CN102510352A - 工业网络终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业网络终端，包括：中央处理单元；通讯单元，用于传输终端与工业网络远程上位机之间的数据；以及第一隔离电路，设置于中央处理单元与通讯单元之间的工业网络终端，用于隔离中央处理单元与通讯单元之间的电气信号。本发明通过采用第一隔离电路隔离中央处理单元与通讯单元之间的电气信号，解决了相关技术中RTU通讯接口通讯情况不稳定的问题，能够达到提高RTU通讯接口通讯稳定性的效果。

Description

工业网络终端

技术领域

本发明涉及远程终端设备，具体而言，涉及一种工业网络终端。

背景技术

目前，市场上已有的远程终端设备RTU(Remote Terminal Unit，简称RTU)在I/O通道的连接上往往采用普通的电连接，没有做到真正的I/O通道全面的电气隔离保护，这种连接方式通常会造成设备的损坏。比如，当对模拟量输入模块进行连接时，若现场接线直接将24V的电信号接入模拟量输入模块的端子，极易烧毁模拟量输入模块的采集通道，对设备造成不可逆转的损坏。在通讯接口的连接上也没有对通讯接口做电气隔离处理，常常出现因外部电气干扰而影响通讯稳定的情况，甚至出现由于不利外因而击毁通讯接口的情况，同样对设备造成不可逆转的损坏。同时，由于RS-232或者RS-485串口通讯的距离较近且通讯速率较低，因此，只带串口的RTU在现场组网中受到较大限制，使用不方便。

针对相关技术中RTU通讯接口通讯情况不稳定的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种工业网络终端，以解决RTU通讯接口通讯情况不稳定的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种工业网络终端，包括：中央处理单元；通讯单元，用于传输终端与工业网络远程上位机之间的数据；以及第一隔离电路，设置于中央处理单元与通讯单元之间，用于隔离中央处理单元与通讯单元之间的电气信号。

进一步地，第一隔离电路包括第一隔离子电路和第二隔离子电路，通讯单元包括第一通讯接口和第二通讯接口，其中，第一隔离子电路，设置于第一通讯接口与中央处理单元之间，用于隔离第一通讯接口与中央处理单元之间的电气信号；第二隔离子电路，设置于第二通讯接口与中央处理单元之间，用于隔离第二通讯接口与中央处理单元之间的电气信号。

进一步地，还包括：供电单元；以及第二隔离电路，设置于供电单元和第二通讯接口之间，用于将供电单元的电压隔离转换为第二通讯接口的供电电压。

进一步地，第一隔离子电路为网络变压器，第二隔离子电路为光耦隔离芯片，第二隔离电路为直流隔离转换电路。

进一步地，第一通讯接口为以太网口，第二通讯接口为串口。

进一步地，还包括：插槽；以及扩展单元，设置于插槽中，并经由插槽与中央处理单元相连接，用于接收中央处理单元下发的控制指令并处理终端的输入信号。

进一步地，还包括：输入模块，用于采集终端的输入信号；输出模块，用于输出扩展单元产生的输出信号；第三隔离电路，设置于输入模块与扩展单元之间，用于隔离输入模块与扩展单元之间的电气信号，第三隔离电路为光耦隔离芯片；第四隔离电路，设置于输出模块与扩展单元之间，用于隔离输出模块与扩展单元之间的电气信号，第四隔离电路为光耦隔离芯片。

进一步地，输入模块包括模拟量输入模块和数字量输入模块，其中，模拟量输入模块和数字量输入模块独立设置，数字量输入模块中的每四路终端的输入信号为一组经由光耦隔离芯片接入扩展单元。

进一步地，还包括：第五隔离电路，设置于供电单元与输入模块之间，用于将供电单元的电压隔离转换为输入模块的供电电压，第五隔离电路为直流隔离转换模块。

进一步地，还包括：转换模块，设置于第五隔离电路与第三隔离电路之间，用于将输入模块的供电电压转换为第三隔离电路的供电电压。

进一步地，还包括：显示单元，用于显示终端的工作状态。

经由本发明，采用一种包括：中央处理单元；通讯单元，用于传输终端与工业网络远程上位机之间的数据；以及第一隔离电路，设置于中央处理单元与通讯单元之间的工业网络终端，用于隔离所述中央处理单元与所述通讯单元之间的电气信号。本发明通过采用第一隔离电路隔离中央处理单元与通讯单元之间的电气信号，解决了相关技术中RTU通讯接口通讯情况不稳定的问题，进而达到了提高RTU通讯接口通讯稳定性的效果。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的工业网络终端结构示意图；

