CN2919703Y - 一种通信适配器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种通信适配器，用于各种总线设备解诀网络协议转换与匹配，该通信适配器包括Profibus－DP、RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机、光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus、主5VDC电源、电源DC－DC模块、Modbus通信5VDC电源、Profibus－DP通信5VDC电源、状态指示、地址设定；电路信号传递是从Profibus－DP依次经过RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机进行处理，然后经过光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus转换，再反向依次传至Profibus－DP；其软件包括SPC3流程、主程序流程、中断程序流程，软件和硬件相结合，便可以解决网络协议转换和匹配问题。该通信适配器，使一种适配器能适应各种设备的特性，其接线与控制方式，可大大节省导线数量，安全可靠，并能有效降低系统投资，有明显的经济效益。

Description

一种通信适配器

技术领域

本实用新型涉及一种通信适配器，用于具有Modbus通信功能的低压设备接入Profibus-DP总线，属于总线技术领域。

背景技术

随着科学技术的发展，一种总线技术被开发出来，在改变一些领域的面貌

Profibus总线技术采用数据总线，由主站只要引出两根或很少的几根线，就可以将各现场设备连接起来，为设备提供配置，监视和诊断等功能

总线技术的发展，给低压电器产品带来极大的冲击，而目前低压配电领域的产品还无法直接接入(Profibus)网络，组成一个(Profibus)总线型配电系统。为设备增加(Profibus)接口基本上的两种做法：一是采用(Profibus)接口设计和产品功能设计完全融合在一起，共用一个软硬件资源；另外一种做法是(Profibus)接口设计和产品功能设计独立进行，两者通过某种方式(串行口，并行口等等)进行数据交换。

这两种做法各有利弊：第一种做法，数据交换此较快，但CPU负担比较重，而且不具有灵活性，设备无法自由选择是否带有(Profibus)接口；第二种做法，设备可以自由选择是否提供(Profibus)接口，但是增加了个中间数据交换环节，要采取有效措施保证通讯质量。

由于(Profibus)网络数据的多样性和交换的灵活性，两种做法共同的问题是要为不同的设备设计不同的(Profibus)接口。

Profibus总线分为Profibus-PA、Profibus-FMS和Profibus-DP。

Profibus-PA：电源和通信数据通过总线并行传输，主要用于面向过程自动化系统中单元级和现场级通讯。

Profibus-FMS：定义了主站和主站之间的通讯模型，主要用于自动化系统中系统级和车间级的过程数据交换。

Profibus-DP：唯一能为流程工厂的所有自动化系统和装置提供点到点，兼容一致性的通讯平台和现场总线网络，它与Profibus PA共享一个通用的通讯协议。在工业自动化领域，人们对社会安全、人身安全及环境保护提出了越来越高的要求，Profibus在安全领域有绝对优势。

Profibus遵从现场总线的国际标准IEC61158，是一种应用最为广泛的联接现场设备和控制系统的工业网络。为了满足过程行业在本质安全和二线制总线供电方面的特殊要求，所有形式的Profibus都共享同一个通信层，因网络介质和应用行规的不同而不同。通过提供不同生产区域间的无缝联接，单一由于其快速的反应时间，Profibus-DP被应用于网络I/O和智能装置，而且还可以成为现场总线的“主干线”。由于数据传输速率可高达12Mbps，网络上可以联接的装置比其它现场总线解决方案所能联接的要多。

对于Profibus-DP通信适配器而言，虽然国内也有针对中低压配电系统而开发的Profibus-DP通讯模块，但是经过用户使用发现存在很多技术缺陷，主要是因为开发的模块只采用DPV0(周期性数据交换)协议，没有采用DPV1(非周期性数据交换)协议。低压电器传输的数据量比较大，且有些参数实时性要求并不高，如果光采用DPV0进行传输的话，占用了大量通讯时间，整体性能受到很大的影响。

