CN201134043Y

CN201134043Y - 一种基于can总线的开关量输出装置

Info

Publication number: CN201134043Y
Application number: CNU2007203092405U
Authority: CN
Inventors: 张赵来; 芮光超; 丁永春; 刘志刚; 刘连港; 赵凯
Original assignee: 713th Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp
Current assignee: 713th Research Institute of China Shipbuilding Industry Corp; 713th Research Institute of CSIC
Priority date: 2007-12-29
Filing date: 2007-12-29
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2017-12-29

Abstract

本实用新型公开了一种基于CAN接口的开关量输出装置，用于CAN总线控制系统中对电磁阀等传统开关量负载的控制，包括壳体、电路板和电连接器。所述的电连接器分为连接外部总线的电连接器和连接现场被控负载的电连接器两部分，分别安装在壳体的两端，并分别与安装于壳体底板上的电路板两端相连接，其中连接外部总线的电连接器采用冗余方式，可以连接两条外部CAN总线。本实用新型采用壳体底板马脚固定和两端电缆连线方式，模块安装牢固、电缆可活动部分短，可以工作于有振动的场合；本实用新型的总线接口具有冗余功能，电路结构简单，具有很高的可靠性，可以应用于对可靠性有苛刻要求的系统。

Description

一种基于CAN总线的开关量输出装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于CAN总线的开关量输出装置，特别是具有冗余CAN接口的开关量输出模块，属于工业现场总线控制系统。

背景技术

随着CAN总线的技术优势逐渐被人们所认识，基于CAN总线的控制系统在各行各业都有了应用，提高了系统可靠性。然而由于带有CAN接口的传感器和执行器与普通传感器和执行器相比价格昂贵、品种不多、生产商较少，这又严重阻碍了CAN总线控制系统的大力普及。为此，一些公司开发了基于CAN总线接口的信号输入输出模块，方便了CAN总线在工业控制中的应用。但是，这些模块都存在着一些缺憾，限制了模块的应用。如北京华控技术有限公司HK-RSM0×系列信号输入输出模块、Rockwell Automation公司的1769Compact I/O、欧姆龙自动化(中国)集团的各型号远程I/O终端及数字I/O单元等采用端子排接线方式，只能在机箱机柜内使用，没有发挥CAN总线的固有优势；Rockwell Automation公司的1792DArmorBlock Maxum铠装模块、图尔克(天津)传感器有限公司的现场I/O模块、万可电子(天津)有限公司的现场总线输入/输出模块等具有较高的环境防护等级，可以适用于恶劣的现场环境，但这些模块都采用电缆上出线的电连接器连接方式，不适用于有振动的场合。随着电子技术的发展，电子模块的可靠性越来越高，在以电子产品为主组成的系统中，电缆连接的可靠性成为影响系统可靠性的主要因素。以CAN总线模块构成系统时，常采用菊花链连接方式，电缆连接故障将会影响故障节点后所有模块的工作。然而目前的这些CAN接口模块都只有单一的总线接口，无法应用于对可靠性有苛刻要求的系统。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提出了一种使用简单的技术解决方案，即具有冗余总线接口的开关量输出扩展模块，包括壳体、电路板和电连接器，其特征在于连接外部总线的电连接器和连接现场被控负载的电连接器分别安装在壳体的两端，并分别与安装于壳体底板上的电路板两端相连接，其中连接外部总线的电连接器采用冗余方式，可以连接两条外部CAN总线。

所述的壳体采用长方体形式，底面两端有伸出的马脚，用于模块在现场的安装固定；底面内部有凸台，用于安装电路板。壳体两端开孔，用来安装电连接器，其中一端有4个开孔，用来安装与外部总线连接的4个电连接器，另外一端的开孔数量视需要连接的被控负载的数量而定。壳体具有一个可打开的上盖，打开上盖后可以对内部安装的电路板进行检查。壳体两侧面不安装器件，用于多个模块的组合安装。

