端子62、82的功率供应端子92、94的第五实施例基底组件90。然而，在这个实施例中，功率供应端子62、82被电连接至电连接器半部24b与设备端子30之间的基底插入器电路段28。可独立于插入器电路载体22的存在向设备端子30供应功率。功率供应端子在其他可能的实施例中可被连接至类似于功率端子74的专用设备功率端子。
基底插入器电路段28还可包括信号路径中的额外设备，以处理信号或提供诊断能力或其他功能而不管或独立于正被使用的插入器电路载体。图9示出了类似于基底组件20但包括设置在基底插入器电路段28中的手动按钮断路(break)102的第六实施例基底组件100。电路段28包括在断路102的相对侧上的暴露的测试点104、106。用户可利用断路102手动地打开有源电路，并将探针放置在测试点104、106上以针对测试或诊断目的监测信号质量。可提供防尘盖来当测试点104、106不在使用中时覆盖测试点104、106。
可选择地被合并在基底插入器电路段28中以独立于附属电路载体提供功能的其他设备或电路元件包括保险丝、隔离元件、信号中继器等。
图10示出了类似于基底组件20但包括复数个在PCB 26上的相似的基底插入器电路段28的第七实施例基底组件110。图10中的基底组件110的每个基底插入器电路段28独立于其他插入器段。每个基底插入器电路段被示成与图1中示出的电路段28相似，但应该理解，插入器段28中的一些或全部可包括如先前所述以及如先前在图1-9中示出的在信号路径中的额外的功率供应端子、设备功率端子以及额外的设备元件或电路元件。
因为基底插入器电路段28彼此独立，所以连接至一个插入器段28的I/O设备的类型与极性独立于连接至任何其他的插入器段28的I/O设备的类型与极性。更换连接至插入器段28的I/O设备不影响连接至其他插入器段28的其他的I/O设备，即使这样的变化需要改变那个基底插入器电路段的插入器电路载体的类型或极性。
此外，通过每个插入器段28插入那个插入器段28的信号路径中的信号处理以及其他功能是独立于注入其他插入器段28的各自的信号路径中的信号处理的。每个插入器段28中使用的插入器电路载体22的类型与极性是独立于在其他插入器段28中使用的插入器电路载体22的类型与极性的。独立于其他插入器段28的任何功率要求作出向连接至每个插入器段28的I/O设备供应功率的选择。设置在每个插入器段28中的附加设备或功能独立于其他插入器段28中的相似的设备或功能而作用。例如，在一个插入器段28中利用断路102打开信号电路不影响其他的插入器段28。改变连接至一个插入器段28的I/O设备不影响其他插入器段28，它也不需要改变在其他插入器段28中使用的插入器电路载体22。
图10示出四个基底插入器电路段28，但并不旨在是限定性的。具有32、64或更多的插入器段28的实施例在本公开的范围内。
图11示出了类似于基底组件110的第八实施例基底组件120。在这个实施例中，可通过总线而非通过用于每个插入器段28的专用的功率供应端子从电压源获得功率给每个插入器段28。图11示出了具有相应的总线供应端子126、128的功率供应总线122、124。示出相应的电压源64、84连接至总线供应端子126、128。每个电连接器半部24b的对应的引脚被连接至相应的总线122、124。被配置成连接至总线122或总线124的功率类型插入器电路载体22从总线供应功率至如前所述的插入器段28的设备端子30或功率端子74。
在又其他实施例中，提供类似于总线122或总线124的总线，所述总线专用于使功率可由附连至插入器段28的插入器电路载体22使用。在又进一步的实施例中，提供类似于总线122或总线124的总线，所述总线可独立地对在与基底组件120相关联的使用中的工具或诊断设备供电。例如，可针对每个插入器段28提供功率端口以用于对附连至插入器段28的测试端口102、104的手持诊断设备供电。
图12示出了类似于基底组件120的第九实施例基底组件130。在这个实施例中，插入器段28的控制器端子32被形成为引脚，并被布置以形成附连至PCB26的引脚连接器半部132。所示的引脚连接器半部132是传统的D-sub连接器的一半。独立于用于电连接器半部24a或24b的那些选择引脚连接器半部132的引脚的尺寸、配置以及数量。
将控制器端子32布置作为连接器半部实现从基底组件130延伸至控制器14的多个控制器I/O线18的方便连接。图13示出了将基底组件130与控制器14连接的缆线134。缆线134具有在缆线的一端上与连接器半部132兼容的电连接器半部136，以及在缆线的另一端上与控制器连接器半部兼容的连接器半部138。缆线134提供复数个I/O信号线材的同时连接。
已知的I/O聚合或电子编组设备利用与多线材I/O缆线的对应的连接器半部配合的标准的或专有的连接器半部来将编组设备连接至I/O信号线。在实施例中，连接器半部138被配置成与聚合或编组设备的连接器半部连接。在这样的使用中，基底组件130不直接附连至控制器14，而相反地通过中间的编组设备被连接。
