電磁連接器和具有串行和并行通信接口的通信/控制系統(tǒng)/交換結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利說明】電磁連接器和具有串行和并行通信接口的通信/控制系統(tǒng)/交換結(jié)構(gòu)
[0001 ] 本申請是申請日為2012年12月18日并且申請?zhí)枮?01280065564.2的中國專利申請的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本公開內(nèi)容涉及一種電磁連接器和具有串行和并行通信接口的通信/控制系統(tǒng)/交換結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0003]電連接器是用于完成電路或?qū)蓚€或更多個電路連接到一起的機(jī)械組件。插頭和插座類型電連接器通常包括插銷和插孔板，其中插銷中的多個管腳或尖頭接觸部被配置為插入到插孔板的配套插座中的孔中。多管腳連接器采用多個金屬管腳。因此，在配套金屬部分(例如，管腳和插座)之間的連接必須能夠提供良好的電連接以完成電路。例如，將多管腳連接器用作工業(yè)控制系統(tǒng)(ICS)/過程控制系統(tǒng)(PCS)中的互連，以將輸入/輸出(I/O)設(shè)備連接到功率和/或通信信號傳輸電路。例如，電源背板可以使用這種電路，其中多個電連接器并聯(lián)連接到公共電源。其它類型的電連接器包括:用于以太網(wǎng)和5類(CAT5)電纜的8位置8導(dǎo)體(8P8C)模塊連接器;用于推薦標(biāo)準(zhǔn)232(RS-232)調(diào)制解調(diào)器串行端口、計算機(jī)、電信、測試/測量儀器、監(jiān)測器、操縱桿、鼠標(biāo)和游戲機(jī)的超小型D連接器;通用串行總線(USB)連接器，其包括用于連接設(shè)備的A類型、B類型、Min1-A、Min1-B、Micro-A、Micro-B連接器；電源連接器，例如交流(AC)電源插頭和插座(例如，具有與插座、插孔板、電源插座、墻邊插座等中的匹配的槽和/或孔洞相適合的突出插腳、片、和/或管腳)、以及直流(DC)連接器(例如同軸電源連接器)；以及用于傳輸RF信號的射頻(RF)連接器;等等。
[0004]—種最常見的通信架構(gòu)是多點(diǎn)(multidrop)串行通信總線。多點(diǎn)總線(MDB)是將各種部件連接到一組公共電連接器的總線。該類型的總線架構(gòu)通常使用主設(shè)備和與主設(shè)備進(jìn)行通信的多個從設(shè)備。利用仲裁程序來確定哪一個部件能夠在給定的時刻及時地在MDB上傳送信息。然后其它設(shè)備被配置為偵聽打算傳送給它們的數(shù)據(jù)。外圍部件互連(PCI)是一種類型的計算機(jī)總線多點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)，用于附接計算機(jī)中的硬件設(shè)備。自動售貨機(jī)控制器也可以使用多點(diǎn)總線來與自動售貨機(jī)部件(例如硬幣解讀器和/或紙幣解讀器)進(jìn)行通信。冗余的多點(diǎn)總線可以用于防止單個故障使主設(shè)備與從設(shè)備之間的通信中斷。例如，雙重多點(diǎn)總線構(gòu)造可以用于分布式控制系統(tǒng)中。
[0005]工業(yè)和過程控制系統(tǒng)包括工業(yè)生產(chǎn)中使用的各種類型的控制裝置，例如監(jiān)督控制和數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)(DCS)、以及使用例如可編程邏輯控制器(PLC)的其它控制裝置。這些控制系統(tǒng)通常用于包括電、水、油、氣和數(shù)據(jù)的產(chǎn)業(yè)中。利用從現(xiàn)場(field)的遠(yuǎn)程站采集的信息，可以將自動化的和/或操作員驅(qū)動的監(jiān)控命令傳送到現(xiàn)場控制設(shè)備。這些現(xiàn)場設(shè)備控制局部操作，例如打開和關(guān)閉閥和斷路器、從傳感器系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)、以及針對警報條件監(jiān)控局部環(huán)境。
