阅读说明：本技术 用于输入/输出(i/o)端子的多设备连接 (Multi-device connection for input/output (I/O) terminals ) 是由 瓦姆西·克里希纳·阿拉德尤拉 纳加拉贾·孙达拉什 什里帕德·库马尔·潘德 拉姆·莫汉·阿努古 于 2020-02-27 设计创作，主要内容包括：本公开提供了一种装置,该装置包括多个电路路径,该多个电路路径被配置为生成多个电信号以用于与多个设备(102,102a-102b)通信。电路路径中的每个被配置为使用来自多个独立电源(208a-208b)中的不同独立电源的电能。该装置还包括I/O端子(205),该I/O端子被配置为耦接到公共电导体(114),该公共电导体耦接到多个设备。I/O端子被配置为将电信号传递到公共电导体。该装置被配置为使用电信号中的每个以进行以下操作中的一者：从多个设备中的一个接收输入数据或向多个设备中的一个提供输出数据。(An apparatus is provided that includes a plurality of circuit paths configured to generate a plurality of electrical signals for communication with a plurality of devices (102, 102a-102 b). Each of the circuit paths is configured to use power from a different one of a plurality of independent power sources (208a-208 b). The apparatus also includes an I/O terminal (205) configured to be coupled to a common electrical conductor (114) that is coupled to a plurality of devices. The I/O terminals are configured to pass electrical signals to a common electrical conductor. The apparatus is configured to use each of the electrical signals to one of: receiving input data from or providing output data to one of the plurality of devices.)

用于输入/输出(I/O)端子的多设备连接

技术领域

本公开整体涉及输入/输出(I/O)系统。更具体地，本公开涉及用于I/O端子的多设备连接。

背景技术

工业过程控制和自动化系统常常用于使大型且复杂的工业过程自动化。这些类型的系统通常包括各种部件，包括传感器、致动器和控制器。控制器中的一些可以从传感器接收测量值(可能通过连接的输入/输出(I/O)子系统)并生成用于致动器的控制信号。现有过程控制和自动化系统通常具有参与控制和I/O功能的硬件部件，这些硬件部件安装在控制室中和现场。这些硬件部件通常用于从现场收集I/O信息、将该I/O信息传输到控制室、执行各种控制功能并将I/O信息传输回现场。

发明内容

本公开提供了用于输入/输出(I/O)端子的多设备连接。

在第一实施方案中，方法包括生成多个电信号以用于与多个设备通信。使用来自多个独立电源中的不同电源的电能生成多个电信号中的每个。该方法还包括通过耦接到公共电导体的I/O端子传输多个电信号，其中该公共电导体还耦接到多个设备。该方法还包括对于电信号中的每个，使用电信号以进行以下操作中的一者：从多个设备中的一个接收输入数据或向多个设备中的一个提供输出数据。

在第二实施方案中，装置包括多个电路路径，该多个电路路径被配置为生成多个电信号以用于与多个设备通信。电路路径中的每个被配置为使用来自多个独立电源中的不同电源的电能。该装置还包括I/O端子，该I/O端子被配置为耦接到公共电导体，该公共电导体耦接到多个设备。I/O端子被配置为将电信号传递到公共电导体。该装置被配置为使用电信号中的每个以进行以下操作中的一者：从多个设备中的一个接收输入数据或向多个设备中的一个提供输出数据。

在第三实施方案中，系统包括I/O模块，该I/O模块具有I/O端子；多个现场设备；以及电导体，该电导体耦接到I/O端子和现场设备。I/O模块还包括多个电路路径，该多个电路路径被配置为生成多个电信号以用于与多个设备通信。电路路径中的每个被配置为使用来自多个独立电源中的不同电源的电能。I/O端子被配置为将电信号传递到电导体。I/O模块被配置为使用电信号中的每个以进行以下操作中的一者：从多个设备中的一个接收输入数据或向多个设备中的一个提供输出数据。

从以下附图、描述和权利要求书中，其他技术特征对本领域的技术人员是显而易见的。

附图说明

为了更完整地理解本公开，现在结合附图参考以下描述，在附图中：

图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统；

图2示出了根据本公开的用于输入/输出(I/O)端子的多设备连接的示例性用途；

图3示出了根据本公开的在I/O端子上支持多设备连接的示例性I/O模块：

图4示出了根据本公开的用于在I/O端子上的多设备连接的示例性等效电路；

图5示出了根据本公开的用于在I/O端子上使用多设备连接的示例性方法；以及

图6至图9示出了根据本公开的用于在I/O端子上通过多设备连接来支持不同类型的I/O信道的示例性方法。

具体实施方式

下文所讨论的图1至图9以及用于描述本专利文献中的本发明的原理的各种实施方案仅以例证的方式进行，并且不应以任何方式被解释为限制本发明的范围。本领域的技术人员将理解，本发明的原理可在任何类型的适当布置的设备或系统中实现。

如上文所指出，工业过程控制和自动化系统通常具有参与各种控制和输入/输出(I/O)功能的硬件部件。在许多情况下，工业过程控制器通过一个或多个I/O模块与一个或多个现场设备(诸如一个或多个传感器或致动器)通信。I/O模块通常包括用于生成电信号以用于通过各种I/O信道与现场设备通信的电路。I/O模块通常还包括用于将I/O模块连接到将I/O模块耦接到现场设备的电导体的物理连接(诸如螺钉端子)。

