CN116107195A - 协调插入和/或移除冗余输入/输出部件的系统和方法 - Google Patents

Abstract

涉及协调插入和/或移除冗余输入/输出部件的系统和方法。非暂态计算机可读介质包括计算机可执行指令，该指令在被与工业自动化系统中的第一输入/输出(I/O)部件相关联的一个或更多个处理器执行时，使处理器执行操作。第一I/O部件可以以单独双工(“suplex”)操作模式工作。这些操作包括：检测工业自动化系统中的第二I/O部件；确定与第一I/O部件相关联的第一硬件配置、第一软件配置或两者和与第二I/O部件相关联的第二硬件配置、第二软件配置或两者相兼容；以及重新配置第一I/O部件以双工操作模式工作。

Description

协调插入和/或移除冗余输入/输出部件的系统和方法

技术领域

本公开内容总体涉及协调冗余输入/输出(I/O)部件的操作模式。更具体地，本公开内容的实施方式涉及从工业自动化系统中插入和/或移除I/O部件，以及协调一个或更多个I/O部件的重新配置，以维持与工业自动化系统中一个或更多个I/O装置的通信或对所述工业自动化系统中一个或更多个I/O装置的控制。

背景技术

工业自动化系统可以被用于提供对一个或更多个执行器的自动控制。例如，工业自动化系统的控制器可以向执行器输出经调节的电力信号，以控制执行器(actuator)的活动。输入/输出(I/O)部件可以促进控制器与执行器或工业自动化系统内的其他装置之间的通信。在特定的工业自动化系统中，冗余I/O部件可以被用于维持控制器与执行器或其他装置之间的通信。然而，维护冗余I/O部件可能需要移除冗余I/O部件对(a pair ofredundant I/O components)中的一个特定I/O部件，以及插入一个替换I/O部件。这种维护可能会中断控制器与执行器或其他装置之间的通信。因此，期望方便维护或替换工业自动化系统中的冗余I/O部件，以使控制器和工业自动化系统中的其他装置之间的通信中断最小化。

本节旨在向读者介绍可能涉及本技术各个方面的本领域各方面，其中所述本技术各个方面将在下文进行描述和/或申明。本讨论被认为有助于向读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开内容的各个方面。因此，应当理解这些陈述应从这个角度来解读，而不是被承认为现有技术。

发明内容

下文阐述了本文公开的特定实施方式的概述。应当理解，呈现这些方面仅是为了向读者提供对这些特定实施方式的简要概述，并且这些方面并不旨在限制本公开内容的范围。事实上，本公开内容可以包括下文可能没有阐述的各个方面。

在一种实施方式中，工业自动化系统的输入/输出(I/O)系统包括接线盒(terminal block)、第一I/O部件和第二I/O部件。接线盒包括可以耦接至相应I/O部件的端子。第一I/O部件和第二I/O部件可移除地耦接至端子组。第一I/O部件和第二I/O部件以双工操作模式(a duplex mode of operation)工作。第一I/O部件可以执行第一组操作，所述第一组操作包括：接收指示第一I/O部件从接线盒解锁的信号；生成用于将第一I/O部件从接线盒脱离的计划(schedule)；将所述计划发送给第二I/O部件；以及基于所述计划从端子组脱离。第二I/O部件可以执行第二组操作，所述第二组操作包括：从第一I/O部件接收计划；以及重新配置第二I/O部件以单独双工(“suplex”)操作模式(a single duplex(“suplex”)mode of operation)工作。

在另一种实施方式中，一种方法包括：通过可移除地耦接至接线盒的第一输入/输出(I/O)部件，接收指示第一I/O部件从接线盒解锁的信号；通过第一I/O部件，生成用于将第一I/O部件从接线盒脱离的计划；通过第一I/O部件，将所述计划发送给第二I/O部件；以及通过第一I/O部件，基于所述计划从与接线盒相关联的端子组脱离。所述方法还包括：通过第二I/O部件，基于所述计划将与第二I/O部件相关联的操作配置重新配置为单独双工(“suplex”)操作模式。

在又一种实施方式中，一种非暂态计算机可读介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被与工业自动化系统中的第一输入/输出(I/O)部件相关联的一个或更多个处理器执行时，使处理器执行操作。第一I/O部件可以以单独双工(“suplex”)操作模式工作。所述操作包括：检测工业自动化系统中的第二I/O部件；确定与第一I/O部件相关联的第一硬件配置、第一软件配置或两者和与第二I/O部件相关联的第二硬件配置、第二软件配置或两者相兼容；以及重新配置第一I/O部件以双工操作模式工作。

附图说明

在参照附图阅读以下详细描述时，可以更好地理解本公开内容的这些和其他特征、方面和优点，贯穿附图，相似的附图标记表示相似的部件，其中：

图1是根据实施方式的工业自动化系统的示意图；

图2是根据实施方式的可以在图1的工业自动化系统中使用的模块化输入/输出(I/O)系统的示意图；

图3是根据实施方式的与冗余I/O部件对相关联的重新配置过程的框图，其中所述冗余I/O部件对与图2的I/O系统相关联；

图4是根据实施方式的用于协调图3的冗余I/O部件对中的第一冗余I/O部件的脱离以及冗余I/O部件对中的第二冗余I/O部件的重新配置的方法的流程图；

图5是根据实施方式的与替换I/O部件和伙伴I/O部件相关联的重新配置过程的框图，其中替换I/O部件和伙伴I/O部件与图2的I/O系统相关联；以及

图6是根据实施方式的图5的替换I/O部件和伙伴I/O部件的配对过程的框图。

具体实施方式

下面将描述本公开内容的一个或更多个具体实施方式。为了提供对这些实施方式的简明描述，说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，正如在任何工程或设计项目中一样，在任何这种实际实现的开发中，必须做出许多特定于实现的决策来达成开发人员的特定目标，例如遵从与系统相关的约束和与业务相关的约束，这些约束在不同的实现中可以是不同的。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂的和耗时的，但对于从本公开内容获益的普通技术人员仍将是设计、加工和制造的例行任务。