[0006]例如，SCADA系統(tǒng)通常使用具有站點(diǎn)的開環(huán)控制，所述站點(diǎn)可以是地理上遠(yuǎn)遠(yuǎn)分開的，使用可能不可靠的或斷續(xù)的低帶寬/高延遲鏈接。這些系統(tǒng)使用遠(yuǎn)程終端單元(RTU)來向控制中心傳送監(jiān)督數(shù)據(jù)。RTU可以具有有限的容量，用于在主站不可用時進(jìn)行局部控制。DCS系統(tǒng)通常用于利用高帶寬、低延遲的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時數(shù)據(jù)采集和控制。PLC通常提供Boolean邏輯運(yùn)算、定時器、連續(xù)控制，等等。然而，隨著工業(yè)控制系統(tǒng)的演進(jìn)，新的技術(shù)結(jié)合了這些各種類型的控制系統(tǒng)的方案。例如，可編程自動化控制器(PAC)可以包括SCADA、DCS和PLC的方案。
[0007]包括制造、生產(chǎn)、發(fā)電、加工和精煉的工業(yè)加工可以使用SCADA系統(tǒng)。包括水處理和分配、污水采集和處理、油和氣管道、電功率傳輸和分配、風(fēng)電場、大型通信系統(tǒng)等等的基礎(chǔ)設(shè)施加工也可以使用SCADA系統(tǒng)。此外，SCADA系統(tǒng)可以用于針對房屋、機(jī)場、船、空間站等等的設(shè)施加工中(例如，用于監(jiān)測并控制加熱、通風(fēng)和空調(diào)(HVAC)裝置以及能耗KDCS系統(tǒng)通常用于大型校園工業(yè)加工廠，例如油和氣、精煉、化學(xué)、藥物、食物和飲料、水和污水、紙漿和紙、公用電源、采礦、金屬等等。PLC通常用于工業(yè)部門中，并且關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施通常使用PLC。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]公開了一種電磁連接器。在一種或多種實(shí)施方式中，電磁連接器被配置為形成第一磁路部分，其包括第一磁芯(core)構(gòu)件和被設(shè)置用于第一磁芯構(gòu)件的第一線圈。電磁連接器被配置為與第二電磁連接器配對，其中第二電磁連接器被配置為形成第二磁路部分，其包括第二磁芯構(gòu)件和被設(shè)置用于第二磁芯構(gòu)件的第二線圈。第一磁芯構(gòu)件和第二磁芯構(gòu)件被配置為當(dāng)電磁連接器與第二電磁連接器配對時，利用由第一磁路部分和第二磁路部分形成的磁路將第一線圈耦合到第二線圈。所述磁路被配置為當(dāng)?shù)诙€圈通電時，在第一線圈中感生信號。
[0009]公開了一種交換結(jié)構(gòu)(switch fabric)。在一種或多種實(shí)施方式中，交換結(jié)構(gòu)包括串行通信接口和并行通信接口。串行通信接口被配置為將多個從設(shè)備并聯(lián)連接到主設(shè)備，以在多個從設(shè)備與主設(shè)備之間傳送信息。在實(shí)施方式中，串行通信接口可以包括多點(diǎn)總線。并行通信接口被配置為將多個從設(shè)備分別連接到主設(shè)備，以在多個從設(shè)備與主設(shè)備之間傳送信息，以及在多個從設(shè)備中的個體從設(shè)備之間傳送信息。并行通信接口可以包括用于多個從設(shè)備中的每一個的專用的并行通信信道。在實(shí)施方式中，并行通信接口可以包括十字開關(guān)。
[0010]公開了一種通信控制系統(tǒng)。在一種或多種實(shí)施方式中，通信控制系統(tǒng)包括用于將多個輸入/輸出模塊與控制模塊耦合的串行通信接口和并行通信接口。串行通信接口被配置為將多個輸入/輸出模塊并聯(lián)連接到控制模塊，以在多個輸入/輸出模塊與控制模塊之間傳送信息，并且并行通信接口被配置為將多個輸入/輸出模塊分別連接到控制模塊，以在多個輸入/輸出模塊與控制模塊之間傳送信息，以及在多個輸入/輸出模塊中的個體模塊之間傳送信息。串行通信接口可以包括多點(diǎn)總線，并且并行通信接口可以包括十字開關(guān)。
[0011]提供該
【發(fā)明內(nèi)容】
來以簡化的形式介紹將在以下的【具體實(shí)施方式】中進(jìn)一步描述的選擇的概念。該
【發(fā)明內(nèi)容】
并不是要確定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或本質(zhì)特征，也不是要用于幫助確定所要求保護(hù)的主題的范圍。
【附圖說明】
[0012]參考附圖對【具體實(shí)施方式】進(jìn)行描述。在說明書和附圖中的不同實(shí)例中所使用的相同的附圖標(biāo)記可以表示相似的或相同的項目。
[0013]圖1是示出將背板用于功率傳輸?shù)墓I(yè)控制系統(tǒng)的方框圖，其中箭頭用于表示功率流動。
[0014]圖2是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的電磁連接器的部分截面等距視圖。
