CN104077251A - 一种接口转换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子技术领域。一种接口转换器，包括COM1接口模块、CPLD处理器系统、COM2接口模块，COM1接口模块由电平转换电路、数据隔离电路、数据整形滤波电路组成，用来读取接口的18bit加权平行数据；CPLD处理器系统是由格雷码转换电路、数据冗余处理电路、数据平串转换电路、发送寄存器电路组成，用来转换18bit加权平行数据；COM2口由发送控制器、数据发送电路组成，用来发送转换后的数据。本发明通过可在1580热轧产线上的使用，保证了1580热轧产线的基础自动化与特殊传感器分离，提供了新基础自动化采集特殊传感器设备的技术保障；该产品适合在同类产线改造中推广应用。

Description

一种接口转换器

技术领域

本发明涉及电子技术领域，具体涉及接口转换器。

背景技术

热轧1580mm产线三电系统改造于2009年12月决定由宝钢自主完成改造。项目组开展改造方案及技术研究工作，经过综合比对研究并结合宝钢对三电技术的储备和今后发展规划，热轧1580mm产线三电系统采用西门子TDC系统为架构进行改造。在深入调研1580mm产线现有传感器接口技术过程中，发现轧线液压控制器使用的油缸位置传感器MP-SCALE在西门子TDC中较难处理。西门子提议液压调节器采用S7-400，宝钢曾经采用单独的TDCCPU加SM500接口卡进行数据读写测试。两种方案都存在明显的不足并需要投入大量的硬件设备，投资费用较高。因此，需要研究开发一种能不改变西门子SIROLL架构的MP-SCALE特殊传感器读取方式。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种接口转换器，以解决上述技术问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种接口转换器，包括COM1接口模块、CPLD处理器系统、COM2接口模块，其特征在于，COM1接口模块由电平转换电路、数据隔离电路、数据整形滤波电路组成，用来读取接口的18bit加权平行数据；

CPLD处理器系统是由格雷码转换电路、数据冗余处理电路、数据平串转换电路、发送寄存器电路组成，用来转换18bit加权平行数据；

COM2口由发送控制器、数据发送电路组成，用来发送转换后的数据。

所述COM1接口模块是一个18BIT高速平行数据输入接口。其中电平转换电路其功能是实现将传感器送输出0-48V或0-24V电压信号转换成0-5V（R1、R5、R6、R7、R8），以解决输入信号电平匹配问题。作为一种优选方案，所述电平转换电路将传感器的DC48V电压信号转换成DC5V电压。电平匹配电路必须具有极小的吸收能耗，本电平匹配的吸收能耗控制在100uW以内。数据隔离电路是解决系统的共模和串模干扰，提高系统的抗EMS能力。数据整形滤波电路是用来消除高速数据传输过程产生的波形畸变和毛刺。数据隔离电路采用电气三隔离技术。电气三隔离技术指的是数据总线隔离、通讯总线隔离和电源隔离。可以有效地消除系统间的串扰和共地寄生干扰。在本数据隔离电路中数据总线采用美国TI公司高速数字隔离器件ISO7240。此器件的工作最高频率

20MHz,最高工作温度为120℃。数据整形滤波电路采用常规的电容滤波。分别对电源正负极（+/-）之间和数据线对地（GND）进行电容滤波。

格雷码转换电路是将传感器送出的18位平行二进制数转换成相应的格雷码。以提高SSI接口发送的正确性。数据冗余处理电路是对传感器送出的18位平数据进行双通道读取、真伪鉴别、格雷码转换，然后将两组数据进行比较。两组数据相同，表明获取和处理的数据真确有效，被存入寄存器。数据平串转换电路是将寄存器内保存的18位平行格雷码转换成一串符合西门子SSI通讯规约的数据流。待SSI接口空闲时送入发送寄存器。发送寄存器是用来锁存被发送的数据流。在SSI接口发送期间，发送寄存器内信息被锁存，在SSI接口空闲时，允许对发送寄存器进行信息更新。CPLD处理器系统可采用EPM570可编程逻辑芯片。