在介绍本公开内容的各种实施方式的元素时，冠词“一个”、“此”和“所述”意在指存在一个或更多个元素。“包括”、“包含”和“有”等术语意在开放性的包括，意思是除所列元素外可能有其他元素。本文描述的现有实施方式中的一个或更多个具体实施方式将在下文描述。为了提供对这些实施方式的简明描述，说明书中可能不会对实际实现的所有特征进行描述。应当理解，正如在任何工程或设计项目中一样，在任何这种实际实现的开发中，必须做出许多特定于实现的决策来达成开发人员的特定目标，例如遵从与系统相关的约束和与业务相关的约束，这些约束在不同的实现中可以是不同的。此外，应当理解，这种开发工作可能是复杂的和耗时的，但对于从本公开内容获益的普通技术人员仍将是设计、加工和制造的例行任务。

如上所述，工业自动化系统内的冗余I/O部件可以被工业自动化系统中的连接发起者(例如，控制器)用于维持与一个或更多个装置的通信和对所述一个或更多个装置的控制。然而，维护冗余I/O部件可能需要移除冗余I/O部件对中的一个特定I/O部件和/或插入一个替换I/O部件。这种维护可能会中断连接发起者对装置操作的控制。

因此，本公开内容的实施方式总体上用于以无缝(例如，无扰动)的方式在与工业自动化系统中冗余I/O部件对相关联的伙伴I/O通道相关联的不同操作模式之间进行无缝切换。例如，冗余I/O部件对中的每个冗余I/O部件可以包括一个或更多个隔离通道。冗余I/O部件对的第一冗余I/O部件中的每个隔离通道在冗余I/O部件对的第二冗余I/O部件中具有伙伴隔离通道。在冗余I/O部件对之间的每个伙伴隔离通道对通常以双工操作模式(aduplex mode of operation)工作，使得每个伙伴隔离通道对协调特定操作的执行，以维持工业系统中的连接发起者与相应装置的通信或对该相应装置的控制。然而，如果伙伴隔离通道对的第一通道上发生故障，则伙伴隔离通道对中未发生故障的第二通道可以切换到suplex操作模式(例如，单独双工操作模式(a single duplex mode of operation))，使得第二通道无需与第一通道协调而执行特定操作。通过这种方式，在第一通道进行维护时，第二通道可以接管操作的全部执行。此外，因为每个冗余I/O部件中的每个通道彼此隔离，所以冗余I/O部件对之间的其他伙伴隔离通道对可以继续以双工操作模式工作。

此外，维护带有故障通道的冗余I/O部件(例如，冗余I/O部件对的第一冗余I/O部件)可能需要从工业自动化系统中移除第一冗余I/O部件。例如，维护技术人员可以通过执行器从工业自动化系统中的基座(例如，可移除的接线盒)上解锁第一冗余I/O部件以移除第一冗余I/O部件。在接收到第一冗余I/O部件正被从基座上移除的指示后，但是在第一冗余I/O部件已从基座上物理移除之前，第一冗余I/O部件可以启动与冗余I/O部件对中的其他伙伴隔离通道对相关联的重新配置过程。特别是，与第二冗余I/O部件相关联的每个伙伴隔离通道对的隔离通道可以将他们相应的操作模式切换为单独双工操作模式，使得第二冗余I/O部件的隔离通道无需与第一冗余I/O部件中他们的相应伙伴通道协调而执行他们的相应操作。通过这种方式，重新配置过程可以促进第二冗余I/O部件的每个隔离通道在双工操作模式到单独双工操作模式之间的无缝(例如，无扰动)转换，以使从工业自动化系统移除第一冗余I/O部件时，连接发起者与工业自动化系统中的装置的通信或对这些工业自动化系统中的装置的控制的任何中断最小化。

如上所述，维护技术人员可以将第三I/O部件(例如，替换I/O部件)插入基座(例如，可移除的接线盒)，以替换冗余I/O部件对中的第一冗余I/O部件。例如，在接收到替换冗余I/O部件正在被插入基座的指示后，替换冗余I/O部件可以发起与替换冗余I/O部件和第二冗余I/O部件之间的每个伙伴隔离通道对相关联的第二重新配置过程。特别是，替换冗余I/O部件和第二冗余I/O部件之间的每个伙伴隔离通道对的隔离通道可以切换到双工操作模式，使得每个伙伴隔离通道对协调特定操作的执行，以维持工业系统中的连接发起者与相应装置的通信或对该相应装置的控制。通过这种方式，当将替换I/O部件插入工业自动化系统时，第二重新配置过程可以促进在第二冗余I/O部件的每个隔离通道的单独双工操作模式和在第二冗余I/O部件和替换冗余I/O部件之间的每个伙伴隔离通道对的双工操作模式之间无缝(例如，无扰动)转换。

作为介绍，图1是工业自动化系统10的示意图。如图所示，工业自动化系统10包括控制器12(即，连接发起者)和执行器14(例如，马达)。工业自动化系统10还可以包括电源16，或耦接至电源16。电源16可以包括发电机、电池(或其他电力存储装置)、或外部电网。虽然图1所示的控制器12是独立的控制器12，但是在更复杂的工业自动化系统10中，一个或更多个控制器12可以与马达控制中心(motor control center，MCC)中的其他部件组合在一起以控制多个执行器。在本实施方式中，控制器12包括：用户接口18，例如人机接口(HMI)，以及可以包括存储器22和处理器24的控制系统20。

