CN101662369B - 万用网络适配器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一般网络结构，具体涉及工业控制用RS-232、RS-422/RS-485相互作用的系统以及万用网络适配器。本发明它有两个端口：第一总线接口：用于监控主机广播的包含地址信息的数据流；第二总线接口：负责主机主应用与远程站的数据交换；第二总线接口是否开通由网络适配器依据第一总线接口接收到的地址信息控制，由单片机完成第一总线接口数据收发和第二总线接口的控制。本发明将不具备联网功能的相同或不同厂家的设备、同种或不同种的设备、相同或不同协议的通讯口统一转换为RS-422/RS-485，并分配地址组成星型、环型、总线型或混合型工业控制网，同时还大大延长了通讯距离，便于集中监控和管理。

Description

万用网络适配器

技术领域

本发明涉及一般网络结构，具体涉及工业控制用RS-232、RS-422/RS-485相互作用的系统的万用网络适配器。

背景技术

计算机与计算机或计算机与终端之间的数据传送可以采用串行通讯和并行通讯二种方式。由于串行通讯方式具有使用线路少、成本低，特别是在远程传输时，避免了多条线路特性的不一致而被广泛采用。在串行通讯时，要求通讯双方都采用一个标准接口，使不同的设备可以方便地连接起来进行通讯。

RS-232-C接口又称EIARS-232-C，是目前最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会(EIA)联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间串行二进制数据交换接口技术标准”，该标准规定采用一个25个脚的DB25连接器，对连接器的每个引脚的信号内容加以规定，还对各种信号的电平加以规定。

接口的信号内容：实际上RS-232-C的25条引线中有许多是很少使用的，在计算机与终端通讯中一般只使用3-9条引线。接口的电气特性：在RS-232-C中任何一条信号线的电压均为负逻辑关系，即：逻辑“1”，-5—-15V；逻辑“0”+5—+15V。噪声容限为2V。即要求接收器能识别低至+3V的信号作为逻辑“0”，高到-3V的信号作为逻辑“1”。接口的物理结构：RS-232-C接口连接器一般使用型号为DB-25的25芯插头座，通常插头在DCE端，插座在DTE端.一些设备与PC机连接的RS-232-C接口，因为不使用对方的传送控制信号，只需三条接口线，即“发送数据”、“接收数据”和“信号地”。所以采用DB-9的9芯插头座，传输线采用屏蔽双绞线。传输电缆长度：由RS-232C标准规定在码元畸变小于4％的情况下，传输电缆长度约为15米。

由于RS-232-C接口标准出现较早，难免有不足之处，主要有以下四点：接口的信号电平值较高，易损坏接口电路的芯片，又因为与TTL电平不兼容故需使用电平转换电路方能与TTL电路连接；传输速率较低，在异步传输时，波特率为20Kbps；接口使用一根信号线和一根信号返回线而构成共地的传输形式，这种共地传输容易产生共模干扰，所以抗噪声干扰性弱；传输距离有限，最大传输距离标准值为15米，实际上也能用在50米左右。

针对RS-232-C的不足，于是就不断出现了一些新的接口标准，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mb/s，传输距离延长到1200米(速率低于100kb/s时)，并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。

RS-485的电气特性：逻辑“1”以两线间的电压差为+(2～6)V表示；逻辑“0”以两线间的电压差为-(2～6)V表示。接口信号电平比RS-232-C降低了，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，可方便与TTL电路连接。RS-485的数据最高传输速率为10Mbps。RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干能力增强，即抗噪声干扰性好。RS-485接口的最大传输距离标准值为1200米，实际上可达3000米，另外RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器，即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力，这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。

串行通讯接口标准上世纪60年代就已公布，各种智能工业控制器基本都带有RS-232接口，用于参数修改、程序上下载、监控等，它们一般只能点对点通讯，当现场设备达到数十或数百台或距离分布较远时对它们进行集中管理就显得异常重要，但是要把型号相同或不同的设备、相同或不同厂家的设备、同种或不同种的设备、相同或不同协议的通讯口联成一个网并发挥网络优势非常困难，一个重要的原因是各控制器厂商未能公开通讯协议，即使采用相同的网络硬件接口而物理上联成了一个网也毫无实际意义。

广大的现场工程师受此长期困扰，热切地盼望着能有一种产品实现这个功能而对其它实时控制不产生任何不利影响。

网络技术已经深入工控各个领域，不过在工业现场仍有很多单机设备提供了RS-232串口或其它形式的通讯接口可以完成点对点通讯，但无法或不容易将它们联网。将工业现场的智能控制器联网，控制器可以是型号相同或不同的设备、相同或不同厂家的设备、同种或不同种的设备、相同或不同通讯协议的设备。

发明内容

本发明是万用网络适配器，它有两个端口：第一总线接口：用于监控主机广播的包含地址信息的数据流；第二总线接口：负责主机主应用与远程站的数据交换；第二总线接口是否开通由网络适配器依据第一总线接口接收到的地址信息控制，由单片机完成第一总线接口数据收发和第二总线接口的控制。

本发明设计一个硬件网络接口，绕开千差万别的用户应用程序和具体的通讯协议及其数据格式，将不具备联网功能的相同或不同厂家的设备、同种或不同种的设备、相同或不同协议的通讯口统一转换为RS-422/RS-485，并分配地址组成星型、环型、总线型或混合型工业控制网，同时还大大延长了通讯距离，便于集中监控和管理。

