CN203883862U - 用于连接变频器与上位机的profibus通讯模块 - Google Patents
用于连接变频器与上位机的profibus通讯模块 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了用于连接变频器与上位机的PROFIBUS通讯模块，包括：与接口板(9)连接的电源接口(3)；与PROFIBUS-DP现场总线连接的D型接头(7)；与所述D型接头(7)连接的485隔离芯片(6)；与所述485隔离芯片(6)连接的ARM微处理器(1)，以及与所述ARM微处理器(1)连接的ADM隔离芯片(5)；以及与所述ADM隔离芯片(5)连接的变频器接口(4)，用以连接变频器。本PROFIBUS通讯模块通过运行ARM微处理器中软件集成PROFIBUS-DP V0协议程序，实现变频器与上位机的PROFIBUS-DP通讯，无需专用协议芯片，硬件电路结构简单，通讯速率快，抗干扰能力强，节省了硬件及成本。
Description
技术领域
本实用新型属于PROFIBUS通讯产品领域，特别涉及一种用于连接变频器与PROFIBUS-DP现场总线的通讯模块。
背景技术
现场总线技术是当今自动化控制领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。随着近年来现场总线控制技术的日益成熟和完善，其在工业现场的应用已经非常普遍。PROFIBUS-DP是国际上通用的现场总线标准，它具有实时性强、传输速率高、支持冗余等特点，在工控领域得到广泛的应用。变频器已被广泛应用于工业控制，因此，市场需要用于连接变频器与PROFIBUS-DP现场总线的高效率、高稳定性的通讯产品。
目前，PROFIBUS-DP通讯产品均是采用单片机加PROFIBUS专用芯片的方式实现，与变频器的通讯大多是将PROFIBUS-DP总线信号通过PROFIBUS专用芯片进行数据处理后再通过单片机进行分析处理，这种方式的电路相对复杂，而且单片机速度低，限制变频器的实时响应速度及数据返回速度，且PROFIBUS专用协议芯片的功能有限、来源单一、价格较高，因此产品成本及销售价格一般较高。另外，单片机在恶劣环境下容易受到干扰，程序运行容易出现异常，导致通讯的可靠性下降。
发明内容
发明目的：提供一种用于连接变频器与PROFIBUS-DP现场总线的通讯模块，代替专用协议芯片，简化通讯模块的硬件电路，减小其体积大小和生产成本。
技术方案：用于连接变频器与上位机的PROFIBUS通讯模块，包括：与接口板9连接的电源接口3；与PROFIBUS-DP现场总线连接的D型接头7；与所述D型接头7连接的485隔离芯片6；与所述485隔离芯片6连接的ARM微处理器1，其软件集成的PROFIBUS-DP V0协议程序，接收来自与D型接头连接的所述485隔离芯片6的信号，并进行分析处理；以及与所述ARM微处理器1连接的ADM隔离芯片5，所述ARM微处理器1通过所述ADM隔离芯片5与变频器进行数据交换；以及与所述ADM隔离芯片连接的变频器接口4，用以连接变频器；
本PROFIBUS通讯模块还包括与ARM微处理器1连接的电源转换模块2，用于为ARM微处理器1提供3.3V工作电压；
本PROFIBUS通讯模块还包括与所述ARM微处理器1连接的LED灯11，用来指示PROFIBUS通讯模块与上位机及变频器的通讯状态；
本PROFIBUS通讯模块还包括与总线D型接头一侧连接的备用终端电阻及上拉下拉电阻12；
本PROFIBUS通讯模块还包括用于对所述485隔离芯片、D型接口终端电阻及上拉下拉电阻供电的VCC5V电源；
本PROFIBUS通讯模块还包括用于对所述ADM隔离芯片的3.3V电源及用于与变频器连接的接口4的上拉下拉电阻供电的VDD5V电源；
所述变频器接口板9与所述电源接口3及所述变频器接口4的连接，为直接接插方式；
本发明PROFIBUS通讯模块所述ARM微处理器1采用32位的Cortex-M3内核,STM32F103ZE微处理器,及相应的外围系统电路和电源转换模块；所述的STM32F103ZE微处理器的通讯速率可达6M，大大增强了与上位机的PROFIBUS-DP现场总线的通讯速率；
所述STM32F103ZE微处理器包括与485隔离芯片相连的串行通信接口USART2，发送数据到上位机和接收来自上位机的数据；微处理器与ADM隔离芯片连接的串行通信接口USART1，发送数据到变频器和接收来自变频器的数据；
