魯棒且簡(jiǎn)單的構(gòu)造電纜替代系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及經(jīng)由點(diǎn)到點(diǎn)射頻鏈路來(lái)發(fā)射和接收電信號(hào)的狀態(tài);更具體地涉及基于無(wú)線電的電纜替代系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)設(shè)施常常具有遠(yuǎn)離中央監(jiān)視和控制站的傳感器和控制器。這可能是在發(fā)電廠、石油和化學(xué)操作以及許多其它應(yīng)用中。通常，長(zhǎng)電纜在遠(yuǎn)程位置與控制室之間傳送信號(hào)。現(xiàn)在存在許多通過(guò)使用網(wǎng)絡(luò)、特別是基于射頻的網(wǎng)絡(luò)來(lái)傳送信號(hào)從而減少電纜的數(shù)量和長(zhǎng)度的已知設(shè)備。在這些系統(tǒng)中，一端處的設(shè)備接收多個(gè)電輸入，確定其狀態(tài)并將狀態(tài)信息發(fā)射到遠(yuǎn)處的單元。該遠(yuǎn)處單元接收數(shù)據(jù)，并且基于該數(shù)據(jù)將其多個(gè)輸出設(shè)置成對(duì)應(yīng)于第一單元的輸入的狀態(tài)，從而充當(dāng)電纜替代。信號(hào)可以是從現(xiàn)場(chǎng)向控制室、從控制室向遠(yuǎn)程位置或者另外在彼此相距一定距離處。這些系統(tǒng)中的許多易受到如下問(wèn)題和缺點(diǎn)，包括構(gòu)造的復(fù)雜性、不可預(yù)測(cè)的時(shí)延、單個(gè)故障點(diǎn)以及診斷問(wèn)題方面的困難。
[0003]這些問(wèn)題和缺點(diǎn)中的某些是無(wú)線電干擾、端點(diǎn)設(shè)備的固件或硬件中的故障、網(wǎng)絡(luò)故障以及到設(shè)備的電力損失。還不可避免地引入一定程度的增加的時(shí)延。
[0004]其它缺點(diǎn)可以包括構(gòu)造的容易性。雖然在某些位置敷設(shè)長(zhǎng)電纜可能具有挑戰(zhàn)性，但除確定一端處的哪個(gè)導(dǎo)體對(duì)應(yīng)于另一端處的哪個(gè)導(dǎo)體之外，不涉及其它構(gòu)造。相反地，基于射頻網(wǎng)絡(luò)的電纜替代系統(tǒng)通常要求使用現(xiàn)場(chǎng)中的計(jì)算機(jī)從制造商的網(wǎng)站下載軟件以將設(shè)置下載到每個(gè)單元，以及更多步驟。隨著在使用上的增加，這些系統(tǒng)能夠受益于更簡(jiǎn)單的構(gòu)造和更加魯棒且可診斷的無(wú)線電連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]點(diǎn)到點(diǎn)射頻連接中的發(fā)射機(jī)/接收機(jī)對(duì)的一端能夠表征電輸入信號(hào)的狀態(tài)并發(fā)射包括表示該狀態(tài)的數(shù)據(jù)字段的信息塊。另一接收端能夠接收該信息塊，并且能夠檢測(cè)出該信息塊是否表示有效且未受其他傳輸干擾。然后接收端能夠在鏡像本地輸出電路上重現(xiàn)在該數(shù)據(jù)字段中傳送的原始輸入信號(hào)的狀態(tài)。替換地，接收端能夠?qū)⑤敵鲭娐吩O(shè)置成從數(shù)據(jù)字段映射的預(yù)定狀態(tài)，這可能使信號(hào)反轉(zhuǎn)或?qū)⑵滢D(zhuǎn)換成替換信令方案。