在一些情况下，I/O模块支持使用通用或可重新配置的I/O信道，每个I/O信道可以被重新配置为不同类型的I/O信道。例如，通用或可重新配置的I/O信道可被配置为模拟输入信道、数字输入信道、模拟输出信道或数字输出信道。尽管此功能相当有用，但是也可能有缺点。例如，每个通用或可重新配置的I/O信道通常包括既支持模拟I/O也支持数字I/O的电路部件，但是在任何给定时间上都仅使用模拟I/O部件或仅使用数字I/O部件。由于在模拟I/O期间不使用支持数字I/O的电路部件并且在数字I/O期间不使用支持模拟I/O的电路部件，因此这会造成I/O模块中的硬件的不充分利用。这导致更高总体系统成本和更大设备空间。此外，通常期望增加由I/O模块提供的I/O信道的数量，但是各种因素会限制增加I/O信道的数量的能力。例如，印刷电路板上或其他结构上的有限空间会限制I/O模块中的I/O信道的数量，并且在具有较高信道密度的I/O模块中，管理热问题会变得非常复杂。

本公开描述了用于使用I/O模块或其他设备的单个连接驱动多个负载的各种方法。例如，可以将多个现场设备(如多个传感器和/或致动器)连接到单个电导体，该电导体耦接到I/O模块的单个I/O端子。I/O模块生成电信号，该电信号通过I/O端子并通过公共电导体来发送到不同现场设备。因此，这些方法允许与物理电导体的单个连接用于驱动多个I/O信道。对多个I/O信道的驱动可以同时地发生，并且可以驱动I/O信道，使得它们不会显著地干扰彼此。在一些实施方案中，可以使用与单个通用或可重新配置的I/O信道相关联的部件来驱动多个I/O信道。然而，本公开不限于与通用或可重新配置的I/O信道一起使用。

以此方式，可以在单个电导体上支持多个I/O信道。这可以被复制任何合适的次数，以便增加I/O模块或其他设备的信道密度。此外，无需添加更多通用、可重新配置的或其他I/O信道电路就能获得信道密度的这种增加，这允许在有限空间内使用更多I/O信道并有助于热管理。此外，这些方法有助于以非常节省成本的方式增加I/O信道密度。

图1示出了根据本公开的示例性工业过程控制和自动化系统100。如图1所示，系统100包括有利于生产或加工至少一种产品或其他材料的各种部件。例如，系统100可用于有利于对一个或多个工业厂房中的部件的控制。每个工厂表示一个或多个加工设施(或其一个或多个部分)，诸如用于生产至少一种产品或其他材料的一个或多个制造设施。一般来说，每个工厂可实现一个或多个工业过程并且可单独地或共同地称为过程系统。过程系统通常表示被配置为以某种方式加工一种或多种产品或其他材料的其任何系统或部分。

在图1中所示的示例中，系统100包括多个现场设备102。每个现场设备102通常表示向系统100的至少一个其他部件提供输入数据或从中接收输出数据的设备。例如，现场设备102可以包括一个或多个传感器和一个或多个致动器。传感器和致动器表示过程系统中的可执行各种各样的功能中的任一种的部件。例如，传感器可以测量过程系统中的各种各样的特性，诸如温度、压力或流量。另外，致动器可以更改过程系统中的各种各样的特性。传感器中的每个包括用于测量过程系统中的一个或多个特性的任何合适的结构。致动器中的每个包括用于在过程系统中对一个或多个条件进行操作或造成影响的任何合适的结构。

一个或多个I/O模块104通信地耦接到现场设备102。I/O模块104有利于与传感器、致动器或其他现场设备102的相互作用。例如，I/O模块104可以用于从一个或多个现场设备102接收一个或多个模拟输入(AI)、数字输入(DI)或其他输入。I/O模块104还可以用于向一个或多个现场设备102提供一个或多个模拟输出(AO)、数字输出(DO)或其他输出。每个I/O模块104包括用于从一个或多个现场设备102接收一个或多个输入信号或向该一个或多个现场设备提供一个或多个输出信号的任何合适的结构。

在一些实施方案中，由I/O模块104提供的I/O信道中的至少一些是源型I/O信道。源型I/O信道通常是指其中由I/O模块104(或其他设备)向现场设备102(或其他设备)发出电流并且电流用于从现场设备102输入数据或向其输出数据的I/O信道。当与模拟输入信道或数字输入信道一起使用时，输入电流由I/O模块104提供到现场设备102，并且现场设备102可以更改其电阻或一个或多个其他特性以改变从I/O模块104汲取的电流。在这种情况下，电流可以用于表示从现场设备102发送的模拟值或数字状态。当与模拟输出信道或数字输出信道一起使用时，输出电流由I/O模块104驱动到现场设备102并且输出电流可以由I/O模块104改变。在那种情况下，电流可以用于表示向现场设备102发送的模拟值或数字状态。而且，在一些实施方案中，I/O模块104可以被布置成冗余对，其中数据可以传递通过两个I/O模块到达一个或多个目的地。

系统100还包括一个或多个控制器106。可在系统100中使用控制器106以执行各种功能以便控制一个或多个工业过程。例如，控制器106可以使用来自一个或多个传感器的测量值来控制对一个或多个致动器的操作。控制器106可以经由I/O模块104与传感器、致动器和其他现场设备102进行相互作用。在一些实施方案中，控制器106可以被布置成冗余对，其中每个对中的一个控制器以主模式操作，而该对中的另一个控制器以冗余或备用模式操作(并且准备好在主控制器故障的情况下接管操作)。

