CN201471700U - 注塑机profibus-dp网络从站接口电路 - Google Patents

注塑机profibus-dp网络从站接口电路 Download PDF

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Abstract

一种基于单片机的注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路，主要由PROFIBUS-DP通信接口电路和I/O接口电路组成，其中PROFIBUS-DP通信接口电路主要由SIEMENS的从站协议芯片SPC3、89C51微处理器、连接PROFIBUS-DP总线的RS-485接口、采集和发送注塑机工作参数的开关量及模拟量输入/输出电路等组成。采用89C51单片机加PROFIBUS通信协议专用ASIC协议芯片SPC3，实现PROFIBUS-DP从站接口电路的开发，能够将具有DP接口的PLC和没有DP接口的检测部件连入整个PROFIBUS-DP总线，形成注塑成型加工过程的网络控制系统。该接口电路的性价比高、结构简单、易于扩充、功能设计灵活、系统实时性和可靠性好。

Description

注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路
所属技术领域
本实用新型涉及一种基于单片机的注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路，用于注塑成型加工过程的网络控制系统中。
背景技术
目前我国生产的注塑机一般不具备网络控制功能，制品注塑成型加工过程对注塑机的维护和管理仍停留在单机直接现场管理阶段，不便于实现资源共享、集中管理和控制，无法满足自动化、规模化和信息化生产的需求。利用日臻完善的PROFIBUS总线技术，开发实用的网络控制系统，实现方便、灵活、有效地对现场设备进行控制与状态监测，无疑是解决该问题的最佳方式。注塑机采用联机群控的生产管理模式，建立自动化的注塑成型生产车间，可以大大提高注塑机的控制能力和管理水平，降低人力成本，增强企业竞争力。采用先进的现场总线技术，即时向监控设备提供当前注塑机运行状态信息并接受监控设备的命令，开发具有网络监控功能的开放式注塑机设备，为真正的网络制造提供支持，这必将对注塑成型加工行业的发展产生深远影响。
发明内容
具有网络控制功能的注塑机控制器在日本和欧洲己经开始出现，我国在该领域仍是空白，国内还没有能够实现企业管理与过程控制的信息一体化注塑成型加工网络系统。因此，开发高性能、低成本的注塑成型加工过程网络控制从站接口电路，可以实现对注塑机的远程监控和生产过程的集中管理，提高注塑成型加工制品的质量，扩大企业的生产效益和信息化程度。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：采用89C51单片机加PROFIBUS通信协议专用ASIC协议芯片SPC3，实现PROFIBUS-DP从站接口电路的开发。PROFIBUS-DP从站将现场注塑机传感器采得信号接入，并经前向通道变换成符合控制计算和通信的数字信号量，然后按编制程序和上位机组态参数及算法进行运算，通信协议传给上位计算机用于显示和监控，上位计算机发出由智能从站运算后的控制信号经过逆向变换输出给现场注塑机执行设备，从而实现一个完整的回路控制。根据注塑机的工作流程，以PLC作1类主站，完成总线的通信控制与管理、周期性数据访问及从站数据读写、从站远程参数化等工作。监控站即2类主站计算机完成非周期性数据访问，实现各种参数的设定与显示、工作状态的显示及报警提示等功能。主站与现场设备控制系统之间用现场总线连接，现场设备各控制单元独立运行，在接收控制命令后完成主站所发控制任务，同时反馈回本单元状态信息。主站是下达控制命令的中心枢纽，也是现场设备信息反馈的终端显示，主站用PC机及PLC作为控制平台，监控界面实时显示现场设备信息。
本实用新型的有益效果是，从站接口电路能够将具有DP接口的PLC和没有DP接口的检测部件连入整个PROFIBUS-DP总线，形成注塑成型加工过程的网络控制系统，而且该接口电路的性价比高、结构简单、易于扩充、功能设计灵活、系统实时性和可靠性好。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是注塑机网络控制从站接口电路整体结构图。
图2是单片机89C51与SPC3接口电路原理图。
图3是RS-485接口电路原理图。
图4是模拟量输入电路原理图。
图5是开关量输出电路原理图。
具体实施方式
