專利名稱：一種通信適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種Profibus-DP通信適配器，用于具有Modbus通信功能的低壓設(shè)備接入Profibus-DP總線，屬于總線技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，一種總線技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)，在改變一些領(lǐng)域的面貌Profibus總線技術(shù)采用數(shù)據(jù)總線，由主站只要引出兩根或很少的幾根線，就可以將各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接起來(lái)，為設(shè)備提供配置，監(jiān)視和診斷等功能總線技術(shù)的發(fā)展，給低壓電器產(chǎn)品帶來(lái)極大的沖擊，而目前低壓配電領(lǐng)域的產(chǎn)品還無(wú)法直接接入(Profibus)網(wǎng)絡(luò)，組成一個(gè)(Profibus)總線型配電系統(tǒng)。為設(shè)備增加(Profibus)接口基本上的兩種做法一是采用(Profibus)接口設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)完全融合在一起，共用一個(gè)軟硬件資源；另外一種做法是(Profibus)接口設(shè)計(jì)和產(chǎn)品功能設(shè)計(jì)獨(dú)立進(jìn)行，兩者通過(guò)某種方式(串行口，并行口等等)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
這兩種做法各有利弊第一種做法，數(shù)據(jù)交換此較快，但CPU負(fù)擔(dān)比較重，而且不具有靈活性，設(shè)備無(wú)法自由選擇是否帶有(Profibus)接口；第二種做法，設(shè)備可以自由選擇是否提供(Profibus)接口，但是增加了個(gè)中間數(shù)據(jù)交換環(huán)節(jié)，要采取有效措施保證通訊質(zhì)量。
由于(Profibus)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的多樣性和交換的靈活性，兩種做法共同的問(wèn)題是要為不同的設(shè)備設(shè)計(jì)不同的(Profibus)接口。
Profibus總線分為Profibus-PA、Profibus-FMS和Profibus-DP。
Profibus-PA電源和通信數(shù)據(jù)通過(guò)總線并行傳輸，主要用于面向過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)中單元級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)通訊。
Profibus-FMS定義了主站和主站之間的通訊模型，主要用于自動(dòng)化系統(tǒng)中系統(tǒng)級(jí)和車間級(jí)的過(guò)程數(shù)據(jù)交換。
Profibus-DP唯一能為流程工廠的所有自動(dòng)化系統(tǒng)和裝置提供點(diǎn)到點(diǎn)，兼容一致性的通訊平臺(tái)和現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，它與Profibus PA共享一個(gè)通用的通訊協(xié)議。在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，人們對(duì)社會(huì)安全、人身安全及環(huán)境保護(hù)提出了越來(lái)越高的要求，Profibus在安全領(lǐng)域有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
Profibus遵從現(xiàn)場(chǎng)總線的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158，是一種應(yīng)用最為廣泛的聯(lián)接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和控制系統(tǒng)的工業(yè)網(wǎng)絡(luò)。為了滿足過(guò)程行業(yè)在本質(zhì)安全和二線制總線供電方面的特殊要求，所有形式的Profibus都共享同一個(gè)通信層，因網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)和應(yīng)用行規(guī)的不同而不同。通過(guò)提供不同生產(chǎn)區(qū)域間的無(wú)縫聯(lián)接，單一由于其快速的反應(yīng)時(shí)間，Profibus-DP被應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)I/O和智能裝置，而且還可以成為現(xiàn)場(chǎng)總線的“主干線”。由于數(shù)據(jù)傳輸速率可高達(dá)12Mbps，網(wǎng)絡(luò)上可以聯(lián)接的裝置比其它現(xiàn)場(chǎng)總線解決方案所能聯(lián)接的要多。
