CN101807071B - 一种基于rs485总线的输入输出终端接续控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，包括：第一控制系统，用于采集可编程序控制器PLC输出的信号，然后通过RS485总线传输给第二控制系统，同时接收第二控制系统传输过来的现场装置所输出的信号，然后转发给可编程序控制器PLC；第二控制系统，用于采集现场装置输出的信号，然后通过RS485总线传输给第一控制系统，同时接收第一控制系统传输过来的可编程序控制器PLC所输出的信号，然后转发给现场装置。本发明无需现场装置对协议的支持，即可实现现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，且传输距离长、传输数据可靠，只需要两根电缆来进行通信，有利于降低连接成本，具有重大的实际意义。

Description

一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器

技术领域

本发明涉及可编程序控制器PLC控制和通信技术领域，特别是涉及一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器。

背景技术

目前，为了进行工业现场中多个被控设备(即现场装置)之间的通信，传统的输入/输出I/O装置需要通过导线将被控设备的外部端点与可编程序控制器PLC的端点进行一对一连接，即直接将每一路信号通过电缆连接到PLC的输入模块，这样，需要连接的节点较多(多达144路)。因此这种硬接线的连接方式需要耗费大量的精力进行现场组装与调试，且在实际应用中，由于两者距离较长，而且传输点较多，直接铺设电缆通信会增加成本，随着系统的复杂程度会增加大量的硬接线成本。

鉴于通信在工业领域中有相当大的应用，从简单的RS232、RS422到RS485，再到更高级的通信协议，它们几乎涉及到了工业的全部方面。各种通信协议有各自的特点，从而决定了它的不同应用。现在对于通信的研究已日趋成熟，并且通过转换芯片可以进行任意两种协议的转换，这样可以利用不同协议的优点，也大大增加了产品设计的灵活性。

随着技术的发展，人们逐渐开发出通过总线进行连接，即通过例如Profibus或者DeviceNet等一类的现场总线将现场装置接入PLC。但是，总线连接不仅需要PLC组态，还要求现场装置本身支持总线协议，而许多的现场装置并没有支持某种协议的功能，因此，无法实现用Profibus或者DeviceNet现场总线将现场装置接入PLC。

因此，目前迫切需要开发出一种装置，可以不需要现场装置对协议的支持，即可实现现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，且具有较低的连接成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，其无需现场装置对协议的支持，即可实现现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，且传输距离长、传输数据可靠，只需要两根电缆来进行通信，有利于降低连接成本，促进工业上的推广应用，具有重大的实际意义。

为此，本发明提供了一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，可实现可编程序控制器PLC与现场装置之间的信号通信，包括：

第一控制系统，分别与可编程序控制器PLC、第二控制系统相连接，用于采集可编程序控制器PLC输出的信号，然后通过RS485总线传输给第二控制系统，同时接收第二控制系统传输过来的现场装置所输出的信号，然后转发给可编程序控制器PLC；

第二控制系统，分别与第一控制系统、现场装置相连接，用于采集现场装置输出的信号，然后通过RS485总线传输给第一控制系统，同时接收第一控制系统传输过来的可编程序控制器PLC所输出的信号，然后转发给现场装置。

其中，所述第一控制系统包括：

第一外围输入电路，分别与可编程序控制器PLC、第一通信控制电路相连接，用于采集可编程序控制器PLC所输出的PLC信号并进行隔离，同时完成PLC信号的电平转换，然后输入给第一通信控制电路；

第一外围输出电路，分别与可编程序控制器PLC、第一通信控制电路相连接，用于对第一通信控制电路输出的现场装置信号进行隔离，并完成现场装置信号的电平转换，然后输出给可编程序控制器PLC；

第一通信控制电路，用于采集第一外围输入电路输入的PLC信号，然后通过RS485总线芯片向所述第二控制系统发送该PLC信号，以及通过RS485总线芯片接收所述第二控制系统传输过来的现场装置信号，然后输出给第一外围输出电路。

其中，所述第二控制系统包括有：

第二外围输入电路，分别与现场装置、第二通信控制电路相连接，用于采集现场装置所输出的现场装置信号并进行隔离，同时完成现场装置信号的电平转换，然后输入给第二通信控制电路；