每个控制器106包括用于控制工业过程的一个或多个方面的任何合适的结构。控制器106中的至少一些可以例如表示可编程逻辑控制器(PLC)、比例积分微分(PID)控制器或多变量控制器，诸如鲁棒多变量预测控制技术(RMPCT)控制器或实现模型预测控制(MPC)或其他高级预测控制的其他类型的控制器。作为特定示例，每个控制器106可以表示运行实时操作系统、WINDOWS操作系统或其他操作系统的计算设备。需注意，尽管在这里被示出为单独部件，但是控制器106通常可以与一个或多个I/O模块104和其他部件(如至少一个电源)集成，诸如集成在单排设备机架内。可以将集成部件的多个此类实例放置在同一排设备机架中、不同排设备机架中或不同设备机架中。当然，部件可以以任何其他合适的方式集成和定位。

一个或多个网络108将系统100中的控制器106和其他设备耦接。网络108有利于部件之间的信息传输。网络108可表示任何合适的网络或网络组合。作为特定示例，网络108可表示至少一个以太网网络。

操作员对系统100的控制器106和其它部件的访问和相互作用可经由各种操作员站110进行。每个操作员站110可用于向操作员提供信息以及从操作员接收信息。例如，每个操作员站110可向操作员提供识别工业过程的当前状态的信息，诸如各种过程变量的值以及警告、报警或与工业过程相关联的其它状态。每个操作员站110可也接收影响如何控制工业过程的信息，诸如通过接收由控制器106控制的过程变量的设定值或接收改变或影响控制器106如何控制工业过程的其它信息。每个操作员站110包括用于向操作员显示信息以及与操作员进行相互作用的任何合适的结构。

多个操作员站110可以被分组在一起并在一个或多个控制室112中使用。每个控制室112可以包括呈任何合适的布置的任何数量的操作员站110。在一些实施方案中，可以使用多个控制室112来控制工业厂房，诸如当每个控制室112包含用于管理工业厂房的分立部分的操作员站110时。

这表示可用于制造或加工一种或多种材料的一种类型的工业过程控制和自动化系统的简要描述。关于工业过程控制和自动化系统的附加的细节在本领域中是众所周知的，并且对于理解本公开来说是不需要的。另外，工业过程控制和自动化系统是高度可配置的，并且可根据特定需要以任何合适的方式来配置。

在特定实施方案中，图1中的各种I/O模块104、控制器106和操作员站110可以表示或包括计算或数据处理设备。例如，I/O模块、控制器和操作员站中的每个可以包括一个或多个处理设备，诸如一个或多个微处理器、微控制器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或分立电路。I/O模块、控制器和操作员站中的每一者还可以包括存储由一个或多个处理设备或更大设备使用、生成或收集的指令和数据的一个或多个存储器，诸如随机存取存储器、只读存储器、闪存存储器、光盘、硬盘驱动器或任何其他合适的一个或多个易失性或非易失性存储设备。I/O模块、控制器和操作员站中的每一者还可以包括至少一个接口，诸如一个或多个现场设备协议接口、以太网接口或无线收发器，其使得能够与其他设备或系统进行通信。

在过程控制和自动化系统(诸如系统100)中，I/O信道用于连接控制器106和现场设备102。一般来说，I/O模块104或其他设备可以支持各种类型的I/O信道，包括AI、DI、AO或DO。不同的I/O信道类型的特征在于不同的输入、输出、电压、电流和配置。通用I/O(UIO)信道是一种专用I/O信道，其可重新配置为作为多种I/O信道类型中的任何一种来操作。示例性类型的UIO电路在以下专利中示出：美国专利号8,072,098；美国专利号8,392,626；美国专利号8,656,065；以及美国专利公开号2015/0278144(所有这些专利据此全文以引用方式并入)。支持购自霍尼韦尔国际公司(HONEYWELL INTERNATIONAL INC.)的通用信道技术的UIO电路也适用。

如下文更详细地描述的，系统100或其他系统中的至少一个部件支持通过单个I/O端子与多个设备通信的能力。例如，系统100中的I/O模块104可以被配置为通过I/O模块104的单个I/O端子与多个现场设备102通信。I/O端子可以连接到电导体114，并且I/O模块104的部件可以用于生成电信号，该电信号通过I/O端子并通过电导体114来传输到多个现场设备102。这可以针对I/O模块104的单个I/O端子或针对I/O模块104的多个I/O端子完成。如下文所解释，I/O模块104被设计为使得能够通过公共电导体114同时地向多个现场设备102传输多个电信号，而不会造成干扰(或至少阻止现场设备102的正常操作的任何显著干扰)。然而，需注意，此功能可以结合到任何合适的一个或多个设备中并且不限于与I/O模块一起使用。

在一些实施方案中，用于提供此功能的I/O模块104的部件包括通用或可重新配置的I/O信道的部件。例如，在特定实施方式中，I/O模块104可以包括用于驱动数字信号的电路部件和用于驱动模拟信号(诸如4mA-20mA电流信号)的电路部件。常规地，在给定时间上仅可以使用这些电路中的一个，而另一个电路保持空闲。然而，根据本公开，两组电路部件可以同时地使用以支持与多个现场设备102或其他设备的通信和数据交换。