可通过使用合适的缆线被连接至基底组件130的I/O聚合或电子编组设备的非限制性示例尤其包括由爱默生过程管理(Emerson Process Management)销售的DELTAVCHARMS(商标)电子编组I/O硬件，以及由霍尼韦尔国际公司(Honeywell InternationalInc)销售的EXPERION UNIVERSAL PROCESS I/O硬件。
图12示出了被包含在单个连接器半部138中的基底组件130的所有控制器端子32。在其他实施例中，控制器端子32被组织到复数个连接器半部138中。例如，具有32个插入器段28的基底组件使控制器端子32被布置在16个端子的两组中，每个端子组形成各自的连接器半部132。在其他实施例中，只有控制器端子42中的一些形成连接器半部138的一部分；其他控制器端子32可保持被布置成类似于图10中所示的布置。
图14示出了类似于系统10的通用I/O插入器系统210，该I/O插入器系统210包括类似于基底组件140的基底组件220。在这个实施例中，基底组件220的PCB基底222被安装在外壳224上。设备端子30被包含在端子块226内，形成外壳224的一部分。导体(未示出)从端子块226延伸至PCB基底222，以形成需要的电连接。端子块226还可包括如上所述的用于功率连接以及功率供应连接的额外的端子。例如，端子块226包括用于向功率总线(未示出)提供功率的功率供应端子(总线端子)。
图15示出了类似于I/O系统210的通用I/O插入器系统的外壳230。示出外壳230安装在DIN导轨232上。
外壳230是由沿着DIN导轨232并排放置的多个外壳切片(slice)234形成的。每个外壳切片234与相应的插入器段28相关联，并包括模块化端子块236，所述模块化端子块236包含用于插入器段28的设备端子238(信号端子、功率端子、以及屏蔽端子)。在替代的实施例中，多个外壳切片234与相应的插入器段28相关联。端子块236垂直地(即，横向于DIN导轨轴)间隔开端子238。所示的外壳230包括用于功率供应端子242的额外外壳切片240。功率供应端子242可被配置成连接至24V DC电压源，以用于通过插入器电路载体22向控制器供应功率，连接至24DV电压源，以用于通过插入器电路载体22向I/O设备供应功率，以及用于可选地连接至高达125V的第三电压源以用于可选的功率
外壳230可包括将DIN导轨232与PCB基底26电连接的接地连接。每个插入器段28可包括电连接，以将所有信号线的屏蔽系(tie)至DIN导轨接地，以将场屏蔽或缆线屏蔽系至DIN导轨接地或交替的接地。
可适用于形成外壳230的模块化外壳的示例公开在科雷尔(Correll)美国专利7462063“模块化端子块(Modular Terminal Block)”中，该专利如同在本文中完全阐述一样通过引用结合于此。
图16和图17示出了插入器电路载体22的外壳38的两个实施例。
图16示出具有刚性的、大体棱柱形主体252的外壳250。电连接器半部24a位于主体252的底部处。外壳250可包括通风槽254等以耗散热量。外壳250可包括引导表面、键控或编码结构、闭锁机构等，以将插入器电路载体22对准、接合并可释放地保持在基底连接器半部24b上。
图17示出了类似于外壳250但包括铰链式防尘盖256的外壳260。防尘盖256在关闭位置和打开位置之间是可枢转的。当处于关闭位置时，防尘盖256紧密地覆盖外壳主体252的外表面258。当处于打开位置时，防尘盖256与表面258间隔开来，以提供对表面254的访问。在以下描述的插入器电路载体的实施例中，测试点、断路、开关、视觉指示器、保险丝以及其他电路元件259可被定位在表面258上或沿着表面258被定位。防尘盖256提供那些电路元件的环境保护，同时还向用户提供对它们的访问。半透明的防尘盖允许在防尘盖关闭时使用视觉指示器。
以下描述的是不同类型的信号处理电路40的非限制性示例。所示的信号处理电路40在四个主要的类别中：
(1)馈通电路或直通电路(pass-through circuit)，
(2)电保护电路，
(3)信号调节电路，以及
(4)继电器电路。
执行所示的处理电路40中的一个的插入器电路载体22还可被配置成如前所述的从电压源传输功率至设备端子30或控制器端子32。图18示出了馈通电路260。馈通电路260提供无源1:1连接，其中进入电路260的I/O信号(模拟或数字)与从电路260离开的I/O信号相同。相同的馈通电路260可处理输入信号或输出信号，即，执行馈通电路260的插入器电路载体22的极性可以是无关的。
被配置为电保护电路的信号处理电路40提供过电压保护或过电流保护。图19示出了被配置为电保护电路270的信号处理电路。保护电路270包括熔断元件272、烧断熔断元件指示灯274、手动断路276以及在断路276的相对侧上的测试点278、280。所示的熔断元件272是保险丝，但本领域已知的其他熔断元件包括断路器及类似物，或其他。可在过程控制系统的初始安装和设置期间使用执行手动断路及测试点的插入器电路载体22以用于信号线的诊断和测试目的。一旦已经完成并验证了安装，具有仅包括直通电路或仅包括保险丝与烧断保险丝指示灯的信号处理电路40的插入器电路载体22可被放置在信号线中。
