CN112074788A - 门控异步多点网络接口监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于监测工业设备的操作的系统、方法和设备。在一个实施方案中，提供了一种监测系统，该监测系统包括无源底板以及可耦接到该底板的一个或多个功能电路。耦接到底板的功能电路中的每一个功能电路可访问递送到底板的所有数据。因此，来自每个功能电路的资源(例如，计算能力或其他功能)可被耦接到底板的所有有源功能电路共享。因为来自功能电路中的每一个功能电路的资源可被共享，并且因为功能电路可以可拆卸地耦接到底板，所以可针对特定应用调整监测系统的性能。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板来增加处理能力。
Description
相关申请的交叉引用
本申请是根据35 U.S.C.§119(e)要求于2018年4月6日提交的美国专利申请号15/947,716的优先权的权益的国际专利申请，该美国专利申请的全部公开内容以引用方式并入本文。
背景技术
许多行业，诸如烃精炼和发电，可很大程度上依赖于机械的操作，并且在一些情况下，依赖于机械的连续操作。在这些环境中，由于修理费用以及生产损失和对工人的潜在伤害，一个或多个机器的故障可带来大量成本。考虑到这些风险，可能常见的是监测一个或多个机器部件的某些操作参数。操作参数的测量可提供对机器部件的机械条件的指示，从而允许在故障之前对机器部件执行预防性维护(例如，修理、更换等)。该监测可提供一种或多种长期有益效果，诸如较低的生产成本、减少的设备停机时间、改善的可靠性和增强的安全性。
发明内容
本发明提供了用于监测机器的操作条件的系统、设备和方法。在一个实施方案中，提供了一种监测系统，该监测系统包括总线，该总线具有与至少一个数据通道电子通信的多个耦接元件。监测系统还可包括至少一个从电路，该至少一个从电路可以可拆卸地耦接到多个耦接元件中的至少一个耦接元件。至少一个从电路可被配置为将数据递送到至少一个数据通道。从电路可具有至少一个第一栅极，至少一个第一栅极被配置为启用从电路与至少一个数据通道之间的电子通信。该至少一个第一栅极可被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作。至少一个第一栅极可被配置为在处于第一操作模式时允许数据从从电路传输到至少一个数据通道，并且至少一个第一栅极可被配置为在处于第二操作模式时防止数据从从电路传输到至少一个数据通道。监测系统还可包括主电路，该主电路可以可拆卸地耦接到多个耦接元件中的至少一个耦接元件。主电路可被配置为将数据递送到至少一个数据通道。主电路可具有第一调度控制器，该第一调度控制器被配置为生成第一调度并且将表征第一调度的数据递送到至少一个数据通道。第一调度可指定至少一个第一栅极何时处于第一操作模式以及至少一个第一栅极何时处于第二操作模式。
监测系统可以多种方式变化。以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，在一个实施方案中，该至少一个从电路可包括与至少一个第一栅极电子通信的至少一个第一栅极控制器。至少一个第一栅极控制器可被配置为接收表征第一调度的数据并且基于表征第一调度的数据来控制至少一个第一栅极的操作。
在一些实施方案中，至少一个从电路可包括第二调度控制器，第二调度控制器可被配置为承担仲裁责任，从而使第二调度控制器能够生成第二调度，第二调度定义至少一个第一栅极何时处于第一操作模式以及至少一个第一栅极何时处于第二操作模式。
在一些实施方案中，主电路可包括至少一个第二栅极，至少一个第二栅极可被配置为启用主电路与至少一个数据通道之间的电子通信。至少一个第二栅极可被配置为在第三操作模式和第四操作模式下操作。至少一个第二栅极可被配置为在处于第三操作模式时允许数据从主电路传输到至少一个数据通道，并且至少一个第二栅极可被配置为在处于第四操作模式时防止数据从主电路传输到至少一个数据通道。主电路还可包括与第一调度控制器和至少一个第二栅极电子通信的至少一个第二栅极控制器。至少一个第二栅极控制器可被配置为接收表征第一调度的数据并且基于第一调度来控制至少一个第二栅极的操作。
在一些实施方案中，至少一个从电路可包括多个从电路。多个从电路中的每个从电路可被配置为从总线的至少一个数据通道接收数据。
在一些实施方案中，监测系统可包括可电耦接到至少一个从电路的传感器。传感器可被配置为测量机器的操作参数并且将表征所测量的操作参数的数据递送到至少一个从电路。
在一些实施方案中，监测系统可包括与主电路电子通信的传感器。传感器可被配置为测量机器的操作参数并且将模拟传感器信号递送到主电路。模拟传感器信号可表征机器的所测量的操作参数。
在一些实施方案中，从电路可被配置为从测量机器的操作参数的至少一个传感器接收离散信号，基于离散信号生成数字信号，并且将数字信号递送到至少一个数据通道。
在一些实施方案中，主电路可包括模数转换器，模数转换器被配置为接收模拟传感器信号并且将模拟传感器信号转换为数字传感器信号。
在一些实施方案中，至少一个数据通道可包括多个并行数据通道。
在一些实施方案中，至少一个第一栅极可包括16通道双向差分收发器。
在一些实施方案中，至少一个第二栅极可包括16通道双向差分收发器。
在一些实施方案中，至少一个数据通道可包括16个数据通道。16个数据通道中的每个数据通道可以是低电压信令对。
在另一方面，提供了一种方法，方法包括生成用于第一帧的第一调度，该第一帧包括至少一个第一时间片。第一调度可识别至少一个第一时间片和被分配至少一个第一时间片的至少一个从电路。至少一个从电路可被配置为在至少一个第一时间片期间向监测系统的总线提供数据分组。方法还可包括生成包括第一调度的第一信标分组，将第一信标分组递送到监测系统的总线，并且在至少一个从电路处接收第一信标分组。方法还可包括基于分配给至少一个从电路的至少一个第一时间片来生成用于控制至少一个从电路的至少一个栅极的操作的第一组指令。至少一个栅极可被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作。至少一个栅极可被配置为在处于第一操作模式时允许数据从至少一个从电路传输到总线，并且至少一个栅极可被配置为在处于第二操作模式时防止数据从至少一个从电路传输到总线。方法还可包括向至少一个从电路的栅极控制器提供第一组指令，从而将栅极控制器配置为在至少一个第一时间片期间在第一操作模式下操作至少一个栅极。
方法可以多种方式变化。以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，在一些实施方案中，第一调度可由耦接到总线的主电路的调度控制器生成。
在一些实施方案中，方法可包括在至少一个第一时间片期间从至少一个从电路向总线提供数据分组。
在一些实施方案中，方法还可包括确定至少一个从电路在至少一个第一时间片期间未能向总线提供数据分组。
在一些实施方案中，方法还可包括基于与第一信标分组一起接收的第一调度来生成信标响应分组。信标响应分组可包括在第二帧期间将至少一个第二时间片分配给至少一个从电路的请求。方法还可包括将信标响应分组递送到监测系统的总线，并且在主电路处接收信标响应分组，该主电路被配置为生成第二帧的第二调度。
在一些实施方案中，方法可包括基于信标响应分组来生成第二帧的第二调度。第二帧可包括至少一个第二时间片。第二调度可识别至少一个第二时间片和被分配至少一个第二时间片的至少一个从电路。
在一些实施方案中，方法可包括生成包括第二调度的第二信标分组。方法还可包括将第二信标分组递送到监测系统的总线，从监测系统的总线接收第二信标分组，并且基于分配给从电路的至少一个第二时间片来生成用于控制从电路的至少一个栅极的操作的第二组指令。
在一些实施方案中，方法可包括将第二组指令递送到从电路的栅极控制器，从而将栅极控制器配置为在至少一个第二时间片期间在第一操作模式下操作至少一个栅极。
在一个实施方案中，一种系统可包括总线以及可拆卸地耦接到总线的主电路。主电路可包括管理器总线节点，该管理器总线节点被配置为与总线的第一数据通道进行交互。系统还可包括可拆卸地耦接到总线的多个从电路。多个从电路中的第一从电路可包括第一从总线节点，该第一从总线节点被配置为与第一数据通道进行交互。主电路可被配置为在第一多个时间片中的第一时间片期间向总线广播第一信标分组。第一信标分组可包括指示将第一系统帧的第一多个时间片分配给多个从电路中的一个或多个从电路的第一系统帧调度。第一多个时间片可在时间上相对于第一系统帧参考时间布置。主电路还可被配置为在第一多个时间片的第二时间片期间从多个从电路中的一个或多个从电路接收一个或多个信标响应分组。第一时间片可在时间上邻近第一系统帧参考时间，并且第二时间片可在时间上邻近第一时间片。
在一个实施方案中，第一从电路可被配置为接收第一信标分组并且将第一从总线节点配置为在第一多个时间片的第三时间片期间将数据分组传输到第一数据通道。第一系统帧调度可指示将第三时间片分配给第一从电路。
在一个实施方案中，主电路可被进一步配置为从在第二时间片期间接收的一个或多个信标响应分组中确定一组有效信标响应分组。主电路还可被配置为生成第二信标分组，该第二信标分组包括指示将第二系统帧的第二多个时间片分配给多个从电路中的一个或多个从电路的第二系统帧调度。第二多个时间片的分配可基于一组有效信标响应分组中的时间片请求。
在一个实施方案中，一组有效信标响应分组的确定可基于总线的第一数据通道中的一个或多个信标响应分组的传输冲突。在另一个实施方案中，该第二多个时间片可在时间上相对于第二系统帧参考时间布置。在又一个实施方案中，第一从总线节点可包括第一节点控制器、第一栅极控制器和第一多个栅极。第一栅极控制器可将第一多个栅极中的一个或多个栅极配置为将数据分组从第一节点控制器传输到第一数据通道。
在一个实施方案中，主电路可基于由第二从电路在第一数据通道上广播的第二信标响应分组中的第二从电路的唯一标识来将第二多个时间片中的第四时间片分配给多个从电路中的第二从电路。在另一个实施方案中，主电路可被进一步配置为基于在分配给第二从电路的一个或多个时间片期间第二从电路的不活动来取消将第四时间片分配给第二从电路。
在一个实施方案中，第二信标分组可在第二从电路中的从电路控制器中执行的应用层处生成。在另一个实施方案中，第二从电路可包括第二从电路时钟，并且第二从电路可被配置为基于第一系统帧参考时间和第二系统帧参考时间中的一者或两者来使第二从电路时钟同步。在另一个实施方案中，第一从总线节点可被进一步配置为维护第一信标分组的副本。在另一个实施方案中，第一时间片可包括死区和可用时间片时段。
在一个实施方案中，主电路可被配置为在可用时间片时段期间广播第一信标分组，并且被配置为防止在死区期间广播第一数据分组。在另一个实施方案中，第一多个时间片可包括未分配时间片和尽力服务时间片中的一者或两者。主电路可被配置为丢弃在未分配时间期间由多个从电路中的一个或多个从电路广播的数据分组。多个从电路中的一个或多个从电路可在尽力服务时间片期间广播异步应用层事件。
在一个实施方案中，一种方法可包括在第一系统帧的第一多个时间片中的第一时间片期间向总线的第一数据通道广播第一信标分组。第一信标分组可包括指示将第一多个时间片分配给耦接到总线的多个从电路中的一个或多个从电路的第一系统帧调度。第一多个时间片可在时间上相对于第一系统帧参考时间布置。方法还可包括在第一多个时间片中的第二时间片期间从多个从电路中的一个或多个从电路接收一个或多个信标响应分组。第一时间片可在时间上邻近第一系统帧参考时间，并且第二时间片可在时间上邻近第一时间片。方法还可包括生成第二信标分组，第二信标分组包括指示将第二系统帧的第二多个时间片分配给多个从电路中的一个或多个从电路的第二系统帧调度。方法还可包括向多个从电路中的一个或多个从电路提供第二信标分组。广播、接收、生成和提供可由可拆卸地耦接到总线的主电路进行，主电路可包括管理器总线节点，该管理器总线节点被配置为与总线的第一数据通道进行交互。
在一个实施方案中，方法还可包括从在第二时间片期间接收的一个或多个信标响应分组中确定一组有效信标响应分组。第二多个时间片的分配可基于一组有效信标响应分组中的时间片请求。在另一个实施方案中，一组有效信标响应分组的确定可基于总线的第一数据通道中的一个或多个信标响应分组的传输冲突。在又一个实施方案中，第二多个时间片可在时间上相对于第二系统帧参考时间布置。
在一个实施方案中，方法还可包括由多个从电路中的第一从电路接收第一信标分组。第一从电路可包括被配置为与第一数据通道进行交互的第一从总线节点。方法还可包括将第一从总线节点配置为在第一多个时间片中的第三时间片期间将数据分组传输到第一数据通道。第一系统帧调度可包括将第三时间片分配给第一从电路。在另一个实施方案中，第一从总线节点可包括第一节点控制器、第一栅极控制器和第一多个栅极。在又一个实施方案中，将第一从总线节点配置为传输数据分组可包括由第一栅极控制器将第一多个栅极中的一个或多个栅极配置为将数据分组从节点控制器传输到第一数据通道。
在一个实施方案中，方法还可包括基于从第二从电路接收的信标响应分组中的第二从电路的唯一标识来将第二多个时间片中的第四时间片分配给多个从电路中的第二从电路。在一个实施方案中，方法还可包括基于在分配给第二从电路的一个或多个时间片期间第二从电路的不活动来取消将第四时间片分配给第二从电路。
在一个实施方案中，一种监测系统可包括具有至少一个第一数据通道的第一底板。监测系统还可包括与至少一个第一数据通道并行的至少一个第二数据通道。监测系统还可包括与至少一个第一数据通道和至少一个第二数据通道电子通信的至少一个第一端口。监测系统还可包括与至少一个第一数据通道和至少一个第二数据通道电子通信的至少一个第二端口。监测系统还可包括可拆卸地耦接到至少一个第一端口的第一功能电路。第一功能电路可被配置为从传感器接收传感器信号。传感器信号可表征机器的所测量的操作参数。功能电路可被配置为基于传感器信号生成第一数字信号，并且将第一数字信号递送到至少一个第一数据通道。监测系统还可包括可拆卸地耦接到至少一个第二端口的第二功能电路。第二功能电路可被配置为从至少一个第一数据通道接收第一数字信号。第二功能电路还可被配置为基于所接收的第一数字信号和预先确定的操作阈值来确定机器的操作状态。第二功能电路还可被配置为基于第一数字信号和预先确定的操作阈值来生成第二数字信号。第二数字信号表征机器的操作状态，并且将第二数字信号递送到至少一个第二数据通道。
在一个实施方案中，监测系统可包括与至少一个第一数据通道和至少一个第二数据通道并行的至少一个第三数据通道。监测系统还可包括与至少一个第一数据通道、至少一个第二数据通道和至少一个第三数据通道电子通信的至少一个第三端口。监测系统还可包括可拆卸地耦接到至少一个第三端口的第三功能电路。第三功能电路可被配置为从至少一个第二数据通道接收第二数字信号，并且基于机器的操作状态致动继电器。
在一个实施方案中，第一功能电路不与至少一个第二数据通道电子通信。在另一个实施方案中，至少一个第一数据通道可以是专用数据通道，并且可被配置为仅从第一功能电路接收数据。在又一个实施方案中，第二功能电路可不与至少一个第一数据通道电子通信。
在一个实施方案中，至少一个第二数据通道可以是专用数据通道，并且可被配置为仅从第二功能电路接收数据。在另一个实施方案中，第一功能电路可包括第一单向栅极，第一单向栅极被配置为允许第一功能电路将第一数字信号递送到至少一个第一数据通道。在又一个实施方案中，第一功能电路可包括栅极对，栅极对可包括发射器和接收器。发射器可被配置为从至少一个第三数据通道递送第三数字信号，并且接收器可被配置为从至少一个第三数据通道接收第四数字信号。
在一个实施方案中，第二功能电路可包括栅极对，栅极对包括发射器和接收器，发射器可被配置为将第三数字信号递送到至少一个第三数据通道，并且接收器可被配置为从至少一个第三数据通道接收第四数字信号。在另一个实施方案中，第二功能电路可包括第二单向栅极，该第二单向栅极被配置为允许第二功能电路从至少一个第一数据通道接收第一数字信号。在又一个实施方案中，至少一个第三数据通道可以是双向串行数据通道。
在一个实施方案中，至少一个第一数据通道可以是单向串行数据通道。在另一个实施方案中，至少一个第二数据通道可以是单向串行数据通道。在又一个实施方案中，至少一个第一数据通道包括多个第一数据通道。
在一个实施方案中，至少一个第二数据通道包括多个第二数据通道。在另一个实施方案中，至少一个第一端口可与至少一个第二数据通道电解耦，从而防止第一功能电路与至少一个第二数据通道之间的电子通信。在又一个实施方案中，监测系统还可包括与至少一个第三数据通道电子通信的至少一个第四端口以及耦接到至少一个第四端口的第四功能电路。第四功能电路可被配置为经由至少一个第三数据通道将第三数字信号递送到第二功能电路。第三信号可表征更新的操作阈值。
在一个实施方案中，至少一个第四端口可与至少一个第一数据通道电解耦，从而防止第四功能电路与至少一个第一数据通道之间的电子通信。在另一个实施方案中，第四功能电路可包括调度控制器，调度控制器被配置为生成第一调度。
在一个实施方案中，一种方法可包括将第一数字信号从监测系统的第一功能电路递送到监测系统的底板的第一数据通道。第一数字信号可表征机器的所测量的操作参数。方法可包括在监测系统的第二功能电路处从第一数据通道接收第一数字信号。方法还可包括基于所接收的第一数字信号和预先确定的操作阈值来确定机器的操作状态。方法还可包括基于第一数字信号和预先确定的操作阈值来生成第二数字信号，该第二数字信号表征机器的操作状态。方法还可包括将第二数字信号递送到底板的第二数据通道，在第三功能电路处从第二数据通道接收第二数字信号，并且基于机器的操作状态致动继电器。
在一个实施方案中，方法可包括在第一功能电路处从传感器接收模拟信号，模拟信号表征机器的所测量的操作参数。方法还可包括将模拟信号转换为第一数字信号。在另一个实施方案中，方法可包括生成表征更新的操作阈值的第三数字信号，并且将第三数字信号递送到底板的第三数据通道。第三信号可表征更新的操作阈值。
在一个实施方案中，模拟信号可以固定速率转换为第一数字信号。在另一个实施方案中，方法还可包括对模拟信号进行滤波。在又一个实施方案中，方法还可包括在致动继电器时将信号递送到控制系统以停止机器的操作。
本发明提供了用于监测机器的操作条件的系统、设备和方法。在一个实施方案中，提供了一种监测系统，监测系统包括第一底板，第一底板具有第一组数据通道和第一组端口。第一组端口中的每个端口可与第一组数据通道中的至少一个数据通道电子通信。监测系统可包括第二底板，第二底板具有第二组数据通道和第二组端口。第二组端口中的每个端口可与第二组数据通道中的至少一个数据通道电子通信。监测系统还可包括可以可拆卸地耦接到第一组端口中的至少一个端口的第一桥接电路，以及可拆卸地耦接到第二组端口中的至少一个端口的第二桥接电路。第二桥接电路可与第一桥接电路电子通信。第一桥接电路可被配置为从第一组数据通道接收第一组数据，将第一组数据转换为第一串行数据流，并且将第一串行数据流递送到第二桥接电路，从而将第一组数据递送到第二底板。第二桥接电路可被配置为从第二组数据通道接收第二组数据，将第二组数据转换为第二串行数据流，并且将第二串行数据流递送到第一桥接电路，从而将第二组数据递送到第一底板。
监测系统可以多种方式变化。以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，在一些实施方案中，第一桥接电路可包括至少一个第一栅极，该至少一个第一栅极被配置为促进第一桥接电路与第一组数据通道中的至少一个数据通道之间的电子通信。至少一个第一栅极可被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作。至少一个第一栅极可被配置为在处于第一操作模式时允许数据从第一桥接电路传输到第一组数据通道中的至少一个数据通道。至少一个第一栅极可被配置为在处于第二操作模式时防止数据从第一桥接电路传输到第一组数据通道中的至少一个数据通道。监测系统还可包括与至少一个第一栅极电子通信的至少一个第一栅极控制器。至少一个第一栅极控制器可被配置为控制至少一个第一栅极的操作。
在一些实施方案中，第二桥接电路可包括至少一个第二栅极，至少一个第二栅极被配置为促进第二桥接电路与第二组数据通道中的至少一个数据通道之间的电子通信。至少一个第二栅极可被配置为在第三操作模式和第四操作模式下操作。至少一个第二栅极可被配置为在处于第三操作模式时允许数据从第二桥接电路传输到第二组数据通道中的至少一个通道。至少一个第二栅极可被配置为在处于第四操作模式时防止数据从第二桥接电路传输到第二组数据通道中的至少一个通道。第二桥接电路还可包括与至少一个第二栅极和至少一个第一栅极控制器电子通信的至少一个第二栅极控制器。至少一个第二栅极控制器可被配置为控制至少一个第二栅极的操作。
在一些实施方案中，监测系统还可包括第一组功能电路。第一组功能电路中的每个功能电路可以可拆卸地耦接到第一组端口中的至少一个端口。第一组功能电路可被配置为将第一组数据递送到第一底板，并且选择性地接收递送到第一底板的任何数据。监测系统还可包括第二组功能电路。第二组功能电路中的每个功能电路可以可拆卸地耦接到第二组端口中的至少一个端口。第二组功能电路可被配置为将第二组数据递送到第二底板，并且选择性地接收递送到第二底板的任何数据。
在一些实施方案中，第一组功能电路可包括至少一个第一功能电路。第一功能电路可包括至少一个第二栅极，至少一个第二栅极被配置为促进至少一个第一功能电路与第一组数据通道中的至少一个数据通道之间的电子通信。至少一个第二栅极可被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作。至少一个第二栅极可被配置为在处于第一操作模式时允许数据从至少一个第一功能电路传输到第一组数据通道中的至少一个通道。至少一个第二栅极可被配置为在处于第二操作模式时防止数据从至少一个第一功能电路传输到第一组数据通道中的至少一个通道。
在一些实施方案中，第一组数据通道可包括多个数据通道。
在一些实施方案中，第二组数据通道可包括多个数据通道。
在一些实施方案中，监测传感器可包括与第一组功能电路和第二组功能电路中的至少一者的功能电路电子通信的传感器。传感器可被配置为测量机器的操作参数并且将表征所测量的操作参数的数据递送到功能电路。
在一些实施方案中，第一组功能电路可包括多个功能电路。多个功能电路中的每个功能电路可被配置为从第一组数据通道中的至少一个数据通道接收数据。
在一些实施方案中，第一底板和第二底板可以是不包括有源开关的无源底板。
在另一方面，提供了一种方法，方法包括在耦接到第一监测子系统的第一底板的第一桥接电路处接收第一识别数据。第一识别数据可表征识别第二监测子系统的硬件的信息。方法还可包括在耦接到第二监测子系统的第二底板的第二桥接电路处接收第二识别数据。第二识别数据可表征识别第一监测子系统的硬件的信息。方法还可包括使用第一识别数据和第二识别数据确定第一监测子系统与第二监测子系统兼容。方法还可包括在第二桥接电路处接收第一调度。第一调度可表征与第一底板电子通信的第一组功能电路的第一通信调度。方法还可包括在第一桥接电路处接收第二调度。第二调度可表征与第二底板电子通信的第二组功能电路的第二通信调度。方法还可包括将第一通信调度与第二通信调度进行比较，并且确定第一调度与第二调度兼容。方法还可包括向第一桥接电路的至少一个第一栅极提供第一信号并且向第二桥接电路的至少一个第二栅极提供第二信号，从而激活至少一个第一栅极和至少一个第二栅极，并且促进第一底板与第二底板之间的电子通信。
方法可以多种方式变化。以下特征中的一个或多个特征可包括在任何可行组合中。例如，方法可包括将第一组并行数据流从第一组功能电路递送到第一底板的第一组并行数据通道。方法还可包括在第一桥接电路处从第一底板的第一组并行数据通道接收第一组并行数据流，将第一组并行数据流转换为第一串行数据流，并且将第一串行数据流递送到第二桥接电路。方法还可包括将第一串行数据流扩展为第二组并行数据流，并且将第二组并行数据流递送到第二组并行数据通道。
在一些实施方案中，方法可包括基于第一桥接电路与第二桥接电路之间的距离来放大第一串行数据流的功率。
在一些实施方案中，方法可包括将第三组并行数据流从第二组功能电路递送到第二底板的第二组并行数据通道。
在一些实施方案中，方法可包括在第二桥接电路处从第二底板的第二组并行数据通道接收第三组并行数据流，将第三组并行数据流转换为第二串行数据流，并且将第二串行数据流递送到第一桥接电路。方法还可包括将第二串行数据流扩展为第四组并行数据流，并且将第四组并行数据流递送到第一组并行数据通道。
在一些实施方案中，方法可包括使用第一组功能电路中的至少一个功能电路生成第三调度。第三调度可包括确定第一组功能电路中的每个功能电路何时将数据递送到第一组并行数据通道以及第二组功能电路中的每个功能电路何时将数据递送到第二组并行数据通道的数据。
在一些实施方案中，第三组并行数据流可包括表征机器的所测量的操作值的传感器数据。传感器数据可由耦接到机器的传感器测量。
在一些实施方案中，方法可包括基于第一桥接电路与第二桥接电路之间的距离来放大第二串行数据流的功率。
在一些实施方案中，方法可包括确定估计延迟时间，估计延迟时间可表征在第一桥接电路与第二桥接电路之间传输数据所需的估计时间量。方法还可包括基于第一通信调度和第二通信调度中的至少一者来确定死区时段。死区时间可表征可用于吸收一个或多个底板之间的通信延迟的总时间量。方法还可包括基于第一通信调度和第二通信调度中的至少一者来确定可用的死区时间量，并且将估计延迟时间与可用的死区时间量进行比较。
在一些实施方案中，方法可包括在第一桥接电路处接收第一网络识别数据。第一网络识别数据可表征第一网络配置。方法还可包括在第二桥接电路处接收第二网络识别数据。第二网络识别数据可表征第二网络配置。方法还可包括将第一网络识别数据与第二网络识别数据进行比较。
附图说明
根据以下结合附图的详细描述，将更容易理解这些和其他特征，其中：
图1A是示出包括现有监测系统的操作环境的一个示例性实施方案的框图；
图1B是示出图1A的监测系统的底板的一个示例性实施方案的框图；
图2是示出包括被配置为监测机器的柔性监测系统的操作环境的一个示例性实施方案的框图；