下文提供了关于该功能的附加细节。需注意，下面的讨论可能通常假设通用或可重新配置的I/O信道部件用于支持与特定类型的设备(诸如模拟输入设备和数字输出设备)的通信。然而，本公开不限于与这些特定I/O信道部件或这些特定设备一起使用。一般来说，此功能可以与任何合适的I/O信道部件一起使用，这些I/O信道部件被配置为将通过同一电导体传输的电信号提供到任何合适的设备。

每个电导体114表示被配置为通过同一导电介质传输多个电信号的任何合适的导电结构。每个电导体114可以由任何合适的材料形成，诸如被非导电护套或其他电绝缘体围绕的导电介质。例如，每个电导体114可以表示单根导电线。

虽然图1示出了工业过程控制和自动化系统100的一个示例，但是可以对图1作出各种改变。例如，系统100可以包括呈任何合适的布置的任何数量的现场设备、I/O模块、控制器、网络、操作员站和其他部件。另外，图1中的系统100的组成和布置方式仅用于例证。部件可根据特定需要添加、省略、组合、进一步细分或以任何其他合适的配置放置。此外，特定功能已被描述为由系统100的特定部件执行。这仅用于例证。一般来说，控制系统和自动化系统是高度可配置的，并且可根据特定需要以任何合适的方式来配置。此外，图1示出了一种示例性操作环境，其中可以通过I/O端子支持多设备连接。该功能可用于任何其它合适的系统，并且该系统不需要与工业过程控制和自动化相关。

图2示出了根据本公开的用于I/O端子的多设备连接的示例性用途200。为了便于解释，将图2中所示的多设备连接描述为由图1中所示的系统100中的I/O模块104与多个现场设备102一起使用。然而，多设备连接可以与任何其他合适的设备一起使用并可以在任何其他合适的系统中使用，无论这些设备或系统是否用于工业过程控制和自动化。

如图2所示，I/O模块104包括一个或多个端子块202，并且每个端子块202包括各种电端子。在此示例中，端子块202包括功率端子204和I/O端子205。功率端子204用于经由电导体206将I/O模块104电耦接到多个电能源。I/O端子205用于经由电导体114将设备(诸如现场设备102)电耦接到I/O模块104。每个端子204和205表示被配置为耦接到电导体的任何合适的结构。例如，每个端子204和205可以表示螺钉端子。在此示例中，端子块202包括四个功率端子204和十六个I/O端子205。然而，I/O模块104可以包括任何合适的数量的端子块202，并且每个端子块202可以包括任何合适的数量的功率端子204和I/O端子205。

多个电源208a-208b耦接到I/O模块104。电源208a-208b被配置为向I/O模块104提供电能以用于生成电信号，该电信号用于与耦接到I/O模块104的设备进行通信。如图2所示，电源208a-208b中的每个都耦接到I/O模块104的两个功率端子204。对于每个电源208a-208b，一个功率端子204用作供电电压(VCC)端子，而另一个功率端子204用作接地(Gnd)端子。每个电源208a-208b包括任何合适的电源，诸如一个或多个电池、太阳能电池、燃料电池或电源转换器。在特定实施方案中，每个电源208a-208b可以用于向I/O模块104提供24VDC输入，但是也可以使用其他输入。

如下文更详细地描述的，电源208a-208b表示独立电能源，这意味着由每个电源208a-208b提供的电能独立于由一个或多个其他电源208a-208b提供的电能。为了实现此独立性，可以以各种方式实施电源208a-208b。例如，电源208a-208b可以表示完地全隔离的电源，使得每个电源独立于其他电源提供电能。这可以使用不同电池、太阳能电池、燃料电池或其他隔离的功率源来实现。电源208a-208b还可以表示电源转换器(诸如AC/DC或DC/DC转换器)或从公共源(诸如配电网、电池或其他功率源)接收输入功率并单独地转换该输入功率的其他结构。需注意，尽管图2中示出了两个电源208a-208b，但是I/O模块104可以耦接到多于两个电源208a-208b。

在图2中，I/O模块104的一个I/O端子205耦接到单个电导体114，该电导体还电连接到两个现场设备102a-102b。每个现场设备102a-102b可以被配置为通过任何合适的I/O信道(诸如AI、AO、DI或DO信道)进行通信。如下文更详细地描述的，耦接到I/O模块104的电源208a-208b可以用于单独地驱动通过电导体114传输到现场设备102a-102b的电信号。这允许多个输入和/或输出信号同时地通过同一电导体114传输。例如，在通用或可重新配置的I/O信道的上下文中，此类I/O信道通常包括如上文所指出的模拟电路部件和数字电路部件，但是通常在任何给定时间上仅使用一者。由于在这里可以将多个电源208a-208b耦接到I/O模块104，因此电源208a-208b可以同时地由模拟电路部件和数字电路部件单独地使用，从而允许在同一时间上使用两个I/O信道与两个现场设备102a-102b通信。然而，需注意，不需要将耦接到同一电导体114的设备限制于一个模拟设备和一个数字设备或一个输入设备和一个输出设备。

尽管图2示出了用于I/O端子205的多设备连接的用途200的一个示例，但是也可以对图2做出各种改变。例如，虽然图2示出了耦接到I/O模块104的单个I/O端子205的多个设备，但是可以复制耦接到多个设备的单个电导体114的相同或类似的布置并可以将其与任何数量的I/O端子205一起使用。而且，虽然图2示出了两个电源208a-208b和耦接到单个电导体114的两个现场设备102a-102b，但是可以设想，在同一电导体114上有多达n个电流流向n个设备，而不会造成显著干扰(假设存在n个独立电源可供使用)。