所述与上位通讯的隔离芯片为MAX485E芯片，与变频器通讯的隔离芯片为ADM2483芯片。
本实用新型的优点和有益效果：本发明PROFIBUS通讯模块通过运行ARM微处理器中软件集成PROFIBUS-DP V0协议程序，实现变频器与上位机的PROFIBUS-DP通讯，无需专用协议芯片，在STM32F103ZE微处理器软件集成PROFIBUS-DP V0协议，不但硬件电路结构简单，而且与变频器的数据交换实时性强，通讯速率快，抗干扰能力强，节省了硬件及成本，通过该模块，可方便的将变频器接入到PROFIBUS现场总线上，具有重大的实际意义。
附图说明
图1是本发明PROFIBUS通讯模块硬件原理框图；
图2是本发明PROFIBUS通讯模块STM32F103ZE微处理器外围电路原理图；
图3是本发明PROFIBUS通讯模块系统硬件连接图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1所示，用于连接变频器与上位机的PROFIBUS通讯模块，包括：与接口板9连接的电源接口3；与PROFIBUS-DP现场总线连接的D型接头7；与所述D型接头7连接的485隔离芯片6；与所述485隔离芯片6连接的ARM微处理器1，其软件集成的PROFIBUS-DP V0协议程序，接收来自与D型接头连接的所述485隔离芯片6的信号，并进行分析处理；以及与所述ARM微处理器1连接的ADM隔离芯片5，所述ARM微处理器1通过所述ADM隔离芯片5与变频器进行数据交换；以及与所述ADM隔离芯片连接的接口4，用以连接变频器；
本PROFIBUS通讯模块还包括与ARM微处理器1连接的电源转换模块2，用于为ARM微处理器1提供3.3V工作电压；
本PROFIBUS通讯模块还包括与所述ARM微处理器1连接的LED灯11，用来指示PROFIBIS通讯模块与上位机及变频器的通讯状态；
本PROFIBUS通讯模块还包括与总线D型接头一侧连接的备用终端电阻及上拉下拉电阻12；
本PROFIBUS通讯模块还包括用于对所述485隔离芯片、D型接口终端电阻及上拉下拉电阻供电的VCC5V电源；
本PROFIBUS通讯模块还包括用于对所述ADM隔离芯片的3.3V电源及用于与变频器连接的接口4的上拉下拉电阻供电的VDD5V电源；
所述变频器接口板9与所述电源接口3及所述变频器接口4的连接，为直接接插方式；
本发明PROFIBUS通讯模块所述ARM微处理器1采用32位的Cortex-M3内核,STM32F103ZE微处理器,及相应的外围系统电路和电源转换模块；所述的STM32F103ZE微处理器的通讯速率可达6M，大大增强了与上位机的PROFIBUS-DP现场总线的通讯速率；
所述STM32F103ZE微处理器包括与485隔离芯片相连的串行通信接口USART2，发送数据到上位机和接收来自上位机的数据；微处理器与ADM隔离芯片连接的串行通信接口USART1，发送数据到变频器和接收来自变频器的数据；
所述与上位通讯的隔离芯片为MAX485E芯片，与变频器通讯的隔离芯片为ADM2483芯片。
如图2所示，本发明PROFIBUS通讯模块的STM32F103ZE微处理器外围系统电路有5V-3.3V电源转换模块、使用外部晶体震荡来提供时钟信号，时钟电路的设计采用典型的晶体连接方法，外部晶振震荡频率采用8.0MHz；微控制器在上电时状态并不确定，则造成微控制器不能正确工作，外部晶振不起振，所以本发明通信模块设计了一个手动系统复位电路；此微处理器内置JTAG接口，因此程序下载及调试接口设计为JTAG接口。
本发明的PROFIBUS通讯模块供电电源及与变频器自由通讯的隔离电源均为5V，由变频器的接口板提供，而STM32F103ZE微处理器需要的标准工作电压是3.3V，所以电源转换模块采用DC-DC转换芯片LM1117-3.3，将5V电源转换为3.3V为STM32F103ZE微处理器供电。
具体的，上位PROFIBUS-DP现场总线与该PROFIBUS通讯模块D型接头相连，通过MAX485E隔离芯片将信号传送至STM32F103ZE微处理器串口USART2，STM32F103ZE微处理器软件集成PROFIBUS-DP的DP-V0协议功能，实现PROFIBUS-DP通信初始化功能。STM32F103ZE微处理器接收来自上位机的信号，按照PROFIBUS-DP系统的通信过程,软件经历诊断、参数设置、组态检查以及再诊断等几个阶段，如果以上几步完全正确，PROFIBUS通讯模块与上位机开始进行循环的数据交换。
