CN106685782A - 一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置 - Google Patents

Abstract

一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，包括有源终端电阻模块、DP数据采集模块、电源接口、背板接口和DP总线接口。所述有源终端电阻模块具有抑制Profibus DP信号反射及畸变的功能，所述DP数据采集模块通过物理层收发器接收本装置所在DP网段的总线数据，对所接收的总线数据解析、分类并上传背板接口。本发明接在Profibus DP网段的终端，不仅能够抑制总线信号的反射，提高信号传输质量；同时可以采集所在DP网段的通信数据，再通过以太网通信模块装置上传到Profibus总线监控诊断系统，为监控系统的分析诊断提供数据基础。

Description

一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置

技术领域

本发明属于自动化控制技术领域，涉及一种带有DP总线数据采集功能的过程现场总线(即Profibus)有源终端电阻装置。

背景技术

随着智能控制技术和现场总线技术的发展，由德国主导的Profibus现场总线技术及其控制系统在全球范围内得到了广泛的推广应用，我国的电力、化工和冶金等自动化控制领域也应用了大量的Profibus总线控制系统和相关设备。由于Profibus总线信号在传输过程中容易产生信号反射，因此，为了提高Profibus信号的传输质量，抑制传输过程中Profibus信号的反射和畸变，往往在Profibus总线的终端安装终端电阻，尤其是有源终端电阻的效果更佳。但目前国内外的Profibus有源终端电阻装置成本高昂，导致Profibus总线系统成本较高；且功能单一，仅仅具有抑制Profibus信号反射的功能。

发明内容

本发明提供了一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，所述有源终端电阻装置不仅可抑制Profibus总线信号的反射和畸变，提高信号传输质量，而且可为Profibus总线监控系统采集DP总线的原始数据，便于Profibus控制系统的调试和维护，从而降低系统成本。

为实现本发明的目的，采取的技术方案如下：

一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，包括有源终端电阻模块、DP数据采集模块、电源接口、背板接口和DP总线接口；其特征在于：

有源终端电阻模块包含第一DC-DC模块和终端电阻网络，其中第一DC-DC模块的输入端与电源接口相连，输出端给终端电阻网络供电。终端电阻网络由一个上拉电阻、一个终端电阻和一个下拉电阻串联组成，上拉电阻和下拉电阻的一端分别与终端电阻的两端相连，上拉电阻和下拉电阻的另一端分别与第一DC-DC模块输出端的正负端相连，从而实现向终端电阻网络提供直流电源。同时，终端电阻的两端通过DP总线接口分别与Profibus总线的两根传输线相连，从而使终端电阻匹配总线线缆的特征电阻，抑制总线信号的反射干扰。

所述DP数据采集模块包含第二DC-DC模块、微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器；

所述第二DC-DC模块输入端连接至电源接口，输出端连接至微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器，为DP数据采集模块提供直流电源。所述DP总线收发器一端与DP接口相连，另一端通过微控制器连接至背板总线收发器的一端，所述背板总线收发器另一端与背板接口相连；DP总线收发器接收DP总线数据，并将DP总线数据上传至微控制器，所述微控制器将接收的DP总线数据解析、分类打包后，通过背板总线收发器发送给以太网通信模块装置。

本发明进一步包括以下优选方案：

所述电源接口采用按压插拔式接线端子，能够接入两路冗余24V直流电源。

所述背板接口采用按压插拔式接线端子，用于接入与以太网通信模块装置进行通信的背板485总线。

所述DP总线接口采用DB-9针头方式，Profibus有源终端电阻装置通过DP总线接口接入Profibus DP网段。

所述DP数据采集模块仅监听采集所在DP网段的数据信号，不与网段上的其他任何设备进行通信。

DP数据采集模块的微控制器植入嵌入式操作系统FreeRTOS，将采集到DP总线数据进行数据帧解析，按照输入数据(Input_Data)、输出数据(Output_Data)、诊断数据(Diagnostic_Data)、参数化数据(Parametrization_Data)、配置数据(Configuration_Data)及从站在线状态信息6类数据进行分类，并在收到以太网通信模块装置对6类数据中某类数据的请求时按相应类进行发送。