图3示出了根据本公开的在I/O端子上支持多设备连接的示例性I/O模块104。为了便于解释，将图3中的I/O模块104描述为在图1中所示的系统100内以图2中所示的布置使用。然而，I/O模块104可以在任何其他合适的布置或系统中使用，无论它是否用于工业过程控制和自动化。

如图3所示，在这里的I/O模块104包括第一I/O电路302和第二I/O电路304。第一I/O电路302通常包括用于生成第一现场设备102a的电流I₁的电路。电流I₁可以用于用第一现场设备102a支持任何合适的I/O信道，诸如AI、AO、DI或DO信道。类似地，第二I/O电路304通常包括用于生成第二现场设备102b的电流I₂的电路。电流I₂可以用于用第二现场设备102b支持任何合适的I/O信道，诸如AI、AO、DI或DO信道。I/O电路302和I/O电路304中的每一者都可以包括用于提供电信号的任何合适的部件。在一些实施方案中，I/O电路302和I/O电路304可以各自被配置为生成用于特定类型的I/O信道的电流。在其他实施方案中，I/O电路302和I/O电路304可以各自被重新配置为生成用于不同类型的I/O信道的电流，诸如通过如上所述支持各种通用或可重新配置的I/O信道。

I/O电路302和I/O电路304分别与开关306和308串联地耦接。每个开关306和308被配置为选择性地激活(使其导通)和停用(使其不导通)，以便控制电流通过相关联的电路302和304的流动。每个开关306和308包括被配置为选择性地允许和阻止电流流动的任何合适的结构，诸如PNP型场效应晶体管(FET)、双极结型晶体管(BJT)或其他晶体管。

模块控制器310通常操作以控制I/O模块104的各种操作。例如，模块控制器310可以耦接到开关306和308的控制栅极，以便控制开关306和308的激活和停用。因此，模块控制器310可以将驱动信号单独地提供到开关306和308的控制栅极，以便控制是否生成电流I₁和I₂。模块控制器310还可以使用电流测量值来识别从至少一个现场设备102接收的输入数据和/或确认输出数据被传输到至少一个现场设备102。模块控制器310包括用于控制设备中的电信号的生成的任何合适的结构。例如，模块控制器310可以包括一个或多个微处理器、微控制器、DSP、FPGA、ASIC或分立电路。

在此示例中，I/O电路302和I/O电路304各自与感测电阻器312串联地耦接。每个感测电阻器312被配置为生成电压降，该电压降可以用于测量由相关联的I/O电路302或304生成的电流。每个感测电阻器312包括具有任何合适的电阻的任何合适的电阻结构。每个感测电阻器312通常具有适当地小的电阻，该适当地小的电阻允许准确地测量流过电阻器312的电流。放大器314被配置为放大由感测电阻器312生成的电压。每个放大器314包括被配置为放大电信号的任何合适的结构，诸如仪表放大器。来自放大器314的输出被提供到至少一个模拟-数字转换器(ADC)316，该ADC将放大的模拟电信号转换成数字值。每个ADC 316包括被配置为将模拟信号转换为数字值的任何合适的结构。来自ADC 316的输出被提供到模块控制器310，该模块控制器(除其他外)可以使用来自ADC 316的输出作为用来提供AI或DI输入数据的电流的测量值或作为用来提供AO或DO输出数据的电流的回读测量值。

模块控制器310还可以生成提供到至少一个数字模拟转换器(DAC)318的数字信号，该DAC将数字信号转换成模拟信号以用于驱动开关306和308的栅极。每个DAC 318包括被配置为将数字值转换为模拟信号的任何合适的结构。来自放大器314的输出还可以被提供到比较器320，该比较器将放大的电信号与阈值进行比较。来自比较器320的输出可以被提供到DAC 318并用于控制开关306和308的栅极的驱动。例如，这可以允许比较器320用于检测由I/O电路302或304生成的过量的电压或电流并停止对相关联的开关306或308的驱动。每个比较器320包括被配置为将电信号与参考信号进行比较的任何合适的结构。

如图3所示，I/O模块104在这里具有使用来自多个独立电源208a-208b(经由功率端子204接收)和多个电路路径的电能将不同电信号驱动到多个设备102a-102b(通过I/O端子205)的能力。这些电信号可以通过同一电导体114传输而不会造成显著(或任何)干扰。这可以有助于以非常紧凑且成本有效的方式大大地增加I/O模块104的信道密度。在这里应注意，图3中所示的部件(可能除了模块控制器310和/或功率端子204之外)可以被复制任何合适的次数以支持通过任何数量的I/O端子205将电信号驱动到多个设备。在这里还应注意，在这里可以提供附加电路以使得能够通过同一I/O端子205将多于两个电信号驱动到多于两个设备(并且这可以再次被复制以用于任何合适的数量的I/O端子205)。

模块控制器310在这里经由至少一根电缆322通信地耦接到至少一个控制器106或一个或多个其他设备。例如，这可以允许模块控制器310将用于AI或DI信道的模拟值或数字状态提供到一个或多个控制器106以供使用。模拟值或数字状态在这里可以由模块控制器310基于在感测电阻器312两端的如由放大器314放大并由ADC 316数字化的测量值来识别。这还可以允许模块控制器310从一个或多个控制器106接收用于AO或DO信道的模拟值或数字状态并驱动开关306和308以使得生成适当的电流。与AO或DO电流相关联的回读值也可以由模块控制器310基于在感测电阻器312两端的如由放大器314放大并由ADC 316数字化的测量值来识别(并且那些回读值可以任选地被提供到控制器106)。每根电缆322包括实现I/O模块104与至少一个控制器106或一个或多个其他设备(诸如单电导体或多电导体电缆，或者无线网络)之间的通信的任何合适的传输介质。

