CN115803691A - 用于处理和交换现场设备与控制器间的信号的技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理和交换现场设备与可编程控制器，PLC(130；320)间的信号的技术。根据所述技术的一个方面，用于处理经交换的电信号的信号处理模块(100)包括用于将所述信号处理模块(100)与所述至少一个现场设备(120)和所述PLC(130；320)导电连接在一起的第一连接组件(102；102.1，102.2，102.2')、用于将信息信号发送给所述PLC(130；320)的通信组件(104)，和用于根据所述信号处理模块(100)的功能范围来处理在所述至少一个现场设备(120)与所述PLC(130；320)之间交换的电信号的信号处理组件(106)。所述信息信号给出所述功能范围。

Description

用于处理和交换现场设备与控制器间的信号的技术

技术领域

本发明涉及的是处理和交换至少一个现场设备与可编程控制器(PLC)间的电信号。特别是提供用于处理电信号的信号处理模块和用于交换电信号的系统。

背景技术

加工工业使用控制与调节技术来在对现有设备进行现代化时或者为了更快地建造新设备而缩短建设时间，从而降低转换成本。示例性的例子为油气加工设备。

在这些应用领域中，需要在至少一个现场设备与控制器之间迅速且简单地交换并处理信号。现场设备例如包括传感器和致动器。传感器将表明过程量的状态的输入信号传输给控制器。致动器从控制器接收输出信号并执行影响工程量的措施。

具有固定输入与输出能力(I/O能力)的控制器可以直接连接现场设备。可借助信号处理模块(如I/O卡)来实现更多的灵活性和功能性，这些信号处理模块处理现场设备与控制器之间的信号路径中的信号。

文献EP 3 149 550 A1描述一种用于处理在I/O现场装置与控制器之间传输的I/O信号的I/O中介层系统。该系统包括基座、中介层电路载体(即I/O卡)和电连接器。电连接器以第一连接器半部(即插槽)固定在基座上，以第二连接器半部固定在中介层电路载体上。第一和第二连接器半部可选地相卡合，从而将中介层电路载体安装在基座上。

但在传统上，较大的灵活性和功能性会增大维护成本，并在初次安装或改装时带来更多故障源。例如必须确保将正确的I/O卡安装在正确的插槽中。例如必须在其中一个I/O卡发生故障时将这些I/O卡在开关柜中识别出来并加以更换。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于处理和交换至少一个现场设备与控制器间的信号的技术，其降低或消除在传统上与灵活功能性相关的安装与维护成本。

本发明用以达成上述目的的解决方案为独立权利要求的特征。本发明的有益技术方案和有利改进方案参阅从属权利要求。

下面部分结合附图来对本发明的可选地可相组合的实施例进行阐述。

第一方面涉及一种用于处理在至少一个现场设备与可编程控制器(PLC)之间交换的电信号的信号处理模块。所述信号处理模块包括第一连接组件，其被构建成将所述信号处理模块与所述至少一个现场设备和所述PLC导电连接在一起。所述信号处理模块还包括通信模块，其被构建成将信息信号发送给所述PLC。所述信号处理模块还包括信号处理组件，其被构建成根据所述信号处理模块的功能范围来处理在所述至少一个现场设备与所述PLC之间交换的电信号，其中所述信息信号给出所述功能范围。

在一个实施例中，通信组件将信息信号发送给PLC，这些信息信号给出对在该至少一个现场设备与PLC之间交换的电信号进行处理的功能范围，PLC就能查明是否存在(例如功能上)正确或充分的信号处理模块。

例如在PLC所控制的过程(其例如借助至少一个现场设备来实施)发生变化或扩展的情况下，就能查明这个过程是否根据功能范围可借助信号处理模块的功能来实施。作为替代或补充方案，所述PLC可以逐步地检查该过程的流程控制，使得每个步骤中所需的功能均被所给出的功能范围包括在内。

在该实施例或另一实施例中，PLC可以(例如在用于在该至少一个现场设备与PLC之间交换电信号的系统中)与多个第二连接组件导电连接，并且基于给出的功能范围来检查信号处理模块是否通过其第一连接组件与正确的第二连接组件导电连接。

可以借助通信组件(优选通过第一连接组件)将(优选经处理的)电信号从信号处理组件发送给PLC。作为替代或补充方案，可以借助通信组件(优选通过第一连接组件)从PLC接收(优选待处理的)电信号并转发给信号处理组件。

所述通信组件可以(例如在第一连接组件的控制器侧部分上)提供通向PLC的串行接口。所述PLC可以(例如在其与第二连接组件导电连接的端口上)提供通向信号处理模块的对应的串行接口。例如可以通过借助第一和第二连接组件相连的串行接口来交换电信号以及交换信息信号。

所述通信组件和/或所述信号处理组件可以被构建成发送给出功能范围的信息信号。作为对(例如第一连接组件与对应的通向PLC的第二连接组件的)导电连接的响应和/或作为对信号处理模块与PLC的导电连接的响应和/或作为对PLC(例如无线或通过第一连接组件)接收到的功能范围要求的响应，可以发送给出功能范围的信息信号(优选发送给PLC)。其中，该导电连接例如可以包括使得第一连接组件与第二连接组件发生接触。

