專利名稱：具有多種總線接口的可配置i/o模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可配置的I/O模塊，尤其涉及具有多種總線接口的可配置I/O模塊，屬于現(xiàn)場(chǎng)總線通訊技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代化工業(yè)的不斷前進(jìn)，人們對(duì)生產(chǎn)過(guò)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(dòng)化控制技術(shù)發(fā)展的主流方向，而現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)正是促使自動(dòng)化系統(tǒng)順應(yīng)這一發(fā)展要求的先進(jìn)技術(shù)。
DeviceNet、ProfiBus-DP、ModBus是三種應(yīng)用十分廣泛的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，每種總線都有多家著名的自動(dòng)化公司支持。
現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊是分布式系統(tǒng)的主要部件，模塊用于連接工業(yè)控制系統(tǒng)中的各種現(xiàn)場(chǎng)裝置如傳感器、按鈕、指示燈、閥門、變送器等現(xiàn)場(chǎng)裝置的開(kāi)關(guān)量及模擬量的輸入、輸出信號(hào)，并把信號(hào)通過(guò)內(nèi)部總線傳送給控制器。I/O模塊是工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用的必備產(chǎn)品，已經(jīng)廣泛運(yùn)用在鋼鐵、石油、化工、電力、建材、機(jī)械制造、汽車、輕紡、交通運(yùn)輸、環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。
目前該技術(shù)領(lǐng)域的I/O模塊大多為固定點(diǎn)數(shù)配置的I/O模塊，每一個(gè)I/O模塊都配置一個(gè)帶總線接口的通信適配器，由于通信適配器部分的成本相對(duì)較高，而每個(gè)I/O模塊的輸入輸出點(diǎn)又不多，使這種分布式控制成本難于下降。
因此，有必要對(duì)I/O模塊進(jìn)行改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供具有多種總線接口的可配置I/O模塊，該模塊包括可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器(多種總線接口)及系列I/O模塊(多種輸入輸出類型)，可用于多總線遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)主站單元同I/O模塊的信息交互。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是該模塊包括可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器及系列I/O模塊?？偩€適配器通過(guò)內(nèi)部總線同系列I/O模塊通信交換數(shù)據(jù)，I/O模塊可以多品種多數(shù)量靈活組合，內(nèi)部總線使用的是高速串行總線I2C；總線適配器又通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(外部總線)同主站單元(一般為PLC或PC)交換信息，就實(shí)現(xiàn)了主站單元同I/O模塊的信息交互，實(shí)現(xiàn)了帶有現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O的功能。
總線適配器包括DeviceNet、Profibus-DP、Modbus三種現(xiàn)場(chǎng)總線接口。
所述的可配置I/O模塊里固化了數(shù)字量模塊的程序流程、模擬量模塊的程序流程。
系列I/O模塊包括數(shù)字量16點(diǎn)輸入、數(shù)字量16點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)繼電器輸出、數(shù)字量8點(diǎn)輸入8點(diǎn)輸出、模擬量8點(diǎn)輸入、模擬量4點(diǎn)輸出、電量測(cè)量模塊7種。
可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器通過(guò)內(nèi)部總線可以連接最多8個(gè)不同類型、不同點(diǎn)數(shù)的I/O模塊；可自動(dòng)分配內(nèi)部總線地址，掃描連接的I/O模塊的數(shù)量和類別，并確定IO報(bào)文長(zhǎng)度和配置文件；當(dāng)連接的I/O模塊發(fā)生變化或故障后，能自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)錯(cuò)并停止工作；可通過(guò)RS232串口和外部的現(xiàn)場(chǎng)總線兩種途徑向用戶提供當(dāng)前的I/O模塊的配置情況和狀態(tài)；外部總線模塊指示燈和網(wǎng)絡(luò)指示燈、內(nèi)部總線狀態(tài)指示燈可指示各種運(yùn)行狀態(tài)，狀態(tài)指示清晰明了；外部總線波特率和地址使用撥碼設(shè)置，設(shè)置簡(jiǎn)單方便；用戶可通過(guò)RS232串口對(duì)可配置I/O模塊進(jìn)行配置。