CN109597368A - Plc控制系统的工厂内改装 - Google Patents

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Abstract

公开了一种用于将过程控制系统的一部分从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的方法。组装安装架，安装架的尺寸适于装配到传统硬件占据的空间中，并用替换硬件填充，替换硬件包括I/O卡、I/O接线盒和定制接口模块。定制接口模块经由I/O接线盒耦合到I/O卡，并且经由耦合到过程控制系统的传统布线的传统布线机构耦合到多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线。将传统布线机构与传统硬件断开，将包含传统硬件的机架移除并用安装架替换，并且将传统布线机构耦合到定制接口模块。

Description

PLC控制系统的工厂内改装
技术领域
本公开内容总体上涉及过程控制工厂中的输入/输出(I/O)布线，具体而言，涉及用于将基于传统可编程逻辑控制器(PLC)的系统改装为使用分布式过程控制器，无需重新端接现场设备布线的方法、系统和装置。
背景技术
如用于化学、石油或其他过程工厂中的分布式过程控制系统通常包括通过模拟、数字或组合模拟/数字总线或通过无线通信链路或网络通信地耦合到一个或多个现场设备的一个或多个过程控制器。现场设备可以是例如阀门、阀门定位器、开关和变送器(例如，温度、压力、液位和流量传感器)，位于过程环境内并通常执行诸如打开或关闭阀门、测量过程参数等的过程控制功能以控制在过程工厂或系统内执行的一个或多个过程。智能现场设备，例如符合公知的现场总线协议的现场设备，还可以执行控制计算、报警功能以及通常控制器内实施的其他控制功能。通常也位于工厂环境内的过程控制器接收指示由现场设备进行的过程测量的信号和/或与现场设备有关的其他信息，并执行运行例如不同控制模块的控制应用程序，控制模块根据接收到的信息制定过程控制决策、生成控制信号，并与现场设备(例如Wireless和现场总线现场设备)中执行的控制模块或块协调。控制器中的控制模块通过通信线路或链路将控制信号发送到现场设备，从而控制过程工厂或系统的至少一部分的操作。
来自现场设备和控制器的信息通常通过通信主干链路可由一个或多个其他硬件设备获得，例如操作员工作站、个人计算机或计算设备、数据历史记录、报告生成器、集中式数据库或通常放置在控制室或远离严酷的工厂环境的其他位置的其他集中式管理计算设备。这些硬件设备中的每一个通常集中在整个过程工厂或过程工厂的一部分上。这些硬件设备可以运行应用程序，例如，可以使操作员能够执行关于控制过程和/或操作过程工厂的功能，例如改变过程控制例程的设置、修改控制器或现场设备内的控制模块的操作、查看过程的当前状态、查看现场设备和控制器生成的警报、模拟过程的操作以便培训人员或测试过程控制软件、保留和更新配置数据库等。由硬件设备、控制器和现场设备使用的通信主干链路可以包括有线通信路径、无线通信路径或有线和无线通信路径的组合。
作为示例，由Fisher-Rosemount Systems,Inc.销售的DeltaVTM控制系统包括存储在位于过程工厂内不同位置的不同设备内并由不同设备执行的多个应用程序。驻留在一个或多个工作站或计算设备中的配置应用程序使用户能够创建或改变过程控制模块，并通过通信主干链路将这些过程控制模块下载到专用分布式控制器。通常，这些控制模块由通信互连的功能块组成，这些功能块是面向对象的编程协议中的对象，并且基于其输入在控制方案内执行功能，并向控制方案内的其他功能块提供输出。配置应用程序还可以允许过程工程师创建或改变操作员界面，操作员界面由查看应用程序使用以向操作员显示数据并使操作员能够在过程控制例程内改变设置，例如设定点。每个专用控制器以及在一些情况下的一个或多个现场设备存储并执行各自的控制器应用程序，该控制器应用程序运行分配和下载到其上的控制模块以实现实际过程控制功能。可以在一个或多个操作员工作站(或在与操作员工作站和通信主干链路通信连接的一个或多个远程计算设备上)上执行的查看应用程序经由通信主干链路从控制器应用程序接收数据，并使用用户界面向过程控制系统设计者、操作员或用户显示该数据，并且可以提供多个不同视图中的任何一个，例如操作员的视图、工程师的视图、技术人员的视图等。数据历史记录应用程序通常存储在数据历史记录设备中并由其执行，该数据历史记录设备收集并存储通过通信主干链路提供的一些或全部数据，而配置数据库应用程序可在连接到通信主干链路的另一计算机中运行以存储与之相关的当前过程控制例程配置和数据。可替换地，配置数据库可以位于与配置应用程序相同的工作站中。
在许多过程中，传统的可编程逻辑控制器(PLC)被集成到过程中。例如，过程工厂的较旧部分最初可能已经实施了PLC来控制过程工厂的那些部分。由于过程工厂可能已经扩展或现代化，过程工厂的部分可能已经实施了非PLC分布式控制解决方案(例如，前述的DeltaVTM控制系统)，同时在原地留下已经实施的传统PLC解决方案并选择将传统PLC集成到新系统中。出于各种原因，将传统PLC集成到新系统中-通常需要大量时间和精力投入-仍然是优选的解决方案。
改装传统PLC工厂配置的一个障碍是传统布线。促进过程工厂中的现场设备与实施控制策略以操作这些现场设备的设备(例如PLC和控制器)之间的通信通常涉及将布线从现场设备延伸到编组柜或组织和端接导线的其他集中区域。通常，从现场设备到控制系统的输入信号被集合为组，而从控制系统到现场设备的输出信号被分组在一起。导线组(以及它们携带的信号)可以通过布线携带的信号类型进一步分组(例如，通过电压，根据信号是离散的还是模拟的等)，并且端接I/O接口设备集合处或附加。I/O接口设备有助于将信号传送到控制设备。
在一些系统中，例如，每组导线可以端接在相关的摆臂或I/O卡现场端接连接器上，该摆臂或I/O卡现场端接连接器通过连接器将导线上携带的信号耦合到相应的I/O卡，所述连接器-例如卡缘连接器、接触连接器等-通常具有比布线本身更高的信号密度。使用摆臂可以将接线与I/O卡断开，以进行维护或故障排除。即，通过从I/O卡上拆下摆臂，I/O卡可以在发生故障时拆下并更换，而不必单独拆卸(稍后重新端接)摆臂承载的众多导线中的每根导线。
虽然使用摆臂有利于布线束的移动，但是该移动受到各种因素的限制。例如，可以理解，由于其中包含相对大量的铜，大的布线束可能难以操纵。除该困难之外，传统布线尤其可能随着时间的推移而变得不太灵活，或者可能具有变脆弱的绝缘性，将布线置于短路的风险中。
改装传统的基于PLC的工厂配置的另一个障碍是考虑可用空间。通常，加工厂(或其部分)不会留下很大的空间用于以后的扩展，因此，如果没有对过程工厂(或其部分)进行物理更改、延长的过程(和相关收入)的中断等，可能难以进行改装。较新的控制系统通常需要容纳传统的基于PLC的解决方案的机架室中不可获得的空间，并且将信号从容纳端接信号的机架室发送到其他可用空间中的控制器可能需要通过小空间延伸的许多长的电缆，这可能导致信号串扰，其结果是整个过程的不可靠性。
发明内容
