JP2017517075A - ユニバーサルi/o信号インターポーザ・システム - Google Patents

ユニバーサルi/o信号インターポーザ・システム Download PDF

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Abstract

I/Oフィールド機器とコントローラとの間で伝送されるI/O信号を処理するための、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムが提供され、システムは、フィールド機器とコントローラとの間に接続される基部と、基部に取り付けられたいくつかのコネクタ・ハーフとを含む。インターポーザ回路キャリアが、対応するコネクタ・ハーフを含み、I/Oフィールド機器とコントローラとの間で伝送されている最中のI/O信号を処理するための信号処理回路を含む。インターポーザ回路キャリアは、フィールド機器又はコントローラから基部を接続解除することなく、変更することができる。

Description

本開示は、プロセス制御のための、I/O機器とコントローラとの間でのI/O信号の伝送に関し、詳細には、その信号経路に挿入される、信号の終点間でI/O信号を処理するシステムに関する。
制御システムは、工業プロセスを調節及び制御するために、I/O信号をフィールド機器及びコントローラに、またフィールド機器及びコントローラから送信する。フィールド機器としては、センサ及びアクチュエータがある。センサは、プロセス変数の状態を表す入力信号をコントローラに送信し、アクチュエータは、コントローラからの出力信号を受信して、プロセス変数に影響を及ぼすようにアクションを起こす。コントローラは、フィールド機器に直接接続され、固定のI/O機能を有してもよく、I/Oカードを使用して追加の能力をもたせてもよい。コントローラの中には、コントローラとデジタル・バス又はネットワークを経由してI/O信号を通信する遠隔I/Oラックに接続するものもある。
I/O信号は、アナログ信号のこともあり、デジタル信号のこともある。アナログI/O信号は変わりやすく、アナログI/O信号では、電圧又は電流が、弁の流量や所望の位置などのプロセス・パラメータの大きさを表す。デジタルI/O信号は、「オン/オフ」、「開状態/閉状態」、及び同様のものの、2つの状態のうちの1つを表す。
プロセス制御に使用される第2のタイプのデジタル出力信号は、リレーを作動させるために使用される。多くの制御タスクが、アクチュエータ又はモータなどのフィールド機器をそのアクチュエータ又はモータを動作させるために電源に接続する、リレーを必要とする。デジタル出力信号がリレーを開き、又は閉じて、アクチュエータ又はモータをパワー・オフ又はパワー・オンする。例えば、Opto22、Temecula、California、USAによって販売されている「Generation4」又は「G4」デジタルI/O系列は、リレーを動作させるための別々のデジタル入力モジュール及びデジタル出力モジュールを市場に出している。
高度化された工業プロセスは、工場全体にわたって分散されたいくつかのフィールド機器及びコントローラを、プロセス制御に使用することがある。フィールド機器からのI/O配線はしばしば、管理を容易にするために、中央位置にもたらされる。フィールド配線は、配線キャビネット内に収容された端子ブロックまで延在し、端子ブロックからコントローラまで延在することがある。
センサ及び他のフィールド機器はしばしば、動作用の常時電力を必要とする。フィールド機器は、I/O信号ラインを通じて給電されてもよく、別の電力ラインを通じて電力を受信してもよい。制御システムの初期計画段階の間に、フィールド機器の電力需要を明確にし、フィールド機器に対する配電を編成するには、かなりの技術的努力が必要となる。フィールド機器が交換又は更新されるとき、制御システムの電力要件及び配電要件も変わることがある。これらの変化に応じるために、追加の技術的努力が必要となる。
制御システムの初期試運転の間、制御システムの適切な設置及び動作を確実なものにするために、I/O信号品質の広範にわたるテストが必要となることがある。
I/O信号は、制御システムが適切に動作できるように、信号コンディショニングを必要とすることがある。フィールド機器からのI/O配線は、キャビネット内に格納されたモジュラ信号コンディショナにもたらされ、信号コンディショナからコントローラにもたらされることがある。信号コンディショナの実例としては、Phoenix Contact GmbH&Co.、Blomberg、Germanyから入手可能な「MINI Analog Pro」系列がある。信号コンディショナを変更するには、旧信号コンディショナからI/O配線を接続解除し、新規信号コンディショナに配線を接続し直す必要がある。
Correll、米国特許第7,462,063号、「Modular Terminal Block」
フィールド機器とコントローラとの間に挿入することができ、制御システムの診断、電力、及び接続の需要に、より良好に対処する、改善されたI/O信号コンディショニング・システムが必要とされている。
I/Oフィールド機器とコントローラとの間で伝送されるI/O信号を処理するための、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムが開示される。システムは、フィールド機器とコントローラとの間に接続される基部と、基部に取り付けられた1つ又は複数のコネクタとを含む。インターポーザ回路キャリアが、対応するコネクタ・ハーフを含み、I/Oフィールド機器とコントローラとの間で伝送されている最中のI/O信号を処理するための信号処理回路を含む。
インターポーザ回路キャリアは、フィールド機器又はコントローラから基部を接続解除することなく、変更することができる。
インターポーザ回路キャリアの実施例は、必ずしもそれに限定されないが、パススルー回路、信号コンディショニング回路、電気的保護回路、及びリレー回路を含む、異なるタイプの信号処理回路を含む。
インターポーザ回路キャリアのさらに他の実施例は、I/O信号診断のために信号経路へのアクセスを可能にするアクセス・ポートを含む。