图2是根据本发明第一实施例的工业网络终端结构示意图；

图3是根据本发明第二实施例的工业网络终端结构示意图；

图4是根据本发明第三实施例的工业网络终端结构示意图；

图5是根据本发明实施例的工业网络终端供电示意图；

图6是根据本发明第一实施例的通讯接口电气隔离示意图；

图7是根据本发明第二实施例的通讯接口电气隔离示意图；

图8是根据本发明第一实施例的输入模块电气隔离示意图；

图9是根据本发明第二实施例的输入模块电气隔离示意图；以及

图10是根据本发明实施例的输出模块电气隔离示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是根据本发明实施例的工业网络终端结构示意图，如图1所示：

在本实施例中，第一隔离子电路142，设置于第一通讯接口162与中央处理单元12之间，用于隔离第一通讯接口162与中央处理单元12之间的电气信号；第二隔离子电路144，设置于第二通讯接口164与中央处理单元12之间，用于隔离第二通讯接口164与中央处理单元12之间的电气信号。通过采用在中央处理单元12与第一通讯接口162和第二通讯接口164之间分别设置第一隔离子电路142和第二隔离子电路144，实现中央处理单元12与通讯接口16之间的电气信号隔离，避免电气干扰造成的终端通讯不稳定。

图2是根据本发明第一实施例的工业网络终端结构示意图，如图2所示：

在本实施例中，中央处理单元CPU通过数据总线Data Bus和地址总线Address Bus与I/O处理单元相连接，I/O处理单元周围连接输入电路和输出电路，分别用于采集工业网络终端的输入信号和输出I/O处理单元产生的输出信号；同时，中央处理单元CPU分别与编程器、***程序存储器、***数据存储器相连接，以进行以太网口和串行接口的数据交互，I/O卡扩展单元之间的数据交互，以及网络终端***内部之间各存储芯片之间的数据交互。

本实施例中可以采用第一通讯接口和第二通讯接口均为串口的结构，也可以采用第一通讯接口和第二通讯接口均为以太网口的结构；优选地，第一通讯接口为以太网口，第二通讯接口为串口；相关技术中RTU通讯多采用单纯的串口通讯，本实施例中第二通讯接口为串口，方便与现有技术中的相关设备进行兼容交互；由于串口通讯存在通讯距离较近且通讯速率低的问题，本实施例中第一通讯接口为以太网口，由于以太网具有价格低廉、稳定可靠、通讯速率高、应用广泛等特点，本发明可以通过以太网口实现增大通讯距离，提高通讯速率的效果。

本实施例中具有两个10M/100M以太网接口，支持标准MODBUS TCP/IP协议，同时具备两个串行通信接口RS485或RS232，支持标准MODBUS RTU协议。既能在控制***中实现通讯冗余功能，保证数据传输的安全，又能在通讯***中与上游站和下游站同时进行通信。

图3是根据本发明第二实施例的工业网络终端结构示意图，如图3所示：

本发明实施例采用I/O卡件插式结构，I/O卡件扩展单元和中央处理单元CPU均设置于插槽中，并通过设置于卡槽上的数据总线Data Bus和地址总线Address Bus建立连接通讯，用于接收中央处理单元下发的控制指令并处理终端的输入信号。因此对于不同的工业应用，具有良好的可扩展性。每一套控制器由一块底板，一块CPU卡，和若干I/O卡件扩展单元组成。I/O卡件扩展单元的数量由现场应用的I/O点数决定，用户可按照具体情况进行灵活配置可扩展I/O插槽的数目。工业网络终端控制器的主控核心采用美国微芯公司的高性能RISC CPU dsPIC30F4013，***晶振11MHz，CPU频率44MHz，最高运行速度可达30MIPS。具有24位宽指令总线和16位宽数据总线，48KB的片上闪存程序空间，2KB的RAM和1KB的EEPROM。并且具有丰富的外设接口，有5个16位定时器，4个16位捕捉输入，4个16位比较/PWM输出，3线SPI(Serial Peripheral Interface，简称SPI)串行外设接口模块，以及IIC和CAN总线模块，并且内部集成了DSP引擎，对复杂的数学运算处理速度非常迅速。