被配置为信号调节电路或被配置为信号调节器的信号处理电路40可提供I/O信号的电隔离、信号转换、信号放大、信号过滤以及电流监测，及其他处理能力。信号调节电路可被配置成调节从特定的源(诸如从热电偶、电阻温度检测器(RTD)、电位器等)接收的信号，或者信号调节电路可被配置成调节特定I/O信号协议，诸如HART、传统的4mA到20mA信号等。
输入信号、输出信号以及功率供应信号的电隔离或电流隔离(galvanicisolation)防止接地回路以及I/O信号的失真的其他源。信号转换将接收至信号处理电路40中的I/O信号转换成更适合目的地控制器或现场设备的信号，或可将信号转换成对来自工业环境的干扰较不敏感的信号。信号放大器提供在较长信号线上的信号传输，或在信号的接收端处提供较高的信号功率。信号滤波器移除由工业环境在I/O信号中引入的诸如高频信号成分之类的干扰。
图20示出了配置为信号处理电路290的信号处理电路。处理电路290旨在处理RTD信号，并包括用于选择两导体RTD、三导体RTD或四导体RTD作为输入的DIP开关292。DIP开关292位于即使插入器电路载体22被夹在安装在基底组件上的其他电路载体22之间其仍可访问的地方。
配置为继电器电路的信号处理电路40包括在I/O设备与控制器之间使用以用于电平及功率调整的继电器。图21示出了配置为继电器电路300的信号处理电路。继电器电路300包括在图中示意性示出的继电器302，以及指示继电器302的操作状态的指示灯304。继电器302包括功率端子306以及负载端子308。当“开”时，I/O输入信号16接通继电器以将功率端子306与负载端子30连接或断开，且当I/O输入信号16为“关”时，断开继电器。单个信号插入器电路载体22接收I/O输入信号，并传输数字输出信号以控制继电器，而无需单独的输入模块和输出模块。在替代的实施例中，可消除功率端子306，并如前所述从基底供应功率。
尽管本公开公开且描述了一个或多个实施例，要理解的是本公开能够修改且本公开不限于上述的精细细节，而是包括落在随附权利要求的范围内的这样的修改和变化。
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统，所述系统包括：
基底、插入器电路载体以及电连接器；
所述电连接器包括附连至所述基底的第一连接器半部以及附连至所述插入器电路载体的第二连接器半部，所述第一连接器半部与第二连接器半部是彼此选择性地可接合的，以将所述插入器电路载体附连至所述基底；
所述插入器电路载体包括与所述第二连接器半部电路通信的信号处理电路，所述信号处理电路包括输入部分、处理部分以及输出部分，所述输入部分被配置成接收来自所述第二连接器半部的I/O信号，所述信号处理部分被配置成处理由所述输入部分接收的所述I/O信号，且所述输出部分被配置成接收来自所述处理部分的经处理的I/O信号，并将所述经处理的I/O信号输出至所述第二连接器半部；
所述基底包括用于与从所述I/O现场设备延伸的I/O信号线电连接的现场侧端子、用于与延伸至所述控制器的I/O信号线电连接的控制器侧端子，所述现场侧端子与所述第一连接器半部电路通信，且所述连接器侧端子与所述第一连接器半部电连接，以限定从所述现场侧端子延伸至所述第二连接器半部以及从所述第二连接器半部延伸至所述控制器侧端子的基底插入器电路段；
所述电连接器在所述第一连接器半部与所述第二连接器半部彼此接合时形成在所述第一连接器半部与所述第二连接器半部之间的第一电信号连接以及第二电信号连接，所述第一电信号连接将所述现场侧端子与所述信号处理电路的进入部分以及输出部分中的一者电连接，且所述第二电连接将所述控制器侧端子与所述信号处理电路的所述进入部分以及输出部分中的另一个电连接，其中，所述I/O信号由所述现场侧端子与所述控制器侧端子中的一者接收，且所述经处理的I/O信号由所述现场侧端子与所述控制器侧端子中的另一个接收，并可从该另一个访问，以用于进一步传输所述经处理的I/O信号离开所述通用I/O插入器系统，并至所述现场设备或至所述控制器；且
所述插入器电路载体是从所述基底选择性地可附连与可分离的，而不需要从所述端子移除所述信号线。
2.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括在所述第一连接半部与所述第二连接半部彼此接合时，在所述第一连接部件与所述第二连接部件之间串联设置的熔断元件。
3.如权利要求2所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括烧断保险丝指示器。
4.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底插入器电路段包括配置成连接至功率源的功率端子，所述第二连接器半部被电连接至所述功率端子。