[0006]在接收到的傳輸或傳輸內(nèi)的數(shù)據(jù)被確定為無(wú)效、毀壞、到達(dá)不適時(shí)、被人為干擾等情況下，接收機(jī)能夠促使其輸出被強(qiáng)制為為預(yù)定默認(rèn)的“故障保護(hù)”狀態(tài)。能夠?qū)γ總€(gè)輸出分別設(shè)置此狀態(tài)，并且能夠通過(guò)設(shè)置被用作表示預(yù)定規(guī)則中的選擇的輸入的物理開關(guān)來(lái)確定每個(gè)輸出的默認(rèn)狀態(tài)。
[0007]在某些實(shí)施例中，成對(duì)末端單元能夠是具有兩端的收發(fā)機(jī)，所述兩端具有輸入和輸出，提供雙向操作。雖然構(gòu)成該對(duì)的末端單元可以是非常相似的，但能夠以主/從布置來(lái)構(gòu)造系統(tǒng)，其中每個(gè)各個(gè)單元根據(jù)不同的編程進(jìn)行操作。在將收發(fā)機(jī)配對(duì)的其它方式中，其能夠在被裝運(yùn)之前被自動(dòng)地配對(duì)。這包括將配對(duì)物的無(wú)線電地址和加密的密鑰加載在單元中。
【附圖說(shuō)明】
[0008]當(dāng)參考附圖來(lái)閱讀以下詳細(xì)描述時(shí)，將更好地理解本公開，在所述附圖中遍及附圖相似的附圖標(biāo)記表示相似的部分，其中:
[0009]圖1示出了主/從、配對(duì)、鏡像1/0、無(wú)線電纜替代系統(tǒng)的第一實(shí)施例的簡(jiǎn)化框圖；
[0010]圖2示出了圖1的配對(duì)系統(tǒng)的物理視圖；
[0011]圖3示出了圖1中所示的控制器/無(wú)線電模塊的簡(jiǎn)化框圖；
[0012]圖4示出了與圖1的系統(tǒng)兼容的I/O模塊的簡(jiǎn)化框圖；
[0013]圖5示出了在圖2的配對(duì)系統(tǒng)的末端之間交換的分組定時(shí)的簡(jiǎn)化視圖；
[0014]圖6A—6B示出了在圖1中所見(jiàn)的本地輸入和遠(yuǎn)程輸出信號(hào)的假定時(shí)序圖；
[0015]圖7是圖1的無(wú)線電纜替代系統(tǒng)中的主控制器的動(dòng)作的流程圖；
[0016]圖8是圖1的無(wú)線電纜替代系統(tǒng)中的從控制器的動(dòng)作的流程圖；
[0017]圖9是用于分別在圖7和圖8中示出的主和從操作兩者的例外條件的處理的流程圖；
[0018]圖1OA— 1B是圖4的雙向I/O模塊的動(dòng)作的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]結(jié)構(gòu)
[0020]使用參考標(biāo)號(hào)來(lái)指明系統(tǒng)的部分和方面。在各種位置和上下文中使用的相同部分或方面將保持相同的參考標(biāo)號(hào)。由于端點(diǎn)的許多對(duì)稱方面，存在系統(tǒng)部分的實(shí)例被復(fù)制但在不同模式下操作的許多情況。在那些情況下，數(shù)字具有主標(biāo)記。
[0021]圖1示出了示例性有線至無(wú)線至有線系統(tǒng)的示例的簡(jiǎn)化框圖。為了清晰起見(jiàn)在本簡(jiǎn)化示例中，只有兩個(gè)I/O模塊與每個(gè)端點(diǎn)相關(guān)聯(lián)。并且，伴隨每個(gè)I/O模塊僅示出了兩個(gè)電信號(hào)。主側(cè)100具有被耦合到控制器模塊102的無(wú)線電模塊101，無(wú)線電模塊101和控制器模塊102被共同封裝在500中。控制器具有UART 103,UART 103被用作到多個(gè)I/O模塊120、140的本地通信信道。