因此，有必要开发研制新的支持DPV1功能的Profibus-DP通信适配器。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种Profibus-DP通信适配器，该适配器将多种现场设备方便、高速、高质量地接入(Profibus-DP)网络，组成一个智能监控系统。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：该Profibus-DP通信适配器硬件包括Profibus-DP、RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机、光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus、主5VDC电源、电源DC-DC模块、Modbus通信5VDC电源、Profibus-DP通信5VDC电源、状态指示、地址设定。

上述电路由电路板A、电路板B构成，两板由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。

电路信号传递是从Profibus-DP依次经过RS485驱动、光耦隔离、SPC3、STC单片机进行处理，然后经过光耦隔离、RS485驱动、RS323驱动、Modbus转换，再反向依次传至Profibus-DP。

该适配器的软件包括SPC3流程、主程序流程、中断程序流程。

上述的程序构成的软件和硬件相结合，便可以解决网络协议转换和匹配问题。

本实用新型的有益效果：采用该通信适配器，可以解决网络协议转换和匹配问题，使一种适配器能适应各种设备的特性，使不了解Profibus-DP的非专业人员也能轻易构建复杂的现场总线网络，使Profibus-DP适配器能成为众多的生产现场使用该产品变为现实。它的接线与控制方式，可以大大节省导线数量，安全可靠，并能有效降低整个系统投资，有明显的经济效益。

附图说明

图1为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件框图；

图2为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件电路构成框图；

图3(图3A、图3B、图3C、图3D)为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件电路具体线路图；

图4为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的SPC3流程图；

图5为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的主程序流程图；

图6为本实用新型的Profibus-DP通信适配器的中断程序流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作比较详细的说明。

参照图1，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件框图。

如图所示，通信适配器的硬件包括：Profibus-DP 1、RS485驱动2、光耦隔离3、SPC3 4、STC单片机5、光耦隔离6、RS485驱动7、RS323驱动8、Modbus 9、主5VDC电源10、电源DC-DC模块11、Modbus通信5VDC电源12、Profibus-DP通信5VDC电源13、状态指示14、地址设定15。

上述电路的信号传递：从Profibus-DP 1开始，依次经过RS485驱动2、光耦隔离3、SPC3 4、STC单片机5进行处理，然后经过光耦隔离6、RS485驱动7、RS323驱动8、Modbus 9转换，再反向依次传至Profibus-DP 1。

参照图2，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件电路构成框图。

上述电路由电路板A、电路板B构成，两板由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。

参照图3，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的硬件电路具体线路图。

图3A是主芯片和协议芯片SPC3，主芯片选用STC单片机。1)SPC3是一种用于从站的智能通信芯片，支持PROFIBUS-DP/DPV1协议。(2)SPC3具有1.5Kbyte的信息报文存储器，采用44管脚的PQFP封装。(3)SPC3可独立完成全部PROFIBUS-DP/DPV1通信功能，这样可加速通信协议的执行，而且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。数据传送来自一个1.5Kbyte的双口RAM。与应用对象之间通信采用并行数据接口，因此数据的交换独立于总线周期。在与应用对象之间硬件联接方面，微处理器提供了方便的接口。

图3B是光耦离及485接口电路。

图3C是电源电路包括主DC-DC电路、Profibus-DP侧通信5VDC电路、Modbus侧通信5VDC电路，是新设计的电路，可以改善长时间运行时发热状况。该电路采用震荡脉宽调制式开关电源，直流24V输入电压经共扼线圈和33V的稳压管，再由功率开关管Q1斩波、高频变压器T降压，得到高频巨型形波电压，最后通过输出整流滤波器D1、C2、滤波电感得到所需的直流输出电压VCC，脉宽调制器是这部分开关电源的核心，它能产生频率固定而脉冲宽度可调的驱动信号，控制功率开关管的通断状态，由反馈控制线圈、Q4、TL431和光藕组成闭环反馈控制调节电路，稳压性能佳，可靠性高，作为系统工作电源。

图3D是RS485通信电路、RS232通信电路。

参照图4，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的软件SPC3流程图。

如图所示，软件SPC3流程步骤如下：从401[上电]开始进入402[写参数]，从站诊断获取配置，进入403[写配置]，从站诊断成功配置参数获取配置，进入404[数据交换]，读输入数据、读输出数据命令(同步、冻结)、从站诊断配置成功、成功设置参数；当配置不成功、设置参数不成功，便返回402[写参数]，或进入403[写配置]。

