CN115133343A - 电气部件耦接/解耦传感器布置 - Google Patents

电气部件耦接/解耦传感器布置 Download PDF

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CN115133343A CN202210294468.0A CN202210294468A CN115133343A CN 115133343 A CN115133343 A CN 115133343A CN 202210294468 A CN202210294468 A CN 202210294468A CN 115133343 A CN115133343 A CN 115133343A
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布赖恩·T·艾什陶奈克
道格拉斯·A·洛斯托斯基
阿达姆·M·弗罗贝尔
马克·S·威廉姆斯
约翰·C·格雷克
贾斯廷·T·吉尔克
肖恩·P·韦尔贝格尔
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Abstract

本发明涉及一种I/O系统，该I/O系统包括I/O基座以及与I/O基座机械地且电气地耦接的至少一个I/O模块。I/O模块包括：锁定致动器组件，该锁定致动器组件具有能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，该锁定致动器配置成在处于第二位置时与I/O基座互锁以将I/O模块紧固至基座；以及传感器，该传感器用于感测锁定致动器的位置并且产生指示锁定致动器的位置的信号。

Description

电气部件耦接/解耦传感器布置
技术领域
本文中公开的主题涉及自动化控制系统的领域、比如在工业和商业环境中使用的那些自动化控制系统的领域。更具体地，本发明的实施方式涉及用于提供、访问、配置、操作输入/输出(I/O)装置或与输入/输出(I/O)装置对接的技术，所述输入/输出(I/O)装置配置成用于与自动化控制器耦接和交互。
背景技术
自动化控制器是用于控制工业自动化等的专用计算机。在存储程序的指导下，自动化控制器的处理器检查反映受控过程的状态的一系列输入(例如，到自动化控制器的电输入信号)并且基于分析和逻辑改变输出(例如，来自自动化控制器的电输出信号)以影响对受控过程的控制。所存储的控制程序可以在一系列执行周期中被连续地执行、周期性地执行或者基于事件执行。由自动化控制器从受控过程接收的输入以及由自动化控制器向受控过程传输的输出通常穿过一个或更多个I/O装置，所述一个或更多个I/O装置是自动化控制系统的用作自动化控制器与受控过程之间的电气接口的部件。
传统的I/O装置通常包括配置成将I/O装置与母线、通信总线等耦接的基座、用于将I/O装置与现场装置通信耦接的端子块以及包括用于执行通信功能和/或逻辑操作的电路的I/O模块。在传统的自动化控制系统中，I/O模块可以通过将模块朝向基座推动而耦接至基座。I/O模块的零件与基座之间的摩擦或简单的锁定机构可以有助于防止I/O模块与基座断开接合。过去，已经采用了锁定肘节机构，以将I/O模块紧固至基座。在其他布置中，使用螺钉锁定凸片或其他紧固件将I/O模块紧固至基座。在释放锁定机构、紧固件或锁定凸片之后，可以通过将I/O模块远离基座拉动而使I/O模块从基座移除。
发明内容
现在认识到的是，期望提供用于将I/O模块与I/O装置的基座耦接、锁定及解耦或者更一般地将第一电气部件与第二电气部件联接、锁定及解耦的更高效且更有效的技术。特别地，本公开的一些实施方式采用配置成检测电气部件的锁定致动器的位置并且产生指示锁定致动器的位置的信号的传感器。该信号可以用于启动诸如上电/断电例程之类的动作，以将与电气部件相关联的电源从启动模式(低效)切换至切换模式(更高效)，并且/或者通知冗余部件对中的其余电气部件即将进行部件移除。
根据一个方面，I/O系统包括第一电气部件和与第一电气部件机械地且电气地耦接的第二电气部件。第二电气部件(例如，I/O模块)包括：锁定致动器组件，该锁定致动器组件具有能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，该锁定致动器配置成在处于第二位置时与第一电气部件互锁以将第二电气部件紧固至第一电气部件；以及传感器，该传感器用于感测锁定致动器的位置并且产生指示锁定致动器的位置的信号。
锁定致动器组件可以包括轴，该轴由第二电气部件支承以进行旋转且支承成能够在第一位置与第二位置之间旋转，并且传感器可以包括由第二电气部件支承的线圈以及由轴支承的金属部件。相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，由此线圈的电感的变化对应于指示锁定致动器的位置的信号。线圈可以在与包括轴的纵向轴线的平面平行的平面中延伸，金属部件可以被支承在轴的径向延伸的凸缘上，使得金属部件在轴从第一位置旋转至第二位置时朝向线圈旋转并且在轴从第二位置旋转至第一位置时远离线圈旋转。当轴处于第二位置时，凸缘可以在与线圈平行的平面中延伸，并且当轴从第二位置朝向第一位置旋转时，凸缘可以在非平行的平面中延伸。金属部件可以包括紧固至凸缘的金属夹。
