專利名稱：一種帶Profibus－DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，屬于現(xiàn)場總線遠(yuǎn)程控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，人們對工業(yè)生產(chǎn)過程的控制提出了更高的要求。智能化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化、分散化代表當(dāng)代自動化控制技術(shù)發(fā)展的主流方向，而現(xiàn)場總線技術(shù)正是促使自動化系統(tǒng)順應(yīng)這一發(fā)展要求的先進(jìn)技術(shù)。
Profibus-DP協(xié)議是應(yīng)用于電子控制器上的一種通用語言，是目國際上通用的現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)之一，該協(xié)議分三個部分1)、PROFIBUS-DP主站和從站之間采用輪循的通訊方式，主要應(yīng)用于制造業(yè)自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通信。
2)、PROFIBUS PA電源和通信數(shù)據(jù)通過總線并行傳輸，主要用于面向過程自動化系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場級通訊。
3)、PROFIBUS FMS定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動化系統(tǒng)中系統(tǒng)級和車間級的過程數(shù)據(jù)交換。
PROFIBUS是一個在IEC 61158和IEC 61784中通用的開放標(biāo)準(zhǔn)，廣泛的應(yīng)用在于上游流程(包括原材料的運(yùn)輸和存儲)和下游工藝流程(包括物流和包裝)中的應(yīng)用裝置。它是能為流程工廠的所有自動化系統(tǒng)和裝置提供點(diǎn)到點(diǎn)，兼容一致性的通訊平臺和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)。
VI1TP遠(yuǎn)程輸入輸出模塊，是一個PROFIBUS-DP的從站模塊，用于檢測和控制工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等數(shù)字量的輸入、輸出。根據(jù)數(shù)字量信號的應(yīng)用場合，產(chǎn)品按型號分為數(shù)字量輸入及數(shù)字量輸出型；輸出方式分晶體管PNP輸出，晶體管NPN型輸出，繼電器輸出型等等。
PROFIBUS-DP從站模塊，需要在Profibus國際組織NPO注冊ID號，登記GSD模塊配置文件，通過Profibus一致性測試后，才能作為Profibus組織的認(rèn)證產(chǎn)品銷售的推廣。
通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)和其它設(shè)備之間可以通信，它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行集中監(jiān)控。
一般來說，國內(nèi)外產(chǎn)品，均未考慮到產(chǎn)品通用性(產(chǎn)品外形的一致性)和軟件涉及的一致性，這就給產(chǎn)品升級、系列化、多樣化帶來不便。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種優(yōu)于現(xiàn)有產(chǎn)品性能，考慮到產(chǎn)品通用性、升級換代的帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型的硬件包括數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出兩個模塊及供電電源，其中IO數(shù)字量輸入模塊包括IO數(shù)字量輸入、光藕隔離、單片機(jī)、Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)；IO數(shù)字量輸出模塊包括Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)、Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)、單片機(jī)、光藕隔離、IO數(shù)字量輸出。
IO數(shù)字量輸入輸出模塊電采用的方式是RC加場效應(yīng)管的開關(guān)振蕩，輸出功率大，消耗功率小，輸出5V為主CPU供電，另有一電源由5V經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換而得，為通信接口電路供電。兩路電源完全隔離。這樣無論供電電源或通信線路對模塊有多大干擾，都不會對內(nèi)部CPU造成損壞。本實(shí)用新型的軟件固化在硬件CPU單片機(jī)中。
本實(shí)用新型的有益效果在用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等現(xiàn)場裝置的數(shù)字量的輸入、輸出信號，能產(chǎn)生有益的效果。


圖1為本實(shí)用新型的IO數(shù)字量輸入及輸出模塊的原理框圖；圖2為圖1中主CPU及外圍電路原理圖；圖3為圖1中數(shù)字輸入電路具體線路原理圖；圖4為圖1中數(shù)字量輸出電路具體線路原理圖；圖5為本實(shí)用新型的IO數(shù)字輸入及輸出模塊主程序流程圖；圖6為本實(shí)用新型的IO數(shù)字量輸入及輸出模塊中斷程序流程圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和一個較佳的實(shí)施例對本實(shí)用新型作較詳細(xì)的說明。