所述电信号可以包括一或多个值(如输入信号中的实际值或输出信号中的额定值)以及/或者被用来传输一或多个值。这些值可以涉及过程量。

所述至少一个现场设备可以是某个(例如制造技术或工艺技术的)设备的部分以及/或者自动化技术领域中的某个技术装置，如应用于或可应用于自动化过程的技术装置。

所述PLC可以简称为控制器。所述PLC可以是自动化控制器。

所述至少一个现场设备可以远离PLC地布置。所述至少一个现场设备例如可以借助电信号而被PLC遥控。

电信号的处理例如可以包括电信号的转换和/或评价。

所述至少一个现场设备可以包括致动器和/或传感器。该致动器例如可以是执行元件或阀。该现场设备例如可以包括传感器，以及/或者该现场设备和/或该信号处理组件例如可以包括测量变换器。该测量变换器可以被构建成根据固定关系将传感器所接收到的输入变量转换成输出变量。该功能范围可以决定测量变换器。举例而言，该功能范围可以给出是否存在测量变换器以及/或者该测量变换器是否是测量用互感器、测量放大器和/或测量转换器。

所述PLC可以是用于控制和/或调节例如某个自动化过程的至少一个现场设备的控制器。所述PLC例如可以从现场设备读取信息和/或将控制指令发送给现场设备。此外，所述PLC可以例如基于某个用户程序来处理信息和/或控制指令。作为替代或补充方案，所述PLC可以被另一PLC和/或控制室控制和/或读取。该控制室可以包括另一PLC，其可以被构建成对该PLC进行控制和/或读取。该读取可以包括读取交换的电信号和/或信号处理模块的状态消息。

所述第一连接组件可以是具有多个电触点的电连接组件。作为替代或补充方案，所述第一连接组件可以是插式连接器半部，如插座、内嵌式插头或接触片。

所述第一连接组件可以(例如为了交换信号处理模块与PLC间的电信号而)被构建成，将所述信号处理模块与对应于第一连接组件的连接组件(也称：第二连接组件)电连接和/或机械连接在一起。作为替代或补充方案，所述第二连接组件可以是插式连接器半部，如插座、内嵌式插头或插槽。

所述通信组件可以被构建成发送和/或接收信号处理模块与PLC间的电信号和/或信息信号。作为替代或补充方案，所述通信组件可以被构建成，例如通过PLC来传输信号处理模块与控制中心间的电信号和/或信息信号。可以将所述电信号和/或所述信息信号从信号处理模块和PLC传输给控制中心。

所述通信组件可以被构建成，作为对借助第一连接组件的导电连接和/或信号处理模块与PLC的导电连接和/或PLC通过第一连接组件所接收到的功能范围要求的响应，发送给出功能范围的信息信号。

也可以通过第一连接组件例如借助串行数据传输来将信息信号连同电信号一起发送。作为替代或补充方案，可以通过(例如独立的)电导体、光导体和/或无线电信号将信息信号传输给PLC。

所述通信组件可以被构建成，通过第一连接组件和/或无线接口将信息信号发送给PLC。所述通信组件可以包括无线接口(如无线电接口)和/或有线接口，优选通向第一连接组件和/或用于与PLC进行通信。

所述第一连接组件可以布置在所述信号处理模块的边缘上以及/或者为了实现导电连接而与包括所述PLC的系统的第二连接组件插合在一起或可插合在一起。

所述信号处理模块可以(例如根据功能范围而)被构建成，对模拟和/或数字的电信号，优选具有逻辑电平的电信号和/或经调制的电信号，进行处理。

所述模拟电信号例如可以具有无级、连续和/或平滑的电压特性曲线或电流特性曲线。

所述数字电信号可以(例如就电压或电流而言)具有边沿、一或多个离散水平和/或阶梯状走向。该逻辑信号可以对应于指定的信号形式，如晶体管－晶体管逻辑(TTL)。替代地，数字电信号也可以具有离散的傅里叶分量。经调制的电子信号可以包括载波频率或者一或多个副载波频率。

所述信号处理模块的功能范围可以对应于该信号处理模块的功能性结构或内部结构。该功能范围例如可以编程技术和/或电路技术地确定和/或构建。

所述信号处理组件可以包括(例如离散或集成的)电路。所述信号处理组件可以被构建成根据功能范围来实施某项功能(如信号转换)。作为替代或补充方案，所述信号处理组件可以具有数字的信号处理器或微控制器，以便实施和/或控制信号处理组件的功能范围。

作为替代或补充方案，所述信号处理模块(如信号处理组件)可以包括用于对在通信组件与信号处理组件之间交换的电信号进行电隔离的电路(也称：隔离电路或隔离平面)。作为替代或补充方案，在第一连接组件的现场侧部分(或信号处理模块的现场端子)与信号处理组件(或通信组件)之间可以设有隔离电路。