在另一实施方式中，轴可以由第二电气部件支承以用于进行轴向和/或旋转运动，第一解锁位置对应于轴的第一轴向位置并且第二锁定位置对应于轴的第二轴向位置。金属部件可以包括被固定成与轴一起旋转的套环，所述套环抵抗轴向运动固定至第二电气部件，使得轴能够相对于套环在轴向上移动。线圈可以由第二电气部件支承在邻近套环的位置中，由此，相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离。套环可以包括复合材料，并且金属部件可以包括紧固至套环的凸缘的金属夹。
在另一示例性实施方式中，锁定致动器组件包括至少一个闩锁臂，所述至少一个闩锁臂在第一端部处由第二电气部件(例如，背板接口模块)以枢转的方式支承并且具有与第一端部间隔开的闩锁凸缘，该闩锁凸缘适于接合第一电气部件的表面，从而使第二电气部件在所述至少一个闩锁臂处于第二位置时与第一电气部件互锁，闩锁臂能够从第二位置枢转至第一位置以使闩锁凸缘与第一电气部件断开接合。传感器包括由第二电气部件支承的线圈以及由闩锁臂支承的金属部件，由此，相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，并且线圈的电感的变化对应于指示锁定致动器的位置的信号。
任何实施方式的传感器可以包括感应线圈、霍尔效应传感器、光断续器或限位开关中的至少一者。
根据另一方面，电气部件包括：连接器，该连接器用于与相关联的配合电气部件的对应的连接器电耦接；锁定致动器组件，该锁定致动器组件用于将电气部件与相关联的配合电气部件机械地互锁，锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，锁定致动器配置成在处于第二位置时与相关联的电气部件互锁；以及传感器，该传感器用于感测锁定致动器的位置并且产生指示锁定致动器的位置的信号。
锁定致动器组件可以包括轴，该轴由电气部件支承以进行旋转且支承成能够在第一位置与第二位置之间旋转，并且传感器可以包括由电气部件支承的线圈以及由轴支承的金属部件。相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件可以在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，由此线圈的电感的变化对应于指示锁定致动器的位置的信号。线圈可以在与包括轴的纵向轴线的平面平行的平面中延伸，金属部件被支承在轴的径向延伸的凸缘上，使得金属部件在轴从第一位置旋转至第二位置时朝向线圈旋转并且在轴从第二位置旋转至第一位置时远离线圈旋转。当轴处于第二位置时，凸缘可以在与线圈平行的平面中延伸，并且当轴从第二位置朝向第一位置旋转时，凸缘可以在非平行的平面中延伸。金属部件可以包括紧固至凸缘的金属夹。
在另一实施方式中，轴可以由电气部件支承以用于进行轴向和/或旋转运动，第一解锁位置对应于轴的第一轴向位置并且第二锁定位置对应于轴的第二轴向位置。金属部件可以包括被固定成与轴一起旋转的套环，所述套环抵抗轴向运动固定至电气部件，使得轴能够相对于套环在轴向上移动。线圈可以由电气部件支承在邻近套环的位置中，由此，相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离。套环可以包括复合材料，并且金属部件可以包括紧固至套环的凸缘的金属夹。
在另一实施方式中，锁定致动器组件包括至少一个闩锁臂，所述至少一个闩锁臂在第一端部处由电气部件以枢转的方式支承并且具有与第一端部间隔开的闩锁凸缘，该闩锁凸缘适于接合相关联的配合电气部件的表面，从而使电气部件在所述至少一个闩锁臂处于第二位置时与相关联的配合电气部件互锁，闩锁臂能够从第二位置枢转至第一位置，以使闩锁凸缘与相关联的配合电气部件断开接合。传感器包括由电气部件支承的线圈以及由闩锁臂支承的金属部件，由此，相比于锁定致动器处于第二位置时，金属部件在锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，由此线圈的电感的变化对应于指示锁定致动器的位置的信号。
根据另一方面，确定第一电气部件与第二电气部件的耦接状态的方法包括：使用第一传感器感测第一电气部件的第一锁定致动器组件的位置，并且产生指示第一锁定致动器组件的位置的第一信号。第一锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的第一锁定致动器，第一锁定致动器配置成在处于第二位置时将第一电气部件与第二电气部件互锁，并且第一传感器包括由第一电气部件支承的线圈以及由第一锁定致动器支承的金属部件。相比于第一锁定致动器处于第二位置时，金属部件在第一锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，由此线圈的电感的变化对应于指示第一锁定致动器的位置的信号。
