專利名稱：注塑機(jī)profibus-dp網(wǎng)絡(luò)從站接口電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種基于單片機(jī)的注塑機(jī)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站接口電路，用于 注塑成型加工過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)生產(chǎn)的注塑機(jī)一般不具備網(wǎng)絡(luò)控制功能，制品注塑成型加工過(guò)程對(duì)注塑 機(jī)的維護(hù)和管理仍停留在單機(jī)直接現(xiàn)場(chǎng)管理階段，不便于實(shí)現(xiàn)資源共享、集中管理和控制， 無(wú)法滿足自動(dòng)化、規(guī)模化和信息化生產(chǎn)的需求。利用日臻完善的PROFIBUS總線技術(shù)，開(kāi)發(fā) 實(shí)用的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)方便、靈活、有效地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行控制與狀態(tài)監(jiān)測(cè)，無(wú)疑是解 決該問(wèn)題的最佳方式。注塑機(jī)采用聯(lián)機(jī)群控的生產(chǎn)管理模式，建立自動(dòng)化的注塑成型生產(chǎn) 車間，可以大大提高注塑機(jī)的控制能力和管理水平，降低人力成本，增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。采用 先進(jìn)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，即時(shí)向監(jiān)控設(shè)備提供當(dāng)前注塑機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息并接受監(jiān)控設(shè)備的命 令，開(kāi)發(fā)具有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能的開(kāi)放式注塑機(jī)設(shè)備，為真正的網(wǎng)絡(luò)制造提供支持，這必將對(duì)注 塑成型加工行業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

發(fā)明內(nèi)容具有網(wǎng)絡(luò)控制功能的注塑機(jī)控制器在日本和歐洲己經(jīng)開(kāi)始出現(xiàn)，我國(guó)在該領(lǐng)域仍 是空白，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)管理與過(guò)程控制的信息一體化注塑成型加工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。 因此，開(kāi)發(fā)高性能、低成本的注塑成型加工過(guò)程網(wǎng)絡(luò)控制從站接口電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)注塑機(jī) 的遠(yuǎn)程監(jiān)控和生產(chǎn)過(guò)程的集中管理，提高注塑成型加工制品的質(zhì)量，擴(kuò)大企業(yè)的生產(chǎn)效益 和信息化程度。 本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是采用89C51單片機(jī)加PROFIBUS 通信協(xié)議專用ASIC協(xié)議芯片SPC3，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP從站接口電路的開(kāi)發(fā)。PR0FIBUS-DP 從站將現(xiàn)場(chǎng)注塑機(jī)傳感器采得信號(hào)接入，并經(jīng)前向通道變換成符合控制計(jì)算和通信的數(shù)字 信號(hào)量，然后按編制程序和上位機(jī)組態(tài)參數(shù)及算法進(jìn)行運(yùn)算，通信協(xié)議傳給上位計(jì)算機(jī)用 于顯示和監(jiān)控，上位計(jì)算機(jī)發(fā)出由智能從站運(yùn)算后的控制信號(hào)經(jīng)過(guò)逆向變換輸出給現(xiàn)場(chǎng)注 塑機(jī)執(zhí)行設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的回路控制。根據(jù)注塑機(jī)的工作流程，以PLC作1類主站， 完成總線的通信控制與管理、周期性數(shù)據(jù)訪問(wèn)及從站數(shù)據(jù)讀寫(xiě)、從站遠(yuǎn)程參數(shù)化等工作。監(jiān) 控站即2類主站計(jì)算機(jī)完成非周期性數(shù)據(jù)訪問(wèn)，實(shí)現(xiàn)各種參數(shù)的設(shè)定與顯示、工作狀態(tài)的 顯示及報(bào)警提示等功能。