图3是示出可与图2所示的可扩展监测系统一起使用的各种类型的功能电路的系列的示意图；
图4是监测系统的示例性实施方案的一部分的框图；
图5是包括两个节点的功能电路的示例性实施方案的框图；
图6是不包括发射器的功能电路的示例性实施方案的框图；
图7是示出系统帧的部件的示意图；
图8是信标分组的示例性数据结构；
图9是系统帧调度的示例性结构；
图10是信标响应分组的示例性数据结构；
图11是主电路与从电路之间的示例性通信协议；
图12是可在操作期间递送到监测系统的底板的数据分组的示例性结构；
图13是示出示例性初始化过程的流程图；
图14是示出基于来自从电路的通信请求来生成调度的示例性方法的流程图；
图15是示出处理来自信标响应分组的时间片请求并生成调度条目阵列的示例性方法的流程图；
图16是可用于恢复未使用的时间片的示例性流量监测过程的流程图；
图17示出了包括时间片阵列、分配阵列、长度阵列和计数器阵列的示例性调度条目阵列；
图18是示出监测系统的从电路的节点的示例性操作的流程图；
图19是可被配置为促进监测系统的底板之间的电子通信的桥接电路的示例性实施方案的框图；
图20是包括使用桥接电路耦接的两个监测子系统的监测系统的示例性实施方案的框图；
图21是图20所示的监测系统的框图的放大视图；
图22是示出图20所示的监测系统的各个部件之间的示例性通信的数据流程图；
图23是示出确定底板的兼容性的示例性方法的流程图；
图24是包括使用桥接电路耦接的两个监测子系统的另一个示例性监测系统的框图；
图25是包括使用桥接电路耦接的两个监测子系统的另一个示例性监测系统的框图；
图26是利用时敏联网(TSN)以太网协议来促进监测系统的功能电路之间的通信的示例性监测系统的框图；
图27是图27所示的监测系统的一部分的详细视图；
图28是利用TSN以太网协议来促进监测系统的功能电路之间的通信的另一个示例性监测系统的框图；
图29是利用专用数据通道来促进功能电路之间的通信的监测系统的示例性实施方案的一部分的框图；
图30是图30所示的监测系统的输入电路的放大视图；
图31是图29所示的监测系统的系统接口电路的放大视图；
图32是图29所示的监测系统的保护电路的放大视图；
图33是图30所示的监测系统的继电器电路的放大视图；
图34是图29所示的监测系统的网关电路的放大视图；
图35是图29所示的监测系统的4-20输出电路的放大视图；
图36是图29所示的监测系统的示例性底板的框图；
图37是示出图29所示的监测系统的各个部件之间的示例性通信的数据流程图；
图38是利用专用数据通道的监测系统的另一个示例性实施方案的框图；
图39示出了图38所示的监测系统的输入电路和系统接口电路的放大视图；
图40是图38所示的监测系统的保护电路的放大视图；
图41是图38所示的监测系统的继电器电路、4-20输出电路和条件监测电路的放大视图；并且
图42是图38所示的监测系统的示例性底板的框图。
具体实施方式
现在将描述某些示例性实施方案，以提供对本文所公开的系统、设备和方法的结构、功能、制造和使用的原理的全面理解。这些实施方案的一个或多个示例在附图中示出。
工业监测系统诸如风力涡轮机可用于监测工业系统的操作条件。虽然工业监测系统可向用户提供关于工业系统的操作的有用信息，但一些监测系统在灵活性和/或可扩展性方面可能受到限制。另外，安装的成本和复杂性可能会给想要监测低成本和/或低优先级部件/系统的一些用户造成显著的进入障碍。提供了改善监测系统的灵活性和可扩展性的系统、方法和设备。在一个实施方案中，提供了一种监测系统，该监测系统包括无源底板以及可耦接到底板的一个或多个功能电路。功能电路中的每一个功能电路可访问递送到底板的所有数据。因此，来自每个功能电路的资源(例如，计算能力)可被耦接到底板的所有有源功能电路共享。因为来自每个功能电路的资源可被共享，并且因为功能电路可以可拆卸地耦接到底板，所以可调节和/或扩展监测系统的性能以适合各个监测需求。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板来增加处理能力。共享数据和可拆卸功能电路还允许使用桥接器来耦接多个底板。桥接可允许多个底板共享共用资源，这可在设计和安装监测系统时提供灵活性。例如，监测子系统可远程安装在工业设备附近，使得功能电路可接收传感器数据，而其他监测子系统可安装在可更方便、更容易访问或更节省成本的另一个位置处。
本文讨论了用于监测工业机器的系统和对应方法的实施方案。然而，本公开的实施方案可无限制地与其他机器一起使用。
包含现有监测系统的操作环境100在图1中示出。操作环境100可包括目标102、至少一个传感器104以及与传感器104通信的监测系统106、内部网络110a和外部网络110b。
目标102可以是任何机器的任何部件。目标102的示例可包括齿轮、轴承和轴等。机器的示例可包括涡轮机器、涡轮机(例如，水力、风力等)、发电机和往复式压缩机。
传感器104可被配置为感测目标102的操作参数，以生成表示所测量的操作参数的至少一个传感器信号104S，并且将传感器信号104S传输到监测系统106(例如，经由现场布线)。例如，传感器104可包括探头、换能器和信号调节电路(未示出)。探针可与目标102相互作用以测量操作参数。换能器可将操作参数的测量值转换成电信号(例如，电压)。信号调节电路可调节和/或放大电信号以生成传感器信号104S(例如，在最小值和最大值之间的范围内的电压)。因此，在一个方面，传感器信号104S可包含由传感器换能器进行的直接或原始测量。传感器信号104S可以是模拟信号或数字信号。
在另一方面，除了操作参数的直接测量之外，传感器信号104S还可包括增强的数据集。增强的数据集可包含多个测量的变量，这取决于被测量的操作参数的类型。例如，目标102可以是旋转部件，诸如轴，并且径向振动可以是由接近传感器形式的传感器104测量的变量。在这些情况下，增强的数据集可包括间隙电压、1x滤波振幅、2x滤波振幅、1x滤波相位、2x滤波相位、非1x振幅和最大轴位移(Smax)中的一者或多者。间隙电压是由探针输出的电压并且表示目标102与探针末端之间的物理距离。1倍振幅是与轴旋转具有相同频率的振动振幅，而2倍振幅是频率是轴旋转的两倍的振动振幅。例如，1480转/分钟的旋转速度对应于
的频率。相位是在相对于参考位置的预先确定的测量位置处测量的振动之间的时间延迟。因此，1x相位是指具有与轴旋转相同的频率的振动相位，而2x相位是指具有为轴旋转的频率的两倍的频率的振动相位。非1x振幅是指除1x振幅之外的所有振幅。在其他实施方案中，增强数据集可包括关于传感器104的一个或多个部件(诸如换能器)的元数据。元数据的示例可包括序列号、版本号、操作温度和健康状态中的一者或多者。
传感器104的数量和类型可由旨在被测量的一个或多个操作参数决定。在一个方面，传感器104可采取用于测量振动、位置、速度、运动方向和偏心度的一个或多个接近探针的形式。在另一方面，传感器104可采取用于测量地震振动和加速度的一个或多个加速度计的形式。在另一方面，传感器104可采用分别用于测量温度和压力的一个或多个温度探针或压力探针的形式。应当理解，上面列出的传感器类型和对应的操作参数不是穷举性的，并且传感器104的实施方案可包括适用于测量感兴趣的操作参数的任何传感器或传感器的组合。
在使用中，监测系统106可被配置为处理所接收的传感器信号104S和输出监测信号106S、108S。例如，监测系统106可被配置为确定表征操作参数测量结果的值。监测系统106还可实时地将该确定的值和/或任何所测量的增强数据集的变量与一个或多个对应的预先确定的警报条件进行比较，并且确定警报状态(例如，正常、不正常、报警、危险等)。例如，当目标102是旋转轴并且所测量的操作参数是轴的径向振动时，传感器信号104s可包括作为时间函数的轴的位移的测量结果。根据传感器信号104S，监测系统106可确定从峰到峰位移的振幅值。
监测系统106还可被配置为将监测信号106S、108S输出到内部网络110A和/或外部网络110B。输出监测信号106S、108S可包括增强数据集的测量变量、所确定的值和所确定的状态中的一者或多者。警报状态诸如报警和危险可以通过由监测信号106s、108s经由监测系统106上的物理继电器通告或向外部系统110通告。在另一方面，监测系统106可除此之外或另选地存储传感器信号104S以供稍后处理。
内部网络110a可以是与机器控制系统112通信的装置网络。机器控制系统112可被配置为向可操作以控制目标102的一个或多个操作参数的机器提供命令。内部网络110a还可与其他系统(诸如执行配置软件(未示出)的计算设备、人机界面(HMI)114和/或客户历史库116)通信。配置软件可用于向监测系统106提供配置信息，例如预定报警状态。HMI114可以是与用户界面设备(例如，显示器)通信的一个或多个计算设备，从而允许机器的操作者查看测量的操作参数和/或向机器控制系统112提供指令。
如此配置，监测系统106可有利于保护包含目标102的机器。例如，响应于告警状态的通告，机器控制系统112可用于控制目标102的操作(例如，根据编程逻辑自动地或使用HMI114手动地)，以使所测量的操作参数改变并移出告警状态。在极端情况下，机器控制系统112可用于关闭机器的操作以保护目标102免受损坏和/或工人免受损坏。历史库116可存储包含在监测信号106s内的任何数据。
外部网络110B可以是与诊断系统120通信的业务网络。诊断系统120可分析从监测系统106接收的监测信号108s内包含的任何数据，以诊断目标102的不正确操作和/或在不正确操作发生之前预测目标102的不正确操作。因此，通过向外部网络110B提供监测信号108S，监测系统106可促进目标102的状况监测。
监测系统106在图1B中更详细地示出。如图所示，监测系统106包括底板150，该底板可被配置为允许与其耦接的不同部件之间的通信。部件可包括测量处理电路152a、继电器输出电路154a、测量输出电路156a、配置和诊断电路160a以及对应的接口电路152b、154b、156b、160b。接口电路152b、154b、156b、160b可提供硬件接口，以用于与它们相应的电路152a、154a、156a、160a进行通信。各个电路152a、154a、156a、160a可使用在总线上运行的协议在底板150上传送所选信息，该总线由延伸跨过底板150延伸的无源迹线形成。
在一个方面，测量处理电路152a可耦接到接口电路152b，使得由接口电路152b接收的传感器信号104s直接传输到测量处理电路152a。也就是说，传感器信号104s不传输到底板150。传感器信号104s可由操作者通过输出端口162访问。多个测量处理电路152a和接口电路152b可以一对一方式存在，以用于接收传感器信号104s。如上，测量处理电路152a可被配置为确定包含在所接收的传感器信号104s内的操作参数测量的一个或多个值。测量处理电路152a还可实时地将所确定的值和/或所测量的增强数据的变量与预先确定的警报条件进行比较，并且确定目标102的状态。测量处理电路152a还可将表示所测量的增强数据的变量、所确定的值和所确定的状态的信号输出到底板150。
测量处理电路152a还可格式化过程变量(例如，所确定的值、所测量的增强数据集的变量、所通告的警报等)以输出到机器控制系统112。例如，该格式可以是范围在约4mA至约20mA之间(也称为4-20)并且相较于对应的标度与所确定的值和/或所测量的变量成比例的电流。机器控制系统112可利用过程变量来对目标102进行过程控制。
由测量处理电路152a确定的状态可由继电器处理电路154a从底板150检索。继电器处理电路154a可包括继电器，继电器被编程为基于接收到的警报状态致动以通告警报。在一个示例中，继电器可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器可基于组合两个或更多个状态的布尔表达式(例如，和/或表决)致动。继电器处理电路154a还可将表示所通告的警报的信号直接输出到机器控制系统112，以对目标102进行过程控制。例如，机器控制系统112可在接收到警报通告时关闭目标102的操作。所通告的警报还可用于提供指示和/或驱动到机器控制系统112、HMI 114或历史库116的数字输入中。
测量输出电路156a可从底板150检索数据(诸如所确定的值、所测量的增强数据的变量、所确定的状态和所通告的警报)，以用于传输到内部网络110a。在接收时，所检索的数据可由历史库116存储和/或由操作者使用HMI 114查看。
配置和诊断电路160a可从内部网络110a接收第一配置命令，并且将第一配置命令传输到底板150以供电路152a、154a、156a、160a使用。第一配置命令可提供一个或多个设定点以供测量处理电路152a用于确定状态。第一配置命令还可提供逻辑指令并识别将由继电器输出电路154a用于警报通告的状态。第一配置命令还可识别将由测量输出电路156a从底板150检索并传输到内部网络110a的数据，诸如所确定的值、所测量的增强数据的变量、所确定的状态和/或所通告的警报。
配置和诊断电路160a还可从内部网络110a接收第二配置命令。第二配置命令可识别将从底板150检索并传输到外部网络110b以供诊断系统120使用的数据，诸如所确定的值、所测量的增强数据的变量、所确定的状态和所通告的警报。
虽然能够促进目标102的保护监测和条件监测，但在一些情况下，监测系统诸如监测系统106的架构可能缺乏灵活性。在一个方面，将配置和诊断电路160a放置成与内部网络110a和外部网络110b两者通信可在更新第二配置命令时引起延迟。当诊断机器问题时，可能期望改变由诊断系统120接收的数据。然而，可严格调节到或来自与内部网络110a通信的部件的传输，以便保护机器控制系统112免受未授权访问的影响。该调节可包括允许配置和诊断电路160a将数据传输到外部网络110b以进行条件监测，但禁止将第二命令的变化从外部网络110b传输到配置和诊断电路160a。相反，可要求机器控制系统112的授权操作者批准第二配置命令的任何变化，并且将更新的第二调节命令从内部网络110a传输到配置和诊断电路160a。
在另一方面，将接收传感器信号104s的接口电路152b直接耦接到测量处理电路152a可限制传感器信号104s仅对测量处理电路152a的访问。因此，监测系统106的其他电路154a、156a、160a以及诊断系统120不能利用由传感器信号104s传输的原始操作参数测量结果。此外，如果将第二测量处理电路(未示出)添加到监测系统以从另一个传感器接收附加传感器信号，则每个测量处理电路可利用其接收的操作参数测量结果，但不能利用另一个测量处理电路接收的操作参数。
在另一方面，可限制由测量处理电路152a输出到机器控制系统112的过程变量。一般来讲，对于由测量处理电路152a接收的每个传感器信号104s，可存在多种可能的过程变量(例如，所确定的值和/或所测量的增强数据集的变量)。例如，可存在由测量处理电路152a根据测量径向振动的传感器信号104s确定的8个可能的过程变量(振动振幅、间隙电压、1x滤波振幅、2x滤波振幅、1x滤波相位、2x滤波相位、非1x振幅和Smax)。然而，测量处理电路152a可具有为每个传感器104(该测量处理电路从该传感器接收传感器信号104s)输出单个过程变量的能力。
这些限制中的一个或多个限制可通过本公开的柔性监测系统的实施方案来解决。图2示出了包括柔性监测系统202的操作环境200的示例性实施方案。操作环境200可类似于操作环境100，不同的是监测系统106被柔性监测系统202替换。柔性监测系统202可包括含有底板206的基座204以及一个或多个电路210。底板206可被配置为与两个或更多个电路210通信地耦接，并且从耦接至其的至少一个电路210接收数据。如本文所述，传输到底板206的数据可被称为监测数据。在一个方面，监测数据可包括包含在传感器信号104S内的信息，诸如测量的目标102的操作参数和测量的增强数据集的变量。监测数据还可包括基于测量的目标102的操作参数和/或测量的增强数据集的变量确定的任何值、状态和/或通告警报。耦接到底板206的电路210可从底板206检索监测数据。在某些实施方案中，目标206可为非磁化的。无源底板可基本上不包含或不包含执行计算功能的逻辑电路。所需仲裁逻辑可放置在插入或以其他方式通信地耦接到无源底板的子卡(例如，电路210中的一个或多个)上。
与监测系统106的电路152a、154a、156a、160a相比，电路210可设计有通用架构，该通用架构可编程以执行柔性监测系统202的不同预先确定的功能。由电路210中的一个或多个电路接收的传感器信号104S可被传输到底板206，并且由传感器信号104S表示的监测数据可由任何电路210访问。此外，柔性监测系统202可以由每个基座204的单独底板206(例如，逻辑底板)形成共用底板206′的方式通信地耦接多个基座。因此，电路210可从形成共用底板206′的任何底板206检索监测数据，而不是仅从它们物理耦接的底板206检索监测数据。
在某些实施方案中，柔性监测系统202的电路210可被配置为提供至少类似于监测系统106的电路152a、154a、156a、160a的功能。电路210的示例性实施方案在图2至图3中示出并在下文详细讨论。例如，电路210可包括输入电路210i、处理电路210p、输出电路210o和基础结构电路210n。然而，应当理解，电路210可被编程以执行其他功能。因此，柔性监测系统202可被配置为接收传感器信号104S并将监测信号206S、208S分别输出到内部网络110A和外部网络110B。如下文详细讨论，柔性监测系统202的实施方案可分别从内部网络110a和外部网络110b接收命令信号209s、211s，而不损害机器控制系统112的安全性。因此，柔性监测系统202可以是监测系统106的现有部署的合适替换，同时提供改善的灵活性和功能。
利用该架构，电路210可以各种方式组合在一个或多个底板206上以形成柔性监测系统202的不同具体实施。柔性监测系统202的给定具体实施中包括的基座204、输入电路210i、处理电路210p、输出电路210o和基础结构电路210n的数量也可彼此独立地变化。在一些具体实施中，柔性监测系统202可为包括电路210的单个基座204的形式，所述电路210被配置为提供信号输入、信号输出、保护监测、状况监测、以及它们的组合。在其他具体实施中，柔性监测系统202可为至少两个基座204的形式，并且被配置为执行信号输入、信号输出、保护监测和状况监测的任何组合的电路210可分布在所述至少两个基座204之间。这样，柔性监测系统202的输入、处理和输出能力以及柔性监测系统202的不同电路210的物理位置可针对特定监测应用进行定制。
此外，在初始部署之后，可修改柔性监测系统202的具体实施，以在预期监测应用程序改变的情况下修改耦接到给定基座204的电路210。考虑到它们的共同架构，电路210可容易地添加到具有耦接到新电路210的容量的基座204。另选地，一个或多个新基座204可通信地耦接到现有基座204，从而允许一个或多个新电路210耦接到一个或多个新基座204的一个或多个相应底板206，并且扩展柔性监测系统202的监测能力。在一些情况下，从柔性监测系统202的一个基座204移除的电路210可以储备形式存储为部件或重新部署到柔性监测系统202的相同或不同具体实施的另一个基座204，这可能是有益的。
在某些实施方案中，输入电路210i可被配置为接收传感器信号104s，对传感器信号104s执行信号调节，并且将经调节的传感器信号104s输出到底板206。与图1A至图1B的监测系统106相比，输入电路210i可与处理电路210p解耦，从而允许柔性监测系统202的输入电路210i的数量独立于处理电路210p的数量而变化。
传感器信号104s可从多种不同类型的传感器104接收。传感器类型的示例可包括但不限于振动传感器、温度传感器(例如，电阻温度检测器或RTD)、位置传感器和压力传感器。
柔性监测系统202的实施方案可包括一个或多个输入电路210i。如图2所示，柔性监测系统202包括两个输入电路210i。输入电路210i中的每一个输入电路可与相应的传感器104通信，以接收对应的传感器信号104s。例如，一个传感器信号104s可表示包括第一机器部件的第一操作参数的测量结果的第一监测数据(由第一传感器获取)。其他传感器信号104s可表示第二监测数据，该第二监测数据包括第二机器部件的第二操作参数的测量结果(例如，由不同于第一传感器的第二传感器采集)。在某些实施方案中，第一机器部件和第二机器部件可为相同的(例如，目标102)。在其他实施方案中，第一和第二机器部件可为不同的(例如，目标102和不同的目标[未示出])。类似地，在一些实施方案中，第一操作参数和第二操作参数可以是相同的操作参数。在一个方面，该配置可在传感器104中的一者发生故障的情况下提供冗余。在另一方面，可利用这种配置，其中期望的测量(例如，轴旋转速度)来源于在时间(相位)上协调的两个传感器测量。在另外的实施方案中，第一操作参数和第二操作参数可不同。虽然已经示出并讨论了两个输入电路210i，但是监测系统的其他实施方案可包括更多或更少的输入电路。
不同类型的传感器104可生成不同格式的传感器信号104s，并且输入电路210i可被编程为在将经调节的传感器信号传输到底板206之前执行适合于不同传感器信号104s的信号调节。各种类型的输入的示例在图3中示出。在一个实例中，从位置传感器接收的传感器信号104s可由位置输入电路250接收。在另一个实例中，从振动传感器接收的传感器信号104s可由振动输入电路252接收。在一个另外的实例中，从温度传感器接收的传感器信号104s可由温度输入电路254接收。在一个附加的实例中，从压力传感器接收的传感器信号104s可由压力输入电路256接收。
在其他实施方案中，输入电路210i可为离散接触电路260的形式。分立触点电路260可包括可由外部开关或继电器闭合的一对触点。该对触点可由机器控制系统112或由机器控制系统112的操作者闭合开关来闭合。分立接触电路260可用于改变柔性监测系统202的行为。行为变化的示例可包括但不限于不同的机器操作模式、使得柔性监测系统202抑制警报确定以及重置警报状态。
虽然监测系统106可包括分立的接触件，但其可能缺乏特异性。例如，通过关闭测量系统106中的离散接触件实现的改变可在由测量系统106生成的所有警报上实现。相比之下，因为柔性监测系统202的离散接触电路260可与保护处理电路264分开，所以离散接触电路260可被配置为仅实现所选的警报确定和/或复位警报状态，或者实现所有警报。
在另外的实施方案中，输入电路210i可以是数字数据流输入电路262的形式。例如，数字数据流输入电路262可被配置为从传感器104、机器控制系统112和/或可信第三方系统接收数字数据流，而不是模拟数据流(例如，来自传感器104)。
处理电路210P可被配置为从底板206检索任何数据，分析所检索的操作参数，并且输出此类分析的结果。如图3所示，处理电路210p的某些实施方案可被配置为执行保护功能，并且在本文中可被称为保护处理电路264。在其他实施方案中，处理电路210P可被配置为从底板206检索所选择的数据，并且将检索到的信息传输到诊断系统120以用于执行诊断和/或预测功能(例如，状况监测)，并且在本文中可被称为状况处理电路266。
柔性监测系统202的给定具体实施中包括的处理电路210p和输入电路210i的数量可彼此独立地变化。在某些实施方案中，处理电路210P可被添加到底板206或从底板移除以定制可用于保护监测和/或状况监测的计算资源的量。在其他实施方案中，给定的处理电路210P可以由具有更大或更小计算功率的另一个处理电路210P替换。
这些情况中的任何一种在某些情况下均可为有益的，从而为柔性监测系统202提供计算灵活性，所述柔性监测系统可根据给定应用进行定制和/或根据需要进行修改。在一种情况下，具有相对较低重要性的机器可具有较高的成本压力和较低的处理要求。在这种情况下，柔性监测系统202的具体实施可包括处理电路210P，该处理电路具有针对成本定制的处理资源。在另一种情况下，特定监测应用程序可能需要高处理要求(例如，用于确定表征所测量的参数的值、用于输出监测数据等)。在这种情况下，柔性监测系统202的具体实施可包括处理电路210P，该处理电路具有针对处理资源定制的处理资源。因此，根据预期监测应用的优先级，柔性监测系统202的架构可允许针对不同用例进行适应。
下文参考不同的功能来讨论保护处理电路264和条件处理电路266。然而，保护处理电路264可被编程为执行条件处理电路266的任何功能。条件处理电路266可被编程为执行保护处理电路264的功能，除了向底板206传输数据并提供本地存储之外。抑制条件处理电路266向底板206传输数据的能力可抑制未经授权的侵入，并有利于保护内部网络110a和机器控制系统112。
保护处理电路264可被配置为响应于接收到保护命令而从底板206检索所选择的监测数据。例如，一个或多个保护命令可以从内部网络110a(例如，从机器控制系统112的操作者)接收的保护命令信号209s的形式传输到保护处理电路264。所选择的监测数据可包括传输到底板206的监测数据的至少一部分。传输到底板的监测数据可从输入电路210i或另一个保护处理电路264接收。保护处理电路264还可被配置为确定表征所选择的监测数据的值，并且将所确定的值作为附加监测数据传输到底板206。