第二外围输出电路，分别与现场装置、第二通信控制电路相连接，用于对第二通信控制电路输出的PLC信号进行隔离，并完成PLC信号的电平转换，然后输出给现场装置；

第二通信控制电路，用于采集第二外围输入电路输入的现场装置信号，然后通过RS485总线芯片向第一通信控制电中的RS485总线芯片发送该现场装置信号，以及通过RS485总线芯片接收第一通信控制电路中的RS485总线芯片传输过来的PLC信号，然后输出给第二外围输出电路。

其中，所述第一通信控制电路包括作为控制核心的单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片，所述单片机AT89S52分别与多个8255芯片、RS485总线芯片相连接，所述多个8255芯片分别与第一外围输入电路、第一外围输出电路相连接。

其中，所述单片机AT89S52与六片8255芯片相连接，其中，所述单片机AT89S52设置两片可编程并行接口芯片8255为输入状态且与第一外围输入电路相连接，所述单片机AT89S52设置四片可编程并行接口芯片8255为输出状态且与第一外围输出电路相连接；

所述RS485总线芯片为MAX485芯片，所述MAX485芯片的数据输出端RO和数据输入端DI分别接单片机AT89S52的串行输入端RXD和串行输出端TXD，所述MAX485芯片的接收控制端RE与发送控制端DE连接在一起。

其中，所述第一外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述可编程序控制器PLC，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接。

其中，所述第一外围输出电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的集电极接+24V的外部电源，所述三极管8050的发射极接可编程序控制器PLC。

其中，所述第一通信控制电路还包括一个振荡电路和一个复位电路，所述单片机AT89S52的XTAL1和XTAL2端口接所述振荡电路，所述振荡电路由一个石英晶体谐振器和两个电容并联组成；所述复位电路与单片机AT89S52的复位引脚RESET相接，所述复位电路包括一个电解电容、一个按钮以及一个电阻，所述电解电容与由按钮和电阻组成的串联支路相并联，所述电解电容的正端接外部电源，另一端接单片机AT89S52的复位引脚RESET。

其中，所述第二通信控制电路包括作为控制核心的单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片5，所述单片机AT89S52分别与多个8255芯片、RS485总线芯片相连接，所述多个8255芯片分别与第一外围输入电路、第一外围输出电路相连接。

其中，所述单片机AT89S52与六片8255芯片相连接，其中，所述单片机AT89S52设置两片8255芯片为输出状态且与第二输出外围输出电路相连接，所述单片机AT89S52设置四片8255芯片为输入状态且与第二外围输入电路相连接；

所述第二外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述现场装置，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接；

所述第二外围输出电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的发射极接现场装置，所述三极管8050的集电极依次接自恢复保险丝Jk60-010、+24V的外部电源。

由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，其无需现场装置对协议的支持，即可实现现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，且传输距离长，采用差分传送更能保证传输数据的可靠性；

此外，对于本发明，只需要两根电缆来进行现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，从而有利于降低连接成本，促进工业上的推广应用，具有重大的实际意义。

附图说明

图1为本发明提供一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器的结构框图；

图2为在第一通信控制电路和第二通信控制电路中，单片机外部扩展一片地址锁存器74LS373的电路图，其中还包括有振荡电路和复位电路；

图3为在第一通信控制电路和第二通信控制电路中，任意一片可编程并行接口芯片8255的电路连接图；

图4为在第一通信控制电路和第二通信控制电路中，所具有的RS485总线芯片MAX485的控制电路图；

图5为在与PLC连接的第一控制系统中，用于向PLC输出信号的第一外围输出电路的电路图；

图6为在与现场装置连接的第二控制系统中，用于向现场装置输出信号的第二外围输出电路的电路图；

图7为在第一控制系统中，用于采集输入所述PLC信号的第一外围输入电路的电路图；

图8为在第二控制系统中，用于采集输入所述现场装置信号的第二外围输入电路的电路图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和实施方式对本

图1为本发明提供一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器的结构框图；

参见图1，本发明提供了一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，可以无需现场装置对协议的支持，即可实现可编程序控制器PLC100与现场装置200之间的信号通信，具体包括有第一控制系统300和第二控制系统400，其中：