在实施例中，用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的方法包括组装安装架。安装架的尺寸和配置适于装配到由包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架所占据的空间中。该方法还包括填充安装架替换硬件。替换硬件包括非PLC过程控制器或配置为通信地耦合到非PLC过程控制器的托架扩展器；输入/输出(I/O)卡，通信地耦合到安装架中的非PLC过程控制器或托架扩展器；I/O接线盒，通信地耦合到I/O卡并且被配置为向I/O卡传送对应于多个过程控制现场设备的信号和/或从I/O卡向多个过程控制现场设备传送信号；及定制接口模块，(i)经由I/O接线盒通信地耦合到I/O卡，以及(ii)经由耦合到过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线。该方法还包括将传统布线机构与与PLC相关联的传统硬件断开，移除包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架，将组装好的安装架(包括替换硬件)放置在先前由包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架占据的空间中，并将传统布线机构耦合到定制接口模块。
在其他实施例中，定制接口模块包括传统布线耦合机构，其被配置为将定制接口模块机械地和电气地耦合到对应的传统布线耦合机构。对应的传统布线耦合机构具有端接到其的传统布线，用于向或从多个过程控制现场设备传送多个信号。定制接口模块还包括I/O耦合机构，其被配置为促进定制接口模块与I/O卡的电耦合，使得对于多个信号中的每一个，通过I/O耦合机构向或从I/O卡传送相应的信号。此外，定制接口模块包括电设置在I/O耦合机构和传统布线耦合机构之间的调节模块，其中，调节模块被配置为，对于多个信号中的每一个(i)将在传统布线耦合机构接收的信号转换为可通过I/O耦合机构传送到I/O卡的信号，或(ii)将通过I/O耦合机构将从I/O卡接收的信号转换为可以通过传统布线耦合机构传送到相应的过程控制现场设备的信号。
在其他实施例中，用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的系统包括安装架，该安装架的尺寸和配置适于装配到由与传统PLC相关联的传统硬件所占据的空间中，非PLC过程控制器和耦合到非PLC过程控制器并安装在安装架中的输入/输出(I/O)卡。该系统还包括I/O接线盒，该I/O接线盒通信地耦合到I/O卡并且被配置为向I/O卡传递对应于多个过程控制现场设备的信号和/或从I/O卡向多个过程控制现场设备发送信号。I/O接线盒安装在安装架中。此外，该系统包括定制接口模块，安装在安装架中并(i)经由I/O接线盒通信地耦合到I/O卡，以及(ii)经由耦合到过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线。
附图说明
参考以下具体实施方式和附图，将最好地理解本文描述的方法、装置和系统的特征和优点，其中：
图1是包括改装的和未改装的传统PLC控制系统的分布式过程控制系统的方框图；
图2A示出了用于传统PLC控制系统的示例性I/O机箱；
图2B示出了耦合到传统现场设备布线的摆臂；
图3示出了图2A的示例性I/O机箱的侧视图；
图4示出了摆臂的替代实施例；
图5示出了具有不同类型和数量的端子的多个摆臂；
图6示出了具有连接到它们的布线的多个摆臂；
图7是根据本公开内容的用于改装控制系统的示例性I/O机箱的方框图；
图8是图7的I/O机箱的侧视图；
图9示出了用于改装控制系统的I/O机箱的替代实施例；
图10示出了用于改装控制系统的I/O机箱的又一替代实施例；
图11示出了用于改装控制系统的I/O机箱的又一实施例；
图12示出了图11的实施例的侧视图；
图13示出了根据本公开内容的通用定制接口模块；及
图14示出了根据本公开内容的升级过程控制系统的一部分的方法。
具体实施方式
一般而言，本公开内容的控制系统包括通信地耦合到耦合到传统可编程逻辑控制器(PLC)的分布式控制系统和一个或多个过程控制设备的各种过程控制设备，传统可编程逻辑控制器本身可以集成到分布式控制系统中，或者可替换地可以是过程工厂的独立部分。即，PLC和与其耦合的过程控制设备可以作为独立PLC、撬装系统的控制器或模块化工厂结构中的模块操作。整个控制系统可以在诸如DeltaV的平台上本地构建，该平台支持分布式控制，使得其中的设备(在实施例中包括传统PLC)的配置、安全机制和通信与集成传统PLC的DCS完全兼容。在本公开内容中，传统PLC被替换为DCS本地的硬件-包括控制器和输入/输出(I/O)设备-而不需要重新定位和/或重新端接先前将一个或多个过程控制设备耦合到传统PLC的传统布线。用DCS本地的硬件替换传统PLC和相关硬件的过程在本文中称为“改装”。
为了便于改装，将DCS控制器和相关的I/O硬件安装在尺寸适合于传统PLC硬件占用的空间内的定制机架中。定制机架中的I/O硬件和定制机架本身被配置成使得定制接口模块包括连接硬件，该连接硬件被定位成耦合到摆臂上的互补连接硬件或耦合到至现场设备的传统布线的其他现场设备布线终端硬件，如本文将描述的。根据它所替换的传统I/O硬件来选择每个定制接口模块，使得用于存在输入信号的传统布线的定制接口模块是输入型定制接口模块，用于存在输出信号的传统布线的定制接口模块是输出型定制接口模块等。此外，每个定制接口模块可以包括信号调节电路，用于将其将连接的传统布线上的信号转换成通过相关的I/O硬件直接耦合到DCS的信号。
如本公开内容所述，改装控制系统的方法仅需要将传统布线与传统I/O硬件断开，用定制机架替换传统I/O硬件，并将传统布线连接到定制接口卡，以通过新的I/O硬件将现场设备通信地耦合到DCS控制器。
接下来，参考图1讨论示例性分布式过程控制系统，除了在DCS中本地调试的控制系统的一部分之外，还包括根据传统PLC操作的控制系统的一部分以及从传统PLC改装的控制系统的一部分。与根据传统PLC操作的控制系统部分相关联的硬件的示例在图2、3和4中示出。参考图4和5讨论与从传统PLC改装的控制系统部分相关联的硬件的示例。
图1示出了实现本地分布式控制系统22、传统PLC控制系统100和改装控制系统101的示例性过程工厂10。通常，分布式过程控制系统22具有一个或多个控制器40，每个控制器40通过输入/输出(I/O)设备或I/O卡48可通信地连接到一个或多个现场设备或智能设备44和46，I/O设备或I/O卡48可以是例如现场总线接口、Profibus接口、AS接口、DeviceNet、HART接口、标准4-20mA接口等。控制器40还经由通信主干链路54耦合到一个或多个主机或操作员工作站50、52，通信主干链路54可以是例如以太网链路或另一链路适合的局域网(LAN)链路。过程数据数据库58可以连接到通信主干链路54并且操作以收集和存储与工厂10内的控制器和现场设备相关联的参数、状态和其他数据。在过程工厂10的操作期间，过程数据数据库58可以通过通信主干链路54从控制器40和间接地从设备44-46接收过程数据。
配置数据库60将过程控制系统22的当前配置随着下载并存储在控制器40和现场设备44和46内而存储在工厂10内。配置数据库60存储定义过程控制系统22的一个或多个控制策略的过程控制功能，设备44和46的配置参数，设备44和46到过程控制功能的分配，以及与过程工厂10有关的其他配置数据。配置数据库60另外可以存储图形对象以提供过程工厂10的元素的各种图形表示。一些存储的图形对象可以对应于过程控制功能(例如，为某个PID回路开发的过程图形)，其他图形对象可以是设备特定的(例如，对应于压力传感器的图形)。
过程工厂10还可以包括耦合到通信主干链路54的其他数据库，图1中未示出以免混乱。例如，数据历史记录可以存储操作员采取的事件、警报、注释和操作过程。事件、警报和注释可以涉及单个设备(例如，阀门、变送器)、通信链路(例如，有线现场总线段，无线HART通信链路)或过程控制功能(例如，用于维持期望的温度设定点的PI控制回路)。此外，知识库可以存储参考、操作员日志条目、帮助主题或者到操作员和维护技术人员在监督过程工厂10时可能发现有用的这些以及其他文档的链接。此外，用户数据库可以存储关于用户(例如操作员和维护技术人员)的信息。对于每个用户，用户数据库可以存储例如他或她的组织角色，与用户相关联的过程工厂10内的区域，工作团队关联等。
