CN2671241Y - 现场总线式智能开关量数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
现场总线式智能开关量数据采集装置是一种主要解决生产过程现场测量中相对集中的开关量信号的数据采集问题的开关量数据采集装置，该装置中16个光电隔离器11～116的输入端分别对应接16路去抖电路21～216，16路去抖电路21～216分别对应接16路锁存电路31～316，16路锁存电路31～316、看门狗电路4、地址译码器5、从站地址拨码设置电路7、SPC3协议控制器8、内存扩展电路9分别对应接中心控制器6；485通讯控制电路10分别与SPC3协议控制器8和保护电路11相连接。本实用新型的特点是集电源、CPU、通信控制、信号调理、信号采集、状态指示等于一体，大大降低了仪器的制造成本和安装、调试、运行维护等成本，具有管理效率更高、管理能力更强、抗干扰能力更好、监控精度更优的特点。
Description
技术领域
本实用新型是一种主要解决生产过程现场测量中相对集中的开关量信号的数据采集问题的开关量数据采集装置，属于现场总线控制的技术领域。
背景技术
现场总线技术是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展结果，是工业自动化事业的进展需要，也是技术发展的必然。现场总线使得现场仪表之间、现场仪表和控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多点数字通信。现场总线的另一个重要优点是控制功能的下载，控制功能由过去的控制室设备完成转变为基本上由智能化的现场仪表来承担，控制功能彻底分散，更易于组成大型的开放式系统，进而实现从最高决策层到设备底层的综合管理和控制。
中国计算机学会工业控制计算机专业委员会早已关注现场总线技术的发展并认为这是工业自动化装置产业界面临的一次重大变革性挑战和机遇。
发明内容
技术问题：本实用新型的目的是提供一种使profibus-Dp现场总线分布式数据采集系统的集成实现更加灵活和方便的现场总线式智能开关量数据采集装置。
技术方案：本实用新型的现场总线式智能开关量数据采集装置中16个光电隔离器的输入端分别对应接16路去抖电路，16路去抖电路分别对应接16路锁存电路，16路锁存电路、看门狗电路、地址译码器、从站地址拨码设置电路、SPC3协议控制器、内存扩展电路分别对应接中心控制器；485通讯控制电路分别与SPC3协议控制器和保护电路相连接。
中心控制器“U32”的“9”端接看门狗电路中的“U13F”的“12”端；中心控制器“U32”的“D0～D7”端分别接锁存电路“U1、U2”、从站地址拨码设置电路“U9”、SPC3协议控制器“11”、内存扩展电路“U4”的“D0～D7”端；中心控制器“U32”的“25～28”端接地址译码器“U12”的“1～4”端。
485通讯控制电路“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端对应与SPC3协议控制器“U11”的“27、26、30”端相接。
本实用新型主要解决生产过程现场测量中相对集中的开关量信号的数据采集问题，为基于profibus-Dp现场总线分布式数据采集系统的集成实现提供一种更高性价比的产品。
有益效果：本实用新型提供一种基于profibus-Dp现场总线技术的16路开关量信号的智能采集装置，使profibus-Dp现场总线分布式数据采集系统的集成实现更加灵活和方便。
本实用新型的特点是集电源、CPU、通信控制、信号调理、信号采集、状态指示等于一体，大大降低了仪器的制造成本和安装、调试、运行维护等成本。实施本实用新型具有管理效率更高、管理能力更强、抗干扰能力更好、监控精度更优的特点。
现场总线控制系统是基于底层控制网络的开放式、数字化、多点通信的控制系统。他将微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字计算和数字通信的能力，然后采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连成网络系统，并按公开、统一、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自控系统。现场总线的技术特点适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大的实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统(DCS)、可编程控制器(PLC)产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致了工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线已成为世界范围的自控技术热点、被誉为跨世纪的自控新技术。
附图说明
图1是本实用新型的总体结构框图。其中有光电隔离器11～116、去抖电路21～216、锁存电路31～316、看门狗电路4、地址译码器5、CPU中心控制电路6、从站地址拨码设置电路7、SPC3协议控制器8、内存扩展电路9、485通讯控制电路10、保护电路11。
图2、图3是本实用新型的电路原理图。
具体实施方式