保护处理电路264可被配置为基于所确定的值、从底板206(例如，从另一个保护处理电路264)检索的另一个确定的值以及它们的组合与一个或多个预定设定点的比较来确定所选择的监测数据的状态。预先确定的设定点可对应于相应的报警状态(例如，警示状态、Danger状态等)。继续以上示例，在所确定的值是径向振动的幅度的情况下，一个或多个设定点可包括警示设定点、大于警示设定点的Danger设定点以及它们的组合。在某些实施方案中，可采用单个设定点。假设使用警示和度规设定点，如果径向振幅值小于警示设定点，则径向振幅的状态可被确定为“OK”。如果径向振幅值大于或等于警示设定点，则径向振幅的状态可被确定为“警示”。如果径向振幅值大于Danger设定点，则操作参数的状态可以确定为“Danger”。在以这种方式确定所选择的监测数据的状态之后，保护处理电路264可将所确定的状态传输到底板206。状况处理电路266可被配置为从底板206检索所选择的监测数据，并将所检索的监测数据提供给外部网络110B以供诊断系统120使用。在某些实施方案中，响应于接收到调节命令，条件处理电路266可检索所选择的监测数据。例如，一个或多个调节命令可以调节命令信号211S的形式传输到条件处理电路266，该调节命令信号211S可从外部网络110B接收。(例如，来自诊断系统120的操作者)。继而，诊断系统120可以利用检索到的监测数据来确定状态和/或警报状况的原因。另选地或除此之外，诊断系统120还可以采用检索到的监测数据来在状态和/或报警状态出现之前预测状态和/或报警状态的发展。在另外的实施方案中，诊断系统120可以存储检索到的监测数据以用于后续分析。在另外的实施方案中，诊断系统120可以将检索到的监测数据传输到另一个计算设备进行分析。
在另外的实施方案中，条件处理电路266可基于对预先确定的状态的检测从底板206检索所选的监测数据。例如，条件处理电路266可以检索和查看由保护处理电路264生成的状态，以识别与预定状态匹配的状态。所识别的状态还可包括表征确定状态时的时间的状态时间。在识别匹配时，条件处理电路266可检索所选监测数据，所述监测数据包括对应于状态时间之前和/或之后的预定持续时间状态的操作参数测量。这样，诊断系统120可以设置有与确定状态的原因相关的操作参数信息。预先确定的状态和所选择的监测数据可以包含在一个或多个调节命令内。
存在于柔性监测系统202中的条件处理电路266的数量可独立于输入电路210i的数量而变化。在某些实施方案中，可添加条件处理电路266以增加柔性监测系统202输出监测数据的能力。例如，当柔性监测系统202中存在两个或更多个条件处理电路266时，每个条件处理电路可负责输出不同的测量的操作参数。在另一个示例中，两个或更多个条件处理电路266可输出相同的测量的操作参数以便提供冗余。各自在某些情况下可为有益的，从而为柔性监测系统202提供计算灵活性。在另一个示例中，可以添加条件处理电路266以实现定制分析而不干扰标准操作(例如，当对新分析进行β测试时)。
输出电路210o可被配置为响应于接收到输出命令(例如，包含在从内部网络110A接收的一个或多个保护命令信号209s中)而获得包含在底板206上的任何监测数据。输出电路210o还可将所检索的监测数据以输出监测信号206s的形式输出到内部网络110a。监测由输出电路210o检索的数据的示例可包括但不限于操作参数测量、所确定的值、增强数据集的变量、状态和警报。
继续参考图3，输出电路210o的实施方案可为比例输出电路270的形式。比例输出电路270可被配置为以过程控制信号(未示出)的形式输出监测信号206s。与预先确定的标度相比，过程控制信号可与过程变量诸如直接测量值或增强数据集的变量成比例。例如，电流输出可为4-20mA输出。过程控制信号可直接或经由内部网络110a提供给机器控制系统112，以便于控制目标102的操作参数。包括在过程控制信号中的过程变量可由保护命令信号209s指定。
在另外的实施方案中，输出电路210o可以是一个或多个继电器电路272的形式，该继电器电路272被配置为从底板206检索选定状态数据并且基于接收到的警报状态致动以通告警报。所通告的警报可以警报信号(未示出)的形式输出。在一个示例中，继电器可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器可基于组合两个或更多个状态的预先确定的布尔表达式(例如，和/或表决)致动。警报信号可经由内部网络110a提供给机器控制系统112或直接提供给机器控制系统112，以便于控制目标102的操作参数。例如，机器控制系统112可响应于接收到报警信号而关闭目标102的操作。用于致动继电器的选定状态数据和逻辑可由保护命令信号209s指定。
在其他实施方案中，输出电路210o可为至少一个通信接口电路274的形式。通信接口电路274可被配置为响应于接收到保护命令信号209s而从底板206检索所选择的监测数据。所选择的监测数据可包括所测量的操作参数、增强数据集的所测量的变量、所确定的状态和所确定的警报中的一者或多者。所检索的数据可以一个或多个输出监测信号206s传输到内部网络110a以供机器控制系统212(例如，用于过程控制)、HMI 114(例如，向操作者显示)使用和/或由历史库116存储。
基础结构电路210n可被配置为执行灵活监测系统202操作所需的功能。如图3所示，基础结构电路210n的实施方案可采取系统接口电路276的形式。系统接口电路276可用作用于将保护命令信号209s从内部网络110a传输到监测系统220的接入点，从而便于配置涉及保护监测的电路(例如，保护处理电路264、输出电路210i)。保护命令信号209s可包括一个或多个信号，一个或多个信号以任何组合包括以下中的任一者：识别用于检索和/或输出的保护处理电路264和输出电路210i中的每一者的所选监测数据，保护处理电路264的警报设定点，以及用于通过继电器输出电路272通告继电器的逻辑。
应当理解，与监测系统106相比，柔性监测系统202的实施方案可分离配置保护监测功能(例如，系统接口电路276)和状况监测功能(例如，状况处理电路266)的电路210。因此，保护监测配置可完全在内部网络110A上执行，而状况监测配置可完全在外部网络110B上执行。即，内部网络110A不通信地耦接到外部网络110B。因此，可将调节命令信号211S提供给条件处理电路266，而无需从机器控制系统112的授权操作者获得批准。
为了理解允许条件处理电路266与外部网络110B和底板206通信时固有的网络安全风险，条件处理电路266可限于与底板206单向通信以仅用于数据检索。此类单向通信可通过硬件(例如，数据二极管)、固件和/或软件的任何组合来建立。在某些实施方案中，该单向通信至少通过硬件提供。因此，柔性监测系统202可相对于恶意行为者保持安全，同时有利于条件处理电路266的快速配置。
在另一方面，基础结构电路210n可采取电力输入电路280的形式。功率输入电路280可提供将一个或多个电源连接到柔性监测系统202的能力。
在另一方面，基础结构电路210n可采取桥接电路282的形式。桥接电路282可提供将两个或更多个基座204的底板206连接在一起并形成共用底板206′以在两者间进行通信的能力。
如此配置，电路210的实施方案可以分布在一个或多个基座204之间的任何组合布置，以形成具有期望的监测能力(例如，输入、处理、输出等)的柔性监测系统的具体实施。
图4示出了监测系统300的示例性实施方案的一部分的详细框图，该监测系统可被配置为监测工业设备的操作参数。监测系统300可包括任何数量的功能电路310，这些功能电路可经由底板306的端口308可拆卸地耦接到底板306。底板306可以是物理总线、包括物理总线或形成物理总线的一部分。在一些实施方案中，底板306可具有可用于识别底板306的唯一ID。底板306可以是无源底板306，该无源底板被配置为促进耦接到底板306的功能电路310之间的多点异步电子通信。因此，递送到底板306的所有数据可由耦接到底板306的所有功能电路310接收。在例示的示例中，底板306包括与端口308电子通信的多个数据通道312，这些端口被配置为接收功能电路310。每个端口308被配置为促进耦接到端口308的功能电路310与底板306的所有数据通道312之间的电子通信。
如图4所示，每个数据通道可包括传输部分314和接收部分316。传输部分和接收部分的端部可与在传输部分314与接收部分316之间延伸的电阻器318耦接。电阻器318可用于防止或减轻可由与递送到数据通道312的脉冲信号相关联的未使用能量和/或由于与数据通道312相关联的电感和电容效应引起的噪声引起的信号反射。每个数据通道312的传输部分314和接收部分316可耦接到每个端口308，以促进功能电路310与数据通道312之间的电子通信。因此，每个端口308有利于将数据(例如，数据分组)递送到所有数据通道312，并从所有数据通道312检索数据。
存在可耦接到底板306的多种不同类型的功能电路310。例如，功能电路310中的一个或多个功能电路可以是输入电路、处理电路、输出电路和/或基础结构电路，如关于图2至图3所述。在一些实施方案中，每个功能电路310可具有可用于识别功能电路310的唯一ID(例如，MAC地址)。监测系统300通过允许用户通过将不同的功能电路310附接到底板来调节监测系统的性能，从而提供高度的灵活性和可扩展性。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板306来增加处理能力。又如，可通过将附加输入电路耦接到底板306使得监测系统300可从用于监测工业设备的附加传感器(例如，传感器104)接收并处理传感器数据来扩展监测系统300。
如例示的示例所示，每个功能电路310可包括电路控制器320和节点322，该节点被配置为促进和控制电路控制器320与底板306之间的电子通信。例如，节点322可控制数据从电路控制器320到底板306的数据通道312的递送。节点322还可控制将哪些数据从数据通道312递送到功能电路310的电路控制器320。
电路控制器320可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。电路控制器320可被配置为执行与功能电路310的期望功能相对应的特定操作。在一些实施方案中，电路控制器320可被配置为从外部源(例如，传感器或用户设备)接收数据、处理数据并将数据提供给节点322。例如，如果给定的功能电路是输入电路，如本文关于图2至图3所述，则电路控制器320可包括模数(A/D)转换器，该模数转换器可被配置为从传感器接收模拟信号并将模拟信号转换为数字信号。电路控制器中的每个电路控制器可被配置为从底板的所有数据通道接收数据(例如，经由节点322)并处理数据。
在一些实施方案中，功能电路310诸如保护电路的电路控制器320可被配置为从底板306的数据通道312检索任何数据分组(例如，对应于传感器测量结果的数据分组)(例如，经由节点)，分析所检索的数据分组，并且将此类分析的结果提供给底板306的数据通道312(例如，经由节点)。例如，保护电路的电路控制器320还可被配置为实时地将从底板接收的数据与预先确定的警报条件进行比较，并且单独地或组合地确定任何所测量的操作参数或变量的状态(例如，正常、报警、危险等)。随后可将所确定的状态输出到底板306的数据通道312。条件监测电路的电路控制器320通常可类似于保护电路的电路控制器起作用。然而，条件监测电路的节点可防止条件监测电路的电路控制器320将数据递送到底板306的数据通道312，如下文更详细地描述。
在一些实施方案中，输出电路(例如，输出电路210o)的电路控制器320可被配置为获得递送到底板306的数据通道312的任何数据分组，并且将监测信号(例如，监测信号106s)输出到任何外部系统(例如，外部系统110)。示例可包括但不限于直接测量值、增强数据集的变量以及状态、4-20mA记录器输出、直接测量值的电压，如本文关于输出电路210i所述。在一些实施方案中，输出电路诸如继电器的电路控制器320可被配置为从底板306的数据通道312检索状态数据(例如，经由节点)，并且基于所接收的表征警报状态的数据来致动。在一个示例中，继电器电路的电路控制器320可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器电路可基于组合两个或更多个状态的布尔表达式(例如，和/或表决)致动。在一些实施方案中，在致动时，继电器电路可被配置为将监测信号(例如，监测信号106s)递送到控制系统(例如，客户控制系统212)。然后，控制系统可停止被监测设备的操作以防止损坏或故障。
基础结构电路(例如，基础结构电路210n)的电路控制器320可被配置为执行监测系统起作用所需的操作。例如，系统接口电路的电路控制器320可用作用于配置任何功能电路的接入点、用于保护工业设备的警报条件以及用于致动继电器电路的条件。在一些实施方案中，系统接口电路的电路控制器320可耦接到控制系统和/或HMI(例如，HMI 220)。可信用户诸如装置操作者可经由控制系统和/或HMI向系统接口电路的电路控制器320提供配置数据，并且系统接口电路可向底板306的数据通道312提供表征配置数据的数据分组。
如本文所述，电路控制器320可被配置为向节点322提供数据，但电路控制器不直接控制到数据通道312的数据递送。功能电路310的节点322可控制电路控制器320与数据通道312之间的数据流。每个节点322可包括节点控制器324、栅极控制器326以及栅极对328的阵列。栅极对328可被配置为促进功能电路310与底板306的数据通道312之间的电子通信。每个栅极控制器326可被配置为控制对应功能电路310的发射器330和接收器332的操作，从而控制功能电路310与底板306的数据通道312之间的数据流。发射器330和接收器332可被称为栅极。下文更详细地描述发射器330和接收器332。
节点控制器324可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。每个节点控制器324可与对应功能电路310的电路控制器320、栅极控制器326电子通信。节点控制器324可用作电路控制器320与栅极控制器326和/或发射器330与接收器332之间的接口。例如，节点控制器324可被配置为使用例如分组过滤技术来控制将哪些数据从数据通道312传输到电路控制器320。例如，功能电路310诸如保护电路的电路控制器320可向节点控制器324发送信号以指示节点控制器从底板306提供特定数据。节点控制器324可监测底板306的数据通道312，识别期望的数据分组，并将数据分组和/或对应于数据分组的数据递送到电路控制器320进行处理。在一些实施方案中，节点控制器324可使用与递送到底板的数据分组一起提供的信息来识别相关数据以提供给电路控制器320。例如，节点控制器可使用IP地址、MAC地址、TCP/IP标头、UDP/IP标头、消息标头、对象标头、源信息、目的地信息和/或数据分组的内容来识别相关数据分组以提供给电路控制器320。在一些实施方案中，节点控制器324可被配置为从电路控制器320接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器326，以将数据递送到底板306的数据通道312。节点控制器324还可存储可用于控制发射器330和接收器332的操作的调度的副本。
栅极控制器326可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。每个栅极控制器326可与对应功能电路310的发射器330、接收器332和节点控制器324电子通信。每个栅极控制器326可被配置为控制对应功能电路310的发射器330和接收器332的操作，从而控制功能电路310与底板306的数据通道312之间的数据流。例如，栅极控制器326可控制栅极对328的操作模式。在一些实施方案中，栅极控制器326可被配置为基于由节点控制器324提供的预先确定的调度和/或指令来控制发射器330和接收器332的操作模式。例如，栅极控制器326可被配置为在调度时间从节点控制器324接收数据、存储数据并将其递送到数据通道312。在一些实施方案中，栅极控制器326可从节点控制器324接收调度。下文更详细地描述发射器330和接收器332的调度以及操作模式。在一些实施方案中，每个数据通道312可具有对应的调度，该调度定义各种功能电路310何时可将数据分组递送到该特定数据通道312。
如例示的示例所示，栅极对328可经由端口308电耦接到各个数据通道312。在一些实施方案中，每个栅极对328可以是包括发射器330和接收器332的半双工收发器。发射器和接收器可被称为栅极。每个栅极对328的每个发射器和接收器可分别电耦接到对应数据通道312的接收部分316和发射部分314。在一些实施方案中，节点控制器324、栅极控制器326、发射器330和/或接收器332可以是现场可编程门阵列(FPGA)。
发射器可被配置为有利于将对应于数据分组的信号递送到底板的数据通道。每个发射器可具有第一操作模式和第二操作模式。当处于第一操作模式时，发射器被配置为允许数据(例如，数据分组)从功能电路310传输到底板306的数据通道312。在一些实施方案中，栅极控制器326可将控制信号递送到发射器以将其设置为在第一操作模式下操作。例如，控制信号可以是递送到发射器的电信号。又如，控制信号可以是递送到发射器的电信号的电压和/或电流变化。当处于第二操作模式时，发射器被配置为防止数据(例如，数据分组)从功能电路310传输到底板306的数据通道312。例如，当处于第二操作模式时，发射器可与端口308以及底板306的对应数据通道312逻辑断开。当处于第二操作模式时，发射器可具有高阻抗以防止信号递送到底板306的数据通道312。例如，栅极控制器326可将控制信号递送到发射器，使得发射器具有高阻抗，从而防止发射器将数据分组递送到数据通道312。又如，栅极控制器326可停止将电信号递送到发射器330，从而将发射器330置于高阻抗状态。每个发射器的操作模式可由功能电路310的栅极控制器326独立地控制。
接收器可有利于从底板306的数据通道312接收对应于数据分组的信号。在一些实施方案中，接收器可被配置为修改和/或控制从底板递送到电路控制器320的信号。例如，接收器可从底板306的数据通道312接收信号，放大信号，并向电路控制器320提供信号(例如，经由栅极控制器326和/或节点控制器324)。
在一些实施方案中，接收器还可具有第一操作模式和第二操作模式。当处于第一操作模式时，接收器可被配置为允许数据(例如，数据分组)从附接的数据通道312传输到节点控制器324和/或电路控制器320。当处于第二操作模式时，接收器可被配置为防止数据(例如，数据分组)从附接的数据通道312传输到节点控制器324和/或电路控制器320。例如，如果栅极对328是半双工收发器，则当发射器处于第一操作模式时，接收器处于第二操作模式。在一些实施方案中，当发射器切换到第一操作模式时，发射器可将控制信号递送到接收器以将接收器切换到第二操作模式。相反，当发射器处于第二操作模式时，接收器处于第一操作模式。例如，当发射器切换到第二操作模式时，发射器可停止将控制信号递送到接收器，从而将接收器切换到第一操作模式。
在一些实施方案中，可独立于栅极对328的对应发射器来控制接收器的操作模式。例如，栅极控制器326可将控制信号递送到接收器以使接收器处于第二操作模式。周期性地，在预先确定的时间，栅极控制器326可停止将控制信号递送到接收器，从而切换接收器以切换到第一操作模式。
为了有效地管理功能电路310中的每一个功能电路之间的通信，可在功能电路310之间创建和分配通信调度。在示例性实施方案中，功能电路310中的一个功能电路的至少一个节点322可包括调度控制器334，该调度控制器可以是节点控制器324的一部分和/或与该节点控制器电子通信。调度控制器334可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。调度控制器可被配置为生成可定义发射器和/或接收器中的每一者何时处于第一操作模式或第二操作模式的调度。因此，调度确定每个功能电路310何时可将数据递送到底板306的每个数据通道312。控制发射器330和接收器332的操作模式可被称为门控。每个调度可包括对应于预先确定的时间量的帧。该帧可被划分为多个时间片。每个时间片可被分配给给定功能电路310，从而允许功能电路310在所分配的时间片期间将数据递送到数据通道312。调度生成也可被称为仲裁。能够生成调度并将调度递送到数据通道312的功能电路310可被称为能够仲裁的功能电路。控制生成调度的功能电路310可被称为主电路。主电路的节点322可被称为主节点或管理器节点。耦接到底板306的其他功能电路310可被称为从电路。主电路可与耦接到底板306的所有其他功能电路(例如，从电路)成主/从关系。从电路的节点322可被称为从节点。
在一些实施方案中，可在监测系统300的功能电路310之间自主地仲裁门控。例如，在初始系统启动时，功能电路310可等待预先确定的时间段以接收指示主电路的存在的信标分组。如果功能电路310在预先确定的时间段之后未接收到信标分组，则能够仲裁的功能电路310可将信标分组递送到数据通道312从而指示其(能够仲裁的功能电路310)已承担仲裁责任，从而成为主电路。
为了生成调度，主电路的调度控制器334可启动存储器中的调度记录。调度控制器334然后可向节点控制器324提供信号以将信标分组递送到底板306的数据通道312。信标分组可包含关于当前帧的监测系统300(例如，唯一ID)调度的信息。信标分组还可包括时间同步信息，从电路中的每一个从电路可使用该时间同步信息来使内部时钟与主电路的内部时钟同步。时间同步可允许功能电路310在预定预先确定的调度时间在共享数据通道312上有效地通信。信标信号还可触发从电路以请求下一帧内的时间片。每个从电路可将信标响应分组递送到数据通道312以请求某些时间片将数据递送到底板306。例如，节点控制器324可基于从电路控制器320接收的请求来生成信标分组以请求时间片。
主电路的调度控制器334可接收请求并且可将时间片分配给各种节点322和/或功能电路310，从而生成调度。调度控制器334可将调度递送到节点控制器324，该节点控制器可将调度提供给栅极控制器326。栅极控制器326可经由发射器在预先确定的时间片(可被称为信标时间片)处将调度递送到底板306的数据通道312。每个从电路可从底板306接收调度，并且实施调度。例如，每个功能电路310的栅极控制器326可接收调度并且可通过基于调度内定义的内容控制发射器330和接收器332的操作模式来强制执行调度。
在一些实施方案中，每个节点322的栅极控制器326可在未分配给该特定节点322的时间片期间逻辑地将发射器与数据通道312断开。这样，从电路的电路控制器320可请求调度内的某些时间片，但电路控制器320不直接控制功能电路310的发射器330和接收器332。因此，电路控制器320不直接控制何时可将数据递送到数据通道312。因此，如果功能电路正在发送无效数据(例如，由于意外或故意损坏)，则功能电路310仅损坏已针对该特定功能电路310调度的时间片。
在正常操作期间，给定功能电路310的栅极控制器326可在分配给该特定功能电路310的时间片期间在第一操作模式下操作所有发射器330。在所分配的时间片期间，栅极控制器326可同时向所有数据通道提供数据。例如，如果底板306包括16个数据通道，则栅极控制器326可通过经由发射器330将1位的信息同时传输到每个数据通道来传输2字节的信息。
在一些实施方案中，如果主电路被禁用或从底板移除，则从电路中的一个或多个从电路可被配置为承担仲裁责任。例如，如果从电路在帧开始时未接收到信标信号，则能够仲裁的从电路可在将信标分组递送到数据通道312从而指示其(能够仲裁的从电路)已承担仲裁责任之前等待一段时间，从而成为主电路。下文更详细地讨论生成调度以及主电路与从电路之间的通信的方法。
由于仲裁可由多个功能电路310执行，并且门控可由每个功能电路310的节点322而不是由底板306上的集中源管理，因此监测系统300在功能电路310之间提供稳健的通信而不会出现单个故障点。下文更详细地讨论仲裁的方法。
功能电路310可以多种方式变化。例如，在一些实施方案中，一个或多个功能电路可包括多个冗余节点。图5示出了通常可类似于图4所示的功能电路310但包括主节点322和辅节点323的功能电路310a的示例。功能电路310a可包括可与节点322、323的节点控制器324电子通信的电路控制器320。主节点322和辅节点323可包括节点控制器324、调度控制器334、栅极控制器326以及可包括发射器330和接收器332的栅极对328，该栅极对可分别是发射器和接收器。功能电路310a可耦接到底板(例如，底板306)的端口(例如，端口308)，并且可如上文关于图4所示的功能电路310所述那样起作用。然而，在这种情况下，在操作期间，主节点322和辅节点323中的一者可被禁用，而主节点322和辅节点323中的另一者是可操作的。如果可操作节点322、323发生故障，则可激活另一个节点322、323以确保功能电路310a可向底板的数据通道发送数据并从底板的数据通道接收数据。在一些实施方案中，底板的端口可将各个节点的对应栅极对328耦接到底板的同一数据通道，从而在主节点322发生故障的情况下允许无缝过渡到辅节点323。
在一些实施方案中，监测系统可包括可被阻止将数据递送到底板的数据通道的功能电路。例如，功能电路诸如条件监测电路可被配置为从底板的数据通道接收数据，但也可被阻止将数据递送到底板的数据通道。图6示出了功能电路310b的示例，该功能电路被配置为从底板的数据通道接收信号，但被阻止将信号递送到底板的数据通道。如例示的示例中所示，功能电路包括电路控制器320和节点325，该节点被配置为促进电路控制器320与底板的数据通道之间的通信。节点325包括节点控制器324、栅极控制器326、接收器332，使得其可从底板的数据通道接收信号，但不包括发射器330，从而防止功能电路310b将信号递送到底板的数据通道。
在一些实施方案中，功能电路310b可允许不可信或外部用户查看来自底板的信息并与电路控制器320相互作用。此类用户的示例可以是例如远程维护工程师。例如，用户可将数据递送到电路控制器320以从数据通道请求特定信息(例如，传感器数据)用于故障诊断目的。电路控制器320可将请求递送到节点控制器324，这可允许将所需数据从数据通道递送到电路控制器320。用户可查看数据并协助装置操作者进行故障诊断，但不能将任何数据递送到底板的数据通道。因此，用户不能对采用功能电路310b的监测系统进行任何改变。用户只能将信息中继给装置操作者，而工厂操作者作为可信用户可对监测系统进行改变。