尽管图3示出了在I/O端子205上支持多设备连接的I/O模块104的一个示例，但是也可以对图3做出各种改变。例如，任何合适的现场设备都可以耦接到同一电导体114以通过单个I/O端子205进行通信。而且，多于两个的现场设备可以耦接到同一电导体114以通过单个I/O端子205进行通信。

图4示出了根据本公开的用于在I/O端子205上的多设备连接的示例性等效电路400。为了便于解释，将图4中的等效电路400描述为表示在图1中所示的系统100内的图2和图3中所示的I/O模块104。然而，相同或类似的等效电路400可以用于表示在任何其他合适的系统中的任何其他合适的设备，无论该设备或系统是否用于工业过程控制和自动化。

如图4所示，等效电路400将电源208a-208b表示为被配置为分别提供电压V₁和V₂的电压源。等效电路400还将现场设备102a-102b表示为分别具有电阻₁和R₂的负载。第三电阻R₃表示电导体114的电阻。为了清楚起见，在这里省略了控件(诸如开关306和308以及感测电阻器312)的阻抗。电流I₁在这里流过电源208a、电导体114和现场设备102a。电流I₂在这里流过电源208b、电导体114和现场设备102b。

根据“叠加”定理，电流I₁可以如下确定：

I₁＝I₁₁+I₁₂ (1)

其中：

I₁₁＝V₁/(R₁+R₂||R₃) (2)

I₁₂＝-V_d/R₁ (3)

V_d＝(R₁||R₃V₂)/(R₂+R₁||R₃) (4)

在这里，符号“R_a||R_b”是指使用并联电阻R_a和R_b产生的总体电阻。

假设图4中的电阻R₃等于零。而且，假设电流I₁和I₂由I/O模块104同时地驱动。根据以上公式(4)，当R₃等于零时，V_d等于零。根据以上公式(3)，当V_d等于零时，I₁₂等于零。因此，当R₃等于零时，以上公式(1)和(2)可以如下重写。

I₁＝I₁₁＝V₁/R₁ (5)

可以执行类似的推导来如下表达电I₂。

I₂＝V₂/R₂ (5)

因此，如果R₃等于零，则将不存在来自电源208a(V₁)的任何电流通过现场设备102b(R₂)，并且将不存在来自电源208b(V₂)的任何电流通过现场设备102a(R₁)。因此，在提供到现场设备102a-102b的电流I₁和I₂之间将不存在任何显著干扰(即使电流I₁和I₂同时地通过同一电导体114)。既然电导体114具有非常小的电阻(近似等于零)，那么只要多个电流由隔离的电源生成，就可以使用这些电流驱动多个现场设备，而不会造成显著干扰。

尽管图4示出了用于在I/O端子205上的多设备连接的等效电路400的一个示例，但是也可以对图4做出各种改变。例如，图4示出了使用单个电导体114和两个电源208a-208b耦接的两个现场设备102a-102b。然而，假设存在n个可用独立电源(并且电导体114的电阻适当地接近零)，可能有多达n个电流在电导体114上流向n个设备，而不会造成显著干扰。

图5示出了根据本公开的用于在I/O端子上使用多设备连接的示例性方法500。为了便于解释，将方法500描述为涉及在图1中所示的系统100内使用图2和图3中所示的I/O模块104。然而，方法500可以由任何其他合适的设备使用并在任何其他合适的系统中使用，而不管那些设备或系统是否用于工业过程控制和自动化。

如图5所示，在步骤502处，将多个设备耦接到公共电导体，并且在步骤504处，将公共电导体耦接到I/O模块的I/O端子。例如，这可以包括人员将多个现场设备102、102a-102b耦接到同一电导体114。这还可以包括人员将电导体114耦接到I/O模块104的I/O端子205。在步骤506处，将I/O模块耦接到多个独立电源。这可以包括例如人员将I/O模块104的功率端子204耦接到电导体206，该电导体连接到多个电源208a-208b。

在步骤508处，使用I/O模块中的I/O电路并使用来自电源的电能来生成多个电信号。这可以包括例如I/O模块104的第一I/O电路302和第二I/O电路304分别生成电流I₁和I₂。这还可以包括模块控制器310控制开关306和308以允许将由I/O模块104生成和提供相应的电流I₁和I₂。在步骤510处，通过公共电导体将电信号传输到多个设备。这可以包括例如I/O模块104通过电导体114将电流I₁和1₂提供到多个现场设备102、102a-102b。以此方式，在步骤512处，可以使用与该设备相对应的电信号来向每个设备提供数据或从每个设备接收数据。例如，这可以包括I/O模块104使用模拟信号或数字信号从指定现场设备102、102a接收输入数据。这还可以包括I/O模块104使用模拟信号或数字信号将输出数据提供到指定现场设备102、102b。即使使用公共电导体114传输电信号，也可以同时地发生与多个现场设备102、102a-102b的通信。

