CN107112750A - 远程终端单元（rtu）硬件架构 - Google Patents

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CN107112750A CN201580043343.9A CN201580043343A CN107112750A CN 107112750 A CN107112750 A CN 107112750A CN 201580043343 A CN201580043343 A CN 201580043343A CN 107112750 A CN107112750 A CN 107112750A
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Abstract

一种装置包括具有一个或多个输入/输出（I/O）模块（204a‑204n）和控制器模块（202）的远程终端单元（RTU）（102）。所述一个或多个I/O模块中的每一个包括多个I/O通道。控制器模块包括被配置成经由I/O模块的I/O通道与至少一个工业现场设备（106）通信的至少一个处理设备（402）。控制器模块包括第一连接器（222），并且所述一个或多个I/O模块中的第一个包括第二连接器（224）。第一连接器被配置成物理地连接到第二连接器，并且所述第一和第二连接器被配置成直接地在控制器模块与第一I/O模块之间传输数据和功率。

Description

远程终端单元（RTU）硬件架构
技术领域
本公开一般地涉及工业过程控制和自动化系统。更具体地，本公开涉及远程终端单元（RTU）硬件架构。
背景技术
远程终端单元（RTU）表示在远离监控与数据采集（SCADA）系统或其它自动化系统的地点处提供局部化控制和数据访问的设备或系统。例如，可以在油气田（oil and gasfield）中的不同的地点处且出于不同的目的来使用多个RTU。该RTU可以收集数据、执行本地控制、在不同地点（诸如井、管道以及压缩站）处使用传感器和致动器来记录历史值并且向SCADA系统提供现场和历史数据。SCADA系统能够执行控制逻辑并经由RTU改变不同地点处的致动器的操作。RTU本身还可以并入用于数据分析的算法。
在许多常规RTU中，在RTU上可用的数据输入和数据输出的类型是固定的。虽然这通常使得常规RTU能够在没有修改的情况下在许多不同类型的环境中被使用，但是其在某些装置（installation）中可能是限制性因素。例如，如果需要比由单一RTU所提供的更多的某些类型的输入或输出，则可能需要多个RTU，这增加了装置的尺寸和成本。
发明内容
本公开提供了一种远程终端单元（RTU）硬件架构。
在第一实施例中，一种装置包括具有一个或多个输入/输出（I/O）模块和控制器模块的RTU。所述一个或多个I/O模块中的每一个包括多个I/O通道。控制器模块包括被配置成经由I/O模块的I/O通道与至少一个工业现场设备通信的至少一个处理设备。控制器模块包括第一连接器，并且所述一个或多个I/O模块中的第一个包括第二连接器。第一连接器被配置成物理地连接到第二连接器，并且第一和第二连接器被配置成直接地在控制器模块与第一I/O模块之间传输数据和功率。
在第二实施例中，一种装置包括RTU的控制器模块。控制器模块包括被配置成经由一个或多个I/O模块的I/O通道与至少一个工业现场设备通信的至少一个处理设备。该控制器模块还包括被配置成物理地连接到一个或多个I/O模块中的第一个的第二连接器的第一连接器。第一连接器被配置成直接地在控制器模块与第一I/O模块之间传输数据和功率。
在第三实施例中，一种装置包括RTU的I/O模块。该I/O模块包括被配置成提供在RTU的控制器模块与至少一个工业现场设备之间的通信路径的多个I/O通道。I/O模块还包括被配置成物理地连接到RTU的其它模块的第一和第二连接器。每个连接器被配置成直接地在I/O模块与RTU的其它模块之间传输数据和功率。
在第四实施例中，一种装置包括RTU的扩展模块。该扩展模块包括被配置成物理地连接到RTU的I/O模块的连接器，其中I/O模块包括被配置成在RTU的控制器模块与至少一个工业现场设备之间提供通信路径的多个I/O通道。该扩展模块还包括被配置成被耦合到RTU的第二扩展模块的至少一个端口，其中该第二扩展模块被配置成被耦合到附加I/O模块。连接器被配置成直接地在I/O模块与扩展模块之间传输数据。
根据下面各图、说明书和权利要求，其它技术特征对本领域的技术人员来说可以是显而易见的。
附图说明
为了更加完全地理解本公开，现在参考结合附图进行的下面的描述，在所述附图中：
图1图示出根据本公开的具有远程终端单元（RTU）的示例性工业过程控制和自动化系统；
图2图示出根据本公开的示例性RTU硬件架构；
图3A至8图示出根据本公开的示例性RTU的附加细节；
图9A和9B图示出根据本公开的用于RTU的耦合模块的示例性连接器；以及
图10图示出根据本公开的用于使用RTU的示例性方法。
具体实施方式