[0015]圖3A是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的包括用于將模塊耦合到背板的E形磁芯構(gòu)件的連接器組件的圖解示圖。
[0016]圖3B是圖3A中所示出的連接器組件的圖解示圖，其中對電磁連接器進(jìn)行配對以將模塊耦合到背板。
[0017]圖4A是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的包括用于將模塊耦合到背板的干擾磁芯的連接器組件的圖解示圖。
[0018]圖4B是圖4A中所示出的連接器組件的圖解示圖，其中對電磁連接器進(jìn)行配對以將模塊耦合到背板。
[0019]圖4C是根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的包括用于將模塊耦合到背板的干擾磁芯和保護(hù)性蓋板的連接器組件的圖解示圖。
[0020]圖4D是圖4C中所示出的連接器組件的圖解示圖，其中對電磁連接器進(jìn)行配對以將模塊耦合到背板。
[0021]圖5是方框圖，示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的用于利用分布式變壓器來沿著背板分配功率和/或通信信號的系統(tǒng)，其中所述分布式變壓器利用電磁連接器來實(shí)現(xiàn)，并且其中箭頭用于表示功率流動。
[0022]圖6是圖5中所示出的系統(tǒng)的電路圖。
[0023]圖7A是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的包括交換結(jié)構(gòu)的通信控制系統(tǒng)的方框圖。
[0024]圖7B是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的交換結(jié)構(gòu)的方框圖。
[0025]圖8是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的用于通信控制系統(tǒng)的交換結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0026]圖9是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的包括交換結(jié)構(gòu)的通信控制系統(tǒng)的等距視圖。
[0027]圖10是圖9中所示出的通信控制系統(tǒng)的側(cè)視視圖。
[0028]圖11是圖9中所示出的通信控制系統(tǒng)的端視圖。
[0029]圖12是圖9中所示出的通信控制系統(tǒng)的部分截面端視圖。
[0030]圖13是示出用于圖9中所示出的通信控制系統(tǒng)的輸入/輸出模塊的截面端視圖。
[0031]圖14是示出具有用于圖9中所示出的通信控制系統(tǒng)的附接的電路板的支撐架的等距視圖。
[0032]圖15是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的以下過程的流程圖:形成第一電磁連接器，其被配置為形成包括第一磁芯構(gòu)件和被設(shè)置用于第一磁芯構(gòu)件的第一線圈的第一磁路部分;形成第二電磁連接器，其被配置為形成包括第二磁芯構(gòu)件和被設(shè)置用于第二磁芯構(gòu)件的第二線圈的第二磁路部分；以及通過使第一電磁連接器與第二電磁連接器配對來將第一線圈耦合到第二線圈。
[0033]圖16是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的用于在多個從設(shè)備與一個或多個主設(shè)備之間提供通信的過程的流程圖。
[0034]圖17是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的示例性實(shí)施方式的用于在多個輸入/輸出模塊與一個或多個通信/控制模塊之間提供通信的過程的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]
[0036]多管腳連接器通常用于工業(yè)控制系統(tǒng)/過程控制系統(tǒng)中，以將I/O設(shè)備連接到電源背板所包括的功率和/或通信信號傳輸電路。管腳互連提供高精度信號分辨率，并且通常由高質(zhì)量材料(例如具有金鍍層的硬化鋼，等等)構(gòu)建。當(dāng)連接和斷開多管腳連接器時必須小心，以避免使各管腳彎曲或錯位。此外，在工業(yè)環(huán)境和在現(xiàn)場這二者中，管腳互連通常暴露于腐蝕性材料和污染物中，并且可能經(jīng)受氧化和涂覆，導(dǎo)致間歇性故障。確定故障的本質(zhì)和原因可能是困難并且花費(fèi)高昂的。因此，多管腳連接器通常是工業(yè)控制系統(tǒng)硬件的高成本、高維護(hù)部件