CN210954670U

CN210954670U - 一种RS485与Profibus-DP的协议转换器

Info

Publication number: CN210954670U
Application number: CN201921846191.8U
Authority: CN
Inventors: 张涛; 彭洁
Original assignee: Zhuhai Pilot Technology Co ltd
Current assignee: Zhuhai Pilot Technology Co ltd
Priority date: 2019-10-30
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2020-07-07
Anticipated expiration: 2029-10-30

Abstract

本实用新型公开了一种RS485与Profibus‑DP的协议转换器，包括：RS485通信电路，用于连接RS485总线；DP接口电路，用于连接Profibus‑DP总线；转换电路，包括ARM处理器、协议栈和隔离电路，所述RS485通信电路依次连接ARM处理器、协议栈和隔离电路后接入所述DP接口电路；电源电路，与所述RS485通信电路、所述DP接口电路和所述转换电路相连。本实用新型提供了RS485通信电路与DP接口电路之间通过转换电路实现组网通信，使得总线转换器具有RS485总线转Profibus DP总线的功能。

Description

一种RS485与Profibus-DP的协议转换器

技术领域

本实用新型涉及通信技术领域，尤其涉及一种RS485与Profibus-DP的协议转换器。

背景技术

目前在电力行业、石油化工行业、环境处理、制造行业等领域上Profibus DP现场总线应用广泛，特别是随着分布式控制系统(DCS系统)的应用越来越广泛，具有ProfibusDP总线功能的设备的需求量也不断增大。

但是目前国内设备厂家生产的设备通常均不具备Profibus总线功能，大部分都是以太网、RS485、RS232等常用现场总线接口设备，对于需要接入DCS系统的场景往往处于尴尬地位，使用现有技术的Profibus总线转换器或者是总线桥接设备，一个是成本太高，另外配置相当复杂。同时目前大部分现有的Profibus转换器仅支持Profibus DP V0协议，对于需要非循环数据的场景并不适用。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种RS485与Profibus-DP的协议转换器，可实现RS485设备与DCS系统进行组网通信。

本实用新型的目的采用如下技术方案实现：

一种RS485与Profibus-DP的协议转换器，包括：

RS485通信电路，用于连接RS485总线；

DP接口电路，用于连接Profibus-DP总线；

转换电路，包括ARM处理器、协议栈和隔离电路，所述RS485通信电路依次连接ARM处理器、协议栈和隔离电路后接入所述DP接口电路；

电源电路，与所述RS485通信电路、所述DP接口电路和所述转换电路相连。

进一步地，所述ARM处理器连接有存储模块。

进一步地，所述协议栈设为两个DPV1协议栈，两个所述DPV1协议栈之间并联接入所述ARM处理器，每个所述DPV1协议栈均经过隔离电路与DP接口电路相连。

进一步地，所述电源电路包括依次连接的输入滤波电路、短路保护电路、交直流隔离电路和输出滤波电路，220V电压依次经过输入滤波电路、短路保护电路、交直流隔离电路和输出滤波电路后输出5V电压为隔离电路供电。

进一步地，所述电源电路还包括相连的LDO稳压电路和电源滤波电路，所述LDO稳压电路与所述输出滤波电路相连，供隔离电路电源的5V电压依次经过LDO稳压电路和电源滤波电路后输出3.3V电压为协议转换器供电。

进一步地，所述隔离电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述协议栈双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后与DP接口电路双向通信连接；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的5V电压提供。

进一步地，所述RS485通讯电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述ARM处理器双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后接入RS485总线；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的5V电压提供。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：

(1)本实用新型采用协议栈芯片设计，减少了设计电路的复杂性同时降低了设计成本，节约了设备的开发周期；

(2)提供了RS485通信电路与DP接口电路之间通过转换电路实现组网通信，使得总线转换器具有RS485总线转Profibus DP总线的功能，解决了RS485设备接入DCS系统的难题。