下面讨论的图1至10和本专利文献中的用来描述本发明的原理的各种实施例仅仅作为例证，并且不应以任何方式将其解释成限制本发明的范围。本领域技术人员将理解的是可以在任何类型的适当地布置的设备或系统中实现本发明的原理。
图1图示出根据本公开的具有RTU102的示例性工业过程控制和自动化系统100。应注意，在本领域中还可将RTU 102称为“远程遥测单元”。还应注意，虽然在这里示出了单一RTU 102，但是系统100可以包括分布在一个或多个地理区域中的任何数目的RTU 102。
RTU 102表示在远离监控与数据采集（SCADA）系统或其它控制系统104的地点处提供局部化控制和数据访问的设备或系统。例如，RTU 102可位于油、气或水井或变电站处或附近。在这些或其它情况下，RTU 102可以被用来从本地传感器收集数据，并处理该数据以生成用于本地致动器的控制信号。RTU 102还可以根据需要与控制系统104交互。这样，可以在远离控制系统104的位置处提供过程控制和自动化功能。控制系统104被示为通过有线网络105且使用无线连接而与RTU 102通信，该无线连接诸如经由微波、蜂窝或其它射频（RF）通信。然而，RTU 102可以通过任何适当的（多个）有线或无线连接与控制系统104通信。在某些实施例中，部件102—104通常可以在无线通信被用作备用的情况下使用有线连接来进行通信。
RTU 102还与一个或多个工业现场设备106进行通信和交互。现场设备106可以包括测量过程的一个或多个特性的传感器、改变过程的一个或多个特性的致动器或其它工业现场设备。在本示例中，RTU 102使用有线连接108来与现场设备106通信。有线连接108表示在RTU 102与现场设备106之间的任何适当物理连接。
RTU 102在本示例中还与至少一个本地用户设备110进行通信和交互。用户设备110可以被人员用来与RTU 102或与现场设备106或者与RTU 102通信的控制系统104交互。用户设备110包括支持与RTU的用户交互的任何适当结构。
可以可选地将各种其它部件与RTU 102一起使用。例如，RTU 102可以与一个或多个诸如显示屏或操作员控制台（console）之类的人机接口（HMI）112进行交互。HMI 112可以用来从RTU 102接收数据或向其提供数据。可以使用一个或多个安全照相机114（诸如网际协议照相机）来捕捉静止或视频图像，并且经由RTU 102向远程位置（诸如安全中心）提供图像。可以使用无线无线电（wireless radio）116来支持RTU 102与远程接入点118之间的无线通信，所述远程接入点118经由网络105与控制系统104或其它远程系统通信。其它远程系统可以包括现场设备管理器（FDM）120或其它资产管理器和/或RTU生成器（builder）122。FDM 120可以被用来对诸如现场设备（包括现场设备106）之类的资产进行配置和管理，并且RTU生成器122可以被用来对RTU（包括RTU 102）进行配置和管理。
如下面更详细地描述的，RTU 102支持包括控制器模块和一个或多个输入/输出（I/O）模块的硬件架构。控制器模块支持RTU 102的处理功能，并且每个I/O模块支持由RTU102所使用的多个输入和/或输出。此外，控制器模块和I/O模块包括允许模块被直接地相互耦合而不要求模块之间的任何附加布线的连接器。可以经由这些连接器在控制器与I/O模块之间传输数据和功率两者。
除其它事物之外，这种方法帮助简化了用于RTU 102的布线。在某些常规系统中，需要大量的布线来耦合控制器板和各种I/O板，并且常常需要开关或其它网络设备来支持板之间的通信。根据本公开，可以通过控制器与I/O模块之间的直接连接来提供通信信道和功率。这可以减少或消除将单独电缆耦合到每个模块的需要以及对将模块耦合的开关或其它联网设备的需要。并且，此方法允许将I/O模块容易地添加到RTU 102以便获得所需或期望I/O端口。即使RTU 102中的某些I/O端口是固定的，也能够将包含指定的（多个）类型的I/O端口的附加I/O模块容易地添加到RTU 102。另外，这种方法帮助减少或避免对昂贵的附加部件（诸如背板）的需要。在某些常规系统中，如果需要附加I/O端口且背板不具有用于附加I/O板的空槽，则通常要求全新的背板。根据本公开，当需要附加I/O端口时，可以仅将新的I/O模块连接到现有RTU 102。
虽然图1图示出具有RTU 102的工业过程控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1进行各种改变。例如，系统100可以包括任何数目的每个部件。并且，图1中示出的功能划分仅仅是用于例证。图1中的各种部件可以被组合、细分或省略，并且可以根据特定需要添加附加部件。此外，虽然被示为与有线现场设备一起使用，但是可以将RTU 102与仅无线现场设备或与有线和无线现场设备两者一起使用。另外，图1图示出其中可以使用具有所述硬件架构的RTU 102的一个示例性操作环境。使用此硬件架构的一个或多个RTU可以在任何其它适当系统中被使用。
图2图示出根据本公开的示例性RTU硬件架构。为了易于解释，将RTU 102描述为在图1的系统100中使用。然而，可以在任何其它适当系统中使用RTU 102。