IO數(shù)字量模塊包括兩塊PcbCPU板和輸入輸出板。
CPU板硬件采用統(tǒng)一設(shè)計，統(tǒng)一的CPU板接不同的輸入輸出板構(gòu)成不同的產(chǎn)品，可以用一套軟件加撥碼選擇方式，適應(yīng)不同的產(chǎn)品。輸入輸出板包括電源部分和輸入輸出接口。
參照圖1，這是本實(shí)用新型的IO數(shù)字量輸入和輸出電路的框圖。
數(shù)字量輸入1將信號傳至光藕隔離2、CPU單片機(jī)3，單片機(jī)3收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)4、Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)5上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護(hù)。
Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)寫入數(shù)據(jù)6將信號傳至Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)7后，傳入CPU單片機(jī)8，經(jīng)過光藕隔離9后，再由數(shù)字量輸出10。
參照圖2，這是本實(shí)用新型主CPU電路、接口電路、電源電路。這里所述的主CPU指的是單片機(jī)4，在Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)6上收發(fā)數(shù)字量數(shù)據(jù)，并控制輸入輸出板上數(shù)字量數(shù)據(jù)的測量或輸出。
所述的Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)，主站和從站之間采用輪循的通訊方式，用于系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場通信。
撥盤SW用于測量電流和電壓的切換。
電源電路采用的方式是RC加場效應(yīng)管的開關(guān)振蕩，24V直流輸入，通過變壓器輸出二路，是完全隔離的，一路5V為CPU供電；另一路是正負(fù)14V；另有一路5V由DC-DC轉(zhuǎn)換而得。
參照圖3，這是本實(shí)用新型的數(shù)字量輸入電路1的原理圖。它包括八路輸入電路和光電隔離。
參照圖4，這是本實(shí)用新型的數(shù)字量輸出電路10的原理圖。它包括八路輸出電路和光藕隔離。
參照圖5，這是本實(shí)用新型的IO數(shù)字量輸入及輸出模塊主程序流程圖。
如圖所示，其流程如下開始11、設(shè)置中斷12、初始化(讀取撥碼判定設(shè)備類型和設(shè)備地址、檢測發(fā)光二極管、初始化SPC3)13到是否有新的數(shù)據(jù)輸出14進(jìn)行判斷，如果是，輸出數(shù)據(jù)到設(shè)備15；如果否，控制單片機(jī)讀取設(shè)備數(shù)字量數(shù)據(jù)16，然后，更新協(xié)議芯片SPC3輸入緩沖區(qū)17、是否有新的診斷數(shù)據(jù)18進(jìn)行判斷，如果否，返回到是否有新的數(shù)據(jù)輸出14；如果是，便進(jìn)入發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到協(xié)議芯片SPC3 19，返回到是否有新的輸出數(shù)據(jù)14。
參照圖6，這是本實(shí)用新型的IO模擬量輸入及輸出模塊中斷程序流程圖。
如圖所示，其流程如下有中斷產(chǎn)生20到進(jìn)入/離開數(shù)據(jù)交換階段21進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入相應(yīng)處理程序22，再進(jìn)入全局控制命令中斷進(jìn)行判斷23；如果否，則直接進(jìn)入全局控制命令中斷進(jìn)行判斷23，如果是，進(jìn)入相應(yīng)處理程序24，再進(jìn)入設(shè)置從站地址中斷進(jìn)行判斷25；如果否，則直接進(jìn)入設(shè)置從站地址中斷進(jìn)行判斷25，如果是，進(jìn)入相應(yīng)處理程序26，再進(jìn)入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進(jìn)行判斷27；如果否，則直接進(jìn)入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進(jìn)行判斷27，如果是，進(jìn)入相應(yīng)處理程序28，再進(jìn)入新配置數(shù)據(jù)中斷進(jìn)行判斷29；如果否，則直接進(jìn)入新配置數(shù)據(jù)中斷進(jìn)行判斷29，如果是，進(jìn)入相應(yīng)處理程序30，再中斷程序結(jié)束31；如果否，則直接中斷程序結(jié)束31。
VI1TP遠(yuǎn)程數(shù)字量輸入輸出模塊主要用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等現(xiàn)場裝置的數(shù)字量的輸入、輸出信號，并可通過Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。主要特點(diǎn)如下自適應(yīng)的Profibus-DP通訊速率，支持9.6kbps-12Mbps。
完全支持Profibus-DP的DPV0功能。
模塊工作電源及端口電源完全隔離。
輸入和輸出采用輔助電源供電，確保總線通訊不受負(fù)載影響。
具有較高的電磁兼容能力及可靠性。
模塊化設(shè)計、結(jié)構(gòu)緊湊、使用方便。
防護(hù)等級IP20。
VI1TP系列遠(yuǎn)程數(shù)字量輸入輸出模塊包括6種以上不同點(diǎn)數(shù)的數(shù)字量輸入輸出模塊，但是它卻只有兩種不同大小的外殼，具有高度的產(chǎn)品外形一致性，而且不同的模塊對應(yīng)的都是一套軟件，所以產(chǎn)品具有很高的模塊化，對于產(chǎn)品的生產(chǎn)也非常方便。