附图说明

图1为本实用新型转换器的整体电路示意框图；

图2为本实用新型电源电路的电路示意框图；

图3为本实用新型电源电路的电路图；

图4为本实用新型隔离电路的电路示意框图；

图5为本实用新型RS485通信电路的电路示意框图；

图6为本实用新型RS485通信电路的电路图；

图7为本实用新型DP接口电路的电路图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

如图1～7所示，一种RS485与Profibus-DP的协议转换器，包括RS485通信电路、DP接口电路和转换电路，所述RS485通信电路用于连接RS485设备，而DP接口电路用于连接DCS系统，通过转换电路可让RS485设备直接接入DCS系统中。

如图7所示，图7为DP接口电路的具体电路图，所述DP接口电路该电路采用隔离设计方案，保护电路因DP总线故障而出现总线转换器损坏或是因为总线转换器异常而导致影响DP总线上其他设备正常运行。其中，②标示的电路为隔离模块，采用高传输速率磁隔离器件实现物理隔离，该电路采用两组独立电源供电保证相互不影响，VCC与GND为一组电源，该电源为系统工作电源，用于提供DP总线前端通信电路使用；DP_5V与DP_GND为独立一组电源，该组电源为DP总线专用电源，属于隔离电源，独立供给DP总线测电路电源。另外，电路中TVS4、TVS5、TVS6、RT3、RT4等器件为DP总线保护电路，具有过压、过流保护作用,RT3、RT4用于过流保护，使用的PTC电阻保险丝，TVS4、TVS5、TVS6用于限制DP总线上的差分电压，防止RS485总线因误接入220V电压而损坏。

如图5所示，所述RS485通讯电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述ARM处理器双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后接入RS485总线；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的供隔离电路电源的5V电压提供。

如图6所示，图6为RS485通信电路的具体电路图，所述RS485通信电路同样采用隔离设计方案，保护电路因485总线故障而出现总线转换器损坏或是因为总线转换器异常而导致影响485总线上其他设备正常运行。其中，①标示的电路为隔离光耦电路，实现光电隔离，该电路两侧采用独立电源供电保证相互不影响，VCC与GND为一组电源，该电源为系统工作电源，用于提供RS485总线前端通信电路使用；485_5V与485_GND为独立一组电源，该组电源为RS485总线专用电源，属于隔离电源，独立供给RS485总线测电路电源。另外，电路中TVS1、TVS2、TVS3、RT1、RT2等器件为RS485总线保护电路，具有过压、过流保护作用,RT1、RT2用于过流保护，使用的PTC电阻保险丝，TVS1、TVS2、TVS3用于限制RS485总线上的差分电压，防止RS485总线因误接入220V电压而损坏。

如图1～4所示，所述转换电路包括ARM处理器、协议栈和隔离电路，所述ARM处理器与所述RS485通信电路双向通信连接，实现与RS485设备通信功能；在本实施例中，所述ARM处理器优先选用意法半导体STM32F103ZE型号；所述ARM处理器与所述协议栈双向通信连接，所述协议栈芯片主要作用是处理Profibus DP物理层和链路层协议；所述协议栈与所述隔离电路双向通信连接，所述隔离电路与所述DP接口双向通信连接形成Profibus DP通道。此外，所述ARM处理器与存储模块相连，可存储各种转换器参数。

而在本实施例中，设为两个DPV1协议栈，两个所述DPV1协议栈之间并联接入所述ARM处理器，每个所述DPV1协议栈均经过隔离电路与DP接口电路相连，从而实现两路DP接口可同时工作，增加转换的通道。

此外，在本实施例中，如图4所示，所述隔离电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述协议栈双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后与DP接口电路双向通信连接；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的供隔离电路电源的5V电压提供。