主站與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備控制系統(tǒng)之間用現(xiàn)場(chǎng)總線連接，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備各控制 單元獨(dú)立運(yùn)行，在接收控制命令后完成主站所發(fā)控制任務(wù)，同時(shí)反饋回本單元狀態(tài)信息。主 站是下達(dá)控制命令的中心樞紐，也是現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息反饋的終端顯示，主站用PC機(jī)及PLC作 為控制平臺(tái)，監(jiān)控界面實(shí)時(shí)顯示現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備信息。 本實(shí)用新型的有益效果是，從站接口電路能夠?qū)⒕哂蠨P接口的PLC和沒(méi)有DP接 口的檢測(cè)部件連入整個(gè)PROFIBUS-DP總線，形成注塑成型加工過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，而且 該接口電路的性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充、功能設(shè)計(jì)靈活、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性好。以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制從站接口電路整體結(jié)構(gòu)圖。 圖2是單片機(jī)89C51與SPC3接口電路原理圖。 圖3是RS-485接口電路原理圖。 圖4是模擬量輸入電路原理圖。 圖5是開(kāi)關(guān)量輸出電路原理圖。
具體實(shí)施方式如圖1所示，注塑機(jī)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站接口電路主要由兩部分組成 PROFIBUS-DP的通信接口電路和I/O接口電路，其中PROFIBUS-DP通信接口電路主要由 SIEMENS的從站協(xié)議芯片SPC3、89C51微處理器、連接PR0FIBUS-DP總線的RS-485接口、采 集和發(fā)送注塑機(jī)工作參數(shù)的開(kāi)關(guān)量及模擬量輸入/輸出電路等組成。 1、單片機(jī)89C51與SPC3接口電路 在圖2中，SPC3接48MHz有源晶振，工作于同步模式，由于內(nèi)部有自己的鎖存及解 碼電路，故MCU8位地址線不經(jīng)過(guò)74LS573鎖存芯片而直接與SPC3連接。SPC3和微處理器 通過(guò)11位地址線和8位數(shù)據(jù)線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，當(dāng)訪問(wèn)16位RAM單元時(shí)，SPC3自動(dòng)執(zhí)行字節(jié) 交換功能，以使微處理器能正確讀取這16位值，讀寫(xiě)通過(guò)兩次訪問(wèn)8位數(shù)據(jù)線實(shí)現(xiàn)。SPC3 的總線接口單元(BIU)形成與微處理器連接的接口，這是一個(gè)同步/異步有l(wèi)l位地址總線 的8位接口。 SPC3內(nèi)部1. 5K RAM的片選信號(hào)通過(guò)地址信號(hào)AB3-AB7同時(shí)置0產(chǎn)生，AB0-AB7必 須為OOOOOXXX， SPC3從信號(hào)AB2-AB0選擇相關(guān)地址。CPU與SPC3通過(guò)雙口 RAM交換數(shù)據(jù)， SPC3的雙口 RAM應(yīng)在CPU地址空間中統(tǒng)一分配地址，MCU通過(guò)雙口 RAM完成SPC3初始化和 數(shù)據(jù)交換。SPC3中三根信號(hào)RTS、TXD、RXD由UART 口 ，經(jīng)光耦進(jìn)行電流隔離接入RS-485總 線驅(qū)動(dòng)芯片SN75ALS176中，控制總線數(shù)據(jù)互相交換。 2、RS-485接口電路 在圖3中，89C51MCU自帶的UART異步通信口 ，外接SN75ALS176芯片轉(zhuǎn)換成RS-485 總線。為了實(shí)現(xiàn)總線與單片機(jī)系統(tǒng)的隔離，在MCU異步通信口與SN75ALS176之間采用高速 光耦6N137隔離，可以達(dá)到6Mbps傳輸率。光耦限流電阻Rl、 R2和R3的取值十分重要，阻 值如果選取得較大將會(huì)使光耦的發(fā)光管由截止進(jìn)入飽和變得較慢，如果選取得過(guò)小則退出 飽和會(huì)很慢從而影響芯片正常工作，本電路選定這三個(gè)電阻阻值為430 Q 。 3、模擬量輸入電路 在圖4中，模擬量輸入電路主要是將4-20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，應(yīng)用低頻 測(cè)量的2通道16位模擬前端器件AD7705芯片，直接接收來(lái)自注塑機(jī)傳感器的低電平信號(hào)， 然后產(chǎn)生串行數(shù)字輸出，輸出的兩路數(shù)字信號(hào)接89C51的Pl. 0和Pl. 3 口 。 4、開(kāi)關(guān)量輸出電路 在圖5中，開(kāi)關(guān)量輸出電路主要是采取抗干擾措施隔離外部干擾，以及考慮信號(hào) 輸入是否需要鎖存。