對(duì)于Profibus-DP通信適配器而言，雖然國(guó)內(nèi)也有針對(duì)中低壓配電系統(tǒng)而開(kāi)發(fā)的Profibus-DP通訊模塊，但是經(jīng)過(guò)用戶使用發(fā)現(xiàn)存在很多技術(shù)缺陷，主要是因?yàn)殚_(kāi)發(fā)的模塊只采用DPV0(周期性數(shù)據(jù)交換)協(xié)議，沒(méi)有采用DPV1(非周期性數(shù)據(jù)交換)協(xié)議。低壓電器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，且有些參數(shù)實(shí)時(shí)性要求并不高，如果光采用DPV0進(jìn)行傳輸?shù)脑?，占用了大量通訊時(shí)間，整體性能受到很大的影響。因此，有必要開(kāi)發(fā)研制新的支持DPV1功能的Profibus-DP通信適配器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種Profibus-DP通信適配器，該適配器將多種現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備方便、高速、高質(zhì)量地接入(Profibus-DP)網(wǎng)絡(luò)，組成一個(gè)智能監(jiān)控系統(tǒng)。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該P(yáng)rofibus-DP通信適配器硬件包括Profibus-DP、RS485驅(qū)動(dòng)、光耦隔離、SPC3、STC單片機(jī)、光耦隔離、RS485驅(qū)動(dòng)、RS323驅(qū)動(dòng)、Modbus、主5VDC電源、電源DC-DC模塊、Modbus通信5VDC電源、Profibus-DP通信5VDC電源、狀態(tài)指示、地址設(shè)定。
上述電路由電路板A、電路板B構(gòu)成，兩板由主5VDC電源、次5VDC電源及設(shè)備側(cè)通信線連接。
電路信號(hào)傳遞是從Profibus-DP依次經(jīng)過(guò)RS485驅(qū)動(dòng)、光耦隔離、SPC3、STC單片機(jī)進(jìn)行處理，然后經(jīng)過(guò)光耦隔離、RS485驅(qū)動(dòng)、RS323驅(qū)動(dòng)、Modbus轉(zhuǎn)換，再反向依次傳至Profibus-DP。
該適配器的軟件包括SPC3流程、主程序流程、中斷程序流程。
上述的程序構(gòu)成的軟件和硬件相結(jié)合，便可以解決網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。
本發(fā)明的有益效果采用該通信適配器，可以解決網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題，使一種適配器能適應(yīng)各種設(shè)備的特性，使不了解Profibus-DP的非專業(yè)人員也能輕易構(gòu)建復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)，使Profibus-DP適配器能成為眾多的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用該產(chǎn)品變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。它的接線與控制方式，可以大大節(jié)省導(dǎo)線數(shù)量，安全可靠，并能有效降低整個(gè)系統(tǒng)投資，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件框圖；圖2為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件電路構(gòu)成框圖；圖3(圖3A、圖3B、圖3C、圖3D)為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件電路具體線路圖；圖4為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的SPC3流程圖；圖5為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的主程序流程圖；圖6為本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的中斷程序流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作比較詳細(xì)的說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件框圖。
如圖所示，通信適配器的硬件包括Profibus-DP 1、RS485驅(qū)動(dòng)2、光耦隔離3、SPC34、STC單片機(jī)5、光耦隔離6、RS485驅(qū)動(dòng)7、RS323驅(qū)動(dòng)8、Modbus 9、主5VDC電源10、電源DC-DC模塊11、Modbus通信5VDC電源12、Profibus-DP通信5VDC電源13、狀態(tài)指示14、地址設(shè)定15。
上述電路的信號(hào)傳遞從Profibus-DP 1開(kāi)始，依次經(jīng)過(guò)RS485驅(qū)動(dòng)2、光耦隔離3、SPC3 4、STC單片機(jī)5進(jìn)行處理，然后經(jīng)過(guò)光耦隔離6、RS485驅(qū)動(dòng)7、RS323驅(qū)動(dòng)8、Modbus 9轉(zhuǎn)換，再反向依次傳至Profibus-DP 1。
參照?qǐng)D2，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件電路構(gòu)成框圖。
上述電路由電路板A、電路板B構(gòu)成，兩板由主5VDC電源、次5VDC電源及設(shè)備側(cè)通信線連接。
參照?qǐng)D3，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的硬件電路具體線路圖。
圖3A是主芯片和協(xié)議芯片SPC3，主芯片選用STC單片機(jī)。
圖3B是光耦離及485接口電路。
圖3C是電源電路包括主DC-DC電路、Profibus-DP側(cè)通信5VDC電路、Modbus側(cè)通信5VDC電路，是新設(shè)計(jì)的電路，可以改善長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行時(shí)發(fā)熱狀況。
圖3D是RS485通信電路、RS232通信電路。
參照?qǐng)D4，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的軟件SPC3流程圖。