5.如权利要求4所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述第一连接器半部被配置成在所述连接器半部彼此接合时与所述第二连接器半部形成第一功率连接，所述第一功率连接将所述功率端子电连接至现场侧端子与控制器侧端子中的一者或两者。
6.如权利要求4所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述第二连接器半部被配置成在所述连接器半部彼此接合时，不与所述第一连接器半部形成功率连接。
7.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括在所述第一连接器半部与所述现场侧端子或所述控制器侧端子之间串联电连接的熔断元件。
8.如权利要求7所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述熔断元件被串联地设置在所述信号处理电路的所述输出部分与连接至所述熔断元件的所述端子之间。
9.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括手动操作的电路断路器。
10.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为继电器电路。
11.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为信号调节电路。
12.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为直通电路。
13.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为电保护电路。
14.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括被配置用于终止从所述I/O设备延伸的所述信号线的相应屏蔽线的一个或多个额外端子。
15.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括板，附连至所述板的所述第二电连接器，携载在相应的端子块中的所述现场侧端子以及控制器侧端子。
16.如前述权利要求1-15中任一项所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括多个相似的基底插入器电路段，每个基底插入器电路段的所述现场侧端子及所述控制器侧端子被配置成仅传输I/O信号至所述基底插入器电路的所述第一连接器半部，以及仅从所述基底插入器电路的所述第一连接器半部传输I/O信号，且不传输I/O信号至其他基底插入器电路段中的任一个，由此，彼此独立地接收并处理由所述通用I/O插入器组件接收的I/O信号，且彼此独立地输出由所述通用I/O插入器系统生成的所述经处理的I/O信号。
17.如权利要求16所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述多个基底插入器电路段的控制器侧端子被包含在第三电连接器半部中。
18.如权利要求16所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括被配置成连接至功率源的第一功率端子，且每个基底插入器电路段包括电连接至所述现场侧端子的第二功率端子，所述第一功率端子通过功率总线连接至所述第二功率端子。
19.如权利要求4所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括共享共同的功率端子的多个相似的基底插入器电路段以及从所述功率端子延伸至每个第二连接器半部以将每个第二连接器半部电连接至所述功率端子的第一功率总线。
20.如权利要求19所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括第二功率端子以及从所述第二功率端子延伸至每个第二连接器半部的第二功率总线。

Claims (20)

1.一种用于处理在I/O现场设备与控制器之间传输的I/O信号的通用I/O插入器系统，所述系统包括：
基底、插入器电路载体以及电连接器；
所述电连接器包括附连至所述基底的第一连接器半部以及附连至所述插入器电路载体的第二连接器半部，所述第一连接器半部与第二连接器半部是彼此选择性地可接合的，以将所述插入器电路载体附连至所述基底；
所述插入器电路载体包括与所述第二连接器半部电路通信的信号处理电路，所述信号处理电路包括输入部分、处理部分以及输出部分，所述输入部分被配置成接收来自所述第二连接部件的电信号，所述信号处理部分被配置成处理由所述输入部分接收的所述电信号，且所述输出部分被配置成接收来自所述处理部分的经处理的信号，并将所述经处理的信号输出至所述第二连接器半部；