控制每个电路模块何时可通信可提供高度的同步性和确定性，这可促进功能电路之间的通信而无需总线内的集中切换。通过利用可生成通信调度的功能电路，结合允许功能电路中的每一个功能电路彼此传送信息的一条或多条总线，监测系统300提供了用于监测工业设备的模块化、灵活且可扩展的解决方案。
传统监测系统在灵活性和可扩展性方面可能受到限制。另外，安装的成本和复杂性可能会给想要监测低成本和/或低优先级部件/系统的用户造成显著的进入障碍。通过利用可以可拆卸地耦接到底板的功能电路，可调节和/或扩展本文所述的监测系统的性能以适合各个监测需求。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板来增加处理能力。又如，可通过将附加输入电路耦接到底板使得监测系统可从附加传感器接收并处理传感器数据来扩展监测系统。另外，通过在主电路处生成调度，并且在从电路处门控通信，监测系统可提供稳健的通信和/或消除与使用集中切换进行通信的系统相关联的集中故障点。
由于功能电路可经由总线中的一个或多个数据通道发送和接收信号，因此可能期望将功能电路(例如，功能电路310)配置为基于调度来广播数据。这样做可防止多个功能电路同时广播，从而减少由不同功能电路广播的数据分组之间的冲突。图11示出了监测系统的功能电路之间的通信的示例性时间定序。监测系统时间可被划分为系统帧，在这些系统帧期间可基于系统帧调度来执行功能电路通信。
如图7所示，系统时间402可被划分为系统帧404A-N。系统帧404A可在一段时间内(例如，在开始时间406和结束时间408之间)扩展。系统帧可被划分为可在时间上连续的多个时间片410A-410N。第一时间片410A可开始于起始时间406，该起始时间可用作系统帧的参考时间。第二时间片410B可在时间上邻近第一时间片410A。第一时间片410A可被称为信标时间片。第二时间片410B可被称为信标响应时间片。时间片410A和410B一起可构成仲裁时段411，在该仲裁时段期间，主电路可与从电路相互作用，以分配用于在总线的数据通道上进行数据通信的时间片。剩余时间片410C-410N可构成数据通信时段，在该时段期间，从电路可在总线的数据通道上广播数据分组。
在仲裁时段411的第一时间片410A期间，主电路可在主电路通信地耦接的总线的数据通道上广播信标分组。信标分组可由通信地耦接到数据通道的从电路(例如，从电路的节点控制器)接收。信标分组可包括用于系统帧404A的系统帧调度，该系统帧调度将数据通信时段的时间片(例如，时间片410C-410N)分配给监测系统的从电路。系统帧也可被称为帧。
在仲裁时段411的第二时间片410B期间，一个或多个从电路可在总线的数据通道上广播信标响应分组。例如，节点控制器(例如，节点控制器324)可生成信标响应分组并且经由发射器(例如，发射器330)将信标响应分组递送到数据通道。主电路可从从电路接收信标响应分组。信标响应分组可包括对时间片分配的请求。主电路可生成未来系统帧(例如，系统帧404B-N)的调度，该调度可包括基于来自从电路的信标响应分组中的请求的时间片分配。
在数据通信时段(例如，410C-410N)期间，从电路可在总线的数据通道上广播数据分组。从电路可在仲裁时段411期间接收由主电路广播的信标分组，并且可在信标分组的系统帧调度中分配给从电路的时间片期间广播数据分组。
例如，从电路中的栅极控制器可将从总线节点配置为在分配给从电路的时间片期间传输数据分组。这可通过在第一操作模式(其中发射器允许数据分组从从电路传输到总线中的一个或多个数据通道)下操作从总线节点中的一个或多个发射器来完成。
如时间片410G的扩展视图所示，每个时间片410A-410N可包括在时间上位于死区时段424之前的可用时间片时段420。从电路可被配置为在所分配的时间片的可用时间片时段期间传输数据分组。。例如，可用时间片时段420可用于传输包括前导码426、标头428、430、432、数据有效载荷434、循环冗余校验(CRC)436和分组间间隙438的数据分组。例如，标头428、430、432可分别是以太网标头、IP标头和UDP标头。在一些实施方案中，前导码426可为8字节，数据有效载荷434可为1476字节，CRC 436可为4字节，并且分组间间隙438可为12字节。此外，在一些实施方案中，标头428、430、432可分别为14、20和4字节。对应于前导码126、数据有效载荷134、CRC436和分组间间隙438以及标头428、430、432的大小的信息可分布在与信标分组一起提供的调度中。可在可用时间片时段期间传输的数据分组的各个部分的大小可变化。类似地，可用时间片时段420的持续时间可变化。例如，可用时间片时段420的持续时间可基于可由从电路广播的最大允许数据分组和/或可从功能电路传输数据的速率来确定。可用时间片时段420的持续时间可至少与将数据分组传输到底板所需的时间量一样长。例如，数据分组可在大约56字节至65535字节的范围内。又如，时间片具有在大约2500纳秒(ns)至13496纳秒范围内的持续时间。
从电路可在死区时段424期间不传输任何数据分组。每个时间片410A-410N结束时的死区时段424可促进底板(例如，底板306)的通信数据通道中来自功能电路的数据递送之间的无缝过渡。例如，死区时段424可用于减轻由于功能电路之间的时间同步的不准确性引起的数据传输定时误差，以及最小化可由与桥接底板之间的数据传输相关联的延迟引起的信号冲突。例如，由于沿着数据通道的信号传播延迟、桥接底板之间的传播延迟、功能电路之间的时间同步误差、误码率等，可能出现时间同步误差。下文更详细地描述桥接底板。
在一些实施方案中，死区时段424的持续时间可基于监测系统中采用的数据通信协议来确定。例如，以太网通信协议(例如，TCP/IP、UDP/IP)可要求死区时段424可允许12字节数据分组的通信。在一些具体实施中，死区时段424的持续时间可基于预期和/或已知的时间同步误差来确定。
图8示出了在仲裁时段期间由主电路广播的信标分组500的示例性数据结构。信标分组可包括前导码字段501，该前导码字段可用作参考信号。监测系统的从电路使用前导码字段501来识别信标分组内数据的开始。信标分组还可包括数据字段，诸如类型字段502、当前时间字段504、网络识别号(ID)字段505、通道数量字段507、波特率字段506、调度标头522和调度条目阵列524等等。类型字段502可指示数据分组是信标分组500。在一些实施方案中，耦接到底板的功能电路可使用前导码字段501和类型字段502来识别递送到底板的数据。例如，前导码字段501可包括数据传输时钟，耦接到底板的功能电路可使用该数据传输时钟来识别从给定功能电路传输的数据。
当前时间字段504可用作参考时间以使从电路的时钟同步。当前时间字段504可以是例如信标分组的传输时间、开始时间406、结束时间408等中的一者或多者。网络ID字段可识别由一个或多个底板以及与其耦接的功能电路形成的网络。在一些实施方案中，网络ID可在启动时生成和/或分配给监测系统。网络ID可用于表征监测系统的硬件(例如，功能电路和/或底板的唯一ID、底板上的数据通道的数量等)以及操作参数(诸如通信调度、波特率等)。在一些实施方案中，网络ID可提供识别和/或分离无意连接的独立网络的手段。波特率字段506可包括表征底板的各个数据通道上的通信速度的数据。
信标分组还可包括系统帧调度520。系统帧调度520可包括调度标头522和调度条目阵列524。调度标头522可包括关于调度的自描述信息。例如，调度标头522可包括表征调度中包括的时间片的数量、每个时间片的持续时间、时间片内死区的持续时间的数据，以及可由功能电路的节点控制器用来解析调度内的时间片分配的识别数据。
图9示出了系统帧调度520的示例性结构。系统帧调度包括调度标头522和调度条目阵列524。调度条目阵列524可包括系统帧(例如，系统帧404a)中的时间片的时间片分配。调度条目阵列524的数据矩阵可包括时间片阵列602和分配阵列604。时间片阵列的字段可识别时间片，并且分配阵列的字段可包括时间片阵列的分配数据。例如，已分配给从电路的时间片的分配字段可包括从电路的唯一标识(ID)。例如，唯一ID可以是例如MAC地址。在一些实施方案中，调度条目阵列524可包括未分配给从电路的时间片。调度条目阵列524还可包括多个从电路可在其中广播数据分组的尽力服务时间片。未分配时间片的分配字段可具有第一预先确定的值(例如，00-00-00-00-00-00)。尽力服务时间片的分配字段可包括第二预先确定的值(例如，FF-FF-FF-FF-FF-FF或0xAA-AA-AA-AA-AA-AA)。
在一些实施方案中，主电路可丢弃在未分配时间片期间由从监测节点广播的任何数据分组。在尽力服务时间片期间，耦接到监测系统的底板的任何功能电路可广播数据分组。例如，尽力服务时间片可用于传送低优先级流量、异步应用层事件(例如，难以调度的事件)。因为多个功能电路在尽力服务时间片期间广播，所以可能发生数据分组冲突。这些冲突可使用例如CSMA/CD算法来解决。在一些实施方案中，每个功能电路可监测底板的数据通道以确定是否已发生冲突。例如，在功能电路将数据传输到底板的数据通道的时段期间，功能电路的节点控制器和/或栅极控制器可监测数据通道以确定底板上存在的数据是否与传输的数据相同。如果底板上的数据不同于传输的数据，则节点控制器和/或栅极控制器可确定已发生冲突。
图10示出了可在仲裁时段411的第二时间片(例如，410B)期间由从电路提供给底板的信标响应分组700的示例性数据结构。信标响应分组700可包括类型字段阵列701，并且值阵列703可包括值的对应阵列703。字段阵列701可包括数据字段702，该数据字段指示信标响应分组700表示信标响应分组的数据。字段阵列701还可包括从时间字段704，该从时间字段可包括表征从电路的内部时间的数据。字段阵列701可包括唯一标识(ID)字段706，该ID字段可包括表征对应于从电路的唯一标识的数据。字段阵列701还可包括时间片请求字段708，该时间片请求字段可包括表征从电路广播其数据分组所需的时间片的数量的数据。
图11示出了主电路801与从电路803之间的示例性通信协议800。主电路801可包括数据接收器804A和数据发射器806A。从电路803可包括数据接收器804B和数据发射器806B。在时间同步时段812期间，主电路801和从电路803的节点可使它们的时间同步。例如，主电路801可包括信标分组中的参考时间(例如，参考时间504)，并且在一个或多个系统帧的仲裁时段(例如，系统帧的第一时间片)期间将其传输到从电路803。从电路可保持待机模式并且在多个系统帧中接收信标分组。从监测节点可使其内部时间与所接收的信标分组的参考时间同步。
在系统帧的仲裁时段814期间，主电路可将信标分组传输到从监测节点(例如，在第一时间片410a期间)，并且可从从监测节点接收信标响应分组(例如，在第二时间片410B期间)。在数据通信时段816期间，从电路可基于在信标分组中传输的系统调度来将数据分组传输到主电路。
图12示出了可在操作期间递送到监测系统(例如，监测系统300)的底板(例如，底板306)的数据分组900的示例性结构。如例示的示例所示，数据分组900可包括分组标头902、通信标头904、协议标头906、分组化消息标头908、对象消息标头910、对象标头912和对象主体914。在一些实施方案中，功能电路的节点控制器(例如，节点控制器324)和/或栅极控制器(例如，栅极控制器926)可使用分组标头902和通信标头904内的数据来表征和/或识别数据分组900。协议标头906、分组化消息标头908、对象消息标头910、对象标头912和对象主体914可包括对应于数据分组900的有效载荷的数据。在一些实施方案中，电路控制器(例如，电路控制器320)可使用协议标头906、分组化消息标头908、对象消息标头910和/或对象标头912内的数据来表征和/或识别数据分组900内的数据。
分组标头902可包括分组前导码字段916、类型字段918、分组编号字段920、长度字段922和分组CRC字段924。前导码字段916可包括数据传输时钟，耦接到底板的功能电路可使用该数据传输时钟来识别数据分组900。类型字段918可包括描述在数据分组900内传输的数据的类型的数据。例如，如果数据分组由输入电路传输，则类型字段可指示数据分组包括传感器数据。分组编号字段920可包括表征用于递送数据分组的信息的数据。例如，分组编号字段920可包括表征源信息和/或目的地信息的数据。长度字段922可包括描述数据分组900的长度(例如，以字节为单位)的数据。分组CRC字段924可包括可由其他功能电路用来检测分组标头902的原始数据的无意变化的错误校验信息。
通信标头904可包括以太网标头926、IP标头928和TCP/UDP标头930。以太网标头926可包括表征功能电路和/或底板的MAC地址的数据。IP标头928可包括描述源IP地址和/或目的地IP地址的数据。例如，IP标头928可包括递送数据分组900的功能电路的IP地址以及旨在接收数据分组900的功能电路的IP地址。TCP/UDP标头930可包括描述源端口和目的地端口的数据。例如，TCP/UDP标头930可包括识别递送数据分组900的功能电路所耦接的端口的端口编号。TCP/UDP标头930还可包括识别对应于旨在接收数据分组900的功能电路的端口的端口编号。
协议标头906可包括消息类型字段932、消息长度字段934和消息CRC字段936。消息类型字段932可包括描述在数据分组900内传输的数据的类型的数据。在一些实施方案中，接收数据分组的功能电路的电路控制器(例如，电路控制器320)可使用消息类型字段932内的数据来识别数据分组900内的数据的类型。消息长度字段934可包括描述数据分组900内的消息的长度(例如，以字节为单位)的数据。消息CRC字段936可包括可由功能电路的其他电路控制器用来检测消息的原始数据的无意变化的错误校验信息。
分组化消息标头908可包括分组长度字段938、分组编号字段940和分组CRC字段942。数据分组长度字段938可包括描述数据分组900的长度(例如，以字节为单位)的数据。分组编号字段940可包括表征用于递送数据分组900的信息的数据。分组CRC字段942可包括可由接收数据分组900的电路控制器用来检测分组标头902的原始数据的无意变化的错误校验信息。
对象消息标头910可包括对象编号字段944。分组编号字段940可包括描述数据分组900内的对象的数量的数据。
对象标头912可包括对象ID字段946、对象类型字段948、对象长度字段950、时间戳字段952、状态字段954、配置序号字段956和对象CRC字段958。对象ID字段946可包括识别对象主体914的对象字段960的数据。对象类型字段948可包括描述在数据分组900内传输的对象的类型的数据。对象长度字段950可包括描述数据分组900内的对象的长度(例如，以字节为单位)的数据。时间戳字段952可包括表征对应于将数据分组900递送到底板的时间的数据。状态字段954可包括描述数据分组900内的对象的状态的数据。配置序号字段956可包括描述数据分组900内的数据的配置的数据。对象CRC字段958可包括可由接收数据分组900的电路控制器用来检测数据分组标900内的对象的原始数据的无意变化的错误校验信息。
对象主体914可包括对象字段960。对象字段960可包括对应于在数据分组900内传输的对象的有效载荷的一部分。例如，对象字段可包括来自传感器的数据。
最初，当监测系统的功能电路被上电时，功能电路(例如，节点控制器)可执行初始化过程以确定主电路是否存在和/或承担仲裁责任以成为主电路。图13示出了例示当功能电路被上电时可能发生的初始化过程的示例性流程图1100。在步骤1102处，功能电路可被上电。例如，当监测系统被上电时，功能电路可被上电。又如，当功能电路耦接到有源监测系统(例如，经由热插入)时，功能电路可被上电。功能电路可等待一段时间以检测信标信号和/或接收调度。
在一段时间之后，在步骤1104处，功能电路可确定未检测到信标，没有调度可用，并且监测系统不包括主电路。功能电路还可处于链路状态。链路状态可描述到底板的连接状态。如果链路状态指示不存在链路，则在步骤1106处，功能电路可启动监测状态的节点(例如，节点322)以生成正链路状态。例如，功能电路的卡控制器可将信号递送到节点控制器以启动节点。在一些实施方案中，节点控制器和/或栅极控制器可识别链路状态。如果不存在链路，则节点控制器和/或栅极控制器可启动节点。如果节点链接到底板，则在步骤1108处，功能电路可执行自评估以确定其是否能够仲裁。例如，功能电路的节点控制器可确定其是否包括或耦接到调度控制器。如果功能电路不能够仲裁，则其可在步骤1110处停止初始化过程。
如果功能电路能够给仲裁，则功能电路的调度控制器可生成信标分组并向底板的数据通道提供信标信号(例如，经由节点控制器和发射器)。如果节点控制器检测到冲突，或者如果节点控制器检测到来自不同功能电路的信标信号，则调度控制器和/或节点控制器可在步骤1112处进入随机退避状态。在步骤1112处，调度控制器和/或节点控制器可等待一段时间以从另一个功能电路接收信标信号。
在一些实施方案中，能够仲裁的功能电路可各自被配置为在步骤1112期间等待随机时间量。等待随机时间量可减小多次连续冲突的概率，从而允许功能电路更快地承担仲裁能力。在步骤1112期间，如果功能电路接收到有效信标分组，则节点可停止初始化过程。在操作期间的任何时刻，如果是帧(例如，上文关于图7所讨论的帧)不包括信标分组，则功能电路可重启初始化过程并尝试成为主电路。如果每个帧包括信标分组，则初始化过程可无限期地保持停止。
如果功能电路未检测到信标信号，则在步骤1114处，功能电路可承担仲裁责任，从而成为主电路。在功能电路成为主电路之后，主电路可生成、分配和维护定义监测系统的每个从电路何时可通信的调度。
图14示出了例示基于来自从电路的通信请求来生成调度的方法的流程图1200。如例示的示例所示，主电路可在步骤1202处承担仲裁能力。在步骤1204处，主电路的调度控制器可生成调度并分配信标时间片和信标响应时间片(例如，时间片410A、410B)。调度控制器还可将调度存储在存储器中。此时，除了信标时间片(例如，时间片410A)和信标响应时间片(例如，时间片410B)之外，调度内的每个时间片可以是未分配的。又如，可基于先前可用的调度来分配时间片。另选地，如果功能电路处于来自先前帧的连续操作状态，则该方法可直接移动到步骤1206。
在步骤1206处，主电路可在第一时间片(例如，时间片110A)期间传输信标分组。如果主电路检测到存在冲突，则在步骤1207处，主电路可进入随机退避状态，在该状态下，主电路将等待一段时间，然后尝试传输具有更新的数据传输时钟或定时器的另一个信标分组，该信标分组可用于跨耦接到底板的各种功能电路进行时间同步。
如果未检测到冲突，则主电路的调度控制器和/或节点控制器可在步骤1208处等待来自一个或多个从电路的信标响应分组。如果不存在信标响应分组，或者如果信标响应分组无效，则主电路可在步骤1210处确定不需要调度更新。
在步骤1212处，如果主电路从从电路接收到有效信标响应分组，则主电路的调度控制器可处理来自信标响应分组的时间片请求。如果没有可供分配的时间片，则调度控制器可在步骤1214处生成误差信号。在一些实施方案中，调度控制器可经由网关电路将误差信号递给装置操作者。例如，调度控制器可经由主电路的节点控制器以及发射器和接收器将误差信号递送到底板。网关电路可从数据通道接收误差信号，并且将误差信号递送到用户设备以通知用户底板已被过度供给。在一些实施方案中，用户可将底板替换为包括更多数据通道的底板，从而有利于更高体积的数据流量。又如，用户可件底板替换为被配置为以更高速率传输数据的底板。
如果时间片可用于调度，则在步骤1216处，调度控制器可更新调度以适应信标响应分组内请求的通信。调度控制器可将包含更新的调度的另一个信标分组递送到底板。从电路可从底板接收信标分组并更新它们的调度。
在步骤1218处，主电路的调度控制器和/或节点控制器可转变到流量监测或“垃圾收集”阶段，如下文更详细地描述。在一些实施方案中，流量监测阶段可与由主电路执行的所有调度和仲裁功能同时发生。
如上文关于步骤1212所述，如果主电路的调度控制器从从电路接收到有效信标响应，则主电路的调度控制器可处理来自信标响应分组的时间片请求。图15示出了例示处理来自信标响应分组的时间片请求并生成调度条目阵列(例如，调度条目阵列524)的示例性方法的流程图1300；在步骤1302处，主电路的调度控制器可接收信标响应分组并开始处理时间片请求。
在步骤1304处，调度控制器可为变量N分配存储器并为存储器内的变量设置值。调度控制器可确定从信标响应分组请求的时间片的数量。例如，调度控制器可评估对应于时间片请求字段(例如，时间片请求字段708)的值(例如，与所请求的时间片的数量字段708一起提供的值)，以确定所请求的时间片的数量。调度控制器然后可将变量N的值设置为等于所请求的时间片的数量。如果N的值为零，则在步骤1306处，调度控制器可确定不存在待处理的时间片请求。调度控制器然后可在步骤1308处终止处理时间片请求。
在步骤1310处，调度控制器可为调度阵列(例如，调度条目阵列524)分配存储器，该调度阵列可包括时间片阵列(例如，时间片阵列602)和分配阵列(例如，分配阵列604)。时间片阵列和分配阵列的大小可对应于帧内时间片的预先确定的数量。例如，如果每帧有100个时间片，则时间片阵列和分配阵列可各自具有100个元素。调度控制器还可为索引变量M分配存储器，并将M的值设置为0。
在步骤1312处，调度控制器可检查索引M处的分配阵列的值，该值对应于时间片阵列的索引M处的时间片。如果索引M处的分配阵列的值指示对应的时间片未被分配，则在步骤1314处，调度控制器可将索引M处的分配阵列的值设置为等于来自信标响应分组(例如，信标响应分组700)的唯一ID(例如，唯一标识(ID)字段706)的值。
在步骤1316处，调度控制器可将值N递减或减小一。如果在步骤1316之后N的值等于零，则在步骤1306处，调度控制器可确定不存在待处理的时间片请求。如果不再有待处理的时间片请求，则该过程可移动到步骤1320，这在下文更详细地描述。如果在步骤1316之后N的值不等于零，则调度控制器可在步骤1320处将M的值递增或增加一。
如果分配阵列的索引M的值指示对应的时间片并非未被分配，或者是尽力服务时间片，则在步骤1318处，调度控制器可确定时间片阵列的索引M处的时间片已被分配。调度控制器然后可在步骤1320处将M的值递增或增加一。
在步骤1320处，调度控制器可将M的值递增或增加1。如果M的值小于帧内的时间片的数量减去一，则该过程可返回到步骤1312。如果M的值大于帧内的时间片的数量，则在步骤1322处，调度控制器可确定已发生调度请求失败。调度控制器然后可在步骤1308处终止处理时间片请求。
在操作期间，主电路可监测底板的数据通道上的流量，以验证在分配的时间片期间正在发生数据传输。如果在分配的时间片期间不存在数据传输，则主电路可确定该时间片已被放弃。主电路可释放或取消调度时间片，并且可基于在后续信标响应时间片(例如，信标响应时间片410B)期间接收到的请求来重新分配时间片。
图16示出了可用于恢复未使用的时间片使得它们可被重新分配的示例性流量监测或“垃圾收集”过程的流程图1400。在步骤1402处，主机的调度控制器可开始流量监测过程的迭代。在步骤1404处，调度控制器可为索引变量X分配存储器，并为存储器内的变量设置值。例如，索引变量的值可被设置为等于信标时间片的数量加上一。例如，如果分配阵列(例如，分配阵列604)包括索引0处的信标时间片和索引1处的信标响应时间片，则索引变量的值可被设置为2，该值对应于可能已被分配给从电路的第一时间片的索引。
在步骤1404处，调度控制器还可为计数器阵列分配存储器。计数器阵列可具有与分配阵列相同的大小。计数器阵列的元素的值可被设置为预先确定的空闲片限值。空闲片限值可描述从电路可保持空闲(即，不传输数据)的连续递送机会的可接受数量。递送机会可以是已分配从电路的时间片。例如，如果每个从电路可在两次连续递送机会中保持空闲，则计数器阵列的每个元素的值可被设置为2。在一些实施方案中，如果计数器阵列在上一帧中已经存在，则调度控制器可引用现有计数器阵列。图17示出了包括时间片阵列1502、分配阵列1504、长度阵列1506和计数器阵列1508的调度条目阵列1500的示例。
在步骤1406处，调度控制器可确定分配阵列的索引X的值。如果分配阵列的索引X的值指示对应的时间片尚未被分配，则调度控制器可在步骤1408处将X的值递增或增加一。
如果分配阵列的索引X的值指示对应的时间片已被分配，则在步骤1410处，调度控制器可监测底板的一个或多个数据通道以获取来自已分配对应于时间片阵列的索引X的时间片的从电路的信号。如果主电路未检测到来自已分配时间片的从电路的信号，则在步骤1412处，调度控制器可将计数器阵列的索引X的值递减或减小一。如果计数器阵列的索引X等于零，则在步骤1414处，调度控制器可从时隙取消调度从电路。调度控制器然后可在步骤1408处将X的值增加一。
在步骤1412之后，如果计数器阵列的索引X的值大于零，则在步骤1408处，调度控制器可将X的值增加一。如果主电路在步骤1410处检测到来自已分配时间片的从电路的信号，则主电路的调度控制器可在步骤1418处将计数器阵列的索引X的值设置为空闲片限值(例如，一)。调度控制器然后可在步骤1408处将M的值增加一。
在步骤1408之后，如果X的值小于帧中的时间片的数量，则该过程然后可返回到步骤1408。如果X的值等于帧中的时间片的数量，则在步骤1416处，调度控制器可终止当前帧的流量监测过程。
通过监测底板的数据通道上的流量，主电路可通过识别其中所分配的从电路无法通信的时间片、取消调度所分配的从电路并且基于在信标响应分组中接收的通信请求重新分配时间片来最大化资源(例如，时间片)利用效率。
图18示出了例示监测系统(例如，监测系统300)的从电路的节点的示例性操作的流程图1600。从电路通常可类似于上文关于图4所述的功能电路310。然而，在一些实施方案中，从电路可不包括调度控制器，或者调度控制器可以是非活动的。