第一控制系统300，分别与可编程序控制器PLC100、第二控制系统400相连接，用于采集可编程序控制器PLC100输出的信号，然后通过RS485总线传输给第二控制系统400，同时接收第二控制系统400传输过来的现场装置200所输出的信号，然后转发给可编程序控制器PLC100；

第二控制系统400，分别与第一控制系统300、现场装置200相连接，用于采集现场装置200输出的信号，然后通过RS485总线传输给第一控制系统300，同时接收第一控制系统300传输过来的可编程序控制器PLC100所输出的信号，然后转发给现场装置200。

在本发明中，需要说明的是，所述现场装置是指在工业现场中所用的各类被控设备。

在本发明中，需要说明的是，具体实现上，可编程序控制器PLC100输出48路信号给第一控制系统300，现场装置200输出96路信号给第二控制系统400。

在本发明中，所述第一控制系统300包括有第一外围输入电路301、第一外围输出电路302和第一通信控制电路303，其中：

第一外围输入电路301，分别与可编程序控制器PLC100、第一通信控制电路303相连接，用于采集可编程序控制器PLC100(具体为PLC中的数字量输出模块)所输出的PLC信号并进行隔离，同时完成PLC信号的电平转换，然后输入给第一通信控制电路303；

在第一外围输入电路301中，进行可编程序控制器PLC输出的PLC信号的隔离和电平转换，为的是生成具有第一通信控制电路能够处理电平的PLC信号，因为PLC处理的信号的电平为+24V，而第一外围输入电路处理信号的电平为+5V；

第一外围输出电路302，分别与可编程序控制器PLC100、第一通信控制电路303相连接，用于对第一通信控制电路303输出的现场装置信号进行隔离，并完成现场装置信号的电平转换，然后输出给PLC(具体为PLC中的数字量输入模块)；

同样在第一外围输出电路302中，进行第一通信控制电路输出的现场装置信号的隔离和电平转换，为的是生成具有PLC能够处理电平的现场装置信号，因为PLC处理的信号的电平为+24V，而第一外围输出电路处理的电平为+5V的晶体管-晶体管逻辑TTL电平；

第一通信控制电路303，用于采集第一外围输入电路301输入的PLC信号，然后通过RS485总线芯片向第二通信控制电路403中RS485总线芯片发送该PLC信号，以及通过RS485总线芯片接收第二通信控制电路403中RS485总线芯片传输过来的现场装置信号，然后输出给第一外围输出电路；

在本发明中，对应地，所述第二控制系统400包括有：

第二外围输入电路401，分别与现场装置、第二通信控制电路403相连接，用于采集现场装置200所输出的现场装置信号并进行隔离，同时完成现场装置信号的电平转换，然后输入给第二通信控制电路；

在第二外围输入电路401中，进行现场装置200输出的现场装置信号的隔离和电平转换，为的是生成具有第二通信控制电路能够处理电平的现场装置信号，因为现场装置处理的信号的电平为+24V，而第二外围输入电路处理信号的电平为+5V；

第二外围输出电路402，分别与现场装置、第二通信控制电路403相连接，用于对第二通信控制电路输出的PLC信号进行隔离，并完成PLC信号的电平转换，然后输出给现场装置；

同样在第二外围输出电路402中，进行第二通信控制电路402输出的PLC信号的隔离和电平转换，为的是生成具有现场装置能够处理电平的PLC信号，因为现场装置处理的信号的电平为+24V，而第二外围输出电路处理的电平为+5V的晶体管-晶体管逻辑TTL电平；

第二通信控制电路403，用于采集第二外围输入电路401输入的现场装置信号，然后通过RS485总线芯片向第一通信控制电路303中的RS485总线芯片发送该现场装置信号，以及通过RS485总线芯片接收第一通信控制电路303中的RS485总线芯片传输过来的PLC信号，然后输出给第二外围输出电路402；