这些数据库中的每一个可以是任何期望类型的数据储存或收集单元，其具有用于存储数据的任何期望类型的存储器以及任何期望的或已知的软件、硬件或固件。当然，数据库不需要驻留在单独的物理设备中。因此，在一些实施例中，这些数据库中的一些在共享数据处理器上实施。通常，可以利用更多或更少的数据库来存储由上述数据库共同存储和管理的数据。
虽然控制器40、I/O卡48和现场设备44和46通常分布在整个有时严酷的工厂环境中，但是操作员工作站50和52以及数据库58、60等通常位于控制室中或其他不太严酷的环境，易于由控制器、维护和其他各种工厂人员评估。然而，在一些情况下，手持设备可用于实施这些功能，并且这些手持设备通常被携带到工厂中的各个位置。
众所周知，每个控制器40(例如可以是Fisher-Rosemount Systems，Inc.销售的DeltaVTM控制器)存储并执行控制器应用程序，该控制器应用程序使用任意数量的不同的、独立执行的控制模块或块70来实施控制策略。每个控制模块70可由通常所谓的功能块组成，其中每个功能块是整个控制例程的一部分或子例程，并且结合其他功能块(通过称为链路的通信)操作以实现过程工厂10内的过程控制循环。众所周知，功能块可以是面向对象的编程协议中的对象，通常执行输入功能(例如与变送器、传感器或其他过程参数测量设备相关联的)、控制功能(例如与执行PID、模糊逻辑等控制的控制例程相关联的)、或输出功能(控制某个设备(例如阀门)的操作以在过程工厂10内执行某个物理功能)中的一个。当然，存在混合和其他类型的复杂功能块，诸如模型预测控制器(MPC)、优化器等。虽然现场总线协议和DeltaV系统协议使用在面向对象的编程协议中设计和实施的控制模块和功能块，但是控制模块可以使用任何期望的控制编程方案(包括例如顺序功能图、梯形逻辑等)来设计，并且不限于使用功能块或任何其他特定的编程技术来设计和实施。每个控制器40还可以支持应用程序的AMS设备管理器，并且可以使用预测智能来提高生产资产(包括机械设备、电气系统、过程设备、仪器、现场和智能现场设备44、46和阀门)的可用性和性能。
在图1所示的工厂10中，连接到控制器40的现场设备44和46可以是标准的4-20mA设备，可以是智能现场设备，例如HART、Profibus、ASibus、DeviceNet或FOUNDATIONTM现场总线现场设备，包括处理器和存储器，或者可以是任何其他所需类型的设备。这些设备中的一些，例如现场总线现场设备(在图1中用附图标记46标记)，可以存储和执行与在控制器40中实施的控制策略相关联的模块或子模块，例如功能块。如图1示出为设置在现场总线现场设备46之一中的功能块72可以与控制模块70在控制器40内的执行一起执行，以实施过程控制，这是众所周知的。当然，现场设备44和46可以是任何类型的设备，例如传感器、阀门、变送器、定位器等，并且I/O卡48可以是符合任何期望通信或控制器协议(例如HART、Fieldbus、Profibus等)的任何类型的I/O卡。
工作站50和52可以包括执行存储在存储器80中的指令的一个或多个处理器82。指令可以部分地实施查看应用程序84，其在过程工厂10的操作期间提供各种显示以使操作员12能够查看并且控制过程工厂10内的各种操作，或者如在大型工厂中常见的，在过程工厂10的分配了相应操作员的部分内的各种操作。查看应用程序84可以包括支持应用程序或与支持应用程序协作，例如控制诊断应用程序、调整应用程序、报告生成应用程序或可以用于帮助操作员执行控制功能的任何其他控制支持应用程序。此外，查看应用程序84可以允许维护技术人员监督工厂10的维护需求，例如，查看各种设备40、44和46的操作或工作状况。查看应用程序还可以包括支持应用程序，例如维护诊断应用程序、校准应用程序、振动分析应用程序、报告生成应用或可用于帮助维护技术人员在工厂10内执行维护功能的任何其他维护支持应用程序。
继续参考图1，示例性传统PLC控制系统100控制过程工厂10的部分120中的现场设备。示例性传统PLC控制系统100包括传统PLC 102、安装架/机箱106中的终端和I/O硬件104，以及通过传统布线108耦合到终端和I/O硬件104的现场设备110-114。虽然图1仅示出了过程工厂10中的单个传统PLC控制系统，但给定过程工厂可以具有控制过程工厂的各部分中的相应现场设备的任何数量的传统PLC。
类似地，图1还示出了改装的控制系统101。改装的控制系统101控制过程工厂10的部分121中的现场设备，并且包括设置在安装架/机箱107中的控制器41和I/O模块49，安装架/机箱107与改装的传统系统的安装架/机箱的尺寸相同(例如，与安装架/机箱106的尺寸相同)。改装的控制系统101还包括设置在安装架107中的终端硬件111和定制接口硬件113，来自现场设备115-119的信号通过它们传送到I/O卡49，进而传送到控制器。虽然图1仅示出了过程工厂10中的单个改装的控制系统101，但是给定的过程工厂可以具有控制过程工厂的各部分中的相应现场设备的任何数量的改装的控制系统。
图2A示出了用于传统PLC控制系统的示例性I/O机箱，例如图1中示出的传统PLC控制系统100，并且特别地示出了安装架/机箱106中的终端和I/O硬件104的组织。通常，安装架/机箱106被配置为经由传统布线(图2B中示出)从传统PLC控制系统100控制的现场设备110-114接收信号。传统布线通常由I/O类型组织，使得来自现场设备的输入被分组在一起，到现场设备的输出被分组在一起等。传统布线通常也根据信号类型来组织，使得模拟信号类型被分组在一起并且离散信号类型被分组在一起。在一些情况下可以使用其他组织方案，但是，通常，对信号进行分组，使得每个信号集合可以通信地耦合到单个I/O卡。
相应地，安装架/机箱106包括多个I/O卡202a-h。I/O卡202a-h中的每个可以是例如模拟输入卡、模拟输出卡、离散输入卡、离散输出卡等。I/O卡的数量和类型取决于关于由传统PLC控制系统100控制的过程工厂部分所需的输入和输出的数量和类型。在图2A所示的实施例中，例如，安装架/机箱106包括八个I/O卡202a-h。另外，I/O卡202a-h中的每个可以是多通道I/O卡，如通常所理解的。例如，I/O卡202a-h可以各自是8通道、16通道或32通道卡，能够分别耦合到传统布线的4、8、16或32个输入或输出线。
图2B中示出了传统布线的示例。I/O卡202中的单个I/O卡202在图2B中示出，与承载传统布线201的摆臂220物理和电连接。图2B中所示的摆臂220包括21个端子203，每个端子在其上端接有传统布线201的导线。摆臂220被示出为安装在摆臂杆214上，摆臂220可围绕该摆臂杆214枢转，如下所述并且如图3所示。
回到图2A，I/O卡可以安装在安装架106中的一个或多个安装导轨(例如，DIN导轨或任何专有安装机构)204上，并且通信地耦合到底板206，这有利于I/O卡202a-h和远程I/O适配器208之间的通信。电源适配器210可以为安装架/机箱106中的硬件(包括I/O卡202a-h和远程I/O适配器208)提供电力。
远程I/O适配器208通常可以负责在各种I/O卡202a-h和传统PLC 102之间路由信号。即，远程I/O适配器208可以从传统PLC 102接收去往现场设备110-114的各种输出信号并适当地将信号路由到各种I/O卡202a-h，以便每个信号到达适当的设备。类似地，远程I/O适配器208可以从I/O卡202a-h接收信号并将信号传送到传统PLC 102。