所述的电路板安装在壳体内部的底板上，其电路包括电源转换电路、冗余总线接口电路、CAN接口电路、单片机(包括软件)、隔离驱动电路、地址设定电路和机内检测电路(BIT)。其中，电源转换电路将输入的电源电压转化为内部电路的工作电压，提供给内部电路；冗余总线接口电路提供内部单路的CAN接口与外部双路冗余的CAN总线之间的连接，当检测到外部总线连接出现故障时，冗余总线接口电路可以在单片机的控制下将内部CAN接口连接到外部冗余的CAN总线上。CAN接口电路连接冗余总线接口电路和单片机，是单片机实现对外通信的关键电路，由CAN控制器和CAN物理接口两部分组成，CAN控制器完成网络逻辑链路层以及网络物理层的功能，而CAN物理接口电路则实现对物理总线的驱动；单片机是整个模块的核心，它通过CAN接口接收控制数据，把数据通过相应的输出端口送给隔离驱动电路。隔离驱动电路负责将单片机送出的控制信号进行功率放大以驱动被控对象。地址设定电路与单片机相连，用来对模块进行编码，以区别于系统内同类的其它模块。BIT电路与单片机相连，负责对模块的工作状态进行检测。

所述的电连接器包括总线接口连接器和现场被控负载接口连接器两部分。总线接口由总线输入接口和总线级联接口组成，用于模块采用级联的方式构成系统。总线输入接口和总线级联接口均采用双连接器冗余连接，使得总线接口有4个电连接器。每一个总线接口电连接器均包含模块工作电源、CAN总线信号和CAN总线的公共电平参考，其中电源冗余采用双线直接连接，CAN总线信号及其公共电平参考的冗余采用开关自动切换。现场被控对象接口电连接器的数量视需要连接的被控对象的数量而定。

本实用新型具有如下的优越性：本实用新型采用壳体底板马脚固定和两端电缆连线方式，模块安装牢固、电缆可活动部分短，可以工作于有振动的场合；本实用新型的总线接口具有冗余功能，电路结构简单，具有很高的可靠性，可以应用于对可靠性有苛刻要求的系统。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型电路的组成框图。

图3为图2中冗余总线接口单元电路图。

图4为图1的左视图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步的描述，但该实施例不应理解为对本发明的限制。

图1和图4是具有4个被控负载连接器的模块结构图。包括壳体1、电路板2和电连接器3。电连接器3分为连接外部总线的连接器和连接现场被控负载的连接器两部分，分别安装在壳体1的两端，并分别与电路板2两端相连接，其中连接外部总线的电连接器采用冗余方式，可以连接两条外部CAN总线。当模块工作在露天场所且无防护措施时，壳体1应采用橡胶密封(壳体盖与壳体主体之间)，电连接器3应采用防水型连接器，否则对壳体1和电连接器3没有严格要求，壳体1的结构强度满足应用场合的要求即可。

图2中，冗余总线接口采用单刀双置的微型电磁继电器，在单片机的控制下对外部CAN总线进行切换，图3示出了冗余总线接口与4个总线连接器、与CAN接口的连接原理。CAN接口电路通常采用隔离接口方式，以减轻外界干扰对内部电路的影响，此时的CAN接口电路包括CAN控制器、CAN总线驱动电路以及两者之间的隔离电路三部分，其中的CAN控制器有PCX82C200及其升级产品SJA1000、MCP2510等型号，部分单片机内部也集成了CAN控制器，如P8XC592、MC68HC05X4、PIC18F2480等，本实用新型推荐采用单片机内置CAN控制器，以简化电路、提高可靠性；CAN总线驱动电路有PCA82C250/251以及其后继升级产品TJA1040、TJA1050等，推荐选用升级产品TJA1040，它有优秀的EMC性能，而且在不上电状态下有理想的无源性能，它还提供低功耗管理，支持远程唤醒；CAN控制器和CAN总线驱动电路之间的隔离可以采用磁隔离或光隔离技术，采用磁隔离技术的电路有IL612/712，光隔离电路应则采用高速光耦，如CNW137、HCPL0600等。控制信号的隔离驱动电路包括隔离电路和驱动电路两部分，其中的隔离电路也有磁隔离和光隔离两种，磁隔离为脉冲变压器隔离，光隔离则为光电耦合器，对光耦的速度没有严格要求；驱动电路可以采用功率开关晶体管、功率开关MOS管等；整个隔离驱动电路也可以采用固体继电器。单片机电路的选择范围很广，本实用新型推荐选用集成有CAN控制器的单片机，如PIC18F2480、MC68HC908等。电源转换电路需要提供两路低压电源，一路供总线接口电路使用(电压通常为5V)，另一路供其它内部电路使用(电压需根据电路需要而定)，这两路电源应相互独立且与输入电源隔离，以消除系统的影响；电源模块可以采用采用两块单路输出隔离型AC/DC转换器，也可以采用一块具有两路独立输出电压的隔离型AC/DC转换器。地址设定可以采用4位拨码开关；BIT单元可以包括模块电源电压极限检测、负载接入检测、负载短路检测及保护等功能，其中的模块电源电压极限检测推荐采用电压极限检测专用电路如ICL7665，负载短路检测可以采用霍尔传感器来检测流过负载的电流，负载短路保护可以采用自恢复保险丝。