如图2中所示，RTU 102包括控制器模块202、第一组I/O模块204a—204n、以及扩展模块206。控制器模块202表示执行控制逻辑和RTU 102的其它处理功能的模块。例如，控制器模块202可以执行分析传感器数据并生成用于致动器的控制信号的控制逻辑。控制器模块202还可以执行控制RTU 102的总体操作的功能，诸如支持与外部设备或系统的通信的功能。控制器模块202包括用于控制RTU的一个或多个操作的任何适当结构。在某些实施例中，控制器模块202包括执行LINUX或其它操作系统的至少一个处理设备。
I/O模块204a—204n表示被耦合到控制器模块202的I/O板。可以经由I/O模块204a—204n的I/O通道在控制器模块202与外部设备或系统（诸如现场设备106）之间传输数据。每个I/O模块204a—204n包括支持一个或多个I/O通道的使用的电路。I/O通道的示例性类型包括模拟输入（AI）通道、支持数字通信的AI通道、模拟输出（AO）通道、支持数字通信的AO通道、数字输入（DI）通道、数字输出（DO）通道、以及脉冲累加器输入（PI）通道。
在某些实施例中，每个I/O模块204a—204n的I/O通道是固定的。也就是说，每个I/O模块204a—204n包括一个或多个预定义类型的指定数目的输入或输出。在这些实施例中，I/O模块204a—204n可以包括任何数目的一个或多个固定类型的输入或输出。I/O模块204a—204n可以包括单一固定类型的输入或输出的多个实例，或者I/O模块204a—204n可以包括不同固定类型的输入或输出的组合。然而，可以使用支持任何适当I/O通道的任何其它适当的I/O模块。
RTU 102可以包括任何数目的I/O模块204a—204n。在某些实施例中，指定数目的I/O模块204a—204n可以装配（fit）在给定空间内，诸如在柜（cabinet）的一个架子上。如果需要附加I/O模块，则可以将扩展模块206耦合到扩展模块208，所述扩展模块208本身可以被耦合到第二组I/O模块210a—210m。I/O模块210a—210m可以具有与I/O模块204a—204n相同或类似的结构，并且在第二组中可以使用任何数目的I/O模块210a—210m。可以使用扩展模块212来耦合到第三组I/O模块，并且可以以类似方式添加附加I/O模块。每个扩展模块206、208、212包括促进一个或多个I/O模块到RTU的添加的任何适当结构。
在本示例中，通过RTU 102来形成两个电路径214a—214b，并且可选地在环路216处接合电路径214a—214b。电路径214a—214b表示RTU 102中的I/O模块与控制器之间的通信路径。可以以任何适当方式来形成电路径214a—214b，诸如通过使用以太网连接和通过I/O模块和扩展模块的电路径。环路216可以被用来指示没有附加I/O模块目前被连接到RTU102并在RTU 102中的I/O模块与控制器之间形成环型的网络。然而应注意，还可以将环路216放置在扩展模块206上以指示I/O模块210a—210m当前未被连接到RTU 102。在这里两个电路径214a—214b的使用帮助提供冗余通信路径。例如，电路径214a—214b和环路216能够形成环路，并且通信能够在沿着该环路的任一方向上发生。
电源218向RTU 102的其它部件提供操作功率。电源218包括被配置成向RTU提供操作功率的任何适当的（多个）结构。例如，电源218可以包括一个或多个电池、太阳电池板、燃料电池或其它（多个）功率源。在特定实施例中，电源218包括一个或多个太阳电池板、备用电池以及对备用电池充电并从太阳电池板或备用电池向RTU的其它部件提供功率的电压调节器。在这里使用功率连接220来向各种模块提供功率。
在某些实施例中，控制器模块202经由一个或多个I/O模块（诸如I/O模块204a—204n、210a—210m）从一个或多个现场设备106接收运行时间和诊断数据。控制器模块202可以向控制系统104提供运行时间数据和历史数据（其可以被存储在控制器模块202或其它位置中）。控制器模块202还可以向FDM 120提供诊断数据。响应于在RTU 102或控制系统104处执行控制逻辑，控制器模块202可以经由一个或多个I/O模块（诸如I/O模块204a—204n、210a—210m）来为一个或多个致动器或其它现场设备提供控制信号。
在特定实施例中，控制器模块202执行LINUX操作系统、支持使用MODBUS或DNP3协议与控制系统104的通信，并且使用HART OVER IP（HART-IP）协议与FDM 120通信。并且，国际电工委员会（IEC）61131标准可以由用于对RTU 102进行编程的控制器模块202支持。
如图2中所示，每个控制器模块和I/O模块包括连接器222，并且每个扩展模块和I/O模块包括连接器224。连接器222—224被用来将RTU 102的邻近模块固定在一起。此外，连接器222—224能够形成RTU 102的邻近模块之间的直接电连接。因此，可以将第一I/O模块204a物理地连接到控制器模块202，可以将每个其余I/O模块204b—204n物理地连接到前面的I/O模块，并且可以将扩展模块206物理地连接到I/O模块204n。可以实现与扩展模块208、I/O模块210a—210m以及扩展模块212的类似物理连接。
