CN211427118U

CN211427118U - 一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块

Info

Publication number: CN211427118U
Application number: CN202020321855.5U
Authority: CN
Inventors: 赵亮; 左康; 李煜; 吴华; 文鹏; 易思垚
Original assignee: Chengdu Xingrong Tuoyuan Municipal Waterworks Co ltd
Current assignee: Chengdu Xingrong Tuoyuan Municipal Waterworks Co ltd
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2020-09-04
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型公开了一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，属于通信控制的技术领域，包括输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块、DevcieNet网络接口，所述输入输出接口一端外接有变频器，另一端与嵌入式处理器连接，嵌入式处理器与DevcieNet协议转换模块通信连接，DevcieNet协议转换模块与DevcieNet网络接口通信连接并通过DevcieNet网络接口与DevcieNet网络通信，由于具有数字量和模拟量输入输出接口，通过简单的连接方式直接连接变频器，并将其控制信号转为DeviceNet现场总线控制信号，可方便的接入所有支持DevcieNet现场总线的PLC系统实现自动控制。

Description

一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块

技术领域

本实用新型属于通信控制的技术领域，具体而言，涉及一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块。

背景技术

随着工业自动化水平的发展，现场总线以简单、可靠、经济实用的优点得以广泛应用，其中，DeviceNet总线是一种用在自动化技术的现场总线标准，由美国Allen-Bradley公司开发，进入中国后已成为中国的自动化控制现场总线的国家标准之一，变频器作为一种重要的电动机无极调速驱动设备，DevcieNet现场总线仅在一些进口变频器上才有配置，大多数国产通用变频器，特别是一些廉价变频器都不具备DevcieNet现场总线通信接口，使其无法直接接入具备DevcieNet总线的PLC自动化控制系统中，极大的限制了此类变频器的使用范围。

实用新型内容

鉴于此，为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型的目的在于提供一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块以达到能使所有变频器具备DeviceNet网络通信能力，以提升通用变频器使用范围的目的。

本实用新型所采用的技术方案为：一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，包括输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块、DevcieNet网络接口，所述输入输出接口一端外接有变频器，另一端与嵌入式处理器连接，嵌入式处理器与DevcieNet协议转换模块通信连接，DevcieNet协议转换模块与DevcieNet网络接口通信连接并通过DevcieNet网络接口与DevcieNet网络通信。

进一步地，还包括供电电源，所述供电电源分别与输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块和DevcieNet网络接口电连接，且供电电源包括开关电压调节器和稳压器，以对各个模块单元能够正常供电并正常工作。

进一步地，所述输入输出接口包括开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路，所述开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路均与变频器连接。

进一步地，所述开关量输入电路包括开关量输入接口、隔离光耦和发光二极管，所述嵌入式处理器的IO端口通过隔离光耦与开关量输入接口连接，开关量输入接口与变频器连接，且嵌入式处理器的IO端口与发光二极管连接并通过该发光二极管显示其状态。

进一步地，所述开关量输出电路包括开关量输出接口、输出继电器和晶体管阵列，所述嵌入式处理器与晶体管阵列通信连接，晶体管阵列通过输出继电器与开关量输出接口连接，开关量输出接口与变频器连接。

进一步地，所述模拟量输入输出电路包括模拟量输入接口、模拟量输出接口和模拟量转换芯片，所述嵌入式处理器通过I²C总线与模拟量转换芯片连接，模拟量转换芯片与变频器之间通过模拟量输入接口和模拟量输出接口连接，以实现将变频器与控制模块之间的模拟量进行传输。

进一步地，所述嵌入式处理器采用STM32F103嵌入式处理器，其是一种高性能、低功耗的32位微控制器，采用先进的ARM Cortex-M内核，运行速度最高可达72MHz，并且有丰富的片内资源，程序下载也非常方便，STM32F103C8T6还具有64K的Flash内存和20K RAM。

进一步地，所述DevcieNet协议转换模块包括协议转换芯片，所述协议转换芯片连接有4位拨码开关、8位拨码开关、网络状态指示灯和模块状态指示灯；所述4位拨码开关用于设置协议转换芯片的网络通信波特率；所述8位拨码开关用于设置协议转换芯片的DeviceNet站号，DevcieNet协议转换模块实现DeviceNet从站协议转换。

