本公開(kāi)一般地涉及工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)。更具體地，本公開(kāi)涉及遠(yuǎn)程終端單元（rtu）硬件架構(gòu)。

背景技術(shù)：

遠(yuǎn)程終端單元（rtu）表示在遠(yuǎn)離監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（scada）系統(tǒng)或其它自動(dòng)化系統(tǒng)的地點(diǎn)處提供局部化控制和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的設(shè)備或系統(tǒng)。例如，可以在油氣田（oilandgasfield）中的不同的地點(diǎn)處且出于不同的目的來(lái)使用多個(gè)rtu。該rtu可以收集數(shù)據(jù)、執(zhí)行本地控制、在不同地點(diǎn)（諸如井、管道以及壓縮站）處使用傳感器和致動(dòng)器來(lái)記錄歷史值并且向scada系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)和歷史數(shù)據(jù)。scada系統(tǒng)能夠執(zhí)行控制邏輯并經(jīng)由rtu改變不同地點(diǎn)處的致動(dòng)器的操作。rtu本身還可以并入用于數(shù)據(jù)分析的算法。

在許多常規(guī)rtu中，在rtu上可用的數(shù)據(jù)輸入和數(shù)據(jù)輸出的類型是固定的。雖然這通常使得常規(guī)rtu能夠在沒(méi)有修改的情況下在許多不同類型的環(huán)境中被使用，但是其在某些裝置（installation）中可能是限制性因素。例如，如果需要比由單一rtu所提供的更多的某些類型的輸入或輸出，則可能需要多個(gè)rtu，這增加了裝置的尺寸和成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)提供了一種遠(yuǎn)程終端單元（rtu）硬件架構(gòu)。

在第一實(shí)施例中，一種裝置包括具有一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出（i/o）模塊和控制器模塊的rtu。所述一個(gè)或多個(gè)i/o模塊中的每一個(gè)包括多個(gè)i/o通道?？刂破髂K包括被配置成經(jīng)由i/o模塊的i/o通道與至少一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的至少一個(gè)處理設(shè)備。控制器模塊包括第一連接器，并且所述一個(gè)或多個(gè)i/o模塊中的第一個(gè)包括第二連接器。第一連接器被配置成物理地連接到第二連接器，并且第一和第二連接器被配置成直接地在控制器模塊與第一i/o模塊之間傳輸數(shù)據(jù)和功率。

在第二實(shí)施例中，一種裝置包括rtu的控制器模塊?？刂破髂K包括被配置成經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)i/o模塊的i/o通道與至少一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通信的至少一個(gè)處理設(shè)備。該控制器模塊還包括被配置成物理地連接到一個(gè)或多個(gè)i/o模塊中的第一個(gè)的第二連接器的第一連接器。第一連接器被配置成直接地在控制器模塊與第一i/o模塊之間傳輸數(shù)據(jù)和功率。

在第三實(shí)施例中，一種裝置包括rtu的i/o模塊。該i/o模塊包括被配置成提供在rtu的控制器模塊與至少一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信路徑的多個(gè)i/o通道。i/o模塊還包括被配置成物理地連接到rtu的其它模塊的第一和第二連接器。每個(gè)連接器被配置成直接地在i/o模塊與rtu的其它模塊之間傳輸數(shù)據(jù)和功率。

在第四實(shí)施例中，一種裝置包括rtu的擴(kuò)展模塊。該擴(kuò)展模塊包括被配置成物理地連接到rtu的i/o模塊的連接器，其中i/o模塊包括被配置成在rtu的控制器模塊與至少一個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間提供通信路徑的多個(gè)i/o通道。該擴(kuò)展模塊還包括被配置成被耦合到rtu的第二擴(kuò)展模塊的至少一個(gè)端口，其中該第二擴(kuò)展模塊被配置成被耦合到附加i/o模塊。連接器被配置成直接地在i/o模塊與擴(kuò)展模塊之間傳輸數(shù)據(jù)。

根據(jù)下面各圖、說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求，其它技術(shù)特征對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)可以是顯而易見(jiàn)的。

附圖說(shuō)明

為了更加完全地理解本公開(kāi)，現(xiàn)在參考結(jié)合附圖進(jìn)行的下面的描述，在所述附圖中：

圖1圖示出根據(jù)本公開(kāi)的具有遠(yuǎn)程終端單元（rtu）的示例性工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)；

圖2圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性rtu硬件架構(gòu)；

圖3a至8圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性rtu的附加細(xì)節(jié)；

圖9a和9b圖示出根據(jù)本公開(kāi)的用于rtu的耦合模塊的示例性連接器；以及

圖10圖示出根據(jù)本公開(kāi)的用于使用rtu的示例性方法。

具體實(shí)施方式

下面討論的圖1至10和本專利文獻(xiàn)中的用來(lái)描述本發(fā)明的原理的各種實(shí)施例僅僅作為例證，并且不應(yīng)以任何方式將其解釋成限制本發(fā)明的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是可以在任何類型的適當(dāng)?shù)夭贾玫脑O(shè)備或系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的原理。