インターポーザ回路キャリアのさらに他の実施例では、インターポーザ・システムを通じてフィールド機器に電力を送信することができる。これにより、新規設置を計画するとき、又はフィールド機器を交換若しくは既存の制御システムに追加するときの、電力編成の需要が単純なものになる。
開示されるユニバーサルI/Oインターポーザ・システムは、いくつかの利点をもたらす。制御システムの初期試運転、又は新規フィールド機器の設置の間、追加の回路保護及び診断アクセス用のヒュージング要素又はアクセス・ポートを備えたインターポーザ回路キャリアを使用することができる。キャリアは後に、アクセス・ポイントのないキャリア、及び/又は別のヒュージング要素を備えたキャリアと交換することができる。
フィールド機器の寿命の間に信号コンディショニングの需要が変わった場合、基部でのI/O配線を接続解除することなく、別のインターポーザ回路キャリアを設置することができる。
他の目的及び特徴は、説明が進むにつれて、特に1つ又は複数の実施例を示す添付の図面と併せ読めば、明らかとなるであろう。
I/O機器とコントローラとの間で伝送されるI/O信号を処理するための、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムを示す図である。 ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムがI/O機器とコントローラとを接続することによって形成された回路を示す図である。 ユニバーサルI/Oアクセサリ・システムによって処理することのできるI/O信号を示す図である。 I/O機器に電力を提供することの可能な、ユニバーサルI/Oアクセサリ・システムの一実施例を示す図である。 図2に類似しているが、図4に示すユニバーサルI/Oアクセサリ・システムによって形成される回路を示す図である。 図4に類似しているが、別々の伝送ラインを経由してI/O機器に至る電力及び信号経路を提供する、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムの一実施例を示す図である。 I/O機器に2つ以上の供給源から選択可能な電力を提供することの可能な、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムの一実施例を示す図である。 インターポーザ回路キャリアとは無関係にI/O機器に電力が提供される、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムの一実施例を示す図である。 ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムの一実施例の基部アセンブリの概略断面図である。 複数のI/O機器をコントローラに同時接続するための複数のフィールド側端子及び複数のコントローラ側端子を有する、ユニバーサルI/Oアクセサリ・システム用の基部の一実施例を示す図である。 図10に類似しているが、基部のピン接続を接続する2つの別々の電力供給バスを有する基部の一実施例を示す図である。 図10に類似しているが、コントローラ側端子が電気コネクタ・ハーフの一部を形成している図である。 図12に示す基部がコントローラに電気コネクタ・ハーフを介して接続された様子を示す図である。 ユニバーサルI/Oアクセサリ・システムの基部が、システムのフィールド側端子用の端子ブロックを含むハウジング上に取着された様子を示す図である。 個々のハウジング・スライスから形成されたハウジングを示す図である。 第1の実施例のインターポーザ回路キャリア・ハウジングを示す図である。 第2の実施例のインターポーザ回路キャリア・ハウジングを示す図である。 フィードスルー回路として構成されたインターポーザ回路キャリアの信号処理回路を示す図である。 電気的保護回路として構成されたインターポーザ回路キャリアの信号処理回路を示す図である。 信号コンディショニング回路として構成されたインターポーザ回路キャリアの信号処理回路を示す図である。 リレー回路として構成されたインターポーザ回路キャリアの信号処理回路を示す図である。
図1は、I/O機器12とコントローラ14との間で伝送されるI/O信号を遮って処理するための、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システム10を示す。インターポーザ・システム10は、図では、I/O機器12にワイヤ又は信号ライン16によって接続され、コントローラ14にワイヤ又は信号ライン18によって接続されている。図1は、I/O機器12及びコントローラ14からI/Oインターポーザ・システム10まで直接延在する信号ライン16、18を示しているが、当技術分野で知られているように、信号ラインは、他の方途でI/Oインターポーザ・システム10に、またI/Oインターポーザ・システム10から引き回されてよいことを理解されたい。例えば、信号ライン18は、分散型制御システムのコントローラに接続されたI/Oカード又はI/Oラックまで延在してよい。
I/O機器12は、入力/出力機能性を含み、すなわち、I/O機器12は、ライン16を通じてI/Oインターポーザ・システム10によって受信されて、ライン18を通じてコントローラ14に伝達する信号を出力することができ、又は入力として、コントローラ14によって出力され、ライン18を通じてI/Oインターポーザ・システム10によって受信されて、ライン16を通じてI/O機器12に伝達する信号を受信することができる。I/Oインターポーザ・システム10により、ライン16又はライン18を通じてI/Oシステム10によって受信された信号が、遮られて処理され、又はその他の方法で評価され、若しくは取り扱われてから、ライン16又はライン18のうちの他方を通じてI/Oシステム10から出力されることが可能になる。I/O機器12から見ると、I/O機器は、ライン16上で、コントローラ14からI/O信号を受信する、又はコントローラ14にI/O信号を送信する。コントローラ14から見ると、コントローラ14は、ライン18上で、I/O機器12からI/O信号を受信する、又はI/O機器12にI/O信号を送信する。
後により詳細に説明する実施例では、I/Oインターポーザ・システム10は、I/O機器12に電力を供給することもできる。