该方法还可以包括：使用第二传感器感测第一电气部件的第二锁定致动器组件的位置，并且产生指示第二锁定致动器组件的位置的第二信号。第二锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的第二锁定致动器，第二锁定致动器配置成在处于第二位置时将第一电气部件与第二电气部件互锁。第二传感器包括由第一电气部件支承的线圈以及由第二锁定致动器支承的金属部件，由此，相比于第二锁定致动器处于第二位置时，金属部件在第二锁定致动器处于第一位置时与线圈间隔开更大的距离，由此线圈的电感的变化对应于指示第二锁定致动器的位置的信号。对第一信号和第二信号进行比较，以确定第一电气部件是否与第二电气部件互锁。
附图说明
图1是根据本技术的实施方式的适于与联网部件和配置设备对接的示例性控制及监测系统的图解表示；
图2是分布式模块化I/O系统的示意图；
图3是包括处于双工配置的冗余I/O模块的I/O装置的立体图；
图4是根据本公开的包括处于解锁状态的锁定致动器组件的I/O模块的示例性电路板组件的立体图；
图5是图4的示例性电路板组件在锁定致动器组件处于锁定状态的情况下的立体图；
图6是根据本公开的包括处于解锁状态的锁定致动器组件的I/O模块的另一示例性电路板组件的立体图；
图7是图6的示例性电路板组件在锁定致动器组件处于锁定状态的情况下的立体图；
图8是图6的示例性电路板组件的侧视图；
图9是具有安装在其上的一对背板接口模块的I/O基座的前视立体图；
图10是图9的I/O基座和背板接口模块的后视立体图；
图11是背板接口模块在其壳体被移除的情况下的正视图，示出了根据本公开的处于闩锁位置的闩锁臂式锁定致动器组件以及传感器；
图12是背板接口模块在其壳体被移除的情况下的正视图，示出了根据本公开的处于未闩锁位置的闩锁臂式锁定致动器组件以及传感器；
图13是根据本公开的包括两个锁定致动器组件和传感器的适配器模块的示例性内部结构的立体图；
图14是图13的放大部分，示出了锁定致动器组件中的处于解锁位置的一个锁定致动器组件；以及
图15是图13的放大部分，示出了锁定致动器组件中的处于锁定位置的一个锁定致动器组件。
具体实施方式
图1是根据本技术的实施方式的适于与联网部件和配置设备对接的控制及监测系统的图解表示。该系统的完整描述在于2015年6月16日公布的共同转让的美国专利No 9,059,539中进行了阐述，该美国专利的全部内容通过参引并入本文中。
控制及监测系统总体上由附图标记10表示。具体地，控制及监测系统10被示出为包括人机接口(HMI)12以及适于与过程16的部件对接的自动化控制器或控制/监测装置14。
所示出的过程16包括传感器18和致动器20。传感器18可以包括适于提供关于过程条件的信息的任何数量的装置。致动器20可以包括适于响应于来自控制器(例如，自动化控制器)的信号而执行机械动作的任何数量的装置。传感器18和致动器20可以用于操作过程设备。实际上，传感器18和致动器20可以用在由控制/监测装置14和/或HMI12监测和控制的过程循环内。这样的过程循环可以基于过程输入(例如，来自传感器18的输入)或通过HMI12接收的直接操作者输入被激活。
如所示出的，传感器18和致动器20与控制/监测装置14进行通信，并且可以被分配可由HMI12访问的控制/监测装置14中的特定地址。如所示出的，传感器18和致动器20可以经由耦接至控制/监测装置14的一个或更多个I/O装置22与控制/监测装置14进行通信。I/O装置22可以在控制/监测装置14与受控过程16之间传输输入信号和输出信号。I/O装置22可以与控制/监测装置14结合成一体，或者可以经由扩展槽、托架或其他适当的机构而被添加或移除。例如，可以添加附加的I/O装置22以向控制/监测装置14添加功能。
I/O装置22可以包括：输入模块，该输入模块从输入装置、比如光传感器和接近开关接收信号；输出模块，该输出模块使用输出信号激励继电器或启动马达；以及双向I/O模块，该双向I/O模块比如为可以引导运动装置并接收位置反馈或速度反馈的运动控制模块。在一些布置中，I/O装置22可以在由受控机器或受控过程上的装置使用的AC模拟信号和DC模拟信号与由控制/监测装置14使用的DC逻辑信号之间进行转换。
参照图2，示出了根据本改进方案的实施方式的分布式模块化I/O系统110。如下面详细描述的，系统110包括允许I/O基座根据需要以单工模式、双工模式或其组合操作的端子块组件。