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的具有多種總線接口的可配置I/O可以使通信適配器可與I/O模塊靈活連接，可實(shí)現(xiàn)多種規(guī)模的控制系統(tǒng)，用本項(xiàng)目研究成果構(gòu)成的系統(tǒng)，增加I/O點(diǎn)數(shù)無(wú)需重新布線，只要在現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O模塊上增加新的I/O模塊，改變總線接口無(wú)需重新布線，只要在現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O模塊上連接新的總線適配器，即可接入新的總線系統(tǒng)；模塊連接到不同總線的系統(tǒng)只需連接不同的通信適配器，非常方便，成本降低而產(chǎn)品通用性卻會(huì)大幅提高。本發(fā)明的推廣和使用具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的系統(tǒng)原理框圖；圖2為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器框圖；圖3為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的數(shù)字量模塊框圖；圖4為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的模擬量模塊框圖；圖5為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的適配器模塊的程序流程圖；圖6為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的數(shù)字量模塊的程序流程圖；圖7為本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的模擬量模塊的程序流程圖。
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1，這是本發(fā)明具有多種總線接口的可配置I/O模塊的系統(tǒng)原理框圖。
如圖所示，可配置I/O包括可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器及系列I/O模塊?？偩€適配器通過(guò)內(nèi)部總線同系列I/O模塊通信交換數(shù)據(jù)；總線適配器又通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線(外部總線)同主站單元(一般為PLC或PC)交換信息，實(shí)現(xiàn)了主站單元同I/O模塊的信息交互。
如圖所示，I/O模塊可以靈活組合，可實(shí)現(xiàn)多種規(guī)模的控制系統(tǒng)，當(dāng)系統(tǒng)需要增加點(diǎn)數(shù)時(shí)，無(wú)需重新布線，只需再現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O模塊上增加新的模塊插板；模塊具有多種總線接口，可方便接入多種總線系統(tǒng)，滿足多總線系統(tǒng)的要求，當(dāng)系統(tǒng)需要改變總線接口時(shí)，無(wú)需重新布線，只要在現(xiàn)有遠(yuǎn)程I/O模塊上連接新的總線適配器即可。
參照?qǐng)D2，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器框圖。
如圖所示，總線適配器硬件主要包括主芯片LPC2292 ARM，指示燈，用于波特率地址輸入的撥碼，內(nèi)部總線接口，外部總線接口，用于上位機(jī)配置的RS232串口，RS232芯片使用的是SP3232，電源等。
用戶可以通過(guò)上位機(jī)軟件對(duì)可配置I/O模塊進(jìn)行配置，包括配置I/O模塊數(shù)量和類型等，然后可通過(guò)RS232口下載配置信息。配置完成重新上電后，總線適配器主芯片LPC2292 ARM首先會(huì)讀取用戶的配置信息，然后會(huì)對(duì)實(shí)際連接的I/O模塊進(jìn)行自動(dòng)掃描(包括自動(dòng)分配內(nèi)部總線地址，讀取各個(gè)I/O模塊狀態(tài)字節(jié))，接著總線適配器會(huì)比對(duì)用戶的配置信息與實(shí)際的I/O模塊配置，兩者相符合時(shí)，可配置I/O模塊可進(jìn)入正常運(yùn)行狀態(tài)。另一方面總線適配器會(huì)進(jìn)行外部總線的初始化，建立與主站的連接。在總線適配器中，一方面主芯片LPC2292 ARM芯片通過(guò)外部總線接口與主站進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)交換(不同總線的適配器可以連接到不同的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò))，另一方面通過(guò)內(nèi)部總線更新連接的I/O模塊數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D3，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的數(shù)字量模塊框圖。
如圖所示，數(shù)字量硬件設(shè)計(jì)主要包括主芯片CPLD，光耦隔離，輸入輸出接口，狀態(tài)指示燈，電源等。對(duì)于數(shù)字量輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后進(jìn)入CPLD，CPLD對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和采集，然后通過(guò)內(nèi)部總線傳送給總線適配器；對(duì)于數(shù)字量輸出信號(hào)，CPLD芯片從內(nèi)部總線獲得輸出數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)光耦隔離，就可控制輸出接口驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件；CPLD同時(shí)通過(guò)狀態(tài)燈將目前的狀態(tài)進(jìn)行顯示。