圖1圖示出根據(jù)本公開(kāi)的具有rtu102的示例性工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)100。應(yīng)注意，在本領(lǐng)域中還可將rtu102稱為“遠(yuǎn)程遙測(cè)單元”。還應(yīng)注意，雖然在這里示出了單一rtu102，但是系統(tǒng)100可以包括分布在一個(gè)或多個(gè)地理區(qū)域中的任何數(shù)目的rtu102。

rtu102表示在遠(yuǎn)離監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集（scada）系統(tǒng)或其它控制系統(tǒng)104的地點(diǎn)處提供局部化控制和數(shù)據(jù)訪問(wèn)的設(shè)備或系統(tǒng)。例如，rtu102可位于油、氣或水井或變電站處或附近。在這些或其它情況下，rtu102可以被用來(lái)從本地傳感器收集數(shù)據(jù)，并處理該數(shù)據(jù)以生成用于本地致動(dòng)器的控制信號(hào)。rtu102還可以根據(jù)需要與控制系統(tǒng)104交互。這樣，可以在遠(yuǎn)離控制系統(tǒng)104的位置處提供過(guò)程控制和自動(dòng)化功能?？刂葡到y(tǒng)104被示為通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)105且使用無(wú)線連接而與rtu102通信，該無(wú)線連接諸如經(jīng)由微波、蜂窩或其它射頻（rf）通信。然而，rtu102可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）有線或無(wú)線連接與控制系統(tǒng)104通信。在某些實(shí)施例中，部件102—104通?？梢栽跓o(wú)線通信被用作備用的情況下使用有線連接來(lái)進(jìn)行通信。

rtu102還與一個(gè)或多個(gè)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106進(jìn)行通信和交互?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106可以包括測(cè)量過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)特性的傳感器、改變過(guò)程的一個(gè)或多個(gè)特性的致動(dòng)器或其它工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。在本示例中，rtu102使用有線連接108來(lái)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106通信。有線連接108表示在rtu102與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106之間的任何適當(dāng)物理連接。

rtu102在本示例中還與至少一個(gè)本地用戶設(shè)備110進(jìn)行通信和交互。用戶設(shè)備110可以被人員用來(lái)與rtu102或與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106或者與rtu102通信的控制系統(tǒng)104交互。用戶設(shè)備110包括支持與rtu的用戶交互的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

可以可選地將各種其它部件與rtu102一起使用。例如，rtu102可以與一個(gè)或多個(gè)諸如顯示屏或操作員控制臺(tái)（console）之類的人機(jī)接口（hmi）112進(jìn)行交互。hmi112可以用來(lái)從rtu102接收數(shù)據(jù)或向其提供數(shù)據(jù)?？梢允褂靡粋€(gè)或多個(gè)安全照相機(jī)114（諸如網(wǎng)際協(xié)議照相機(jī)）來(lái)捕捉靜止或視頻圖像，并且經(jīng)由rtu102向遠(yuǎn)程位置（諸如安全中心）提供圖像?？梢允褂脽o(wú)線無(wú)線電（wirelessradio）116來(lái)支持rtu102與遠(yuǎn)程接入點(diǎn)118之間的無(wú)線通信，所述遠(yuǎn)程接入點(diǎn)118經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105與控制系統(tǒng)104或其它遠(yuǎn)程系統(tǒng)通信。其它遠(yuǎn)程系統(tǒng)可以包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理器（fdm）120或其它資產(chǎn)管理器和/或rtu生成器（builder）122。fdm120可以被用來(lái)對(duì)諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（包括現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106）之類的資產(chǎn)進(jìn)行配置和管理，并且rtu生成器122可以被用來(lái)對(duì)rtu（包括rtu102）進(jìn)行配置和管理。

如下面更詳細(xì)地描述的，rtu102支持包括控制器模塊和一個(gè)或多個(gè)輸入/輸出（i/o）模塊的硬件架構(gòu)?？刂破髂K支持rtu102的處理功能，并且每個(gè)i/o模塊支持由rtu102所使用的多個(gè)輸入和/或輸出。此外，控制器模塊和i/o模塊包括允許模塊被直接地相互耦合而不要求模塊之間的任何附加布線的連接器?？梢越?jīng)由這些連接器在控制器與i/o模塊之間傳輸數(shù)據(jù)和功率兩者。

除其它事物之外，這種方法幫助簡(jiǎn)化了用于rtu102的布線。在某些常規(guī)系統(tǒng)中，需要大量的布線來(lái)耦合控制器板和各種i/o板，并且常常需要開(kāi)關(guān)或其它網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)支持板之間的通信。根據(jù)本公開(kāi)，可以通過(guò)控制器與i/o模塊之間的直接連接來(lái)提供通信信道和功率。這可以減少或消除將單獨(dú)電纜耦合到每個(gè)模塊的需要以及對(duì)將模塊耦合的開(kāi)關(guān)或其它聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需要。并且，此方法允許將i/o模塊容易地添加到rtu102以便獲得所需或期望i/o端口。即使rtu102中的某些i/o端口是固定的，也能夠?qū)付ǖ模ǘ鄠€(gè)）類型的i/o端口的附加i/o模塊容易地添加到rtu102。另外，這種方法幫助減少或避免對(duì)昂貴的附加部件（諸如背板）的需要。在某些常規(guī)系統(tǒng)中，如果需要附加i/o端口且背板不具有用于附加i/o板的空槽，則通常要求全新的背板。根據(jù)本公開(kāi)，當(dāng)需要附加i/o端口時(shí)，可以僅將新的i/o模塊連接到現(xiàn)有rtu102。

