CN108268001A - 高性能modbus-io扩展模块 - Google Patents
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Abstract
高性能MODBUS‑IO扩展模块，继电器部分连接于驱动芯片，驱动芯片分别连接于电源滤波部分和CPU主芯片，电源滤波部分连接于通信部分的电源隔离；CPU主芯片分别连接于拔码开关参数设置和通信部分的高速光耦隔离；MODBUS‑IO扩展模块整体外接于电源进线和RS485联网通信接口。控制板卡支持Modbus协议，支持通讯隔离，支持远程控制，远程对设备进行组网和控制等，采用隔离性较强的芯片；支持组态王、力控、MCGS等组态软件；支持RS232、RS485接口，Modbus协议触摸屏、文本屏；支持所有标准的Modbus设备联机通讯。
Description
技术领域
本发明涉及数据采集设备，且特别是有关于一种高性能MODBUS-IO扩展模块。
背景技术
在现代的工业现场内，往往存在着数以百计的设备散布在厂房的各个角落。为了集中管理工业现场中许多设备，则必须对各个设备进行数据采集与交换，此时则需要大量使用Modbus数据采集器。一般而言，Modbus数据采集器通常具有1、2、4、8、16、32、64或128组RS485连接端口，每个连接端口最多可连接255台设备，使用者可视其需求自行选择具有多少连接端口的Modbus数据采集器。在生产成本日益提升的今日，成本控制越来越受关注。然而，现有的Modbus 数据采集器的连接端口总数量不能由使用者自行增加，故倘若需要进行连接端口的扩充时，则必须重新购买一台数据采集器。前在大多数工业控制现场，中央控制器需要连接大量的终端设备，比如电表，水表，气表等用户计量装置。这类终端设备一般都具备Modbus协议通信功能，由于种类多，数量大，对于中央控制器的设置和编程变得非常复杂；由于中央控制器的接口资源有限，往往将所有终端设备连接到一个通讯接口，如果一个终端设备接口出现故障，往往会造成整个通信网络瘫痪，这给后期维护带来不便。若使用者仅需扩充少数连接端口时，却因为只能选择增加整台数据采集器，而必须为额外冗余的连接端口买单。对于使用者而言，无疑地会造成一种成本上的负担及资源上的浪费。由此可知，在现有的数据采集机制当中，仍存在部分改良空间，以待克服。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种高性能MODBUS-IO 扩展模块。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：高性能MODBUS-IO扩展模块，继电器部分连接于驱动芯片，驱动芯片分别连接于电源滤波部分和CPU主芯片，电源滤波部分连接于通信部分的电源隔离；CPU主芯片分别连接于拔码开关参数设置和通信部分的高速光耦隔离；MODBUS-IO扩展模块整体外接于电源进线和RS485联网通信接口。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
(1)高性能MODBUS-IO扩展模块，控制板卡支持Modbus协议，支持通讯隔离，支持远程控制，远程对设备进行组网和控制等，采用隔离性较强的芯片，采用可靠性较强的松下继电器，支持西门子等PLC；支持组态王、力控、MCGS 等组态软件；支持RS232、RS485接口，Modbus协议触摸屏、文本屏；支持所有标准的Modbus设备联机通讯；如果有一定量，可定制功能模块；研发人员直接面向客户技术支持，协助客户完成项目。
(2)高性能MODBUS-IO扩展模块，针对各种应用场合，研发的通用数据采集模块，广泛应用于楼宇、暖通、消防、供水、石化、环保等各个行业，为大多数系统集成商和自动化公司、研究所采用，是一种具有极高性格比、稳定可靠的数采模块。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明整体连接关系示意图；
图2为本发明接线示意图；
图3为本发明串口测试示意图。
图4为本发明光耦隔离的连接方式的示意图；
图5为本发明联网通信接口的示意图；
图6为本发明拔码开关的示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
高性能MODBUS-IO扩展模块，如图1所示，继电器部分连接于驱动芯片，驱动芯片分别连接于电源滤波部分和CPU主芯片，电源滤波部分连接于通信部分的电源隔离；CPU主芯片分别连接于拔码开关参数设置和通信部分的高速光耦隔离；MODBUS-IO扩展模块整体外接于电源进线和RS485联网通信接口。