图4是根据本发明第三实施例的工业网络终端结构示意图，如图4所示：

本发明实施例中采用多CPU协同工作式结构，其中在核心CPU板卡上的处理器主要负责外设通讯接口的数据交互(这包括2个以太网接口和2个RS-232或RS-485串行接口)以及与***内部各个部分的通讯(这包括与I/O卡之间的数据交互和***内部各存储芯片、数据存储寄存器之间的数据交互)。I/O卡上的CPU对应不同的I/O信号类型，处理相应的数据，完成信号的检查与采集工作。

本***的核心是CPU卡上的dsPIC30F4013单片机，它不仅承担着连接外设通讯接口的数据交互，而且还将I/O卡件扩展单元上检测和采集到的信号集中处理，并能通过远程上位机，将各种控制命令下发到各个I/O卡件扩展单元上，对现场各种设备采取相应的动作。

本发明实施例中是集远程数据采集、计量与自动控制于一体的RTU远程终端控制器，对于不同的I/O卡件，能采集和输出不同类型的信号。模拟量输入AI模块能采集现场仪器仪表的标准4-20mA信号；数字量输入DI模块提供开关数据采集通道，输入信号类型为干触点输入；模拟量输出AO模块有两种可选择的输出信号类型，分别是4-20mA或者1-5V信号；数字量输出DO模块提供开关数据输出通道，输出信号类型为干触点输出，且可选常开触点输出或常闭触点输出两种方式。根据现场应用需要，用户可灵活的进行配置不同的I/O卡件扩展单元组合，以满足不同的需求。

本发明实施例的通信部分主要由SPI总线，UART串行接口，CAN Bus总线，IIC总线以及芯片间的地址总线Address Bus和数据总线Data Bus。

SPI总线***是一种同步串行外设接口，它可以使MCU与各种***设备以串行方式进行通信以交换信息。***设置FLASHRAM、网络控制器、LCD显示驱动器、A/D转换器和MCU等。SPI总线***可直接与各个厂家生产的多种标准***器件直接接口，该接口一般使用4条线：串行时钟线SCK、主机输入/从机输出数据线MISO、主机输出/从机输入数据线MOSI和低电平有效的从机选择线/CS。我们选用的美国微芯公司的网络控制芯ENC28J60兼容IEEE 802.3规范，集成MAC和10BASE-T PHY，支持带自动极性检测和校正的10BASE-T端口，支持全双工和半双工模式。ENC28J60是全球目前最小封装的以太网控制器，在此之前，嵌入式设计人员在为远程控制或监控提供应用接入时可选的以太网控制器都是专为个人计算***设计的，既复杂、又占空间，且比较昂贵。目前市场上大部分以太网控制器采用的封装均超过80引脚，而符合IEEE 802.3协议的ENC28J60只有28引脚，就能既提供相应的功能，又可以大大简化相关设计，并减小占板空间。此外，ENC28J60以太网控制器采用业界标准的SPI串行接口(最高速度可达10Mb/s)，只需4条连线即可与主控单片机连接。这些功能加上由Microchip免费提供的、用于单片机的TCP/IP协议栈，使之成为目前市面上最小的嵌入式应用以太网解决方案。而相比于以往大多使用的以太网芯片RTL8019AS，ENC28J60使用串行SPI接口与CPU进行通讯，占用I/O口少，而多达100引脚的RTL8019AS用的是数据线加地址线的并行总线接口，占用CPU的I/O口更多。本***具备2个独立的10M/100M以太网RJ45接口，采用的以太网控制芯片为美国微芯公司生产的ENC28J60。本***通过CPU以SPI总线为接口，轮询两块以太网控制ENC28J60，从而扩展出两个以太网通讯接口，这样使得资源使用分配更加合理且满足了更多通讯要求，通讯协议遵循标准Modbus TCP/IP。

核心CPU集成两个UART串行接口，扩展出两个遵循标准ModBus RTU协议的DB9针RS-232或RS-485串口，波特率可设置从2400bps至115200bps，能满足现场仪器仪表与控制器的通讯需求。

利用RS-485接口能挂接更多的从设备，以总线方式构成主从式结构***，通信方式以主站轮询的方式进行。RS-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。因RS-485接口具有良好的抗噪声干扰性，长的传输距离和多站能力等上述优点就使其成为首选的串行接口。因为RS485接口组成的半双工网络，一般只需二根连线，所以RS485接口均采用屏蔽双绞线传输。

核心CPU内部集成控制器局域网(Controller Area Network，CAN)模块，它是一种串行接口，用于与其他CAN模块或单片机通信。这一接口协议是针对在噪声环境下进行通信而设计的。CAN模块就是一个通信控制器，实现了BOSCH规范中定义的CAN 2.0A或CAN 2.0B协议。该模块还支持CAN 1.2、CAN 2.0A、CAN 2.0B Passive和CAN 2.0B Active版本，实现了一种完整的CAN***。通过CAN总线，CPU卡与扩展出的各个I/O卡建立起数据通信。

CPU具有24位宽指令总线和16位宽数据总线，因而能够通过内部的数据和地址总线完成***内部的数据和指令交互.