參照?qǐng)D4，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的模擬量模塊框圖。如圖所示，模擬量硬件設(shè)計(jì)主要包括主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔離，輸入輸出接口，狀態(tài)指示燈，電源等。模擬量輸出模塊中，P89LPC931從內(nèi)部總線獲得輸出數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)光耦隔離，通過(guò)SPI串行接口發(fā)送給DA芯片MAX525，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換后，通過(guò)輸出接口輸出模擬量。模擬量輸入模塊中，AD芯片MAX1270把采集的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)后，經(jīng)過(guò)光耦隔離，通過(guò)SPI串行接口發(fā)送給P89LPC931，然后P89LPC931再把數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部總線傳送給總線適配器。
參照?qǐng)D5，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的適配器模塊的程序流程圖。如圖所示，每次上電以后，總線適配器首先會(huì)讀取用戶的配置信息，然后對(duì)I/O模塊進(jìn)行復(fù)位，對(duì)實(shí)際連接的I/O模塊進(jìn)行自動(dòng)掃描，掃描結(jié)束以后對(duì)實(shí)際連接的I/O模塊進(jìn)行自動(dòng)分配內(nèi)部總線地址，并確定I/O模塊類型，確定I/O報(bào)文的長(zhǎng)度。然后總線適配器會(huì)進(jìn)行外部總線的初始化，建立與主站的連接，當(dāng)這些工作完成以后，總線適配器開(kāi)始交換數(shù)據(jù)，通過(guò)外部總線接口與主站進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)交換，通過(guò)內(nèi)部總線更新連接的I/O模塊數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D6，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的數(shù)字量模塊的程序流程圖。如圖所示，上電后，首先對(duì)數(shù)字量I/O模塊進(jìn)行復(fù)位初始化，然后通過(guò)內(nèi)部總線讀取總線適配器分配的地址，接著發(fā)送狀態(tài)字節(jié)，然后更新數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部總線與總線適配器交換數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)。
參照?qǐng)D7，這是本發(fā)明的可配置I/O模塊的模擬量模塊的程序流程圖。如圖所示，上電后，首先對(duì)模擬量I/O模塊進(jìn)行復(fù)位初始化，然后通過(guò)內(nèi)部總線讀取總線適配器分配的地址，接著發(fā)送狀態(tài)字節(jié)，然后更新模擬量I/O數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部總線與總線適配器交換模擬量I/O數(shù)據(jù)。
雖然本發(fā)明已參照上述的實(shí)施例來(lái)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(shí)到以上的實(shí)施例僅是用來(lái)說(shuō)明本發(fā)明，應(yīng)理解其中可作各種變化和修改而在廣義上沒(méi)有脫離本發(fā)明，所以并非作為對(duì)本發(fā)明的限定，只要在本發(fā)明的實(shí)質(zhì)精神范圍內(nèi)，對(duì)以上所述的實(shí)施例的變化、變形都將落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.具有多種總線接口的可配置I/O模塊，用于多種總線遠(yuǎn)程I/O產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)合，實(shí)現(xiàn)主站單元同I/O模塊的信息交互，其特征在于該模塊包括可配置現(xiàn)場(chǎng)總線適配器(1)及系列I/O模塊(2)；總線適配器又通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線同主站單元交換信息，主站單元同I/O模塊的信息交互，實(shí)現(xiàn)了帶有現(xiàn)場(chǎng)總線遠(yuǎn)程I/O的功能；所述的可配置I/O模塊里固化了數(shù)字量模塊的程序流程、模擬量模塊的程序流程。
2.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的總線適配器(1)，其交換信息，通過(guò)內(nèi)部總線同系列I/O模塊通信交換數(shù)據(jù)，I/O模塊可多品種多數(shù)量靈活組合，內(nèi)部總線使用的是高速串行總線I2C；所述的總線適配器(1)，包括DeviceNet、Profibus-DP、Modbus三種現(xiàn)場(chǎng)總線接口。
3.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的系列I/O模塊(2)，包括數(shù)字量16點(diǎn)輸入、數(shù)字量16點(diǎn)晶體管輸出、8點(diǎn)繼電器輸出、數(shù)字量8點(diǎn)輸入8點(diǎn)輸出、模擬量8點(diǎn)輸入、模擬量4點(diǎn)輸出、電量測(cè)量模塊7種。