在本发明中，上述各部分电路的具体组成机构如下：

参见图2、图3，以及结合图5至图8，所述第一通信控制电路303包括作为控制核心的单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片MAX485，所述单片机AT89S52分别与多个可编程并行接口芯片8255、RS485总线芯片相连接，且所述多个8255芯片分别与第一外围输入电路301、第一外围输出电路302相连接，具体实现上，所述单片机AT89S52与六片可编程并行接口芯片8255相连接，其中，所述单片机AT89S52设置两片可编程并行接口芯片8255为输入状态且与第一外围输入电路301相连接，用于采集(即输入)PLC所输出的PLC信号；所述单片机AT89S52设置四片可编程并行接口芯片8255为输出状态且与第一外围输出电路302相连接，用于向PLC发送(即输出)现场装置信号；

参见图2、图3，单片机AT89S52的P00～P07这八个端口为数据位，这八个端口直接接可编程并行接口芯片8255的八位数据输入端D0～D7。由于P00～P07这八个端口还作为单片机AT89S52的低八位地址位，因此所述单片机AT89S52的P00～P07这八个端口与地址锁存器74HS373相连接，需要用地址锁存器74LS373对这些地址进行锁存。该地址锁存器74HS373锁存后输出数据的低两位，即它的输出端口Q0和Q1同时接六片8255芯片的地址位A0和A1，来决定具体会使用一片8255芯片中的哪一组八位的数据输出端口(如图3所示的PA0～PA7或PB0～PB7数据输出端口)，高六位Q2-Q7分别接六片8255的片选端CS，来选择是某一时刻哪一片8255芯片在使用中。

在图2、图3中，本发明只是画出了一片可编程并行接口芯片8255的电路，其余的8255芯片与单片机AT89S52之间的连接基本相同，只是各个片选端CS的接线不同而已。从第1片开始，它们的片选端依次接地址锁存器74HS373的Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2。

参见图2、图3，所述第一通信控制电路303还包括一个振荡电路和一个复位电路，具体为：所述单片机AT89S52的输入端分别接一个振荡电路和一个复位电路，具体实现上，所述单片机AT89S52的XTAL1和XTAL2端口接所述振荡电路，所述振荡电路由一个石英晶体谐振器(即为晶振，其谐振频率为11.0592MHz)和两个电容(30pF)并联组成；

所述复位电路与单片机AT89S52的复位引脚RESET相接，所述复位电路包括一个电解电容、一个按钮以及一个电阻，所述电解电容与由按钮和电阻组成的串联支路相并联，所述电解电容的正端接外部电源，另一端接单片机AT89S52的复位引脚RESET；

具体实现上，所述电解电容的容量为10uF，所述电阻为5.1KΩ的电阻，所述电解电容的正端接+5V电源、另一端接单片机AT89S52的复位引脚RESET。刚刚上电时，由于电解电容的作用，单片机AT89S52的复位引脚RESET端会出现一段高电平，单片机AT89S52复位并运行程序；当系统出现问题需要重新运行时，按下按钮，RESET复位引脚也会出现一段高电平，此时单片机复位，并将重新从头运行内部存储的程序。需要说明的是，具体实现上，在单片机AT89S52存储有使用C语言编写的对信号的扫描和传输的主程序，以及延时、初始化、CRC校验和波特率设定等子程序。

参见图4，所述单片机AT89S52与RS485总线芯片MAX485相连接，具体实现上，所述RS485总线芯片为Maxim公司开发的一种RS-485芯片。参见图4，具体为：所述MAX485芯片的数据输出端RO和数据输入端DI分别接单片机AT89S52的串行输入端RXD和串行输出端TXD，从而完成和单片机AT89S52之间的数据交换。并且，所述MAX485芯片的接收控制端RE与发送控制端DE连接在一起，其中RE为接收使能端，在低电平时MAX485芯片处于接收状态，DE为发送使能端，在高电平时MAX485芯片处于发送状态；此外，所述MAX485芯片具有两条差分信号传输端A和B，可以和另外一片MAX485芯片(例如为第二通信控制电路中的MAX485芯片)的两条差分信号传输端A和B相连接，从而可以完成基于RS485总线的信号通信。