如圖所示，軟件SPC3流程步驟如下從401[上電]開(kāi)始進(jìn)入402[寫參數(shù)]，從站診斷獲取配置，進(jìn)入403[寫配置]，從站診斷成功配置參數(shù)獲取配置，進(jìn)入404[數(shù)據(jù)交換]，讀輸入數(shù)據(jù)、讀輸出數(shù)據(jù)命令(同步、凍結(jié))、從站診斷配置成功、成功設(shè)置參數(shù)；當(dāng)配置不成功、設(shè)置參數(shù)不成功，便返回402[寫參數(shù)]，或進(jìn)入403[寫配置]。
參照?qǐng)D5，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的軟件主程序流程圖。
如圖所示，主程序流程的步驟從501[開(kāi)始]依次到502[設(shè)置中斷響應(yīng)]、503[設(shè)置看門狗時(shí)間]、504[初始化]、505[觸發(fā)看門狗]、506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入507[接收確認(rèn)]、508[輸出數(shù)據(jù)到設(shè)備I/O]；如果否，便進(jìn)入509[從設(shè)備I/O得到的輸入數(shù)據(jù)寫到SPC3輸入緩沖區(qū)]，再進(jìn)入510[SPC3輸入緩沖區(qū)更新]、511[DPV1讀寫數(shù)據(jù)處理]、512[是否有新的診斷數(shù)據(jù)]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入513[發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到SPC3]、514[SPC3診斷緩沖區(qū)更新]，再返回506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]；如果否，再返回506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]。
參照?qǐng)D6，這是本發(fā)明的Profibus-DP通信適配器的軟件中斷程序流程圖。
如圖所示，所述的中斷程序流程的步驟從601[有中斷產(chǎn)生]進(jìn)入602[是進(jìn)入/離開(kāi)數(shù)據(jù)交換階段中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入603[相應(yīng)處理程序]；如果否，進(jìn)入604[全局控制命令中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入605[相應(yīng)處理程序]；如果否，進(jìn)入606[設(shè)置從站地址中斷嗎？]再進(jìn)入607[相應(yīng)處理程序]，進(jìn)入608[是新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷嗎？]進(jìn)行判斷；如果否，便進(jìn)入608[是新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷]；如果是，進(jìn)入609[相應(yīng)處理程序]，如果否，便進(jìn)入610[新配置數(shù)據(jù)中斷]；610[新配置數(shù)據(jù)中斷]，如果是，進(jìn)入進(jìn)入611[相應(yīng)處理程序]進(jìn)行判斷，如果否，進(jìn)入612[中斷程序結(jié)束]。
上述的Profibus-DP通信適配器V1TP，用于將具有Modbus通信功能的低壓設(shè)備接入Profibus-DP總線，它向下通過(guò)Modbus協(xié)議，RS-485串行接口或RS232串行接口與斷路器等設(shè)備連接，向上通過(guò)Profibus-DP接口接入Profibus-DP總線。通過(guò)對(duì)設(shè)備數(shù)據(jù)的合理安排和協(xié)議的轉(zhuǎn)換，使通常的帶Modbus接口的設(shè)備采集的數(shù)據(jù)可以傳給Profibus-DP主站，將Profibus-DP主站的命令下傳給設(shè)備，并滿足Profibus-DP網(wǎng)絡(luò)的基本要求。
Profibus-DP通信適配器V1TP，可以實(shí)現(xiàn)Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)中的ACB、MCCB和ATS等斷路器裝置的通信控制。下層協(xié)議采用的Modbus協(xié)議，支持波特率為9600bit/s~19200bit/s，每幀可傳輸最大128bytes的數(shù)據(jù)傳輸。Profibus-DP通信適配器V1TP完全支持標(biāo)準(zhǔn)的DP部分的DPV1功能，符合IEC61158，擴(kuò)展的DPV1功能可以實(shí)現(xiàn)主站和DP/PDV1從站間非周期的數(shù)據(jù)傳輸。
權(quán)利要求
1.一種通信適配器，用于各種總線設(shè)備解訣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換與匹配問(wèn)題，其特征在于該通信適配器硬件包括Profibus-DP(1)、RS485驅(qū)動(dòng)(2)、光耦隔離(3)、SPC3(4)、STC單片機(jī)(5)、光耦隔離(6)、RS485驅(qū)動(dòng)(7)、RS232驅(qū)動(dòng)(8)、Modbus(9)、主5VDC電源(10)、電源DC-DC模塊(11)、Modbus通信5VDC電源(12)、Profibus-DP通信5VDC電源(13)、狀態(tài)指示(14)、地址設(shè)定(15)；上述電路的信號(hào)傳遞從Profibus-DP(1)依次經(jīng)過(guò)RS485驅(qū)動(dòng)(2)、光耦隔離(3)、SPC3(4)、STC單片機(jī)(5)進(jìn)行處理，然后經(jīng)過(guò)光耦隔離(6)、RS485驅(qū)動(dòng)(7)或RS232驅(qū)動(dòng)(8)、Modbus(9)轉(zhuǎn)換，再反向依次傳至Profibus-DP(1)；該適配器的軟件包括SPC3流程、主程序流程、中斷程序流程；上述的程序構(gòu)成的軟件和硬件相結(jié)合，便可以解訣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。