可以对控制系统20进行编程(例如，通过存储在存储器22上并且被配置成由处理器24执行的计算机可读代码或指令)以提供用于驱动马达14的信号。在特定实施方式中，可以根据特定应用所需的具体配置对控制系统20进行编程。例如，可以对控制系统20进行编程以对外部输入，例如参考信号、报警、命令/状态信号等进行响应。外部输入可以源自一次或更多个继电器或其他电子装置(例如，传感器26)。对控制系统20的编程可以通过软件配置或者通过可以被加载到控制系统20的内部存储器22或通过控制器12的用户接口18进行编程的固件代码来完成。控制系统20可以响应定义的一组工作参数。各种工作参数的设置确定控制器12的工作特性。例如，各种工作参数可以确定马达14的速度或转矩，或者可以确定控制器12如何响应各种外部输入(例如，来自传感器26的外部输入)。同样，工作参数可以被用于映射控制器12内的控制变量或控制通信地耦接至控制器12的其他装置。例如，这些变量可以包括速度预设、反馈类型和值、计算增益和变量、算法调整、状态和反馈变量、可编程逻辑控制器(PLC)如控制编程等。

在一些实施方式中，控制器12可以通信耦接至一个或更多个传感器26，用于检测工业自动化系统10内的工作温度、电压、电流、压力、流量等。通过来自传感器26的反馈数据，控制系统20可以保持对工业自动化系统10工作正处于的各种状态的详细跟踪。例如，反馈数据可以包括各种状态，例如实际马达转速、电压、频率、电力质量、报警状态等。

图2是用于图1所示的工业自动化系统10的模块化输入/输出(I/O)系统100的示意图。如图所示，模块化I/O系统100包括通过网络104(例如，以太网/IP网络或其他工业自动化网络)与控制器12(即，连接发起者)通信的网络适配器102，以使网络适配器102从控制器12接收数据，向控制器12发送数据，以及以其他方式与控制器12通信。例如，控制器12可以是可编程逻辑控制器或PLC。网络适配器102包括网络适配器基座106、网络适配器部件108(例如，网络适配器模块)、网络连接器110和电力连接器112。在一些实施方式中，网络适配器102还可以包括电力调节电路114。网络适配器基座106可以安装(例如，永久地或可移除地耦接)到导轨或板116上。网络适配器部件108可以可移除地耦接至网络适配器基座106，并且包括用于通过网络连接器110和网络104与控制器12通信和/或与耦接至导轨或板116的其他I/O组(I/O banks)118通信的通信电路。因此，网络适配器部件108可以被配置成管理I/O系统内的通信(例如，在网络适配器102和各种其他I/O组118之间的通信)，和/或在I/O系统100与工业自动化系统的各种其他部件(包括例如控制器12)之间的通信。电力连接器112可以被配置成从电源(其可以是也可以不是图1所示的同一电源16)接收电力，所述电源向网络适配器102和耦接至导轨或板116的一个或更多个其他I/O组118提供电力。在具有电力调节电路114的实施方式中，电力调节电路114可以被配置成通过放大电力信号、衰减电力信号、提高或降低电力信号、反转电力信号、对电力信号应用一个或更多个滤波器、将直流(DC)电力信号转换为交流(AC)电力、将AC电力信号转换成DC电力等来调节通过电力连接器112从电源16接收的电力。

一个或更多个其他I/O组118的每一个可以包括I/O基座120、一个或更多个I/O部件122、123(例如，I/O模块)和接线盒124(例如，可移除的接线盒或“RTB”)。I/O基座120也可以被安装(例如，永久地或可移除地耦接)至导轨或板116。其他I/O组118可以依次相互通信耦接，并且通过多触点连接器126通信耦接至网络适配器102，形成背板128并且能够通过I/O线136与控制器12和一个或更多个其他I/O装置132通信。I/O部件122、123可以可移除地耦接至I/O基座120(例如，通过接线盒124)，从而使I/O部件122、123与控制器12之间能够通过网络适配器102和背板128进行通信。

I/O部件122、123可以被配置成执行一个或更多个专用的工业自动化输入/输出功能，例如DC输入、DC输出、AC输入、AC输出、模拟输入和/或输出、电阻式温度检测器(RTD)和/或热电偶输入、控制执行器的输出信号等。例如，I/O部件122、123可以促进控制器12与一个或更多个I/O装置132的通信或对所述一个或更多个I/O装置132的控制。如图2所示，I/O部件122、123可以作为I/O部件122、123冗余对进行工作。例如，每个I/O部件122、123可以包括一个或更多个隔离通道，这些隔离通道在另一I/O部件122、123中有相应的伙伴隔离通道。在I/O部件对之间的每个伙伴隔离通道对可以以双工操作模式或单独双工(即“suplex”)操作模式工作。在双工操作模式中，在I/O部件122、123之间的一个或更多个伙伴隔离通道对可以协调执行一个或更多个相应的专用的工业自动化输入/输出操作。在单独双工操作模式中，每个I/O部件122、123中的一个或更多个隔离通道可以执行相应的专用的工业自动化输入/输出操作，而无需与伙伴隔离通道协调。本文将参照图3讨论关于I/O部件122、123中的隔离通道的操作的其他细节。

再参照图2，接线盒124可以包括笼式弹簧夹、弹簧夹、推入端子、螺钉端子或其他布线连接器130，所述笼式弹簧夹、弹簧夹、推入端子、螺钉端子或其他布线连接器被配置成耦接至与现场I/O装置132(例如，传感器、流量计、开关、探头、热电偶、RTD、编码器、执行器等)相关联的现场布线，所述现场I/O装置132与被控制器12控制的过程或机器相关联。在一些实施方式中，接线盒124可以是被组装并且耦接至I/O基座120的单独结构。在其他实施方式中，接线盒124可以是I/O基座120的组成部分。取决于适用于现场装置布线连接器130的特定配置(例如，具有不同的公共端子、接地连接、电压供应端子等)，可以使用接线盒124的不同实施方式/配置。接线盒124的I/O组118还可以包括电力连接器112，以接收来自电源(可以是也可以不是图1中所示的同一电源16)的电力，所述电源向I/O组118和/或与I/O组118通信耦接的I/O装置132(例如，传感器、执行器等)提供电力。每个已安装的I/O部件122、123与和I/O部件122、123物理耦接的同一I/O基座120的现场装置布线连接器130通信(例如，通过接线盒124通信)。在控制器12和通过背板128、网络适配器部件108以及I/O部件122、123连接到相应I/O基座120的I/O装置132之间提供输入/输出数据。在一些实施方式中，网络适配器102和I/O组118可以通过相应的背板开关134耦接至导轨或板116，背板开关134有时被称为总线接口模块(BIM)，其可以促进背板开关128的各个部件(例如，网络适配器102、I/O组118、导轨116等)之间的电气连接。在一些实施方式中，多触点连接器126和背板开关128可以是不同的部件。在其他实施方式中，多触点连接器126和背板开关128的功能可以由同一部件执行。

