專利名稱：用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程i/o模塊的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種總線接口的遠程I/O模塊，更確切地說涉及用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，屬于總線接口
背景技術：
隨著科學技術的發(fā)展和現(xiàn)代化工業(yè)的不斷進步，人們對生產過程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。
Modbus協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議，控制器相互之間、控制器經由網(wǎng)絡和其它設備之間可以通信。Modbus協(xié)議已經成為一通用工業(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。Modbus協(xié)議包括ASCII、RTU、TCP等，并沒有規(guī)定物理層。此協(xié)議定義了控制器能夠認識和使用的消息結構，而不管它們是經過何種網(wǎng)絡進行通信的。
VI1TM系列遠程輸入輸出模塊，是一個符合Modbus RTU協(xié)議的Modbus從站模塊，基于RS485物理層，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)字量及模擬量的輸入、輸出信號，并可把數(shù)據(jù)傳送至Modbus網(wǎng)絡。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。
國外產品主要有日本愛模系統(tǒng)有限公司的R1系列遠程I/O，德國WAGO公司的750系列遠程I/O，德國BECKHOFF公司BK系列遠程I/O等。國內產品主要有研華公司ADAM-4000系列遠程I/O，泓格公司的遠程I/O等。
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
本實用新型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Modbus協(xié)議總線接口的遠程I/O數(shù)字量、模擬量模塊。
為了達到上述目的，本實用新型的技術方案是其硬件包括模擬量輸入、數(shù)字量輸入和模擬量輸出、數(shù)字量輸出四個模塊及供電電源；其中I/O模擬量輸入模塊包括I/O模擬量輸入、信號放大電路、AD轉換電路、單片機、Modbus網(wǎng)絡；I/O模擬量輸出模塊包括Modbus網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)、單片機、DA轉換、信號放大、I/O模擬量輸出。
其中I/O數(shù)字量輸入模塊包括I/O數(shù)字量輸入、光藕隔離、單片機、Modbus網(wǎng)絡；I/O數(shù)字量輸出模塊包括Modbus網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)、單片機、光藕隔離、I/O數(shù)字量輸出。
I/O模擬量、數(shù)字量輸入、輸出模塊的供電，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，輸出兩路5V和正負14V，5V為主CPU供電，14V為模擬量測量電路供電，另有一路5V由DC-DC轉換而得，為通信接口供電。三路電源完全隔離。這樣無論供電電源或通信線路對模塊有多大干擾，都不會對內都CPU造成損壞。
本實用新型的軟件固化在硬件CPU單片機中。
本實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、模擬量的輸入、輸出信號，能產生有益的效果。
圖1、為本實用新型的I/O模擬量輸入及輸出模塊的原理框圖；圖2為本實用新型的I/O數(shù)字量輸入及輸出模塊的原理框圖；圖3(包含圖3-1、圖3-2)為圖1、圖2中主CPU及外圍電路原理圖；圖4為圖1中模擬量輸入模塊具體線路原理圖；圖5為圖2中模擬量輸出模塊具體線路原理圖；圖6為圖3中數(shù)字量輸入模塊具體線路原理圖；圖7為圖4中數(shù)字量輸出模塊具體線路原理圖。
具體實施方式
以下結合附圖和一個較佳的實施例對本實用新型作較詳細的說明。
I/O模擬量、數(shù)字量模塊包括兩塊PcbCPU板和輸入板、輸出板。
CPU板硬件采用統(tǒng)一設計，統(tǒng)一的CPU板接不同的輸入板、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。輸入板、輸出板包括電源部分和輸入、輸出接口。
參照圖1，這是本實用新型的總線接口遠程模擬量輸入和輸出模塊的原理框圖。
模擬量輸入1將信號傳至信號放大2，經過模數(shù)轉換A/D 3把差模轉為共模，作為模數(shù)轉換芯片MAX1270的輸入，經過模數(shù)轉換為數(shù)字量后，通過光藕傳入CPU單片機4。單片機4收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Modbus網(wǎng)絡5上，采用光藕隔離保護。
模擬量輸出中Modbus網(wǎng)絡6傳送數(shù)據(jù)將信號通過光藕傳入CPU單片機7，經過D/A轉換8數(shù)模芯片MAX525轉換為模擬量后，經過信號放大9運放LM348放大后，由模擬量輸出10輸出。
參照圖2，這是本實用新型的總線接口遠程I/O數(shù)字量輸入和輸出模塊的原理框圖。
數(shù)字量輸入11將信號傳至光藕隔離12、CPU單片機13，單片機13收到數(shù)字量模擬量數(shù)據(jù)發(fā)送到Modbus網(wǎng)絡14上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護。
數(shù)字量輸出中，Modbus網(wǎng)絡寫入數(shù)據(jù)15將信號傳入CPU單片機16，經過光藕隔離17后，再由數(shù)字量輸出18。
參照圖3，這是本實用新型主CPU電路。這里所述的主CPU指的是單片機，在MODBUS網(wǎng)絡上收發(fā)數(shù)據(jù)，并控制輸入輸出板上模擬量、數(shù)字量數(shù)據(jù)的測量或輸出。
所述的Modbus網(wǎng)絡，主站和從站之間主從的通訊方式，用于系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場通信。
輸入板、輸出板中的撥盤SW用于測量模擬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，為模擬量輸入電路供電。還有一路5V由DC-DC轉換而得，為通信電路供電。