底板206和/或通信链路(例如，以太网连接、RS-232/485连接、专有协议等)212可以提供远程I/O适配器208和传统PLC 102之间的通信。在一些情况下，传统PLC 102可以远离安装架/机箱106定位。因此，通信链路212可以将传统PLC 102直接通信地耦合到远程I/O适配器208，或者在备选实施例中，通信链路212可以将传统PLC 102通信地耦合到底板206上的端口(未示出)，并且底板206可以提供到远程I/O适配器208的通信链路，并且因此提供到I/O卡202a-h的通信链路。
在实施例中，特别是在图2A所示的实施例中，安装架/机箱106包括用作轴的圆柱形摆臂杆214，多个摆臂(图2A中未示出，但是其中一个在图2B中示出)可以围绕摆臂杆214枢转以通过I/O卡202a-h上的连接器216a-h和摆臂上的相应连接器选择性地将I/O卡202a-h与传统布线耦合或分离，参见图3将变得明显。
图3示出了安装架/机箱106的侧视图(从方向A，如图2A所示)，并且在剖面中示出了I/O卡202a-h中的单个I/O卡202在安装架/机箱106中的布置。在图3中的剖面中还示出了摆臂220。摆臂220具有孔222或弧形夹223(见图4)，其尺寸适于容纳摆臂杆214使得摆臂220绕摆臂杆214旋转，很少或没有非旋转运动。即，摆臂220与摆臂杆214协作，以允许摆臂220朝向和远离I/O卡202枢转，而摆臂220沿着摆臂杆214的长度很少或没有移动，在孔222(或夹223)的内表面和摆臂杆214的外表面之间很少或没有空间。虽然图3仅示出了单个摆臂220，但应该理解的是，安装架/机箱106，特别是摆臂杆214，可以承载多个摆臂220，具体地说，可以承载用于多个I/O卡202中的每一个的一个摆臂220(例如，用于每个I/O卡202a-h的摆臂)。有利地，在采用具有夹223的摆臂的实施例中(如图4所示)，摆臂220可以从摆臂杆214移除，以便于接近安装架/机箱106中的其余硬件。
图3中的摆臂220被示出为具有连接器224，其对应于I/O卡202上的连接器216。连接器224设置在摆臂220上，使得随着摆臂220绕摆臂杆214旋转，当两个连接器216、224接触时，摆臂220上的连接器224与I/O卡202上的连接器216对准。连接器216、224可以分别是本领域中已知的并且适合于承载在I/O卡202和现场设备110-114之间传送的信号类型的任何类型的连接器的公和母(或反之亦然)侧。因此，尽管不是典型的，但是用于每个摆臂220的连接器216、224可以根据耦合到摆臂220和连接器224、216的布线所承载的信号的类型而不同。作为示例，连接器216、224可以是接触型连接器(也称为“郁金香”连接器)、卡缘连接器等。
每个摆臂220可以是过程控制领域中通常已知和/或采用的任何类型的摆臂。作为示例，图5示出了具有不同数量的端子的多个摆臂230-234(从方向B观察，如图3所示)，来自现场设备的传统布线可以端接到所述端子。摆臂230-234分别具有10、10、18、21和40个端子。尽管所示出的摆臂230-234采用螺旋型端子(即，其中裸线或箍线端部放置在螺钉下方并且拧紧螺钉以迫使线端部与金属触点接触的接触)，其他实施例可以使用其他类型的端子，但是仍然实现在承载往/来于现场设备的信号的导线和连接器224上的相应电触点之间创建和维持电连接的功能。
图6示出了具有端接到其上的布线的多个摆臂。
现在转到图7，示出了用于改装的控制系统的示例性I/O机架的方框图，例如图1中所示的改装的控制系统101。具体地，图7示出了安装架107中的硬件的组织。安装架可以具有与传统PLC控制系统100的安装架/机箱106相同或几乎相同的尺寸，使得安装在改装/升级过程中，机架107可以替换安装架/机箱106。
一般而言，安装架107包括用于将存在于改装的传统的基于PLC的系统上的摆臂220(或其他传统布线机构)上的传统布线耦合到基于非PLC的分布式过程控制器的硬件。例如，对于每个摆臂220，安装架107包括一件相应的硬件，以将摆臂220上的连接器(例如，连接器224)通信地耦合到分布式过程控制器(通过其他硬件)。摆臂220在安装架107中连接的相应硬件具有相应的连接器，使得例如如果摆臂220装配有“公”卡缘连接器，则相应硬件包括“母”卡缘连接器。当然，在采用摆臂的实施例中，安装架107还包括摆臂杆214。
安装架107通常还包括与分布式过程控制器兼容的I/O卡。如下所述，I/O卡通常替换传统的基于PLC的系统的一个或多个I/O卡。
再次参考图7，安装架107包括多个定制接口模块113a-h。定制接口模块113a-h每个都在正面(即，面向外)表面上设置连接器，该连接器对应于连接器预期耦合到的摆臂或其他传统布线机构。这样，对于配置成替换上述安装架106的安装架107，定制接口模块113a-h上的连接器将是存在于I/O卡202a-h上的相同连接器216a-h。当然，应当理解，定制接口模块113a-h上的连接器216a-h仅需要与I/O卡202a-h上的连接器216a-h相同，并且应该显而易见的，不需要从I/O卡202a-h移除以安装到定制接口模块216a-h。定制接口模块113a-h上的连接器216a-h设置为使得当摆臂220围绕摆臂杆214旋转时，连接器224电且机械地耦合到定制接口模块上存在的相应连接器216。
如上所述，由于寿命和环境条件，传统布线可以是刚性的和/或脆性的，因此，可能希望在执行改装期间限制传统布线的移动和/或可能不显著移动布线。因此，虽然定制接口模块可以定位在安装架107中，以便与其替换的I/O卡202的相应位置具有一些微小的横向偏移，但是该偏移受到传统布线机构通过例如摆臂220沿摆臂杆214的微小运动来适应偏移的能力的限制。
每个定制接口模块113a-h通信地耦合到一个或多个I/O卡49a-h。I/O卡49a-h优选地是在基于分布式过程控制器的系统中使用的标准I/O卡，并且定制接口模块113a-h调节I/O卡49a-h与通往现场设备115-119的传统布线之间的信号，如下面将更详细地描述的。I/O卡49a-h可以通信地和物理地耦合到I/O卡托架252。通常，I/O托架252被配置为接纳一些数量的I/O卡49。在各种实施例中，例如I/O托架252配置为2宽、4宽、6宽或8宽I/O托架252，分别能够承载和连接多达2、4、6或8个I/O卡49。举例来说，图7中示出的安装架107必须包括8宽I/O托架252。无论如何，除了将信号从多个I/O卡49传送到控制器模块250之外，I/O托架252向I/O卡49提供电力(在实施例中来自外部电源)。
在实施例中，安装架107还包括分布式过程控制器(例如，过程控制器41，如图1所示)。图7示出了两个冗余分布式过程控制器41a和41b，以及相关的电源模块244a和244b，各自分别控制一组通信端口(例如，以太网端口)246a和246b。如图7所示，控制器41a、41b，电源模块244a、244b和通信端口246a、246b都可以是控制器模块250的一部分。控制器模块250可以通过底板/托架(未示出)或通过任何其他已知方法耦合到I/O卡。
虽然在图7中示出为具有八个I/O卡49a-49h，但应该理解，I/O卡的数量可以取决于所需的I/O通道的数量和/或存在的传统布线机构的数量(对应于定制接口模块的数量)。图7示出了八个定制接口模块113a-h和八个相应的I/O卡49a-h，这向不经意的观察者暗示每个I/O卡49a-h与相应的一个定制接口模块113a-h相关联，因此，具有与耦合到定制接口模块的传统布线机构(例如，摆臂220)上的输入或输出的数量相同数量(或更多)的通道。然而，尽管可能是这种情况，但在一些实施例中，每个定制接口模块与相应的一个I/O卡相关联，在其他实施例中，一个I/O卡可以与多于一个定制接口模块相关联(并且通信地耦合到其)，例如，相关于图9-12将变得明显。