对于本发明，需要说明的是，第二控制系统中的第二通信控制电路与第一控制系统中的第一通信控制电路结构和设置基本相同，都具有图2、图3、图4所示的结构，都包括有单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片MAX485，也具有连接单片机AT89S52的相同的振荡电路和复位电路，它们的区别仅在于：在第二通信控制电路中，所述单片机AT89S52设置两片8255芯片为输出状态且与第二输出外围输出电路402相连接，用于向现场装置输出48路的PLC信号，所述单片机AT89S52设置四片8255芯片为输入状态且与第二外围输入电路401相连接，用于采集输入现场装置所输出的96路的现场装置信号。

如上所述，鉴于第二控制系统中的第二通信控制电路和第一控制系统中的第二控制电路中都具有MAX485芯片，因此，所述第一控制系统和第二控制系统之间可以完成基于RS485总线的信号通信。

需要说明的是，因为在实际应用中，由于可编程序控制器PLC输出48路信号给第一控制系统，现场装置输出96路信号给第二控制系统，而第一控制系统和第二控制系统之间进行信号的互相传输，因此，第一控制系统会输出96路信号到PLC，PLC输出48路到第一控制系统；而在第二控制系统会输出48路信号给现场装置，并且需要采集现场装置输出的96路现场信号，因此6片8255芯片在第一控制系统和第二控制系统这两套中有不同的作用，具体为：在接PLC的第一控制系统中，四片8255芯片设置为输出状态，用于向PLC输出96路信号，两片8255芯片设置为输入状态，用于采集输入PLC所输出的48路信号；而在接装置的第二控制系统中，两片8255芯片设置为输出状态，用于向现场装置输出48路信号，四片8255芯片设置为输入状态，用于采集输入现场装置所输出的96路信号。

图5为在与PLC连接的第一控制系统中，用于向PLC输出信号的第一外围输出电路的电路图。

参见图5，所述第一外围输出电路302包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的集电极接+24V的外部电源，所述三极管8050的发射极接可编程序控制器PLC的数字量输入模块。这样，光耦完成了信号隔离和电平转换的功能，而三极管8050也提供了信号放大的功能。

需要说明的是，参见图5，所述8255芯片的输出信号电平的高低控制光耦TLP521-4另一侧的导通或者断开，其中，在8255芯片的输出信号为高电平时，光耦TLP521-4内的发光二极管截止，光耦TLP521-4无信号输出，此时+24V的外部电源通过5.1KΩ的电阻接三极管8050的基极，三极管8050被导通，从而第一外围输出电路有信号输出，可以输出信号给可编程序控制器PLC，反之，当8255芯片的输出信号为低电平时，光耦TLP521-4内的发光二极管导通，光耦有信号输出，这时三极管8050截止，第一外围输出电路无信号输出；

图6为在与现场装置连接的第二控制系统中，用于向现场装置输出信号的第二外围输出电路的电路图。

参见图6，所述第二外围输出电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的发射极接现场装置，在这里需要注意的是，对于与现场装置相连接的第二控制系统具有的第二外围输出电路，所述三极管8050的集电极不直接连接+24V的外部电源，而是依次接自恢复保险丝Jk60-010、+24V的外部电源，即与外部电源之间多接了一个自恢复保险丝Jk60-010。这样，同样光耦完成了信号隔离和电平转换的功能，而三极管8050也提供了信号放大的功能。

需要说明的是，自恢复保险丝Jk60-010的耐压未60V，在电流在达到100mA时动作。它平时电阻只有几欧，对电路没有很大的影响；但一旦达到动作电流以后，它的电阻会很大，将万用表的电流档打到200K处，都无法测量，达到了切断电路的作用，从而对现场装置进行实时保护。

同理，参见图6，对于第二外围输出电路，所述8255芯片的输出信号电平的高低控制光耦TLP521-4另一侧的导通或者断开，其中，在8255芯片输出的信号为高电平时，光耦TLP521-4内的发光二极管截止，光耦TLP521-4无信号输出，此时+24V的外部电源通过5.1KΩ的电阻接三极管8050的基极，三极管8050被导通，从而第二外围输出电路有信号输出，可以输出信号给现场装置。反之，在8255芯片输出的信号为低电平时，光耦TLP521-4内的发光二极管导通，光耦有信号输出，这时三极管8050截止，第二外围输出电路无信号输出；