如图2所示，背板128是通过背板128的连接器126和/或背板开关134以串联或顺序的方式将网络适配器102和相邻的I/O组118依次耦接的电路。例如，适配器102和每个I/O库118的背板开关134使用背板数据通信协议来建立上述背板电路128。

考虑到上述情况，图3是框图200，所述框图200示出了在冗余I/O部件对中的第一冗余I/O部件122发生故障后，与冗余I/O部件122、123对相关联的重新配置过程。如上所述，冗余I/O部件122、123对可以促进工业自动化系统10中的连接发起者(例如，控制器12)与一个或更多个I/O装置132的通信或对所述一个或更多个I/O装置132的控制。例如，冗余I/O部件122、123对中的第一冗余I/O部件122可以包括隔离通道202、204、206、208、210、212、214、216，而冗余I/O部件122、123对中的第二冗余I/O部件123可以包括隔离通道203、205、207、209、211、213、215、217。虽然图3示出每个冗余I/O部件122、123包括8个隔离通道，应当理解的是，在其他实施方式中，每个冗余I/O部件122、123可以具有任意适当数量的隔离通道。在任何情况下，第一冗余I/O部件122中的每个隔离通道202、204、206、208、210、212、214、216在第二冗余I/O部件123中均具有伙伴隔离通道203、205、207、209、211、213、215、217。如图3所示，例如，第一冗余I/O部件122的隔离通道202和第二冗余I/O部件123的隔离通道203是伙伴隔离通道，第一冗余I/O部件122的隔离通道204和第二冗余I/O部件123的隔离通道205是伙伴隔离通道，以此类推。

如图3中的框200A所示，在第一冗余I/O部件122和第二冗余I/O部件123之间的每个伙伴隔离通道对(例如隔离通道202和隔离通道203)可以在双工操作模式下工作，以执行专用的工业自动化输入/输出操作。框200A可以对应于工业自动化系统10中冗余I/O部件122、123对的“正常”状态。例如，当冗余I/O部件122、123对的隔离通道(例如，202、203)都没有发生故障时，冗余I/O部件122、123对可以在“正常”状态下工作。

在特定实施方式中，在双工操作模式下，控制器12可以通过网络适配器102和冗余I/O部件122、123向工业自动化系统10中的I/O装置132发送命令。特别是，网络适配器102可以接收来自控制器12的命令，并且将所述命令中继到冗余I/O部件122、123。在每个冗余I/O部件122、123接收到来自网络适配器102的相应的命令后，在冗余I/O部件122、123之间的伙伴隔离通道对(例如，202、203)可以协调工作，以执行促进I/O装置132对命令的执行的专用的工业自动化输入/输出操作。例如，每个伙伴隔离通道(例如，202、203)可以向I/O装置132发送指示命令的输出信号。

此外，或替选地，在冗余I/O部件122、123之间的伙伴隔离通道对(例如，202、203)可以通过网络适配器102将来自I/O装置132的输入数据(例如，传感器数据)通信给控制器12。例如，每个伙伴隔离通道(例如，202、203)可以接收(例如，监听)来自I/O装置132的输入数据并且相互通信，以比较每个伙伴隔离通道(例如，202、203)接收的已接收的输入数据内的对应值。在伙伴隔离通道对(例如，202、203)就向网络适配器102发送的值达成一致后，冗余I/O部件122、123的每个伙伴隔离通道(例如，202、203)向网络适配器102发送指示达成一致的值的信号。然后，网络适配器102可以向控制器12发送指示接收到的值的信号。

如上所述，在冗余I/O部件122、123之间的每个伙伴隔离通道对(例如，隔离通道202、隔离通道203)的工作期间，特定的隔离通道(例如，206)可能会发生故障或以其他方式脱离。例如，隔离通道可能会由于电力丢失、电力过载、电路短路、固件错误等而发生故障。在特定实施方式中，如果隔离通道没有配置或者隔离通道具有与它的伙伴隔离通道的配置相冲突的配置，则隔离通道可以成为脱离的。如图3中的框200B所示，响应于冗余I/O部件122的隔离通道206发生的故障，冗余I/O部件123中的伙伴隔离通道207可以切换到单独双工操作模式，以使冗余I/O部件123中的伙伴隔离通道207执行专用的工业自动化输入/输出操作，而无需与发生故障的隔离通道206协调。在特定实施方式中，冗余I/O部件123中的隔离通道207可以从隔离通道206和/或冗余I/O部件122接收指示隔离通道206中故障的信号。在接收到信号后，隔离通道207可以重新配置自己以单独双工操作模式工作。如上所述，专用的工业自动化输入/输出操作可以促进控制器12与I/O装置(如I/O装置132)之间的通信或对所述I/O装置的控制。此外，由于每个冗余I/O部件122、123中的每个伙伴隔离通道(例如，202和206、203和207)彼此隔离，因此冗余I/O部件122、123对之间的其他隔离通道对可以继续以双工操作模式工作。