所述信号处理模块可以基于或根据相应的功能范围来处理(例如准备、转换和/或成像)在该至少一个现场设备与PLC之间交换的电信号。

这些经交换的信号可以包括输入信号和/或输出信号。

输入信号例如可以从该至少一个现场设备被传输至信号处理模块(优选通过第一连接组件的现场侧部分)。可以由信号处理模块的信号处理组件根据功能范围对传输至信号处理模块的信号进行处理。此外，可以将经处理的电信号从信号处理模块传输给PLC(优选通过第一连接组件的控制器侧部分)。实施传输(例如作为串行数据传输的部分)时，所述信号处理模块和/或通信组件可以借助信息信号将功能范围传输给PLC，例如使得PLC能够根据功能范围来在其与第二连接组件电连接的端口上实施设定以及/或者能够在自动化过程中控制与信号处理模块相关的流程(例如在信号处理模块失效或发生故障的情况下)。作为替代或补充方案，所述信号处理模块可以在该信号处理模块与PLC连接的情况下将信息信号发送给PLC。

输出信号例如可以从PLC被传输至信号处理模块(优选通过第一连接组件的控制器侧部分)。传输完毕后，所述信号处理模块根据功能范围借助该信号处理模块的信号处理组件对该信号进行处理。此外，将经处理的信号从信号处理模块传输给该至少一个现场设备(优选通过第一连接组件的现场侧部分)。

进一步地，所述信号处理模块可以包括供能组件(或者简称：能源组件)。所述供能组件可以被构建成为所述信号处理模块供应电能。所述供能组件的电能例如可以由外部能源(即由信号处理模块以外，如由系统的能源组件)以及/或者由内部能源(即由信号处理模块的能源)提供。该外部能源例如可以通过第一连接组件将能量传输给供能组件。该内部能源例如可以是电能存储器，其可选地可以被外部能源充电以便优选不间断供电。

所述信号处理模块可以根据功能范围而包括数字输入端(DI)、数字输出端(DO)、模拟输入端(AI)和/或模拟输出端(AO)，优选在第一连接组件的现场侧部分上(或现场端子上)。DI可以是用于检测和/或处理数字电信号的输入端。DO可以是用于处理和/或输出数字电信号的输出端。AI可以是用于检测和/或处理模拟电信号的输入端。AO可以是用于处理和/或输出模拟电信号的输出端。

所述信号处理模块的功能范围可以包括以下信号处理中的至少一个。第一信号处理包括将该至少一个现场设备所检测到的电信号转换至PLC的由第一连接组件导电连接的DI。第二信号处理包括将由第一连接组件从PLC的数字DO检测到的电信号转换至该至少一个现场设备。第三信号处理包括将该至少一个现场设备所检测到的电信号转换至PLC的由第一连接组件导电连接的AI。第四信号处理包括将由第一连接组件从PLC的AO检测到的电信号转换至该至少一个现场设备。第五信号处理包括提供通向该至少一个现场设备的数字DI，其被构建成检测该至少一个现场设备的电信号。第六信号处理包括提供通向该至少一个现场设备的DO，其被构建成将电信号输出至该至少一个现场设备。第七信号处理包括提供通向该至少一个现场设备的AI，其被构建成检测该至少一个现场设备的电信号。第八信号处理包括提供通向该至少一个现场设备的AO，其被构建成将电信号输出至该至少一个现场设备。

该功能范围可以包括信号处理模块的信号处理的至少两个替代的状态。作为替代或补充方案，所述通信组件和/或所述处理组件可以被构建成，通过第一连接组件从PLC接收控制信号。这些控制信号可以规定这些替代状态中的一个状态。所述信号处理组件还可以被构建成，接受信号处理的该规定状态。

这两个替代的状态例如可以是提供DI和DO或者提供AI和AO。PLC例如可以借助控制信号在这两个替代的状态之间进行切换。

作为替代或补充方案，这些控制信号可以适于对信号处理模块进行控制。这些控制信号可以根据功能范围来控制信号处理模块的某项功能。这些控制信号例如可以根据功能范围来激活或停用某项功能。

替代地，所述信号处理模块的功能范围可以是不变的。PLC可以被构建成，借助信息信号来检测功能范围，并且在某个功能范围不适于存储在PLC中的流程控制时(例如向控制中心)输出出错消息。

这些信息信号，例如功能范围的说明，可以包括以下标识中的至少一个。信号处理模块标识可以给出或(例如明确地)识别信号处理模块。连接组件标识可以给出信号处理模块的第一连接组件。连接状态标识可以给出信号处理模块与PLC间的导电连接的状态。功能范围标识可以给出功能范围。工作状态标识可以给出电信号处理的工作状态和/或信号处理模块的工作状态。应用标识可以给出电信号的(例如与信号处理模块兼容的)应用以及/或者该至少一个现场设备的(例如与信号处理模块兼容的)设备类型。信号形式标识可以给出(例如在信号处理模块与该至少一个现场设备之间的)电信号的信号形式。

