CN1753407A - 一种通信适配器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种通信适配器,用于各种总线设备解诀网络协议转换与匹配,该通信适配器包括Profibus-DP、RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机、光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus、主5VDC电源、电源DC-DC模块、Modbus通信5VDC电源、Profibus-DP通信5VDC电源、状态指示、地址设定;电路信号传递是从Profibus-DP依次经过RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机进行处理,然后经过光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus转换,再反向依次传至Profibus-DP。其软件包括SPC3流程、主程序流程、中断程序流程,软件和硬件相结合,便可以解诀网络协议转换和匹配问题。该通信适配器,使一种适配器能适应各种设备的特性,其接线与控制方式,可大大节省导线数量,安全可靠,并能有效降低系统投资,有明显的经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及一种Profibus-DP通信适配器,用于具有Modbus通信功能的低压设备接入Profibus-DP总线,属于总线技术领域。
背景技术
随着科学技术的发展,一种总线技术被开发出来,在改变一些领域的面貌
Profibus总线技术采用数据总线,由主站只要引出两根或很少的几根线,就可以将各现场设备连接起来,为设备提供配置,监视和诊断等功能
总线技术的发展,给低压电器产品带来极大的冲击,而目前低压配电领域的产品还无法直接接入(Profibus)网络,组成一个(Profibus)总线型配电系统。为设备增加(Profibus)接口基本上的两种做法:一是采用(Profibus)接口设计和产品功能设计完全融合在一起,共用一个软硬件资源;另外一种做法是(Profibus)接口设计和产品功能设计独立进行,两者通过某种方式(串行口,并行口等等)进行数据交换。
这两种做法各有利弊:第一种做法,数据交换此较快,但CPU负担比较重,而且不具有灵活性,设备无法自由选择是否带有(Profibus)接口;第二种做法,设备可以自由选择是否提供(Profibus)接口,但是增加了个中间数据交换环节,要采取有效措施保证通讯质量。
由于(Profibus)网络数据的多样性和交换的灵活性,两种做法共同的问题是要为不同的设备设计不同的(Profibus)接口。
Profibus总线分为Profibus-PA、Profibus-FMS和Profibus-DP。
Profibus-PA:电源和通信数据通过总线并行传输,主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。
Profibus-FMS:定义了主站和主站之间的通讯模型,主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。
Profibus-DP:唯一能为流程工厂的所有自动化系统和装置提供点到点,兼容一致性的通讯平台和现场总线网络,它与Profibus PA共享一个通用的通讯协议。在工业自动化领域,人们对社会安全、人身安全及环境保护提出了越来越高的要求,Profibus在安全领域有绝对优势。
Profibus遵从现场总线的国际标准IEC61158,是一种应用最为广泛的联接现场设备和控制系统的工业网络。为了满足过程行业在本质安全和二线制总线供电方面的特殊要求,所有形式的Profibus都共享同一个通信层,因网络介质和应用行规的不同而不同。通过提供不同生产区域间的无缝联接,单一由于其快速的反应时间,Profibus-DP被应用于网络I/O和智能装置,而且还可以成为现场总线的“主干线”。由于数据传输速率可高达12Mbps,网络上可以联接的装置比其它现场总线解决方案所能联接的要多。
对于Profibus-DP通信适配器而言,虽然国内也有针对中低压配电系统而开发的Profibus-DP通讯模块,但是经过用户使用发现存在很多技术缺陷,主要是因为开发的模块只采用DPV0(周期性数据交换)协议,没有采用DPV1(非周期性数据交换)协议。低压电器传输的数据量比较大,且有些参数实时性要求并不高,如果光采用DPV0进行传输的话,占用了大量通讯时间,整体性能受到很大的影响。因此,有必要开发研制新的支持DPV1功能的Profibus-DP通信适配器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种Profibus-DP通信适配器,该适配器将多种现场设备方便、高速、高质量地接入(Profibus-DP)网络,组成一个智能监控系统。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:该Profibus-DP通信适配器硬件包括Profibus-DP、RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机、光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus、主5VDC电源、电源DC-DC模块、Modbus通信5VDC电源、Profibus-DP通信5VDC电源、状态指示、地址设定。