本发明的有益效果是，本发明公开的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，能够抑制总线信号的反射与畸变，维持总线电压在正常水平，提高信号传输质量；同时集成了DP总线数据采集功能，能够采集本装置所在DP网段的通信数据，并将数据解析打包整合后，再通过以太网通信模块装置上传到Profibus总线监控诊断系统，为监控系统的分析诊断提供数据基础。本发明不仅降低Profibus总线系统的成本，简化施工过程，缩短施工周期；而且打破传统有源终端电阻的局限，将总线监控系统的数据采集与有源终端电阻有效结合起来，便于对Profibus现场总线控制系统的维护，为厂级分析、控制和决策提供数据依据。

附图说明

图1为本发明的具体应用场景示意图；

图2为本发明带有DP数据采集功能的有源终端电阻装置结构框图。

具体实施方式

下面结合附图，对实施例作详细说明。应该强调的是下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

图1是本发明在现场总线系统中的具体应用场景示意图。在图1中，本发明通过DP接口接在Profibus DP网段的终端，本发明接收到DP信号后，将信号分为两路，一路信号送往有源终端电阻模块，构成Profibus DP网段的有源终端电阻；另一路信号送往DP数据采集模块，DP数据采集模块只监听所在DP网段的总线通信数据，不与网段内的其他任何设备发生数据交换，因此本发明不会影响整个DP网段的正常数据通信。

本发明的DP数据采集模块通过DP总线接口接收所在网段的通信数据，并将接收到的数据进行解析，分为输入数据、输出数据、诊断数据、参数化数据、配置数据和从站在线状态信息六类。本发明的DP数据采集模块通过背板接口与以太网通信模块装置相连，当以太网通信模块通过背板RS485总线向本装置轮流发送六类数据的请求，本装置的DP数据采集模块按照相应请求数据类型通过背板RS485总线向以太网通信模块发送数据。以太网通信模块在接收到数据后，再通过以太网发送到监控系统的数据库。

图2为本发明带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置的结构框图。一种带有DP数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，包括有源终端电阻模块、DP数据采集模块、电源接口、背板接口和DP总线接口。本发明将通过DP接口接收到DP信号分为两路，一路信号送往有源终端电阻模块，达到抑制总线信号反射的效果；另一路信号送往DP数据采集模块，完成DP数据采集的功能。所述有源终端电阻模块和DP数据采集模块的供电都采用DC-DC器件，使两模块的电源完全隔离，避免模块间电源的相互影响。

所述有源终端电阻模块分别与电源接口和DP接口相连，本模块包含第一DC-DC模块和终端电阻网络，其中第一DC-DC模块的输入端与电源接口相连，输出端给终端电阻网络供电。终端电阻网络由一个上拉电阻、一个终端电阻和一个下拉电阻串联组成，上拉电阻和下拉电阻的一端分别与终端电阻的两端相连，上拉电阻和下拉电阻的另一端分别与第一DC-DC模块输出端的正负端相连，从而实现向终端电阻网络提供直流电源。同时，终端电阻的两端通过DP总线接口分别与Profibus总线的A、B线相连，从而使终端电阻匹配总线线缆的特征电阻，抑制总线信号的反射干扰。。

所述DP数据采集模块分别与电源接口、背板接口和DP接口相连，本模块包含第二DC-DC模块、微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器。所述第二DC-DC模块输入端连接至电源接口，输出端连接至微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器为DP数据采集模块提供直流电源。所述微控制器分别与DP总线收发器和背板总线收发器相连，不仅控制DP总线收发器接收DP总线数据，而且控制背板总线收发器的背板通信数据收发。所述DP总线收发器一端与DP接口相连，另一端通过微控制器连接至背板总线收发器的一端，所述背板总线收发器另一端与背板接口相连；DP总线收发器接收DP总线数据，并将DP总线数据上传至微控制器，所述微控制器将接收的DP总线数据解析、分类打包后，通过背板总线收发器发送给以太网通信模块装置。