信号处理模块标识可以明确地给出或确定信号处理模块。每个信号处理模块例如可以具有一个序列号、一个地址或其串行接口的标识。

连接组件标识例如可以包括该第一连接组件的标识、技术结构和/或功能。

功能范围标识例如可以包括用于描述功能范围的标识和/或关于所选功能范围的标识。

工作状态标识例如可以给出关于信号处理模块的其中一个组件的功能的标识和/或包括关于信号处理模块的错误的标识(如故障代码)。

所述第一连接组件和/或所述通信组件和/或所述信号处理组件可以被构建成，(例如根据功能范围来)优选地与PLC和/或该至少一个现场设备对电信号进行单向或双向通信。

所述第一连接组件和/或所述通信组件和/或所述信号处理组件可以被构建成与PLC对电信号和/或信息信号进行串行通信。例如可以借助同一通信组件和/或同一串行接口与PLC既对电信号又对信息信号进行交换。

可选地，所述通信组件可以包括用于对信息信号进行通信的(例如独立或冗余的)无线接口。

所述通信组件和/或所述信号处理组件可以被构建成周期性地或连续地检测(如接收)和/或周期性地或连续地处理和/或周期性地或连续地发送电信号。所述信号处理模块例如可以被构建成在第一连接组件的现场侧部分上周期性地或连续地检测电信号。

周期性或连续的检测能够对该至少一个现场设备实现监控。周期性或连续的检测在专业术语中可以被称为Monitoring。例如可以检测这些电信号或其中一个电信号的时间曲线。

第二方面涉及一种用于在至少一个现场设备与可编程控制器(PLC)之间交换电信号的系统。所述系统包括PLC，其提供至少一个用于交换电信号的端口。所述系统还包括至少两个第二连接组件，其与所述PLC的所述至少一个端口导电连接并且分别被构建成，将所述PLC与根据第一方面的信号处理模块通过其第一连接组件导电连接在一起。所述PLC被构建成，从所述信号处理模块接收信息信号并且根据相应信号处理模块的功能范围通过所述至少两个第二连接组件与相应的信号处理模块交换所述电信号，其中源于相应信号处理模块的信息信号给出相应信号处理模块的功能范围。

每个第二连接组件均可以包括一个插槽。导电连接可以包括将第一连接组件(如接触片)插入第二连接组件。

所述系统还可以包括所述信号处理模块中的至少两个，其第一连接组件分别与所述第二连接组件中的另一个导电连接。所述信号处理模块可以被构建成，将信息信号发送给PLC并且根据相应信号处理模块的功能范围对在所述至少一个现场设备与PLC之间交换的电信号进行处理。

所述PLC还可以被构建成，通过用于控制相应信号处理模块的第二连接组件来发送控制信号。所述功能范围例如可以包括对电信号进行处理的至少两个替代的状态(即信号处理模块的信号处理的至少两个替代的状态)。这些控制信号可以规定这些替代状态中的一个状态。

所述信息信号可以包括或给出相应信号处理模块的标识。作为替代或补充方案，每个端口均可以是串行端口。

所述信息信号可以给出相应信号处理模块的标识。所述PLC所提供的该至少一个端口可以包括与所述至少两个第二连接组件导电连接的用于交换电信号的串行端口。所述PLC还可以被构建成通过串行端口与所述至少两个信号处理模块(100)交换电信号，其中所述至少两个信号处理模块借其相应的标识而被区分和/或寻址。

例如可以在PLC与所述至少两个信号处理模块之间通过同一串行端口交换电信号。电信号的交换可以包括若干时间框架(专业术语中也称：框架)，例如在时间上被分成若干时间框架。这些时间框架分别可以包括相应信号处理模块的标识，例如在从信号处理模块到PLC的传输中作为发送者，或在从PLC到信号处理模块的传输中作为接收者。

作为替代或补充方案，所述PLC可以提供至少两个用于传输电信号的端口。每个端口可以一一对应地与所述至少两个第二连接组件中的一个导电连接。可选地，所述至少两个端口中的每个均可以是串行端口。

所述PLC的各一个端口可以与所述至少两个第二连接组件中的另一个导电连接。所述PLC还可以被构建成，作为对所述至少两个信号处理模块的信息信号的响应而对与相应第二连接组件导电连接的端口根据该端口所给出的功能范围进行配置。

所述PLC还可以包括通向上级控制中心的端子。所述PLC可以被构建成，将所述电信号、所述信息信号和/或由此导出的信号发送给所述上级控制中心。作为替代或补充方案，所述PLC可以被构建成，从所述上级控制中心接收用于控制所述电信号的处理的指令并且根据所述指令将控制信号发送给所述信号处理模块中的一个。作为替代或补充方案，所述PLC可以被构建成，从所述上级控制中心接收用于控制所述至少一个现场设备的指令并且根据所述指令将电信号发送给所述至少一个现场设备。

所述PLC还可以被构建成，查明分配给其中一个第二连接组件的功能范围或标识，与在这些信息信号中通过这个第二连接组件接收到的功能范围或接收到的标识，间的偏差。所述PLC还可以被构建成，例如作为对查明偏差后的响应，将出错消息输出至上级控制中心。

所述PLC的所述至少一个端口可以与所述PLC的微处理器的接口导电连接。所述微处理器例如可以被构建成执行程序编码或计算机程序。所述微处理器还可以具有至少一个计算单元。