雖然本實(shí)用新型已參照上述的實(shí)施例來描述，但是本技術(shù)領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到以上的實(shí)施例僅是用來說明本實(shí)用新型，應(yīng)理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本實(shí)用新型，所以并非作為對本實(shí)用新型的限定，只要在本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述的實(shí)施例的變化、變形都將落入本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器的數(shù)字量信號，包括數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出兩個模塊及供電電源；其中IO數(shù)字量輸入模塊包括IO數(shù)字量輸入、光藕隔離、單片機(jī)；IO數(shù)字量輸出模塊包括單片機(jī)、光藕隔離、IO數(shù)字量輸出，其特征在于所述的數(shù)字量輸入模塊增設(shè)了Porfibus-DP協(xié)議芯片SPC3、Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)；數(shù)字量輸出模塊增設(shè)了Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)寫入數(shù)據(jù)、Porfibus-DP協(xié)議芯片SPC3；數(shù)字量輸入(1)將信號傳至光藕隔離(2)，經(jīng)光藕隔離(2)傳入CPU單片機(jī)(3)，單片機(jī)(3)收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Porfibus-DP協(xié)議芯片SPC3(4)、Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)(5)上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護(hù)；Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)寫入數(shù)據(jù)(6)將信號傳至Porfibus-DP協(xié)議芯片SPC3(7)后，通過光藕隔離傳入CPU單片機(jī)(8)，經(jīng)過光藕隔離(9)后，數(shù)字量輸出(10)；電源分別向單片機(jī)和輸入輸出模塊供電；所述的IO數(shù)字量模塊，在硬件CPU單片機(jī)中固化本實(shí)用新型的軟件。
2.如權(quán)利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的IO數(shù)字量輸入，包含八路輸入電路和光電隔離電路。
3.如權(quán)利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的Porfibus-DP網(wǎng)絡(luò)，主站和從站之間采用輪循的通訊方式，用于系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場通信。
4.如權(quán)利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的數(shù)字量模塊電源，采用的方式是RC加場效應(yīng)管的開關(guān)振蕩，輸出5V，為主cpu供電；另有一電源由5V經(jīng)DC-DC轉(zhuǎn)換而得，為通信接口電路供電；二路電源完全隔離。
專利摘要本實(shí)用新型涉及帶Profibus－DP總線接口的遠(yuǎn)程IO數(shù)字量模塊，用于現(xiàn)場裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等現(xiàn)場裝置的數(shù)字量的輸入、輸出信號，IO數(shù)字量模塊包括數(shù)字量輸入和數(shù)字量輸出兩個模塊；包括模擬量輸入、光耦隔離、單片機(jī)；單片機(jī)、光耦隔離、IO數(shù)字量輸出；其特特征在于增設(shè)了Porfibus－DP網(wǎng)絡(luò)寫入數(shù)據(jù)、Porfibus－DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus－DP網(wǎng)絡(luò)；電源有特殊設(shè)計，數(shù)字量模塊配有控制軟件，其信號傳遞為數(shù)字量輸入將信號傳至光耦隔離，經(jīng)過光耦隔離傳入單片機(jī)，單片機(jī)收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Porfibus－DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus－DP網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光耦隔離保護(hù)；Porfibus－DP網(wǎng)絡(luò)傳送數(shù)據(jù)將信號傳至Porfibus－DP協(xié)議芯片(SPC3)后，通過光耦傳入單片機(jī)，數(shù)字模擬量輸出。
文檔編號G06F15/17GK2896347SQ20052004509
公開日2007年5月2日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月19日
發(fā)明者奚培鋒, 殷君, 薛吉 申請人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司