CN201167335Y - Profibus-DP总线串口服务器 - Google Patents

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王伟
殷君
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Abstract

本实用新型涉及一种Profibus－DP总线串口服务器，包括Profibus－DP总线从站技术、串口扩展技术、信息配置技术，其硬件包括CPU模块、串口扩展模块、信息配置模块、SPC3协议模块、Profibus－DP硬件接口模块、电平转换模块、电源模块、指示灯与数码管显示模块；CPU模块与其他各个模块相连，协调与控制各个模块的工作。CPU模块与串口扩展模块相连，实现串口通道的参数设置与收发控制；串口扩展模块与电平转换模块相连，实现RS485电平信号的转换；信息配置模块与CPU核心模块相连，完成上位机配置软件的配置信息的下载与上传；SPC3协议模块与CPU核心模块相连，SPC3协议模块与Profibus－DP硬件接口模块相连，实现Profibus－DP从站功能；指示灯与数码管显示模块与CPU核心模块相连，指示串口服务器的工作状态。

Description

Profibus-DP总线串口服务器
技术领域
本实用新型涉及一种Profibus-DP总线串口服务器，是一种协议转换接口，属于现场总线技术领域。
背景技术
PROFIBUS遵从现场总线的国际标准IEC61158，是一种应用最为广泛的连接现场设备和控制系统的工业网络。PROFIBUS现场总线由PROFIBUS-DP、PROFIBUS-FMS、PROFIBUS-PA三部分组成。
目前主要应用和研发的是PROFIBUS-DP总线技术。Profibus-DP主要用于现场级设备之间的高速数据传输，一般是一个高速的主从系统。在这个系统中，一般的工作状态为一个作为主站的集中控制设备(如PLC)周期性的和各个分散在系统中的作为从站的I/O控制设备进行监控数据的交换。
Profibus-DP技术发展至今，由于其具有的协议开放性和网络应用的纵向层次的透明，广泛应用于制造业自动化，流程工业自动化，楼宇和交通电力等领域。
Prodibus-DP技术的特点：传输速率高，最大可支持12Mbps；一个系统最大支持127个节点，一般32个节点需要增加一个中继器；主从通信方式；抗扰性能好，采用RS-485传输技术或光纤传输技术；具有诊断，参数配置功能。
随着Profibus-DP现场总线产品类型的不断出现，象主站、各类型从站、协议转换接口等产品的不断出现，其中有Profibus-DP总线到Modbus总线技术的，也有Profibus-DP到EtherNet/IP网络转换接口的产品。而这些产品的出现都是为了现场总线技术的应用提供了更高效、方便的网络集成方案。将Modbus设备接入到Profibus-DP系统网络中，是Profibus-DP通信接口的主要应用，也是有效的网络集成方案。
目前市场上Profibus-DP-Modbus协议转换的接口很多，实现的方式也种类繁多，都是实现Modbus设备接入到Profibus-DP网络的功能。根据将Modbus设备接入到Profibus-DP网络的台数分类，可以分成一对一的通信接口、一对多的通信接口，而一对多的通信接口中的产品比较少，性能也很有限制，例如需要限制接入的Modbus设备的数目；需要限制Modbus交换指令的数量等等。以上这些限制使得一对多的DeviceNet通信接口应用比较繁琐，也不够灵活。
在目前市场上已有的一对多的Profibus-DP通信接口中，其工作原理是逐次访问所连接的Modbus设备，即先发送请求给第一个Modbus设备，等待Modbus设备的响应，获得正确响应之后发送访问第二台Modbus设备的请求，重复第一台Modbus设备的访问过程，一直到访问所有的Modbus设备，数据采集一个周期完成。从上面可以看出，随着Profibus-DP通信接口所连接的Modbus设备的增多，其采集Modbus设备数据的周期变得越来越长，对于最后访问的Modbus设备，其数据的更新速度较慢，数据的实时性得不到保证。
发明内容
本实用新型的目的是提出一种Profibus-DP总线串口服务器，该通信接口提高Profibus-DP通信接口并发访问其所连接的Modbus串口设备，从而避免了逐次访问的数据采集过程，大大减小了数据采集的周期，保证了数据的实时性能。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：Profibus-DP总线串口服务器包括Profibus-DP总线从站技术、串口扩展技术、信息配置技术；其硬件包括CPU模块、串口扩展模块、信息配置模块、SPC3协议模块、Profibus-DP硬件接口模块、电平转换模块、电源模块、指示灯与数码管显示模块。
CPU模块与其他各个模块相连，协调与控制各个模块的工作。CPU模块与串口扩展模块相连，实现串口通道的参数设置与收发控制；串口扩展模块与电平转换模块相连，实现RS485电平信号的转换；信息配置模块与CPU核心模块相连，完成上位机配置软件的配置信息的下载与上传；SPC3协议模块与CPU核心模块相连，SPC3协议模块与Profibus-DP硬件接口模块相连，实现Profibus-DP从站功能；指示灯与数码管显示模块与CPU核心模块相连，指示串口服务器的工作状态。
串口扩展技术，采用的异步串口组件TL16C554AI(其他类似的串口扩展组件也可以实现)进行串口的扩展。
Profibus-DP从站技术，本部分有两个模块组成：SPC3协议模块和Profibus-DP硬件接口模块。
信息配置技术
主要功能是将上位机配置软件发送来的数据接收并写入到EEPROM中。在接收上位机配置软件的数据是采用的协议是自定义的，具有错误处理功能。信息配置采用RS232接口，直接与电脑的串口相连即可。
本实用新型的有益效果：Profibus-DP总线串口服务器是一种并发访问串口设备的Profibus-DP通信接口，具有连接8台串口设备的能力，是具有完全意义上的一对多。8个独立的串口通道，使得连接的串口设备类型没有限制，采用的通信波特率可以不同，最主要的是使得完成8台串口设备数据采集的周期缩短，保证了数据的实时性。同时，降低了Profibus-DP通信接口在应用过程中的成本，具有一定的经济效益。
以下结合附图和实施例对本实用新型作比较详细的说明。
附图说明
图1为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的硬件结构框图；
图2为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的串口扩展电路示意图；
图3为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的串口扩展组件的电路原理图；
图4为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的Profibus-DP硬件接口模块电路图；
图5为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的Profibus-DP硬件配置模块电路图；
图6为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的Profibus-DP硬件电源模块电路图。
具体实施方式
参照图1，这是本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的硬件结构框图。
如图所示，硬件包括CPU模块(1)、串口扩展模块(2)、信息配置模块(3)、SPC3协议模块(4)、Profibus-DP硬件接口模块(5)、电平转换模块(6)、电源模块(7)、指示灯与数码管显示模块(8)。
CPU模块与其他各个模块相连，协调与控制各个模块的工作。CPU模块与串口扩展模块相连，实现串口通道的参数设置与收发控制；串口扩展模块与电平转换模块相连，实现RS485电平信号的转换；信息配置模块与CPU核心模块相连，完成上位机配置软件的配置信息的下载与上传；SPC3协议模块与CPU核心模块相连，SPC3协议模块与Profibus-DP硬件接口模块相连，实现Profibus-DP从站功能；指示灯与数码管显示模块与CPU核心模块相连，指示串口服务器的工作状态。
图2为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的串口扩展电路示意图。
如图所示，Profibus-DP总线串口服务器具有8路独立的串口通道，因此，其串口的扩展使用了2片TL16C554AI及相关电路，RS485电平转换电路采用3.3V的直流电压，降低硬件电路的功耗。
图3为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器的串口扩展组件电路示意图。
如图所示，本实用实现采用的是TL16C554AI串口扩展组件，其他的串口扩展组件也可以类似实现。串口扩展最核心的就是如何处理各个串口通道的中断。经过计算，在处理完其他中断数据的过程中，没有数据溢出串口扩展芯片的FIFO缓冲区。TL16C554串口扩展组件其FIFO缓冲区的大小是16字节，设置FIFO的触发深度为8字节，当发生多个串口通道的中断，处理完所有的中断时，任何一个串口通道没有数据溢出FIFO缓冲区。所以串口扩展采用了基于或逻辑的串口扩展技术。具体实现为：
将2片TL16C554的各个通道的中断信号，通过或逻辑电路连接到微处理器的外部中断0(INT0)，并且将各个串口通道的中断信号与微处理器的IO口线相连接，用来判断产生中断的串口通道。
图4为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器接口模块电路图。
如图所示，接口模块，包括485电平转换电路75ALS176，终端电阻和DB9串口连接器。
图5为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器信息配置模块电路图。
如图所示，信息配置模块，将上位机配置软件发送来的数据接收并写入到EEPROM中，信息配置采用RS232接口，直接与电脑的串口相连。
图6为本实用新型Profibus-DP总线串口服务器电源模块电路图。
如图所示，电源模块电压有5VDC，3.3VDC，1.8VDC三种，主电源采用5W的DC-DC模块，输出5VDC，通过两个LDO转换电压至所需要的电压范围。