进一步地，所述协议转换芯片采用XGate-DVN10从站协议转换芯片，其具有高实时性，并可支持128字节I/O报文、250字节显式报文传输，适用于各种干扰强、实时性要求高的工业场合。

进一步地，所述DevcieNet网络接口包括接口芯片和DeviceNet网络连接端子，所述DeviceNet网络连接端子与接口芯片连接，接口芯片与所述DevcieNet协议转换模块连接，且接口芯片连接有防静电二极管，防静电二极管的另一端接地，通过防静电二极管保护接口芯片不被静电损坏。

本实用新型的有益效果为：

1.采用本实用新型所公开的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其通过输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块、DevcieNet网络接口将通用变频器接入至具备DevcieNet总线的PLC自动化控制系统中，该控制模块体积小且外部接线简单，能将不支持DevcieNet现场总线的变频器接入DevcieNet网络中，制造成本低且使用方便，对实现变频器的网络控制具有重大意义，在各种工业场合具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块的硬件架构图；

图2是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中开关量输入电路的电路示意图；

图3是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中开关量输出电路的电路示意图；

图4是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中模拟量输入输出电路的电路示意图；

图5是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中嵌入式处理器的电路示意图；

图6是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中DevcieNet协议转换模块的电路示意图；

图7是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中DevcieNet网络接口的电路示意图；

图8是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中供电电源的电路示意图；

图9是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块中外部接线端子的示意图；

图10是本实用新型提供的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块在实际应用时的外部接线图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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模块或具有相同或类似功能的模块。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

实施例1

在本实施例中具体提供了一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，将不支持DevcieNet现场总线的变频器接入DevcieNet网络中。如图1所示，其包括输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块、DevcieNet网络接口，所述输入输出接口一端外接有变频器，另一端与嵌入式处理器连接，嵌入式处理器与DevcieNet协议转换模块通信连接，DevcieNet协议转换模块与DevcieNet网络接口通信连接并通过DevcieNet网络接口与DevcieNet网络进行通信，以通过DevcieNet网络与PLC自动化控制系统进行通信，以实现自动化控制的功能。上述变频器指的是通用变频器，该通用变频器不具备DevcieNet现场总线通信接口。还包括供电电源，所述供电电源分别与输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块和DevcieNet网络接口电连接并进行供电，在本实施例中，如图8所示，供电电源包括电源接口P1、开关电源调节器IC1和稳压器IC2，所述开关电源调节器IC1的型号为LM2596开关电压调节器，稳压器IC2的型号为AMS1117稳压器，电源接口P1分别与开关电源调节器IC1的VIN引脚和ON/OFF引脚连接，开关电源调节器IC1的Feedback引脚为+5V电压，开关电源调节器IC1的Ooutput引脚经电感L1连接至稳压器IC2的TXD引脚，稳压器IC2的GND引脚为+3.3V电压；该供电电源主要有三路电源供电，第一路为由外部电源直供的+24V电源，供开关量输入电路、开关量输出电路使用；第二路为开关电压调节器IC1输出的+5V电源，供开关量输出电路、模拟量输入输出电路、DevcieNet协议转换模块以及DevcieNet网络接口使用；第三路由稳压器IC2输出的+3.3V电源，供开关量输入电路、嵌入式处理器使用。

在整个控制模块中，输入输出接口设计如下：其包括开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路，所述开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路均与变频器连接，以实现对变频器的控制，具体如下：

(1)如图2所示，开关量输入电路包括开关量输入接口、隔离光耦和发光二极管，所述嵌入式处理器的IO端口通过隔离光耦与开关量输入接口连接，开关量输入接口与变频器连接，且嵌入式处理器的IO端口与发光二极管连接并通过该发光二极管显示其状态，隔离光耦的型号为PC816。本开关量输入电路共设有5路开关量输入接口(DI1-DI5)，为保障系统工作安全，分别采用了隔离光耦(U3-U7)做输入隔离，发光二极管(D4-D8)为嵌入式处理器的IO端口(PA0-PA4)的状态显示，当对应嵌入式处理器IO端口(PA0-PA4)所在回路外部接点闭合时，该端口的发光二极管会亮起以显示状态，同时将该端口的状态信号输入至嵌入式处理器的IO端口(PA0-PA4)中。