之后，在维护冗余I/O部件122期间，维护技术人员可以移除带有故障隔离通道206的冗余I/O部件122。如图3中的框200C所示，每个冗余I/O部件122、123可以包括执行器218、219，所述执行器218、219使维护技术人员能够将相应的冗余I/O部件122、123从接线盒124解锁，或将相应的冗余I/O部件122、123锁定在接线盒124中。在特定实施方式中，维护技术人员可以将执行器218、219旋转四分之一圈，以相对于接线盒124锁定或解锁相应的冗余I/O部件122、123。然而，应当注意的是，在其他实施方式中，可以使用任何其他合适的锁定机构将冗余I/O部件122、123固定至接线盒124。例如，在一些实施方式中，可以使用锁定接头(locking tab)使冗余I/O部件122、123能够卡扣固定至接线盒124或使冗余I/O部件122、123能够在脱离锁定接头后从接线盒124中释放。

在任何情况下，当维护技术人员开始从接线盒124解锁带有故障通道206的冗余I/O部件122时，冗余I/O部件122可以从执行器218接收指示冗余I/O部件被解锁的信号。在一些实施方式中，执行器218可以通信地耦接至连续或间歇地产生指示执行器218是否处于锁定或解锁位置的信号的传感器。在从执行器218接收到指示冗余I/O部件122被解锁的信号后，冗余I/O部件122可以触发重新配置过程，以在冗余I/O部件122从接线盒124上被移除之前，将冗余I/O部件123的剩余隔离通道(例如，203、205、209、211、213、215、217)切换到单独双工操作模式。

在特定实施方式中，在单独双工操作模式下，控制器12可以通过网络适配器102和冗余I/O部件123向工业自动化系统10中的I/O装置发送命令。特别是，在从控制器12接收到命令后，网络适配器102可以将所述命令中继到带有故障通道206的冗余I/O部件122和中继到冗余I/O部件123。在冗余I/O部件123接收到来自网络适配器102的命令后，冗余I/O部件123的隔离通道(例如，207)可以执行促进I/O装置132对命令的执行的专用的工业自动化输入/输出操作。虽然带有故障通道206的冗余I/O部件122接收来自网络适配器102的命令，但是冗余I/O部件122的故障通道(例如，206)不与冗余I/O部件123的隔离通道(例如，207)协调专用的工业自动化输入/输出操作的执行，因为隔离通道(例如，207)正在以单独双工操作模式工作。也就是说，冗余I/O部件122仍然可以通过故障通道206接收来自网络适配器102的执行专用的工业自动化输入/输出操作的命令，但冗余I/O部件122不执行该专用的工业自动化输入/输出操作。

此外，或可替选地，冗余I/O部件123的隔离通道(例如，207)可通过网络适配器102将来自I/O装置132的输入数据(例如，传感器数据)通信给控制器12。例如，隔离通道(例如，207)可以接收(例如，监听)来自I/O装置132的输入数据并向网络适配器102发送指示输入数据的一个或更多个值的信号，而不与带有故障通道206的冗余I/O部件122进行通信。然后，网络适配器102可以向控制器12发送指示接收到的值的信号。

在冗余I/O部件123的重新配置过程完成后，带有故障通道206的冗余I/O部件122可以从接线盒124脱离。例如，冗余I/O部件122可以从与接线盒124相关联的一个或更多个端子上在物理上解耦接，以使冗余I/O部件122不再与网络适配器102或相应的I/O装置132通信。通过这种方式，重新配置过程可以促进在冗余I/O部件122、123对之间的每个伙伴隔离通道对(例如202、203)的双工操作模式和没有被技术人员移除的冗余I/O部件123中的每个隔离通道(例如，203)的单独双工操作模式之间的无缝(例如，无扰动)转换。这里所说的“无扰动”转换是指重新配置过程的持续时间小于5毫秒(ms)或控制器12不发生与I/O装置132的通信丢失。下文将参照图4描述重新配置过程的额外细节。之后，在重新配置过程完成后，维护技术人员可以移除带有故障通道206的冗余I/O部件122。如图3中的框200D所示，带有故障通道206的冗余I/O部件122已经从接线盒124中移除，冗余I/O部件123(例如，冗余I/O部件123的每个隔离通道)正在以单独双工操作模式工作。

考虑到上述情况，图4示出了方法250的流程图，所述方法250用于协调带有故障通道206的冗余I/O部件122的脱离以及将冗余I/O部件123的一个或更多个隔离通道(例如，203)从双工操作模式重新配置为单独双工操作模式。例如，在带有故障通道206的冗余I/O部件122接收到指示其从接线盒124中移除的信号后，但是在冗余I/O部件122从接线盒124中被物理移除之前，方法250可以由冗余I/O部件122、123对执行。通过这种方式，方法250促进了冗余I/O部件122、123对从双工操作模式到单独双工操作模式(例如，通过冗余I/O部件123)的操作的无缝或无扰动转换。虽然方法250的以下描述被描述为按特定的顺序，但是应当注意的是，方法250并不局限于所描述的顺序，相反，方法250可以按任何合适的顺序执行。此外，虽然方法250的一些块被描述为由冗余I/O部件122执行，但是应当注意的是，如果冗余I/O部件123有一个或更多个故障通道和/或其正被从接线盒124中移除，则这些步骤可以由冗余I/O部件123执行。类似地，虽然方法250的一些块被描述为由冗余I/O部件123执行，但是应当注意的是，如果冗余I/O部件123有一个或更多个故障通道和/或其正被从接线盒124中移除，则这些步骤可以由冗余I/O部件122执行。

现在参考图4，在块252处，带有故障通道206的冗余I/O部件122可以接收指示冗余I/O部件122从接线盒124解锁的信号。在特定实施方式中，维护技术人员可以将与冗余I/O部件122相关联的执行器218从锁定位置(例如，图3中执行器219的位置)转到解锁位置(例如，图3中执行器218的位置)。与执行器218相关联的传感器可以将指示冗余I/O部件122从接线盒124解锁的信号发送给冗余I/O部件122。例如，冗余I/O部件122可以包括检测执行器218的位置的传感器，接线盒124可以包括检测执行器218的位置的传感器，或两者都包括所述传感器。在接收到指示冗余I/O部件122从接线盒124上解锁的信号后，在块254处，冗余I/O部件122可以生成用于完成将冗余I/O部件122从与接线盒124相关联的一个或更多个端子上脱离或解耦接的脱离过程的计划。例如，冗余I/O部件122可以选择开始脱离过程的特定时间或特定时间段。然后，冗余I/O部件122可以将脱离过程的计划发送或推送给没有故障通道206的冗余I/O部件123。