I/Oインターポーザ・システム10は、基部アセンブリ20と、インターポーザ回路キャリア22と、電気コネクタ24とを含む。電気コネクタ24は、回路キャリア22を基部アセンブリ20に取外し可能に取り付けるインターフェースである。電気コネクタ24は、回路キャリア22が基部アセンブリ20に取り付けられたときに、基部アセンブリ20とキャリア22との間の電気的接続も行う。
電気コネクタ24は、回路キャリア22に取り付けられてその一部を形成する、第1のコネクタ・ハーフ24aと、基部アセンブリ20に取り付けられてその一部を形成する、第2のコネクタ・ハーフ24bとを含む。
図示の電気コネクタ24は、ピンと、そのピンを受領する対応するソケットを含む残りのコネクタ・ピンとを含む、従来のピン及びソケット型の電気コネクタである。Dサブ・コネクタが示されているが、(それらに限定されないが、端子ブロック、プラグ/ソケット・コネクタ、又はRS232コネクタ、USBコネクタ、RS46コネクタ、RJ45コネクタ、若しくはRS422/485コネクタを含む)他のタイプの電気コネクタを使用して、基部アセンブリ20と回路キャリア22との間の機械的接続及び電気的接続を行うことができる。電気コネクタ及び/又は基部は、キーイング要素若しくはコーディング要素、又はコネクタ・ハーフの正しい嵌め合い係合(mating engagement)を確実なものにする他の構造を含んでよい。基部アセンブリ20は、コネクタ・ハーフ24a、24bを接続するときにそれらのコネクタ・ハーフの適切な位置合せを容易にするガイド構造(図示せず)を含んでもよい。
基部アセンブリ20は、基部インターポーザ回路セグメント28を担持するプリント回路ボード(PCB:printed circuit board)26を含む。基部インターポーザ回路セグメント28は、コネクタ・ハーフ24bを含み、さらにI/O機器12との電気的接続用の機器端子30と、コントローラ14との電気的接続用のコントローラ端子32とを含む。基部インターポーザ回路セグメント28はさらに、PCB26によって提供される回路部分を含み、これらの回路部分は、機器端子30とコネクタ・ハーフ26bとの間の電気回路通信34を含み、コントローラ端子32とコネクタ・ハーフ24bとの間の電気回路通信36を提供する。
基部インターポーザ回路セグメント28は、機器端子30からコントローラ端子32まで延在する常時開電気的接続を形成する。
図示のインターポーザ・キャリア22は、コネクタ・ハーフ24aを担持するハウジング38を有する。I/O回路セクション42及びI/O回路セクション44を通じてコネクタ・ハーフ24aと電気回路通信状態にある信号処理回路40が、ハウジング38内に配設される。
図2に示すように、インターポーザ回路キャリア22が基部インターポーザ回路セグメント28に接続されると、電気コネクタ24がI/O回路セクション42、44を、それぞれに対応する基部回路セクション34、36と直列状態にする。インターポーザ回路キャリア22と基部インターポーザ回路セグメント28は協同で、機器端子30からコントローラ端子32まで延在する閉インターポーザ回路セグメント46を形成する。基部インターポーザ回路セグメント28及びインターポーザ回路キャリア22により、追加の信号処理又は他の機能性を、I/O機器12とコントローラ14との間に延在するI/O信号経路に挿入できるようになる。端子30、32間を通るI/O信号は、挿入された信号処理回路40によって遮られて処理される。受信されてインターポーザ・システム10に入ったI/O信号は、インターポーザ・システム10によって処理され、次いで、システム10から外に送信される。
図3は、インターポーザ・システム10によって受信することのできるI/O信号のタイプを示す。I/O機器12によって出力されて、コントローラ14に伝達する信号は、システム10に対する入力信号と考えられる。コントローラ14によって出力されて、I/O機器12に伝達する信号は、システム10に対する出力信号と考えられる。当技術分野で知られるように、I/O信号は、アナログ信号のこともあり、デジタル信号のこともある。したがって、基部インターポーザ回路セグメント28は、機器端子30でアナログ・イン信号48若しくはデジタル・イン信号50を受信し、又はコントローラ端子32でアナログ・アウト信号52若しくはデジタル・アウト信号54を受信するように、I/O機器12とコントローラ14との間に接続することができる。
インターポーザ回路キャリア22は、デジタルI/O信号を処理するか、又はアナログI/O信号を処理するように構成される。アナログ信号を処理するように構成されるアクセサリ回路キャリア22は、アナログ・アクセサリ回路キャリアである。デジタル信号を処理するように構成されるアクセサリ回路キャリア22は、デジタル・アクセサリ回路キャリアである。アクセサリ回路キャリア22の「極性」は、I/O信号がI/O回路セクション42を通じて受領されるか、それともI/O回路セクション44を通じて受領されるかによって決まる。I/O回路セクション42を通じて受領される入力信号を処理するように構成されるアクセサリ回路キャリア22は、入力回路キャリアである。I/O回路セクション44を通じて受領される出力信号を処理するように構成されるアクセサリ回路キャリア22は、出力キャリアである。
インターポーザ回路キャリア22は、異なる実施例では、アナログ入力回路キャリア、アナログ出力回路キャリア、デジタル入力回路キャリア、又はデジタル出力回路キャリアであってよい。ユーザが、システム10で使用する回路キャリア22の適切なタイプ及び極性を、I/O機器12とコントローラ14との間で伝送されるI/O信号の信号タイプ(アナログ又はデジタル)及び極性(入力又は出力)に基づいて選択する。信号仕様が変わる場合、又はI/O機器12が異なるタイプのI/O機器と交換される場合、システム10内で使用されるアクセサリ回路キャリア22もそれに応じて変わる。
図3に示すように、アナログ入力回路キャリア22aiは、アナログ入力信号48を機器端子30から受領し、処理済みのアナログ入力信号48pをコントローラ端子32に出力する。デジタル入力回路キャリア22diは、デジタル入力信号50を機器端子30から受領し、処理済みのデジタル入力信号50pをコントローラ端子32に出力する。アナログ出力回路キャリア22aоは、アナログ出力信号52をコントローラ端子32から受領し、処理済みのアナログ出力信号52pを機器端子30に出力する。デジタル出力回路キャリア22dоは、デジタル出力信号54をコントローラ端子32から受領し、処理済みの出力信号54pを機器端子30に出力する。