COM2口是一个高速同步串行通讯口，其电气特性为差分驱动的RS485/422结构，通讯规约为通用SSI协议。由发送控制器、数据发送电路组成。发送控制器优选ISO7220发送控制器。发送控制器同步SSI发送时钟，有序地将发送寄存器中的信息通过SSI接口发往PLC。监视SSI接口忙闲状态，控制开放数据寄存器。监控SSI接口数据发送过程，发现异常，激励报警。并根据异常情况，恢复SSI接口的工作状态。其中，ISO7220发送控制器由ISO7221数字隔离器和SN65176组成。SSI转发卡中的CPLD在新PLC系统发出的同步时钟控制下，将符合SSI通讯规约的串行数据流依次送入新PLC系统中。ISO7221数字隔离器用来进行数据隔离，实现SSI转发卡与新PLC系统在电气上完全隔离。SN65176BD是工业级单RS485收发器，它的最高传输频率为10MHz，工作环境温度-20-120C⁰ SN65176BD是将CPLD送出的TTL电平信号转换成对称差分信号，以满足SSI信号远传的需要。

一种接口转换器，还包括一电源，所述电源采用冗余方式的电源，以提高SSI转发卡工作的可靠性，将因板卡故障而影响生产的事件降为零。在正常情况下两个电源自动动态轮换工作，A、B两路电源指示灯同时点亮。当某一路电源发生故障，另一路电源将单独工作，同时故障一路电源指示灯息灭。由于D1、D3二极管单向导通作用，所以故障电源不会影响正常电源的输出。同时在两个DC/DC隔离电源模块的DC24输入端接有PTC自恢复电子保险器。当某一路电源发生故障，电流超过50MA时，PTC阻值会急剧增加，自动切断故障电源与外界的连接。确保万一某一电源发生故障，不会影响整个系统正常工作。

有益效果：本发明通过可在1580热轧产线上的使用，保证了1580热轧产线的基础自动化与特殊传感器分离，提供了新基础自动化采集特殊传感器设备的技术保障；该产品适合在同类产线改造中推广应用。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为COM1接口模块的电路图；

图3为COM2接口模块的电路图；

图4为电源冗余电路图；

图5为CPLD处理器系统原理流程图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

参照图1和图2，一种接口转换器，包括COM1接口模块、CPLD处理器系统、COM2接口模块，COM1接口模块由电平转换电路、数据隔离电路、数据整形滤波电路组成，用来读取接口的18bit加权平行数据；CPLD处理器系统是由格雷码转换电路、数据冗余处理电路、数据平串转换电路、发送寄存器电路组成，用来转换18bit加权平行数据；COM2口由发送控制器、数据发送电路组成，用来发送转换后的数据。

结合图2对COM1接口模块进一步说明，即各电路功能描述如下：

电平转换电路其功能是实现将特殊传感器送的0-48V或0-24V信号转换成0-5V（R1、R5、R6、R7、R8）。

数据隔离电路：采用电气三隔离技术。电气三隔离技术指的是数据总线隔离、通讯总线隔离和电源隔离。可以有效地消除系统间的串扰和共地寄生干扰。在本数据隔离电路中数据总线采用美国TI公司高速数字隔离器件ISO7240。此器件的工作最高频率20MHz,最高工作温度为120℃。

数据整形滤波电路：采用常规的电容滤波。分别对电源正负极（+/-）之间和数据线对地（GND）进行电容滤波。

结合图5，对CPLD芯片及原理进一步说明：CPLD芯片采用软件硬件化技术。随着超大规模现场可编程逻辑器CPLD/FPGA的出现，使得软件硬件化变为可能。对于消除信号中各种高频干扰和毛刺以及处理并发时间可变得非常容易。采用软件硬件化后系统运行更加稳定可靠。采用信号鉴别和数据冗余处理技术。信号鉴别是对信号的真实性进行鉴别，通过对信号真伪的鉴别可以有效剔除突发干扰和毛刺。数据冗余处理技术是指对同一信号或数据进行双通道处理，并把处理结果进行比对。一致，这说明本次操作正确。处理的数据真实有效。