雖然圖1圖示出具有rtu102的工業(yè)過(guò)程控制和自動(dòng)化系統(tǒng)100的一個(gè)示例，但是可以對(duì)圖1進(jìn)行各種改變。例如，系統(tǒng)100可以包括任何數(shù)目的每個(gè)部件。并且，圖1中示出的功能劃分僅僅是用于例證。圖1中的各種部件可以被組合、細(xì)分或省略，并且可以根據(jù)特定需要添加附加部件。此外，雖然被示為與有線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備一起使用，但是可以將rtu102與僅無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或與有線和無(wú)線現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備兩者一起使用。另外，圖1圖示出其中可以使用具有所述硬件架構(gòu)的rtu102的一個(gè)示例性操作環(huán)境。使用此硬件架構(gòu)的一個(gè)或多個(gè)rtu可以在任何其它適當(dāng)系統(tǒng)中被使用。

圖2圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性rtu硬件架構(gòu)。為了易于解釋，將rtu102描述為在圖1的系統(tǒng)100中使用。然而，可以在任何其它適當(dāng)系統(tǒng)中使用rtu102。

如圖2中所示，rtu102包括控制器模塊202、第一組i/o模塊204a—204n、以及擴(kuò)展模塊206?？刂破髂K202表示執(zhí)行控制邏輯和rtu102的其它處理功能的模塊。例如，控制器模塊202可以執(zhí)行分析傳感器數(shù)據(jù)并生成用于致動(dòng)器的控制信號(hào)的控制邏輯?？刂破髂K202還可以執(zhí)行控制rtu102的總體操作的功能，諸如支持與外部設(shè)備或系統(tǒng)的通信的功能?？刂破髂K202包括用于控制rtu的一個(gè)或多個(gè)操作的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，控制器模塊202包括執(zhí)行l(wèi)inux或其它操作系統(tǒng)的至少一個(gè)處理設(shè)備。

i/o模塊204a—204n表示被耦合到控制器模塊202的i/o板?？梢越?jīng)由i/o模塊204a—204n的i/o通道在控制器模塊202與外部設(shè)備或系統(tǒng)（諸如現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106）之間傳輸數(shù)據(jù)。每個(gè)i/o模塊204a—204n包括支持一個(gè)或多個(gè)i/o通道的使用的電路。i/o通道的示例性類型包括模擬輸入（ai）通道、支持?jǐn)?shù)字通信的ai通道、模擬輸出（ao）通道、支持?jǐn)?shù)字通信的ao通道、數(shù)字輸入（di）通道、數(shù)字輸出（do）通道、以及脈沖累加器輸入（pi）通道。

在某些實(shí)施例中，每個(gè)i/o模塊204a—204n的i/o通道是固定的。也就是說(shuō)，每個(gè)i/o模塊204a—204n包括一個(gè)或多個(gè)預(yù)定義類型的指定數(shù)目的輸入或輸出。在這些實(shí)施例中，i/o模塊204a—204n可以包括任何數(shù)目的一個(gè)或多個(gè)固定類型的輸入或輸出。i/o模塊204a—204n可以包括單一固定類型的輸入或輸出的多個(gè)實(shí)例，或者i/o模塊204a—204n可以包括不同固定類型的輸入或輸出的組合。然而，可以使用支持任何適當(dāng)i/o通道的任何其它適當(dāng)?shù)膇/o模塊。

rtu102可以包括任何數(shù)目的i/o模塊204a—204n。在某些實(shí)施例中，指定數(shù)目的i/o模塊204a—204n可以裝配（fit）在給定空間內(nèi)，諸如在柜（cabinet）的一個(gè)架子上。如果需要附加i/o模塊，則可以將擴(kuò)展模塊206耦合到擴(kuò)展模塊208，所述擴(kuò)展模塊208本身可以被耦合到第二組i/o模塊210a—210m。i/o模塊210a—210m可以具有與i/o模塊204a—204n相同或類似的結(jié)構(gòu)，并且在第二組中可以使用任何數(shù)目的i/o模塊210a—210m?？梢允褂脭U(kuò)展模塊212來(lái)耦合到第三組i/o模塊，并且可以以類似方式添加附加i/o模塊。每個(gè)擴(kuò)展模塊206、208、212包括促進(jìn)一個(gè)或多個(gè)i/o模塊到rtu的添加的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

在本示例中，通過(guò)rtu102來(lái)形成兩個(gè)電路徑214a—214b，并且可選地在環(huán)路216處接合電路徑214a—214b。電路徑214a—214b表示rtu102中的i/o模塊與控制器之間的通信路徑?？梢砸匀魏芜m當(dāng)方式來(lái)形成電路徑214a—214b，諸如通過(guò)使用以太網(wǎng)連接和通過(guò)i/o模塊和擴(kuò)展模塊的電路徑。環(huán)路216可以被用來(lái)指示沒(méi)有附加i/o模塊目前被連接到rtu102并在rtu102中的i/o模塊與控制器之間形成環(huán)型的網(wǎng)絡(luò)。然而應(yīng)注意，還可以將環(huán)路216放置在擴(kuò)展模塊206上以指示i/o模塊210a—210m當(dāng)前未被連接到rtu102。在這里兩個(gè)電路徑214a—214b的使用幫助提供冗余通信路徑。例如，電路徑214a—214b和環(huán)路216能夠形成環(huán)路，并且通信能夠在沿著該環(huán)路的任一方向上發(fā)生。

電源218向rtu102的其它部件提供操作功率。電源218包括被配置成向rtu提供操作功率的任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）結(jié)構(gòu)。例如，電源218可以包括一個(gè)或多個(gè)電池、太陽(yáng)電池板、燃料電池或其它（多個(gè)）功率源。在特定實(shí)施例中，電源218包括一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)電池板、備用電池以及對(duì)備用電池充電并從太陽(yáng)電池板或備用電池向rtu的其它部件提供功率的電壓調(diào)節(jié)器。在這里使用功率連接220來(lái)向各種模塊提供功率。