Claims (4)

1.一种Profibus-DP总线串口服务器，用于工业控制技术，其特心征在于：所述的串口服务器，包括CPU模块(1)、串口扩展模块(2)、信息配置模块(3)、SPC3协议模块(4)、Profibus-DP硬件接口模块(5)、电平转换模块(6)、指示灯与数码管显示模块(7)、电源模块(8)；
CPU模块与各模块相连，协调与控制各个模块的工作；CPU模块与串口扩展模块相连，实现串口通道的参数设置与收发控制；串口扩展模块与电平转换模块相连，实现RS485电平信号的转换；信息配置模块与CPU核心模块相连，完成上位机配置软件的配置信息的下载与上传；SPC3协议模块与CPU核心模块相连，SPC3协议模块与Profibus-DP硬件接口模块相连，实现Profibus-DP从站功能；指示灯与数码管显示模块与CPU核心模块相连，指示串口服务器的工作状态。
2、根据权利要求1所述的Profibus-DP总线串口服务器，其特征在于：所述的接口模块，包括485电平转换电路75ALS176，终端电阻和DB9串口连接器。
3、根据权利要求1所述的Profibus-DP总线串口服务器，其特征在于：所述的信息配置模块，将上位机配置软件发送来的数据接收并写入到EEPROM中，信息配置采用RS232接口，直接与电脑的串口相连。
4、根据权利要求1所述的Profibus-DP总线串口服务器，其特征在于：所述的电源模块，电压有5VDC，3.3VDC，1.8VDC三种，主电源采用5W的DC-DC模块，输出5VDC，通过两个LDO转换电压至所需要的电压范围。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106502176A (zh) * 2016-09-27 2017-03-15 北京神雾环境能源科技集团股份有限公司 热解试验装置监控系统
CN106685782A (zh) * 2017-01-17 2017-05-17 北京华电天仁电力控制技术有限公司 一种带有DP总线数据采集功能的Profibus有源终端电阻装置
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