尽管图5示出了用于使用在I/O端子上的多设备连接的方法500的一个示例，但是也可以对图5做出各种改变。例如，虽然被示出为一系列步骤，但是图5中的各个步骤可以重叠、并行地发生、以不同次序发生或发生任何次数。

图6至图9示出了根据本公开的用于在I/O端子上通过多设备连接来支持不同类型的I/O信道的示例性方法。特别地，图6至图9示出了用于在I/O端子上通过多设备连接来支持I/O信道的特定组合的示例性方法。为了便于解释，将图6至图9中所示的方法描述为涉及在图1中所示的系统100内使用图2和图3中所示的I/O模块104。然而，图6至图9中所示的方法可以由任何其他合适的设备使用并在任何其他合适的系统中使用，而不管那些设备或系统是否用于工业过程控制和自动化。

如图6所示，提供了用于通过单个电连接同时地支持多个设备的DI和AI I/O信道的方法600。在步骤602处，允许用户配置与I/O模块的单个I/O端子相关联的DI和AI信道。这可以包括例如I/O模块104接收指示用户或其他人员已经或将要将DI和AI现场设备102、102a-102b耦接到同一电导体114的信息，该电导体耦接到I/O模块104的I/O端子205。

在步骤604处，将I/O模块中的第一电路路径配置为支持DI I/O信道，并且在步骤606处，将I/O模块中的第二电路路径配置为支持AI I/O信道。这可以包括例如I/O模块104将I/O电路302配置为支持DI信道并将I/O电路304配置为支持AI信道(如果支持通用或可重新配置的I/O信道的话)。另选地，这可以包括人员安装I/O电路302以支持DI信道并安装I/O电路304以支持AI信道。

一旦投入操作，就在步骤608处测量通过第一电路路径的电流、将一个或多个阈值应用于测量值并报告DI状态。这可以包括例如由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路302发出的电流。这还可以包括模块控制器310将一个或多个阈值应用于电流测量值以确定由测量的电流表示哪种数字状态。这还可以包括模块控制器310将数字状态作为数字输入值来传送到至少一个控制器106或一个或多个其他目的地。

在步骤610处，测量通过第二电路路径的电流并报告AI状态。这可以包括例如由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路304发出的电流。这还可以包括模块控制器310将电流测量值作为模拟输入值来传送到至少一个控制器106或其他一个或多个目的地。

如图7所示，提供了用于通过单个电连接同时地支持多个设备的AI和DO I/O信道的方法700。在步骤702处，允许用户配置与I/O模块的单个I/O端子相关联的AI和DO信道。这可以包括例如I/O模块104接收指示用户或其他人员已经或将要将AI和DO现场设备102、102a-102b耦接到同一电导体114的信息，该电导体耦接到I/O模块104的I/O端子205。

在步骤704处，将I/O模块中的第一电路路径配置为支持AI I/O信道，并且在步骤706处，将I/O模块中的第二电路路径配置为支持DO I/O信道。这可以包括例如I/O模块104将I/O电路302配置为支持AI信道并将I/O电路304配置为支持DO信道(如果支持通用或可重新配置的I/O信道的话)。另选地，这可以包括人员安装I/O电路302以支持AI信道并安装I/O电路304以支持DO信道。

一旦投入操作，就在步骤708处测量通过第一电路路径的电流并报告AI状态。这可以包括例如由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路302发出的电流。这还可以包括模块控制器310将电流测量值作为模拟输入值来传送到至少一个控制器106或一个或多个其他目的地。

在步骤710处，按照DO信道的数字状态驱动第二电路路径中的开关。这可以包括例如模块控制器310从控制器106或其他源接收要输出到现场设备的数字状态。这还可以包括模块控制器310向DAC 318输出信号以激活或停用开关308来实现期望数字状态并传送数字输出值。

如图8所示，提供了用于通过单个电连接同时地支持多个设备的DO和AO I/O信道的方法800。在步骤802处，允许用户配置与I/O模块的单个I/O端子相关联的DO和AO信道。这可以包括例如I/O模块104接收指示用户或其他人员已经或将要将DO和AO现场设备102、102a-102b耦接到同一电导体114的信息，该电导体耦接到I/O模块104的I/O端子205。

在步骤804处，将I/O模块中的第一电路路径配置为支持DO I/O信道，并且在步骤806处，将I/O模块中的第二电路路径配置为支持AO I/O信道。这可以包括例如I/O模块104将I/O电路302配置为支持DO信道并将I/O电路304配置为支持AO信道(如果支持通用或可重新配置的I/O信道的话)。另选地，这可以包括人员安装I/O电路302以支持DO信道并安装I/O电路304以支持AO信道。

一旦投入操作，就在步骤808处按照DO信道的数字状态驱动第一电路路径中的开关。这可以包括例如模块控制器310从控制器106或其他源接收要输出到现场设备的数字状态。这还可以包括模块控制器310向DAC 318输出信号以激活或停用开关308来实现期望数字状态并传送数字输出值。

在步骤810处，按照AO信道的模拟值驱动第二电路路径中的电流，读取第二电路路径中的电流，并且将读取电流报告为回读电流。这可以包括例如模块控制器310从控制器106或其他源接收要输出到现场设备的模拟值。这还可以包括模块控制器310与I/O电路304相互作用以生成表示模拟值的电流。这还可以包括由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路304发出的电流并将其作为回读值传送到控制器106或模拟值的其他源。