在某些實(shí)施例中，控制器模塊202經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)i/o模塊（諸如i/o模塊204a—204n、210a—210m）從一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106接收運(yùn)行時(shí)間和診斷數(shù)據(jù)。控制器模塊202可以向控制系統(tǒng)104提供運(yùn)行時(shí)間數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)（其可以被存儲(chǔ)在控制器模塊202或其它位置中）?？刂破髂K202還可以向fdm120提供診斷數(shù)據(jù)。響應(yīng)于在rtu102或控制系統(tǒng)104處執(zhí)行控制邏輯，控制器模塊202可以經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)i/o模塊（諸如i/o模塊204a—204n、210a—210m）來(lái)為一個(gè)或多個(gè)致動(dòng)器或其它現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備提供控制信號(hào)。

在特定實(shí)施例中，控制器模塊202執(zhí)行l(wèi)inux操作系統(tǒng)、支持使用modbus或dnp3協(xié)議與控制系統(tǒng)104的通信，并且使用hartoverip（hart-ip）協(xié)議與fdm120通信。并且，國(guó)際電工委員會(huì)（iec）61131標(biāo)準(zhǔn)可以由用于對(duì)rtu102進(jìn)行編程的控制器模塊202支持。

如圖2中所示，每個(gè)控制器模塊和i/o模塊包括連接器222，并且每個(gè)擴(kuò)展模塊和i/o模塊包括連接器224。連接器222—224被用來(lái)將rtu102的鄰近模塊固定在一起。此外，連接器222—224能夠形成rtu102的鄰近模塊之間的直接電連接。因此，可以將第一i/o模塊204a物理地連接到控制器模塊202，可以將每個(gè)其余i/o模塊204b—204n物理地連接到前面的i/o模塊，并且可以將擴(kuò)展模塊206物理地連接到i/o模塊204n?？梢詫?shí)現(xiàn)與擴(kuò)展模塊208、i/o模塊210a—210m以及擴(kuò)展模塊212的類似物理連接。

通過(guò)連接器222—224形成鄰近模塊之間的數(shù)據(jù)和功率連接。如這里所示，可以通過(guò)到電源218的單一功率連接220來(lái)向i/o模塊的整個(gè)串（和可選地控制器模塊）供應(yīng)功率。此外，可以不需要在每個(gè)串中的鄰近模塊之間傳輸數(shù)據(jù)的電纜。在某些實(shí)施例中，只有當(dāng)耦合擴(kuò)展模塊（諸如擴(kuò)展模塊206—208）時(shí)且當(dāng)形成環(huán)路216（如果期望的話）時(shí)才可以使用用于數(shù)據(jù)的電纜。因此，可以大大地簡(jiǎn)化rtu102內(nèi)的布線。此外，在rtu102內(nèi)的模塊之間可以使用更快的數(shù)據(jù)連接，諸如以太網(wǎng)連接。這些連接比在rtu中使用的常規(guī)連接（諸如rs232或rs485串行連接）更快。另外，在此架構(gòu)中可以將大量的i/o模塊耦合到同一控制器模塊202，其幫助避免使用昂貴的背板并且允許由rtu102來(lái)支持輸入和輸出的任何期望組合。

每個(gè)連接器222—224包括用于連接rtu的多個(gè)模塊且用于在那些模塊之間傳輸功率和數(shù)據(jù)的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。在本示例中，將連接器222示為陰性連接器（femaleconnector），并且將連接器224示為陽(yáng)性連接器（maleconnector）。如果期望的話，這些連接器可以被反過(guò)來(lái)。此外，還可以使用不同類型的連接器來(lái)連接rtu的多個(gè)模塊并在那些模塊之間傳輸功率和數(shù)據(jù)。

雖然圖2圖示出rtu硬件架構(gòu)的一個(gè)示例，但是可以對(duì)圖2進(jìn)行各種改變。例如，硬件架構(gòu)可以包括任何數(shù)目的i/o模塊，包括單一i/o模塊、單串i/o模塊或多串相等或不等數(shù)目的i/o模塊。并且如果在特定裝置中不期望或要求環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的話，則可以省略rtu102中的最后擴(kuò)展模塊和環(huán)路216。此外，雖然被示為包含通過(guò)rtu102的兩個(gè)電路徑214a—214b且使用兩個(gè)電纜來(lái)連接擴(kuò)展模塊，但是可以使用通過(guò)rtu102的單一電路徑和用以連接擴(kuò)展模塊的單一電纜。

圖3a至8圖示出根據(jù)本公開(kāi)的示例性rtu102的附加細(xì)節(jié)。圖3a至3c圖示出控制器模塊202的特定實(shí)施方式和相關(guān)細(xì)節(jié)。使用外殼302來(lái)包裝并保護(hù)rtu102的其它部件。外殼302還提供對(duì)rtu102的各種其它部件的訪問(wèn)，諸如一個(gè)或多個(gè)端口或端子。外殼302可以具有任何適當(dāng)?shù)某叽?、形狀以及維度，并且由任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）材料（諸如金屬或加固的塑料）形成。

rtu102還包括兩個(gè)上行鏈路端口304、兩個(gè)rs232端口306、以及兩個(gè)rs485端口308。端口304可以被用來(lái)經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)105將rtu102耦合到高級(jí)設(shè)備，諸如控制系統(tǒng)104、fdm120或rtu生成器122。端口304可以表示用于耦合到一個(gè)或多個(gè)通信鏈路的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)，諸如以太網(wǎng)端口。rs232端口306和rs485端口308可以被用來(lái)將rtu102耦合到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備或者使用rs232或rs485串行協(xié)議的其它設(shè)備。