2.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的通信適配器的硬件電路，由電路板A、電路板B構(gòu)成，兩板之間由主5VDC電源、次5VDC電源及設(shè)備側(cè)通信線連接。
3.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的通信適配器的硬件電路，其中電源電路具有改善發(fā)熱狀況的優(yōu)點(diǎn)，它包括DC-DC電路、Profibus-DP側(cè)通信5VDC電路、Modbus側(cè)通信5VDC電路。
4.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的軟件SPC3流程，其流程步驟如下從401[上電]開(kāi)始進(jìn)入402[寫參數(shù)]，從站診斷獲取配置，進(jìn)入403[寫配置]，從站診斷成功配置參數(shù)獲取配置，進(jìn)入404[數(shù)據(jù)交換]，讀輸入數(shù)據(jù)、讀輸出數(shù)據(jù)命令(同步、凍結(jié))、從站診斷配置成功、成功設(shè)置參數(shù)；當(dāng)配置不成功、設(shè)置參數(shù)不成功，便返回402[寫參數(shù)]，或進(jìn)入403[寫配置]。
5.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的主程序流程，其步驟從501[開(kāi)始]依次到502[設(shè)置中斷響應(yīng)]、503[設(shè)置看門狗時(shí)間]、504[初始化]、505[觸發(fā)看門狗]、506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入507[接收確認(rèn)]、508輸出數(shù)據(jù)到設(shè)備I/O]；如果否，便進(jìn)入509[從設(shè)備I/O得到的輸入數(shù)據(jù)寫到SPC3輸入緩沖區(qū)]，再進(jìn)入510[SPC3輸入緩沖區(qū)更新]、511[DPV1讀寫數(shù)據(jù)處理]、512[是否有新的診斷數(shù)據(jù)]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入513[發(fā)送診斷數(shù)據(jù)到SPC3]、514[SPC3診斷緩沖區(qū)更新]，再返回506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]；如果否，再返回506[是否有新的輸出數(shù)據(jù)]。
6.如權(quán)利要求1所述的通信適配器，其特征在于所述的中斷程序流程，其步驟從601[有中斷產(chǎn)生]進(jìn)入602[是進(jìn)入/離開(kāi)數(shù)據(jù)交換階段中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入603[相應(yīng)處理程序]；如果否，進(jìn)入604[全局控制命令中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入605[相應(yīng)處理程序]；如果否，進(jìn)入606[設(shè)置從站地址中斷嗎？]再進(jìn)入607[相應(yīng)處理程序]，進(jìn)入608[是新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入609[相應(yīng)處理程序]，進(jìn)入608[是新參數(shù)數(shù)據(jù)中斷嗎？]進(jìn)行判斷，如果是，進(jìn)入611[相應(yīng)處理程序]進(jìn)行判斷，如果否，進(jìn)入612[中斷程序結(jié)束]。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通信適配器，用于各種總線設(shè)備解訣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換與匹配，該通信適配器包括Profibus－DP、RS485驅(qū)動(dòng)、光耦隔離、SPC3、STC單片機(jī)、光耦隔離、RS485驅(qū)動(dòng)、RS323驅(qū)動(dòng)、Modbus、主5VDC電源、電源DC－DC模塊、Modbus通信5VDC電源、Profibus－DP通信5VDC電源、狀態(tài)指示、地址設(shè)定；電路信號(hào)傳遞是從Profibus－DP依次經(jīng)過(guò)RS485驅(qū)動(dòng)、光耦隔離、SPC3、STC單片機(jī)進(jìn)行處理，然后經(jīng)過(guò)光耦隔離、RS485驅(qū)動(dòng)、RS323驅(qū)動(dòng)、Modbus轉(zhuǎn)換，再反向依次傳至Profibus－DP。其軟件包括SPC3流程、主程序流程、中斷程序流程，軟件和硬件相結(jié)合，便可以解訣網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換和匹配問(wèn)題。該通信適配器，使一種適配器能適應(yīng)各種設(shè)備的特性，其接線與控制方式，可大大節(jié)省導(dǎo)線數(shù)量，安全可靠，并能有效降低系統(tǒng)投資，有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
文檔編號(hào)H04L12/40GK1753407SQ200510030649
公開(kāi)日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月20日
發(fā)明者殷君, 薛吉 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司