图5是根据本发明实施例的工业网络终端供电示意图，如图5所示：

本申请电源部分又分为两个部分，分别是CPU卡上的电源，I/O卡件扩展单元上的电源。整个***供电电源为24V直流，可承受的电压宽度为12V至40V。现场供电引致***内部后，电源分为24V，5V，3.3V。其中24V通过***底板给I/O卡件扩展单元供电，5V是CPU的工作电压，3.3V是以太网控制芯片的工作电压。此外在CPU卡上，针对第二通讯接口串口部分，用第二隔离电路24VDC-5VDC隔离模块(隔离电压≥1000V DC)，将***24V电源隔离转换成为5V，与***地隔开，这样能防止来自现场通过串口的浪涌冲击对控制设备造成的损伤。通过将控制器内部供电电源与通讯接口的供电电源进行隔离；将两者的电源参考地进行了电气隔离，以达到即使通讯接口被击毁，但控制器其余部分仍能正常工作的效果。

***24V电源通过底板引致I/O卡件扩展单元之后，首先通过24V至5VDC和12VDC降压模块，分别给CPU和继电器供电。再通过第五隔离电路24VDC-24VDC隔离模块(隔离电压≥1000V DC)，将***24V再隔离转换为24VDC，经隔离之后的24VDC能够给2线制外供电的仪器仪表提供工作电源，这样，将***供电电源的参考地与现场输入信号的参考地进行电气隔离，达到了保护***的输入模块的效果。然后，隔离之后的24VDC再经降压模块，降至5VDC给光耦芯片供电，将现场检测和采集到的有效信号，经过光耦隔离放大之后输入至CPU的AD采样电路。这样，整个I/O卡上的信号通道都将现场输入信号与***内部检查电路隔离开来，且通道之间也是相互电气隔离的，有效保证了信号传输的稳定和设备的安全。

图6是根据本发明第一实施例的通讯接口电气隔离示意图，如图6所示：

本发明实施例中的以太网口采用RJ45以太网口，其内部通过网络变压器与中央处理单元相连接，如果不加隔离，虽然也能正常工作，但传输距离就很受限制，而且当接到不同电平网口时，也会有影响，而且外部对芯片的干扰也很大。当接了网络变压器后，它主要用于信号电平耦合。其一，可以增强信号，使其传输距离更远；其二，使芯片端与外部隔离，抗干扰能力大大增强，而且对芯片增加了很大的保护作用(如雷击)；其三，当接到不同电平(如有的PHY芯片是2.5V，有的PHY芯片是3.3V)的网口时，不会对彼此设备造成影响。在具体的通信链路中，两个不同地点的节点参考的“地”电位可能不一样，如果不隔离的话，输入电平会超过接口电路的容限，轻则信号不能正确识别而造成出错或暂时实效，重则造成不可恢复的物理损坏。

其中，在外部接口侧，管脚J1(TD+)和管脚J2(TD-)用于数据发送；管脚J3(RX+)和管脚J6(RX-)用于数据接收；管脚J4、管脚J5、管脚J7和管脚J8悬空。在芯片侧，管脚P1(TD+)和管脚P2(TD-)用于数据发送；管脚P7(RX+)和管脚P8(RX-)用于数据接收；管脚P3、管脚P4和管脚P6悬空，管脚P5接参考地；管脚P9为绿色LED灯的阳极，管脚P10为绿色LED灯的阴极，管脚P11为黄色LED灯的阴极，管家P12为黄色LED灯的阳极。并且，在芯片侧和外部接口侧的电路中连接有4个75欧姆(4×75欧姆)的电阻，1CT:1CT(Center Tap，简称CT)的网络变压器以及1000PF、2KV的电容。