参考图8，可以更容易地看到安装架中的部件之间的关系，图8示出了安装架107从图7中的方向“C”的视图。在实施例中，使用诸如DIN导轨204的安装机构将I/O托架252安装在安装架107中。I/O卡49物理地和电气地耦合到I/O托架卡252。每个I/O卡49可以具有用于接收或发送任何相应数量信号的任何标准(或非标准)数量的通道。典型的I/O卡每个I/O卡49具有8、16或32个通道。因此，取决于传统布线连接机构(例如，摆臂220)上存在的通道的数量，I/O卡49中的单个I/O卡能够处理与摆臂220中的一个、两个或更多个相关联的通道。例如，如果每个摆臂220承载16个通道，并且每个I/O卡49是32通道I/O卡，则每个I/O卡49可以容纳两个摆臂220上的信号。
于是，可以理解，在一些实施例中，必须存在将来自两个摆臂220的信号通信地耦合到I/O卡49中的单个I/O卡的机构。每个摆臂220经由连接器224和216将传统布线上的信号耦合到定制接口模块113，定制接口模块113被配置为接受该传统布线上的信号。因此，在这样的实施例中，期望将多个定制接口模块113通信地耦合到单个I/O卡49。因此，在实施例中，I/O托架252还被配置为具有一个或多个相关联的I/O大量连接接线盒254。I/O接线盒254提供I/O卡49和定制接口模块113之间的标准化接口，如所述的，后者可根据连接器216的类型、往/来于I/O卡49传送的信号的类型、每个定制接口模块113上的通道数等而变化。每个定制接口模块113可以通信地耦合到I/O接线盒，I/O接线盒又将由定制接口模块113处理的多个信号传送到相关I/O卡49。
考虑到该目的，在实施例中，I/O接线盒254上设置有一个或多个连接器256，其便于I/O接线盒254和定制接口模块113之间的通信耦合。类似地，定制接口模块113上设置有相应的连接器258。例如，图8中所示的I/O接线盒254包括两个这样的连接器256a和256b，使得它可以从两个定制接口模块113向单个I/O卡49提供通信，从而允许例如单个32通道I/O卡处理由两个16通道I/O卡在基于PLC的系统中处理的信号。虽然可以在定制接口模块113上的连接器258和I/O接线盒254上的连接器256之间采用任何合适的布线，但是在实施例中，采用带状电缆连接器260。由于安装的紧凑性，在实施例中，可能希望对于较短长度使用的卷绕带状连接器，而对于I/O安装架107外部的较长长度使用标准带状电缆。
图8还示出了定制接口模块113具有允许它们以不妨碍I/O卡49的移除的方式装配到安装架107中的形状因子，例如，出于更换或其他维护的目的。另外，在实施例中，I/O卡49也可以是可拆卸的，无需将摆臂220与定制接口模块113分离。
再次参考图7，尽管将每个定制接口模块113a-h示出为宽度近似等于I/O卡49a-h的宽度，但应当理解，在各种实施例中，定制接口模块113a-h可以比I/O卡49a-h更窄或更宽。唯一的要求是定制接口模块113a-h的宽度不超过I/O卡202a-h的间距P(即，两个相邻卡的相应边缘之间的间隔)(参见图2A)。即，定制接口模块113a-h必须能够定位在安装架107中以匹配摆臂220的位置。
在一些实施例中，要由安装架107替换的安装架/机箱106包括沿其整个宽度的I/O卡202，因此，改装安装架107同样需要在其整个宽度上的I/O卡113，以使得存在的每个摆臂220具有相应的I/O卡113。图9示出了一个这样的实施例。在图9中，改装安装架300被配置为替换传统PLC机架(未示出)，其中12个传统I/O卡(未示出)各自连接到相应的摆臂(未示出)，占用相应安装架(未示出)的整个宽度。结果，安装架300包括12个定制接口模块302a-l。然而，在图9所示的实施例中，I/O卡304a-f每个都可以容纳来自两个定制接口模块的信号，因此，每两个定制接口模块302a-l仅需要一个I/O卡304a-f。定制接口模块302a-b可以通信地耦合到例如I/O卡304a，定制接口模块302c-d可以耦合到I/O卡304b等。当然，不要求每个I/O卡304a-f可通信地耦合到彼此相邻或与它们耦合到的I/O卡302a-f相邻的定制接口模块302a-l。结果，I/O托架252仅填充有六个I/O卡(即I/O卡304a-f)，留下不存在I/O卡的两个空位置312。
在诸如图9中所示的实施例中，其中定制接口模块302a-1占据安装架300的大部分或全部宽度，可能没有足够的空间用于控制器模块组件。因此，在一些实施例中，控制器模块250可以位于安装架300的外部和/或远离安装架300。相反，托架扩展器模块310可以安装在安装架300中(或紧邻安装架300)。托架扩展器模块310可以通信地耦合到I/O托架252，以促进I/O卡304a-f与控制器模块250之间的信号的通信。托架扩展器模块310可以通过任何通信介质通信地耦合到控制器模块250，但在一些实施例中，在控制器模块250和托架扩展器模块310之间采用通信电缆。
图10示出了另一个实施例。在图10中，安装架320包括控制器模块250、八宽I/O卡托架252和八个定制接口模块322a-h。I/O托架252装配有四个I/O卡324a-d，每个I/O卡324a-d通信地耦合到相应的一对定制接口模块322a-h。(每个I/O卡可以是32通道I/O卡，定制接口模块耦合到承载16个通道的摆臂，或者每个I/O卡可以是16通道I/O卡定制接口耦合到承载8个通道的摆臂等。)因此，由于在所示实施例中仅需要四个I/O卡324a-d，所以图10中的八宽I/O卡托架252具有四个空位置312。
通常在过程控制系统中，传统布线被带入多个机架中，这些机架可以彼此相邻地设置-例如，在上方和下方，或并排。在这种情况下，设想了改装解决方案的又一个实施例，如图11和12所示。图11和12示出了两个改装的安装架400和402，它们将替换两个类似定位的传统安装架(未示出)。如在先前描述的实施例中，安装架400包括八宽I/O托架406a，填充有八个I/O卡408a-h。另外两个I/O卡408i-j填充第二个四宽I/O托架406b，提供总共10个I/O卡408a-j。安装架400还包括10个定制接口模块412a-j，每个定制接口模块412a-j通信地耦合到I/O卡408a-j中的一个。最后，安装架400包括托架扩展器410，其被配置为通信地耦合到控制器模块(未示出)，例如关于图7描述的控制器模块250。同时，安装架402包括10个定制接口模块414a-j。每个定制接口模块414a-j通信地耦合到安装架400中的I/O卡408a-j之一。(在该实施例中，预期每个I/O卡408a-j具有每个定制接口模块414a-j两倍数量的通道。
参考图12，其示出了从图11中的方向“D”观察的安装架400和402，示出了最右侧的部件412a、414a、408a等，每个定制接口模块412a-j和414a-j具有相应的连接器418a-j或420a-j。类似地，I/O接线盒416a-j每个都具有一对连接器422a，422b。连接器418a-j和420a-j有助于将信号定制接口模块412a-j和414a-j分别通信地耦合到I/O接线盒416a-j。图12示出了定制接口模块412a和414a分别通过布线(例如，带状电缆)424a和426a通信地耦合到与I/O卡408a相关联的I/O接线盒416a。在所示出的实施例中，定制接口模块412b和414b将分别通过布线(例如，带状电缆)通信地耦合到与I/O卡408b相关联的I/O接线盒等。但是，如上所述，不要求定制接口模块412a-j和414a-j以任何特定方式通信地耦合到I/O卡408a-j。可以根据信号的类型、控制系统的组织、过程工厂的物理布局或任何其他合适的标准来选择耦合到特定I/O卡的特定定制接口模块。