[0022]一個(gè)I/O模塊120具有標(biāo)記為121的一個(gè)輸入和標(biāo)記為125M的一個(gè)輸出。在操作期間，系統(tǒng)產(chǎn)生作用于將輸入121的狀態(tài)反映或鏡像到從系統(tǒng)200的輸出121M，并且還將從側(cè)輸入信號(hào)125的狀態(tài)反映到主側(cè)輸出125M。虛線121V、125V圖示出這些信號(hào)從端到端的虛擬傳輸。
[0023]從端200具有被耦合到控制器101’、與主端的無(wú)線電模塊相同類型的無(wú)線電模塊?？刂破魑锢砩鲜桥c主側(cè)控制器相同類型的單元，但是被編程或構(gòu)造成執(zhí)行從端的作用。類似于主側(cè)，無(wú)線電和控制器被共同地封裝，并且控制器通過(guò)到連接的I/o模塊的多分支、子系統(tǒng)、互連RS-485總線104’來(lái)進(jìn)行通信。在從側(cè)的第一 I/O模塊120的類型與在主側(cè)的第一模塊121相同。第一I/O模塊120具有一個(gè)輸入和一個(gè)輸出。第二模塊150的類型不與主側(cè)的第二模塊140相同，而與其互補(bǔ)。主側(cè)的兩個(gè)輸入141和142被反映到從側(cè)的兩個(gè)輸出141M和142M。具體地，在主側(cè)的第二 I /0模塊140僅具有輸入;其被標(biāo)記為141和142。系統(tǒng)的操作導(dǎo)致其狀態(tài)被反映到標(biāo)記為141M和142M的從側(cè)的輸出。虛線141V和142V圖示出這些信號(hào)從主側(cè)到從側(cè)的虛擬傳輸。
[0024]在圖2中示出了這些模塊的物理封裝。通過(guò)到DIN15導(dǎo)軌的機(jī)械連接來(lái)支持該模塊。該導(dǎo)軌具有在模塊之間載送RS-485總線的無(wú)源底板202。每個(gè)子系統(tǒng)的左側(cè)具有包含控制器和無(wú)線電子系統(tǒng)的模塊500、500’。另外兩個(gè)模塊是I/O模塊。如所示，其為四輸入/四輸出模塊和八輸入模塊。用于電連接的終端塊201在I/O模塊的頂部和底部上，以及天線200對(duì)于控制器模塊而言是在本地的。
[0025]接下來(lái)的兩個(gè)圖更詳細(xì)地示出了特定模塊的框圖。圖3是控制器和無(wú)線電模塊的框圖。在這種情況下，無(wú)線電模塊10 I是在科學(xué)和工業(yè)900MHz波段中操作的DigiInternat1nal XBee-Pro擴(kuò)頻版本?？刂破鞯牟僮魇潜磺度隡SP430微控制器102中的固件。微控制器通過(guò)無(wú)線電模塊端口 501經(jīng)由串行端口 110連接到D i g i無(wú)線電。MSP430的第二串行端口在被電路105電平轉(zhuǎn)換成RS-485信號(hào)之后被用于多分支、子系統(tǒng)、互連總線104。該單元還具有按鈕111、USB端口 112以及多個(gè)指示器。
[0026]在框圖圖4中所見(jiàn)的I/O模塊是四輸入/四輸出單元120(在更簡(jiǎn)化的圖1中僅示出了其一個(gè)輸入和一個(gè)輸出)。此特定模塊還被嵌入TI MSP430微控制器130中的固件控制，該TI MSP430微控制器130被用固件編程并構(gòu)造成執(zhí)行I/O模塊的動(dòng)作。四個(gè)輸入信號(hào)121、122、123和124在微控制器的編程的控制下被信號(hào)調(diào)節(jié)和接收電路134接收。使用用于相互通信的模塊協(xié)議使得此接收數(shù)據(jù)通過(guò)多分支、子系統(tǒng)、互連總線104可用。通過(guò)多點(diǎn)總線發(fā)送到模塊的數(shù)據(jù)被提