CN205407856U - 一种基于双向高速串行通讯的网关 - Google Patents
一种基于双向高速串行通讯的网关 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于双向高速串行通讯的网关，它包括中央处理器，与中央处理器双向连接的协议转换芯片，所述协议转换芯片与第一磁耦隔离芯片双向连接，所述第一磁耦隔离芯片通过第一驱动器与PROFIBUS‑DP总线接口双向连接进行通讯，所述中央处理器还分别与第二磁耦隔离芯片以及第三磁耦隔离芯片双向连接进行通讯，所述第二磁耦隔离芯片与第二驱动器以及第三磁耦隔离芯片与第三驱动器之间各自分别双向连接，本实用新型通过利用双通道磁耦隔离芯片完成两路串行口通信与外部接口的隔离，提高抗干扰性，实现了将现有的MODBUS总线从站设备直接接入PROFIBUS‑DP总线网络的目的，提高了自动化设备的应用范围。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于双向高速串行通讯的网关。
背景技术
随着工业化进程的快速发展，作为我国第一个工业通信领域现场总线技术国家标准的PROFIBUS现场总线，占有很大的市场份额，其应用范围已经相当广泛。在PROFIBUS家族中，尤其以PROFIBUS-DP总线的应用最为广泛。
国内的一些厂商都在开发并相继推出自己的现场总线系列产品。但是其FCS(现场总线控制系统)系列产品在快速接入主流现场总线系统中有一些阻力，所占市场份额较小，其提供的系统设计方案大多还是在主推DCS(集散控制系统)系统。为了能够快速接入主流现场总线，急需一种PROFIBUS-DP/MODBUS网关，以期实现其FCS系列输入/输出从站设备快速无缝接入PROFIBUS-DP网络，并借此来提高其自动化设备的应用范围。通过对现有网关的分析，发现通讯过程中，由于没有采取有效的隔离技术，存在抗干扰能力较差的突出问题，另外，现有网关通常由12M晶振驱动CPU，造成装置工作稳定性较差；此外，现有网关普遍采用单路电源供电，若该路电源坏掉，将造成网关非正常工作,同时，多采用单路MODBUS网络接口模式，存在当该网络接口坏掉，将造成网络非正常通讯的技术故障，由于上述因素的存在，大大降低了现有网关在各种工况下工作的可靠性。
发明内容
本实用新型的一个目的在于克服现有技术的不足，提供一种可靠接入PROFIBUS-DP网络的双向高速串行通讯的网关。
为实现上述目的，本实用新型提出一种基于双向高速串行通讯的网关，它包括中央处理器，与中央处理器双向连接的协议转换芯片，所述协议转换芯片与第一磁耦隔离芯片双向连接，所述第一磁耦隔离芯片通过第一驱动器与PROFIBUS-DP总线接口双向连接进行通讯，所述中央处理器还分别与第二磁耦隔离芯片以及第三磁耦隔离芯片双向连接进行通讯，所述第二磁耦隔离芯片与第二驱动器之间以及所述第三磁耦隔离芯片与第三驱动器之间各自分别双向连接，所述第二驱动器与第一MODBUS总线接口之间以及所述第三驱动器与第二MODBUS总线接口之间分别对应连接进行通讯；所述中央处理器、协议转换芯片、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器分别与两路冗余电源模块连接。
通过冗余设计，使用两路冗余电源模块，对所述中央处理器、协议转换芯片、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器连接完成供电，提高整个网关装置以及整套系统的可靠性、稳定性，中央处理器利用其串口通过设置两路MODBUS总线接口线路进行双向串行通讯，可以有效的提高MODBUS总线接口的可靠性，避免串行通讯中因一个MODBUS总线接口损坏造成系统无法正常通讯的局面。
另外，根据本实用新型实施例可以具有如下附加的技术特征：
根据本实用新型的一个实施例，所述中央处理器还连接有从站地址拨码开关。
这样可以通过拨码开关对通讯从站进行地址的设置，有利于针对现场具体情况，对从站进行具体配置，提高系统的柔性，方便系统组网。
根据本实用新型的一个实施例，所述协议转换芯片的型号为VPC3+C。
根据本实用新型的一个实施例，所述第一驱动器中包括的驱动芯片型号为ADM2486，所述第二驱动器、第三驱动器中包括的驱动芯片型号为ADM2483。
根据本实用新型的一个实施例，所述中央处理器还与频率为8M的外部晶振连接。这样可以针对现有网关稳定性较差，采用独立的8M频率外部晶振，解决中央处理器工作稳定性较差的问题。
本实用新型通过使用两路冗余电源模块解决单路电源供电不可靠的技术问题，利用双通道磁耦隔离芯片完成两路串行口通信与外部接口网络的隔离，以提高抗干扰性，同时有效避免因单路MODBUS总线网络出现故障导致的通讯中断，实现将现有的MODBUS总线从站设备直接接入PROFIBUS-DP总线网络的目的，提高了自动化设备的应用范围。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，
图1是一种基于双向高速串行通讯的网关结构示意图；
其中:1.PROFIBUS-DP总线接口，2.第一驱动器，3.第一磁耦隔离芯片，4.两路冗余电源模块，5.协议转换芯片，6.中央处理器，7.从站地址拨码开关，8.第二磁耦隔离芯片，9.第二驱动器，10.第三磁耦隔离芯片，11.第三驱动器，12.第一MODBUS总线接口，13.第二MODBUS总线接口。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。下面结合附图进一步说明；