附图说明

图1为实现本发明的必要计算环境；

图2为万用网络适配器内部结构及信号流程图；

图3为万用网络适配器中单片机1程序流程图；

图4为万用网络适配器中单片机2程序流程图；

图5为本发明的实施例框图。

具体实施方式

依据附图对本发明作进一步说明如下：

图1所示：计算机2包含一个或更多个中央处理单元(CPU)104(仅示出1个)、易失性存贮器124、非易失性储存设备106、操作系统108、2个串口驱动器116和118、2个串行物理接口、应用程序110和12在存储器124中执行并能够通过串行接口从远程计算机传输和接收数据。计算机102可以包括任何领域内已知的计算设备，例如大型机、服务器、个人计算机、工作站、膝上型计算机、手持式计算机。可以使用各种领域内已知的CPU104和操作系统108。存贮器124中的程序和数据可以被交换到储存设备106中，作为存储器管理操作的一部分。应用1为与远程站建立通讯并进行诸如程序上下载、参数监控等功能的应用程序，通过物理接口120从RS-422/RS-485总线上存取数据。应用2接收人工输入的待选通的适配器地址(可为任意ASCII字符)并通过物理接口122将地址号发送到RS-422/RS-485总线上。

图2所示：物理接口1226为RS-422/RS-485接口，接口转换1208将RS-422/RS-485信号转换为TTL电平，送到单片机204和206，地址显示214用于显示本适配器地址和网络主机选通的适配器地址，状态监视216和218用于监控网络数据状态及本适配器的选通状态，单片机206依接口转换1208传送的地址信息，输出开关量信号控制接口转换2210和接口转换3212，使它们处于高阻状态或正常工作状态，从而使本适配器从网络断开或接通至网络。接口转换2210将RS-422/RS-485信号转换为TTL电平，接口转换3212将TTL电平转换为RS-232信号，可连接到智能仪表、PLC、变频器等。稳压电源220为适配器提供电源。

图3所示：万用网络适配器中单片机1204执行的程序流程图，首先显示本适配器地址，一旦检测到总线上有正确的地址数据，即显示主机选通的适配器地址，便于用户监视网络状态。

图4所示：万用网络适配器中单片机2206执行的程序流程图，循环检测总线上的数据，一旦有正确的地址数据且该地址与本适配器地址一致即将远程站与主机间的总线接通，否则保持高阻状态，网络中所有适配器地址不应重复，它们由出厂时用软件设定。

图5所示：实现本发明的实施例框图，所有远程站可按总线型、星型、环型或混合型连接，总线应采用双绞屏蔽线，两条总线可在同一根通讯电缆中。远程站可以是PLC、变频器、直流调速器、智能调节器、PC、DCS等其它带有通讯接口的智能控制器。

出于图示和描述目的已给出了对本发明各种实施方案的以上描述，这些描述不是要成为穷尽性的，或者将本发明限制为所公开的精确形式。按照以上教导，很多修改和变化都是可能的，比如图1中(126)和(128)也可以是TCP/IP->RS-422/RS-485转换器。本发明的范围不仅仅是要由这一详细描述来限定，以上说明书、实施例和数据提供了生产和使用本发明的构成的完整描述，可以在不偏离本发明的精神和范围的情况下实现本发明的很多实施方案。

本发明将不具备联网功能的相同或不同厂家的设备、同种或不同种的设备、相同或不同协议的通讯口统一转换为RS-422/RS-485，并分配地址组成星型、环型、总线型或混合型工业控制网，同时还大大延长了通讯距离，便于集中监控和管理。

Claims (10)

1.一种万用网络适配器，其特征在于：包括：

第一总线接口：用于监控主机广播的包含地址信息的数据流； 

第二总线接口：负责主机主应用与远程站的数据交换； 

其中，第二总线接口是否开通由网络适配器依据第一总线接口接收到的地址信息控制，由单片机完成第一总线接口数据收发和第二总线接口的控制；

首先显示本适配器地址，一旦检测到总线上有正确的地址数据，即显示主机选通的适配器地址，便于用户监视网络状态。

2. 根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：第一总线接口和第二总线接口是相互物理地分离的。

3.  根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：主机包含一个或更多个中央处理单元CPU(104)、易失性存贮器(124)、非易失性储存设备(106)、操作系统(108)、2个串口驱动器(116和118)、2个串行物理接口，应用程序(110和112)在易失性存贮器(124)中执行并能够通过串行接口从远程计算机传输和接收数据，易失性存贮器(124)中的程序和数据可以被交换到非易失性储存设备(106)中，作为易失性存贮器管理操作的一部分。

4.根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：  

包含主机中远程站地址选择并广播的应用程序；与远程站建立通讯并进行程序上下载、参数监控的应用程序，通过物理接口(120)从RS-422/RS-485总线上存取数据。

5. 根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：单片机依接口转换传送的地址信息，输出开关量信号控制接口转换，使它们处于高阻状态或正常工作状态，从而使本适配器从网络断开或接通至网络。

6.  根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：接口转换(210)将RS-422/RS-485信号转换为TTL电平，接口转换(212)将TTL电平转换为RS-232信号，可连接到智能仪表、PLC、变频器，稳压电源(220)为适配器提供电源。

7. 根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：接收人工输入的待选通的适配器地址并通过物理接口(122)将地址号发送到RS-422/RS-485总线上。

8. 根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：循环检测总线上的数据，一旦有正确的地址数据且该地址与本适配器地址一致即将远程站与主机间的总线接通，否则保持高阻状态。

9.根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：所有远程站可按总线型、星型、环型或混合型连接，总线采用双绞屏蔽线，两条总线在同一根通讯电缆中。

10.  根据权利要求1所述的万用网络适配器，其特征在于：远程站为PLC、变频器、直流调速器、智能调节器、PC或DCS。

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