在步骤1602处，从电路可被上电。在步骤1604处，节点控制器可检查以确定从电路的电路控制器是否已提供将数据递送到从电路所耦接的底板的数据通道的请求。
如果节点控制器确定电路控制器尚未提供将数据递送到底板的任何附加请求，则在步骤1606处，节点控制器可等待从主电路接收信标分组。在一段时间之后，如果节点控制器未接收到信标分组，则该过程可返回到步骤1604，并且节点控制器可检查以确定电路控制器是否已提供将数据递送到底板的数据通道的请求。如果节点控制器在步骤1606期间接收到信标分组，则节点控制器可在步骤1608处基于与信标分组一起提供的调度来更新和/或生成存储在存储器中的调度的内部副本。节点控制器还可将更新/生成的调度提供给从电路的栅极控制器，使得栅极控制器可控制从电路的发射器和/或接收器的操作以强制执行调度。该过程然后可返回到步骤1604，并且节点控制器可检查以确定电路控制器是否已提供将数据递送到底板的数据通道的请求。
如果节点控制器检测到电路控制器已请求将数据递送到底板，则在步骤1610处，节点控制器可准备信标响应分组以基于来自电路控制器的请求来请求用于通信的时间片。例如，电路控制器可向节点控制器提供一个或多个通信分组以递送到底板。节点控制器可确定总大小(例如，以字节为单位)，并且可基于监测系统的波特率来计算传输通信分组所需的时间片的数量。节点控制器可生成请求所计算的时间片的数量的信标响应分组。又如，在一些实施方案中，电路控制器将信号递送到节点控制器以请求一定量的带宽(例如，以字节/秒为单位)来递送可与通信分组一起提供的所需有效载荷。
在一些实施方案中，在步骤1612处，节点控制器可进入其中节点控制器等待一段时间的拖延状态。例如，节点控制器可进入拖延状态以减少数据同时递送到底板，从而降低来自不同功能电路的信标响应分组之间发生冲突的风险。在步骤1614处，节点控制器可等待接收信标分组。在节点控制器从主电路接收到信标分组之后，在步骤1616处，节点控制器可向底板的数据通道提供信标响应分组。
如果节点控制器检测到信标响应分组发生冲突，则节点控制器可在步骤1612处进入拖延状态。一段时间之后，节点控制器可在步骤1614处等待信标分组(例如，在后续帧中)。在节点控制器接收到信标分组之后，在步骤1616处，节点控制器可向底板的数据通道提供信标响应分组。
在步骤1618处，在信标分组被传输到数据通道之后，节点控制器可等待接收信标分组。节点控制器然后可从主电路接收信标分组。
在步骤1620处，节点控制器可检查与信标分组一起提供的调度以确定所请求的时间是否被授予。如果从节点未被分配在信标响应分组中请求的时间片，则节点控制器可在步骤1612处进入拖延状态。该过程然后可前进到步骤1614、1616、1618。如果从节点被分配在信标响应分组中请求的时间片，则在步骤1622处，节点控制器可向栅极控制器提供具有所分配的时间片的调度和/或指令。栅极控制器可基于调度和/或指令来控制发射器和/或接收器的操作。例如，栅极控制器可在所分配的时间片期间将发射器切换到第一操作模式。栅极控制器可在从电路未被分配进行通信的时间片期间将发射器切换到第二操作模式。
在步骤1624处，节点控制器可确定从电路的节点的链路状态。如果链路状态指示节点耦接到底板，则该过程然后可前进到步骤1606，在该步骤中，节点控制器可等待从主电路接收信标分组。该过程可从如上所述的步骤1606前进。
通过在主电路处生成通信调度，将调度分配到从电路，并且在从电路处强制执行通信，监测系统提供了稳健的通信并且消除了与使用集中切换进行通信的系统相关联的集中故障点。调度的通信可防止多个功能电路同时广播，这可减轻或消除由不同功能电路广播的数据分组之间的冲突。
本文所述主题的示例性技术效果可包括能够调度多个功能电路之间的通信，使得功能电路可在共享数据通道上有效地通信。其他示例性技术效果包括能够最大化有限数量的数据通道的利用率并且适应监测系统的物理和/或操作变化。例如，通过监测底板的数据通道上的流量，主电路可通过识别其中所分配的从电路无法通信的时间片、取消调度所分配的从电路并且基于在信标响应分组中接收的通信请求重新分配时间片来适应监测系统的物理和/或操作变化并且最大化资源(例如，时间片)利用效率。
在一些实施方案中，可使用桥接模块来耦接多个底板。耦接的底板可形成扩展的逻辑总线，使得所有数据在底板之间传输。这允许监测系统跨越多个位置，同时保留使用包括单个底板的监测系统时可用的全部功能。
图19示出了可被配置为促进监测系统的底板之间的电子通信的桥接电路1710的示例。桥接电路1710可包括与范围扩展元件1705和节点322电子通信的桥接控制器1703。节点322可被配置为促进和控制桥接控制器1703与第一监测系统的第一底板之间的电子通信。例如，节点322可控制数据从桥接控制器1703到第一底板的数据通道的递送。
节点322可包括调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326以及包括栅极对328的栅极阵列。节点控制器324可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。节点控制器可用作桥接控制器1703与栅极控制器326、栅极对328的发射器330和/或接收器332之间的接口。例如，在一些实施方案中，节点控制器324可被配置为从桥接控制器1703接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号递送到栅极控制器326，以将数据递送到第一底板的数据通道。节点控制器324还可存储可用于控制发射器330和接收器332的操作的调度的副本。下文更详细地描述发射器330、接收器332和栅极控制器326。
栅极控制器326可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。栅极控制器326可与桥接电路1710的发射器330、接收器332和节点控制器324电子通信。栅极控制器326可被配置为控制桥接电路1710的发射器330和接收器332的操作，从而控制桥接电路1710与第一底板的数据通道之间的数据流。例如，栅极控制器326可控制栅极对328的操作模式。在一些实施方案中，栅极控制器326可被配置为基于由节点控制器324提供的预先确定的调度和/或指令来控制发射器330和接收器332的操作模式。例如，栅极控制器326可被配置为在调度时间从节点控制器324接收数据、存储数据并将其递送到数据通道。在一些实施方案中，栅极控制器326可从节点控制器324接收调度。
每个栅极对328的每个发射器330和接收器332可分别电耦接到对应数据通道的接收部分和发射部分。在一些实施方案中，节点控制器324、栅极控制器326、发射器330和/或接收器332可以是现场可编程门阵列(FPGA)。发射器330和接收器332可具有第一操作模式和第二操作模式，如上文关于图4所示的发射器和接收器所述。
在一些实施方案中，桥接电路1710可包括调度控制器334，使得桥接电路1710能够仲裁。调度控制器334可允许桥接电路1710承担仲裁责任并成为监测系统的主电路。调度控制器334可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。调度控制器334可被配置为生成可定义监测系统的功能电路和/或桥接电路1710的发射器和/或接收器中的每一者何时处于第一操作模式或第二操作模式的调度。如此处所述，调度识别每个功能电路和/或桥接电路何时可将数据递送到第一底板的每个数据通道。
如例示的示例所示，桥接控制器1703可电耦接到范围扩展元件1705以及节点的节点控制器324。桥接控制器1703可包括存储器、至少一个数据处理器和/或被配置为有利于如本文所述的操作的其他电路。在一些实施方案中，桥接控制器1703可以是或可包括FPGA。桥接控制器1703可被配置为从第一底板接收数据(例如，经由节点)，处理数据，并且将数据提供给耦接到第二底板的另一个桥接电路。例如，桥接控制器1703可将来自第一底板的数据通道的并行数据流转换或压缩为串行数据流，以经由范围扩展元件递送到耦接到第二底板的桥接电路1710。又如，桥接器控制器1703可被配置为从耦接到第二底板的桥接电路1710接收串行数据流，并且将串行数据流转换为并行数据流以递送到第一底板的数据通道(例如，经由节点)。
在一些实施方案中，桥接电路1710的桥接控制器1703和/或节点控制器324可被配置为将关于监测系统的信息存储在存储器中。例如，桥接控制器1703可存储硬件数据、调度、网络ID等。例如，硬件数据可以是或可包括第一底板和/或与其耦接的功能电路的唯一ID(例如，MAC地址)。又如，硬件数据可包括描述底板所包括的数据通道的数量的数据。在一些实施方案中，桥接控制器1703可从信标分组接收描述数据通道的数量(例如，通道数量字段207)的数据。
范围扩展元件1705可以是或可包括例如信号放大器和/或衰减器。范围扩展元件1705可被配置为促进隔开一定范围的距离的桥接电路1710之间的通信。例如，范围扩展元件1705可配置为从桥接控制器1703接收信号，放大该信号，并且将放大的信号提供给另一个桥接电路1710。在一些实施方案中，范围扩展元件1705可被配置为基于桥接电路1710之间的已知距离来放大输出信号(例如，递送到另一个桥接电路1710的信号)。另外，范围扩展元件1705可被配置为从另一个桥接电路1710接收放大的信号，衰减该信号，从而减小该信号的电压和/或电流，并且将衰减的信号提供给桥接控制器1703。例如，范围扩展元件1705可基于桥接控制器1703被配置为接收的信号的预先确定的最大电压阈值和/或电流阈值来衰减输入信号(例如，从另一个桥接电路接收的信号)。
在一些实施方案中，桥接电路1703可被配置为验证正在桥接的监测系统兼容。例如，桥接电路1703可使用硬件数据、唯一ID和调度来确定监测系统兼容。一旦桥接电路1710的桥接控制器1703确定监测系统兼容，桥接控制器1703就可允许监测系统连接，从而促进监测系统的底板之间的通信。下文更详细地描述桥接电路1710。
图20示出了包括使用桥接电路1710a、1710b耦接的两个监测子系统1801a、1801b的监测系统1800的示例性实施方案的框图.桥接电路可与如本文所述的桥接电路1710相同。监测系统1800可被配置为监测工业设备的操作参数。
监测子系统1801a、1801b通常可类似于上文关于图4所述的监测系统1800，但监测子系统1801a、1801b中的每一者可包括桥接电路，该桥接电路被配置为促进监测子系统1801a、1801b的底板之间的通信。每个监测子系统可包括任何数量的功能电路310a、310b和桥接电路，这些功能电路和桥接电路可经由底板306a、306b的端口308a、308b可拆卸地耦接到底板306a、306b。功能电路310a、310b可与功能电路310相同。
底板306a、306b可以是物理总线、包括物理总线或形成物理总线的一部分。底板306a、306b可以是无源底板306a、306b，这些无源底板可被配置为促进耦接到底板306a、306b的功能电路310a、310b和/或桥接电路1710a、1710b之间的多点异步电子通信。因此，递送到底板306a、306b的所有数据可由耦接到底板的所有功能电路310a、310b和/或桥接电路1710接收。底板306a可包括数据通道1812a、1812b、1812c、1812d-1812n，并且底板306b可包括数据通道1812a、1813b、1813c、1813d-1813n，如图21所示。参见图20至图21，数据通道1812a-1812n、1813a-1813n与相应底板306a、306b上的多个端口308a、308b电子通信。端口308a、308b可被配置为接收功能电路310a、310b和/或桥接电路1710a、1710b。每个端口308a、308b被配置为启用耦接到端口的功能电路310a、310b或桥接电路1710a、1710b与相应底板306a、306b的所有数据通道1812a-1812n、1813a之间的电子通信。
存在可耦接到底板306a、306b的端口的多种不同类型的功能电路。例如，功能电路中的一个或多个功能电路可以是输入电路(例如，输入电路210i)、输出电路(例如，输出电路210o)、处理电路(例如，处理电路210p)和/或基础结构电路(例如，基础结构电路210n)。如例示的示例所示，每个功能电路310a、310b可包括电路控制器320a、320b和节点322a、322b，这些节点被配置为促进和控制电路控制器320a、320b与底板306a、306b之间的电子通信。如本文所述，节点322a、322b可控制数据从电路控制器320a、320b到底板306a、306b的数据通道312a、312b的递送。节点322a、322b还可控制将哪些数据从数据通道312a、312b递送到功能电路310a、310b的电路控制器320a、320b。
如例示的示例所示，桥接电路1710a、1710b可以可拆卸地耦接到底板306a、306b的端口308a、308b。桥接电路1710a、1710b可经由可位于桥接电路1710a、1710b之间的耦接元件1807电耦接。耦接元件1807的端部可附接到桥接电路1710a、1710b的范围扩展元件1705a、1705b。耦接元件1807可以是例如电缆和/或光纤电缆。在一些实施方案中，桥接电路1710a、1710b可无线通信。例如，桥接电路可包括用于经由蓝牙协议、蜂窝协议、WI-FI协议、近场通信(NFC)和/或射频识别(RFID)协议进行通信的收发器。
在例示的示例中，桥接电路1710a、1710b可包括与对应桥接电路1710a、1710b的范围扩展元件1705a、1705b和节点322a、322b电子通信的桥接控制器1703a、1703b。桥接电路1710a、1710b的节点322a、322b通常可类似于上文关于图4所述的功能电路310的节点322。节点322a、322b可被配置为促进和控制桥接控制器1703a、1703b与底板306a、306b之间的电子通信。例如，节点322a、322b可控制数据从桥接控制器1703a、1703b到底板306a、306b的数据通道1812a-1812n、1813a-1813n的递送。节点322a、322b可包括调度控制器334a、334b、节点控制器324a、324b、栅极控制器326a、326b和栅极对328a、328b。
如上所述，桥接电路1710a、1710b可被配置为促进监测子系统的底板306a、306b之间的电子通信。例如，桥接电路1710a可被配置为接收递送到底板306a的数据通道1812a-1812n的所有数据，并且向桥接电路1710b提供数据。桥接电路1710b可接收数据，并且可在底板306b的对应于底板306a的数据通道1812a-1812n的数据通道1813a-1813n之间分布。例如，从功能电路310a提供给数据通道1812a、1812b、1812c的所有数据可经由桥接电路1710a、1710b提供给对应的数据通道1813a、1813b、1813c。因此，底板306a、306b形成扩展的逻辑总线，并且功能电路310a、310b可如同它们耦接到单个底板那样起作用。
如本文所述，使用可由主电路生成的调度来控制来自功能电路和/或桥接电路的通信。由于所有数据分组在底板306a、306b之间共享，因此桥接电路1710a、1710b和功能电路310a、310b可共享调度。可使用单个主电路来生成调度，该主电路可以是耦接到底板306a、306b中的任一者的功能电路310a、310b中的一个功能电路。主电路通常可用于生成和分配调度，并且监测跨数据通道1812a-1812n、1813a-1813n的通信，如本文关于图7至图18所述。
图22示出了例示在仲裁时段(例如，仲裁时段411)期间监测系统1800的各个部件之间的通信的数据流程图1900。例如，主电路可以是耦接到底板306a的功能电路310a中的一个功能电路。在步骤1902处，主电路可将包括当前时间帧的调度的信标分组递送到底板306a的数据通道1812a-1812n。
在步骤1904处，耦接到底板306a的功能电路310a可从底板306a接收信标分组。在步骤1906处，桥接电路1710a的节点控制器324a可接收信标分组并将调度的副本存储在存储器中。节点控制器324a可将具有当前帧的所分配的时间片的调度和/或指令提供给栅极控制器326a。栅极控制器326a可使用调度和/或指令来控制发射器330a和接收器332a的操作，如下文更详细地描述。节点控制器324a还可将信标分组提供给桥接控制器1703a。桥接控制器1703a可接收信标分组并将信标分组提供给可放大信标分组的信号的范围扩展元件1705a。
在步骤1908处，桥接电路1710a可将信标分组递送到桥接电路1710A。桥接电路1710b的范围扩展元件1705b可接收信标分组并将信标分组提供给节点控制器324b，该节点控制器可将调度的副本存储在存储器中
在步骤1910处，节点控制器324b可经由栅极控制器326b以及栅极对328b的发射器将信标分组提供给底板306b的数据通道1813a-1813n。在步骤1912处，功能电路310b可从底板306b接收信标分组。功能电路310b的节点控制器324b可存储对应于当前帧的调度的副本，以及检查调度以确定其先前的通信请求是否是调度。节点控制器324b还可将具有所分配的时间片的调度和/或指令提供给栅极控制器326b。栅极控制器326b可使用调度和/或指令来控制发射器330b和接收器332b的操作，如下文更详细地描述。
在步骤1914处，功能电路可将信标响应分组提供给数据通道1813a-1813b。在步骤1916处，桥接电路1710b的桥接控制器1703b可经由接收器332b、栅极控制器326b和节点控制器324b从数据通道1813a-1813n中的每一个数据通道接收信标响应分组。由于数据通道1813a-1813n是并行的，因此桥接控制器1703b接收包括或表征信标响应分组的并行数据流。桥接控制器1703b可将并行数据流转换或压缩为串行数据流，并且将串行数据流提供给范围扩展元件1705b。范围扩展元件可放大串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)。
在步骤1918处，桥接电路1710b经由范围扩展元件1705b将串行数据流提供给桥接电路1710a。范围扩展元件1705a可接收串行数据流，衰减串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)并且将串行数据流提供给桥接控制器1703a。桥接控制器1703a可接收串行数据流，将串行数据流扩展为并行数据流。
在步骤1920处，桥接控制器1703a可经由节点322a将并行数据流提供给底板306a的数据通道1812a-1812n。在步骤1922处，功能电路310a可将信标响应分组递送到底板306a的数据通道1812a-1812n。在步骤1924处，主电路可从功能电路310a、310b接收信标响应分组，并且生成下一帧的调度。
在正常操作期间(例如，在时间片410C-410N期间)，功能电路310a、310b可经由底板306a、306b的数据通道1812a-1812n、1813a-1813n通信。例如，功能电路310a、310b可将数据分组递送到底板306a的数据通道1812a-1812n。桥接电路1710a的桥接控制器1703a可接收并行数据流中的数据分组，将并行数据流转换或压缩为串行数据流，并且将串行数据流提供给范围扩展元件1705a。范围扩展元件1705a可放大串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)并且将串行数据流提供给桥接电路1710b。范围扩展元件1705b可接收串行数据流，衰减串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)并且将串行数据流提供给桥接控制器1703b。桥接控制器1703b可接收串行数据流，将串行数据流扩展为并行数据流，并且经由节点322b将并行数据流提供给数据通道1813a-1813n。
类似地，功能电路310b可将数据分组递送到底板306a的数据通道1813a-1813n。桥接电路1710b的桥接控制器1703b可接收并行数据流中的数据分组，将并行数据流转换或压缩为串行数据流，并且将串行数据流提供给范围扩展元件1705b。范围扩展元件1705b可放大串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)并且将串行数据流提供给桥接电路1710a。范围扩展元件1705a可接收串行数据流，衰减串行数据流的功率(例如，电压和/或电流)并且将串行数据流提供给桥接控制器1703a。桥接控制器1703a可接收串行数据流，将串行数据流扩展为并行数据流，并且经由节点322a将并行数据流提供给数据通道1812a-1812n。在操作期间，桥接电路1710a、1710b对于耦接到监测系统的底板306a、306b的所有功能电路310a、310b是透明的。因此，监测系统1800的功能似乎是信号/数据全部来自同一基座。
如上，桥接电路1710a、1710b的栅极控制器326a、326b可使用调度和/或指令来控制发射器330a、330b和接收器332a、332b的操作。例如，栅极控制器326b可将发射器330b设置为在附接到底板306a的功能电路310a被调度为将数据递送到底板306a的时间片期间在第一操作模式下操作，使得数据可经由桥接电路1710a、1710b递送到底板306b。桥接电路1710b的栅极控制器326b可将发射器330b设置为在功能电路310a未被调度为将数据递送到底板306a的时间片期间在第二操作模式下操作。类似地，桥接电路1710a的栅极控制器326a可将发射器330a设置为在附接到底板306b的功能电路310b被调度为将数据递送到底板306a的时间片期间在第一操作模式下操作，使得数据可经由桥接电路1710a、1710b递送到底板306a。栅极控制器326a可将桥接电路1710a的发射器330a设置为在功能电路310b未被调度为将数据递送到底板306b的时间片期间在第二操作模式下操作。
在一些实施方案中，桥接电路1710a、1710b之间的分隔距离可在桥接电路1710a、1710b之间的数据分组传输中引入不可忽略的传播延迟。传播延迟可在每个监测子系统1801a、1801b的功能电路310a、310b之间产生时间同步误差。例如，当主电路(例如，功能电路310a中的一个功能电路)发送信标分组时，耦接到底板306a的功能电路310a可在耦接到底板306b的功能电路310b之前接收信标分组。因此，与功能电路310a的时间同步相比，功能电路310b的时间同步可被延迟。另外，在一些情况下，传播延迟可导致数据分组传输在多个时间片内延伸，这可导致冲突。例如，如果数据分组从耦接到底板306b的功能电路310b传输需要比在可用时间片时段(例如，可用时间片时段420)中分配的更多的时间来传输到底板306a，则数据分组仍可在后续时间片期间传输。在这种情况下，数据分组可与在后续时间片期间传输的另一个数据分组冲突。
死区时段(例如，死区时段424)可内置于时间片中，以吸收耦接到单个底板的功能电路之间的通信延迟以及由桥底板引起的通信延迟。死区时段可用于减轻由于功能电路之间的时间同步的不准确性引起的数据传输定时误差，以及最小化可由与桥接底板之间的数据传输相关联的延迟引起的信号冲突。
为了确保时间片包括足够大的死区时段，桥接电路1710a、1710b的桥接控制器1703a、1703b和/或节点控制器324a、324b可估计可表征在桥接电路1710a、1710b之间传输数据分组所需的估计时间量的延迟时间。桥接电路1710a、1710b然后可基于调度中可用的信息来确定、识别或计算当前分配的死区时段。桥接电路1710a、1710b可将估计的延迟时间与分配的死区时段进行比较。在一些实施方案中，如果死区时段不足，则桥接电路1710a、1710b可将数据分组递送到主电路，以请求调节死区时段和/或调节后续帧中的时间片的大小。
在一些实施方案中，当监测子系统1801a、1801b被上电时，桥接电路1710a、1710b可被配置为防止底板306a、306b之间的数据传输，直到监测子系统(例如，监测子系统1801a、1801b)的硬件和操作参数(例如，通信调度、波特率等)被确定为兼容。例如，桥接电路1710a、1710b可被配置为从底板306a、306b接收数据，但可被阻止将数据递送到底板306a、306b。在一些实施方案中，发射器330a、330b可被设置为第二操作模式，使得它们防止数据被递送到数据通道1812a-1812n、1813a-1813n。在一些实施方案中，桥接电路1710a、1710b可确定监测子系统的硬件是否兼容。桥接电路1710a、1710b还可确定监测子系统1801a、1801b的任何预先存在的调度是否兼容。例如，操作参数可包括调度、波特率等。
在启动时，桥接电路1710a、1710b可确定它们是否包括存储在节点控制器324a、324b和/或桥接控制器1703a、1703b的存储器中的系统数据。例如，系统数据可以是或可包括对应于监测子系统的部件的唯一ID(例如，MAC地址)、描述每个底板包括多少数据通道的信息、网络ID等。图23示出了例示确定监测子系统(例如，监测子系统1801a、1801b)的硬件和操作参数兼容的示例性方法的流程图2000。
在步骤2002处，该方法可包括在耦接到第一监测子系统(例如，监测子系统1801a)的第一底板(例如，底板306a)的第一桥接电路(例如，桥接电路1710a)处接收第一识别数据。第一识别数据可表征识别第二监测子系统(例如，监测子系统1801b)的硬件的信息。例如，第一识别数据可以是或可包括第二底板(例如，底板306b)和/或与其耦接的功能电路310b的唯一ID(例如，MAC地址)。又如，第一识别数据可以是或可包括描述第二底板包括的数据通道的数量的数据，以及对应于第二监测子系统的网络ID。在一些实施方案中，第一桥接电路可在操作期间从第二监测子系统递送到第一底板的数据分组接收功能电路的唯一ID。又如，第一桥接器控制器可从信标分组接收描述数据通道的数量(例如，通道数量字段507)的数据。第一桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器(例如，桥接控制器1703a和节点控制器324a)可在操作期间将第一识别数据存储在存储器中。第一识别数据可在系统关闭期间保留在存储器中，并且可用于确认第一监测子系统和第二监测子系统在后续系统启动期间兼容，如本文。