该模块采用11位标识符，定义如下表：

其中模块种类定义如下：

ID6:ID4＝010：开关量输出模块；

ID6:ID4＝其它：保留用于其它种类的模块。

该模块接收数据为1字节，按位表示各输出端口控制数据；模块发送数据为3字节，分别代表模块及其各端口的自检状态信息。

模块接收数据采用随机接收方式，任何时间都可以发送数据给模块。模块发送数据方式可以有应答发送和随机发送等方式。模块工作时，实时检测并记录模块及其端口的状态，并把新检测到的数据与上次检测的数据进行比较，当存在状态变化时，则立即把新的检测数据通过CAN接口发送出去，这种数据发送方式即为随机发送。当上层模块对系统检测时，会要求模块提供状态数据时，模块接到数据请求信息后立即发送保存的最新采集数据，这种数据发送方式即为应答发送。

以上实施例是发明人认为比较合理的实现方式，对其结构外形的改变、连接信号数量的改变、与上层控制模块的连接方式的改变等均没有形成对本发明的根本结构的变化，均属于本实用新型的保护之列。

Claims

1、一种基于CAN总线的开关量输出装置，包括壳体(1)、电路板(2)和电连接器(3)，其特征在于连接外部总线及连接现场传感器的电连接器(3)分别安装在壳体(1)的两端，并分别与安装于壳体底板上的电路板(2)的两端相连接，其中连接外部总线的电连接器采用冗余方式，可以连接两条外部CAN总线。

2、根据权利要求1所述的基于CAN总线的开关量输出装置，其特征在于所述的壳体(1)采用长方体形式，底面两端有伸出的马脚，用于模块在现场的安装固定；底面内部有凸台，用于安装电路板(2)；壳体两端开孔，用来安装电连接器(3)，其中一端有4个开孔，用来安装与外部总线连接的4个电连接器，另外一端的开孔数量视需要连接的被控负载的数量而定；壳体(1)具有一个可打开的上盖，打开上盖后可以对内部安装的电路板(2)进行检查；壳体(1)两侧面不安装器件，用于多个模块的组合安装。

3、根据权利要求1所述的基于CAN总线的开关量输出装置，其特征在于所述的电路板(2)安装在壳体(1)内部的底板上，其电路包括电源转换电路、冗余总线接口电路、CAN接口电路、单片机(包括软件)、隔离驱动电路、地址设定电路和机内检测电路(BIT)。其中，电源转换电路将输入的电源电压转化为内部电路的工作电压，提供给其它内部电路；冗余总线接口电路提供内部单路的CAN接口与外部双路冗余的CAN总线之间的连接；CAN接口电路从冗余总线接口接收信息，把接收到的信息送给单片机；隔离驱动电路负责将单片机送出的控制信号进行功率放大以驱动被控负载；地址设定电路和BIT电路直接与单片机相连接。

4、根据权利要求1所述的基于CAN总线的开关量输出装置，其特征在于所述的电连接器(3)包括总线接口连接器和现场被控负载接口连接器两部分，分别安装于壳体(1)的两端；其中的总线接口由总线输入接口和总线级联接口组成，用于模块采用级联的方式构成系统；总线输入接口和总线级联接口均采用双连接器冗余连接，使得总线接口有4个电连接器；每一个总线接口电连接器均包含模块工作电源、CAN总线信号和CAN总线的公共电平参考，其中电源冗余采用双线直接连接，CAN总线信号及其公共电平参考的冗余采用开关自动切换；现场被控负载接口电连接器的数量视需要连接的被控负载的数量而定。