還使用各種i/o端子310來(lái)將rtu102耦合到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。這里可以結(jié)合被構(gòu)建到控制器模塊220中的i/o通道來(lái)使用i/o端子310。這些i/o端子310提供控制器模塊202和被耦合到i/o端子310的（多個(gè)）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信路徑。取決于i/o通道的配置，可以將i/o端子310耦合到各種類型的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，諸如模擬和數(shù)字現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。i/o端子310包括用于耦合到不同通信路徑的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)，諸如螺絲端子。

可以使用電源端子312將rtu102耦合到電源，諸如電源218。槽314提供對(duì)控制器模塊202的連接器222的訪問(wèn)，其可以如圖2中所示被耦合到i/o模塊（諸如i/o模塊204a）。

應(yīng)注意，圖3a至3c中所示的端口和端子的數(shù)目和類型僅用于舉例說(shuō)明。rtu102可以根據(jù)需要或期望包括任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）類型和（多個(gè)）數(shù)目的接口。

如圖3c中所示，rtu102還包括三個(gè)印刷電路板（pcb）。第一電路板316表示端口304—308、i/o端子310及其它輸入/輸出部件能夠位于其上的基板。電路板316表示任何適當(dāng)基板，諸如輸入輸出終端組件（iota）板。因此，下面可將電路板316稱為iota板316。

第二電路板318和第三電路板320被耦合到iota電路板316。第二電路板318表示具有執(zhí)行用于rtu102的操作系統(tǒng)的至少一個(gè)處理設(shè)備的板。因此，下面可將電路板318稱為核板（kernelboard）318。電路板318還可以包括至少一個(gè)存儲(chǔ)器、電源或功率轉(zhuǎn)換器、以及一個(gè)或多個(gè)通信接口。作為特定示例，電路板318可以包括現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（fpga）。

第三電路板320表示包含i/o模塊的應(yīng)用板。電路板320的i/o模塊被耦合到i/o端子310并支持用于控制器模塊202的指定數(shù)目的i/o通道。由電路板320支持的i/o通道可以包括任何適當(dāng)?shù)膇/o通道，并且這些通道允許在不需要通過(guò)槽314將任何附加i/o模塊耦合到控制器模塊202的情況下直接地使用控制器模塊202。

圖4圖示出rtu102中的核板318的示例。如圖4中所示，核板318包括至少一個(gè)處理設(shè)備402。（多個(gè)）處理設(shè)備402可以執(zhí)行操作系統(tǒng)，并且另外執(zhí)行各種操作以支持控制器模塊202的功能。每個(gè)處理設(shè)備402包括任何適當(dāng)?shù)奶幚砘蛴?jì)算設(shè)備，諸如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器、fpga、asic或離散邏輯器件。在特定實(shí)施例中，處理設(shè)備402表示xilinxzynq-7000可擴(kuò)展處理平臺(tái)（epp）。

（多個(gè)）處理設(shè)備402可以包括或另外支持一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器接口/控制器404，其可以被用來(lái)支持往返于（toandfrom）一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器設(shè)備406的數(shù)據(jù)傳輸?？梢栽趓tu102中使用任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器接口/控制器404，諸如一個(gè)或多個(gè)串行外圍接口（spi）、雙倍數(shù)據(jù)速率（ddr）接口、安全數(shù)字輸入輸出（sdio）接口、或內(nèi)部集成電路（i²c）控制器。類似地，可以在rtu102中使用任何適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)器設(shè)備406，諸如一個(gè)或多個(gè)閃速存儲(chǔ)器；ddr3、磁阻或其它隨機(jī)存取存儲(chǔ)器；安全數(shù)字（sd）卡；或電可擦可編程只讀存儲(chǔ)器或其它只讀存儲(chǔ)器?？梢允褂么鎯?chǔ)器設(shè)備406中的至少一個(gè)來(lái)在rtu102的功率損耗期間存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，使得當(dāng)功率被恢復(fù)到rtu102時(shí)能夠取回?cái)?shù)據(jù)。

（多個(gè)）處理設(shè)備402還可以包括或另外支持一個(gè)或多個(gè)通信接口408，其可以用來(lái)支持往返于一個(gè)或多個(gè)通信收發(fā)機(jī)/變壓器410的數(shù)據(jù)傳輸?？梢栽趓tu102中使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌?08，諸如一個(gè)或多個(gè)通用異步接收機(jī)/發(fā)射機(jī)（uart）接口或簡(jiǎn)化媒體獨(dú)立接口（rmii）。并且，可以在rtu102中使用任何適當(dāng)?shù)耐ㄐ攀瞻l(fā)機(jī)/變壓器410，諸如一個(gè)或多個(gè)以太網(wǎng)開(kāi)關(guān)、以太網(wǎng)收發(fā)機(jī)、rs232收發(fā)機(jī)或rs485收發(fā)機(jī)。連接器412將核板318耦合到iota板316。除其它事物之外，通信收發(fā)機(jī)/變壓器410可以經(jīng)由連接器412與iota板316通信。連接器412包括被配置成在電路板之間傳輸信號(hào)的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