図4は、基部アセンブリ20に類似しているが、I/O機器12に電力を供給することのできる、第2の実施例の基部アセンブリ60を示す。基部アセンブリ60の基部インターポーザ回路セグメントは、電力供給端子62を含み、電力供給端子62は、図では電圧源64に接続されている。図示の実施例における電圧源64は、24ボルトDC電圧源である。基部アセンブリPCBが、電力端子62とコネクタ・ハーフ26bとの間の電気回路通信66を提供する。図5に示すように、基部アセンブリ60と共に使用する回路キャリア22は、その端部がコネクタ・ハーフ24aに接続されるジャンパ68を含む。回路キャリア22が基部アセンブリ60に接続されると、電気コネクタ24がジャンパ68を、基部回路セクション66、33と直列状態にする。電圧源64からライン16を通じてI/O機器12に電力が供給される。
インターポーザ回路キャリア22も、キャリアが機器端子24に電力を供給するように構成される場合、電力回路キャリアである。インターポーザ回路キャリアは、キャリアが機器端子30に電力を供給するように構成されない場合、非電力回路キャリアである。
図5に示す回路キャリア22は、電圧源64から電力を受信して回路キャリア自体の内部回路に給電する内部配電回路70も含む。インターポーザ回路キャリア22は、キャリアによって処理されている最中の信号とは無関係に、基部アセンブリ60を通じて給電される、基部給電式(base−powered)回路キャリアであってよい。他の実施例では、インターポーザ回路キャリア22は、信号給電式であってよく、すなわち、回路キャリア22は、処理されている最中の信号からの電力を利用して、回路キャリアに給電する。
本明細書で開示される、機器端子30に電力を供給することの可能な実施例は、代替実施例では、コントローラ端子32に電力を供給するように構成されてよいことを理解されたい。
図6は、基部アセンブリ60に類似した第3の実施例の基部アセンブリ72を示す。基部アセンブリ72の信号相互接続回路は、電気コネクタ・ハーフ24bに電気回路通信76によって接続される第2の機器側端子74を含む。基部アセンブリ72と共に使用されるインターポーザ回路キャリア22が、電力供給端子62を端子74と相互接続する。電力ラインが端子74に、またI/O機器12に接続されて、I/O機器信号ライン16とは別に、電力ライン78を通じてI/O機器に電力を供給する。
図6は、信号相互接続回路が、I/O機器12との接続用の複数の端子を含むことができることを示す。追加の端子は、例えばI/O機器から延在するシールド導体を終端するために設けられてよい。
図7は、基部アセンブリ72に類似した第4の実施例の基部アセンブリ80を示す。基部アセンブリ80の信号相互接続回路は、電力供給端子62に加えて、第2の電力供給端子82を含む。電力供給端子82は、図では、電圧源64が供給するのとは異なる電圧を供給する第2の電圧源84に接続されている。電力供給端子62を機器電力端子74に相互接続するように構成されたインターポーザ回路キャリア22が使用されるとき、図6に示したように、電力を電圧源54から電力ライン78を通じてI/O機器12に送信することができる。電力供給端子82を機器端子30に相互接続するように構成されたインターポーザ回路キャリア22が使用されるとき、図4に示したように、電力を電圧源84からI/O機器信号ライン16を通じてI/O機器12に送信することができる。
図4〜図7は、インターポーザ回路キャリア22を利用して電力供給端子を機器端子と接続することによって、I/O機器12に電力を供給する様子を示す。図8は、電力供給端子62、82に類似した電力供給端子92、94を含む、第5の実施例の基部アセンブリ90を示す。ただし、本実施例では、電力供給端子62、82は、基部インターポーザ回路セグメント28に、電気コネクタ・ハーフ24bと機器端子30との間で電気的に接続される。インターポーザ回路キャリア22の存在とは無関係に、機器端子30に電力を供給することができる。他の可能な実施例では、電力供給端子は、電力端子74に類似した専用の機器電力端子に接続されてよい。
基部インターポーザ回路セグメント28は、使用されている最中のインターポーザ回路キャリアに関わらず、又はそのインターポーザ回路キャリアとは無関係に、信号を処理するための、又は診断機能若しくは他の機能性を提供するための追加のデバイスを、信号経路内に含むこともできる。図9は、基部アセンブリ20に類似しているが、基部インターポーザ回路セグメント28内に配設された手動プッシュボタン・ブレーク102を含む、第6の実施例の基部アセンブリ100を示す。回路セグメント28は、ブレーク102の両側に、露出したテスト・ポイント104、106を含む。ユーザは、テスト目的又は診断目的で、アクティブな回路をブレーク102を用いて手動で開き、テスト・ポイント104、106上にプローブを置いて、信号品質をモニタすることができる。使用していないときにテスト・ポイント104、106を覆うために、防塵カバーが設けられてよい。
アクセサリ回路キャリアとは無関係に機能性を提供するために、基部インターポーザ回路セグメント28にオプションで組み込まれてよい他のデバイス又は回路要素としては、ヒューズ、絶縁要素、信号リピータ、及び同様のものがある。
図10は、基部アセンブリ20に類似しているが、PCB26上に複数の同様の基部インターポーザ回路セグメント28を含む、第7の実施例の基部アセンブリ110を示す。図10の基部アセンブリ110の各基部インターポーザ回路セグメント28は、残りのインターポーザ・セグメントとは無関係である。各基部インターポーザ回路セグメントは、図1に示す回路セグメント28に類似のものとして示されているが、先に説明し、図1〜図9で先に示したように、インターポーザ・セグメント28のいくつか又は全ては、追加の電力供給端子、機器電力端子、及び追加のデバイス又は回路要素を、信号経路内に含んでよいことを理解されたい。