在步骤2004处，该方法可包括在耦接到第二监测子系统的第二底板(例如，底板306b)的第二桥接电路(例如，桥接电路1710b)处接收第二识别数据。第二识别数据可表征识别第一监测子系统的硬件的信息。例如，第二识别数据可以是或可包括第一底板和/或耦接到其上的功能电路的唯一ID(例如，MAC地址)。又如，第二识别数据可以是或可包括描述第一底板包括的数据通道的数量的数据，以及对应于第一监测子系统的网络ID。在一些实施方案中，第二桥接电路可在操作期间从信标分组或从第一监测子系统递送到第二底板的其他数据分组接收功能电路的唯一ID。又如，第二桥接器控制器可从信标分组接收描述数据通道的数量(例如，通道数量字段507)的数据。第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器(例如，节点控制器324b和桥接控制器1703b)可在操作期间将第二识别数据存储在存储器中。第二识别数据可在系统关闭期间保留在存储器中，并且可用于确认第一监测子系统和第二监测子系统在后续系统启动期间兼容，如本文。
在一些实施方案中，第二识别数据可存储在第一桥接电路的节点控制器和/或桥接控制器的存储器中，并且第一桥接电路可将第二识别数据提供给第二桥接电路。类似地，第一识别数据可存储在第二桥接电路的节点控制器和/或桥接控制器的存储器中，并且第二桥接电路可将第一识别数据提供给第一桥接电路。又如，第一识别数据和第二识别数据可存储在第一桥接电路和第二桥接电路的节点控制器和/或桥接控制器的存储器中。
在步骤2006处，第一识别数据和第二识别数据可用于确定第一监测子系统与第二监测子系统兼容。例如，第一桥接电路和第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可确认第一底板和第二底板具有相同数量的数据通道。又如，桥接控制器和/或节点控制器可使用第一监测子系统和第二监测子系统的功能电路和/或底板的唯一ID来确定第一监测子系统和第二监测子系统兼容。桥接控制器和/或节点控制器还可比较与第一识别数据和第二识别数据一起提供的网络ID，以确定第一监测系统和第二监测系统兼容。例如，如果网络ID相同，则监测系统可被确定为兼容。
在步骤2008处，该方法可包括在第二桥接电路处接收第一调度。第一调度可表征与第一底板电子通信的第一组功能电路的第一通信调度。在一些实施方案中，第一调度可存储在第一桥接电路的节点控制器和/或桥接控制器的存储器中，并且第一桥接电路可将第一调度提供给第二桥接电路。又如，第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器在操作期间接收信标分组中的第一调度。第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可将第一调度存储在存储器中。第一调度可在系统关闭期间保留在存储器中，并且可用于后续系统启动，如本文。
在步骤2010处，该方法可包括在第一桥接电路处接收第二调度。第二调度可表征与第二底板电子通信的第二组功能电路的第二通信调度。在一些实施方案中，第二调度可存储在第二桥接电路的节点控制器和/或桥接控制器的存储器中，并且第二桥接电路可将第二调度提供给第一桥接电路。又如，第一桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器在操作期间接收信标分组中的第二调度。第一桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可将第二调度存储在存储器中。第一调度可在系统关闭期间保留在存储器中，并且可用于后续系统启动，如本文。
在步骤2012处，可将第一通信调度与第二通信调度进行比较。例如，第一桥接电路和第二桥接电路可将第一调度和第二调度进行比较，以确保在第二监测子系统的功能电路被调度为将数据递送到第二底板的数据通道的同时，第一监测子系统的功能电路未被调度为将数据递送到第一底板的对应数据通道。
在步骤2014处，该方法可包括确定第一调度与第二调度兼容。例如，如果比较结果指示在第二监测子系统的功能电路被调度为将数据递送到第二底板的数据通道的同时，第一监测子系统的功能电路未被调度为将数据递送到第一底板的对应数据通道，则第一桥接电路和第二桥接电路可确定第一调度和第二调度兼容。
在步骤2016处，该方法可包括向第一桥接电路的至少一个第一栅极(例如，发射器330a)提供第一信号并且向第二桥接电路的至少一个第二栅极(例如，发射器330b)提供第二信号，从而激活至少一个第一栅极和至少一个第二栅极，并且促进第一底板与第二底板之间的电子通信。例如，第一桥接电路和第二桥接电路的节点控制器可向第一桥接电路和第二桥接电路的栅极控制器提供数据，以确认第一监测子系统和第二监测子系统的调度兼容。栅极控制器可通过将信号递送到栅极来激活第一桥接电路和第二桥接电路的栅极(例如，发射器330a、330b)，以将栅极设置为在第一操作模式下操作，从而允许从桥接电路传输数据，并且允许在第一监测子系统与第二监测子系统之间传输数据。
在一些实施方案中，第一监测子系统和第二监测子系统的网络ID可用于确定第一监测子系统和第二监测子系统兼容。网络ID还可用于确定第一调度和第二调度是否兼容。
例如，第一桥接电路可为第二桥接电路提供表征第一监测子系统的配置的第一网络ID。第二桥接电路可为第一桥接电路提供表征第二监测子系统的配置的第二网络ID。第一网络ID和第二网络ID可包括对应于第一监测子系统和第二监测子系统的硬件的数据(诸如功能电路和/或底板的唯一ID、底板上的数据通道的数量等)，以及对应于第一监测子系统和第二监测子系统的操作参数(诸如通信调度、波特率等)的数据。第一桥接电路和第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可将第一网络ID与第二网络ID进行比较，以确定第一监测子系统和第二监测子系统的硬件和操作参数是否兼容。如果网络ID指示第一监测子系统和第二监测子系统的硬件和操作参数兼容，则第一桥接电路和第二桥接电路的节点控制器可向第一桥接电路和第二桥接电路的栅极控制器提供数据，以确认第一监测子系统和第二监测子系统的兼容性。栅极控制器可通过将信号递送到栅极来激活第一桥接电路和第二桥接电路的栅极(例如，发射器330a、330b)，以将栅极设置为在第一操作模式下操作，从而允许从桥接电路传输数据，并且允许在第一监测子系统与第二监测子系统之间传输数据。
在第一桥接电路和第二桥接电路的栅极被设置为在第一操作模式下操作之后，第一监测子系统和第二监测子系统的功能电路然后可执行初始化过程以选择主节点，如上文关于图13。主电路可生成和分配第三调度，并且监测递送到底板的数据，如上文关于图14至图17。
在一些实施方案中，当监测子系统通电时，第一桥接电路和第二桥接电路可能无法访问可用于确定第一子系统和第二子系统的硬件和操作参数是否兼容的预先存在的数据(例如，识别数据、网络ID、调度等)。在这种情况下，第一桥接电路和第二桥接电路可使用来自信标分组的数据来确定第一子系统和第二子系统的硬件和操作参数是否兼容。
最初，在系统启动时，耦接到第一底板和第二底板(例如，底板306a、306b)中的每一者的一个或多个功能电路可开始初始化过程以承担仲裁责任并成为主电路，如上文关于图13。在初始化过程结束时，第一监测子系统(例如，监测子系统1801a)可包括第一主电路，并且第二监测子系统(例如，监测子系统1801b)可包括第二主电路。
第一主电路和第二主电路可将第一信标分组和第二信标分组分别递送到第一底板和第二底板的数据通道。信标分组通常可类似于如关于图8的信标分组500。每个信标分组可包括前导码、类型、当前时间、通道数量、波特率、调度标头和调度条目字段。
第一桥接电路的桥接控制器(例如，桥接控制器1703a)可接收第一信标分组，并且第二桥接电路的桥接控制器(例如，桥接控制器1703b)可接收第二信标分组。第一桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可将对应于第一信标分组的字段的数据存储在存储器中。第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可将对应于第二信标分组的字段的数据存储在存储器中。
第一桥接电路的桥接控制器可将第一信标分组递送到第一桥接电路的范围扩展元件(例如，范围扩展元件1705a)。范围扩展元件可放大对应于第一信标分组的信号的功率(例如，电压和/或电流)，并且可将第一信标分组提供给第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器。第二桥接电路的桥接控制器可将第二信标分组递送到第二桥接电路的范围扩展元件(例如，范围扩展元件1705b)。范围扩展元件可放大对应于第二信标分组的信号的功率(例如，电压和/或电流)，并且可将第二信标分组提供给第一桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器。
第一桥接电路和第二桥接电路的桥接控制器和/或节点控制器可比较对应于在第一信标分组和第二信标分组内提供的字段(例如，前导码、类型、当前时间、通道数量、波特率、调度标头和调度条目字段)的数据，以确定第一监测子系统和第二监测子系统是否兼容。
如果第一监测子系统和第二监测子系统被确定为兼容，则第一桥接电路和第二桥接电路的节点控制器可向第一桥接电路和第二桥接电路的栅极控制器提供数据，以确认第一监测子系统和第二监测子系统兼容。栅极控制器可通过将信号递送到栅极来激活第一桥接电路和第二桥接电路的栅极(例如，发射器)，以将栅极设置为在第一操作模式下操作，从而允许从桥接电路传输数据，并且允许在第一监测子系统与第二监测子系统之间传输数据。
在监测子系统进行电子通信之后，主电路中的一个主电路可放弃仲裁能力，使得在第一底板与第二底板之间仅共享一个主电路。例如，如果主电路中的一个主电路检测到信标分组，则该主电路可进入随机退避状态，如上文关于图13所示的步骤1112。在一些实施方案中，前一个主电路可保持随机退避状态并用作从节点，直到其在信标时间片(例如，信标时间片410a)期间未接收到信标分组。如果前一个主电路在信标时间片期间未接收到信标分组，则前一个主电路可承担仲裁责任，从而成为主电路，如关于图13所示的步骤1114。
桥接电路可用于电耦接底板以形成扩展的逻辑总线，使得所有数据在底板之间传输。这允许监测系统跨越在多个位置之间，同时保留使用包括单个底板的监测系统时可用的全部功能。另外，由于所有数据在桥接底板之间共享，因此桥接件允许根据需要在底板之间分配资源(例如，功能电路)。
图24示出了另一个示例性监测系统2100的框图。如例示的示例所示，该监测系统包括可使用桥接电路1710a、1710b电耦接的监测子系统2101a、2101b。耦接元件1807可电耦接桥接电路1710a、1710b。第一监测子系统2101a和第二监测子系统2101b可包括通常可类似于底板306a、306b的底板2106a、2106b。
监测子系统2101a、2101b可包括可耦接到底板2106a、2106b的端口的各种不同功能电路。底板2106a、2106b可以是物理总线、包括物理总线或形成物理总线的一部分。底板2106a、2106b通常可类似于上文关于图4、图20的底板306a、306b。
第一监测子系统2101a包括条件监测电路2102a、网关电路2104a、系统接口电路2108a、功率输入电路2110a、离散输入电路2112a、保护电路2114a、4-20输出电路2116a、继电器电路2118a和桥接电路1710a。第二监测子系统2101b可包括动态输入电路2120b、静态输入电路2122b、继电器电路2118b和PIM电路2110b。如例示的示例所示，出于冗余目的，监测子系统2101a、2101b可经由多个桥接电路1710a、1710b耦接。如果桥接电路中的一个桥接电路发生故障，则另一对桥接电路可用于桥接底板2106a、2106b之间的通信。
如例示的示例所示，监测子系统2101b可主要用于接收模拟传感器数据，数字化传感器数据，并且使用各种输入电路向底板2106b的数据通道提供对应于传感器数据的数据分组。监测子系统2101a可主要用于向监测系统提供更新(例如，经由系统接口电路2108a)，处理传感器数据(例如，使用保护电路2114a)，并且向用户提供经处理的数据(例如，经由网关电路2104a、条件监测电路2102a)。
桥接可允许监测子系统共享共用资源(例如，功能电路)，这可在设计和安装监测系统时提供灵活性。例如，监测子系统2101b可远程安装在工业设备附近，使得输入电路可接收传感器数据，而监测子系统2101a可安装在可更方便或更容易访问的另一个位置处。将监测子系统安装在待监测的工业设备附近还可降低从传感器到输入电路的运行电缆的成本，以及可通过减少暴露于噪声和接地环路来改善从传感器递送到输入电路的信号的质量。例如，接地环路被描述为由电路的处于不同接地参考电压而不是相同接地参考电压下的部分产生的干扰。接地环路可导致信号内产生不期望的信号退化和/或噪声。监测子系统2101b可利用安装在监测子系统2101a上的资源(例如，条件监测电路2102a、网关电路2104a、系统接口电路2108a、PIM电路2110a、离散输入电路2112a、保护电路2114a、4-20输出电路2116a、继电器电路2118a)。
图25示出了另一个示例性监测系统2200的框图。如例示的示例所示，监测系统2200包括可经由桥接电路1701a、1701b、1701c电耦接的监测子系统2201a、2201b、2201c。监测子系统2201a、2201b、2201c可包括可经由桥接电路1701a、1701b、1701c耦接的底板2206a、2206b、2206c。底板2206a、2206b、2206c通常可类似于底板2106a、2106b。耦接的底板2206a、2206b、2206c形成扩展逻辑总线。
监测子系统2201a、2201b、2201c可包括可耦接到相应底板的各种监测电路。监测子系统2201a可包括条件监测电路2102a、网关电路2104a、系统接口电路2108a、离散输入电路2112a、继电器电路2118a、PIM电路2110a和桥接电路1710a。监测子系统2201b可包括保护电路2114b、动态输入电路2120b、4-20输出电路2116b、继电器电路2118b、功率输入电路2110b和桥接电路1710b。监测子系统2201c可包括动态输入电路2120c、PIM电路2110c、继电器电路2118c和桥接电路1710c。
在一些实施方案中，监测子系统2201b可用作主监测子系统。例如，监测子系统2201b可本地定位在工业设备的关键部件附近。4-20输出电路2116b可被配置为输出模拟传感器数据，这可允许本地用户对动态输入电路和/或耦接到监测子系统2201b的动态输入电路的传感器的操作进行故障诊断，以确保监测子系统2201b正常运行。在一些实施方案中，监测子系统2201c可远程安装在另一个工业系统附近。监测子系统2201a可主要用于向监测系统提供更新(例如，经由系统接口电路2108a)，并且向用户提供经处理的数据(例如，经由网关电路2104a和条件监测电路2102a)。例如，网关电路2104a可用于向可信用户(例如，装置操作者)提供数据并从可信用户(例如，装置操作者)接收数据。不能将数据分组递送到底板2206a的条件监测电路可用于向不可信用户(例如，远程技术支持操作者)提供表征工业系统的操作的数据。
桥接可允许监测子系统共享共用资源，这可在设计和安装监测系统时提供灵活性。例如，监测子系统(例如，监测子系统2201c)可远程安装在工业设备附近，使得输入电路可接收传感器数据，而其他监测子系统(例如，监测子系统2201b)可安装在可更方便或更容易访问或具有对监测更关键的系统的另一个位置处。将监测子系统安装在待监测的工业设备附近还可降低从传感器到输入电路的运行电缆的成本，以及可通过减少暴露于噪声和接地环路来改善从传感器递送到输入电路的信号的质量。。由于监测系统可共享共用资源，因此桥接还可允许监测系统更节省成本地扩展。例如，可将监测子系统(例如，监测子系统XC)添加到监测系统以监测工业设备的可能不是关键的或者原本可能对监测而言成本过高的操作。
在一些实施方案中，以太网网络可用于促进功能电路之间的通信，而不是使用无源底板(例如，底板306a、306b、2106a、2106b等)来促进监测系统的功能电路之间的通信。在一些实施方案中，以太网协议诸如TCP/IP和/或TSN可用于促进和控制功能电路之间的通信。
图26示出了另一个示例性监测系统2300的框图，该监测系统利用TSN以太网协议来促进监测系统2300的功能电路之间的通信。如例示的示例所示，监测系统2300包括传感器输入子系统2302、集线柜2304和仪器柜2306。传感器输入子系统2302可被配置为从传感器2308接收信号，传感器被配置为测量工业系统2310的操作参数，并且向集线柜2304提供表征传感器测量结果的数字信号。集线柜2304可被配置为向控制系统(例如，客户控制系统212)提供警报/报警，并且促进仪器柜2306与传感器输入子系统2302之间的通信。仪器柜2306可被配置为处理传感器数据，接收更新并将更新分配到监测系统2300，并且向用户提供表征工业系统2310的操作的数据。
如图26所示，传感器输入子系统2302可包括接线盒2312和导管2314，该接线盒被配置为接收传感器信号，该导管可容纳在接线盒2312之间延伸并延伸到集线柜2304的耦接元件2316(例如，以太网电缆)。接线盒2312可被配置为从传感器接收信号，调节信号，并且向集线柜2304提供表征传感器测量结果的数字信号。在一些实施方案中，传感器2308可被配置为提供模拟信号、离散信号和/或数字信号流。
图27示出了接线盒2312内的部件的详细视图。如图27所示，接线盒2312可包括可与传感器2308和输入电路2320电子通信的多个信号调节器2318。接线盒2312还可包括可电耦接到信号调节器2318和输入电路2320的电源2319。电源2319可被配置为向信号调节器2318和输入电路2320供电。信号调节器2318可被配置为从传感器2308接收信号，调节信号的电压和/或电流，并且向输入电路2320提供经调节的信号。
根据由传感器2308提供的信号的类型，输入电路2320可被配置为从信号调节器2318接收经调节的信号，将信号转换为数字信号，调节离散信号的电压和/或电流，调节数字信号流的电流和/或电压，并且经由耦接元件向集线柜2304提供经调节的数字信号。
如例示的示例所示，集线柜可包括继电器电路2322、电源2324、信号屏障2326和电缆耦接件2328a。电源2324可电耦接到继电器电路2322。电源2324可被配置为向继电器电路2322a提供电力。信号屏障2326可用于防止潜在危险的信号传输到传感器输入系统2302。例如，如果传感器输入子系统2302定位在包含可燃气体的环境内，则信号屏障2326可被配置为防止超过预先确定的电压和/或电流的信号递送到传感器输入子系统2302。继电器电路2322a可经由耦接元件2327a和信号屏障2316电耦接到传感器输入子系统2302。继电器电路2322a还可电耦接到电缆耦接件2328a，使得其与仪器柜2306内的功能电路电子通信。
仪器柜2306可包括保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334、网关电路2336和电缆耦接件2328b。电源2324还可向仪器柜2306内的保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336提供电力。保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336的功能通常可类似于如本文的其他保护电路、继电器电路、4-20输出电路、系统接口电路和网关电路。耦接元件2327b可从电缆耦接件2328b延伸到保护电路2330a和网关电路2336。耦接元件2327b还可在保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336之间延伸，使得保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336可电耦接在电缆耦接件2328b之间。
仪器柜2306可经由耦接元件2338电耦接到集线柜2304。在一些实施方案中，耦接元件2338可以是可在集线柜2304和仪器柜2306的电缆耦接件2328a、2328b之间延伸的光纤电缆。电缆耦接件2328a、2328b可被配置为用作集线柜2304和仪器柜2306内的耦接元件2327a、2327b与在集线柜2304与仪器柜2306之间延伸的耦接元件2338之间的接口。
在操作中，传感器输入子系统2302可将表征传感器测量结果的数字信号提供给集线柜2304。数字信号可通过集线柜2304内的耦接元件2327行进到继电器电路2322。数字信号也可经由电缆耦接件2328a、2328a以及在它们之间延伸的耦接元件2338提供给仪器柜2306。在仪器柜2306内，数字信号可被提供给保护电路2330、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336。
在一些实施方案中，输入电路可定位在利用TSN以太网协议来促进监测系统的功能电路之间的通信的监测系统的集线柜内。图28示出了利用TSN以太网协议来促进监测系统的功能电路之间的通信的另一个示例性监测系统2400的框图。监测系统2400通常可类似于图26所示的监测系统2300，但可包括定位在集线柜2404内的输入电路。
如例示的示例所示，监测系统2400包括传感器输入子系统2402、集线柜2404和仪器柜2406。传感器输入子系统2402可被配置为从传感器2308接收信号，传感器被配置为测量工业系统2310的操作参数，调节传感器信号，并且将表征传感器测量结果的经调节的传感器信号提供给集线柜2404。集线柜2404可被配置为接收经调节的传感器信号并且将表征传感器测量结果的数字信号提供给仪器柜2406。集线柜2404还可被配置为向控制系统(例如，客户控制系统212)提供警报/报警，并且促进仪器柜2306与传感器输入子系统2302之间的通信。仪器柜2406可被配置为处理传感器数据，接收更新并将更新分配到监测系统24000，并且向用户提供表征工业系统2310的操作的数据。
传感器输入子系统2402可包括接线盒2412和导管2414，该接线盒可被配置为接收传感器信号，该导管可容纳在接线盒2412之间延伸并延伸到集线柜2404的耦接元件2416(例如，以太网电缆)。接线盒2412通常可类似于接线盒2312，但不包括输入电路。接线盒2412可被配置为从传感器2308接收信号，调节传感器信号，并且经由耦接元件2416将表征传感器测量结果的经调节的传感器信号提供给集线柜2404。在一些实施方案中，耦接元件2416可以是模拟场线材。
集线柜2404可包括输入电路2320、电源2324、继电器电路2322、信号屏障2326和电缆耦接件2328a。电源2324可电耦接到仪器柜2406内的输入电路2320、继电器电路2322a和其他功能电路。信号屏障2326可耦接到耦接元件2416。输入电路2320可经由在输入电路2320中的每一个输入电路与信号屏障2326之间延伸的耦接元件2417耦接到接线盒2412。输入电路2320和继电器电路2322a可经由在输入电路2320a中的每一个输入电路、继电器电路2322a与线缆耦接件2328a之间延伸的耦接元件2327a电耦接。
仪器柜2406可包括保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334、网关电路2336和电缆耦接件2328b。电源2324可向仪器柜2306内的保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336提供电力。耦接元件2327b可从电缆耦接件2328b延伸到保护电路2330a和网关电路2336。耦接元件2327b还可在保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336之间延伸，使得保护电路2330a、2330b、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336可电耦接。
仪器柜2406可经由耦接元件2438电耦接到集线柜2406。在一些实施方案中，耦接元件2338可以是可在集线柜2404和仪器柜2406的电缆耦接件2328a、2328b之间延伸的光纤电缆。电缆耦接件2328a、2328b可被配置为用作集线柜2404和仪器柜2406内的耦接元件2327a、2327b与在集线柜2404与仪器柜2406之间延伸的耦接元件2438之间的接口。
在操作中，传感器输入子系统2402可将表征传感器测量结果的经调节的信号提供给集线柜2304。输入电路2320可接收经调节的信号。输入电路2320可基于经调节的信号生成数字信号，并且经由电缆耦接件2328a、2328a以及在它们之间延伸的耦接元件2438将数字信号提供给继电器电路2322a和仪器柜2406。在仪器柜2306内，数字信号可被提供给保护电路2330、继电器电路2322b、4-20输出电路2332、系统接口电路2334和网关电路2336。