格雷码转换电路是将特殊传感器送出的18位平行二进制数转换成相应的格雷码。以提高SSI接口发送的正确性。

数据冗余处理电路是对特殊传感器送出的18位平数据进行双通道读取、真伪鉴别、格雷码转换，然后将两组数据进行比较。两组数据相同，表明获取和处理的数据真确有效，被存入SSI数据寄存器。

SSI数据平串转换电路是将SSI数据寄存其内保存的18位平行格雷码转换成一串符合西门子SSI通讯规约的数据流。待SSI接口空闲时送入SSI发送寄存器。

SSI发送寄存器是用来锁存被发送的数据流。在SSI接口发送期间，SSI发送寄存器内信息被锁存，在SSI接口空闲时，允许对SSI发送寄存器进行信息更新。

采用器件为EPM570超大规模可编程逻辑芯片。CLPD（EPM570）实现上述功能电路程序流程图如附图五。

结合图3，对COM2接口模块进一步说明，其中COM2口电路由SSI发送控制器及数据发送电路组成。SSI发送控制器ISO7220其功能是同步SSI发送时钟，有序地将SSI发送寄存器中的信息通过SSI接口发往PLC。监视SSI接口忙闲状态，控制开放SSI数据寄存器。监控SSI接口数据发送过程，发现异常，激励报警。并根据异常情况，恢复SSI接口的工作状态。其中，数据发送电路是由ISO7221数字隔离器和SN65176组成。SSI转发卡中的CPLD在新PLC系统发出的同步时钟控制下，将符合SSI通讯规约的串行数据流依次送入新PLC系统中。ISO7221用来进行数据隔离，实现SSI转发卡与新PLC系统在电气上完全隔离。SN65176BD是工业级单RS485收发器，它的最高传输频率为10MHz，工作环境温度-20-120C⁰ SN65176BD是将CPLD送出的TTL电平信号转换成对称差分信号，以满足SSI信号远传的需要。

结合图4，一种接口转换器，还包括一电源，所述电源采用冗余方式的电源，在正常情况下两个电源自动动态轮换工作，A、B两路电源指示灯同时点亮。当某一路电源发生故障，另一路电源将单独工作，同时故障一路电源指示灯息灭。由于D1、D3二极管单向导通作用，所以故障电源不会影响正常电源的输出。同时在两个DC/DC隔离电源模块的DC24输入端接有PTC自恢复电子保险器。当某一路电源发生故障，电流超过50MA时，PTC阻值会急剧增加，自动切断故障电源与外界的连接。确保万一某一电源发生故障，不会影响整个系统正常工作。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种接口转换器，包括COM1接口模块、CPLD处理器系统、COM2接口模块，其特征在于，COM1接口模块由电平转换电路、数据隔离电路、数据整形滤波电路组成，用来读取接口的18bit加权平行数据；

CPLD处理器系统是由格雷码转换电路、数据冗余处理电路、数据平串转换电路、发送寄存器电路组成，用来转换18bit加权平行数据；

COM2口由发送控制器、数据发送电路组成，用来发送转换后的数据。

2.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述电平转换电路将传感器送输出0-48V或0-24V电压信号转换成0-5V（R1、R5、R6、R7、R8）。

3.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述数据隔离电路采用电气三隔离技术，电气三隔离技术指的是数据总线隔离、通讯总线隔离和电源隔离。

4.根据权利要求3所述的一种接口转换器，其特征在于，所述数据隔离电路中的数据总线采用数字隔离器件ISO7240。

5.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述数据整形滤波电路采用电容滤波，分别对电源正负极（+/-）之间和数据线对地（GND）进行电容滤波。

6.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述格雷码转换电路是将传感器送出的18位平行二进制数转换成相应的格雷码，以提高SSI接口发送的正确性。

7.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述数据冗余处理电路是对传感器送出的18位平数据进行双通道读取、真伪鉴别、格雷码转换，然后将两组数据进行比较。

8.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述CPLD处理器系统采用EPM570可编程逻辑芯片。

9.根据权利要求1所述的一种接口转换器，其特征在于，所述发送控制器采用ISO7220发送控制器，所述ISO7220发送控制器由ISO7221数字隔离器和SN65176组成，所述SN65176BD是工业级单RS485收发器。