(2)如图3所示，开关量输出电路包括开关量输出接口、输出继电器和晶体管阵列，所述嵌入式处理器与晶体管阵列通信连接，晶体管阵列通过输出继电器与开关量输出接口连接，开关量输出接口与变频器连接。具体连接电路如下：

开关量输出接口P3的COM端子作为公共端分别与输出继电器K1-K5的公共端连接，而开关量输出接口P3的O1-O5端子则分别与输出继电器K1-K5的常开端连接，输出继电器K1-K5的控制端一端连接+24V，另一端分别与晶体管阵列IC3的OUT1-OUT5引脚连接，而晶体管阵列IC3的PA11-PA15引脚则与入式处理器的IO端口连接。其中，晶体管阵列IC3型号为ULN2003A，为高耐压、大电流复合晶体管阵列，用于接收来自STM32F103嵌入式处理器的开关量信号。采用输出继电器进行隔离输出，是为了适用于不同的电压等级，由晶体管阵列IC3驱动输出继电器K1-K5工作。

(3)如图4所示，模拟量输入输出电路包括模拟量输入接口P4、模拟量输入接口P5、模拟量输出接口P6和模拟量转换芯片IC4，所述嵌入式处理器通过I²C总线与模拟量转换芯片连接，模拟量转换芯片与变频器之间通过模拟量输入接口和模拟量输出接口连接。其中，模拟量转换芯片IC4的型号为PCF8591，模拟量转换芯片IC4是4模拟量输入、1模拟量输出，它用于接收来自变频器的模拟量输入信号，并负责将模拟量输出信号送至变频器。

如图5所示，在本实施例中，所述嵌入式处理器U1A负责将接口芯片IC5送来的DeviceNet网络数据信号转为开关量和模拟量输入输出信号，且嵌入式处理器U1A连接有系统复位开关S3。优选的，嵌入式处理器U1A选用STM32F103C8T6，它是一种高性能、低功耗的32位微控制器，采用先进的ARM Cortex-M内核，运行速度最高可达72MHz，并且有丰富的片内资源，程序下载也非常方便，STM32F103C8T6还具有64K的Flash内存和20K RAM，完全能满足本设备的控制要求，同时，成本也较低。

如图6所示的原理图，所述DevcieNet协议转换模块包括协议转换芯片U2，所述协议转换芯片U2连接有4位拨码开关S1、8位拨码开关S2、网络状态指示灯D2和模块状态指示灯D1，通过网络状态指示灯D2对网络状态进行显示，通过模块状态指示灯D1对模块状态进行显示；所述4位拨码开关S1用于通过波特率拨码以设置XGate-DVN10从站协议转换芯片的网络通信波特率；所述8位拨码开关S2用于通过地址拨码以设置XGate-DVN10从站协议转换芯片的DeviceNet站号。优选的，所述协议转换芯片U2采用XGate-DVN10从站协议转换芯片，其内部已经集成了DeviceNet从站协议栈代码，XGate-DVN10从站协议转换芯片具有高实时性，并可支持128字节I/O报文、250字节显式报文传输，适用于各种干扰强、实时性要求高的工业场合。具体的电路连接如下：协议转换芯片U2的Uart1-T、Uart1-R引脚分别与嵌入式处理器U1A的PA9、PA10引脚连接，

如图7所示的原理图，所述DevcieNet网络接口包括接口芯片IC5和DeviceNet网络连接端子P7，所述DeviceNet网络连接端子P7与接口芯片IC5连接，接口芯片IC5与所述DevcieNet协议转换模块连接，接口芯片IC5具有电气隔离作用，且接口芯片IC5连接有防静电二极管D9，防静电二极管D9的另一端接地，用于保护接口芯片IC5不被静电损坏。其中，接口芯片IC5的型号为：CTM8251T。具体电路连接如下：防静电二极管D9的端口(1、2引脚)分别与接口芯片IC5的CANL引脚和CANH引脚连接，防静电二极管D9的另一端口(3引脚)通过电容器接地连接；所述接口芯片IC5的TXD引脚、RXD引脚分别与协议转换芯片U2的CAN-R引脚和CAN-T引脚连接，其余部分为本领域技术人员所熟知的接线。