传统监测系统在灵活性和可扩展性方面可能受到限制。另外，安装的成本和复杂性可能会给想要监测低成本和/或低优先级部件/系统的用户造成显著的进入障碍。通过利用可以可拆卸地耦接到底板的功能电路，可调节和/或扩展本文的监测系统的性能以适合各个监测需求。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板来增加处理能力。另外，利用桥接电路促进多个底板之间的通信可允许监测系统的监测子系统共享共用资源，这可在设计和安装监测系统时提供灵活性。例如，监测子系统(例如，监测子系统2101b)可远程安装在工业设备附近，使得输入电路可接收传感器数据，而其他监测子系统(例如，监测子系统2101a)可安装在可更方便或更容易访问的另一个位置处。将监测子系统安装在待监测的工业设备附近还可降低从传感器到输入电路的运行电缆的成本，以及可通过减少暴露于噪声和接地环路来改善从传感器递送到输入电路的信号的质量。由于监测系统可共享共用资源，因此桥接还可允许监测系统更节省成本地扩展。例如，可将监测子系统(例如，监测子系统2201c)添加到监测系统以监测工业设备的可能不是关键的或者原本可能对监测而言成本过高的操作。
本文主题的示例性技术效果可包括能够桥接监测系统的多个底板以创建扩展的逻辑总线。扩展的逻辑总线允许监测系统跨越在多个位置之间，同时保留使用包括单个底板的监测系统时可用的全部功能。另外，由于所有数据在桥接底板之间共享，因此桥接件允许根据需要在底板之间分配资源(例如，监测电路)。例如，监测子系统可远程安装在工业设备附近，使得输入电路可接收传感器数据，而其他监测子系统可安装在可更方便或更容易访问的另一个位置处。将监测子系统安装在待监测的工业设备附近还可降低从传感器到输入电路的运行电缆的成本，以及可通过减少暴露于噪声和接地环路来改善从传感器递送到输入电路的信号的质量。
在一些实施方案中，监测系统可利用具有专用数据通道的底板，专用数据通道仅从一个输入电路接收数据。因此，如果数据通道在操作期间发生故障，则该故障的影响可限于被配置为将数据递送到该特定数据通道的单个监测电路。图29示出了利用专用数据通道来促进监测电路2510之间的通信的监测系统2500的示例性实施方案的一部分的框图。
监测系统2500可包括任何数量的监测电路2510，这些功能电路可经由底板2506的端口2508可拆卸地耦接到底板2506。如例示的示例所示，监测系统包括输入电路2550、保护电路2552、系统接口电路2554、条件监测电路2556、4-20输出电路2561、继电器电路2558和网关电路2559。在一些实施方案中，输入电路2550可以是例如动态输入电路。底板可以是物理总线、包括物理总线或形成物理总线的一部分。在一些实施方案中，底板可具有可用于识别底板的唯一ID。底板可以是无源底板，该无源底板被配置为促进耦接到底板的功能电路之间的多点异步电子通信。因此，递送到底板的所有数据可由耦接到底板2506的所有功能电路2510接收。
在例示的示例中，底板包括一组输入数据通道2512a、一组保护数据通道2512b和至少一个系统数据通道2512c。保护数据通道2512b和输入数据通道2512a可以是单向串行通信通道。输入数据通道2512a中的每一个输入数据通道可被配置为从耦接到端口的输入电路2550接收数据分组，该端口可被配置为有利于将数据递送到对应的监测通道。如例示的示例所示，每个输入数据通道2512a可从单个输入电路2550接收数据分组。每个输入数据通道2512a可与端口2508电子通信，该端口被配置为接收输入电路2550、保护电路2552、系统接口电路2554、条件监测电路2556、4-20输出电路2561、继电器电路2558和网关电路2559。
在一些实施方案中，所有输入、保护和系统数据通道2512a、2512b、2512c可电耦接到端口中的每一个端口。然而，为清楚起见，在图29至图34中省略了端口2508与输入、保护和系统数据通道2512a、2512b、2512c之间的未使用的连接。
保护数据通道2512b可用于向可信系统/用户提供表征被监测工业设备的操作的警报和/或其他数据。如例示的示例所示，保护数据通道2512b中的每一个保护数据通道可与端口电子通信，该端口被配置为耦接到保护电路，使得保护数据通道被配置为从保护电路接收数据分组。所有保护数据通道2512b可与端口电子通信，这些端口被配置为接收继电器电路2558，使得由保护电路提供的警报信号可被提供给可信系统(例如，客户控制系统212)。
输入数据通道2512a和保护数据通道2512b中的每一者可以是专用数据通道，使得输入数据通道2512a和保护数据通道2512b中的每一者被配置为分别从一个输入电路2550和一个保护电路2552接收数据。
系统数据通道2512c可以是双向串行通信通道。系统数据通道2512c可用作系统接口电路的通信通道，以执行功能电路中的任何功能电路的更新操作参数、操作阈值或配置。系统数据通道2512c还可允许系统接口电路调节或设置保护电路的警报条件以及继电器电路2558的致动条件。系统数据通道2512c可与底板的所有端口电子通信，使得耦接到每个端口的功能电路可将数据分组递送到系统数据通道2512c并从该系统数据通道接收数据分组。在一些实施方案中，系统数据通道2512c可以是可由系统接口电路2554控制的命令/响应通道，如下文更详细地描述。
每个输入电路2550可与输入数据通道2512a中的一个输入数据通道以及与系统数据通道2512c电子通信。输入电路2550可被配置为接收传感器信号，对传感器信号执行信号调节，并且将经调节的传感器信号输出到底板的输入数据通道2512a。输入电路2550还可被配置为从系统数据通道2512c接收数据分组，以及在被命令时向系统数据通道2512c提供数据分组。在一些实施方案中，输入电路可为由监测系统支持的不同传感器提供各种耦接接口。
图30示出了输入电路2550的放大视图。如例示的示例所示，输入电路2550可包括电路控制器2520a和节点2522a，该节点被配置为促进和控制电路控制器与底板之间的电子通信。电路控制器2520a通常可类似于电路控制器320。电路控制器2520a可被配置为从传感器接收模拟传感器信号并且以固定速率将模拟传感器信号转换为数字信号。电路控制器2520a还可被配置为归一化数字信号并且将归一化的数字信号提供给底板上的对应输入数据通道(例如，经由节点2522a)。在一些实施方案中，电路控制器2520可被配置为过滤模拟传感器信号，以为数字化的传感器信号的输出速率提供混叠保护。电路控制器2520a还可与智能传感器(例如，换能器)通信以接收资产数据并向换能器发出命令。在一些实施方案中，输入电路还可向传感器提供电力。
输入电路2550的每个节点2522a可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528以及发射器2530。调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528以及发射器2530通常可类似于调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326、栅极对328和发射器330。栅极对2528可包括发射器和接收器。节点控制器2524可用作电路控制器2520a与栅极控制器2526、发射器330和/或接收器332之间的接口。例如，节点控制器2524可配置为控制使用例如分组过滤技术将哪些数据从系统数据通道2512c传输到电路控制器2520a。在一些实施方案中，节点控制器2524可被配置为从电路控制器2520a接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器2526，以将数据递送到底板2506的输入数据通道2512a。
在一些实施方案中，调度控制器2534可被配置为管理从输入电路2550到输入数据通道2512a和/或串行数据通道的通信的定时。例如，在一些实施方案中，可使用时分复用将数据分组递送到输入数据通道2512a。调度控制器2534可生成可由节点控制器2524和/或栅极控制器2526管理的调度和/或算法，以实现数据分组的成功递送。调度通常可类似于上文关于图4、图7至图9的调度。利用时分复用可允许多个输入电路2550将数据递送到单个输入数据通道2512a，同时消除或减轻数据分组之间的冲突。
栅极对2528可被配置为促进输入电路2550与底板306的系统数据通道2512c之间的电子通信。在一些实施方案中，栅极对2528可以是半双工收发器或全双工收发器。每个栅极控制器2526可被配置为控制发射器2530以及栅极对2528的发射器和接收器的操作。
图31示出了系统接口电路2554的放大视图。系统接口电路2554可与输入数据通道2512a中的一个输入数据通道以及与系统数据通道2512c电子通信。系统接口电路2554可被配置为能够调节耦接到底板的功能电路的操作参数。如例示的示例所示，系统接口电路2554可包括电路控制器2520b和节点2522b，该节点被配置为启用和控制电路控制器2520b与底板的系统数据通道2512c之间的电子通信。系统接口电路的电路控制器2520b可用于启用功能电路中的任何功能电路的配置、用于保护工业设备的警报条件以及用于致动继电器电路2558的条件。在一些实施方案中，系统接口电路2554的电路控制器2520b可耦接到控制系统和/或HMI(例如，HMI220)。可信用户诸如装置操作者可经由控制系统和/或HMI向系统接口电路2554的电路控制器2520b提供配置数据，并且系统接口电路2554可向底板2506的系统数据通道2512c提供表征配置数据的数据分组。
系统接口电路2554的节点2522b可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526和栅极对2528。调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528和发射器2530通常可类似于调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326、栅极对328。栅极对2528可包括发射器和接收器。在一些实施方案中，栅极对2528可以是半双工收发器或全双工收发器。节点控制器2524可用作电路控制器2520b与栅极控制器2526和/或栅极对2528之间的接口。在一些实施方案中，节点控制器2525可被配置为从电路控制器2520b接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器2526，以将数据递送到底板2506的系统数据通道2512c。
栅极对2528可被配置为促进系统接口电路与底板的系统数据通道2512c之间的电子通信。每个栅极控制器2526可被配置为控制发射器以及栅极对2528的发射器和接收器的操作。
在一些实施方案中，系统接口电路2554可与与系统数据通道2512c电子通信的其他监测电路2510成主/从关系。因此，系统接口电路2554可将命令递送到输入电路2550、保护电路2552、继电器电路2558、网关电路2559和4-20输出电路2561，从而命令来自输入电路2550、保护电路2552、继电器电路2558、网关电路2559和4-20输出电路2561的响应。输入电路2550、保护电路2552、继电器电路2558、网关电路2559和4-20输出电路2561可接收命令，并且基于响应将数据递送到系统数据通道2512c。又如，在一些实施方案中，如果输入数据通道2512a和/或保护数据通道2512b被配置为各自分别从多于一个输入电路2550和保护电路2552接收数据，则调度控制器2534可被配置为生成确定输入电路2550和/或保护电路2552中的每一者何时可将数据递送到系统数据通道2512c的通信调度。调度通常可类似于上文关于图4、图7至图9的调度。调度控制器2534可生成调度并且经由节点控制器2524和/或栅极控制器2526将该调度递送到系统数据通道2512c。与系统数据通道2512c电子通信的监测电路2510可接收调度，并且基于它们已分配的时间片来将数据分组递送到系统数据通道2512c。
在一些实施方案中，如果多个监测电路在单个数据通道上通信(例如，使用时分复用)，则系统接口电路2554可被配置为监测所有数据通道。
图32示出了保护电路2552的放大视图。保护电路可被配置为监测提供给输入数据通道2512a的传感器数据。保护监测系统还可被配置为基于传感器数据来确定正被监测的工业设备的状态(例如，正常、报警、危险等)。如例示的示例所示，保护电路2552可包括电路控制器2520c和节点2522c，该节点被配置为促进和控制电路控制器2520c与底板2506的系统数据通道2512c、保护数据通道和输入数据通道2512a之间的电子通信。
电路控制器2520c可被配置为从底板2506的输入数据通道2512a检索任何数据分组(例如，对应于传感器测量结果的数据分组)(例如，经由节点2522c)，分析所检索的数据分组，并且将此类分析的结果提供给底板2506的保护数据通道2512b中的一个数据通道(例如，经由节点2522c)。例如，保护电路2552的电路控制器2520c还可被配置为实时地将从底板2506接收的数据与预先确定的警报条件进行比较，并且单独地或组合地确定任何所测量的操作参数或变量的状态(例如，正常、报警、危险等)。随后可将所确定的状态输出到底板2506的保护数据通道2512b中的一个或多个保护数据通道。保护电路2552还可被配置为从系统数据通道2512c接收数据分组，以及在被命令时(例如，在被调度进行通信时)向系统数据通道2512c提供数据分组。
保护电路的每个节点2522c可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526以及栅极对2528、发射器2530和接收器2532。调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528、发射器2530和接收器2532通常可类似于调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326、栅极对328、发射器330和接收器332。栅极对2532可包括发射器和接收器。在一些实施方案中，栅极对2528可以是半双工收发器或全双工收发器。节点控制器2524可用作电路控制器2520c与栅极控制器2526和/或栅极和栅极对之间的接口。例如，节点控制器2524可配置为控制使用例如分组过滤技术将哪些数据从输入数据通道2512a传输到电路控制器2520c。在一些实施方案中，节点控制器2524可被配置为从电路控制器2520c接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器2526，以将数据递送到底板2506的系统数据通道2512c。
栅极对2528可被配置为促进保护电路2552与系统数据通道2512c之间的电子通信。接收器2532可被配置为促进保护电路2552与输入数据通道2512a之间的通信。发射器2530可被配置为有利于将数据分组(例如，对应于警报)递送到保护数据通道2512b中的一个或多个保护数据通道。每个栅极控制器2526可被配置为控制发射器2530、接收器2532和栅极对2528的操作。
如图29、图30和图32所示，每个输入电路2550配置为将数据递送到不同的输入数据通道2512a，并且每个保护电路2552被配置为将数据递送到不同的保护数据通道2512b。因此，输入数据通道2512a和保护数据通道2512b中的每一者分别专用于单个输入电路2550和保护电路2552。
图33示出了继电器电路2558的放大视图。继电器电路2558可被配置为从保护数据通道2512b接收状态数据(例如，由保护电路提供的数据)，并且将信号递送到可信系统(例如，客户控制系统212)以警示装置操作者与工业系统的操作相关的潜在问题，并且/或者触发工业系统的关闭。在一些实施方案中，继电器电路2558中的一个或多个继电器电路可以是保护故障继电器，并且当用户已将系统置于损害保护的操作模式下时还将提供报警或指示。
如例示的示例所示，继电器电路2558可包括电路控制器2520d和节点2522d，该节点被配置为促进和控制电路控制器2520d与系统数据通道2512c以及保护数据通道2512b中的每一个保护数据通道之间的电子通信。继电器电路2558的电路控制器2520d可被配置为(例如，经由节点2522d)从底板2506的保护数据通道2512b检索状态数据(例如，由保护电路递送的数据)并且基于系统状态致动。在一个示例中，继电器电路2558的电路控制器2520d可基于单个状态致动。在另一个示例中，继电器电路2558可基于组合两个或更多个状态的布尔表达式(例如，和/或表决)致动。在一些实施方案中，在致动时，继电器电路2558可被配置为将监测信号(例如，监测信号106s)递送到控制系统(例如，客户控制系统212)。然后，控制系统可停止被监测设备的操作以防止损坏或故障。
继电器电路2558的每个节点2522d可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526以及栅极对、发射器2530和接收器2532。调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528、发射器2530和接收器2532通常可类似于调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326、栅极对328、发射器330和接收器332。在一些实施方案中，栅极对2528可以是半双工收发器或全双工收发器。节点控制器2524可用作电路控制器2520d与栅极控制器2526、发射器2530、接收器2532和/或栅极对2528之间的接口。例如，节点控制器2524可被配置为使用例如分组过滤技术来控制将哪些数据从保护数据通道2512b递送到电路控制器2520d。在一些实施方案中，节点控制器2524可被配置为从电路控制器2520d接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器2526，以将数据递送到底板2506的系统数据通道2512c。
图34示出网关电路2559的放大视图。如例示的示例所示，网关电路2559可包括电路控制器2520e和节点2522e，该节点被配置为启用和控制电路控制器2520e与系统数据通道2512c以及保护数据通道2512b中的每一个保护数据通道之间的电子通信。网关电路2559可启用柔性监测系统202与可信系统(诸如HMI 220、客户历史库216和客户控制系统212)之间的通信。例如，保护电路2552可将表征机器(例如，机器102)的操作的数据递送到网关电路2559。网关电路2559可将数据提供给可信用户和/或系统(例如，HMI 220、客户历史库216和客户控制系统212)。在一些实施方案中，网关电路2559还可用作输入电路。例如，可信用户和/或系统(诸如HMI 220、客户历史库216和客户控制系统212)可将数据提供到网关电路，并且网关电路2559可将数据递送到底板2506，使得数据可用于其他功能电路。例如，可信用户可将数据递送到网关电路2559，以请求保护电路2552对传感器数据执行某些分析。在一些实施方案中，如果网关电路2559可包括发射器，使得网关电路可接收请求并将表征请求的数据递送到底板2506。
网关电路2559的每个节点2522e可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526以及栅极对2528和接收器2532。调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528、发射器2530和接收器2532通常可类似于调度控制器334、节点控制器324、栅极控制器326、栅极对328、发射器2530和接收器2532。栅极对2528可包括发射器和接收器。在一些实施方案中，栅极对可以是半双工收发器或全双工收发器。节点控制器2524可用作电路控制器2520e与栅极控制器2526、接收器2532和/或栅极对2528之间的接口。例如，节点控制器2524可被配置为使用例如分组过滤技术来控制将哪些数据从保护数据通道2512b递送到电路控制器2520e。在一些实施方案中，节点控制器2524可被配置为从电路控制器2520e接收信号，将信号编码成位，并且将对应于编码位的信号(例如，数据分组)递送到栅极控制器2526，以将数据递送到底板2506的系统数据通道2512c。
图35示出条件监测电路2556和4-20输出电路2561的放大视图，该条件监测电路和该输出电路两者可被配置为输出4-20mA记录输出。条件监测电路2556和4-20输出电路2561可被配置为将监测信号输出为4-20mA记录器输出。条件监测电路2556可被配置为接收递送到输入数据通道2512a、保护数据通道2512b和系统数据通道2512c的所有数据。
如例示的示例所示，条件监测电路2556可包括电路控制器2520f和节点2522f，该节点被配置为启用和控制电路控制器2520f与系统数据通道2512c以及输入数据通道2512a的每个输入数据通道之间的电子通信。条件监测电路2556的节点2522f可包括节点控制器2524、栅极控制器2526和接收器2532。然而，条件监测电路2556的节点2522f不包括发射器。由于缺少发射器，4-20功能电路2556的节点2522可能无法将数据递送到输入数据通道2512a、保护数据通道2512b和系统数据通道2512c。
4-20输出电路2561可被配置为接收递送到保护数据通道2512b和系统数据通道2512c的所有数据。如例示的示例所示，4-20输出电路2561可包括电路控制器2520g和节点2522g，该节点被配置为启用和控制电路控制器2520g与系统数据通道2512c以及保护数据通道2512b中的每一个保护数据通道之间的电子通信。4-20输出电路2561的节点2522g可包括节点控制器2524、栅极控制器2526和接收器2532。节点控制器2524、栅极控制器2526和接收器2532通常可类似于节点控制器324、栅极控制器326和接收器332。
如图29至图34所示，输入电路2550中的每一个输入电路的发射器2530电耦接到不同的输入数据通道2512a。因此，输入电路2550中的每一个输入电路将数据分组递送到与其他输入电路2550不同的输入数据通道2512a。类似地，保护电路2552的发射器2530电耦接到不同的保护数据通道2512b。因此，保护电路2552中的每一个保护电路将数据分组递送到与其他输入电路2550不同的保护数据通道2512b。通过将不同的输入数据通道2512a和保护数据通道2512b分别耦接到每个输入电路2550和保护电路2552，在将数据递送到底板2506时不存在冲突风险。由于输入数据通道2512a和保护数据通道2512b不分别从多个输入电路2550和保护电路2552接收输入，因此可简化控制到底板2506的数据递送的通信协议。例如，在一些实施方案中，不需要调度来自输入电路2550和保护电路2552的通信。
在一些实施方案中，从输入电路2550和保护电路2552接收数据分组的数据通道可由底板2506的端口2508确定。图36示出了监测系统2500的底板2506的顶视图。如例示的示例所示，每个端口包括第一输入链路2562和第二输入链路2564。输入链路2562中的每一个输入链路可与不同于其他输入链路2562的输入数据通道2512a电子通信。每个端口还可包括第一组输出链路2566和第二组输出链路2568以及系统链路2570。在图36中，第一组输出链路2566和第二组输出链路2568分别沿着输入数据通道2512a和保护数据通道2512b示出。输出链路2566、2568中的每一个输出链路可分别与对应的输入数据通道2512a和保护数据通道2512b电子通信。因此，耦接到端口2508的所有功能电路2510可从所有数据通道2512a、2518b、2512c接收数据。系统链路2570可与系统数据通道2512c电子通信并且可被配置为促进与系统数据通道2512c的双向串行通信。
参见图29至图36，在例示的示例中，输入电路2512耦接到端口2508a，保护电路2552耦接到端口2508b，继电器电路2558、网关电路2559和4-20输出电路耦接到端口2508c，条件监测电路2556耦接到端口2508d，并且系统接口电路耦接到端口2508e。然而，由于每个端口2508包括输入链路2562、2564、输出链路2566、2568和系统链路2570，因此功能电路2510可耦接到底板2506的任何给定端口2508。在图29至图36中，输入电路2550的发射器2530可电耦接到端口2508a的输入链路2562，并且保护电路2552的发射器2530可电耦接到端口2508b的输入链路2564。
图37示出了例示监测系统2500的各个部件之间的示例性通信的数据流程图2600。在步骤2602处，输入电路可将表征传感器测量结果的数据分组递送到相应的输入数据通道2512a(例如，经由端口2508a的第一输入链路2562)。在步骤2604处，保护电路2552可从输入数据通道2512a接收数据分组。在步骤2606处，条件监测电路2556可从输入数据通道2512a接收数据分组。
保护电路2552可分析和处理来自输入数据通道的数据。例如，保护电路2552可基于传感器测量结果来确定机器的操作状态。在步骤2608处，保护电路2552可将此类分析的结果提供给保护数据通道2512b(例如，经由端口2508b的第二输入链路2564)。在步骤2610、2612、2614、2616、2618处，继电器电路2558、网关电路2559、4-20输出电路2561和条件监测电路2556可分别从保护数据通道2512b接收数据。