分布式模块化I/O系统110包括网络适配器112，该网络适配器112操作性地连接至第一冗余工业自动化网络N1和第二冗余工业自动化网络N2两者、比如第一并行冗余协议(PRP)LAN网络和第二并行冗余协议(PRP)LAN网络或者类似的网络、比如以太网/IP网络或其他工业自动化网络，使得网络适配器112从分别连接至网络N1、N2的一个或更多个工业控制模块或“控制器”C1、C2接收数据、将数据传输至分别连接至网络N1、N2的一个或更多个工业控制模块或“控制器”C1、C2以及以其他方式与分别连接至网络N1、N2的一个或更多个工业控制模块或“控制器”C1、C2进行通信。控制器C1、C2可以包括一个或更多个可编程逻辑控制器(PLC)、微处理器和/或用于机器和/或过程控制的其他电子处理器。
网络适配器112包括安装至轨道D'或其他支承结构的适配器基座112a。网络适配器112还包括第一冗余适配器模块112b1和第二冗余适配器模块112b2，第一冗余适配器模块112b1和第二冗余适配器模块112b2彼此并行地操作并且第一冗余适配器模块112b1和第二冗余适配器模块112b2中的每一者均永久地或可释放地连接至适配器基座112a。每个适配器模块112b1、112b2均连接至第一网络N1和第二网络N2两者并且包括用于经由网络N1、N2与控制器C1、C2进行数据通信以及用于与如下所述的系统110的多个I/O装置120进行数据通信的电子电路。适配器112包括一个或更多个网络连接器NC，所述一个或更多个网络连接器NC用于经由已知的连接器比如RJ45连接器、小型可插拔(SFP)连接器等与网络N1、N2连接。
网络适配器112还包括第一冗余电力调节模块116a和第二冗余电力调节模块116b，第一冗余电力调节模块116a和第二冗余电力调节模块116b连接至适配器基座112a并且各自包括用于与电力源连接以向网络适配器112和I/O装置120以及操作性地连接至适配器112和/或I/O装置120的其他部件供应系统电力的电力输入连接器PC。
I/O系统110还包括一个或更多个I/O装置120，所述一个或更多个I/O装置120各自包括同样安装至支承轨道D'或其他支承结构的I/O基座120a，其中，第一I/O基座120a邻近适配器基座112a定位并且通过多触点电连接器K在物理上和电气上可操作地连接至适配器基座112a，并且其中，另外的I/O基座120a通过连续配合的多触点电连接器K以顺序的方式一个接一个地在物理上和电气上可操作地连接在一起，使得模块化背板电路或“背板”(以114示意性示出)被构建并适于通过连续连接的I/O基座120a传送电力和数据并且将每个I/O基座120a可操作地连接至网络适配器112并且因此连接至第一网络N1和第二网络N2以及第一控制器C1和第二控制器C2。
除了I/O基座120a之外，每个I/O装置120还包括至少两个I/O模块120b(图3中的120b1、120b2、120b3、120b4)，所述至少两个I/O模块120b在操作上以可移除的方式连接至I/O基座120a，使得安装的I/O模块120b也通过背板114a与网络适配器112以及第一控制器C1和第二控制器C2进行通信，使得经由背板114a在控制器C1、C2与每个I/O模块120b之间提供输入/输出数据。每个安装的I/O模块120b被选择并配置成执行一个或更多个专用输入/输出功能，比如如在工业自动化领域中通常已知的DC输入、DC输出、AC输入、AC输出、模拟输入和/或输出、RTD和/或热电偶输入和/或热电偶输出等。
在所示出的实施方式中，每个I/O装置120包括在操作上以可移除的方式连接至I/O基座120a的四个I/O模块120b(120b1、120b2、120b3、120b4)，并且I/O模块120b中的至少两个I/O模块彼此相同并且并行地操作以提供相对于彼此的冗余(如图所示，两个所示的I/O装置120的I/O的模块120b3、120b4相同并且相对于彼此冗余地并行操作)。
每个I/O基座120a还支承两种类型的端子块120c1和120c2，包括多个笼式夹持件、弹簧夹持件、螺钉端子或适于连接至现场线缆或现场接线FW的其他接线连接器120d，现场线缆或现场接线FW各自与现场装置FD相关联，现场装置FD通常是模拟或数字装置，比如与由控制器C1、C2控制的过程或机器(受控系统CS)相关联的传感器、流量计、开关、探头、热电偶、RTD、编码器等。在所示出的实施方式中，每个端子块120c1/120c2是组装至I/O基座120a的单独结构，但是在一些实施方式中，端子块可以被限定为I/O基座120a的整体式或一体式部分。可以根据现场装置接线连接器120d所需的特定配置使用不同种类的端子块，其中，一些端子块具有不同的共用端子、接地连接、电压供应端子等。每个安装的I/O模块120b均与在物理上安装有I/O模块120b同一I/O基座120a的现场装置接线连接器120d进行通信。经由背板114和网络适配器模块112b1、112b2在控制器C1、C2与连接至对应的I/O基座120a的现场装置FD之间提供输入/输出数据。