上述电路由电路板A、电路板B构成,两板由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。
电路信号传递是从Profibus-DP依次经过RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机进行处理,然后经过光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus转换,再反向依次传至Profibus-DP。
该适配器的软件包括SPC3流程、主程序流程、中断程序流程。
上述的程序构成的软件和硬件相结合,便可以解决网络协议转换和匹配问题。
本发明的有益效果:采用该通信适配器,可以解决网络协议转换和匹配问题,使一种适配器能适应各种设备的特性,使不了解Profibus-DP的非专业人员也能轻易构建复杂的现场总线网络,使Profibus-DP适配器能成为众多的生产现场使用该产品变为现实。它的接线与控制方式,可以大大节省导线数量,安全可靠,并能有效降低整个系统投资,有明显的经济效益。
附图说明
图1为本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件框图;
图2为本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件电路构成框图;
图3(图3A、图3B、图3C、图3D)为本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件电路具体线路图;
图4为本发明的Profibus-DP通信适配器的SPC3流程图;
图5为本发明的Profibus-DP通信适配器的主程序流程图;
图6为本发明的Profibus-DP通信适配器的中断程序流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作比较详细的说明。
参照图1,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件框图。
如图所示,通信适配器的硬件包括:Profibus-DP 1、RS485驱动2、光耦隔离3、SPC34、STC单片机5、光耦隔离6、RS485驱动7、RS323驱动8、Modbus 9、主5VDC电源10、电源DC-DC模块11、Modbus通信5VDC电源12、Profibus-DP通信5VDC电源13、状态指示14、地址设定15。
上述电路的信号传递:从Profibus-DP 1开始,依次经过RS485驱动2、光耦隔离3、SPC3 4、STC单片机5进行处理,然后经过光耦隔离6、RS485驱动7、RS323驱动8、Modbus 9转换,再反向依次传至Profibus-DP 1。
参照图2,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件电路构成框图。
上述电路由电路板A、电路板B构成,两板由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。
参照图3,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的硬件电路具体线路图。
图3A是主芯片和协议芯片SPC3,主芯片选用STC单片机。
图3B是光耦离及485接口电路。
图3C是电源电路包括主DC-DC电路、Profibus-DP侧通信5VDC电路、Modbus侧通信5VDC电路,是新设计的电路,可以改善长时间运行时发热状况。
图3D是RS485通信电路、RS232通信电路。
参照图4,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的软件SPC3流程图。
如图所示,软件SPC3流程步骤如下:从401[上电]开始进入402[写参数],从站诊断获取配置,进入403[写配置],从站诊断成功配置参数获取配置,进入404[数据交换],读输入数据、读输出数据命令(同步、冻结)、从站诊断配置成功、成功设置参数;当配置不成功、设置参数不成功,便返回402[写参数],或进入403[写配置]。
参照图5,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的软件主程序流程图。
如图所示,主程序流程的步骤:从501[开始]依次到502[设置中断响应]、503[设置看门狗时间]、504[初始化]、505[触发看门狗]、506[是否有新的输出数据]进行判断,如果是,进入507[接收确认]、508[输出数据到设备I/O];如果否,便进入509[从设备I/O得到的输入数据写到SPC3输入缓冲区],再进入510[SPC3输入缓冲区更新]、511[DPV1读写数据处理]、512[是否有新的诊断数据]进行判断,如果是,进入513[发送诊断数据到SPC3]、514[SPC3诊断缓冲区更新],再返回506[是否有新的输出数据];如果否,再返回506[是否有新的输出数据]。