通过连接器222—224形成邻近模块之间的数据和功率连接。如这里所示，可以通过到电源218的单一功率连接220来向I/O模块的整个串（和可选地控制器模块）供应功率。此外，可以不需要在每个串中的邻近模块之间传输数据的电缆。在某些实施例中，只有当耦合扩展模块（诸如扩展模块206—208）时且当形成环路216（如果期望的话）时才可以使用用于数据的电缆。因此，可以大大地简化RTU 102内的布线。此外，在RTU 102内的模块之间可以使用更快的数据连接，诸如以太网连接。这些连接比在RTU中使用的常规连接（诸如RS232或RS485串行连接）更快。另外，在此架构中可以将大量的I/O模块耦合到同一控制器模块202，其帮助避免使用昂贵的背板并且允许由RTU 102来支持输入和输出的任何期望组合。
每个连接器222—224包括用于连接RTU的多个模块且用于在那些模块之间传输功率和数据的任何适当结构。在本示例中，将连接器222示为阴性连接器（femaleconnector），并且将连接器224示为阳性连接器（male connector）。如果期望的话，这些连接器可以被反过来。此外，还可以使用不同类型的连接器来连接RTU的多个模块并在那些模块之间传输功率和数据。
虽然图2图示出RTU硬件架构的一个示例，但是可以对图2进行各种改变。例如，硬件架构可以包括任何数目的I/O模块，包括单一I/O模块、单串I/O模块或多串相等或不等数目的I/O模块。并且如果在特定装置中不期望或要求环形网络的话，则可以省略RTU 102中的最后扩展模块和环路216。此外，虽然被示为包含通过RTU 102的两个电路径214a—214b且使用两个电缆来连接扩展模块，但是可以使用通过RTU 102的单一电路径和用以连接扩展模块的单一电缆。
图3A至8图示出根据本公开的示例性RTU 102的附加细节。图3A至3C图示出控制器模块202的特定实施方式和相关细节。使用外壳302来包装并保护RTU 102的其它部件。外壳302还提供对RTU 102的各种其它部件的访问，诸如一个或多个端口或端子。外壳302可以具有任何适当的尺寸、形状以及维度，并且由任何适当的（多个）材料（诸如金属或加固的塑料）形成。
RTU 102还包括两个上行链路端口304、两个RS232端口306、以及两个RS485端口308。端口304可以被用来经由网络105将RTU 102耦合到高级设备，诸如控制系统104、FDM120或RTU生成器122。端口304可以表示用于耦合到一个或多个通信链路的任何适当结构，诸如以太网端口。RS232端口306和RS485端口308可以被用来将RTU 102耦合到一个或多个现场设备或者使用RS232或RS485串行协议的其它设备。
还使用各种I/O端子310来将RTU 102耦合到一个或多个现场设备。这里可以结合被构建到控制器模块220中的I/O通道来使用I/O端子310。这些I/O端子310提供控制器模块202和被耦合到I/O端子310的（多个）现场设备之间的通信路径。取决于I/O通道的配置，可以将I/O端子310耦合到各种类型的现场设备，诸如模拟和数字现场设备。I/O端子310包括用于耦合到不同通信路径的任何适当结构，诸如螺丝端子。
可以使用电源端子312将RTU 102耦合到电源，诸如电源218。槽314提供对控制器模块202的连接器222的访问，其可以如图2中所示被耦合到I/O模块（诸如I/O模块204a）。
应注意，图3A至3C中所示的端口和端子的数目和类型仅用于举例说明。RTU 102可以根据需要或期望包括任何适当的（多个）类型和（多个）数目的接口。
如图3C中所示，RTU 102还包括三个印刷电路板（PCB）。第一电路板316表示端口304—308、I/O端子310及其它输入/输出部件能够位于其上的基板。电路板316表示任何适当基板，诸如输入输出终端组件（IOTA）板。因此，下面可将电路板316称为IOTA板316。
第二电路板318和第三电路板320被耦合到IOTA电路板316。第二电路板318表示具有执行用于RTU 102的操作系统的至少一个处理设备的板。因此，下面可将电路板318称为核板（kernel board）318。电路板318还可以包括至少一个存储器、电源或功率转换器、以及一个或多个通信接口。作为特定示例，电路板318可以包括现场可编程门阵列（FPGA）。
第三电路板320表示包含I/O模块的应用板。电路板320的I/O模块被耦合到I/O端子310并支持用于控制器模块202的指定数目的I/O通道。由电路板320支持的I/O通道可以包括任何适当的I/O通道，并且这些通道允许在不需要通过槽314将任何附加I/O模块耦合到控制器模块202的情况下直接地使用控制器模块202。