在所示出的实施方式中，冗余、并行的I/O模块120b3、120b4共享共用的端子块120c2，使得冗余I/O模块120b3、120b4可操作地连接至同一现场接线FW和现场装置FD，以向受控系统发送数据以及从受控系统接收数据。I/O模块120b1和120b2耦接至相应的端子块120c1，以用于与相应的现场接线FW进行通信。现在应当理解的是，端子块120c1和120c2在形式和功能上彼此不同，其中，端子块120c1配置成将单个I/O模块连接至相关联的现场接线FW(单工模式)，并且端子块120c2配置成将两个I/O模块耦接至相关联的现场接线FW(双工模式)。
另外参照图3，将理解的是，I/O模块120b1和120b2中的每一者与相应的端子块组件120c1相关联，以用于连接至对应的相应现场接线/装置(未示出)，而I/O模块120b3和120b4两者与共用的端子块组件120c2相关联，以用于连接至共用的现场接线/装置(未示出)。端子块组件120c1具有宽度W1，宽度W1大约为端子块组件120c2的宽度W2的一半。I/O模块120b1、120b2、120b3和120b4中的每一者均包括用于将I/O模块机械地紧固至I/O基座120a的锁定致动器组件LA。
图3的锁定致动器组件LA通常需要用户将致动器旋转四分之一圈以将I/O模块锁定至I/O基座/将I/O模块从I/O基座解锁。应当理解的是，其他类型的锁定机构也已用于将I/O模块紧固至I/O基座。例如，已经提出了各种锁定凸片布置，其允许I/O模块卡扣配合至I/O基座并且随后在设计成与卡扣配合部件断开接合的凸片或其他机构致动时从I/O基座释放。
在采用冗余I/O模块的I/O系统中：在该系统中，一对I/O模块耦接至共用的现场装置，有时需要从I/O基座移除I/O模块中的一个I/O模块。过去，移除一对I/O模块中的一个I/O模块依赖于I/O系统的冗余特征来适应任何系统中断。也就是说，当传统系统的I/O模块被移除时，其余的I/O模块保持系统功能。虽然适于许多应用，但是在现有的冗余I/O系统中存在某些条件，在这些条件下，移除I/O模块可能导致系统性能不太理想。
根据本公开，I/O模块包括锁定致动器组件和传感器，该传感器适于感测锁定致动器组件何时从锁定位置移动至解锁位置和/或从解锁位置移动至锁定位置。传感器可以配置成产生指示锁定致动器处于锁定位置或解锁位置的信号。I/O模块或相关联的I/O模块可以使用该信号来启动一个或更多个动作。在一种示例性配置中，指示锁定致动器处于锁定位置的信号可以用于启动上电顺序。例如，根据本公开的I/O模块最初可以连接至I/O基座，但是锁定致动器组件处于解锁位置。在这种配置中，I/O模块的系统/电路可以保持处于复位模式，直至锁定致动器移动至锁定位置为止。一旦传感器产生指示锁定致动器处于锁定位置的信号，就可以启动上电顺序。在另一种配置中，当锁定致动器组件处于锁定位置时，该信号可以用于将与I/O模块相关联的电源从启动模式(低效)切换至切换模式(更高效)。在另一示例性实施方式中，指示锁定致动器处于解锁位置的信号可以用于启动I/O模块的断电顺序，并且/或者可以用于指示相关联的其余I/O模块(一对)采取用以关闭/移除I/O模块的准备动作。出于该讨论的目的，应当理解的是，根据本公开的各方面，可以使用感测锁定致动器的绝对位置和/或感测锁定致动器的状态变化。
如将理解的，结合其余附图示出和描述的锁定致动器各自配置成与I/O基座的对应结构接合以将I/O模块紧固至I/O基座。锁定致动器LA和I/O基座的互锁结构的细节与感测布置没有密切关系并且已经从本公开中省去。应当理解的是，本公开的感测特征的各方面可以与多种锁定致动器类型和配置结合使用。
参照其余附图，阐述了根据本公开的各种实施方式。应当理解的是，本实施方式是结合特定电气部件被示出和描述的，但是本公开的各方面实际上可以适于任何两个配合的电气部件。因此，所示出的实施方式中的特定电气部件本质上是示例性的。
在图4和图5中，示出了根据本公开的呈介质卡模块的形式的示例性第一电气部件的电路板CB。如将理解的，电路板CB配置成被支承在介质卡模块的壳体内。电路板CB包括适于与第二电气部件、比如I/O基座的对应的电连接器配合的电连接器C1。电路板CB支承锁定致动器LA和传感器S。所示出的实施方式中的传感器S包括嵌入电路板CB中的感应线圈C和支承在锁定致动器LA的轴202的径向向外切向延伸的凸缘204上的金属部件MC。
轴202配置成从图4所示的解锁位置被轴向地压下并且顺时针旋转90度至图5所示的锁定位置。在解锁位置中，金属部件MC与线圈C间隔开。在锁定致动器LA移动至锁定位置时，金属部件MC旋转成更接近线圈C。与线圈C邻近的金属部件MC的存在改变了线圈C的电感，这可以例如由电路板CB的微处理器以常规的方式检测到。在该实施方式中，金属部件MC在锁定致动器LA的致动期间与锁定致动器的LA的轴202一起轴向地且旋转地移动，然而，金属部件MC的垂直摆动运动主要负责线圈C的电感的变化。