图1中，提供一种基于双向高速串行通讯的网关的具体实施方式，它包括中央处理器6，与中央处理器6双向连接的协议转换芯片5，所述协议转换芯片5与第一磁耦隔离芯片3双向连接，所述第一磁耦隔离芯片3通过第一驱动器2与PROFIBUS-DP总线接口1双向连接进行通讯，所述中央处理器6还分别与第二磁耦隔离芯片8以及第三磁耦隔离芯片10双向连接进行通讯，所述第二磁耦隔离芯片8与第二驱动器9之间以及第三磁耦隔离芯片10与第三驱动器11之间各自分别双向连接，所述第二驱动器9与第一MODBUS总线接口12之间以及所述第三驱动器11与第二MODBUS总线接口13之间分别一一对应连接进行通讯；
中央处理器6、协议转换芯片5、第一驱动器2、第二驱动器9、第三驱动器11分别与两路冗余电源模块4单向连接。
中央处理器6还连接有从站地址拨码开关7。实现现场对从站地址的编码操作，便于现场维护和调试，增加装置在PROFIBUS-DP/MODBUS网络系统接入灵活性。
协议转换芯片5的型号为VPC3+C。负责PROFIBUS-DP协议转换、传输数据交换，实现DP从站的核心功能。
第一驱动器2中包括的驱动芯片型号为ADM2486，是较为成熟的低功耗RS485串口驱动器；所述第二驱动器9、第三驱动器11中包括的驱动芯片型号为ADM2483。中央处理器6还连接有频率为8M的外部晶振。
这样，中央处理器6负责从站单元的配置和管理，此外，还完成MODBUS协议的实现以及两种协议数据交换协议栈的实现，中央处理器6使用8M的外部晶振，相比现有的12M频率,提高了CPU工作稳定性；
协议芯片VPC3+C来实现PROFIBUS-DP总线数据的转换和共享，从而构成从站的核心功能；根据通信速度要求的不同，利用第一磁耦隔离芯片3完成PROFIBUS-DP通信的隔离兼物理层电平转换功能；
本方案采用两路冗余电源模块，负责整套系统的电源供给，若一路电源供电失败，可切换到另一路，两路冗余电源模块包括通过功率开关管或固态继电器分别与两路电源连接的掉电保护装置，掉电保护装置中包括的电压比较器对工作电压进行实时侦测，当电压阈值低于工作电压(工作电压可以以3.3伏或5伏或9伏为例)，比较器输出电平信号驱动功 率开关管或固态继电器对两路电源进行切换，实现不间断供电的效果，使得网关工作可靠性大大增强。
为了提高系统的抗干扰能力，网关与外界通信部分与总线系统在物理接口上进行电气隔离，此处的三个通信接口(一个PROFIBUS-DP总线接口1和两个MODBUS总线接口)，PROFIBUS-DP总线接口1使用第一磁耦隔离芯片3，两个MODBUS总线接口各自采用第二磁耦隔离芯片8以及第三磁耦隔离芯片10以实现隔离；第二磁耦隔离芯片8以及第三磁耦隔离芯片10，构成了双通道磁耦隔离芯片完成两路串行口通信与外部接口网络的隔离，提高抗干扰性；这种双路冗余模式的网络接口，若一路MODBUS总线接口坏掉，可切换到另一路MODBUS接口，同样增强网路通讯保障能力。PROFIBUS-DP通讯和MODBUS通讯都采用了基于芯片尺寸的变压器隔离技术的磁耦，和传统的光耦比较，其转换速度、瞬态共模抑制能力、功耗、尺寸及成本等方面均有很明显的优势，从而保障了整个网关工作可靠性和稳定性。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (5)
1.一种基于双向高速串行通讯的网关，其特征在于，它包括中央处理器，与中央处理器双向连接的协议转换芯片，所述协议转换芯片与第一磁耦隔离芯片双向连接，所述第一磁耦隔离芯片通过第一驱动器与PROFIBUS-DP总线接口双向连接进行通讯，所述中央处理器还分别与第二磁耦隔离芯片以及第三磁耦隔离芯片双向连接进行通讯，所述第二磁耦隔离芯片与第二驱动器之间以及所述第三磁耦隔离芯片与第三驱动器之间各自分别双向连接，所述第二驱动器与第一MODBUS总线接口之间以及所述第三驱动器与第二MODBUS总线接口之间分别对应连接进行通讯；所述中央处理器、协议转换芯片、第一驱动器、第二驱动器、第三驱动器分别与两路冗余电源模块连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于双向高速串行通讯的网关，其特征在于，所述中央处理器还连接有从站地址拨码开关。
3.根据权利要求2所述的一种基于双向高速串行通讯的网关，其特征在于，所述协议转换芯片的型号为VPC3+C。
4.根据权利要求2所述的一种基于双向高速串行通讯的网关，其特征在于，所述第一驱动器中包括的驱动芯片型号为ADM2486，所述第二驱动器、第三驱动器中包括的驱动芯片型号为ADM2483。
5.根据权利要求4所述的一种基于双向高速串行通讯的网关，其特征在于，所述中央处理器还与频率为8M的外部晶振连接。
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Country Status (1)
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2016
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