图7为在第一控制系统中，用于采集输入所述PLC信号的第一外围输入电路的电路图。

参见图7，所述第一外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述可编程序控制器PLC，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接。

需要说明的是，对于图7所示的第一外围输入电路，通过PLC输出信号电平的高低来控制8255芯片的输入信号为“1”或“0”，工作原理具体为：当PLC输出信号的电平为高电平时，光耦TLP521-4输入侧的发光二极管截止，那么光耦TLP521-4无输出，8255芯片的输入信号为“1”，即没有输入信号；而当PLC输出信号的电平为低电平时，光耦TLP521-4输入侧的发光二极管被导通，光耦有输出，8255芯片的输入信号为“0”，即具有输入信号。

图8为在第二控制系统中，用于采集输入所述现场装置信号的第二外围输入电路的电路图。

参见图8，所述第二外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述现场装置，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接。

同理，需要说明的是，对于图8所示的第二外围输入电路，通过现场装置输出信号电平的高低来控制8255芯片的输入信号为“1”或“0”，工作原理具体为：当现场装置输出信号的电平为高电平时，光耦TLP521-4输入侧的发光二极管截止，那么光耦TLP521-4无输出，8255芯片的输入信号为“1”，即没有向8255芯片输入信号；而当现场装置输出信号的电平为低电平时，光耦TLP521-4输入侧的发光二极管被导通，光耦有输出，8255芯片的输入信号为“0”，即具有向8255芯片输入的信号。

对于本发明的基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，其为工业现场，尤其在PLC控制系统中，提供了一种经济高效的通信方式。因为对于本发明，不管需要传输多少路信号，传输导线只有两根就能保证正常通信，从通信成本低廉；此外，因为RS485总线在几百米范围内具有可靠性的传输，这点是RS232和RS422总线所不具备的，从而可以实现高效的通信。在本发明中，单片机外接8255芯片，可以大限度的扩展输入输出点数，增加了应用的灵活性，且因为外接8255芯片的数目可以根据系统需要增加或者减少，在技术上只需分配好8255的片选段/CS即可：即在需要使用某一个8255芯片时，给该8255芯片的片选端CS用低电平选定，不需要使用某一个8255芯片时，直接将该8255芯片的片选端CS置高电平即可。

本发明对现有技术做了以下改进：

1、对于PLC和现场装置的远距离通信，现有的技术大多采用硬接线方式，即每一路都使用一根电缆才传输信号，这样在信号较多的情况下，就显得不经济，也不利于系统维护。本发明只需要采用两根电缆进行PLC和现场装置之间的通信，而不管具有多少路信号，都能保证传输的可靠性。

2、本发明的通用性，通过外围电路的设计，在具体应用上，本发明可以不必考虑PLC是何种型号，以及现场装置的种类，都能加以运用。现有的技术大多只考虑到了通信的可靠性，或者只考虑了现场设备的驱动，没有将两者结合起来一起。本发明的技术兼顾了两者，使得它能更快的运用到实际中。

综上所述，与现有技术相比较，本发明提供了一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，其无需现场装置对协议的支持，即可实现现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，且传输距离长，采用差分传送更能保证传输数据的可靠性；此外，对于本发明，只需要两根电缆来进行现场装置与可编程序控制器PLC之间的数据通信，从而有利于降低连接成本，促进工业上的推广应用，具有重大的实际意义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于RS485总线的输入输出终端接续控制器，可实现可编程序控制器PLC与现场装置之间的信号通信，其特征在于，包括：

第一控制系统，分别与可编程序控制器PLC、第二控制系统相连接，用于采集可编程序控制器PLC输出的信号，然后通过RS485总线传输给第二控制系统，同时接收第二控制系统传输过来的现场装置所输出的信号，然后转发给可编程序控制器PLC；

所述第一控制系统包括：

第一外围输入电路，分别与可编程序控制器PLC、第一通信控制电路相连接，用于采集可编程序控制器PLC所输出的PLC信号并进行隔离，同时完成PLC信号的电平转换，然后输入给第一通信控制电路；