转到图6至图8，示出了本公开的另一示例性实施方式。在该实施方式中，呈I/O模块的形式的第一电气部件的电路板CB’支承用于与第二电气部件(例如，I/O基座)的对应的电连接器配合的连接器C1’、锁定致动器LA’和呈LED板208的形式的辅助电路板。传感器S’包括嵌入LED电路板208中的感应线圈C’和通过衬套或套环214支承以用于与锁定致动器LA’的轴202’一起进行旋转的金属部件MC’。衬套214被接纳在LED电路板208中的槽218中，其中，衬套214的上凸缘222和下凸缘224(参见图8)接合LED电路板208的相反表面，使得衬套214抵抗相对于LED电路板208的轴向运动而固定。轴202’被支承在衬套214的槽226中，使得衬套214与锁定致动器LA’的轴202’旋转互锁。
锁定致动器LA’配置成从图6和图8所示的解锁位置被轴向地压下，并且然后顺时针旋转90度至图7所示的锁定位置。通过该运动，支承在衬套214上的金属部件MC’旋转到紧密接近线圈C’的位置中，从而引起线圈C’的电感的变化。在该实施方式中，金属部件C’适于在轴被压下时与轴202’一起旋转移动、但不与轴202’一起轴向移动。因此，本实施方式的各方面允许机械致动器的竖向运动和旋转运动两者，然而仅将旋转运动传输至感测装置。
在图9和图10中，I/O基座120a’被示出为具有安装在I/O基座120a’的相应端口中的一对背板接口模块(BIM)302(有时也被称为背板开关)。为了清楚起见，I/O模块或端子块没有被示出为支承在I/O基座120a’上，但是将理解的是，I/O模块和端子块通常以其他方式安装在I/O基座120a’上。
另外参照图11和图12，每个BIM 302包括适于与I/O基座120a’的对应的电连接器(未示出)耦接的电连接器C1”。每个BIM 302还包括适于将BIM 302紧固至I/O基座120a’的第一闩锁臂308a和第二闩锁臂308b。闩锁臂308a和308b通过弹簧312朝向图11所示的锁定位置弹簧加载。每个闩锁臂308a和308b的第一端部由枢轴P支承。每个闩锁臂308a和308b的相反端部包括适于在处于图11的位置时接合I/O基座120a的对应表面320的闩锁凸缘316。每个闩锁臂308a和308b可以通过挤压凸片324从图11所示的锁定位置移动至图12所示的解锁位置。当凸片324被挤压时，闩锁臂308a和308b、并且更具体地闩锁凸缘316朝向彼此旋转。
应当理解的是，设置有一对传感器S”，以用于感测闩锁臂308a和308b中的每一者的位置。每个传感器S”包括感应线圈C”以及由相应的闩锁臂308a或308b支承的金属部件MC’。在所示出的实施方式中，金属部件是与闩锁臂卡扣配合的金属夹。在其他实施方式中，金属部件可以插入模制或电镀在闩锁臂上。在闩锁臂308a和308b的锁定位置中，金属部件MC”紧邻感应线圈C”对准。当闩锁臂308a和308b一起被挤压至解锁位置时，金属部件MC”从线圈C”侧向地移位(例如，平面摆动运动)。所产生的线圈C”的电感的变化例如由BIM的微处理器检测，并且然后可以如前所述用于实现关闭路由或其他动作。
转向图13至图15，示出了另一示例性实施方式，其中，一对螺钉型锁定致动器402a和402b被示出为支承在电气部件的内部结构408、比如I/O适配器上。每个致动器402a和402b包括具有螺纹端部416的轴412，螺纹端部416适于旋入到另一电气部件、比如说例如I/O基座的对应的螺纹孔中。每个轴412包括槽424，该槽424适于接纳用于旋转轴412的工具。如将理解的，轴412在图14中被示出为处于解锁位置并且在图15中被示出为处于锁定位置。轴412在螺纹端部416被旋入到对应的螺纹孔中时向下移动。
在该实施方式中，传感器S”’与螺钉型锁定致动器402a和402b中的每一者相关联。每个传感器S”’包括感应线圈C”’和金属部件MC”’。与其他实施方式一样，感应线圈C”’设置在电路板430(例如，LED电路板)中并且操作性地耦接至能够监测线圈C”’的电感的微处理器或其他装置。金属部件MC”’被支承在围绕轴412配装的套环434的悬臂式突起432上。套环434在轴412上被捕获在头部部分438与径向凸缘442之间，使得套环434在其旋入到对应的螺纹孔中或从对应的螺纹孔旋出以紧固/释放电气部件时适于与轴412一起轴向移动。向外延伸的翼部446在轴412旋转时限制套环434的旋转(通过与电路板430和/或其他相邻结构的干涉)，使得金属部件MC”’在轴412旋入到相关联的电气部件的螺纹孔中时朝向线圈C”’竖向移动以及在轴412从相关联的电气部件的螺纹孔旋出时远离线圈C”’竖向移动。
现在应当理解的是，金属部件MC”’从对应于致动器的解锁配置(图14)的与线圈C”’间隔开的第一位置移动至对应于致动器的锁定配置(图15)的紧邻线圈C”’的第二位置。