驱动芯片采用32位72MHZ的ATMEL-ARM高速处理器，操作系统为GCOS， 10ms调度机制；供电电压为24VDC，电源反接保护和电源隔离设计；通讯接口为DCDC隔离设计、2500V防雷、ESD、过压、过流保护；通道隔离为2500VDC 隔离、抗干扰保护设计。
继电器部分外设有8组负载输出单元，每组负载输出单元包括有1个电源端和4个负载端；负载输出单元的输出方式为常开继电器，隔离设计为光耦隔离加继电器隔离，阻性负载为10A/250VAC或10A/30VDC；响应时间≤0.01秒。光耦隔离的连接方式如图4所示：
电源进线包括有直流24V线、0线和接地线；和RS485联网通信接口包括有A+线、B-线和SG接地线。
RS485联网通信接口的通道数和隔离型为1路RS485，波特率可为9600， 19200，38400或115200且默认为9600；无奇偶校验；起始位1位，数据位8 位，停止位1位，通讯协议为MODBUSRTU；默认参数为9600.N.8.且站号为1。
通信部分的通道数和隔离型为1路RS232，波特率可为9600，19200，38400 或115200且默认为9600；无奇偶校验；起始位1位，数据位8位，停止位1位，通讯协议为MODBUSRTU；默认参数为9600.N.8.且站号为1。
通信部分的RS232的模块接线中，5号引线为GND端口，连接于电脑端接口的5号引线；2号引线为RX灯端口，连接于电脑端接口的3号引线；3号引线为TX灯端口，连接于电脑端接口的2号引线；RX灯显示RS232通讯口的通讯状态；TX灯显示RS485通讯口的通讯状态。POWER灯显示电源状况；RUN 灯显示系统运行状况。
拔码开关参数设置中，软件配置时，拨码开关地址＝0，模块地址通过软件配置；拨码配置时，拨码开关定义如下：第一位拨到‘ON’代表1；第二位拨到‘ON’代表2；第三位拨到‘ON’代表4；第四位拨到‘ON’代表8；第五位拨到‘ON’代表 16；第六位拨到‘ON’代表32；第七位拨到‘ON’代表64；第八位拨到‘ON’代表128。
举例1,3拨到‘ON’，地址＝1+4＝5，如图6所示：
RS485联网通信接口和通信部分的模块从站波特率，第一位拨到‘ON’代表 9600；第二位拨到‘ON’代表19200；第三位拨到‘ON’代表38400；第四位拨到‘ON’代表115200。
高性能MODBUS-IO扩展模块的工作过程及原理：高性能MODBUS-IO扩展模块六部分组成，分别是电源滤波部分、CPU主芯片、通信部分、拔码开关参数设置、驱动芯片、继电器部分。电源滤波部分主要由共模电感、电容、LM2596S 降压稳压电路组成。主要是提供稳定可靠的工作电源。CPU主芯片采用32位72MHZ的ARM高速处理器，操作系统为GCOS。通信部分主要由高速光藕、电源隔离DC/DC、进口通信芯片组成。通信隔离可以有效防止形成地环路，总线参考地可跟随共模电压的波动而波动，共模电压全部由隔离带承受，共模电压对总线信号变得不再可见，从而保证总线稳定可靠地通信。拔码开关参数设置主要由二个小型号拔码开关组成。分别是设定从站地址(图4)和设定波特率。驱动芯片采用ULN2003高压大电流达林顿晶体管阵列。主要是驱动DC24V中间继电器。继电器部分采用宏发继电器。主要是驱动外部大电流设备。
模块运输和存贮不应受剧烈冲击，小心轻放，并按包装箱上“防潮”、“向上”的要求放置。应符合GB/T15464-1995《仪器仪表包装通用技术条件》规定运输储存。储存环境-45℃～85℃，相对湿度不超过90％，空气中不应含腐蚀性气体。
实施例1：读DI开关量输入(读位1区)。
举例：读取32路DI，模块地址＝1:ModbusRTU格式：《十六进制》；主机发送：01、02、00、00、00、20、79、D2；从机应答：01、02、04、02、04、 08、10、BD、79；
主机发送的报文格式：
从机返回的报文格式：
实施例2：读DI多路开关量输入(读字4区)。
举例：读取32路DI，模块地址＝1:ModbusRTU格式：《十六进制》；主机发送：01、03、80、40、00、02、EC、1F；从机应答：01、03、04、02、01、 08、04、AC、48。
主机发送的报文格式：
从机返回的报文格式：