基于机器的状态，继电器电路2558可将信号递送到控制系统(例如，客户控制系统212)。然后，控制系统可停止被监测设备的操作以防止损坏或故障。在一些实施方案中，条件监测电路2556可对从输入数据通道2512a和保护数据通道2512b接收的数据执行进一步分析。条件监测电路2556可将来自输入数据通道2512a和保护数据通道2512b的数据提供给不可信用户或系统(例如，远程技术支持操作者和条件监测系统214)。网关电路2559可将来自保护数据通道2512b的数据提供给可信系统，诸如HMI 220、客户历史库216和客户控制系统212。4-20输出电路可将数据从保护数据通道2512b提供给可信用户(例如，装置操作者)。在操作期间，系统接口电路2554可将数据分组递送到系统数据通道2512c，以调节耦接到底板的功能电路2510的操作参数和/或从耦接到底板2506的其他功能电路2510中的每一个功能电路请求状态更新。可信用户诸如装置操作者可经由控制系统和/或HMI向系统接口电路2554的电路控制器2520b提供配置数据，并且系统接口电路2554可向底板2506的系统数据通道2512c提供表征配置数据的数据分组。输入电路2550、保护电路2552、继电器电路2558、网关电路2559、4-20输出电路2561和条件监测电路2556可从系统数据通道2512c接收数据，基于接收到的数据更新操作参数，并且/或者如果请求将状态响应提供给系统数据通道2512c。
周期性地，监测系统2500的每个功能电路2510可执行自测试以评估内部处理器、存储器和/或其他电路的状态。功能电路还可确定当前操作状态。功能电路中的每一个功能电路可将自测试的结果递送到系统数据通道2512c，以提供将在系统数据通道2512c上发送并且可在各种数据通道上发送的状态。系统接口电路2554还可在系统级别上提供附加级别的分析。包括利用遥测数据(系统温度、使用时间、供电电压)、配置变化、网络性能信息进行健康分析。系统接口电路2554可将表征健康分析的结果的数据递送到系统数据通道2512c，使得每个功能电路可接收数据。
在一些实施方案中，监测系统可被配置为将数据递送到本地显示器，使得可将数据显示给装置操作者。在其他实施方案中，可使用工业协议传输数据，使得数据可用于在HMI上呈现。数据可包括当前值、状态和/或测量值的趋势。
在一些实施方案中，系统接口电路2554、网关电路2559和/或条件监测电路2556可包括短程无线通信部件，使得系统接口电路2554、通信网关和/或条件监测电路2556中的每一者可被配置为与用户设备无线通信。在一些实施方案中，系统接口电路2554、通信网关和/或条件监测电路可向用户设备(诸如平板电脑、膝上型电脑、智能电话等)提供健康信息。在一些实施方案中，系统可包括4-20mA记录器输出。
通过利用不同的输入数据通道2512a和保护数据通道2512b分别从每个输入电路2550和保护电路2552接收数据，在将数据递送到底板2506时不存在冲突风险。由于输入数据通道2512a和保护数据通道2512b不分别从多个输入电路2550和保护电路2552接收输入，因此可简化控制到底板2506的数据递送的通信协议。例如，在一些实施方案中，不需要调度来自输入电路2550和保护电路2552的通信。另外，通过分离输入数据通道2512a和保护数据通道2512b的功能，可简化每个功能电路2510的节点2522的电路，使得可更有效地设计和构造该电路。
在一些实施方案中，监测系统的底板可包括专用数据通道，这些专用数据通道未被功能分开，但是仍被配置为接收从单个监测电路输入的数据。图38示出监测系统2700的另一个示例性实施方案的一部分的框图。
监测系统2700可包括任何数量的功能电路2710，这些功能电路可经由底板2706的端口2708可拆卸地耦接到底板2706。如例示的示例所示，监测系统2700包括输入电路2750、保护电路2752、系统接口电路2754、继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756。输入电路2750、保护电路2752、系统接口电路2754、继电器电路2578、4-20输出电路2761和条件监测电路2756通常可类似于本文关于图29至图36的保护电路2552、系统接口电路2554、继电器电路2558、4-20输出电路2561和条件监测电路2556，除了每一者的节点之间有一些轻微差异之外，如下文更详细地描述。
在例示的示例中，底板包括一组数据通道2712a和至少一个系统数据通道2712c。数据通道2712a可起到与输入数据通道2512a和保护数据通道2512b相同的作用。系统数据通道2712c的功能通常可类似于系统数据通道2512c。输入数据通道2712a中的每一个输入数据通道可被配置为从耦接到端口2708的输入电路2750接收数据分组，该端口可被配置为有利于将数据递送到对应的数据通道2712a。如例示的示例所示，每个数据通道2712a可从单个输入电路2550或单个保护电路2752接收数据分组。所有数据通道2712a和系统数据通道2712c可电耦接到端口2708中的每一个端口。然而，为清楚起见，在图38至图42中省略了端口2708与数据通道2712a和/或系统数据通道2712c之间的未使用的连接。
底板2706可以是无源底板，该无源底板被配置为促进耦接到底板的功能电路之间的多点异步电子通信。因此，递送到底板2706的所有数据可由耦接到底板2706的所有功能电路2710接收。
图39示出了输入电路2750和系统接口电路2754的放大视图。如例示的示例所示，输入电路2750可包括电路控制器2720a和节点2722a，该节点被配置为促进和控制电路控制器与底板2706之间的电子通信。电路控制器2720a通常可类似于电路控制器2520a。输入电路2750的每个节点2722a可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528和发射器2530。输入电路2750的发射器2530中的每一个发射器可与一个数据通道2712a电子通信。发射器2530可被配置为将数据递送到一个对应的数据通道2712a。输入电路2750的每个栅极对2528可与系统数据通道2712c电子通信。
系统接口电路2754可包括电路控制器2720b和节点2722b，该节点被配置为促进和控制电路控制器与底板2706之间的电子通信。电路控制器2720b通常可类似于电路控制器2520b。系统接口电路2754的节点2722b可包括调度控制器2734、节点控制器2724、栅极控制器2726和栅极对2728。系统接口电路2754的栅极对2528可与系统数据通道2712c电子通信。
图40示出了保护电路2752的放大视图。如例示的示例所示，保护电路2752可包括电路控制器2720c和节点2722c，该节点被配置为促进和控制电路控制器2720c与底板2706之间的电子通信。电路控制器2720c通常可类似于电路控制器2520c。保护电路2752的每个节点2722c可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528、发射器2530和接收器2532。保护电路2752的发射器2530中的每一个发射器可与一个数据通道2712a电子通信。发射器2530可被配置为将数据递送到一个对应的数据通道2712a。输入电路2750的每个栅极对2528可与系统数据通道2712c电子通信。接收器2532可与数据通道2712a电子通信，并且可被配置为从数据通道2712a接收数据。保护电路2752可包括足够数量的接收器2532以能够从所有数据通道2712a接收数据。
图41示出了继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756的放大视图。继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756可包括电路控制器2720d、2720g、2720f和节点2722d、2722g、2722f。节点2722d、2722g、2722f可被配置为促进和控制电路控制器2720d、2720g、2720f与底板2706之间的电子通信。电路控制器2720d、2720g、2720f通常可类似于电路控制器2520d、2520g、2520f。节点2722d、2722g、2722f中的每一者可包括调度控制器2534、节点控制器2524、栅极控制器2526、栅极对2528和接收器2532。继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756的栅极对2528可与系统数据通道2712c电子通信。接收器2532可与数据通道2712a电子通信，并且可被配置为从数据通道2712a接收数据。继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756可各自包括足够数量的接收器2532以能够从所有数据通道2712a接收数据。
在一些实施方案中，从输入电路2750和保护电路2752接收数据分组的数据通道2712a可由底板2706的端口2708确定。图42示出了监测系统2700的底板2706的顶视图。如例示的示例所示，每个端口2706包括输入链路2762。输入链路2762中的每一个输入链路可与不同于其他输入链路2762的数据通道2712a电子通信。每个端口2706还可包括一组输出链路2766和系统链路2570。在图42中，输出链路2766沿着数据通道2712a示出。输出链路2766中的每一个输出链路可与对应的数据通道2712a电子通信。因此，耦接到端口2708的所有功能电路2710可从所有数据通道2712a接收数据。系统链路2770可与系统数据通道2712c电子通信并且可被配置为促进与系统数据通道2512c的双向串行通信。
参见图38至图42，在例示的示例中，输入电路2750耦接到端口2708a，保护电路2752耦接到端口2708b，继电器电路2758、4-20输出电路2761和条件监测电路2756耦接到端口2708c，并且系统接口电路耦接到端口2708e。然而，由于每个端口2708包括输入链路2762、输出链路2766和系统链路2770，因此功能电路2710可耦接到底板2706的任何给定端口2708。在图38至图42中，输入电路2750和保护电路2752的发射器2730可电耦接到端口2708a、2708b的输入链路2762。功能电路2710的任何接收器可耦接到输出链路2766。
传统监测系统在灵活性和可扩展性方面可能受到限制。另外，安装的成本和复杂性可能会给想要监测低成本和/或低优先级部件/系统的用户造成显著的进入障碍。通过利用可以可拆卸地耦接到底板的功能电路，可调节和/或扩展本文的监测系统的性能以适合各个监测需求。例如，可通过将附加处理电路耦接到底板来增加处理能力。又如，可通过将附加输入电路耦接到底板使得监测系统可从附加传感器接收并处理传感器数据来扩展监测系统。
本文主题的示例性技术效果可包括能够通过如本文选择和应用各种不同类型的功能电路来定制和调节监测系统的能力。另一个示例性技术效果包括能够共享递送到监测系统的底板的所有数据，从而允许根据需要在底板之间分配资源(例如，功能电路)。例如，监测子系统可远程安装在工业设备附近，使得输入电路可接收传感器数据，而其他监测子系统可安装在可更方便或更容易访问的另一个位置处。将监测子系统安装在待监测的工业设备附近还可降低从传感器到输入电路的运行电缆的成本，以及可通过减少暴露于噪声和接地环路来改善从传感器递送到输入电路的信号的质量。另外，利用具有专用数据通道的底板可最小化与硬件故障相关联的中断，同时保持监测系统的灵活性和可扩展性。
基于上述实施方案，本领域技术人员将会知道本文所述主题的另外的特征和优点。因此，本申请不受已具体示出和描述的内容的具体限制。本文所引用的所有出版物和参考文献均明确地全文以引用方式并入本文。
其他实施方案在所公开的主题的范围和精神内。本领域技术人员将理解的是，本文中具体描述且在附图中示出的系统、设备和方法是非限制性的示例性实施方案，并且本发明的范围仅由权利要求限定。结合一个示例性实施方案示出或描述的特征可与其他实施方案的特征组合。此类修改和变型旨在包括在本发明的范围内。
此外，在本公开中，实施方案的相似命名的部件通常具有类似的特征，因此在具体实施方案内，不一定完全阐述每个相似命名的部件的每个特征。另外，就在所公开的系统、设备和方法的描述中使用线性或圆形尺寸而言，此类尺寸并非旨在限制可与此类系统、设备和方法结合使用的形状的类型。本领域的技术人员将认识到，对于任何几何形状，可容易地确定此类线性和圆形尺寸的等同形式。
在上述说明书和权利要求中，短语诸如“至少一个”或“一个或多个”可在元件或特征的结合式要素列表之后出现。术语“和/或”也可出现在两个或更多个要素或特征的列表中。除非在短语用于其中的上下文中另有暗示或与该上下文明确地矛盾，否则此类短语旨在表示单独地列出的要素或特征中的任一者或者所列举要素或特征中的任一者与其他列举的要素或特征中的任一者的组合。例如，短语“A和B中的至少一者”、“A和B中的一者或多者”以及“A和/或B”各自旨在表示“A单独、B单独或A和B一起”。类似的解释也旨在用于包括三个或更多项目的列表。例如，短语“A、B和C中的至少一者”、“A、B和C中的一者或多者”以及“A、B和/或C”各自旨在表示“A单独、B单独、C单独、A和B一起、A和C一起、B和C一起、或A和B和C一起”。此外，上文和权利要求书中使用的术语“基于”旨在表示“至少部分地基于”，以使得未述及的特征或元件也是允许的。
本文所述的主题可在数字电子电路和/或计算机软件、固件或硬件(包括本说明书中公开的结构装置和其结构等同物)或它们的组合中实现。本文所述的主题可被实现为一个或多个计算机程序产品，诸如有形地体现在信息载体中(例如，体现在机器可读存储设备中)、或体现在传播的信号中，以用于由数据处理装置(例如，可编程处理器、计算机或多台计算机)执行或控制该数据处理设备的操作的一个或多个计算机程序。计算机程序(也称为程序、软件、软件应用程序或代码)可以任何形式的编程语言(包括编译语言或解释语言)编写，并且它可以任何形式部署，包括作为独立程序或者作为模块、部件、子例程或适用于计算环境中的其他单元部署。计算机程序不一定对应于文件。程序可存储在保存其他程序或数据的文件的一部分中，存储在专用于所考虑的程序的单个文件中，或者存储在多个协同文件(例如，存储一个或多个模块、子程序或代码的部分的文件)中。计算机程序可被部署成在一台计算机上或在多台计算机上执行，该多台计算机位于一个站点处或跨多个站点分布并且由通信网络互连。
本说明书中所述的过程和逻辑流程，包括本文所述主题的方法步骤，可由执行一个或多个计算机程序的一个或多个可编程处理器执行，以通过对输入数据进行操作并且生成输出来执行本文所述主题的功能。该过程和逻辑流程还可由专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))来执行，并且本文所述主题的装置可被实现为专用逻辑电路(例如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))。
以举例的方式，适于执行计算机程序的处理器包括通用微处理器和专用微处理器两者，以及任何种类的数字计算机的任何一个或多个处理器。一般来说，处理器将从只读存储器或随机存取存储器或两者接收指令和数据。计算机的基本元件是用于执行指令的处理器以及一个或多个用于存储指令和数据的存储器设备。一般来说，计算机还将包括一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)，或可操作地耦接以从一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)接收数据或者/并且将数据传送至一个或多个用于存储数据的大容量存储设备(例如，磁盘、磁光盘或光盘)。适于体现计算机程序指令和数据的信息载体包括所有形式的非易失性存储器，包括(以举例的方式)半导体存储器设备(例如，EPROM、EEPROM和闪存设备)；磁盘(例如，内部硬盘或可移动盘)；磁光盘；和光盘(例如，CD和DVD盘)。处理器和存储器可由专用逻辑电路补充或者并入专用逻辑电路中。
为了提供与用户的交互，本文的主题可在具有用于向用户显示信息的显示设备(例如，CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)监测器)以及键盘和指向设备(例如，鼠标或跟踪球)的计算机上实现，用户可通过该键盘和指向设备向计算机提供输入。还可使用其他种类的设备来提供与用户的交互。例如，提供给用户的反馈可为任何形式的感官反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈或触觉反馈)，并且可以任何形式接收来自用户的输入，包括声音、语音或触觉输入。
本文所述的技术可使用一个或多个模块来实现。如本文所用，术语“模块”是指计算软件、固件、硬件和/或它们的各种组合。然而，在最低程度上，模块不应被解释为未在硬件、固件上实现或记录在非暂态处理器可读存储介质上的软件(即，模块本身不为软件)。实际上，“模块”将被解释为始终包括至少一些物理的非暂态硬件，诸如处理器或计算机的一部分。两个不同的模块可共享相同的物理硬件(例如，两个不同的模块可使用相同的处理器和网络接口)。本文所述的模块可被组合、集成、分开和/或复制以支持各种应用。另外，代替在特定模块处执行的功能或除在特定模块处执行的功能之外，本文描述为在特定模块处执行的功能可在一个或多个其他模块处和/或由一个或多个其他设备执行。此外，模块可相对于彼此本地或远程地跨越多个设备和/或其他部件来实现。另外，模块可从一个设备移动并添加至另一个设备，以及/或者可包括在两个设备中。
本文所述的主题可在计算系统中实现，该计算系统包括后端部件(例如，数据服务器)、中间件部件(例如，应用程序服务器)或前端部件(例如，具有图形用户界面或网络浏览器的客户端计算机，用户可通过该图形用户界面或网络浏览器与本文所述主题的实施方式进行交互)，或此类后端部件、中间件部件和前端部件的任何组合。系统的部件可通过数字数据通信的任何形式或介质(例如，通信网络)互连。通信网络的示例包括局域网(“LAN”)和广域网(“WAN”)，例如互联网。
如本文在整个说明书和权利要求书中所用的，近似语言可用于修饰任何定量表示，所述定量表示可有所不同但不导致与其相关的基本功能的变化。因此，由一个或多个术语诸如“约”和“基本上”修饰的值不应限于所指定的精确值。在至少一些情况下，近似语言可对应于用于测量该值的仪器的精度。在此以及在整个说明书和权利要求书中，范围限制可组合和/或互换，除非上下文或语言另外指明，否则此类范围被识别并包括其中所包含的所有子范围。
Claims (21)
1.一种监测系统，所述监测系统包括：
总线，所述总线具有与至少一个数据通道电子通信的多个耦接元件；
至少一个从电路，所述至少一个从电路能够拆卸地耦接到所述多个耦接元件中的至少一个耦接元件，所述至少一个从电路被配置为将数据递送到所述至少一个数据通道，所述从电路具有
至少一个第一栅极，所述至少一个第一栅极被配置为启用所述从电路与所述至少一个数据通道之间的电子通信，所述至少一个第一栅极被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作，
其中所述至少一个第一栅极被配置为在处于所述第一操作模式时允许数据从所述从电路传输到所述至少一个数据通道，并且
其中所述至少一个第一栅极被配置为在处于所述第二操作模式时防止数据从所述从电路传输到所述至少一个数据通道，和
主电路，所述主电路能够拆卸地耦接到所述多个耦接元件中的至少一个耦接元件，所述主电路被配置为将数据递送到所述至少一个数据通道，所述主电路具有
第一调度控制器，所述第一调度控制器被配置为生成第一调度并将表征所述第一调度的数据递送到所述至少一个数据通道，其中所述第一调度指定所述至少一个第一栅极何时处于所述第一操作模式并且所述至少一个第一栅极何时处于所述第二操作模式。
2.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个从电路包括
至少一个第一栅极控制器，所述至少一个第一栅极控制器与所述至少一个第一栅极电子通信，所述至少一个第一栅极控制器被配置为接收表征所述第一调度的数据并且基于表征所述第一调度的所述数据来控制所述至少一个第一栅极的操作。
3.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个从电路包括
第二调度控制器，所述第二调度控制器被配置为承担仲裁责任，从而使所述第二调度控制器能够生成第二调度，所述第二调度定义所述至少一个第一栅极何时处于所述第一操作模式以及所述至少一个第一栅极何时处于所述第二操作模式。
4.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述主电路包括：
至少一个第二栅极，所述至少一个第二栅极被配置为启用所述主电路与所述至少一个数据通道之间的电子通信，所述至少一个第二栅极被配置为在第三操作模式和第四操作模式下操作，
其中所述至少一个第二栅极被配置为在处于所述第三操作模式时允许数据从所述主电路传输到所述至少一个数据通道，并且
其中所述至少一个第二栅极被配置为在处于所述第四操作模式时防止数据从所述主电路传输到所述至少一个数据通道，和
至少一个第二栅极控制器，所述至少一个第二栅极控制器与所述第一调度控制器和所述至少一个第二栅极电子通信，所述至少一个第二栅极控制器被配置为接收表征所述第一调度的数据，并且基于所述第一调度来控制所述至少一个第二栅极的操作。
5.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个从电路包括多个从电路，其中所述多个从电路中的每个从电路被配置为从所述总线的所述至少一个数据通道接收数据。
6.根据权利要求0所述的监测系统，还包括电耦接到所述至少一个从电路的传感器，所述传感器被配置为测量机器的操作参数并且将表征所测量的操作参数的数据递送到所述至少一个从电路。
7.根据权利要求0所述的监测系统，还包括与所述主电路电子通信的传感器，所述传感器被配置为测量机器的操作参数并且将模拟传感器信号递送到所述主电路，所述模拟传感器信号表征所测量的机器的操作参数。
8.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述从电路被配置为从测量机器的操作参数的至少一个传感器接收离散信号，基于所述离散信号生成数字信号，并且将所述数字信号递送到所述至少一个数据通道。
9.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述主电路包括模数转换器，所述模数转换器被配置为接收所述模拟传感器信号并且将所述模拟传感器信号转换为数字传感器信号。
10.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个数据通道包括多个并行数据通道。
11.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个第一栅极包括16通道双向差分收发器。
12.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个第二栅极包括16通道双向差分收发器。
13.根据权利要求0所述的监测系统，其中所述至少一个数据通道包括16个数据通道，所述16个数据通道中的每个数据通道为低电压信令对。
14.一种方法，所述方法包括：
生成用于第一帧的第一调度，所述第一帧包括至少一个第一时间片，所述第一调度识别所述至少一个第一时间片和被分配至少一个第一时间片的至少一个从电路，其中所述至少一个从电路被配置为在所述至少一个第一时间片期间向监测系统的总线提供数据分组；
生成包括所述第一调度的第一信标分组；
将所述第一信标分组递送到所述监测系统的所述总线；
在所述至少一个从电路处接收所述第一信标分组；
基于分配给所述至少一个从电路的所述至少一个第一时间片来生成用于控制所述至少一个从电路的至少一个栅极的操作的第一指令集，所述至少一个栅极被配置为在第一操作模式和第二操作模式下操作，
其中所述至少一个栅极被配置为当处于所述第一操作模式时允许数据从所述至少一个从电路传输到所述总线，并且
其中所述至少一个栅极被配置为在处于所述第二操作模式时防止数据从所述至少一个从电路传输到所述总线；以及
向所述至少一个从电路的栅极控制器提供第一指令集，从而将所述栅极控制器配置为在所述至少一个第一时间片期间在所述第一操作模式下操作所述至少一个栅极。
15.根据权利要求0所述的方法，其中所述第一调度由耦接到所述总线的主电路的调度控制器生成。
16.根据权利要求0所述的方法，还包括在所述至少一个第一时间片期间从所述至少一个从电路向所述总线提供数据分组。
17.根据权利要求0所述的方法，还包括确定所述至少一个从电路在所述至少一个第一时间片期间未能向所述总线提供数据分组。
18.根据权利要求0所述的方法，还包括：
基于与所述第一信标分组一起接收的所述第一调度生成信标响应分组，所述信标响应分组包括对于在第二帧期间将至少一个第二时间片分配给所述至少一个从电路的请求；
将所述信标响应分组递送到所述监测系统的所述总线；以及
在主电路处接收所述信标响应分组，所述主电路被配置为生成用于所述第二帧的第二调度。
19.根据权利要求0所述的方法，还包括：
基于所述信标响应分组生成用于所述第二帧的所述第二调度，所述第二帧包括所述至少一个第二时间片，其中所述第二调度识别所述至少一个第二时间片和被分配所述至少一个第二时间片的所述至少一个从电路。
20.根据权利要求0所述的方法，还包括：
生成包括所述第二调度的第二信标分组；
将所述第二信标分组递送到所述监测系统的所述总线；
从所述监测系统的所述总线接收所述第二信标分组；以及
基于分配给所述从电路的所述至少一个第二时间片来生成用于控制所述从电路的所述至少一个栅极的操作的第二指令集。
21.根据权利要求0所述的方法，还包括：
将所述第二指令集递送到所述从电路的所述栅极控制器，从而将所述栅极控制器配置为在所述至少一个第二时间片期间在所述第一操作模式下操作所述至少一个栅极。
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