作为替代或补充方案，所述PLC的所述至少一个端口可以通过(例如该系统的路由平面内的)背接线与第二连接组件的控制器侧部分导电连接。可选地，所述背接线可以包括PLC的端口与第二连接组件间的因PLC的控制信号而不变的电连接。

该第二方面还可以包括结合第一方面中的信号处理模块所揭示的任一特征或者对应于所述系统的特征。

在每个方面中，所述至少一个现场设备(例如在信号处理模块上)所检测到的电信号也可以被称为输入信号(E信号)。作为替代或补充方案，(例如由信号处理模块)输出至该至少一个现场设备的电信号也被称为输出信号(A信号)。作为替代或补充方案，现场侧电信号(例如在信号处理模块与该至少一个现场设备之间交换的信号)被称为E/A信号。

所述PLC可以由(例如具有微控制器和/或微处理器的)控制器来实现。所述系统的一个实施例，例如其PLC，可以与该系统的另一(例如远程的)实施例或者与输入/输出架(E/A架)进行通信。例如，该系统的两个或两个以上实施例的相应PLC可以通过数字总线或网络进行通信。

所述端口可以是PLC的输入端和/或输出端，其被构建成接收或发送被交换的电信号。

所述系统可以借助信号处理模块来处理电信号从而在现场设备与上级控制中心之间进行传输。为此，所述信号处理模块可以在现场设备与PLC的端口之间传输和处理电信号。在此情况下，所述信号处理模块可以根据功能范围来处理电信号，从而将其提供给端口和/或现场设备。

附图说明

下面参照附图并结合可选地可相组合的优选实施方式对本发明进行详细阐述。

其中：

图1为用于处理用于PLC的现场设备的电信号的信号处理模块的第一实施例的示意性框图；

图2为具有储能器的用于处理在现场设备和PLC之间交换的电信号的信号处理模块的第二实施例的示意性框图；

图3为用于在现场设备与PLC之间交换电信号的系统的第一实施例的示意性框图；以及

图4为用于在现场设备与PLC之间交换电信号的系统的第二实施例的示意性框图。

具体实施方式

图1示出整体用附图标记100表示的用于处理在现场设备120与可编程控制器(PLC)130之间交换的电信号的信号处理模块(简称模块)的第一实施例。

为此，信号处理模块100具有用于将信号处理模块100与PLC

130导电连接在一起的第一连接组件102。模块100还包括通信组件104，其被构建成通过连接组件102将信息信号发送给PLC 130。模块100的信号处理组件106被构建成根据信号处理模块100的功能范围来处理至少一个电信号。为了将经处理的电信号发送给PLC或从PLC接收待处理的电信号，信号处理组件106与通信组件104导电连接。

优选地，信号处理组件106具有隔离平面106.1和控制器106.2，其中隔离平面106.1例如借助光电耦合器在现场设备120与PLC 130之间(例如通信组件104与信号处理组件106中的信号处理之间)的信号路径中提供电隔离。信号处理组件106的控制器106.2(如信号处理器)适于根据功能范围来处理电信号。

此外，信号处理模块100具有通向现场设备120的端子102.2和/或102.2'(如输入端或输出端)。端子102.2和/或102.2'将信号处理组件106与现场设备120导电连接在一起。端子102.2和/或102.2'可以与功能范围相关以及/或者例如在信号形式和/或插式连接器半部方面与现场设备120匹配。

该端子可以是第一连接组件102的现场侧部分102.2(如模块100的共同插式连接器半部的部件)连同第一连接组件102的控制器侧部分102.1。作为替代或补充方案，信号处理模块100可以包括独立的现场端子102.2'。通过独立的现场端子102.2'可以将现场设备120直接连接模块100。

模块100的在图1中示意性示出的第一实施例的功能范围包括信号输入(简称：输入)。信号处理组件的控制器例如可以包括根据功能范围来检测现场设备的输入信号的输入电路，如用于现场设备120的模拟输入端(AI)的模数转换器。

在第一实施例的一种变体中，现场设备120与PLC 130之间的信号路径可以包括端子102.2和/或102.2'作为通向现场设备120的信号输出(简称：输出)。亦即，功能范围包括输出，如模拟输出端(AO)。

为了进行双向通信(即双向交换信号)，可以将第一实施例与该变体组合在一起。

在每个变体中，通信组件104与PLC 130之间的信号路径的部件具有串行数据传输。

此外，通信组件104和/或信号处理组件106被构建成在第一连接组件102与PLC130导电连接时发送信息信号。优选地，信号处理组件106控制通信组件104来发送信息信号。

此外，信号处理模块100具有至少为信号处理组件106供电的能源组件108，其包括控制器108.1和隔离平面108.2。控制器108.1被构建成至少为信号处理组件106提供工作用供电电能。隔离平面108.2例如可以借助变压器在外部能源(或控制器108.1)与至少该信号处理组件106之间的功率路径中提供电隔离。其中，能源组件108被处于信号处理模块100外部的能源组件312供能。能源组件312可以实施在前述系统中。能源组件312可以是开关电源。