参照图5，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的软件主程序流程图。

如图所示，主程序流程的步骤：从501[开始]依次到502[设置中断响应]、503[设置看门狗时间]、504[初始化]、505[触发看门狗]、506[是否有新的输出数据]进行判断，如果是，进入507[接收确认]、508[输出数据到设备I/O]；如果否，便进入509[从设备I/O得到的输入数据写到SPC3输入缓冲区]，再进入510[SPC3输入缓冲区更新]、511[DPV1读写数据处理]、512[是否有新的诊断数据]进行判断，如果是，进入513[发送诊断数据到SPC3]、514[SPC3诊断缓冲区更新]，再返回506[是否有新的输出数据]；如果否，再返回506[是否有新的输出数据]。

参照图6，这是本实用新型的Profibus-DP通信适配器的软件中断程序流程图。

如图所示，所述的中断程序流程的步骤：从601[有中断产生]进入602[是进入/离开数据交换阶段中断吗？]进行判断，如果是，进入603[相应处理程序]；如果否，进入604[全局控制命令中断吗？]进行判断，如果是，进入605[相应处理程序]；如果否，进入606[设置从站地址中断吗？]再进入607[相应处理程序]，进入608[是新参数数据中断吗？]进行判断；如果否，便进入608[是新参数数据中断]；如果是，进入609[相应处理程序]，如果否，便进入610[新配置数据中断]；610[新配置数据中断]，如果是，进入进入611[相应处理程序]进行判断，如果否，进入612[中断程序结束]。

上述的Profibus-DP通信适配器V1TP，用于将具有Modbus通信功能的低压设备接入Profibus-DP总线，它向下通过Modbus协议，RS-485串行接口或RS232串行接口与断路器等设备连接，向上通过Profibus-DP接口接入Profibus-DP总线。通过对设备数据的合理安排和协议的转换，使通常的带Modbus接口的设备采集的数据可以传给Profibus-DP主站，将Profibus-DP主站的命令下传给设备，并满足Profibus-DP网络的基本要求。

Profibus-DP通信适配器V1TP，可以实现Profibus现场总线对工业控制系统中的ACB、MCCB和ATS等断路器装置的通信控制。下层协议采用的Modbus协议，支持波特率为9600bit/s~19200bit/s，每帧可传输最大128bytes的数据传输。Profibus-DP通信适配器V1TP完全支持标准的DP部分的DPV1功能，符合IEC61158，扩展的DPV1功能可以实现主站和DP/PDV1从站间非周期的数据传输。

Claims (3)

1、一种通信适配器，用于各种总线设备解诀网络协议转换与匹配问题，其特征在于：

该通信适配器硬件包括Profibus-DP(1)、RS485驱动(2)、光耦隔离(3)、SPC3(4)、STC单片机(5)、光耦隔离(6)、RS485驱动(7)、RS232驱动(8)、Modbus(9)、主5VDC电源(10)、电源DC-DC模块(11)、Modbus通信5VDC电源(12)、Profibus-DP通信5VDC电源(13)、状态指示(14)、地址设定(15)；

上述电路的信号传递：从Profibus-DP(1)依次经过RS485驱动(2)、光耦隔离(3)、SPC3(4)、STC单片机(5)进行处理，然后经过光耦隔离(6)、RS485驱动(7)或RS232驱动(8)、Modbus(9)转换，再反向依次传至Profibus-DP(1)。

2、如权利要求1所述的通信适配器，其特征在于：

所述的通信适配器的硬件电路，由电路板A、电路板B构成，两板之间由主5VDC电源、次5VDC电源及设备侧通信线连接。

3、如权利要求1所述的通信适配器，其特征在于：

所述的通信适配器的硬件电路，其中电源电路具有改善发热状况的优点，它包括DC-DC电路、Profibus-DP侧通信5VDC电路、Modbus侧通信5VDC电路。

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