本文描述的实施例产生用于改装传统的基于PLC的系统的解决方案，对于每个改装，其仅以少量可预测的方式变化：
安装架尺寸：传统基于PLC的安装架/机箱106对于每个PLC制造商和类型，系统通常只有少数几种尺寸。例如，对于特定的PLC制造商，用于传统系统的安装架/机箱106可以有4、8、12和16卡机架可用，每个机架具有预定的高度、宽度和深度。每个安装架还具有预定的卡间距(两个相邻卡上的相同点之间的距离)。
每个I/O卡的通道数量：传统安装架中的每个I/O卡通常具有几种通道数量中的一种。例如，在许多情况下，传统I/O卡是4、6、8、16或32通道。
传统布线机构的类型：虽然摆臂是典型的，但是一些传统系统或装置可以采用其他连接器机构。在使用摆臂的情况下，它们具有不同的形状因数和不同数量的终端(后者通常与传统I/O卡上的通道数量相关)。
将传统布线机构耦合到传统I/O卡的连接器的类型：存在用于将布线机构耦合到传统I/O卡的各种连接器，如上所述。连接器的典型示例包括卡缘连接器和接触(“郁金香”)连接器，并且每个制造商通常仅使用一种或两种不同类型的连接器。
连接器在安装架中的垂直位置：这通常涉及传统I/O卡设计和摆臂类型。
一旦已知传统的基于PLC的系统的细节，就可以根据传统系统的参数组装改装(即，替换)安装架。可以选择改装安装架尺寸，并且改装安装架装有一个或多个I/O托架，I/O托架足以承载支持传统系统上I/O卡数量所必需的I/O卡数量。例如，如果传统系统包括单个机架中的16个16通道I/O卡，则改装安装架可以包括八宽I/O托架，其中装有八个32通道I/O卡，以及16个定制接口模块(每个用于传统接线机构中的一个)。
图13示出了通用定制接口模块450，其具有I/O卡连接器452、传统布线连接器454和信号调节模块456。I/O卡连接器452电连接到信号调节模块456，信号调节模块456又电连接到传统布线连接器454。虽然图13中未示出，但是定制接口模块450还可以包括限流电路和/或保护熔丝。如现在应该理解的，传统I/O卡类型决定了传统布线连接器454的类型，沿着安装架中的传统布线连接器454的尺寸的位置“H”，通道的数量，卡类型(输入或输出)和电信号的类型，传统I/O卡类型和定制接口模块之间可以存在一一对应关系，而改装安装系统中的所有其余部件(控制器或托架扩展器、I/O卡、I/O托架和I/O接线盒)可以保持不变(仅在I/O托架的数量和大小以及I/O卡的数量上有所不同)。此外，由于一些传统I/O卡可能仅在其携带的信号类型(AC、DC、各种电压等)和/或方向(输入或输出)方面有所不同，因此与传统I/O卡相对应的定制接口模块仅需要在信号调节模块456上有所不同。因此，在实施例中，信号调节模块456可以在定制接口模块450上是可拆卸和可替换的，以最小化必须制造的定制接口模块类型的数量(不必为每种信号类型制造不同的一个)。当然，信号调节模块456可以可替换地是永久放置在定制接口模块450上的模块或甚至分立部件集合。
因为改装安装架中使用的I/O卡总是相同的，在实施例中，信号调节模块456的I/O卡侧(即，耦合到连接器452的一侧)始终是相同类型的信号。例如，分立I/O卡可以被配置为接收和传送24VDC信号，因此，信号调节模块456将始终向连接器452输出24VDC信号用于输入型定制接口模块，并且将始终从连接器452接收24VDC信号用于输出型定制接口模块。结果，在信号调节模块456上仅需要有限数量的变化。实际上，对于将出现在连接器454处的每种信号类型，将存在输入型信号调节模块456和输出型信号调节模块456。典型离散信号包括：120VDC、120VAC、24VAC、48VAC、60VAC、27VAC、48VDC、220-240VDC和220-240VAC和继电器触点，而典型模拟信号包括：RTD、热电偶0-10VDC、0-5VDC、1-5VDC、-10至10VDC、4-20mA和4-20mAHART。每个离散信号和大多数模拟信号都需要信号调节模块的两种变型-输入和输出。另外，24VDC信号和一些模拟信号可能不需要任何信号调节，因此可以通过直通型信号调节模块来适应。
优选地，在实施例中，定制接口模块450被设计成便于冷却位于安装架中的定制接口模块上方的I/O卡所需的气流。具体地，定制接口模块450可以被设计为促进(例如，通过对流)从定制接口模块450的底部到定制接口模块450的顶部并且通过位于定制接口模块上方的I/O卡的气流。
现在将相关于图14描述将过程控制系统的一部分从传统的基于PLC的系统升级到基于非PLC过程控制器的系统的方法500。方法500包括组装安装架(块502)。在实施例中，组装安装架可能需要接收关于传统的基于PLC的系统的信息，包括，作为示例而非限制，基于PLC的系统的类型，基于PLC的系统的制造商，I/O卡的数量，传统布线和I/O卡之间使用的连接器类型，以及传送到每个I/O卡或从每个I/O卡传送的信号类型。
一旦组装了安装架，就用替换硬件填充安装架(块504)。替换硬件可以包括非PLC过程控制器或托架扩展器，其被配置为通信地耦合到非PLC过程控制器。替换硬件还可以包括耦合到非PLC过程控制器或托架扩展器的I/O卡、I/O接线盒和定制接口模块。
一旦组装和填充了安装架，就将传统布线机构(例如，摆臂)与与PLC相关联的传统硬件(例如，传统I/O卡)断开(块506)。传统布线机构可以枢转远离传统I/O卡(在摆臂的情况下)，或者在某些情况下，可以从它们绕其转动的摆臂杆移除，以提供对传统硬件更大的可访问性并便于更容易地将其移除。借助传统布线机构(和附接的传统布线)让出通路-但是不从传统布线机构移除传统布线-移除了与PLC相关联的传统硬件(块508)。移除的硬件包括传统I/O卡，并且可以包括安装它们的机架，并且在实施例中，包括电源和/或将信号从I/O卡传送到PLC的通信硬件。
将组装的改装安装架放置在先前由移除的硬件占据的空间中(块510)。此后，传统布线机构物理地且电气地耦合到替换硬件(块512)，即，耦合到定制接口模块。
以下方面列表反映了本申请明确设想的各种实施例。本领域普通技术人员将容易理解，以下方面既不是对本文公开的实施方案的限制，也不是对从上面的公开内容可想到的所有实施方案的穷举，而本质上意图是示例性的。
1、一种用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的方法，所述方法包括：组装安装架，该安装架的尺寸和配置适于装配到由包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架所占据的空间中；填充安装架替换硬件，所述替换硬件包括：非PLC过程控制器或配置为通信地耦合到非PLC过程控制器的托架扩展器；输入/输出(I/O)卡，通信地耦合到安装架中的非PLC过程控制器或托架扩展器；I/O接线盒，通信地耦合到I/O卡并且被配置为向I/O卡传送对应于多个过程控制现场设备的信号和/或从I/O卡向多个过程控制现场设备传送信号；及定制接口模块，(i)经由I/O接线盒通信地耦合到I/O卡，以及(ii)经由耦合到过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线；将传统布线机构与与PLC相关联的传统硬件断开；移除包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架；将包括替换硬件组装好的安装架放置在先前由包含与传统PLC相关联的传统硬件的机架占据的空间中，并将传统布线机构耦合到定制接口模块。