如图9所示，提供了用于通过单个电连接同时地支持多个设备的AO和DI I/O信道的方法900。在步骤902处，允许用户配置与I/O模块的单个I/O端子相关联的AO和DI信道。这可以包括例如I/O模块104接收指示用户或其他人员已经或将要将AO和DI现场设备102、102a-102b耦接到同一电导体114的信息，该电导体耦接到I/O模块104的I/O端子205。

在步骤904处，将I/O模块中的第一电路路径配置为支持AO I/O信道，并且在步骤906处，将I/O模块中的第二电路路径配置为支持DI I/O信道。这可以包括例如I/O模块104将I/O电路302配置为支持AO信道并将I/O电路304配置为支持DI信道(如果支持通用或可重新配置的I/O信道的话)。另选地，这可以包括人员安装I/O电路302以支持AO信道并安装I/O电路304以支持DI信道。

一旦投入操作，就在步骤908处按照AO信道的模拟值驱动第一电路路径中的电流，读取第一电路路径中的电流，并且将读取电流报告为回读电流。这可以包括例如模块控制器310从控制器106或其他源接收要输出到现场设备的模拟值。这还可以包括模块控制器310与I/O电路302相互作用以生成表示模拟值的电流。这还可以包括由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路302发出的电流并将其作为回读值传送到控制器106或模拟值的其他源。

在步骤910处，测量通过第二电路路径的电流、将一个或多个阈值应用于测量值并报告DI状态。这可以包括例如由模块控制器310使用相关联的感测电阻器312、放大器314和ADC 316来测量由I/O电路304发出的电流。这还可以包括模块控制器310将一个或多个阈值应用于电流测量值以确定由测量的电流表示哪种数字状态。这还可以包括模块控制器310将数字状态作为数字输入值来传送到至少一个控制器106或一个或多个其他目的地。

尽管图6至图9示出了用于在I/O端子上通过多设备连接来支持不同类型的I/O信道的方法的示例，但是也可以对图6至图9做出各种改变。例如，虽然被示出为一系列步骤，但是每个图中的各个步骤可以重叠、并行地发生、以不同次序发生或发生任何次数。而且，在这些示例中，多设备连接被示出为支持一个模拟I/O信道(AI或AO)和一个数字I/O信道(DI或DO)。因此，这些技术适用于具有模拟电路部件和数字电路部件的通用或可重新配置的I/O信道，诸如常规地在任何给定时间上仅使用模拟电路部件或仅使用数字电路部件的那些。然而，本公开中描述的方法不限于与一个模拟I/O信道和一个数字I/O信道一起使用。

在一些实施方案中，本专利文献中描述的各种功能由计算机程序来实现或支持，该计算机程序由计算机可读程序代码形成并且体现在计算机可读介质中。短语“计算机可读程序代码”包括任何类型的计算机代码，包括源代码、目标代码和可执行代码。短语“计算机可读介质”包括能够被计算机访问的任何类型的介质，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、硬盘驱动器、光盘(CD)、数字视频光盘(DVD)或任何其他类型的存储器。“非暂态”计算机可读介质排除传输瞬时电信号或其他信号的有线、无线、光学或其他通信链路。非暂态计算机可读介质包括可永久地存储数据的介质以及可存储和之后覆写数据的介质，诸如可重写光盘或可擦除存储设备。

阐述贯穿本专利文献中使用的某些字词和短语的定义可能是有利的。术语“应用程序”和“程序”是指适于以合适的计算机代码(包括源代码、目标代码或可执行代码)实现的一个或多个计算机程序、软件部件、指令集、过程、功能、对象、类、实例、相关的数据或其一部分。术语“通信”以及其衍生词涵盖直接通信和间接通信两者。术语“包括”和“包含”以及其衍生词意指包括但不限于此。术语“或”是包括性的，意指和/或。短语“与...相关联”以及其衍生词可以意指包括、包括在...内、与...互连、包含、包含在...内、连接到...或与...连接、耦接到...或与...耦接、可与...通信、与...协作、交错、并置、与...接近、结合到...或与...结合、具有、具有...的属性、具有与...的关系或与...具有关系等。当与项列表一起使用时，短语“...中的至少一个”意指可以使用所列的项中的一个或多个项的不同组合，并且可能仅需要列表中的一个项。例如，“A、B和C中的至少一者”包括以下任何组合：A，B，C，A和B，A和C，B和C，以及A和B和C。

不应将本申请中的描述理解为暗示任何特定元件、步骤或功能是必须包括在权利要求书范围内的基本或关键要素。专利保护的主题的范围仅由所允许的权利要求书限定。此外，权利要求书都未关于所附权利要求书或权利要求要素中的任何一项援引35U.S.C.§112(f)，除非在特定权利要求书中明确使用后面是识别功能的分词短语的“用于...的装置”或“用于...的步骤”的确切字词。在权利要求书内使用术语诸如(但不限于)“机构”、“模块”、“设备”、“单元”、“部件”、“元件”、“构件”、“装置”、“机器”、“系统”、“处理器”或“控制器”被理解为并且旨在指代相关领域的技术人员已知的结构，如权利要求书本身特征进一步修改的或增强的，并且不旨在援引35U.S.C.§112(f)。

虽然本公开已描述了某些实施方案和大体上相关联的方法，但是这些实施方案和方法的变更和置换对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。因此，上文对示例性实施方案的描述不限定或约束本公开。在不脱离如以下权利要求书限定的本公开的实质和范围的情况下，其他改变、替换和变更也是可能的。