電路414經(jīng)由連接器412從iota板316接收輸入功率。電路414提供各種功能，諸如熱交換、功率調(diào)節(jié)和監(jiān)督功能。作為特定示例，電路414可以接收24vdc信號(hào)作為輸入功率，并將輸入功率轉(zhuǎn)換成一個(gè)或多個(gè)其它形式。例如，電路414可以將24vdc輸入功率轉(zhuǎn)換成1.8vdc、3.3vdc、和5vdc信號(hào)。電路414還可以與處理設(shè)備402交換功率監(jiān)視和管理信息。這允許例如處理設(shè)備402在過(guò)壓或欠壓條件期間執(zhí)行或觸發(fā)功能。

（多個(gè)）處理設(shè)備402還可以包括或另外支持用于控制rtu102的總體操作和經(jīng)由i/o通道的交互的控制邏輯416?？梢砸匀魏芜m當(dāng)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)控制邏輯416，諸如使用僅硬件或硬件和軟件/固件指令的組合。

連接器418將核板318耦合到應(yīng)用板320，其允許（多個(gè)）處理設(shè)備402向應(yīng)用板302提供數(shù)據(jù)或從其接收數(shù)據(jù)。連接器418還允許電路414向應(yīng)用板320提供dc功率。連接器418包括被配置成在電路板之間傳輸信號(hào)的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

使用時(shí)鐘源420來(lái)向（多個(gè)）處理設(shè)備402提供一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘源420包括一個(gè)或多個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的任何適當(dāng)源，諸如本地振蕩器。

圖5圖示出rtu102中的應(yīng)用板320的示例。應(yīng)用板320一般地包括數(shù)據(jù)采集和輸出控制電路。如圖5中所示，應(yīng)用板320包括將應(yīng)用板320耦合到核板318的連接器502。應(yīng)用板320還包括將應(yīng)用板320耦合到iota板316的連接器504。每個(gè)連接器502—504包括被配置成在電路板之間傳輸信號(hào)的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

應(yīng)用板320還包括支持多個(gè)i/o通道的i/o電路506。i/o通道支持rtu102與外部設(shè)備或系統(tǒng)之間的通信。例如，可以將每個(gè)i/o通道配置成操作為ai（具有或者沒(méi)有數(shù)字通信）、ao（具有或者沒(méi)有數(shù)字通信）、di、do、或pi通道。

在本示例中，在應(yīng)用板320中不存在功率調(diào)節(jié)器，并且經(jīng)由連接器502從核板318接收功率（然而情況不需要如此）。可以使用功率轉(zhuǎn)換器508來(lái)轉(zhuǎn)換從核板318接收到的功率。例如，功率轉(zhuǎn)換器508可以包括將從核板318接收到的電壓升壓（諸如從5vdc至6vdc）的升壓轉(zhuǎn)換器。

圖6圖示出rtu102中的示例性iota板316。如圖6中所示，iota板316包括上述上行鏈路端口304、rs232和rs485端口306—308、i/o端子310以及電源端子312。

功率輸入保護(hù)電路602從電源端子312接收功率，并經(jīng)由連接器604向核板318提供輸入功率。例如，保護(hù)電路602可以為rtu102提供過(guò)壓保護(hù)。保護(hù)電路602包括提供功率保護(hù)的任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）結(jié)構(gòu)。連接器606允許將應(yīng)用板320耦合到i/o端子310。每個(gè)連接器604—606包括被配置成在電路板之間傳輸信號(hào)的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。

模塊連接器222允許將rtu102的iota板316連接到附加i/o模塊（諸如i/o模塊204a）。變壓器608被用來(lái)經(jīng)由連接器604將模塊連接器222耦合到核板318。這允許核板318與附加i/o模塊（諸如被耦合到模塊連接器222的i/o模塊204a—204n、210a—210m）交互。變壓器608包括用于幫助將rtu102的部件隔離的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。在其中使用以太網(wǎng)連接來(lái)形成電路徑214a—214b的某些實(shí)施例中，變壓器608可以表示以太網(wǎng)變壓器。

圖7圖示出用于在rtu102中使用的示例性i/o模塊204a—204n、210a—210m。如圖7中所示，i/o模塊包括i/o端子702和i/o電路704。i/o端子702被用來(lái)將i/o模塊耦合到一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以便提供在i/o模塊與（多個(gè)）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信路徑。i/o端子702包括用于耦合到不同通信路徑的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)，諸如螺絲端子。i/o電路704支持多個(gè)i/o通道，其被用來(lái)支持經(jīng)由i/o端子702與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通信。

這里，連接器222—224允許將rtu102的i/o模塊物理地連接到控制器模塊、一個(gè)或多個(gè)其它i/o模塊和/或擴(kuò)展模塊。如上所述，連接器222—224還將i/o模塊耦合到電路徑214a—214b和功率連接220。由i/o電路704經(jīng)由變壓器706（諸如以太網(wǎng)變壓器）通過(guò)電路徑214a—214b來(lái)傳達(dá)數(shù)據(jù)。經(jīng)由功率電路708從功率連接220接收功率，其可以支持諸如熱交換、功率調(diào)節(jié)以及監(jiān)督功能之類的功能。

如在這里可以看到的，可以使用一個(gè)或兩個(gè)連接器222—224將i/o模塊容易地耦合到一個(gè)或多個(gè)鄰近模塊。通過(guò)（多個(gè)）連接器222—224來(lái)傳輸數(shù)據(jù)和功率，幫助減少在rtu102中所使用的布線。此外，可以容易地選擇具有期望輸入和/或輸出的i/o模塊并將其耦合到rtu102，從而允許根據(jù)需要來(lái)擴(kuò)展rtu102。