2、根据方面1所述的方法，其中，所述替换硬件包括所述非PLC过程控制器。
3、根据方面1所述的方法，其中，所述替换硬件包括所述托架扩展器，所述托架扩展器被配置为通信地耦合到非PLC过程控制器。
4、根据方面1至3中任一方面所述的方法，其中，所述替换硬件包括多个定制接口模块，用于耦合到相应的多个传统布线机构。
5、根据方面4所述的方法，其中，所述替换硬件包括相等数量的I/O卡和定制接口模块，每个I/O卡通信地耦合到所述多个定制接口模块中的一个。
6、根据方面4所述的方法，其中，所述替换硬件包括定制接口模块一半数量的I/O卡，每个I/O卡通信地耦合到所述多个定制接口模块中的一对。
7、根据方面1至6中任一方面所述的方法，其中，定制接口模块调节在过程控制设备和I/O卡之间传送的信号以与I/O卡兼容。
8、根据方面1至7中任一方面所述的方法，其中，与传统PLC相关联的传统硬件包括传统I/O卡。
9、根据方面1至8中任一方面所述的方法，其中，传统布线端接在摆臂处。
10、根据方面1至9中任一方面所述的方法，其中，I/O接线盒经由带状电缆耦合到定制接口模块。
11、根据方面10所述的方法，其中，所述带状电缆是自卷绕带状电缆。
12、根据方面1至11中任一方面所述的方法，其中，在将过程控制系统升级到非PLC过程控制器之后，在不将传统布线机构与定制接口模块分离的情况下可移除I/O卡。
13、根据方面1至12中任一方面所述的方法，还包括在组装安装架之前和填充安装架之前接收指定安装架和定制接口模块的一个或多个方面的一个或多个参数。
14、根据方面13所述的方法，还包括依据指定安装架和定制接口模块的一个或多个方面的一个或多个参数确定以下中的一个或多个：(i)与定制接口模块相关联的类型，输入或输出，(ii)从传统布线接收或在传统布线上传送的电压，(iii)将传统布线机构耦合到定制接口模块的接触类型，(iv)安装架的宽度、高度和/或深度，(v)填充在安装架中的I/O卡和/或I/O接线盒的数量，和/或(vi)填充在安装架中的定制接口模块的数量。
15、根据方面1至14中任一方面所述的方法，其中，定制接口模块是直通模块。
16、根据方面1至15中任一方面所述的方法，其中，用于升级第一传统PLC类型的部件与升级第二传统PLC类型的部件仅安装架和定制接口模块不同。
17、根据方面1至16中任一方面所述的方法，其中，用替换硬件填充安装架包括用多个定制接口模块填充安装架，并且其中，多个定制接口模块中的每一个定位成耦合到相应的传统布线机构。
18、一种定制接口模块，包括：传统布线耦合机构，其被配置为将定制接口模块机械地和电气地耦合到对应的传统布线耦合机构，所述对应的传统布线耦合机构具有端接到其的传统布线，用于向或从多个过程控制现场设备传送多个信号；I/O耦合机构，其被配置为促进定制接口模块与I/O卡的电耦合，使得对于多个信号中的每一个，通过I/O耦合机构向或从I/O卡传送相应的信号；调节模块，电设置在I/O耦合机构和传统布线耦合机构之间，其中，调节模块被配置为，对于多个信号中的每一个(i)将在传统布线耦合机构接收的信号转换为可通过I/O耦合机构传送到I/O卡的信号，或(ii)将通过I/O耦合机构将从I/O卡接收的信号转换为可以通过传统布线耦合机构传送到相应的过程控制现场设备的信号。
19、根据方面18所述的定制接口模块，其中，所述对应的传统布线耦合机构设置在摆臂上。
20、根据方面18或方面19所述的定制接口模块，其中，所述I/O耦合机构被配置为接纳带状电缆连接器。
21、根据方面18至20中任一方面所述的定制接口模块，其中，通过I/O耦合机构的信号是24VDC信号。
22、根据方面18至20中任一方面所述的定制接口模块，其中，通过I/O耦合机构的信号是4-20mA信号。
23、根据方面18至20中任一方面所述的定制接口模块，其中，通过传统布线耦合机构的信号是120VDC、60VAC、27VAC、48VDC、240VAC、240VDC。
24、根据方面18至23中任一方面所述的定制接口模块，还包括限流电路。
25、根据方面18至24中任一方面所述的定制接口模块，还包括被配置为促进定制接口模块和I/O卡之间的气流的部件布置。
26、根据方面18至25中任一方面所述的定制接口模块，其中，传统布线耦合机构是卡缘连接器。
27、一种用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的系统，所述系统包括安装架，所述安装架的尺寸和配置适于装配到由与传统PLC相关联的传统硬件所占据的空间中；非PLC过程控制器；输入/输出(I/O)卡，所述输入/输出卡耦合到非PLC过程控制器并安装在安装架中；I/O接线盒，所述I/O接线盒通信地耦合到I/O卡并且被配置为向I/O卡传递对应于多个过程控制现场设备的信号和/或从I/O卡向多个过程控制现场设备发送信号。所述I/O接线盒安装在安装架中；及定制接口模块，所述定制接口模块安装在安装架中并(i)经由I/O接线盒通信地耦合到I/O卡，以及(ii)经由耦合到过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线。
28、根据方面27所述的系统，其中，非PLC过程控制器安装在安装架中。
29、根据方面27所述的系统，其中，托架扩展器安装在所述安装架中并且通信地耦合到所述非PLC过程控制器，所述托架扩展器通信地耦合到所述I/O卡并促进所述I/O卡和非PLC过程控制器之间的通信。
30、根据方面27至29中任一方面所述的系统，其中，多个定制接口模块安装在安装架中，所述多个定制接口模块用于耦合到相应的多个传统布线机构。
31、根据方面30所述的系统，其中，与所述多个定制接口模块中的定制接口模块的数量相等的多个I/O卡安装在所述安装架中，每个I/O卡通信地耦合到多个定制接口模块中的一个。
32、根据方面30所述的系统，其中，等于多个定制接口模块中的定制接口模块的一半数量的多个I/O卡安装在安装架中，每个I/O卡通信地耦合到多个定制接口模块中的一对。
33、根据方面30所述的系统，其中，所述系统包括用于每个定制接口模块的一个I/O卡。
34、根据方面30所述的系统，其中，所述系统包括用于每两个定制接口模块的一个I/O卡。
35、根据方面27至34中任一方面所述的系统，其中，I/O接线盒被配置为耦合到两个定制接口模块。
36、根据方面27至35中任一方面所述的系统，其中，每个定制接口模块经由带状电缆耦合到I/O接线盒。
37、根据方面27至36中任一个所述的系统，其中，所述定制接口模块调节从所述I/O卡发送的信号以与所述现场设备兼容或调节从所述现场设备接收的信号以与所述I/O卡兼容。
38、根据方面27至37中任一方面所述的系统，其中，与传统PLC相关联的传统硬件包括传统I/O卡。
39、根据方面27至38中任一方面所述的系统，其中，传统布线端接在摆臂上。
40、根据方面27至39中任一方面所述的系统，其中，I/O接线盒经由带状电缆通信地耦合到定制接口模块。
41、根据方面40所述的系统，其中，带状电缆是自卷绕带状电缆。
42、根据方面27至41中任一方面所述的系统，其中，在不将所述传统布线机构与所述定制接口模块分离的情况下从所述安装架移除所述I/O卡。
43、根据方面27至42中任一方面所述的系统，其中，定制接口模块是直通模块。
44、根据方面27至43中任一方面所述的系统，其中，用于从第一传统PLC类型升级的部件与用于从第二传统PLC类型升级的部件仅安装架和定制接口模块不同。
45、根据方面27至44中任一方面所述的系统，包括多个定制接口模块，每个定制接口模块定位在安装架中，使得定制接口模块的传统布线耦合机构与耦合到传统布线的对应的传统布线耦合对准。