参照图6,这是本发明的Profibus-DP通信适配器的软件中断程序流程图。
如图所示,所述的中断程序流程的步骤:从601[有中断产生]进入602[是进入/离开数据交换阶段中断吗?]进行判断,如果是,进入603[相应处理程序];如果否,进入604[全局控制命令中断吗?]进行判断,如果是,进入605[相应处理程序];如果否,进入606[设置从站地址中断吗?]再进入607[相应处理程序],进入608[是新参数数据中断吗?]进行判断;如果否,便进入608[是新参数数据中断];如果是,进入609[相应处理程序],如果否,便进入610[新配置数据中断];610[新配置数据中断],如果是,进入进入611[相应处理程序]进行判断,如果否,进入612[中断程序结束]。
上述的Profibus-DP通信适配器V1TP,用于将具有Modbus通信功能的低压设备接入Profibus-DP总线,它向下通过Modbus协议,RS-485串行接口或RS232串行接口与断路器等设备连接,向上通过Profibus-DP接口接入Profibus-DP总线。通过对设备数据的合理安排和协议的转换,使通常的带Modbus接口的设备采集的数据可以传给Profibus-DP主站,将Profibus-DP主站的命令下传给设备,并满足Profibus-DP网络的基本要求。
Profibus-DP通信适配器V1TP,可以实现Profibus现场总线对工业控制系统中的ACB、MCCB和ATS等断路器装置的通信控制。下层协议采用的Modbus协议,支持波特率为9600bit/s~19200bit/s,每帧可传输最大128bytes的数据传输。Profibus-DP通信适配器V1TP完全支持标准的DP部分的DPV1功能,符合IEC61158,扩展的DPV1功能可以实现主站和DP/PDV1从站间非周期的数据传输。
Claims (6)
1、一种通信适配器,用于各种总线设备解诀网络协议转换与匹配问题,其特征在于:
该通信适配器硬件包括Profibus-DP(1)、RS485驱动(2)、光耦隔离(3)、SPC3(4)、STC单片机(5)、光耦隔离(6)、RS485驱动(7)、RS232驱动(8)、Modbus(9)、主5VDC电源(10)、电源DC-DC模块(11)、Modbus通信5VDC电源(12)、Profibus-DP通信5VDC电源(13)、状态指示(14)、地址设定(15);
上述电路的信号传递:从Profibus-DP(1)依次经过RS485驱动(2)、光耦隔离(3)、SPC3(4)、STC单片机(5)进行处理,然后经过光耦隔离(6)、RS485驱动(7)或RS232驱动(8)、Modbus(9)转换,再反向依次传至Profibus-DP(1);
该适配器的软件包括SPC3流程、主程序流程、中断程序流程;
上述的程序构成的软件和硬件相结合,便可以解诀网络协议转换和匹配问题。
2、如权利要求1所述的通信适配器,其特征在于:
所述的通信适配器的硬件电路,由电路板A、电路板B构成,两板之间由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。
3、如权利要求1所述的通信适配器,其特征在于:
所述的通信适配器的硬件电路,其中电源电路具有改善发热状况的优点,它包括DC-DC电路、Profibus-DP侧通信5VDC电路、Modbus侧通信5VDC电路。
4、如权利要求1所述的通信适配器,其特征在于:
所述的软件SPC3流程,其流程步骤如下:从401[上电]开始进入402[写参数],从站诊断获取配置,进入403[写配置],从站诊断成功配置参数获取配置,进入404[数据交换],读输入数据、读输出数据命令(同步、冻结)、从站诊断配置成功、成功设置参数;当配置不成功、设置参数不成功,便返回402[写参数],或进入403[写配置]。
5、如权利要求1所述的通信适配器,其特征在于:
所述的主程序流程,其步骤:从501[开始]依次到502[设置中断响应]、503[设置看门狗时间]、504[初始化]、505[触发看门狗]、506[是否有新的输出数据]进行判断,如果是,进入507[接收确认]、508输出数据到设备I/O];如果否,便进入509[从设备I/O得到的输入数据写到SPC3输入缓冲区],再进入510[SPC3输入缓冲区更新]、511[DPV1读写数据处理]、512[是否有新的诊断数据]进行判断,如果是,进入513[发送诊断数据到SPC3]、514[SPC3诊断缓冲区更新],再返回506[是否有新的输出数据];如果否,再返回506[是否有新的输出数据]。
6、如权利要求1所述的通信适配器,其特征在于:
所述的中断程序流程,其步骤:从601[有中断产生]进入602[是进入/离开数据交换阶段中断吗?]进行判断,如果是,进入603[相应处理程序];如果否,进入604[全局控制命令中断吗?]进行判断,如果是,进入605[相应处理程序];如果否,进入606[设置从站地址中断吗?]再进入607[相应处理程序],进入608[是新参数数据中断吗?]进行判断,如果是,进入609[相应处理程序],进入608[是新参数数据中断吗?]进行判断,如果是,进入611[相应处理程序]进行判断,如果否,进入612[中断程序结束]。
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