在接收到脱离过程的计划后，在块256处，冗余I/O部件123可以确定脱离过程的计划是否与自己的执行一个或更多个操作的计划不冲突。例如，冗余I/O部件123可以具有计划在特定时间执行的一个或更多个诊断操作。如果冗余I/O部件123确定脱离过程的计划与自己的执行一个或更多个操作的计划不冲突，在块258处，冗余I/O部件123可以接受接收到的脱离过程的计划。例如，冗余I/O部件123可以向冗余I/O部件122发送指示接受的信号或消息。但是，如果冗余I/O部件123确定脱离过程的计划与自己的执行一个或更多个操作的计划相冲突，在块260处，冗余I/O部件123可以生成完成脱离过程的新计划，并将新计划发送给冗余I/O部件122。在块262处，冗余I/O部件122在接收到来自冗余I/O部件123的新计划后，可以接受新计划。例如，冗余I/O部件122可以向冗余I/O部件123发送指示接受的信号或消息。

在块262处冗余I/O部件122接受脱离计划后，或者在块258处冗余I/O部件123接受脱离计划后，在块264处，冗余I/O部件122、123对可以进行到执行与冗余I/O部件122相关联的脱离过程和与冗余I/O部件123相关联的重新配置过程。也就是说，在计划的时间处，已经从接线盒124解锁的冗余I/O部件122可以执行脱离过程，而冗余I/O部件123可以执行重新配置过程，以将冗余I/O部件123的每个隔离通道从双工操作模式切换到单独双工操作模式。

在特定实施方式中，与冗余I/O部件123相关联的重新配置过程可以在与冗余I/O部件122相关联的脱离过程之前执行。例如，在冗余I/O部件122的每个隔离通道(例如，203)切换到单独双工操作模式后，冗余I/O部件123可以将与冗余I/O部件123相关联的状态或配置数据发送给冗余I/O部件122。在特定实施方式中，状态或配置数据可以包括可寻址远程换能器高速通道(Highway Addressable Remote Transducer，HART)状态数据。基于接收到的状态或配置数据，冗余I/O部件122可以确定冗余I/O部件123已经接管执行任何专用的工业自动化输入/输出操作的控制权，以促进与I/O装置132的通信或对所述I/O装置132的控制。然后，冗余I/O部件122可以从与接线盒124相关联的一个或更多个端子上脱离或解耦接。在冗余I/O部件122从端子脱离后，冗余I/O部件122可以将与冗余I/O部件122相关联的状态或配置数据发送给冗余I/O部件123。在特定实施方式中，状态或配置数据可以包括高速通道HART状态数据。冗余I/O部件123可以利用状态或配置数据来执行一个或更多个专用的工业自动化输入/输出操作。

在块264处完成与冗余I/O部件122相关联的脱离过程和与冗余I/O部件123相关联的重新配置过程后，冗余I/O部件122可以提供冗余I/O部件122可以从接线盒124上移除的指示。在特定实施方式中，冗余I/O部件122可以通过显示屏显示冗余I/O部件122可以被移除的指示，或者使与冗余I/O部件122相关联的灯或任何其他合适的指示器指示冗余I/O部件122可以被移除。在任何情况下，之后，维护技术人员可以从接线盒124移除冗余I/O部件122，而留下冗余I/O部件123在单独双工操作模式下工作。

如上所述，维护技术人员可以用替换I/O部件替换带有故障通道206的冗余I/O部件122。例如，维护技术人员可以将替换I/O部件插入接线盒124中，使替换I/O部件与冗余I/O部件123配对。考虑到上述情况，图5是框图300，所述框图300示出了与冗余I/O部件123和已插入到接线盒124中的替换I/O部件301相关联的重新配置过程。如图5中的框300A所示，冗余I/O部件123在单独双工操作模式下工作，以执行一个或更多个专用的工业自动化输入/输出操作。也就是说，冗余I/O部件123中的每个隔离通道203、205、207、209、211、213、215、217都在单独双工操作模式下工作。替换I/O部件301可以被插入接线盒124，使得替换I/O部件301的每个隔离通道302、304、306、308、310、312、314、316与接线盒124的端子是脱离的。

在替换I/O部件301已经被插入接线盒124之后，替换I/O部件301和冗余I/O部件123可以执行配对过程。例如，在维护技术人员将替换I/O部件301锁定在接线盒124中之后，替换I/O部件301和冗余I/O部件123可以执行配对过程。在特定实施方式中，维护技术人员可以将与替换I/O部件301相关联的执行器318旋转四分之一圈以相对于接线盒124锁定或解锁替换I/O部件301。然而，应当注意的是，在其他实施方式中，可以使用任何其他合适的锁定机构将替换I/O部件301固定至接线盒124。下文将参照图6描述关于由替换I/O部件301和冗余I/O部件123执行的配对过程的其他详细信息。

在替换I/O部件301和冗余I/O部件123已配对后，替换I/O部件301和冗余I/O部件123可以切换到双工操作模式，以协调一个或更多个专用的工业自动化输入/输出操作的执行。如图5中的框300B所示，替换I/O部件301中的每个隔离通道302、304、306、308、310、312、314、316和冗余I/O部件123中的每个隔离通道203、205、207、209、211、213、215、217都在双工操作模式下工作。也就是说，替换I/O部件301和冗余I/O部件123之间的每个隔离通道对可以对操作进行协调来执行一个或更多个专用的工业自动化输入/输出操作，以促进控制器12与I/O装置132之间的通信或对所述I/O装置132的控制。