DP数据采集模块的微控制器植入嵌入式操作系统FreeRTOS，将采集到DP总线数据进行数据帧解析，按照输入数据(Input_Data)、输出数据(Output_Data)、诊断数据(Diagnostic_Data)、参数化数据(Parametrization_Data)、配置数据(Configuration_Data)及从站在线状态信息6类数据进行分类，并在收到以太网通信模块装置对6类数据中某类数据的请求时按相应类进行发送。

所述DP数据采集模块仅监听采集所在DP网段的数据信号，不与网段上的其他任何设备进行通信，不会影响网段内其他设备间的正常通信。

所述电源接口采用按压插拔式接线端子，能够接入两路冗余24V直流电源。

所述背板接口采用按压插拔式接线端子，用于接入与以太网通信模块装置进行通信的背板485总线。

所述DP总线接口采用DB-9针头方式，Profibus有源终端电阻装置通过DP总线接口接入Profibus DP网段。

申请人结合说明书附图对本发明的实施例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，所述有源终端电阻装置包括有源终端电阻模块和DP数据采集模块，其特征在于：

所述有源终端电阻模块用于抑制Profibus DP信号反射及畸变，所述DP数据采集模块通过物理层收发器接收本有源终端电阻装置所在DP网段的总线数据，对所接收的总线数据解析、分类并上传至以太网通信模块装置。

2.一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，包括有源终端电阻模块、DP数据采集模块、电源接口、背板接口和DP总线接口；其特征在于：

有源终端电阻模块包含第一DC-DC模块和终端电阻网络，其中第一DC-DC模块的输入端与电源接口相连，输出端给终端电阻网络供电；终端电阻网络由一个上拉电阻、一个终端电阻和一个下拉电阻串联组成，上拉电阻和下拉电阻的一端分别与终端电阻的两端相连，上拉电阻和下拉电阻的另一端分别与第一DC-DC模块输出端的正负端相连；同时，终端电阻的两端通过DP总线接口分别与Profibus总线的两根传输线相连，使终端电阻匹配总线线缆的特征电阻；

所述DP数据采集模块包含第二DC-DC模块、微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器；所述第二DC-DC模块输入端连接至电源接口，输出端连接至微控制器、DP总线收发器和背板总线收发器，为DP数据采集模块提供直流电源；所述DP总线收发器一端与DP接口相连，另一端通过微控制器连接至背板总线收发器的一端，所述背板总线收发器另一端与背板接口相连；DP总线收发器接收DP总线数据，并将DP总线数据上传至微控制器，所述微控制器将接收的DP总线数据解析、分类打包后，通过背板总线收发器发送给以太网通信模块装置。

3.根据权利要求2所述的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，其特征在于：

所述电源接口采用按压插拔式接线端子，能够接入两路冗余24V直流电源。

4.根据权利要求2所述的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，其特征在于：

所述背板接口采用按压插拔式接线端子，用于接入与以太网通信模块装置进行通信的背板485总线。

5.根据权利要求4所述的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，其特征在于：

所述DP总线接口采用DB-9针头方式，Profibus有源终端电阻装置通过DP总线接口接入Profibus DP网段。

6.根据权利要求5所述的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，其特征在于：

所述DP数据采集模块仅监听采集所在DP网段的数据信号，不与网段上的其他任何设备进行通信。

7.根据权利要求2或6所述的带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置，其特征在于：

DP数据采集模块的微控制器植入嵌入式操作系统FreeRTOS，将采集到DP总线数据进行数据帧解析，按照输入数据(Input_Data)、输出数据(Output_Data)、诊断数据(Diagnostic_Data)、参数化数据(Parametrization_Data)、配置数据(Configuration_Data)及从站在线状态信息6类数据进行分类，并在收到以太网通信模块装置对6类数据中某类数据的请求时按相应类进行发送。