图4图示出RTU 102中的核板318的示例。如图4中所示，核板318包括至少一个处理设备402。（多个）处理设备402可以执行操作系统，并且另外执行各种操作以支持控制器模块202的功能。每个处理设备402包括任何适当的处理或计算设备，诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器、FPGA、ASIC或离散逻辑器件。在特定实施例中，处理设备402表示XILINX ZYNQ-7000可扩展处理平台（EPP）。
（多个）处理设备402可以包括或另外支持一个或多个存储器接口/控制器404，其可以被用来支持往返于（to and from）一个或多个存储器设备406的数据传输。可以在RTU102中使用任何适当的存储器接口/控制器404，诸如一个或多个串行外围接口（SPI）、双倍数据速率（DDR）接口、安全数字输入输出（SDIO）接口、或内部集成电路（I2C）控制器。类似地，可以在RTU 102中使用任何适当的存储器设备406，诸如一个或多个闪速存储器；DDR3、磁阻或其它随机存取存储器；安全数字（SD）卡；或电可擦可编程只读存储器或其它只读存储器。可以使用存储器设备406中的至少一个来在RTU 102的功率损耗期间存储数据，使得当功率被恢复到RTU 102时能够取回数据。
（多个）处理设备402还可以包括或另外支持一个或多个通信接口408，其可以用来支持往返于一个或多个通信收发机/变压器410的数据传输。可以在RTU 102中使用任何适当的通信接口408，诸如一个或多个通用异步接收机/发射机（UART）接口或简化媒体独立接口（RMII）。并且，可以在RTU 102中使用任何适当的通信收发机/变压器410，诸如一个或多个以太网开关、以太网收发机、RS232收发机或RS485收发机。连接器412将核板318耦合到IOTA板316。除其它事物之外，通信收发机/变压器410可以经由连接器412与IOTA板316通信。连接器412包括被配置成在电路板之间传输信号的任何适当结构。
电路414经由连接器412从IOTA板316接收输入功率。电路414提供各种功能，诸如热交换、功率调节和监督功能。作为特定示例，电路414可以接收24VDC信号作为输入功率，并将输入功率转换成一个或多个其它形式。例如，电路414可以将24VDC输入功率转换成1.8VDC、3.3VDC、和5VDC信号。电路414还可以与处理设备402交换功率监视和管理信息。这允许例如处理设备402在过压或欠压条件期间执行或触发功能。
（多个）处理设备402还可以包括或另外支持用于控制RTU 102的总体操作和经由I/O通道的交互的控制逻辑416。可以以任何适当方式来实现控制逻辑416，诸如使用仅硬件或硬件和软件/固件指令的组合。
连接器418将核板318耦合到应用板320，其允许（多个）处理设备402向应用板302提供数据或从其接收数据。连接器418还允许电路414向应用板320提供DC功率。连接器418包括被配置成在电路板之间传输信号的任何适当结构。
使用时钟源420来向（多个）处理设备402提供一个或多个时钟信号。时钟源420包括一个或多个时钟信号的任何适当源，诸如本地振荡器。
图5图示出RTU 102中的应用板320的示例。应用板320一般地包括数据采集和输出控制电路。如图5中所示，应用板320包括将应用板320耦合到核板318的连接器502。应用板320还包括将应用板320耦合到IOTA板316的连接器504。每个连接器502—504包括被配置成在电路板之间传输信号的任何适当结构。
应用板320还包括支持多个I/O通道的I/O电路506。I/O通道支持RTU 102与外部设备或系统之间的通信。例如，可以将每个I/O通道配置成操作为AI（具有或者没有数字通信）、AO（具有或者没有数字通信）、DI、DO、或PI通道。
在本示例中，在应用板320中不存在功率调节器，并且经由连接器502从核板318接收功率（然而情况不需要如此）。可以使用功率转换器508来转换从核板318接收到的功率。例如，功率转换器508可以包括将从核板318接收到的电压升压（诸如从5VDC至6VDC）的升压转换器。
图6图示出RTU 102中的示例性IOTA板316。如图6中所示，IOTA板316包括上述上行链路端口304、RS232和RS485端口306—308、I/O端子310以及电源端子312。
功率输入保护电路602从电源端子312接收功率，并经由连接器604向核板318提供输入功率。例如，保护电路602可以为RTU 102提供过压保护。保护电路602包括提供功率保护的任何适当的（多个）结构。连接器606允许将应用板320耦合到I/O端子310。每个连接器604—606包括被配置成在电路板之间传输信号的任何适当结构。
模块连接器222允许将RTU 102的IOTA板316连接到附加I/O模块（诸如I/O模块204a）。变压器608被用来经由连接器604将模块连接器222耦合到核板318。这允许核板318与附加I/O模块（诸如被耦合到模块连接器222的I/O模块204a—204n、210a—210m）交互。变压器608包括用于帮助将RTU 102的部件隔离的任何适当结构。在其中使用以太网连接来形成电路径214a—214b的某些实施例中，变压器608可以表示以太网变压器。