これらの基部インターポーザ回路セグメント28は互いに無関係なので、あるインターポーザ・セグメント28に接続されたI/O機器のタイプ及び極性は、他のいずれかのインターポーザ・セグメント28に接続されたI/O機器のタイプ及び極性とは無関係である。あるインターポーザ・セグメント28に接続されたI/O機器を交換しても、そのような変更が、その基部インターポーザ回路セグメントのインターポーザ回路キャリアのタイプ及び極性の変更を必要とする場合でさえ、残りのインターポーザ・セグメント28に接続された残りのI/O機器に影響が及ぶことはない。
さらに、各インターポーザ・セグメント28の信号経路にそのインターポーザ・セグメント28によって挿入された信号処理及び他の機能性は、残りのインターポーザ・セグメント28のそれぞれに対応する信号経路内に差し挟まれた信号処理とは無関係である。各インターポーザ・セグメント28内で使用されるインターポーザ回路キャリア22のタイプ及び極性は、残りのインターポーザ・セグメント28内で使用されるインターポーザ回路キャリア22のタイプ及び極性とは無関係である。各インターポーザ・セグメント28に接続されたI/O機器に電力を供給するという選択は、残りのインターポーザ・セグメント28のどんな電力要件とも無関係に行われる。各インターポーザ・セグメント28内に配設された追加のデバイス又は機能性は、残りのインターポーザ・セグメント28内の同様のデバイス又は機能性とは無関係に振る舞う。例えば、あるインターポーザ・セグメント28内で信号回路をブレーク102を用いて開いても、残りのインターポーザ・セグメント28に影響が及ぶことはない。あるインターポーザ・セグメント28に接続されたI/O機器を変更しても、残りのインターポーザ・セグメント28に影響が及ぶことも、残りのインターポーザ・セグメント28内で使用されているインターポーザ回路キャリア22の変更が必要になることもない。
図10は、4つの基部インターポーザ・セグメント28を示すが、限定する意図はない。32、64、又はより多くのインターポーザ・セグメント28を有する実施例が、本開示の範囲内に含まれる。
図11は、基部アセンブリ110に類似した、第8の実施例の基部アセンブリ120を示す。本実施例では、電力は、電圧源から各インターポーザ・セグメント28に、各インターポーザ・セグメント28に専用の電力供給端子を通じてではなくバスを通じて入手可能になっている。図11は、それぞれのバス供給端子126、128を有する電力供給バス122、124を示す。それぞれの電圧源64、84が、図では、バス供給端子126、128に接続されている。各電気コネクタ・ハーフ24bの対応するピンが、それぞれのバス122、124に接続される。バス122に、又はバス124に接続するように構成された電力タイプのインターポーザ回路キャリア22は、先に説明したように、バスからインターポーザ・セグメント28の機器端子30又は電力端子74に電力を供給する。
さらに他の実施例では、インターポーザ・セグメント28に取り付けられたインターポーザ回路キャリア22が使用する電力を入手可能にするための専用の、バス122又はバス124に類似したバスが設けられる。さらに別の実施例では、基部アセンブリ120に関連して使用中のツール又は診断機器に独立に給電することのできる、バス122又はバス124に類似したバスが設けられる。例えば、インターポーザ・セグメント28のテスト・ポート102、104に取り付けられた手持ち式診断機器に給電できるように、各インターポーザ・セグメント28に電力ポートが設けられてよい。
図12は、基部アセンブリ120に類似した、第9の実施例の基部アセンブリ130を示す。本実施例では、インターポーザ・セグメント28のコントローラ端子32が、ピンとして形成され、PCB26に取り付けられたピン・コネクタ・ハーフ132を形成するように編成される。図示のピン・コネクタ・ハーフ132は、従来のDサブ・コネクタのハーフである。ピン・コネクタ・ハーフ132のサイズ、形状、及びピン数は、電気コネクタ・ハーフ24a又は24bに使用されているものとは無関係に選択される。
コントローラ端子32をコネクタ・ハーフとして編成すると、基部アセンブリ130からコントローラ14まで延在する複数のコントローラI/Oライン18の簡便な接続が可能になる。図13は、ケーブル134が基部アセンブリ130をコントローラ14と接続している様子を示す。ケーブル134は、コネクタ・ハーフ132と適合する電気コネクタ・ハーフ136をケーブルの一端に有し、コントローラ・コネクタ・ハーフと適合するコネクタ・ハーフ138をケーブルの他端に有する。ケーブル134は、複数のI/O信号ワイヤの同時接続を可能にする。
知られているI/O集約機器又はエレクトロニック・マーシャリング機器は、マルチワイヤI/Oケーブルの対応するコネクタ・ハーフと嵌合する標準又は独自のコネクタ・ハーフを利用して、マーシャリング機器をI/O信号ラインに接続している。諸実施例では、コネクタ・ハーフ138は、集約機器又はマーシャリング機器のコネクタ・ハーフと接続するように構成される。そのような使用においては、基部アセンブリ130は、コントローラ14に直接取り付けられるのではなく、その代わりに、中継マーシャリング機器を通じて接続される。
適切なケーブルを使用して基部アセンブリ130に接続することのできるI/O集約機器又はエレクトロニック・マーシャリング機器の非限定的な実例としては、とりわけ、Emerson Process Managementによって販売されているDELTAV CHARMS(商標)エレクトロニック・マーシャリングI/Oハードウェア、及びHoneywell International Inc.によって販売されているEXPERION UNIVERSAL PROCESS I/Oハードウェアがある。
図12は、基部アセンブリ130の全てのコントローラ端子32が、単一のコネクタ・ハーフ138内に収容されている様子を示す。他の実施例では、コントローラ端子32は、複数のコネクタ・ハーフ138にまとめられる。例えば、32個のインターポーザ・セグメント28を有する基部アセンブリが、16端子から成る2つのグループに編成されたコントローラ端子32を有し、各端子グループがそれぞれのコネクタ・ハーフ132を形成する。他の実施例では、コントローラ端子42のいくつかだけが、コネクタ・ハーフ138の一部を形成し、残りのコントローラ端子32は、図10に示す編成に類似した編成のままであってよい。