圖8圖示出用于在rtu102中使用的示例性擴(kuò)展模塊206、208、212。如在圖8中示出的，擴(kuò)展模塊包括一個(gè)或多個(gè)端口802—804，其可以被耦合到形成環(huán)路216的電纜或者將擴(kuò)展模塊耦合到另一擴(kuò)展模塊的一個(gè)或多個(gè)電纜。每個(gè)端口802—804可以表示rj45端口或其它適當(dāng)結(jié)構(gòu)。與鄰近i/o模塊的通信經(jīng)由被耦合到端口802—804的連接器224來(lái)發(fā)生。雖然未示出，但是如果需要的話，功率可以經(jīng)由連接器224來(lái)接收并在擴(kuò)展模塊內(nèi)使用。

如上所述，擴(kuò)展模塊的使用在rtu中是可選的。例如，如果將在rtu102中形成環(huán)路216或者如果在rtu102中需要多串的i/o模塊，則可以使用一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展模塊。如果所有i/o模塊可以駐留在單一串內(nèi)且不需要環(huán)路216，則rtu102不需要包括任何擴(kuò)展模塊。如果i/o模塊駐留在多個(gè)串內(nèi)但不使用環(huán)路216，則rtu102可以僅包括在串之間的擴(kuò)展模塊。

雖然圖3a至8圖示出一個(gè)示例性rtu102的附加細(xì)節(jié)，但是可以對(duì)圖3a至8進(jìn)行各種改變。例如，圖3a至8中所示的端口和接口的（多個(gè)）數(shù)目和（多個(gè)）類型僅僅用于舉例說(shuō)明。并且，圖3a至8中所示的rtu102的功能劃分僅僅用于舉例說(shuō)明。rtu102中的各種部件可以被省略、組合、或進(jìn)一步細(xì)分，并且可以根據(jù)特定需要添加附加部件。

圖9a和9b圖示出根據(jù)本公開(kāi)的用于rtu102的耦合模塊的示例性連接器222—224。如圖9a中所示，連接器222包括兩個(gè)功率導(dǎo)體（powerconductor）902—904，其被用來(lái)通過(guò)連接器222在模塊之間傳輸功率。在這里將每個(gè)功率導(dǎo)體902—904示為單一導(dǎo)體，其是大體上扁平的并且其在連接器222內(nèi)垂直地延伸，然而每個(gè)功率導(dǎo)體902—904可以具有任何其它適當(dāng)?shù)男螤钜驍?shù)。

連接器222還包括被配置成從連接器224接收引腳或其它導(dǎo)體的多個(gè)開(kāi)口906。開(kāi)口906允許來(lái)自其它連接器224的導(dǎo)體與導(dǎo)體908形成電連接，所述導(dǎo)體908可以被耦合到控制器、i/o或擴(kuò)展模塊內(nèi)的其它部件。在這里，以四乘六網(wǎng)格來(lái)布置開(kāi)口906，然而可以使用采用任何適當(dāng)布置的任何數(shù)目的開(kāi)口906。

可以使用連接器塊910來(lái)保持功率導(dǎo)體902—904和導(dǎo)體908，并且可以在連接器塊910中形成開(kāi)口906。還可以將連接器塊910耦合到電纜、電跡線或通過(guò)連接器塊910形成電連接的其它結(jié)構(gòu)。連接器塊910可以由任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）材料形成，諸如金屬或塑料。

如在圖9b中示出的，連接器224包括兩個(gè)功率導(dǎo)體952—954，其被用來(lái)通過(guò)連接器224在模塊之間傳輸功率。在這里將每個(gè)功率導(dǎo)體952—954示為包括一對(duì)導(dǎo)體，其是大體上扁平的并且其在連接器222內(nèi)垂直地延伸，然而每個(gè)功率導(dǎo)體952—954可以具有任何其它適當(dāng)?shù)男螤钜驍?shù)。在此配置中，每個(gè)功率導(dǎo)體952—954的雙導(dǎo)體結(jié)構(gòu)與功率導(dǎo)體902—904的單導(dǎo)體結(jié)構(gòu)緊密配合。

連接器224還包括多個(gè)引腳956，其形成被配置成與連接器902中的開(kāi)口906緊密配合的導(dǎo)體。在這里以四乘六網(wǎng)格來(lái)布置引腳956，然而可以使用采用任何適當(dāng)布置的任何數(shù)目的引腳956。引腳956與各種導(dǎo)體958電連接，所述各種導(dǎo)體958可以被耦合到控制器、i/o或擴(kuò)展模塊內(nèi)的其它部件。

可以使用連接器塊960來(lái)保持功率導(dǎo)體952—954、引腳956以及導(dǎo)體958。還可以將連接器塊960耦合到電纜、電跡線或通過(guò)連接器塊960形成電連接的其它結(jié)構(gòu)。連接器塊960可以由任何適當(dāng)?shù)模ǘ鄠€(gè)）材料形成，諸如金屬或塑料。

如在這里可以看到的，使用連接器222—224物理地連接鄰近控制器、i/o或擴(kuò)展模塊能夠減少或消除針對(duì)功率和數(shù)據(jù)單獨(dú)地對(duì)每個(gè)模塊進(jìn)行布線的需要。這能夠大大地簡(jiǎn)化rtu102的安裝。