在其中存在多个锁定致动器组件的某些实施方式中，冗余传感器可以用于通过确保两个锁定致动器组件在基于由传感器产生的信号启动任何动作之前均处于未闩锁状态来防止错误的跳闸。应当理解的是，多个传感器可以用于其他配置、比如说例如使用第一闩锁部件和第二闩锁部件的任何应用。
应当理解的是，尽管在示例性实施方式中示出了感应线圈，但是根据本公开的各方面，可以使用其他类型的传感器，包括例如霍尔效应传感器、光断续器、限位开关等。
除了图示的实施方式中所示的锁定致动器之外，本公开的各方面可以适于其他类型的锁定致动器组件。
在前述的说明书中，已经参照附图描述了各种实施方式。然而，将显而易见的是，在不脱离如在随附的权利要求中阐述的本发明的更宽范围的情况下，可以对其进行各种修改和改变，并且可以实现另外的实施方式。因此，说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (20)

1.一种I/O系统，包括：
第一电气部件；以及
第二电气部件，所述第二电气部件与所述第一电气部件机械地且电气地耦接；
其中，所述第二电气部件包括：至少一个锁定致动器组件，所述至少一个锁定致动器组件具有能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，所述锁定致动器配置成在处于所述第二位置时与所述第一电气部件互锁以将所述第二电气部件紧固至所述第一电气部件；以及
传感器，所述传感器用于感测所述锁定致动器的位置并且产生指示所述锁定致动器的位置的信号。
2.根据权利要求1所述的I/O系统，其中，所述锁定致动器组件包括轴，所述轴由所述第二电气部件支承以进行旋转且支承成能够在所述第一位置与所述第二位置之间旋转，并且其中，所述传感器包括由所述第二电气部件支承的线圈以及由所述轴支承的金属部件，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述锁定致动器的位置的信号。
3.根据权利要求2所述的I/O系统，其中，所述线圈在与包括所述轴的纵向轴线的平面平行的平面中延伸，所述金属部件被支承在所述轴的径向延伸的凸缘上，使得所述金属部件在所述轴从所述第一位置旋转至所述第二位置时朝向所述线圈旋转并且在所述轴从所述第二位置旋转至所述第一位置时远离所述线圈旋转。
4.根据权利要求3所述的I/O系统，其中，当所述轴处于所述第二位置时，所述凸缘在与所述线圈平行的平面中延伸，并且当所述轴从所述第二位置朝向所述第一位置旋转时，所述凸缘在非平行的平面中延伸。
5.根据权利要求4所述的I/O模块，其中，所述金属部件包括紧固至所述凸缘的金属夹。
6.根据权利要求2所述的I/O系统，其中，所述轴由所述第二电气部件支承以进行轴向运动，所述第一解锁位置对应于所述轴的第一轴向位置并且所述第二锁定位置对应于所述轴的第二轴向位置，其中，所述金属部件包括被固定成与所述轴一起旋转的套环，所述套环抵抗轴向运动固定至所述第二电气部件，使得所述轴能够相对于所述套环在轴向上移动，并且其中，所述线圈由所述第二电气部件支承在邻近所述套环的位置中，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离。
7.根据权利要求6所述的I/O系统，其中，所述套环包括复合材料，并且所述金属部件包括紧固至所述套环的凸缘的金属夹。
8.根据权利要求1所述的I/O系统，其中，所述锁定致动器组件包括至少一个闩锁臂，所述至少一个闩锁臂在第一端部处由所述第二电气部件支承并且具有与所述第一端部间隔开的闩锁凸缘，所述闩锁凸缘适于接合所述第一电气部件的表面，从而使所述第二电气部件在所述至少一个闩锁臂处于所述第二位置时与所述第一电气部件互锁，所述闩锁臂能够从所述第二位置枢转至所述第一位置以使所述闩锁凸缘与所述第一电气部件断开接合，并且其中，所述传感器包括由所述第二电气部件支承的线圈以及由所述闩锁臂支承的金属部件，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述锁定致动器的位置的信号。
9.根据权利要求1所述的I/O系统，其中，所述第二电气部件包括：第一锁定致动器组件和第二锁定致动器组件，所述第一锁定致动器组件和所述第二锁定致动器组件各自具有能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，所述锁定致动器配置成在处于所述第二位置时与所述第一电气部件互锁以将所述第二电气部件紧固至所述第一电气部件；以及
第一传感器和第二传感器，所述第一传感器和所述第二传感器用于感测所述第一锁定致动器组件和所述第二锁定致动器组件的所述锁定致动器中的相应的一个锁定致动器的位置并且产生指示每个锁定致动器的位置的信号。
10.一种电气部件，包括：
连接器，所述连接器用于与相关联的配合电气部件的对应的连接器电耦接；