图7是根据本发明第二实施例的通讯接口电气隔离示意图，如图所示：

本发明实施例中的外设串口设备与MAX232EPE芯片相连接，并通过光耦隔离芯片与工业网络终端***内部UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，简称UART)通用异步接收/发送接口的U1TX端和U1RX端相连接，本***内部共有2个UART接口，均用于RS232/485串口通讯；其中U1TX和U1RX分别代表第一路UART接口的数据发送端口和数据接收端口。

光电隔离亦称光耦合，光耦合以光为媒介传输电信号，它对输入、输出电信号有良好的隔离作用。所以，它在各种电路中得到广泛的应用。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管(LED)，使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过另一端的三极管进一步放大后输出。这就完成了电-光-电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。光耦合器的主要优点是：信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离，输出信号对输入端无影响，抗干扰能力强，工作稳定。目前光电隔离在串口通讯中起到相当重要的作用，在串口通讯中，它能极大地保护RS232/485串口接口设备，避免了地线回路电压、浪涌、感应雷击、静电、热拔插等恶劣环境对RS232/485设备造成的意外损害和损坏。因为在工业现场环境中经常会碰到信号地线干扰，电源干扰，空间电场干扰，以及其他的高次谐波的干扰等都会影响到通信的稳定和设备的安全。隔离是为了防止干扰的引入，在长线通讯中线路上往往会感应出明显的干扰信号，而通讯双方间也可能存在诸如参考地电位不同、***噪声及耐受力不同等等，隔离之后这些影响***的因素就会被很大程度的拦截住，否则不仅会影响到通讯数据的准确性，甚至可能因为两端参考电位的巨大落差，造成冲击回路烧毁控制设备等。

本发明实施例中整个***的通讯接口包括两个以太网接口和两个串口均实现了电气隔离，这样能很好的保护控制器以及保证通讯的安全稳定。

图8是根据本发明第一实施例的输入模块电气隔离示意图，如图8所示：

模拟量输入AI模块通过跳线，工业网络终端控制器能外接两线制，三线制或四线制仪表，接收信号应为标准4——20mA电流。二线制传输方式中，供电电源、负载电阻、变送器是串联的，即二根导线同时传送变送器所需的电源和输出电流信号；三线制方式中，电源正端和信号输出的正端，它们共用一个地线，其电流信号是从I+和V-两端之间得到的。四线制方式中，供电电源、负载电阻是分别与变送器相连的，即供电电源和变送器输出信号分别用二根导线传输。由于本***对AI通道进行了电气的完全隔离，因此能够很大程度上对来自现场的干扰因素进行屏蔽。

本实例中在模拟信号采集通道中采用安捷伦公司生产的光耦放大芯片HCPL-7840，该款芯片能够抑制15kV/us的共模干扰，输入偏移电压控制在0.3mV以内，0.004％的非线性失真，0.8微米的CMOS IC设计工艺和8脚双列直插封装。设计电路为现场仪表输入的4-20mA电流信号经过精密采样电阻变为电压信号后差分输入至光耦隔离芯片HCPL-7840，而光耦隔离芯片自带额定8倍放大增益，经放大后差分输出至高精度轨对轨运算放大器进行放大，最后输出至CPU进行采样检测。采用差分放大电路的优点显而易见，主要是抗干扰能力强，而干扰信号大部分都是共模信号。该电路的输入端是两个信号的输入，这两个信号的差值，为电路有效输入信号，电路的输出是对这两个输入信号之差的放大。设想这样一种情景，如果存在干扰信号，会对两个输入信号产生相同的干扰，通过二者之差，干扰信号的有效输入为零，这就达到了抗共模干扰的目的。