高性能MODBUS-IO扩展模块，控制板卡支持Modbus协议，支持通讯隔离，支持远程控制，远程对设备进行组网和控制等，采用隔离性较强的芯片，采用可靠性较强的松下继电器，支持西门子等PLC；支持组态王、力控、MCGS等组态软件；支持RS232、RS485接口，Modbus协议触摸屏、文本屏；支持所有标准的Modbus设备联机通讯；如果有一定量，可定制功能模块；研发人员直接面向客户技术支持，协助客户完成项目。
高性能MODBUS-IO扩展模块，针对各种应用场合，研发的通用数据采集模块，广泛应用于楼宇、暖通、消防、供水、石化、环保等各个行业，为大多数系统集成商和自动化公司、研究所采用，是一种具有极高性格比、稳定可靠的数采模块。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。
Claims (9)
1.高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，继电器部分连接于驱动芯片，驱动芯片分别连接于电源滤波部分和CPU主芯片，电源滤波部分连接于通信部分的电源隔离；CPU主芯片分别连接于拔码开关参数设置和通信部分的高速光耦隔离；MODBUS-IO扩展模块整体外接于电源进线和RS485联网通信接口。
2.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，驱动芯片采用32位72MHZ的ATMEL-ARM高速处理器，操作系统为GCOS，10ms调度机制；供电电压为24VDC，电源反接保护和电源隔离设计；通讯接口为DCDC隔离设计、2500V防雷、ESD、过压、过流保护；通道隔离为2500VDC隔离、抗干扰保护设计。
3.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，继电器部分外设有8组负载输出单元，每组负载输出单元包括有1个电源端和4个负载端；负载输出单元的输出方式为常开继电器，隔离设计为光耦隔离加继电器隔离，阻性负载为10A/250VAC或10A/30VDC；响应时间≤0.01秒。
4.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，电源进线包括有直流24V线、0线和接地线；和RS485联网通信接口包括有A+线、B-线和SG接地线。
5.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，所述RS485联网通信接口的通道数和隔离型为1路RS485，波特率可为9600，19200，38400或115200且默认为9600；无奇偶校验；起始位1位，数据位8位，停止位1位，通讯协议为MODBUSRTU；默认参数为9600.N.8.1且站号为1。
6.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，所述通信部分的通道数和隔离型为1路RS232，波特率可为9600，19200，38400或115200且默认为9600；无奇偶校验；起始位1位，数据位8位，停止位1位，通讯协议为MODBUSRTU；默认参数为9600.N.8.1且站号为1。
7.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，所述通信部分的RS232的模块接线中，5号引线为GND端口，连接于电脑端接口的5号引线；2号引线为RX灯端口，连接于电脑端接口的3号引线；3号引线为TX灯端口，连接于电脑端接口的2号引线；所述RX灯显示RS232通讯口的通讯状态；所述TX灯显示RS485通讯口的通讯状态。
8.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，所述拔码开关参数设置中，软件配置时，拨码开关地址＝0，模块地址通过软件配置；拨码配置时，拨码开关定义如下：第一位拨到‘ON’代表1；第二位拨到‘ON’代表2；第三位拨到‘ON’代表4；第四位拨到‘ON’代表8；第五位拨到‘ON’代表16；第六位拨到‘ON’代表32；第七位拨到‘ON’代表64；第八位拨到‘ON’代表128。
9.根据权利要求1所述的高性能MODBUS-IO扩展模块，其特征在于，所述RS485联网通信接口和通信部分的模块从站波特率，第一位拨到‘ON’代表9600；第二位拨到‘ON’代表19200；第三位拨到‘ON’代表38400；第四位拨到‘ON’代表115200。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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