从现场设备120传输至PLC 130的电信号的交换和处理(如电信号的转换)的图1所示方向是示例性的。在通信组件104与PLC 130之间例如可以存在单向通信。作为替代或补充方案，可以(例如针对输出的功能范围)实施相反方向上的电信号交换或者双向通信。

图2示意性示出模块100的第二实施例。所述第二实施例可以是图1中示意性示出的第一实施例的改进方案。

能源组件108还可以包括储能器108.3。储能器108.3被构建成至少为信号处理组件106提供供电电能。

作为替代或补充方案，可以对从PLC 130传输至现场设备120和/或反向传输的电信号进行处理。在通信组件104与PLC 130之间可以存在双向连接。该双向连接可以利用串行通信，其例如使用的是工业传输协议。

在每个实施例中，信号处理模块100可以被构建成通过第一连接组件102从PLC130接收控制信号。

作为替代或补充方案，信号处理模块100可以构建为用于在至少一个现场设备120与控制器(即PLC)130之间传输电信号的接口。信号处理模块100可以对PLC 130和/或现场设备120(如传感器)的标准信号进行处理(如相互转换)。

作为替代或补充方案，该双向连接可以满足使用安全完整性等级(专业术语中也称“safety integrity level”或SIL)的要求。此外，通信组件104包括用于确保连接或通信的各种机制。

该功能范围可以包括以下功能或应用中的至少一个：模拟输入端(AI)、模拟输出端(AO)、数字输入端(DI)、数字输出端(DO)、温度测量、振动测量法、SAFETY继电器、继电器或馈通。

图3示出整体用附图标记300表示的系统的第一实施例，该系统用于在现场设备120与PLC 130之间交换电信号，并且可选地用于将电信号传输给上级控制中心330。系统300包括PLC 130，其提供至少一个用于交换信号的端口310。系统300还包括第二连接组件306，其分别与端口310导电连接并且被构建成，通过信号处理模块100的第一连接组件来导电连接信号处理模块100。

信号处理模块100被构建成，根据相应信号处理模块100的功能范围来处理在现场设备120与PLC 130之间交换的电信号。

此外，信号处理模块100被构建成，通过第一连接组件102和第二连接组件306来将信息信号传输给PLC 130。PLC 130被构建成，作为对信息信号的响应根据功能范围来配置与相应第二连接组件306导电连接的端口310。可选地，PLC 130被构建成借助控制信号来控制信号处理模块100。

系统300具有现场端子304，其被构建成优选通过相应的第二连接组件306将至少一个现场设备120与相应的信号处理模块100导电连接在一起。作为替代或补充方案，在相应的信号处理模块100上可以设有针对相应现场设备120的模块侧现场设备103。

优选地，现场端子304(如通向现场设备120的输入端或输出端)和第二连接组件306布置在系统300的一个路由平面302内。第一连接组件102的现场侧部分102.2或第二连接组件306的现场侧部分306.2可以通过路由平面302(优选背接线)与系统300的通向现场设备120的现场端子304导电连接。

此外，系统300具有控制平面308，其具有PLC 130和可选地能源组件312。该能源组件被构建成至少为PLC 130和/或信号处理模块100提供供电电能。

此外，系统300在PLC 130与外部PLC 320之间具有通信连接，该外部PLC可以对PLC130进行控制访问和/或被PLC 130控制和/或采用冗余设置(例如针对PLC 130失效的情形)。

作为替代或补充方案，信号处理模块100可以优选地在信息信号中将一一对应的标识传输给PLC 130。这个标识使得PLC 130能够探测到相应的第二连接组件306中是否插入了信号处理模块100和/或插入了哪个信号处理模块100和/或相应的信号处理模块100具有何种功能范围。

PLC 130可以被构建成，将在信息信号中给出的功能范围作为信息进行输出，例如在PLC 130上的本地屏幕上输出或者通过PLC 130所产生并可通过网络端子而被调用的网页而输出。

PLC 130可以将给出的功能范围传输给控制中心330，使得控制中心330在借助PLC130来控制某个过程时能够将该功能范围考虑在内和/或输出该功能范围。此外，信号处理模块100可以根据其功能范围在测定PLC 130的控制程序时被考虑在内。可以自动和/或手动地借助控制中心330来测定控制程序。特别是能够对系统300和/或系统300所实施的过程进行优化。

作为替代或补充方案，可以借助串行的电信号来传输该标识。还可以通过有线通信接口和/或通过无线通信接口来进行传输。该标识还可以被构建成，至少将功能范围和/或信号处理模块100的识别特征传输给PLC 130，其中在第一连接组件与第二连接组件连接在一起时进行传输。

作为替代或补充方案，该标识可以包括端口310、第一连接组件102、第二连接组件306的识别特征、功能范围的识别特征(例如针对功能AI、AO、DI或DO)、用于配置信号处理模块100的识别特征(例如用于随后对配置进行调整)，和/或信号处理模块100的功能失常或功能限制的识别特征。

该标识特别是能够简化运行和/或试运行，因为系统300或PLC130提供了信号处理模块100的信息。此外，信号处理模块100可以传输关于处理电信号的功能状态，如所谓的“在线”状态。