兩路開(kāi)關(guān)量經(jīng)單片機(jī)的Pl. 1和P1.2 口給出，接到光耦HCPL0631，再經(jīng)繼電器接入注塑機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。HCPL0631含2路光電隔離電路，最高傳輸速率可達(dá)12Mbps， 能很好的實(shí)現(xiàn)光電隔離。 綜上所述，本實(shí)用新型采用單片機(jī)加協(xié)議芯片方式設(shè)計(jì)PROFIBUS-DP從站接口電 路，構(gòu)建了 PROFIBUS現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，開(kāi)發(fā)了注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)從站接口電路，使不具備 PROFIBUS總線接口的設(shè)備連入總線網(wǎng)絡(luò)成為可能。該接口電路能夠保證網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的 實(shí)時(shí)性和可靠性要求，設(shè)計(jì)靈活性好，實(shí)現(xiàn)了 PROFIBUS總線網(wǎng)絡(luò)控制的效果。PROFIBUS-DP 網(wǎng)絡(luò)從站接口電路除可用于注塑機(jī)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)外，在其他領(lǐng)域也具有應(yīng)用價(jià)值。
權(quán)利要求一種基于單片機(jī)的注塑機(jī)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站接口電路，包括PROFIBUS-DP通信接口電路和I/O接口電路，其特征在于PROFIBUS-DP從站接口電路采用89C51單片機(jī)加PROFIBUS通信協(xié)議專用ASIC協(xié)議芯片SPC3，實(shí)現(xiàn)注塑成型加工過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)控制。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于PROFIBUS-DP的通信接口電路由 SIEMENS的從站協(xié)議芯片SPC3、89C51微處理器、連接PROFIBUS-DP總線的RS-485接口、采 集和發(fā)送注塑機(jī)工作參數(shù)的開(kāi)關(guān)量及模擬量輸入/輸出電路等組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于SPC3和89C51連接構(gòu)成接口電路主 體，89C51外接SN75ALS176芯片轉(zhuǎn)換成RS-485總線，在89C51與SN75ALS176之間采用高速 光耦6N137隔離。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的接口電路，其特征在于AD7705芯片直接接收來(lái)自注塑機(jī)傳 感器的低電平信號(hào)，產(chǎn)生串行數(shù)字輸出信號(hào)接89C51，兩路開(kāi)關(guān)量經(jīng)單片機(jī)給出接到光耦 HCPL0631 ，再經(jīng)繼電器接入注塑機(jī)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。
專利摘要一種基于單片機(jī)的注塑機(jī)PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)從站接口電路，主要由PROFIBUS-DP通信接口電路和I/O接口電路組成，其中PROFIBUS-DP通信接口電路主要由SIEMENS的從站協(xié)議芯片SPC3、89C51微處理器、連接PROFIBUS-DP總線的RS-485接口、采集和發(fā)送注塑機(jī)工作參數(shù)的開(kāi)關(guān)量及模擬量輸入/輸出電路等組成。采用89C51單片機(jī)加PROFIBUS通信協(xié)議專用ASIC協(xié)議芯片SPC3，實(shí)現(xiàn)PROFIBUS-DP從站接口電路的開(kāi)發(fā)，能夠?qū)⒕哂蠨P接口的PLC和沒(méi)有DP接口的檢測(cè)部件連入整個(gè)PROFIBUS-DP總線，形成注塑成型加工過(guò)程的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。該接口電路的性價(jià)比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于擴(kuò)充、功能設(shè)計(jì)靈活、系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和可靠性好。
文檔編號(hào)G05B19/418GK201471700SQ20092019433
公開(kāi)日2010年5月19日 申請(qǐng)日期2009年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月7日
發(fā)明者杜遙雪, 陳新欣 申請(qǐng)人:五邑大學(xué)