專利名稱：帶Profibus－DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊，屬于現(xiàn)場總線遠程控制技術領域。
背景技術：
隨著科學技術的進步、現(xiàn)代化工業(yè)的發(fā)展，人們對工業(yè)生產過程的控制提出了更高的要求。智能化、網(wǎng)絡化、微型化、分散化代表當代自動化控制技術發(fā)展的主流方向，而現(xiàn)場總線技術正是促使自動化系統(tǒng)順應這一發(fā)展要求的先進技術。
ProfibuS-DP協(xié)議是應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)場總線標準之一，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中通用的開放標準，廣泛的應用在于上游流程(包括原材料的運輸和存儲)和下游工藝流程(包括物流和包裝)中的應用裝置。它是能為流程工廠的所有自動化系統(tǒng)和裝置提供點到點，兼容一致性的通訊平臺和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡。
VI1TP遠程輸入輸出模塊，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)字量信號的應用場合，產品按型號分為數(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組織的認證產品銷售的推廣。
通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通信，它已經(jīng)成為一種通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。
一般來說，國內外產品，均未考慮到產品通用性(產品外形的一致性)和軟件涉及的一致性，這就給產品升級、系列化、多樣化帶來不便。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種優(yōu)于現(xiàn)有產品性能，考慮到產品通用性、升級換代的帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊。
為了達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是本發(fā)明的硬件包括數(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、Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus-DP網(wǎng)絡；IO數(shù)字量輸出模塊包括Porfibus-DP網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)、Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)、單片機、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加場效應管的開關振蕩，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，都不會對內部CPU造成損壞。本發(fā)明的軟件固化在硬件CPU單片機中。
本發(fā)明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，能產生有益的效果。


圖1為本發(fā)明的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為本發(fā)明的IO數(shù)字輸入及輸出模塊主程序流程圖；圖6為本發(fā)明的IO數(shù)字量輸入及輸出模塊中斷程序流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和一個較隹的實施例對本發(fā)明作較詳細的說明。
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)一設計，統(tǒng)一的CPU板接不同的輸入輸出板構成不同的產品，可以用一套軟件加撥碼選擇方式，適應不同的產品。輸入輸出板包括電源部分和輸入輸出接口。
參照圖1和2，這是本發(fā)明的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3，單片機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5上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護。
Porfibus-DP網(wǎng)絡寫入數(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，這是本實用新型主CPU電路。這里所述的主CPU指的是單片機4，在Porfibus-DP網(wǎng)絡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，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加場效應管的開關振蕩，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14V；另有一路5V由DC-DC轉換而得。
參照圖3，這是本發(fā)明的數(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，這是本發(fā)明的數(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，這是本發(fā)明的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、設置中斷12、初始化(讀取撥碼判定設備類型和設備地址、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進行判斷，如果是，輸出數(shù)據(jù)到設備15；如果否，控制單片機讀取設備數(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，便進入發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到協(xié)議芯片SPC319，返回到是否有新的輸出數(shù)據(jù)14。
參照圖6，這是本發(fā)明的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生20到進入/離開數(shù)據(jù)交換階段21進行判斷，如果是，進入相應處理程序22，再進入全局控制命令中斷進行判斷23；如果否，則直接進入全局控制命令中斷進行判斷23，如果是，進入相應處理程序24，再進入設置從站地址中斷進行判斷25；如果否，則直接進入設置從站地址中斷進行判斷25，如果是，進入相應處理程序26，再進入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進行判斷27；如果否，則直接進入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進行判斷27，如果是，進入相應處理程序28，再進入新配置數(shù)據(jù)中斷進行判斷29；如果否，則直接進入新配置數(shù)據(jù)中斷進行判斷29，如果是，進入相應處理程序30，再中斷程序結束；如果否，則直接中斷程序結束。