作为替代或补充方案，系统300或PLC 130可以基于该标识来配置能源组件312的能源管理。在此情况下，该标识可以包括关于能耗的识别特征。还可以测定某个时间段内的能流。还有利于通过该标识来对信号处理模块100、系统300和/或PLC 130的保养进行规划。

作为替代或补充方案，可以有利地对系统300的功能范围进行调整并进行针对性研发以便在现场设备120与上级控制中心330之间传输电信号。可以由控制室330和/或PLC130来实施和/或调整信号处理模块100的配置和/或校准。还可以由控制室330和/或PLC130来检测信号处理模块100的工作状态。

工作状态可以包括信号处理模块100的工作小时数、信号处理模块100的故障监控、电信号的监控、信号处理模块100的维护间隔期的监控和/或信号处理模块100的预测性维护。

作为替代或补充方案，借助工业现场总线的信号(如“HighwayAddressableRemote Transducer”(“可寻址远程传感器高速通道”)或“HART”的信号)来控制和/或配置现场设备120(例如通过处理信号处理模块100中的电信号和/或通过PLC 130)。

在图3所示系统300的第一实施例中，路由平面302的背接线包括端口310与第二连接组件306间的一一对应，而在图4所示系统300的第二实施例中，该标识决定了在通过共同的串行总线交换时对哪个信号处理模块100进行寻址。

结合此前的实施例可看出，若干实施例可以提供某种信号处理模块，其能够满足客户在过程自动化领域的不同要求。从而在过程自动化领域中降低配置成本和/或维护成本。

以上参照示范性实施例对本发明进行了描述，但对于本领域技术人员来说，显然可以进行各种修改，也可以使用对等物来替换。此外，可以进行多次改性，以使特定的情况或特定的过程与本发明的原理相匹配。因此，本发明并不局限于所揭示的实施例，而是包括落入所附权利要求范围内的所有实施例。

附图标记说明

信号处理模块 100

第一连接组件，优选接触片 102

第一连接组件的控制器侧部分 102.1

第一连接组件的现场侧部分 102.2

信号处理模块的现场端子 102.2'

通信组件 104

信号处理组件 106

信号处理组件的隔离平面 106.1

信号处理组件的控制器 106.2

能源组件 108

能源组件的控制器 108.1

能源组件的隔离平面 108.2

能源组件的储能器 108.3

现场设备 120

可编程控制器(SPS或PLC) 130

系统 300

路由平面 302

系统的现场端子 304

第二连接组件，优选插槽 306

第二连接组件的控制器侧部分 306.1

第二连接组件的现场侧部分 306.2

控制平面 308

端口 310

系统的能源组件 312

外部PLC，优选冗余的PLC 320

通向外部PLC的端子 322

控制中心(也称：控制室) 330

通向控制中心的端子，优选网络端子 332

Claims (16)

1.一种用于处理在至少一个现场设备(120)与可编程控制器，PLC，(130；320)之间交换的电信号的信号处理模块(100)，包括：

包括第一连接组件(102；102.1，102.2，102.2')，其被构建成将所述信号处理模块(100)与所述至少一个现场设备(120)和所述PLC(130；320)导电连接在一起；

通信组件(104)，其被构建成将信息信号发送给所述PLC(130；320)；和

信号处理组件(106)，其被构建成根据所述信号处理模块(100)的功能范围来处理在所述至少一个现场设备(120)与所述PLC(130；320)之间交换的电信号，

其中所述信息信号给出所述功能范围。

2.根据权利要求1所述的信号处理模块(100)，其中所述通信组件(104)被构建成，作为对

-借助所述第一连接组件(102；102.1)的导电连接，和/或

-所述信号处理模块(100)与所述PLC(130；320)的导电连接，和/或

-所述PLC(130；320)通过所述第一连接组件(102；102.1)所接收到的功能范围要求的响应，

发送给出所述功能范围的信息信号。

3.根据权利要求1或2所述的信号处理模块(100)，其中所述通信组件(104)被构建成，通过所述第一连接组件(102；102.1)和/或无线接口将所述信息信号发送给所述PLC(130；320)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述第一连接组件(102；102.1；102.2)布置在所述信号处理模块(100)的边缘上并且为了实现所述导电连接而与包括所述PLC(130；320)的系统(300)的第二连接组件(306；306.1)插合在一起或可插合在一起。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述信号处理模块(100)根据所述功能范围而被构建成，对模拟和/或数字的电信号，优选具有逻辑电平的电信号和/或经调制的电信号，进行处理。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述信号处理模块(100)的功能范围包括以下信号处理中的至少一个：