図14は、基部アセンブリ140に類似した基部アセンブリ220を含む、システム10に類似したユニバーサルI/Oインターポーザ・システム210を示す。本実施例では、基部アセンブリ220のPCB基部222は、ハウジング224上に取着されている。機器端子30が、ハウジング224の一部を形成する端子ブロック226内に収容されている。導体(図示せず)が、必要な電気的接続を形成するように端子ブロック226からPCB基部222まで延在する。端子ブロック226は、上述した電力及び電力供給接続用の追加の端子を含んでもよい。例えば、端子ブロック226は、電力バス(図示せず)に電力を提供するための電力供給端子(BUS TERMINAL)を含む。
図15は、I/Oシステム210に類似したユニバーサルI/Oインターポーザ・システムのハウジング230を示す。ハウジング230は、図では、DINレール232上に取着されている。
ハウジング230は、DINレール232に沿って並んで配置されたいくつかのハウジング・スライス234から形成される。各ハウジング・スライス234は、それぞれのインターポーザ・セグメント28に関連付けられており、そのインターポーザ・セグメント28の機器端子238(信号、電力、及びシールド端子)を収容するモジュラ端子ブロック236を含む。代替実施例では、複数のハウジング・スライス234が、それぞれのインターポーザ・セグメント28に関連付けられる。端子ブロック236は、端子238をDINレール軸に垂直に、すなわち直角に隔置する。図示のハウジング230は、電力供給端子242用の追加のハウジング・スライス240を含む。電力供給端子242は、インターポーザ回路キャリア22を通じてコントローラに電力を供給するための24v DC電圧源、インターポーザ回路キャリア22を通じてI/Oデバイスに電力を供給するための24DV電圧源、及びオプションの接続として、オプションの電力用の125Vまでの第3の電圧源に接続するように構成されてよい。
ハウジング230は、DINレール232をPCB基部26と電気的に接続するグランド接続を含んでよい。各インターポーザ・セグメント28は、全ての信号ラインのシールディングをDINレール・グランドにつなぐための電気的接続、フィールド・シールド又はケーブル・シールドをDINレール・グランドに、又は代替グランドにつなぐための電気的接続を含んでよい。
ハウジング230を形成するように適合させることのできるモジュラ・ハウジングの実例が、Correll、米国特許第7,462,063号、「Modular Terminal Block」に開示されており、この特許は、本明細書に完全に記載されているのと同様に、参照により組み込まれる。
図16及び図17は、インターポーザ回路キャリア22のハウジング38の2つの実施例を示す。
図16は、剛性の、概して角柱状の本体252を有する、ハウジング250を示す。電気コネクタ・ハーフ24aが、本体252の底部に位置付けられている。ハウジング250は、熱を放散させるために通気孔254、又は同様のものを含んでよい。ハウジング250は、基部コネクタ・ハーフ24bに対してインターポーザ回路キャリア22を位置合わせし、係合させ、且つ解放可能に保持するために、ガイド面、キーイング及びコーディング構造、ラッチ機構、及び同様のものを含んでよい。
図17は、ハウジング250に類似しているが、ヒンジ付き防塵カバー256を含む、ハウジング260を示す。防塵カバー256は、閉位置と開位置との間で回転可能である。閉位置にあるとき、防塵カバー256は、ハウジング本体252の外側表面258を密接して覆う。開位置にあるとき、防塵カバー256が表面258から離隔されて、表面254へのアクセスが可能になる。下で説明するインターポーザ回路キャリアの実施例では、テスト・ポイント、ブレーク、スイッチ、視覚的インジケータ、ヒューズ、及び他の回路要素259が、表面258上に、又は表面258に沿って、置かれてよい。防塵カバー256は、それらの回路要素へのユーザ・アクセスを可能にしながら、それらへの環境的保護を行う。防塵カバーが半透明の場合、防塵カバーが閉じられている間に、視覚的インジケータの使用が可能である。
異なるタイプの信号処理回路40の非限定的な実例について、下で説明する。図示の信号処理回路40は、4つの主要な分類、
(1)フィードスルー回路又はパススルー回路、
(2)電気的保護回路、
(3)信号コンディショニング回路、及び
(4)リレー回路
に入る。
図示の処理回路40のうちの1つを実装しているインターポーザ回路キャリア22は、先に説明したように、電圧源から機器端子30又はコントローラ端子32に電力を送出するように構成されてもよい。
図18は、フィードスルー回路260を示す。フィードスルー回路260は、回路260に入るI/O信号(アナログ又はデジタル)が回路260から外に出るI/O信号と同一である、受動的な1:1接続を行う。同じフィードスルー回路260は、入力信号と出力信号のどちらかを扱うことができ、すなわち、フィードスルー回路260を実装しているインターポーザ回路キャリア22の極性は、重要性をもたないことがある。
電気的保護回路として構成された信号処理回路40は、過電圧保護又は過電流保護を行う。図19は、電気的保護回路270として構成された信号処理回路を示す。保護回路270は、ヒュージング要素272と、溶断ヒュージング要素インジケータ・ランプ274と、手動ブレーク276と、ブレーク276の両側にテスト・ポイント278、280とを含む。図示のヒュージング要素272は、ヒューズであるが、当技術分野で知られる他のヒュージング要素としては、回路遮断器及び同様のもの、又は他のものがある。手動ブレーク及びテスト・ポイントを実装しているインターポーザ回路キャリア22は、信号ラインの診断目的及びテスト目的で、プロセス制御システムの初期設置及びセットアップの間に使用されてよい。設置が完了し検証された後、パススルー回路のみ、又はヒューズ及び溶断ヒューズ・インジケータ・ランプのみを含む信号処理回路40を備えたインターポーザ回路キャリア22が、信号ライン内に配置されてよい。