Claims (26)

1.一种用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的方法，所述方法包括：
组装安装架，所述安装架的尺寸和配置适于适配到由机架所占据的空间中，所述机架包含与传统PLC相关联的传统硬件；
填充所述安装架的替换硬件，所述替换硬件包括：
所述非PLC过程控制器或托架扩展器，所述托架扩展器被配置为通信地耦合到所述非PLC过程控制器；
输入/输出(I/O)卡，所述输入/输出卡通信地耦合到所述安装架中的所述非PLC过程控制器或所述托架扩展器；
I/O接线盒，所述I/O接线盒通信地耦合到所述I/O卡，并且被配置为向所述I/O卡传送对应于多个过程控制现场设备的信号和/或被配置为从所述I/O卡向多个过程控制现场设备传送信号；以及
定制接口模块，所述定制接口模块(i)经由所述I/O接线盒通信地耦合到所述I/O卡，以及(ii)经由耦合到所述过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到所述多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接传统布线；
将所述传统布线机构和与所述PLC相关联的传统硬件断开；
移除包含与所述传统PLC相关联的所述传统硬件的机架；
将包括所述替换硬件的组装好的安装架放置在先前由包含与所述传统PLC相关联的传统硬件的机架所占据的空间中；以及
将所述传统布线机构耦合到所述定制接口模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述替换硬件包括所述非PLC过程控制器。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述替换硬件包括所述托架扩展器，所述托架扩展器被配置为通信地耦合到所述非PLC过程控制器。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述替换硬件包括多个定制接口模块，用于耦合到相应的多个传统布线机构。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定制接口模块调节在所述过程控制设备与所述I/O卡之间传送的信号，以便与所述I/O卡兼容。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，与所述传统PLC相关联的传统硬件包括传统I/O卡。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述传统布线被端接在摆臂处。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，在将所述过程控制系统升级到所述非PLC过程控制器之后，能够移除所述I/O卡而无需将所述传统布线机构与所述定制接口模块分离。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，用替换硬件填充所述安装架包括用多个定制接口模块填充所述安装架，并且其中，所述多个定制接口模块中的每一个定制接口模块被定位成耦合到相应的传统布线机构。
10.一种定制接口模块，其包括：
传统布线耦合机构，所述传统布线耦合机构被配置为将所述定制接口模块机械地且电气地耦合到对应的传统布线耦合机构，所述对应的传统布线耦合机构具有与其端接的传统布线，用于向或从多个过程控制现场设备传送多个信号或传送来自所述多个过程控制现场设备的多个信号；
I/O耦合机构，所述I/O耦合机构被配置为促进所述定制接口模块与I/O卡的电耦合，以使得针对所述多个信号中的每一个信号，经由所述I/O耦合机构向所述I/O卡传送相应的信号或传送来自所述I/O卡的相应的信号；
调节模块，所述调节模块电气地设置在所述I/O耦合机构与所述传统布线耦合机构之间，其中，所述调节模块被配置为：针对所述多个信号中的每一个信号(i)将在所述传统布线耦合机构所接收的信号转换为能够经由所述I/O耦合机构处传送到所述I/O卡的信号，或(ii)将经由所述I/O耦合机构从所述I/O卡所接收的信号转换为能够经由所述传统布线耦合机构传送到相应的过程控制现场设备的信号。
11.根据权利要求10所述的定制接口模块，其中，所述对应的传统布线耦合机构被设置在摆臂上。
12.根据权利要求10所述的定制接口模块，还包括限流电路。
13.根据权利要求10所述的定制接口模块，还包括被配置为促进在所述定制接口模块与所述I/O卡之间的气流的部件布置。
14.根据权利要求10所述的定制接口模块，其中，所述传统布线耦合机构是卡缘连接器。
15.一种用于将过程控制系统从传统可编程逻辑控制器(PLC)升级到非PLC过程控制器的系统，所述系统包括：
安装架，所述安装架的尺寸和配置适于装配到由与所述传统PLC相关联的传统硬件所占据的空间中；
非PLC过程控制器；
输入/输出(I/O)卡，所述输入/输出卡耦合到所述非PLC过程控制器并安装在所述安装架中；
I/O接线盒，所述I/O接线盒通信地耦合到所述I/O卡并且被配置为向所述I/O卡传送对应于多个过程控制现场设备的信号和/或从所述I/O卡向多个过程控制现场设备发送信号，所述I/O接线盒安装在所述安装架中；以及
定制接口模块，所述定制接口模块安装在所述安装架中，并且所述定制接口模块(i)经由所述I/O接线盒通信地耦合到所述I/O卡，以及(ii)经由耦合到所述过程控制系统的传统布线的传统布线机构通信地耦合到所述多个过程控制现场设备，而无需修改或重新端接所述传统布线。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述非PLC过程控制器安装在所述安装架中。
17.根据权利要求15所述的系统，其中，托架扩展器安装在所述安装架中并且通信地耦合到所述非PLC过程控制器，所述托架扩展器通信地耦合到所述I/O卡并促进在所述I/O卡与所述非PLC过程控制器之间的通信。
18.根据权利要求15所述的系统，其中，多个定制接口模块安装在所述安装架中，所述多个定制接口模块用于耦合到相应的多个传统布线机构。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，数量等于所述多个定制接口模块中的定制接口模块的一半数量的多个I/O卡安装在所述安装架中，每个I/O卡通信地耦合到所述多个定制接口模块中的一对定制接口模块。
20.根据权利要求18所述的系统，其中，所述系统包括用于每两个定制接口模块的一个I/O卡。
21.根据权利要求15所述的系统，其中，每个定制接口模块经由带状电缆耦合到I/O接线盒。
22.根据权利要求15所述的系统，其中，所述定制接口模块调节从所述I/O卡所发送的信号以与所述现场设备相兼容，或者调节从所述现场设备所接收的信号以与所述I/O卡相兼容。
23.根据权利要求15所述的系统，其中，所述传统布线被端接在摆臂上。
24.根据权利要求15所述的系统，其中，其中，所述I/O卡能够从所述安装架移除，而无需将所述传统布线机构与所述定制接口模块分离。
25.根据权利要求15所述的系统，其中，用于从第一传统PLC类型升级的部件与用于从第二传统PLC类型升级的部件仅在所述安装架和所述定制接口模块方面不同。
26.根据权利要求15所述的系统，包括多个定制接口模块，每个定制接口模块位于所述安装架中，以使得所述定制接口模块的传统布线耦合机构与耦合到所述传统布线的对应的传统布线耦合相对准。
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