图7图示出用于在RTU 102中使用的示例性I/O模块204a—204n、210a—210m。如图7中所示，I/O模块包括I/O端子702和I/O电路704。I/O端子702被用来将I/O模块耦合到一个或多个现场设备以便提供在I/O模块与（多个）现场设备之间的通信路径。I/O端子702包括用于耦合到不同通信路径的任何适当结构，诸如螺丝端子。I/O电路704支持多个I/O通道，其被用来支持经由I/O端子702与现场设备的通信。
这里，连接器222—224允许将RTU 102的I/O模块物理地连接到控制器模块、一个或多个其它I/O模块和/或扩展模块。如上所述，连接器222—224还将I/O模块耦合到电路径214a—214b和功率连接220。由I/O电路704经由变压器706（诸如以太网变压器）通过电路径214a—214b来传达数据。经由功率电路708从功率连接220接收功率，其可以支持诸如热交换、功率调节以及监督功能之类的功能。
如在这里可以看到的，可以使用一个或两个连接器222—224将I/O模块容易地耦合到一个或多个邻近模块。通过（多个）连接器222—224来传输数据和功率，帮助减少在RTU102中所使用的布线。此外，可以容易地选择具有期望输入和/或输出的I/O模块并将其耦合到RTU 102，从而允许根据需要来扩展RTU 102。
图8图示出用于在RTU 102中使用的示例性扩展模块206、208、212。如在图8中示出的，扩展模块包括一个或多个端口802—804，其可以被耦合到形成环路216的电缆或者将扩展模块耦合到另一扩展模块的一个或多个电缆。每个端口802—804可以表示RJ45端口或其它适当结构。与邻近I/O模块的通信经由被耦合到端口802—804的连接器224来发生。虽然未示出，但是如果需要的话，功率可以经由连接器224来接收并在扩展模块内使用。
如上所述，扩展模块的使用在RTU中是可选的。例如，如果将在RTU 102中形成环路216或者如果在RTU 102中需要多串的I/O模块，则可以使用一个或多个扩展模块。如果所有I/O模块可以驻留在单一串内且不需要环路216，则RTU 102不需要包括任何扩展模块。如果I/O模块驻留在多个串内但不使用环路216，则RTU 102可以仅包括在串之间的扩展模块。
虽然图3A至8图示出一个示例性RTU 102的附加细节，但是可以对图3A至8进行各种改变。例如，图3A至8中所示的端口和接口的（多个）数目和（多个）类型仅仅用于举例说明。并且，图3A至8中所示的RTU 102的功能划分仅仅用于举例说明。RTU 102中的各种部件可以被省略、组合、或进一步细分，并且可以根据特定需要添加附加部件。
图9A和9B图示出根据本公开的用于RTU 102的耦合模块的示例性连接器222—224。如图9A中所示，连接器222包括两个功率导体（power conductor）902—904，其被用来通过连接器222在模块之间传输功率。在这里将每个功率导体902—904示为单一导体，其是大体上扁平的并且其在连接器222内垂直地延伸，然而每个功率导体902—904可以具有任何其它适当的形状因数。
连接器222还包括被配置成从连接器224接收引脚或其它导体的多个开口906。开口906允许来自其它连接器224的导体与导体908形成电连接，所述导体908可以被耦合到控制器、I/O或扩展模块内的其它部件。在这里，以四乘六网格来布置开口906，然而可以使用采用任何适当布置的任何数目的开口906。
可以使用连接器块910来保持功率导体902—904和导体908，并且可以在连接器块910中形成开口906。还可以将连接器块910耦合到电缆、电迹线或通过连接器块910形成电连接的其它结构。连接器块910可以由任何适当的（多个）材料形成，诸如金属或塑料。
如在图9B中示出的，连接器224包括两个功率导体952—954，其被用来通过连接器224在模块之间传输功率。在这里将每个功率导体952—954示为包括一对导体，其是大体上扁平的并且其在连接器222内垂直地延伸，然而每个功率导体952—954可以具有任何其它适当的形状因数。在此配置中，每个功率导体952—954的双导体结构与功率导体902—904的单导体结构紧密配合。
连接器224还包括多个引脚956，其形成被配置成与连接器902中的开口906紧密配合的导体。在这里以四乘六网格来布置引脚956，然而可以使用采用任何适当布置的任何数目的引脚956。引脚956与各种导体958电连接，所述各种导体958可以被耦合到控制器、I/O或扩展模块内的其它部件。
可以使用连接器块960来保持功率导体952—954、引脚956以及导体958。还可以将连接器块960耦合到电缆、电迹线或通过连接器块960形成电连接的其它结构。连接器块960可以由任何适当的（多个）材料形成，诸如金属或塑料。
如在这里可以看到的，使用连接器222—224物理地连接邻近控制器、I/O或扩展模块能够减少或消除针对功率和数据单独地对每个模块进行布线的需要。这能够大大地简化RTU 102的安装。