图9是根据本发明第二实施例的输入模块电气隔离示意图，如图9所示：

对于数字量量输入DI模块，***接受干触点信号。同样，为了防止现场的干扰和电脉冲击对信号和设备造成不可恢复的伤害，我们对DI信号通道做了电气隔离，即每一路DI信号都经隔离之后才输入至控制***，而每4路之间又是相互电气隔离的。设计现场仪表输入的DI信号经光耦芯片TP521隔离之后，传输DI信号至CPU。在工业生产过程中实现监视和控制需要用到各种自动化仪表、控制***和执行机构，它们之间的信号传输既有微弱到毫伏级、毫安级的小信号，又有几十伏，甚至数千伏、数百安培的大信号；既有低频直流信号，也有高频脉冲信号等等，构成***后往往发现在仪表和设备之间信号传输互相干扰，造成***不稳定甚至误操作。出现这种情况除了每个仪表、设备本身的性能原因如抗电磁干扰影响外，还有一个十分重要的原因是由于仪表和设备之间的信号参考点之间存在电势差，因而形成“接地环路”造成信号传输过程中失真甚至不可逆转的设备损坏。因此，要保证***稳定和可靠的运行。“接地环路”问题是在***信号处理过程中必须解决的问题。而容易想到的一个简单的解决方法是使两接地点的电势相同(使Vgnd1＝Vgnd2)，但由于接地点之间受地质条件及气候变化等众多因素的影响，这种方案其实在实际中无法完全能做到。因此对于现场的开关量信号采集，我们做到了每4路一组进行隔离，原因是现场大部分仪器仪表设备的传送的一种开关信号往往由几个DI信号共同表示，因此4路DI做一组隔离更加合理。这样通过在各个过程环路中使用信号隔离方法，断开过程环路，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底解决接地环路问题，保证信号传输的稳定无误和控制设备的安全。

本实例中第三隔离电路为两部分，分别是输入模块中的模拟量输入隔离电路(AI)及开关量输入隔离电路(DI)，通过将控制器的输入端口与现场信号进行电气隔离，达到了保护控制器设备的效果。在I/O卡上对采集的现场AI信号和DI信号进行了全面的电气隔离，这样做的原因在于：1.在信号传输过程中实现一次侧与二次侧的电气隔离，解决抗干扰问题；2.切断一次侧与二次侧地电位不等在接地点造成环流对模拟量信号的影响。假设不采取隔离措施，即使***浮空或者单点接地，由于在一些酸、碱潮湿场合造成的一次二次设备之间的信号通道及屏蔽层对不等电位地漏电也会产生环流加在模拟信号传输线上，影响测量信号的准确度，甚至测量失效。3.隔离信号传输线上有能量的对地共模电压及电冲击，保护二次采样设备。工业现场的电气环境非常复杂，模拟量信号线在传输过程中由于周边设备、动力电缆通道、工艺流程改造、设备制造、施工质量等因素的影响，信号传输线往往带来高达百伏以上的持继的共模干扰电压，这种干扰可以直接烧毁二次采样设备。

本实施例中采用卡件扩展插槽式结构，配置灵活。通讯上具备双以太网口，保证了数据传输的快速性和实时性，能通过路由器等网络设备实现数据远传，满足上位站控对现场数据的实时采集和监控，同时也具备2路RS-232/RS-485串行通讯口，满足不同通讯接口需求。且均做到了通讯接口电路的完全的电气隔离，保证通讯数据传输的安全准确。

在I/O卡件扩展单元上，使AI信号以及DI信号通道的电气隔离，且通道间相互完全独立，使构成***的配置、日常维护更加方便。在保证信号传输回路的完整性上，更能有效的抑制现场的各种干扰因素，同时又不影响过程信号的正常传输，从而彻底保证了信号的准确传输和各个设备的安全。

此外，不论是通讯接口还是I/O卡上的信号采集和输出点，工业网络终端控制器均有相应的状态LED灯来指示当前的数据收发和信号输入输出状态，这对于设备维护和信号异常的诊断具有相当的帮助。

图10是根据本发明实施例的输出模块电气隔离示意图，如图10所示：

在模拟量输出AO模块，本实施例中使用美信半导体公司的高精度12位串行DAC(Digital-Analog Converter，简称DAC)数模转换器芯片MAX531进行模拟量输出接口电路设计，该D/A芯片与主控芯片dsPIC30F4013之间采用SPI总线进行通讯。为了适应复杂苛刻的工业现场环境，我们同样对模拟量输出部分的电路进行了全面的电气隔离设计。其方法是在主控芯片dsPIC30F4013与DAC芯片MAX531之间通过4个光耦隔离芯片TLP521进行光电转换隔离，具体地，光耦隔离芯片1第一输入端接主器件数据输出、从器件数据输入信号SDI，第二输入端通过R1电阻接电源电压；光耦隔离芯片2第一输入端接从器件复位清零信号