-将所述至少一个现场设备(120)所检测到的电信号转换至所述PLC的由所述第一连接组件(102；102.1)导电连接的数字输入端DI；

-将由所述第一连接组件(102；102.1)从所述PLC的数字输出端DO检测到的电信号转换至所述至少一个现场设备(120)；

-将所述至少一个现场设备(120)所检测到的电信号转换至所述PLC的由所述第一连接组件(102；102.1)导电连接的模拟输入端AI；

-将由所述第一连接组件(102；102.1)从所述PLC的模拟输出端AO检测到的电信号转换至所述至少一个现场设备(120)；

-提供通向所述至少一个现场设备(120)的数字输入端DI，其被构建成检测所述至少一个现场设备(120)的电信号；

-提供通向所述至少一个现场设备(120)的数字输出端DO，其被构建成将所述电信号输出至所述至少一个现场设备(120)；

-提供通向所述至少一个现场设备(120)的模拟输入端AI，其被构建成检测所述至少一个现场设备(120)的电信号；以及

-提供通向所述至少一个现场设备(120)的模拟输出端AO，其被构建成将所述电信号输出至所述至少一个现场设备(120)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述功能范围包括所述信号处理模块(100)的信号处理的至少两个替代的状态，

可选地，其中所述通信组件(104)还被构建成，通过所述第一连接组件(102；102.1)从所述PLC(130；320)接收控制信号，其中所述控制信号规定所述替代状态中的一个状态，并且所述信号处理组件(106)还被构建成，接受所述信号处理的所述规定状态。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述信号处理模块(100)的功能范围是不变的。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述信息信号，优选所述功能范围的说明，包括以下标识中的至少一个：

-用于给出所述信号处理模块(100)的信号处理模块标识；

-用于给出所述信号处理模块(100)的第一连接组件(102)的连接组件标识；

-用于给出所述信号处理模块(100)与所述PLC(130；320)间的导电连接的状态的连接状态标识；

-用于给出所述功能范围的功能范围标识；

-用于给出所述电信号的处理的工作状态和/或所述信号处理模块(100)的工作状态的工作状态标识；

-用于给出所述电信号的应用以及/或者用于给出所述至少一个现场设备(120)的设备类型的应用标识；以及

-用于给出所述电信号的信号形式的信号形式标识。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的信号处理模块(100)，其中根据所述功能范围，所述第一连接组件(102；102.1，102.2，102.2')和/或所述通信组件(104)和/或所述信号处理组件(106)被构建成，优选地与所述PLC(130；320)和/或所述至少一个现场设备(120)对所述电信号进行单向或双向通信。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的信号处理模块(100)，其中所述第一连接组件(102；102.1)和/或所述通信组件(104)和/或所述信号处理组件(106)被构建成与所述PLC(130；320)对所述电信号和/或所述信息信号进行串行通信。

12.一种用于在至少一个现场设备(120)与可编程控制器，PLC(130；320)之间交换电信号的系统(300)，包括：

PLC(130；320)，其提供至少一个用于交换所述电信号的端口(310)；和

至少两个第二连接组件(306；306.1)，其与所述PLC(130；320)的所述至少一个端口(310)导电连接并且分别被构建成，将所述PLC(130；320)与根据权利要求1至12中任一项所述的信号处理模块(100)通过其第一连接组件(102；102.1)导电连接在一起，

其中所述PLC(130；320)被构建成，从所述信号处理模块(100)接收信息信号并且根据所述相应信号处理模块(100)的功能范围通过所述至少两个第二连接组件(306；306.1)与所述相应的信号处理模块(100)交换所述电信号，

其中源于所述相应信号处理模块(100)的信息信号给出所述相应信号处理模块的功能范围。

13.根据权利要求12所述的系统(300)，还包括所述信号处理模块(100)中的至少两个，其第一连接组件(102；102.1)分别与所述第二连接组件(306；306.1)中的另一个导电连接并且分别被构建成，将所述信息信号发送给所述PLC(130；320)并且根据所述相应信号处理模块(100)的功能范围对在所述至少一个现场设备(120)与所述PLC(130；320)之间交换的电信号进行处理。

14.根据权利要求12或13所述的系统(300)，其中所述信息信号给出所述相应信号处理模块(100)的标识并且所述PLC所提供的所述至少一个端口(310)包括与所述至少两个第二连接组件(306；306.1)导电连接的用于交换所述电信号的串行端口，且其中所述PLC(130；320)还被构建成通过所述串行端口与所述至少两个信号处理模块(100)交换所述电信号，其中所述至少两个信号处理模块(100)借其相应的标识而被区分和/或寻址。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的系统(300)，其中所述PLC(130；320)的各一个端口(310)与所述至少两个第二连接组件(306；306.1)中的另一个导电连接，且其中所述PLC(130；320)还被构建成，作为对所述至少两个信号处理模块(100)的信息信号的响应而对与所述相应第二连接组件(306；306.1)导电连接的端口(310)根据通过所述端口(310)所给出的功能范围进行配置。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统(300)，其中所述PLC(130；320)还具有通向上级控制中心(330)的端子并且被构建成，

将所述电信号、所述信息信号和/或由此导出的信号发送给所述上级控制中心(330)，以及/或者

从所述上级控制中心(330)接收用于控制所述电信号的处理的指令并且根据所述指令将控制信号发送给所述信号处理模块(100)中的一个，以及/或者

从所述上级控制中心(330)接收用于控制所述至少一个现场设备的指令并且根据所述指令将电信号发送给所述至少一个现场设备(120)。

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