所述转换电路、RS485通信电路和DP接口电路均与电源电路相连，为整个协议转换器提供适当的电能。在本实施例中，如图2、图3所示，所述电源电路包括依次连接的输入滤波电路、短路保护电路、交直流隔离电路和输出滤波电路，所述输入滤波电路的输入端连接有220V直流或交流通用型电源输入接口，方便转换器现场取电；220V电压经过所述输入滤波电路，可对输入端口进行一级滤波减少谐波成分对转换器内部器件的干扰，所述滤波电路与所述短路保护电路相连，避免输入端短路而烧毁转换器；220V电压经过输入滤波电路和短路保护电路后经过交直流隔离电路和输出滤波电路后输出直流低压5V电源，该5V电源可供所述隔离电路和所述RS485通讯电路提供电能；所述输出滤波电路与所述LDO稳压电路相连，将5V电压依次经过LDO稳压电路和电源滤波电路后输出3.3V电压，可供协议转换器正常工作。

如图3所示，图3为电源电路的具体电路图，其中输入滤波电路增加X电容器CX用于抑制差模干扰，EMI滤波及消除电火花满足EMC要求；增加Y电容器CY1和CY2用于抑制共模干扰，提高EMC性能；增加共模扼流圈L1主要用于抑制高频信号产生的电磁波向外辐射，起EMI滤波作用，同时滤除共模信号干扰。

此外，在所述电源电路中增加了增加短路保护电路，所述短路保护电路的原理为：防止输入端短路而烧毁总线转换器，其中Fuse为自恢复型保险丝，其原理为PTC电阻器，即正温度系数电阻器，当电路发生短路时，Fuse流过大电流产生高热量使得保险丝内部形成高阻态，限制电流通过，保护了电路；当短路故障排除后，保险丝冷却后内部电阻恢复正常值处于低阻状态，电路正常工作；电路中增加过压保护电路，压敏电阻器PR1用于限制输入的电压值，防止输入电压过高时损坏电源模块。

所述输出滤波电路增加了滤波电容器C2、C3、C8、C9能有效滤除高频杂波保证系统电源稳定性，对于高频脉冲，差分干扰信号有效抑制，提高总线转换器EMC性能。

总线转换器作为RS485设备与Profibus DP总线设备进行通信的桥梁，其要求必须响应速度快，不应该有较大延时，处理器速度足够快，能及时处理请求数据，支持多任务功能。本实用新型总线转换器将本总线转换器作为Profibus DP设备的从站，Profibus DP主站设备直接与总线转换器通信，直接获取总线转换器中缓存的下端RS485设备信息；同时RS485设备信息通过配置好的缓存矩阵表，实时从RS485设备中更新到总线转换器缓存中，该模式有效提高了系统的通信效率，保证Profibus DP总线通信效率不因转换器中转而出现暂用总线资源导致总线通信效率低下，该模式以最优方式解决了该问题。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims

1.一种RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，包括：

RS485通信电路，用于连接RS485总线；

DP接口电路，用于连接Profibus-DP总线；

2.根据权利要求1所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述ARM处理器连接有存储模块。

3.根据权利要求1所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述协议栈设为两个DPV1协议栈，两个所述DPV1协议栈之间并联接入所述ARM处理器，每个所述DPV1协议栈均经过隔离电路与DP接口电路相连。

4.根据权利要求1所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述电源电路包括依次连接的输入滤波电路、短路保护电路、交直流隔离电路和输出滤波电路，220V电压依次经过输入滤波电路、短路保护电路、交直流隔离电路和输出滤波电路后输出5V电压为隔离电路供电。

5.根据权利要求4所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述电源电路还包括相连的LDO稳压电路和电源滤波电路，所述LDO稳压电路与所述输出滤波电路相连，供隔离电路电源的5V电压依次经过LDO稳压电路和电源滤波电路后输出3.3V电压为协议转换器供电。

6.根据权利要求1所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述隔离电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述协议栈双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后与DP接口电路双向通信连接；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的5V电压提供。

7.根据权利要求1所述的RS485与Profibus-DP的协议转换器，其特征在于，所述RS485通讯电路包括RS485电路和隔离光耦电路，所述RS485电路与所述ARM处理器双向通信连接，所述RS485电路与所述隔离光耦电路相连后接入RS485总线；所述RS485电路和所述隔离光耦电路的电能均由所述电源电路输出的5V电压提供。