所述基底包括用于与从所述I/O现场设备延伸的信号线电连接的现场侧端子、用于与延伸至所述控制器的信号线电连接的控制器侧端子，所述现场侧端子与所述第一连接器部件电路通信，且所述连接器侧端子与所述第一连接器部件电连接，以限定从所述现场侧端子延伸至所述第二连接器半部以及从所述第二连接器半部延伸至所述控制器侧端子的基底插入器电路段；
所述电连接器在所述第一连接器半部与所述第二连接器半部彼此接合时形成在所述第一连接器半部与所述第二连接器半部之间的第一电信号连接以及第二电信号连接，所述第一电信号连接将所述现场侧端子与所述信号处理电路的进入部分以及输出部分中的一者电连接，且所述第二电连接将所述控制器侧端子与所述信号处理电路的所述进入部分以及输出部分中的另一个电连接，由此，所述插入器电路载体可从所述基底选择性地附连与分离，而不需要从所述端子移除所述信号线。
2.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括在所述第一连接半部与所述第二连接半部彼此接合时，在所述第一连接部件与所述第二连接部件之间串联设置的熔断元件。
3.如权利要求3所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括烧断保险丝指示器。
4.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底插入器电路段包括配置成连接至功率源的功率端子，所述第二连接器半部被电连接至所述功率端子。
5.如权利要求4所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述第一连接器半部被配置成在所述连接器半部彼此接合时与所述第二连接器半部形成第一功率连接，所述第一功率连接将所述功率端子电连接至现场侧端子与控制器侧端子中的一者或两者。
6.如权利要求4所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述第二连接器半部被配置成在所述连接器半部彼此接合时，不与所述第一连接器半部形成功率连接。
7.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述基底包括在所述第一连接器半部与所述现场侧端子或所述控制器侧端子之间串联电连接的熔断元件。
8.如权利要求7所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述熔断元件被串联地设置在所述信号处理电路的所述输出部分与连接至所述熔断元件的所述端子之间。
9.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路包括手动操作的电路断路器。
10.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为继电器电路。
11.如权利要求1所述的通用I/O插入器系统，其特征在于，所述信号处理电路为信号调节电路。
12.如权利要求1所述的通用I/O插入器，其特征在于，所述信号处理电路为直通电路。
13.如权利要求1所述的通用I/O插入器，其特征在于，所述信号处理电路为电保护电路。
14.如权利要求1所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括被配置用于终止从所述I/O设备延伸的所述信号线的相应屏蔽线的一个或多个额外端子。
15.如权利要求1所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括板，附连至所述板的所述第二电连接器，携载在相应的端子块中的所述现场侧端子以及控制器侧端子。
16.如前述权利要求1-15中任一项所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括多个相似的基底插入器电路段。
17.如权利要求16所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述多个基底插入器电路段的控制器侧端子被包含在第三电连接器半部中。
18.如权利要求16所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括被配置成连接至功率源的第一功率端子，且每个基底插入器电路段包括电连接至所述现场侧端子的第二功率端子，所述第一功率端子通过功率总线连接至所述第二功率端子。
19.如权利要求4所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括共享共同的功率端子的多个相似的基底插入器电路段以及从所述功率端子延伸至每个第二连接器半部以将每个第二连接器半部电连接至所述功率端子的第一功率总线。
20.如权利要求19所述的通用I/O插入器组件，其特征在于，所述基底包括第二功率端子以及从所述第二功率端子延伸至每个第二连接器半部的第二功率总线。
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