4.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的所述的數(shù)字量模塊，對(duì)于數(shù)字量輸入信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過(guò)光耦隔離后進(jìn)入CPLD，CPLD對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理和采集，然后通過(guò)內(nèi)部總線傳送給總線適配器；對(duì)于數(shù)字量輸出信號(hào)，CPLD芯片從內(nèi)部總線獲得輸出數(shù)據(jù)后，就可控制輸出接口驅(qū)動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行元件；CPLD同時(shí)通過(guò)狀態(tài)燈將目前的狀態(tài)進(jìn)行顯示。
5.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的I/O模塊(2)的模擬量模塊，包括主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔離，輸入輸出接口，狀態(tài)指示燈，電源。
6.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的I/O模塊(2)模擬量輸出模塊，其中P89LPC931從內(nèi)部總線獲得輸出數(shù)據(jù)后，通過(guò)SPI串行接口發(fā)送給DA芯片MAX525，經(jīng)過(guò)DA轉(zhuǎn)換后，通過(guò)輸出接口輸出模擬量。
7.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的I/O模塊(2)模擬量輸入模塊，模擬量輸入模塊中，AD芯片MAX1270把采集的模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)后，通過(guò)SPI串行接口發(fā)送給P89LPC931，然后P89LPC931再把數(shù)據(jù)通過(guò)內(nèi)部總線傳送給總線適配器。
8.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的可配置I/O模塊的程序流程，其步驟如下每次上電以后，總線適配器首先會(huì)讀取用戶的配置信息，然后對(duì)I/O模塊進(jìn)行復(fù)位，對(duì)實(shí)際連接的I/O模塊進(jìn)行自動(dòng)掃描，掃描結(jié)束以后對(duì)實(shí)際連接的I/O模塊進(jìn)行自動(dòng)分配內(nèi)部總線地址，并確定I/O模塊類型，確定I/O報(bào)文的長(zhǎng)度，然后總線適配器會(huì)進(jìn)行外部總線的初始化，建立與主站的連接，當(dāng)這些工作完成以后，總線適配器開(kāi)始交換數(shù)據(jù)，通過(guò)外部總線接口與主站進(jìn)行I/O數(shù)據(jù)交換，通過(guò)內(nèi)部總線更新連接的I/O模塊數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的可配置I/O模塊的數(shù)字量模塊的程序流程，其步驟如下上電后，首先對(duì)數(shù)字量I/O模塊進(jìn)行復(fù)位初始化，然后通過(guò)內(nèi)部總線讀取總線適配器分配的地址，接著發(fā)送狀態(tài)字節(jié)，然后更新數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部總線與總線適配器交換數(shù)字量I/O數(shù)據(jù)。
10.如權(quán)利要求1所述具有多種總線接口的可配置I/O模塊，其特征在于所述的可配置I/O模塊的模擬量模塊的程序流程，其步驟如下上電后，首先對(duì)模擬量I/O模塊進(jìn)行復(fù)位初始化，然后通過(guò)內(nèi)部總線讀取總線適配器分配的地址，接著發(fā)送狀態(tài)字節(jié)，然后更新模擬量I/O數(shù)據(jù)，并通過(guò)內(nèi)部總線與總線適配器交換模擬量I/O數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有多種總線接口的可配置I/O模塊，包括適配器及系列I/O模塊；通過(guò)內(nèi)部總線同系列I/O模塊交換數(shù)據(jù)，并可多品種多數(shù)量靈活組合。系列模塊包括數(shù)字量16點(diǎn)輸入、16點(diǎn)輸出、8點(diǎn)繼電器輸出、數(shù)字量8點(diǎn)輸入8點(diǎn)輸出、模擬量8點(diǎn)輸入、4點(diǎn)輸出、電量測(cè)量模塊7種。適配器內(nèi)部連接最多8個(gè)不同類型、不同點(diǎn)數(shù)的I/O模塊；自動(dòng)分配內(nèi)部總線地址，掃描連接的I/O模塊的數(shù)量和類別，并確定IO報(bào)文長(zhǎng)度和配置文件；當(dāng)發(fā)生故障后，能自動(dòng)檢測(cè)、報(bào)錯(cuò)并停止工作；通過(guò)串口和外部的現(xiàn)場(chǎng)總線提供當(dāng)前模塊的配置情況和狀態(tài)；指示燈、網(wǎng)絡(luò)指示燈、狀態(tài)指示燈可指示運(yùn)行狀態(tài)；總線波特率和地址撥碼設(shè)置，設(shè)置簡(jiǎn)單方便；可通過(guò)串口對(duì)可配置I/O模塊進(jìn)行配置。
文檔編號(hào)H04L12/40GK1964363SQ20061011879
公開(kāi)日2007年5月16日 申請(qǐng)日期2006年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月28日
發(fā)明者奚培峰, 應(yīng)成, 薛吉, 王偉 申請(qǐng)人:上海電器科學(xué)研究所(集團(tuán))有限公司