本实用新型的现场总线式智能开关量数据采集装置由光电隔离器11～116、去抖电路21～216、锁存电路31～316、看门狗电路4、地址译码器5、从站地址拨码设置电路7、SPC3协议控制器8、内存扩展电路9、485通讯控制电路10、保护电路11所组成，在该装置中16个光电隔离器11～116的输入端分别对应接16路去抖电路21～216，16路去抖电路21～216分别对应接16路锁存电路31～316，16路锁存电路31～316、看门狗电路4、地址译码器5、从站地址拨码设置电路7、SPC3协议控制器8、内存扩展电路9分别对应接中心控制器6；485通讯控制电路10分别与SPC3协议控制器8和保护电路11相连接。
本实用新型分三大部分：
1.CPU及外围电路
这一部分主要包括89C52单片机、地址译码电路、内存扩展电路、看门狗电路、从站地址拨码设置电路等。
地址译码电路采用外设与外部数据RAM统一编址的方式，高位地址线经A12～A14经3-8译码器后形成片选信号输出，译码器的使能端接地址线A15，因此共有8路片选信号XCS0至XCS7输出。
外部RAM采用芯片62256，共32K，片选信号端经反相器反相后与地址线A15相连，因此外部RAM的地址范围为8000H～FFFFF。
由MAX705组成的看门狗复位电路可以保证单片机系统在程序“跑飞”时能够可靠复位，MAX705的复位脉冲输出有正脉冲和负脉冲两种方式，当复位脉冲为负脉冲时，需要外接反相器后再连接到单片机的复位端。在正常情况下，P1.x引脚不超过1.6s就向WDI端发出“喂狗”信号，程序陷入死循环后，“喂狗”信号无法发出，当死循环运行时间超过1.6s时，MAX705的看门狗输出
WDO将变低并触发
MR，复位信号从
RESET端输出。
从站地址的设定由拨码器得到，拨码器的状态选择位通过产生相应的高低电平信号连接到74LS244的输入端，当片选信号XCS0有效时，从站地址由数据总线输出。
2.现场总线通信部分
这一部分，通信控制器采用了西门子SPC3协议控制器协议芯片。SPC3协议控制器可独立完成全部PROFIBUS-DP通信功能，包括数据的成帧、发送、接收、差错处理、数据还原等。这样既可以加速通信协议的执行，也可以减少接口模板微处理器中的软件程序。总线存取由硬件驱动，数据传送来自SPC3协议控制器内的一个双口RAM，与应用对象之间的通信采用数据接口，数据的交换独立于总线周期，数据传输速率得到了大大的提高，最大值可达12Mb/s。通信主板的设计可以采用外设与外部数据RAM统一编址的方式，高位地址线经A12～A14经3-8译码器后形成片选信号输出。
SPC3协议控制器协议芯片内部含1.5k的RAM，地址范围为×000H～×5FFH，可以为该芯片分配1000H--1FFFH的地址空间；外部扩展32K的RAM芯片62256，其地址空间可以分配为8000H--FFFFH。可将剩余的口线和片选信号线引至从板接口。
SPC3协议控制器协议芯片输出通过RS-485通讯控制电路接口电路与PROFIBUS-DP总线进行通讯。在该电路中有两片光电隔离芯片HCPL0721，用于高速通信信号的隔离；符合RS485通讯控制电路标准SN75176的驱动芯片用作支持12M波特率的驱动。使用9针SubD插座，提供必须的A-line，B-line，VP，GND和RTS信号。
此外在防雷击和抗干扰方面我们设计相应的网络电路。在不影响原信号收、发的条件下，以保护接收和发送回路的元器件。
3.开关量信号的采集与处理部分
16路开关量信号通过外围电路(指电源和上拉电阻上)转换成“0”或“1”信号后，送入光隔电路，经光电耦合隔离现场“地线”后，进行RC去抖。然后将16路开关量信号送到2片8路锁存器，等待89C52 CPU的数据读入。
在具体结构上，中心控制器6“U32”的“9”端接看门狗电路4中“U13F”的“12”端；中心控制器6“U32”的“D0～D7”端分别接锁存电路31～316“U1、U2”、从站地址拨码设置电路7“U9”、SPC3协议控制器8“11”、内存扩展电路9“U4”的“D0～D7”端；中心控制器6“U32”的“25～28”端接地址译码器5“U12”的“1～4”端。
485通讯控制电路10“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端对应与SPC3协议控制器8“U11”的“27、26、30”端相接。
Claims (3)
1、一种现场总线式智能开关量数据采集装置，其特征在于在该装置中16个光电隔离器(11～116)的输入端分别对应接16路去抖电路(21～216)，16路去抖电路(21～216)分别对应接16路锁存电路(31～316)，16路锁存电路(31～316)、看门狗电路(4)、地址译码器(5)、从站地址拨码设置电路(7)、SPC3协议控制器(8)、内存扩展电路(9)分别对应接中心控制器(6)；485通讯控制电路(10)分别与SPC3协议控制器(8)和保护电路(11)相连接。
2、根据权利要求1所述的现场总线式智能开关量数据采集装置，其特征在于中心控制器(6)“U32”的“9”端接看门狗电路(4)“U13F”的“12”端；中心控制器(6)“U32”的“D0～D7”端分别接锁存电路(31～316)“U1、U2”、从站地址拨码设置电路(7)“U9”、SPC3协议控制器(8)“11”、内存扩展电路(9)“U4”的“D0～D7”端；中心控制器(6)“U32”的“25～28”端接地址译码器(5)“U12”的“1～4”端。
3、根据权利要求1所述的现场总线式智能开关量数据采集装置，其特征在于485通讯控制电路(10)“U5”的“2”端、“U6”的“2”端、“U7”的“6”端对应与SPC3协议控制器(8)“U11”的“27、26、30”端相接。
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