模擬量輸出模塊的輸出范圍由硬件來實現(xiàn)。
參照圖4，這是本實用新型的模擬量輸入電路的原理圖。它包括四路輸入電路、模數(shù)轉換電路、光電隔離幾部分。
參照圖5，這是本實用新型的模擬量輸出電路的原理圖。它包括四路輸出電路、數(shù)模轉換電路和光藕隔離幾部分。
參照圖6，這是本實用新型的數(shù)字量輸入電路的原理圖。它包括八路數(shù)字量輸入電路和光電隔離。
參照圖7，這是本實用新型的數(shù)字量輸出電路的原理圖。它包括八路數(shù)字量輸出電路和光藕隔離。
VI1TM遠程輸入、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)字量及模擬量的輸入、輸出信號，并可通過Modbus網(wǎng)絡進行通信。
主要特點如下基于RS485物理層，可適應2.4Kbps-19.2Kbps不同的波特率；完全符合Modbus RTU協(xié)議；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。
VI1TM系列遠程輸入、輸出模塊包括9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。
權利要求1.用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場裝置；包括模擬量、數(shù)字量輸入和模擬量、數(shù)字量輸出四個模塊及供電電源；其中I/O模擬量輸入模塊包括I/O模擬量輸入(1)、信號放大電路(2)、AD轉換電路(3)、單片機(4)；I/O模擬量輸出模塊包括單片機(7)、D/A轉換(8)、信號放大(9)、I/O模擬量輸出(10)；其中I/O數(shù)字量輸入模塊包括I/O數(shù)字量輸入(11)、光藕隔離(12)、單片機(13)；I/O數(shù)字量輸出模塊包括單片機(16)、光藕隔離(17)、I/O模擬量輸出(18)；其特征在于所述的模擬量、數(shù)字量輸入模塊增設了Modbus網(wǎng)絡；模擬量、數(shù)字量輸出模塊增設了Modbus網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)；模擬量輸入(1)將信號傳至信號放大(2)，經過模數(shù)轉換A/D(3)把差模轉為共模，作為模數(shù)轉換芯片MAX1270的輸入，經過模數(shù)轉換為數(shù)字量后，通過光藕傳入CPU單片機(4)，單片機(4)收到數(shù)字量數(shù)據(jù)發(fā)送到Modbus網(wǎng)絡(5)上，采用光藕隔離保護；模擬量輸出中Modbus網(wǎng)絡(6)傳送數(shù)據(jù)將信號通過光藕傳入CPU單片機(7)，經過D/A轉換(8)數(shù)模芯片MAX525轉換為模擬量后，經過信號放大(9)運放LM348放大后，由模擬量輸出(10)輸出；數(shù)字量輸入(11)將信號傳至光藕隔離(12)、CPU單片機(13)，單片機(13)收到數(shù)字量模擬量數(shù)據(jù)發(fā)送到Modbus網(wǎng)絡(14)上的數(shù)據(jù)收發(fā)，采用光藕隔離保護；數(shù)字量輸出中，Modbus網(wǎng)絡寫入數(shù)據(jù)(15)將信號傳入CPU單片機(16)，經過光藕隔離(17)后，再由數(shù)字量輸出(18)；電源分別向單片機和輸入輸出模塊供電；所述的I/O模擬量、數(shù)字量模塊，在硬件CPU單片機中固化本實用新型的軟件。
2.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的I/O數(shù)字量輸入(11)，包含八路輸入電路，光電隔離電路。
3.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的I/O數(shù)字量輸出(18)，包含八路輸出電路、光電隔離電路。
4.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的I/O模擬量輸入(1)，包含四路輸入電路、A/D轉換電路、光電隔離電路。
5.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的I/O模擬量輸出(10)，包含四路輸出電路、D/A轉換電路、光電隔離電路。
6.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的Modbus網(wǎng)絡(5)，主站和從站之間主從通訊方式，用于系統(tǒng)中單元級和現(xiàn)場通信。
7.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的數(shù)字量、模擬量模塊的電源，采用的方式是RC加場效應管，輸出5V和正負14V，一路為主cpu供電，另一路為測量電路供電；另有一路5V電源由24V經DC-DC轉換而得，為通信接口電路供電；三路電源完全隔離。
8.如權利要求1所述的用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，其特征在于所述的模擬量輸入模塊，其運放輸入前設有濾波電路。
專利摘要用于控制器上的一種通用語言的總線接口遠程I/O模塊，連接工業(yè)系統(tǒng)現(xiàn)場裝置，包括數(shù)字量輸入、輸出模塊和模擬量輸入、輸出模塊四個模塊；數(shù)字量、模擬量輸入模塊增設了Modbus網(wǎng)絡，數(shù)字量、模擬量輸出模塊增設了Modbus網(wǎng)絡寫入數(shù)據(jù)；數(shù)字量輸入經過隔離傳入CPU單片機，再到Modbus網(wǎng)絡上收發(fā)；數(shù)字量輸出中，Modbus網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)將信號通過光耦傳入CPU單片機，經過光耦隔離數(shù)字量輸出；模擬量輸入將信號傳至信號放大，模數(shù)轉換，轉換芯片的輸入，模數(shù)轉換為數(shù)字量后，傳入CPU單片機，到Modbus網(wǎng)絡上的數(shù)據(jù)收發(fā)；模擬量輸出中，Modbus網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)將信號通過光耦傳入CPU單片機，轉換芯片MAX525轉換10為模擬量后，再進行信號放大、數(shù)字量模擬量輸出；電源分別向單片機和I/O模塊供電。
文檔編號H04L29/06GK2896348SQ200520045750
公開日2007年5月2日 申請日期2005年10月20日 優(yōu)先權日2005年10月20日
發(fā)明者奚培鋒 申請人:上海電器科學研究所(集團)有限公司