如图1所示，注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路主要由两部分组成：PROFIBUS-DP的通信接口电路和I/O接口电路，其中PROFIBUS-DP通信接口电路主要由SIEMENS的从站协议芯片SPC3、89C51微处理器、连接PROFIBUS-DP总线的RS-485接口、采集和发送注塑机工作参数的开关量及模拟量输入/输出电路等组成。
1、单片机89C51与SPC3接口电路
在图2中，SPC3接48MHz有源晶振，工作于同步模式，由于内部有自己的锁存及解码电路，故MCU8位地址线不经过74LS573锁存芯片而直接与SPC3连接。SPC3和微处理器通过11位地址线和8位数据线进行数据交换，当访问16位RAM单元时，SPC3自动执行字节交换功能，以使微处理器能正确读取这16位值，读写通过两次访问8位数据线实现。SPC3的总线接口单元(BIU)形成与微处理器连接的接口，这是一个同步/异步有11位地址总线的8位接口。
SPC3内部1.5K RAM的片选信号通过地址信号AB3-AB7同时置0产生，AB0-AB7必须为00000XXX，SPC3从信号AB2-AB0选择相关地址。CPU与SPC3通过双口RAM交换数据，SPC3的双口RAM应在CPU地址空间中统一分配地址，MCU通过双口RAM完成SPC3初始化和数据交换。SPC3中三根信号RTS、TXD、RXD由UART口，经光耦进行电流隔离接入RS-485总线驱动芯片SN75ALS176中，控制总线数据互相交换。
2、RS-485接口电路
在图3中，89C51MCU自带的UART异步通信口，外接SN75ALS176芯片转换成RS-485总线。为了实现总线与单片机系统的隔离，在MCU异步通信口与SN75ALS176之间采用高速光耦6N137隔离，可以达到6Mbps传输率。光耦限流电阻R1、R2和R3的取值十分重要，阻值如果选取得较大将会使光耦的发光管由截止进入饱和变得较慢，如果选取得过小则退出饱和会很慢从而影响芯片正常工作，本电路选定这三个电阻阻值为430Ω。
3、模拟量输入电路
在图4中，模拟量输入电路主要是将4-20mA的电流信号转换为数字量，应用低频测量的2通道16位模拟前端器件AD7705芯片，直接接收来自注塑机传感器的低电平信号，然后产生串行数字输出，输出的两路数字信号接89C51的P1.0和P1.3口。
4、开关量输出电路
在图5中，开关量输出电路主要是采取抗干扰措施隔离外部干扰，以及考虑信号输入是否需要锁存。两路开关量经单片机的P1.1和P1.2口给出，接到光耦HCPL0631，再经继电器接入注塑机现场设备。HCPL0631含2路光电隔离电路，最高传输速率可达12Mbps，能很好的实现光电隔离。
综上所述，本实用新型采用单片机加协议芯片方式设计PROFIBUS-DP从站接口电路，构建了PROFIBUS现场总线网络控制系统，开发了注塑机网络从站接口电路，使不具备PROFIBUS总线接口的设备连入总线网络成为可能。该接口电路能够保证网络控制系统的实时性和可靠性要求，设计灵活性好，实现了PROFIBUS总线网络控制的效果。PROFIBUS-DP网络从站接口电路除可用于注塑机网络控制系统外，在其他领域也具有应用价值。

Claims (4)

1.一种基于单片机的注塑机PROFIBUS-DP网络从站接口电路，包括PROFIBUS-DP通信接口电路和I/O接口电路，其特征在于PROFIBUS-DP从站接口电路采用89C51单片机加PROFIBUS通信协议专用ASIC协议芯片SPC3，实现注塑成型加工过程的网络控制。
2.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于PROFIBUS-DP的通信接口电路由SIEMENS的从站协议芯片SPC3、89C51微处理器、连接PROFIBUS-DP总线的RS-485接口、采集和发送注塑机工作参数的开关量及模拟量输入/输出电路等组成。
3.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于SPC3和89C51连接构成接口电路主体，89C51外接SN75ALS176芯片转换成RS-485总线，在89C51与SN75ALS176之间采用高速光耦6N137隔离。
4.根据权利要求1所述的接口电路，其特征在于AD7705芯片直接接收来自注塑机传感器的低电平信号，产生串行数字输出信号接89C51，两路开关量经单片机给出接到光耦HCPL0631，再经继电器接入注塑机现场设备。
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