连接器222—224还可以被用来帮助将RTU的两个邻近模块固定在一起。例如，在这里，连接器222包括两个突出体912，其能够被插入到连接器224的对应槽962中。可以使用摩擦来将突出体912保持在槽962中，然而还可以使用其它机构来帮助将突出体912保持在槽962中。
虽然图9A和9B图示出用于RTU 102的耦合模块的连接器222—224的示例，但是可对图9A和9B进行各种改变。例如，这些连接器222—224仅仅用于举例说明。可以使用任何其它适当连接器来耦合RTU的邻近模块并在模块之间传输数据和功率。
图10图示出根据本公开的用于使用RTU的示例性方法1000。为了便于解释，将方法1000描述为包括系统100中的RTU 102的使用。然而，可以将方法1000与任何适当的RTU一起使用并且在任何适当的系统中使用。
如图10中所示，在步骤1002处将RTU安装在期望位置处。这可以包括例如人员在现场将控制器模块202安装在柜或其它结构中。在步骤1004处将一个或多个现场设备耦合到RTU的一个或多个I/O端子。这可以包括例如人员将电线从现场设备106耦合到控制器模块202的I/O端子310。
在步骤1006处进行是否需要更多I/O通道的确定。这可以包括例如人员确定控制器模块202是否包含足够的内置I/O通道或者是否需要更多I/O通道。如果需要更多I/O通道，则在步骤1008处安装一个或多个附加I/O模块。这可以包括例如人员将一个或多个I/O模块耦合到控制器模块202。这还可以包括人员使用一个或多个扩展模块将多串的I/O模块耦合到控制器模块202。连接器222—224在这里被用来在正在安装的各种模块之间形成数据和功率连接。在步骤1010处将一个或多个附加现场设备耦合到（多个）附加I/O模块。
在步骤1012处进行在RTU中是否需要或期望环形网络的确定。这可以包括例如人员确定在RTU 102中是否需要或期望冗余通信路径。如果是这样，则在步骤1014处在RTU中安装扩展模块和环路。这可以包括例如人员将被耦合到最后I/O模块的扩展模块安装在RTU102中。这还可以包括人员将电缆耦合到扩展模块的端口802—804以形成环路216。
在步骤1016处使RTU置于操作中。这可以包括例如RTU 102经由各种I/O通道来发射或接收数据。在此时间期间，使用连接器222—224来在模块之间提供功率，诸如经由连接器222—224的功率导体902—904、952—954。并且，使用连接器222—224来在模块之间交换数据，诸如经由连接器222—224的导体908、958和引脚956。
虽然图10图示出用于使用RTU的方法800的一个示例，但是可以对图10进行各种改变。例如，虽然被示为一系列步骤，但是图10中的各种步骤可以重叠、并行地发生、按照不同顺序发生或发生多次。并且，控制器模块202可以缺少内置I/O通道，在该情况下可以省略步骤1004—1006。
阐述遍及本专利文献所使用的某些词语和短语的定义可能是有利的。术语“发射”、“接收”和“通信”以及其派生词涵盖直接和间接通信两者。术语“包括”和“包含”以及其派生词意指没有限制的情况下的包括。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与……相关联”以及其派生词可以意指包括、被包括在……之内、与……互连、包含、被包含在……之内、与或和……连接、与或和……耦合、与……可通信、与……协作、交错、并置、接近于、与或和……绑定、具有、具有……的性质、具有与或和……的关系等等。短语“至少一个”当与一系列项目一起使用时意味着可以使用所列项目中的一个或多个的不同组合，并且可能需要该列表中的仅一个项目。例如，“A、B和C中的至少一个”包括以下组合中的任何一个：A、B、C、A和B、A和C、B和C以及A和B和C。
虽然本公开已描述了某些实施例和一般关联方法，但是这些实施例和方法的改变和置换对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因此，示例性实施例的以上描述并未限定或约束本公开。在不脱离由以下权利要求定义的本公开的精神和范围的情况下，其它变化、替换以及改变也是可能的。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
远程终端单元（RTU）（102），包括：
一个或多个输入/输出（I/O）模块（204a-204n），每个包括多个I/O通道；和
控制器模块（202），包括被配置成经由所述I/O模块的所述I/O通道与至少一个工业现场设备（106）通信的至少一个处理设备（402）；
其中所述控制器模块包括第一连接器（222）；
其中所述一个或多个I/O模块中的第一个包括第二连接器（224）；并且
其中所述第一连接器被配置成物理地连接到所述第二连接器，并且所述第一和第二连接器被配置成直接地在所述控制器模块和所述第一I /O模块之间传输数据和功率。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一I/O模块还包括第三连接器（222）；