VI1TP遠程數(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)絡進行通信。主要特點如下自適應的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?？偩€通訊不受負載影響。
具有較高的電磁兼容能力及可靠性。
模塊化設計、結構緊湊、使用方便。
防護等級IP20。
VI1TP系列遠程數(shù)字量輸入輸出模塊包括6種以上不同點數(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，具有高度的產品外形一致性，而且不同的模塊對應的都是一套軟件，所以產品具有很高的模塊化，對于產品的生產也非常方便。
雖然本發(fā)明已參照上述的實施例來描述，但是本技術領域中的普通技術人員，應當認識到以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，應理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒有脫離本發(fā)明，所以并非作為對本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實質精神范圍內，對以上所述的實施例的變化、變形都將落入本發(fā)明權利要求的保護范圍。
權利要求
1.帶Profibus-DP總線接口的遠程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；IO數(shù)字量輸出模塊包括單片機、光藕隔離、IO數(shù)字量輸出，其特征在于所述的數(shù)字量輸入模塊增設了Porfibus-DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus-DP網(wǎng)絡；數(shù)字量輸出模塊增設了Porfibus-DP網(wǎng)絡寫入數(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3，單片機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5上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護；Porfibus-DP網(wǎng)絡寫入數(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單片機中固化本發(fā)明的軟件。
2.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程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.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的IO模擬量輸出，包含八路輸出電路和光電隔離電路。
4.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的Porfibus-DP網(wǎng)絡，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。
5.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程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加場效應管的開關振蕩，輸出5V，為主cpu供電；另有一電源由5V經(jīng)DC-DC轉換而得，為通信接口電路供電；二路電源完全隔離，這樣無論供電電源或通信線路對模塊有多大干擾，都不會對內部cpu造成損壞。
6.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的數(shù)字量輸入及輸出模塊主程序流程，其流程如下開始11、設置中斷響應12、設置看門狗時間13、初始化14、觸發(fā)看門狗15到是否有新的輸出數(shù)據(jù)16進行判斷，如果是，到接收確認17、輸出數(shù)據(jù)到設備18；如果否，到從設備I/O得到的輸入數(shù)據(jù)寫到SPC3輸入緩沖區(qū)19，然后，進入SPC3輸入緩沖區(qū)20、是否有新的診斷數(shù)據(jù)21進行判斷，如果否，返回到是否有新的輸出數(shù)據(jù)16；如果是，便進入發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到SPC322、SPC3診斷緩沖區(qū)更新23，返回到是否有新的輸出數(shù)據(jù)16。
7.如權利要求1所述的帶Profibus-DP總線接口的遠程IO數(shù)字量模塊，其特征在于所述的數(shù)字量輸入及輸出模塊中斷程序流程，其流程如下有中斷產生20到進入/離開數(shù)據(jù)交換階段21進行判斷，如果是，進入相應處理程序22，再進入全局控制命令中斷進行判斷23；如果否，則直接進入全局控制命令中斷進行判斷23，如果是，進入相應處理程序24，再進入設置從站地址中斷進行判斷25；如果否，則直接進入設置從站地址中斷進行判斷25，如果是，進入相應處理程序26，再進入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進行判斷27；如果否，則直接進入新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷進行判斷27，如果是，進入相應處理程序28，再進入新配置數(shù)據(jù)中斷進行判斷29；如果否，則直接進入新配置數(shù)據(jù)中斷進行判斷29，如果是，進入相應處理程序30，再中斷程序結束31；如果否，則直接中斷程序結束31。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶Profibus－DP總線接口的遠程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；單片機、光藕隔離、IO數(shù)字量輸出；其特特征在于增設了Porfibus－DP網(wǎng)絡寫入數(shù)據(jù)、Porfibus－DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus－DP網(wǎng)絡；電源有特殊設計，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，單片機收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Porfibus－DP協(xié)議芯片(SPC3)、Porfibus－DP網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光耦隔離保護；Porfibus－DP網(wǎng)絡傳送數(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，數(shù)字模擬量輸出。
文檔編號G06F15/17GK1845028SQ200510029760
公開日2006年10月11日 申請日期2005年9月19日 優(yōu)先權日2005年9月19日
發(fā)明者奚培鋒, 殷君, 薛吉 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司