在图9中公开了外部接线端子的示意图，其说明如下：

1)24V+、24V-为24V直流电源输入端子；

2)COM端子、O1-O5端子为开关量输出端子，其中COM端子为公共端，且COM端子、O1-O5端子分别与开关量输出接口P3的COM端子、O1-O5端子连接；

3)L+端子、DI1-DI5端子为开关量输入端子，其中L+端子为公共供电端，且L+端子、DI1-DI5端子分别与开关量输入接口P2的L+端子、DI1-DI5端子连接；

4)AI1、ACOM为模拟量1输入端子，其分别与模拟量输入接口P4对应连接；

5)AI2、ACOM为模拟量2输入端子，其分别与模拟量输入接口P5对应连接；

6)AO、ACOM为模拟量输出端子，其分别与模拟量输出接口P6对应连接；

7)CAN_L、屏蔽层、CAN_H为DeviceNet网络连接端子P7。

在图10中公开了外部接线端子与变频器的典型接线示意图，其说明如下：

1)24V+、24V-为24V直流电源输入端；

2)COM、O1-O5为开关量输出端，O1输出时，可控制通用变频器正转；O2输出时，可控制通用变频器反转。

3)L+、DI1-DI5为开关量输入端，DI1可将通用变频器的运行信号反馈至控制模块；DI2可将通用变频器的故障信号反馈至控制模块。

4)AI1和ACOM、AI2和ACOM为模拟量输入端，AI1、ACOM可将通用变频器的运行速度反馈至控制模块；A2、ACOM可将通用变频器的输出电流反馈至控制模块。

5)AO、ACOM为模拟量输出端，接通用变频器4-20MA输入端，用于控制变频器的输出频率。

本实施例所提供的通用变频器控制模块，其具有数字量和模拟量输入输出接口，通过简单的连接方式直接连接变频器，并将其控制信号转为DeviceNet现场总线控制信号，可方便的接入所有支持DevcieNet现场总线的PLC系统实现自动控制。

需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”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申请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。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，包括输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块、DevcieNet网络接口，所述输入输出接口一端外接有变频器，另一端与嵌入式处理器连接，嵌入式处理器与DevcieNet协议转换模块通信连接，DevcieNet协议转换模块与DevcieNet网络接口通信连接并通过DevcieNet网络接口与DevcieNet网络通信。

2.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，还包括供电电源，所述供电电源分别与输入输出接口、嵌入式处理器、DevcieNet协议转换模块和DevcieNet网络接口电连接，且供电电源包括开关电压调节器和稳压器。

3.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述输入输出接口包括开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路，所述开关量输入电路、开关量输出电路和模拟量输入输出电路均与变频器连接。

4.根据权利要求3所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述开关量输入电路包括开关量输入接口、隔离光耦和发光二极管，所述嵌入式处理器的IO端口通过隔离光耦与开关量输入接口连接，开关量输入接口与变频器连接，且嵌入式处理器的IO端口与发光二极管连接并通过该发光二极管显示其状态。

5.根据权利要求3所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述开关量输出电路包括开关量输出接口、输出继电器和晶体管阵列，所述嵌入式处理器与晶体管阵列通信连接，晶体管阵列通过输出继电器与开关量输出接口连接，开关量输出接口与变频器连接。

6.根据权利要求3所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述模拟量输入输出电路包括模拟量输入接口、模拟量输出接口和模拟量转换芯片，所述嵌入式处理器通过I2C总线与模拟量转换芯片连接，模拟量转换芯片与变频器之间通过模拟量输入接口和模拟量输出接口连接。

7.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述嵌入式处理器采用STM32F103嵌入式处理器。

8.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述DevcieNet协议转换模块包括协议转换芯片，所述协议转换芯片连接有4位拨码开关、8位拨码开关、网络状态指示灯和模块状态指示灯；所述4位拨码开关用于设置协议转换芯片的网络通信波特率；所述8位拨码开关用于设置协议转换芯片的DeviceNet站号。

9.根据权利要求8所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述协议转换芯片采用XGate-DVN10从站协议转换芯片。

10.根据权利要求1所述的基于DeviceNet现场总线的通用变频器控制模块，其特征在于，所述DevcieNet网络接口包括接口芯片和DeviceNet网络连接端子，所述DeviceNet网络连接端子与接口芯片连接，接口芯片与所述DevcieNet协议转换模块连接，且接口芯片连接有防静电二极管，防静电二极管的另一端接地。