考虑到上述情况，图6示出了在替换I/O部件301已经被插入到接线盒124后，将替换I/O部件301与冗余I/O部件123进行配对的方法350的流程图。虽然下文方法350的描述被描述为按特定的顺序，但是应当注意的是，方法350并不限于所描述的顺序，相反，方法350可以按任何合适的顺序执行。现在参照图6，在块352处，替换I/O部件301可以检测冗余I/O部件123的存在和/或冗余I/O部件123可以检测替换I/O部件301的存在。在特定实施方式中，替换I/O部件301可以在替换I/O部件301周围区域广播指示接线盒124中存在替换I/O部件301的信号，冗余I/O部件123可以在冗余I/O部件123周围区域广播指示存在冗余I/O部件123的信号，或者两者都进行所述广播。例如，每个I/O部件123、301可以在大于I/O部件123、301的扫描速率的频率上或以任何其他适当的速率广播相应的信号。

当在块352处替换I/O部件301检测到冗余I/O部件123和/或冗余I/O部件123检测到替换I/O部件301之后，替换I/O部件301可以验证与冗余I/O部件123的硬件和软件兼容性，和/或冗余I/O部件123可以验证与替换I/O部件301的硬件和软件兼容性。如果冗余I/O部件123确定替换I/O部件301是硬件不兼容和/或软件不兼容的，和/或替换I/O部件301确定冗余I/O部件123是硬件不兼容和/或软件不兼容的，在块356处，替换I/O部件301可以提供硬件和/或软件不兼容的指示。例如，替换I/O部件301可以通过显示器、LED等提供指示。

但是，如果冗余I/O部件123确定替换I/O部件301是硬件和/或软件兼容的，和/或替换I/O部件301确定冗余I/O部件123是硬件和/或软件兼容的，在块358处，替换I/O部件301可以接收来自控制器12(即连接发起者)的连接请求。例如，控制器12可以在接收到存在替换I/O部件301的指示(例如，通过背板128)之后，尝试与替换I/O部件301建立连接。例如，所述指示可以包括替换I/O部件301的标识符、替换I/O部件301的硬件和/或软件兼容性的指示、或任何其他适当的信息。控制器12向替换I/O部件301发送的连接请求可以包括与替换I/O部件301相关联的配置信息。例如，配置信息可以包括与替换I/O部件301相关联的操作模式(例如，单独双工模式或双工模式)和/或与替换I/O部件301的伙伴I/O部件(例如，冗余I/O部件123)相关联的标识符。

在接收到来自控制器12的连接请求后，在块360处，替换I/O部件301可以基于接收到的配置信息来确定替换I/O部件301是否可以接受连接到控制器12。例如，如果配置信息指示双工操作模式，并且已经检测到伙伴I/O部件(例如，在块352处)，则在与伙伴I/O部件(例如，冗余I/O部件123)验证双工配置正确并且与伙伴I/O部件的配置匹配，确定替换I/O部件301是潜在冗余I/O部件对中的主部件还是次部件，执行与伙伴I/O部件的时间同步，或进行以上的组合之后，替换I/O部件301可以接受连接到控制器12。或者，如果配置信息指示双工操作模式，但是没有检测到伙伴I/O部件(例如，在块352处)，在验证双工操作模式是替换I/O部件301的正确配置之后，替换I/O部件301可以接受连接到控制器12。例如，替换I/O部件301可以向控制器12发送请求以确认双工操作模式的设定。如果控制器12确认双工操作模式的设定是有效的，替换I/O部件301可以接受连接到控制器12。如果控制器12没有确认双工操作模式的设定是有效的，替换I/O部件301可以不接受连接到控制器12，并可以进入“待机”或“休息”模式(例如，在块362处)。或者，如果(1)配置信息指示双工配置，而伙伴I/O部件(例如，冗余I/O部件123)被确认为具有不兼容的硬件和/或软件配置，或者(2)配置信息指示单独双工配置，在验证与相邻I/O部件没有冲突，验证单独双工配置为有效的，或者两者都验证之后，替换I/O部件301可以接受连接到控制器。然而，如果以上描述的接受连接到控制器12的一个或更多个条件不满足，替换I/O部件301可以不接受连接到控制器12，并且可以进入“待机”或“休息”模式(例如，在块362处)。

在接受连接到控制器12后，在块364处，如果与替换I/O部件301相关联的配置信息指示双工操作模式，则替换I/O部件301可以进行与伙伴I/O部件(例如，冗余I/O部件123)配对。特别是，替换I/O部件301和冗余I/O部件123可以协商合适的时间，使替换I/O部件301和冗余I/O部件123之间的每个隔离通道对切换到双工操作模式。在特定实施方式中，替换I/O部件301可以生成定义执行替换I/O部件301和冗余I/O部件123间的配对过程的特定时间或特定时间段的计划，并将计划发送给冗余I/O部件123。在接收到来自替换I/O部件301的计划后，冗余I/O部件123可以确定配对过程的计划是否与自己的执行一个或更多个操作的计划不冲突。如果冗余I/O部件123确定配对过程的计划与自己的执行一个或更多个操作的计划不冲突，则冗余I/O部件123可以接受接收到的配对过程的计划。例如，冗余I/O部件123可以向替换I/O部件301发送指示接受的信号或消息。但是，如果冗余I/O部件123确定配对过程与自己的执行一个或更多个操作的计划相冲突，冗余I/O部件123可以生成完成配对过程的新计划，并将新计划发送给替换I/O部件301。在接收到来自冗余I/O部件123的新计划后，替换I/O部件301可以接受新计划。例如，替换I/O部件301可以向冗余I/O部件123发送指示接受的信号或消息。

当冗余I/O部件123或替换I/O部件301接受配对计划后，冗余I/O部件123、301对可以在计划时间进行至执行配对过程。也就是说，在计划时间处，替换I/O部件301可以连接或耦接与接线盒124相关联的一个或更多个端子。此外，冗余I/O部件123和替换I/O部件301之间的每个隔离通道对可以切换到双工操作模式，使得每个隔离通道对可以协调专用的工业自动化输入/输出操作的执行，以促进控制器12与I/O装置132的通信或对所述I/O装置132的控制。