第一外围输出电路，分别与可编程序控制器PLC、第一通信控制电路相连接，用于对第一通信控制电路输出的现场装置信号进行隔离，并完成现场装置信号的电平转换，然后输出给可编程序控制器PLC；

第一通信控制电路，用于采集第一外围输入电路输入的PLC信号，然后通过RS485总线芯片向所述第二控制系统发送该PLC信号，以及通过RS485总线芯片接收所述第二控制系统传输过来的现场装置信号，然后输出给第一外围输出电路；

第二控制系统，分别与第一控制系统、现场装置相连接，用于采集现场装置输出的信号，然后通过RS485总线传输给第一控制系统，同时接收第一控制系统传输过来的可编程序控制器PLC所输出的信号，然后转发给现场装置；

所述第二控制系统包括有：

第二外围输入电路，分别与现场装置、第二通信控制电路相连接，用于采集现场装置所输出的现场装置信号并进行隔离，同时完成现场装置信号的电平转换，然后输入给第二通信控制电路；

第二外围输出电路，分别与现场装置、第二通信控制电路相连接，用于对第二通信控制电路输出的PLC信号进行隔离，并完成PLC信号的电平转换，然后输出给现场装置；

第二通信控制电路，用于采集第二外围输入电路输入的现场装置信号，然后通过RS485总线芯片向第一通信控制电路中的RS485总线芯片发送该现场装置信号，以及通过RS485总线芯片接收第一通信控制电路中的RS485总线芯片传输过来的PLC信号，然后输出给第二外围输出电路。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一通信控制电路包括作为控制核心的单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片，所述单片机AT89S52分别与多个8255芯片、RS485总线芯片相连接，所述多个8255芯片分别与第一外围输入电路、第一外围输出电路相连接。

3.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述单片机AT89S52与六片8255芯片相连接，其中，所述单片机AT89S52设置两片可编程并行接口芯片8255为输入状态且与第一外围输入电路相连接，所述单片机AT89S52设置四片可编程并行接口芯片8255为输出状态且与第一外围输出电路相连接；

所述RS485总线芯片为MAX485芯片，所述MAX485芯片的数据输出端RO和数据输入端DI分别接单片机AT89S52的串行输入端RXD和串行输出端TXD，所述MAX485芯片的接收控制端RE与发送控制端DE连接在一起。

4.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述第一外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述可编程序控制器PLC，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接。

5.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述第一外围输出电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的集电极接+24V的外部电源，所述三极管8050的发射极接可编程序控制器PLC。

6.如权利要求2所述的控制器，其特征在于，所述第一通信控制电路还包括一个振荡电路和一个复位电路，所述单片机AT89S52的XTAL1和XTAL2端口接所述振荡电路，所述振荡电路由一个石英晶体谐振器和两个电容并联组成；所述复位电路与单片机AT89S52的复位引脚RESET相接，所述复位电路包括一个电解电容、一个按钮以及一个电阻，所述电解电容与由按钮和电阻组成的串联支路相并联，所述电解电容的正端接外部电源，另一端接单片机AT89S52的复位引脚RESET。

7.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第二通信控制电路包括作为控制核心的单片机AT89S52、多个可编程并行接口芯片8255以及RS485总线芯片5，所述单片机AT89S52分别与多个8255芯片、RS485总线芯片相连接，所述多个8255芯片分别与第一外围输入电路、第一外围输出电路相连接。

8.如权利要求7所述的控制器，其特征在于，所述单片机AT89S52与六片8255芯片相连接，其中，所述单片机AT89S52设置两片8255芯片为输出状态且与第二输出外围输出电路相连接，所述单片机AT89S52设置四片8255芯片为输入状态且与第二外围输入电路相连接；

所述第二外围输入电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述现场装置，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接8255芯片和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接；

所述第二外围输出电路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4内发光二极管的阴极接所述8255芯片，所述发光二极管的阳极接+5V的外部电源，所述光耦TLP521-4内光电三极管的发射极接地，所述光电三极管的集电极分别接三极管8050的基极和5.1KΩ的电阻，所述5.1KΩ的电阻还与+24V的外部电源相接，所述三极管8050的发射极接现场装置，所述三极管8050的集电极依次接自恢复保险丝Jk60-010、+24V的外部电源。

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