本发明的PROFIBUS通讯模块的地址及波特率可设，可通过变频器的监视器设置，在监视器的上位控制组设置变频器的通讯地址及通讯波特率，通过变频器的接口板485接口传给ADM隔离芯片，ADM隔离芯片将该信号传给ARM微处理器的串口USART1，STM32F103ZE微处理器接收来自变频器的信号，并进行处理，将变频器的地址及通讯波特率信息传给上位机，从而实现了变频器的地址及波特率可设功能。
本发明的PROFIBUS通讯模块的LED指示灯一端连接1K欧姆的上拉电阻，一端与STM32F103ZE微处理器的PE8引脚相连，其功能为：PROFUBUS通讯模块上电，LED指示灯灭，若所述的PROFIBUS通讯模块与上位机通讯正常，LED指示灯常亮，与上位机通讯错误，LED指示灯灭，若所述的PROFIBUS通讯模块与上位机及变频器通讯正常时，LED指示灯闪烁。
本发明的PROFIBUS通讯模块不采用专用的协议芯片SPC3，仅以ARM芯片代替传统的单片机加协议芯片的方法，实现了PROFIBUS-DP通讯的功能。
如图3所示，本发明的PROFIBUS通讯模块与上位机及变频器的连接关系为：上位机S7-300PROFIBUS-DP接口与本发明PROFIBUS通讯模块的D型接头相连，进行数据交换，本发明PROFIBUS通讯模块采用直接接插接口与变频器相连，通过自由通讯协议，与变频器进行数据交换，从而组成了一个典型的主/从控制系统，提高了产品的安装性。
综上所述，本发明是用于变频器与PROFIBUS-DP现场总线进行通信及控制的通讯模块，与同类产品相比，本发明的PROFIBUS通讯模块无需单片机控制芯片，也无需SPC3专用协议芯片，以最简单的硬件电路设计完成信号的传输和变频器数据的通讯，从而实现了快速的数据交换，生产简单，成本低廉，安装方便。
Claims (7)
1.用于连接变频器与上位机的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，包括：与接口板(9)连接的电源接口(3)；与PROFIBUS-DP现场总线连接的D型接头(7)；与所述D型接头(7)连接的485隔离芯片(6)；与所述485隔离芯片(6)连接的ARM微处理器(1)，其软件集成的PROFIBUS-DP V0协议程序，接收来自与D型接头连接的所述485隔离芯片(6)的信号，并进行分析处理；以及与所述ARM微处理器(1)连接的ADM隔离芯片(5)，所述ARM微处理器(1)通过所述ADM隔离芯片(5)与变频器进行数据交换；以及与所述ADM隔离芯片(5)连接的变频器接口(4)，用以连接变频器。
2.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，还包括与所述ARM微处理器(1)连接的电源转换模块(2)，用于为所述ARM微处理器(1)提供3.3V工作电压。
3.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，还包括与所述ARM微处理器(1)连接的LED灯(11)，用来指示PROFIBIS通讯模块与上位机及变频器的通讯状态。
4.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，还包括与总线D型接头一侧连接的备用终端电阻及上拉下拉电阻(12)。
5.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，还包括用于对所述485隔离芯片、所述D型接口终端电阻及上拉下拉电阻供电的VCC5V电源。
6.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，还包括用于对所述ADM隔离芯片的3.3V电源及用于与变频器连接的接口4的上拉下拉电阻供电的VDD5V电源。
7.根据权利要求1所述的PROFIBUS通讯模块，其特征在于，所述变频器接口板(9)与所述电源接口(3)及所述变频器接口(4)的连接，为直接接插方式。
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| CN112731856A (zh) * | 2020-12-02 | 2021-04-30 | 华能南京金陵发电有限公司 | 一种基于变频器运行参数实时监维的方法 |
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