本文提出和要求保护的技术被参考和应用于明显改进了现有技术领域的实物和实用性的具体示例，因此，这些技术不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果本说明书结尾附加的任何权利要求包含一个或更多个指定为“用于[执行][功能]的装置”或“用于[执行][功能]的步骤”的元素，旨在这些元素应根据35U.S.C.112(f)进行解释。但是，对于任何包含以任何其他方式指定的元素的权利要求，旨在这些元素不应根据35U.S.C.112(f)进行解释。

虽然本文仅对本公开内容的一些特征进行了说明和描述，但本领域技术人员可做出许多修改和改变。因此，应当理解所附权利要求书旨在涵盖符合本公开内容的真正精神的所有此类修改和改变。

Claims (20)

1.一种工业自动化系统的输入/输出I/O系统，包括：

接线盒，包括被配置成耦接至相应I/O部件的多个端子；

第一I/O部件，可移除地耦接至所述多个端子中的端子组；以及

第二I/O部件，可移除地耦接至所述多个端子中的所述端子组，其中，所述第一I/O部件和所述第二I/O部件被配置成以双工操作模式工作；

其中，所述第一I/O部件被配置成执行第一组操作，所述第一组操作包括：

接收指示所述第一I/O部件从所述接线盒解锁的信号；

生成用于将所述第一I/O部件从所述接线盒脱离的计划；

将所述计划发送给所述第二I/O部件；以及

基于所述计划从所述端子组脱离；以及

其中，所述第二I/O部件被配置成执行第二组操作，所述第二组操作包括：

从所述第一I/O部件接收所述计划；以及

重新配置所述第二I/O部件以单独双工操作模式工作。

2.根据权利要求1所述的I/O系统，其中，所述第一I/O部件包括第一隔离通道组，并且所述第二I/O部件包括第二隔离通道组。

3.根据权利要求1所述的I/O系统，其中，所述第二组操作包括：

确定所述计划与所述第二I/O部件相关联的一个或更多个操作相冲突；

生成用于将所述第一I/O部件从所述接线盒脱离的新计划；以及

将所述新计划发送给所述第一I/O部件。

4.根据权利要求3所述的I/O系统，其中，所述第一组操作包括：

从所述第二I/O部件接收所述新计划；以及

基于所述新计划从所述端子组脱离。

5.根据权利要求1所述的I/O系统，包括被配置成相对于所述接线盒锁定或解锁所述第一I/O部件的执行器。

6.根据权利要求5所述的I/O系统，包括被配置成检测所述执行器的位置的传感器，其中，所述执行器被配置成设置在锁定位置或解锁位置。

7.根据权利要求6所述的I/O系统，其中，所述指示所述第一I/O部件从所述接线盒解锁的信号是从所述传感器接收的。

8.一种方法，包括：

通过可移除地耦接至接线盒的第一输入/输出I/O部件，接收指示所述第一I/O部件从所述接线盒解锁的信号；

通过所述第一I/O部件，生成将所述第一I/O部件从所述接线盒脱离的计划；

通过所述第一I/O部件，将所述计划发送给第二I/O部件；

通过所述第一I/O部件，基于所述计划从与所述接线盒相关联的端子组脱离；以及

通过所述第二I/O部件，基于所述计划将与所述第二I/O部件相关联的操作配置重新配置成单独双工操作模式。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，将与所述第二I/O部件相关联的操作配置从双工操作模式重新配置成所述单独双工操作模式。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述第一I/O部件接收到所述指示所述第一I/O部件从所述接线盒解锁的信号之前，所述第一I/O部件的隔离通道发生了故障。

11.根据权利要求8所述的方法，包括：通过所述第二I/O部件，检测可移除地耦接至所述接线盒的第三I/O部件。

12.根据权利要求11所述的方法，包括：通过所述第二I/O部件，确定与所述第二I/O部件相关联的第一硬件配置、第一软件配置或两者和与所述第三I/O部件相关联的第二硬件配置、第二软件配置或两者相兼容。

13.根据权利要求12所述的方法，通过所述第二I/O部件，将所述操作配置重新配置为双工操作模式，以及通过所述第三I/O部件，将与所述第三I/O部件相关联的第二操作配置重新配置为所述双工操作模式。

14.一种非暂态计算机可读介质，包括计算机可执行指令，所述计算机可执行指令在被与工业自动化系统中的第一输入/输出I/O部件相关联的一个或更多个处理器执行时，使所述一个或更多个处理器执行操作，其中，所述第一I/O部件被配置成以单独双工操作模式工作，并且其中，所述操作包括：

检测所述工业自动化系统中的第二I/O部件；

确定与所述第一I/O部件相关联的第一硬件配置、第一软件配置或两者和与所述第二I/O部件相关联的第二硬件配置、第二软件配置或两者相兼容；以及

重新配置所述第一I/O部件以双工操作模式工作。

15.根据权利要求14所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述操作包括：在确定与所述第一I/O部件相关联的所述第一硬件配置、所述第一软件配置或两者和与所述第二I/O部件相关联的所述第二硬件配置、所述第二软件配置或两者相兼容后，接收来自所述工业自动化系统中的连接发起者的连接请求。

16.根据权利要求15所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述操作包括：响应于接收到所述连接请求，确定接受连接至所述连接发起者。

17.根据权利要求16所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述连接请求包括与所述第一I/O部件相关联的配置信息。

18.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述配置信息指示所述双工操作模式，并且其中，所述操作包括：验证与所述第二I/O部件相关联的配置与所述双工操作模式相匹配。

19.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述配置信息指示所述双工操作模式，并且其中，所述操作包括：确定所述第一I/O部件是主I/O部件，并且所述第二I/O部件是次I/O部件。

20.根据权利要求17所述的非暂态计算机可读介质，其中，所述配置信息指示所述双工操作模式，并且其中，所述操作包括：执行与所述第二I/O部件的时间同步。

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