，第二输入端通过R3电阻接电源电压；光耦隔离芯片3第一输入端接时钟信号SCLK，第二输入端通过R5电阻接电源电压；光耦隔离芯片4第一输入端接从器件使能信号

，第二输入端通过R7电阻接电源电压；4个光耦隔离芯片的第一输出端均接地，第二输出端分别通过上拉电阻R2、R4、R6和R8接电源电压，其中，R1至R8的阻值大小均为300欧姆。通过光电隔离转换，从而对***内部起到良好的保护作用。在DAC芯片MAX531的输出端就能输出1——5V电压信号，再经过250欧姆精密电阻进行简单的电压电留转换，也可输出4——20mA电流信号。

数字量输出DO模块，能够输出可选的常开或者常闭的干触点信号。CPU先输出相应的数字量信号，经过光隔芯片，驱动继电器，最后输出相应的干触点信号。继电器的输出容量为电压24V，电流2A。

通过本发明实施例，将控制器的输出模块接口与现场信号通过光耦隔离芯片进行电气隔离，实现了保护控制器设备的效果。

从以上的描述中，可以看出，本发明通过采用一种包括：中央处理单元；通讯单元，用于传输终端与工业网络远程上位机之间的数据；以及第一隔离电路，设置于中央处理单元与通讯单元之间的工业网络终端，用于隔离所述中央处理单元与所述通讯单元之间的电气信号。本发明通过采用第一隔离电路隔离中央处理单元与通讯单元之间的电气信号，解决了相关技术中RTU通讯接口通讯情况不稳定的问题，进而达到了提高RTU通讯接口通讯稳定性的效果。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种工业网络终端，其特征在于，包括：

中央处理单元；

通讯单元，用于传输所述终端与工业网络远程上位机之间的数据；以及

第一隔离电路，设置于所述中央处理单元与所述通讯单元之间，用于隔离所述中央处理单元与所述通讯单元之间的电气信号。

2.根据权利要求1所述的工业网络终端，其特征在于，所述第一隔离电路包括第一隔离子电路和第二隔离子电路，所述通讯单元包括第一通讯接口和第二通讯接口，其中，

所述第一隔离子电路，设置于所述第一通讯接口与所述中央处理单元之间，用于隔离所述第一通讯接口与所述中央处理单元之间的电气信号；

所述第二隔离子电路，设置于所述第二通讯接口与所述中央处理单元之间，用于隔离所述第二通讯接口与所述中央处理单元之间的电气信号。

3.根据权利要求2所述的工业网络终端，其特征在于，还包括：

供电单元；以及

第二隔离电路，设置于所述供电单元和所述第二通讯接口之间，用于将所述供电单元的电压隔离转换为所述第二通讯接口的供电电压。

4.根据权利要求2所述的工业网络终端，其特征在于，所述第一隔离子电路为网络变压器，所述第二隔离子电路为光耦隔离芯片，所述第二隔离电路为直流隔离转换电路。

5.根据权利要求2所述的工业网络终端，其特征在于，所述第一通讯接口为以太网口，所述第二通讯接口为串口。

6.根据权利要求1所述的工业网络终端，其特征在于，还包括：

插槽；以及

扩展单元，设置于所述插槽中，并经由所述插槽与所述中央处理单元相连接，用于接收所述中央处理单元下发的控制指令并处理所述终端的输入信号。

7.根据权利要求6所述的工业网络终端，其特征在于，还包括：

输入模块，用于采集所述终端的输入信号；

输出模块，用于输出所述扩展单元产生的输出信号；

第三隔离电路，设置于所述输入模块与所述扩展单元之间，用于隔离所述输入模块与所述扩展单元之间的电气信号，所述第三隔离电路为光耦隔离芯片；

第四隔离电路，设置于所述输出模块与所述扩展单元之间，用于隔离所述输出模块与所述扩展单元之间的电气信号，所述第四隔离电路为光耦隔离芯片。

8.根据权利要求7所述的工业网络终端，其特征在于，所述输入模块包括模拟量输入模块和数字量输入模块，其中，所述模拟量输入模块和所述数字量输入模块独立设置，所述数字量输入模块中的每四路所述终端的输入信号为一组经由所述光耦隔离芯片接入所述扩展单元。

9.根据权利要求7所述的工业网络终端，其特征在于，还包括：

第五隔离电路，设置于所述供电单元与所述输入模块之间，用于将所述供电单元的电压隔离转换为所述输入模块的供电电压，所述第五隔离电路为直流隔离转换模块。

10.根据权利要求9所述的工业网络终端，其特征在于，还包括：

转换模块，设置于所述第五隔离电路与所述第三隔离电路之间，用于将所述输入模块的供电电压转换为所述第三隔离电路的供电电压。

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