锁定致动器组件，所述锁定致动器组件用于将所述电气部件与所述相关联的配合电气部件机械地互锁，所述锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的锁定致动器，所述锁定致动器配置成在处于所述第二位置时与所述相关联的电气部件互锁；以及
传感器，所述传感器用于感测所述锁定致动器的位置并且产生指示所述锁定致动器的位置的信号。
11.根据权利要求10所述的电气部件，其中，所述锁定致动器组件包括轴，所述轴由所述电气部件支承以进行旋转且支承成能够在所述第一位置与所述第二位置之间旋转，并且其中，所述传感器包括由所述电气部件支承的线圈以及由所述轴支承的金属部件，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述锁定致动器的位置的信号。
12.根据权利要求11所述的电气部件，其中，所述线圈在与包括所述轴的纵向轴线的平面平行的平面中延伸，所述金属部件被支承在所述轴的径向延伸的凸缘上，使得所述金属部件在所述轴从所述第一位置旋转至所述第二位置时朝向所述线圈旋转并且在所述轴从所述第二位置旋转至所述第一位置时远离所述线圈旋转。
13.根据权利要求12所述的电气部件，其中，当所述轴处于所述第二位置时，所述凸缘在与所述线圈平行的平面中延伸，并且当所述轴从所述第二位置朝向所述第一位置旋转时，所述凸缘在非平行的平面中延伸。
14.根据权利要求13所述的电气部件，其中，所述金属部件包括紧固至所述凸缘的金属夹。
15.根据权利要求11所述的电气部件，其中，所述轴由所述电气部件支承以进行轴向运动，所述第一解锁位置对应于所述轴的第一轴向位置并且所述第二锁定位置对应于所述轴的第二轴向位置，其中，所述金属部件包括被固定成与所述轴一起旋转的套环，所述套环抵抗轴向运动固定至所述电气部件，使得所述轴能够相对于所述套环在轴向上移动，并且其中，所述线圈由所述电气部件支承在邻近所述套环的位置中，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离。
16.根据权利要求15所述的电气部件，其中，所述套环包括复合材料，并且所述金属部件包括紧固至所述套环的凸缘的金属夹。
17.根据权利要求11所述的电气部件，其中，所述锁定致动器组件包括至少一个闩锁臂，所述至少一个闩锁臂在第一端部处由所述电气部件支承并且具有与所述第一端部间隔开的闩锁凸缘，所述闩锁凸缘适于接合所述相关联的配合电气部件的表面，从而使所述电气部件在所述至少一个闩锁臂处于所述第二位置时与所述相关联的配合电气部件互锁，所述闩锁臂能够从所述第二位置枢转至所述第一位置以使所述闩锁凸缘与所述相关联的配合电气部件断开接合，并且其中，所述传感器包括由所述电气部件支承的线圈以及由所述闩锁臂支承的金属部件，由此，相比于所述锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述锁定致动器的位置的信号。
18.根据权利要求10所述的电气部件，其中，所述传感器包括感应线圈、霍尔效应传感器、光断续器或限位开关中的至少一者。
19.一种确定第一电气部件与第二电气部件的耦接状态的方法，所述方法包括：
使用第一传感器感测所述第一电气部件的第一锁定致动器组件的位置，并且产生指示所述第一锁定致动器组件的位置的第一信号；
其中，所述第一锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的第一锁定致动器，所述锁定致动器配置成在处于所述第二位置时将所述第一电气部件与所述第二电气部件互锁；并且
其中，所述第一传感器包括由所述第一电气部件支承的线圈以及由所述第一锁定致动器支承的金属部件，由此，相比于所述第一锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述第一锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述第一锁定致动器的位置的信号。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括：使用第二传感器感测所述第一电气部件的第二锁定致动器组件的位置，并且产生指示所述第二锁定致动器组件的位置的第二信号，其中，所述第二锁定致动器组件包括能够从第一解锁位置移动至第二锁定位置的第二锁定致动器，所述第二锁定致动器配置成在处于所述第二位置时将所述第一电气部件与所述第二电气部件互锁，并且其中，所述第二传感器包括由所述第一电气部件支承的线圈以及由所述第二锁定致动器支承的金属部件，由此，相比于所述第二锁定致动器处于所述第二位置时，所述金属部件在所述第二锁定致动器处于所述第一位置时与所述线圈间隔开更大的距离，由此所述线圈的电感的变化对应于指示所述第二锁定致动器的位置的信号；以及对所述第一信号和所述第二信号进行比较，以确定所述第一电气部件是否与所述第二电气部件互锁。
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