連接器222—224還可以被用來(lái)幫助將rtu的兩個(gè)鄰近模塊固定在一起。例如，在這里，連接器222包括兩個(gè)突出體912，其能夠被插入到連接器224的對(duì)應(yīng)槽962中。可以使用摩擦來(lái)將突出體912保持在槽962中，然而還可以使用其它機(jī)構(gòu)來(lái)幫助將突出體912保持在槽962中。

雖然圖9a和9b圖示出用于rtu102的耦合模塊的連接器222—224的示例，但是可對(duì)圖9a和9b進(jìn)行各種改變。例如，這些連接器222—224僅僅用于舉例說(shuō)明?？梢允褂萌魏纹渌m當(dāng)連接器來(lái)耦合rtu的鄰近模塊并在模塊之間傳輸數(shù)據(jù)和功率。

圖10圖示出根據(jù)本公開(kāi)的用于使用rtu的示例性方法1000。為了便于解釋，將方法1000描述為包括系統(tǒng)100中的rtu102的使用。然而，可以將方法1000與任何適當(dāng)?shù)膔tu一起使用并且在任何適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)中使用。

如圖10中所示，在步驟1002處將rtu安裝在期望位置處。這可以包括例如人員在現(xiàn)場(chǎng)將控制器模塊202安裝在柜或其它結(jié)構(gòu)中。在步驟1004處將一個(gè)或多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備耦合到rtu的一個(gè)或多個(gè)i/o端子。這可以包括例如人員將電線從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備106耦合到控制器模塊202的i/o端子310。

在步驟1006處進(jìn)行是否需要更多i/o通道的確定。這可以包括例如人員確定控制器模塊202是否包含足夠的內(nèi)置i/o通道或者是否需要更多i/o通道。如果需要更多i/o通道，則在步驟1008處安裝一個(gè)或多個(gè)附加i/o模塊。這可以包括例如人員將一個(gè)或多個(gè)i/o模塊耦合到控制器模塊202。這還可以包括人員使用一個(gè)或多個(gè)擴(kuò)展模塊將多串的i/o模塊耦合到控制器模塊202。連接器222—224在這里被用來(lái)在正在安裝的各種模塊之間形成數(shù)據(jù)和功率連接。在步驟1010處將一個(gè)或多個(gè)附加現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備耦合到（多個(gè)）附加i/o模塊。

在步驟1012處進(jìn)行在rtu中是否需要或期望環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的確定。這可以包括例如人員確定在rtu102中是否需要或期望冗余通信路徑。如果是這樣，則在步驟1014處在rtu中安裝擴(kuò)展模塊和環(huán)路。這可以包括例如人員將被耦合到最后i/o模塊的擴(kuò)展模塊安裝在rtu102中。這還可以包括人員將電纜耦合到擴(kuò)展模塊的端口802—804以形成環(huán)路216。

在步驟1016處使rtu置于操作中。這可以包括例如rtu102經(jīng)由各種i/o通道來(lái)發(fā)射或接收數(shù)據(jù)。在此時(shí)間期間，使用連接器222—224來(lái)在模塊之間提供功率，諸如經(jīng)由連接器222—224的功率導(dǎo)體902—904、952—954。并且，使用連接器222—224來(lái)在模塊之間交換數(shù)據(jù)，諸如經(jīng)由連接器222—224的導(dǎo)體908、958和引腳956。

雖然圖10圖示出用于使用rtu的方法800的一個(gè)示例，但是可以對(duì)圖10進(jìn)行各種改變。例如，雖然被示為一系列步驟，但是圖10中的各種步驟可以重疊、并行地發(fā)生、按照不同順序發(fā)生或發(fā)生多次。并且，控制器模塊202可以缺少內(nèi)置i/o通道，在該情況下可以省略步驟1004—1006。

闡述遍及本專利文獻(xiàn)所使用的某些詞語(yǔ)和短語(yǔ)的定義可能是有利的。術(shù)語(yǔ)“發(fā)射”、“接收”和“通信”以及其派生詞涵蓋直接和間接通信兩者。術(shù)語(yǔ)“包括”和“包含”以及其派生詞意指沒(méi)有限制的情況下的包括。術(shù)語(yǔ)“或”是包括性的，意指和/或。短語(yǔ)“與……相關(guān)聯(lián)”以及其派生詞可以意指包括、被包括在……之內(nèi)、與……互連、包含、被包含在……之內(nèi)、與或和……連接、與或和……耦合、與……可通信、與……協(xié)作、交錯(cuò)、并置、接近于、與或和……綁定、具有、具有……的性質(zhì)、具有與或和……的關(guān)系等等。短語(yǔ)“至少一個(gè)”當(dāng)與一系列項(xiàng)目一起使用時(shí)意味著可以使用所列項(xiàng)目中的一個(gè)或多個(gè)的不同組合，并且可能需要該列表中的僅一個(gè)項(xiàng)目。例如，“a、b和c中的至少一個(gè)”包括以下組合中的任何一個(gè)：a、b、c、a和b、a和c、b和c以及a和b和c。

雖然本公開(kāi)已描述了某些實(shí)施例和一般關(guān)聯(lián)方法，但是這些實(shí)施例和方法的改變和置換對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的。因此，示例性實(shí)施例的以上描述并未限定或約束本公開(kāi)。在不脫離由以下權(quán)利要求定義的本公開(kāi)的精神和范圍的情況下，其它變化、替換以及改變也是可能的。