所述一个或多个I/O模块中的第二个包括第四连接器（224）；并且
第三连接器被配置成物理地连接到第四连接器，并且第三和第四连接器被配置成直接地在第一I/O模块和第二I /O模块之间传输数据和功率。
3.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述RTU还包括第一扩展板（206）；
所述I/O模块中的最后一个包括第三连接器（222）；
所述第一扩展板包括第四连接器（224）；并且
所述第三连接器被配置成物理地连接到第四连接器，并且第三和第四连接器被配置成直接地在最后的I /O模块和第一扩展板之间传输数据。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述RTU还包括被配置成耦合到所述第一扩展板和一个或多个附加I/O模块（210a-210m）的第二扩展板（208），每个附加I/O模块包括多个附加I/O通道；并且
所述控制器模块被配置成经由所述附加I/O通道与至少一个附加工业现场设备（106）通信。
5.根据权利要求4所述的装置，其中：
所述第一扩展板还包括至少一个端口（802，804）；并且
所述至少一个端口被配置成耦合到所述第二扩展板，以便在所述控制器模块和所述一个或多个附加I/O模块之间提供至少一个通信路径。
6.根据权利要求3所述的装置，其中：
所述第一扩展板还包括第一和第二端口（802-804）；
控制器模块和一个或多个I/O模块被配置成通过连接器在多个通信路径上通信；并且
所述第一和第二端口被配置成由电缆（216）耦合在一起，使得所述多个通信路径形成环路。
7.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述一个或多个I/O模块包括第一串I/O模块；
所述RTU还包括第二串I/O模块（210a-210m）；
来自电源（218）的仅一个功率连接（220）被耦合到I/O模块的每串；并且
仅一个或两个数据连接（214a-214b）耦合第一和第二串I/O模块。
8.根据权利要求1所述的装置，其中仅第一连接器耦合所述控制器模块和所述第一I/O模块。
9.一种装置，包括：
远程终端单元（RTU）（102）的控制器模块（202），所述控制器模块包括被配置成经由一个或多个 I/O模块（204a-204n，210a-210m）的输入/输出（I/O）通道与至少一个工业现场设备（106）通信的至少一个处理设备（402）；
所述控制器模块还包括被配置成物理地连接到所述一个或多个I/O模块中的第一个的第二连接器（224）的第一连接器（222）；
其中所述第一连接器被配置成直接地在所述控制器模块和所述第一I/O模块之间传输数据和功率。
10.根据权利要求9所述的装置，其中：
所述第一连接器被配置成在所述控制器模块和所述第一I/O模块之间为所述数据提供多个通信路径；并且
所述控制器模块被配置成在所述多个通信路径上与多个I/O模块（204a-204n，210a-210m）通信。
11.根据权利要求9所述的装置，其中，所述控制器模块还包括I/O端子（310）和被配置成经由所述I/O端子进行通信的一个或多个内置I/O通道。
12.一种装置，包括：
远程终端单元（RTU）（102）的输入/输出（I/O）模块（204a-204n，210a-210m），所述I/O模块包括多个I/O通道，所述多个I/O通道被配置成在RTU的控制器模块（202）和至少一个工业现场设备（106）之间提供通信路径；
所述I/O模块还包括被配置成物理地连接到所述RTU的其它模块的第一和第二连接器（222-224），每个连接器被配置成直接地在所述I/O模块和RTU的其它模块之间传输数据和功率。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述第一和第二连接器被配置成为往返于所述I/O模块的数据提供多个通信路径。
14.一种装置，包括：
远程终端单元（RTU）（102）的扩展模块（206，208，212），所述扩展模块包括：
连接器（222，224），被配置成物理地连接到RTU的输入/输出（I/O）模块（204a-204n，210a-210m），所述I/O模块包括多个I/O通道，所述多个I/O通道被配置成提供在所述RTU的控制器模块（202）与至少一个工业现场设备（106）之间的通信路径；以及
被配置成耦合到所述RTU的第二扩展模块（206，208，212）的至少一个端口（802，804），所述第二扩展模块被配置成耦合到附加I/O模块（204a-204n，210a-210m）；
其中所述连接器被配置成直接地在所述I/O模块和所述扩展模块之间传输数据。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述至少一个端口被配置成耦合到所述第二扩展板，以便在所述控制器模块和所述附加I/O模块之间提供至少一个通信路径（214a，214b）。
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