信号コンディショニング回路として、又は信号コンディショナとして構成された信号処理回路40は、処理機能の中でもとりわけ、I/O信号の電気的絶縁、信号変換、信号増幅、信号フィルタリング、及び電流モニタリングを行うことができる。信号コンディショニング回路は、熱電対、測温抵抗体(RTD:resistance temperature detector)、ポテンショメータ、又は同様のものからなど、特定の供給源から受信した信号をコンディショニングするように構成されてもよく、又は信号コンディショニング回路は、HART、従来の4〜2OmA信号、及び同様のものなどの、特定のI/O信号プロトコルをコンディショニングするように構成されてもよい。
入力信号、出力信号、及び電力供給信号の電気的絶縁又はガルバニック絶縁は、グランド・ループ及びI/O信号のひずみの他の発生源を阻止する。信号変換は、受信されて信号処理回路40に入ったI/O信号を、宛先コントローラ若しくはフィールド機器とより適した信号に変換し、又は信号を、工業環境からの干渉の影響をより受けにくい信号に変換することができる。信号増幅器は、より長い信号ラインを経由した信号伝送を可能にし、又は信号の受信端でのより高い信号電力を可能にする。信号フィルタは、工業環境によってI/O信号に取り込まれた高周波信号成分などの干渉を除去する。
図20は、信号処理回路290として構成された信号処理回路を示す。処理回路290は、RTD信号を処理するためのものであり、入力として2導線、3導線、又は4導線RTDを選択するためのDIPスイッチ292を含む。DIPスイッチ292は、インターポーザ回路キャリア22が基部アセンブリ上に取着された他の回路キャリア22間に挟まれた場合でさえアクセス可能なところに位置付けられる。
リレー回路として構成された信号処理回路40は、I/O機器とコントローラとの間でレベル調整及び電力調整のために使用されるリレーを含む。図21は、リレー回路300として構成された信号処理回路を示す。リレー回路300は、図中に概略的に示すリレー302と、リレー302の動作状態を表示する表示灯304とを含む。リレー302は、電力端子306と、負荷端子308とを含む。I/O入力信号16が「オン」のとき、リレーを「オン」に切り替えて、電力端子306を負荷端子30と接続又は接続解除し、I/O入力信号16が「オフ」のとき、リレーを「オフ」に切り替える。別々の入力モジュール及び出力モジュールの必要なく、単一の信号インターポーザ回路キャリア22が、I/O入力信号を受領して、そのデジタル出力信号をリレーを制御するために送出する。一代替実施例では、電力端子306がなくされて、先に説明したように、基部から電力が供給されてもよい。
本開示は、1つ又は複数の実施例を開示し、それについて説明しているが、本開示は修正が可能であること、並びに本開示は、記載されたまさにその詳細に限定されるのではなく、添付の特許請求の範囲に記載の範囲に含まれる変更及び改変を含むことが理解されよう。

Claims (20)

  1. I/Oフィールド機器とコントローラとの間で伝送されるI/O信号を処理するための、ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムであって、
    基部と、インターポーザ回路キャリアと、電気コネクタと
    を備え、
    前記電気コネクタが、前記基部に取り付けられた第1のコネクタ・ハーフと、前記インターポーザ回路キャリアに取り付けられた第2のコネクタ・ハーフとを備え、前記インターポーザ回路キャリアを前記基部に取り付けるために、前記第1のコネクタ・ハーフと前記第2のコネクタ・ハーフが互いに選択的に係合可能であり、
    前記インターポーザ回路キャリアが、前記第2のコネクタ・ハーフと電気回路通信状態にある信号処理回路を備え、前記信号処理回路が、入力セクションと、処理セクションと、出力セクションとを備え、前記入力セクションが、前記第2のコネクタ・ハーフからI/O信号を受領するように構成され、前記信号処理セクションが、前記入力セクションによって受領された前記I/O信号を処理するように構成され、前記出力セクションが、前記処理セクションから前記処理済みのI/O信号を受領して、前記処理済みのI/O信号を前記第2のコネクタ・ハーフに出力するように構成され、
    前記基部が、前記I/Oフィールド機器から延在するI/O信号ラインとの電気的接続用のフィールド側端子と、前記コントローラまで延在するI/O信号ラインとの電気的接続用のコントローラ側端子とを備え、前記フィールド側端子が、前記第1のコネクタ・ハーフと電気回路通信状態にあり、且つコネクタ側端子が、前記第1のコネクタ・ハーフと電気的接続状態にあって、前記フィールド側端子から前記第2のコネクタ・ハーフまで、且つ前記第2のコネクタ・ハーフから前記コントローラ側端子まで延在する、基部インターポーザ回路セグメントを画定し、
    前記第1のコネクタ・ハーフと前記第2のコネクタ・ハーフが互いに係合されたとき、前記電気コネクタが、前記第1のコネクタ・ハーフと前記第2のコネクタ・ハーフとの間に第1の電気的信号接続及び第2の電気的信号接続を形成し、前記第1の電気的信号接続が、前記フィールド側端子を、前記信号処理回路の前記取込みセクション及び前記出力セクションのうちの一方と電気的に接続し、前記第2の電気的接続が、前記コントローラ側端子を、前記信号処理回路の前記取込みセクション及び前記出力セクションのうちの他方と電気的に接続し、そのときに、前記I/O信号が、前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子のうちの一方によって受信され、前記処理済みのI/O信号が、前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子のうちの他方によって受領されて、前記処理済みのI/O信号を前記ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムから離れて前記フィールド機器又は前記コントローラにさらに送信できるように、前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子のうちの他方からアクセス可能であり、
    前記信号ラインを前記端子から取り外す必要なく、前記インターポーザ回路キャリアが、前記基部から選択的に取り付け可能及び切り離し可能である、
    ユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  2. 前記信号処理回路が、前記第1の接続ハーフと前記第2の接続ハーフが互いに係合されたときに前記第1の接続構成要素と前記第2の接続構成要素との間に直列に配設されるヒュージング要素を備える、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  3. 前記信号処理回路が、溶断ヒューズ・インジケータを備える、請求項2に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  4. 前記基部インターポーザ回路セグメントが、電源に接続されるように構成された電力端子を備え、前記第2のコネクタ・ハーフが前記電力端子に電気的に接続される、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  5. 前記第1のコネクタ・ハーフが、前記第2のコネクタ・ハーフとの第1の電力接続を、前記コネクタ・ハーフが互いに係合されたときに形成するように構成され、前記第1の電力接続が、前記電力端子を、前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子のうちの一方又は両方に電気的に接続する、請求項4に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  6. 前記第2のコネクタ・ハーフが、前記第1のコネクタ・ハーフとの電力接続を、前記コネクタ・ハーフが互いに係合されたときに形成しないように構成される、請求項4に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  7. 前記基部が、前記第1のコネクタ・ハーフと前記フィールド側端子又は前記コントローラ側端子との間に電気的に直列に接続されたヒュージング要素を備える、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  8. 前記ヒュージング要素が、前記信号処理回路の前記出力セクションと、前記ヒュージング要素に接続された前記端子との間に直列に配設される、請求項7に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  9. 前記信号処理回路が、手動で操作される回路遮断器を含む、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  10. 前記信号処理回路が、リレー回路である、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  11. 前記信号処理回路が、信号コンディショニング回路である、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  12. 前記信号処理回路が、パススルー回路である、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  13. 前記信号処理回路が、電気的保護回路である、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  14. 前記基部が、前記I/O機器から延在する前記信号ラインのシールド・ラインをそれぞれ終端するように構成された1つ又は複数の追加の端子を備える、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  15. 前記基部がボードを備え、第2の電気コネクタが前記ボードに取り付けられ、前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子が、それぞれの端子ブロック内に担持される、請求項1に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  16. 前記基部が、複数の同様の基部インターポーザ回路セグメントを備え、各基部インターポーザ回路セグメントの前記フィールド側端子及び前記コントローラ側端子が、I/O信号を、前記基部インターポーザ回路の前記第1のコネクタ・ハーフとの間でのみ伝送し、残りの基部インターポーザ回路セグメントのいずれかに対しては伝送しないように構成され、それにより、前記ユニバーサルI/Oインターポーザ・アセンブリによって受信されるI/O信号が、互いに無関係に受信及び処理され、前記ユニバーサルI/Oインターポーザ・システムによって生成される前記処理済みのI/O信号が、互いに無関係に出力される、請求項1から15までのいずれかに記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  17. 前記複数の基部インターポーザ回路セグメントの前記コントローラ側端子が、第3の電気コネクタ・ハーフ内に収容される、請求項16に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  18. 前記基部が、電源に接続されるように構成された第1の電力端子を備え、各基部インターポーザ回路セグメントが、前記フィールド側端子に電気的に接続された第2の電力端子を備え、前記第1の電力端子が前記第2の電力端子に電力バスによって接続される、請求項16に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  19. 前記基部が、共通の電力端子を共用する複数の同様の基部インターポーザ回路セグメントを備え、第1の電力バスが、前記電力端子から各第2のコネクタ・ハーフまで延在して、各第2のコネクタ・ハーフを前記電力端子に電気的に接続する、請求項4に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
  20. 前記基部が、第2の電力端子と、前記第2の電力端子から各第2のコネクタ・ハーフまで延在する第2の電力バスとを備える、請求項19に記載のユニバーサルI/Oインターポーザ・システム。
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