CN1964363B - 具有多种总线接口的可配置i/o模块 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有多种总线接口的可配置I/O模块，包括适配器及系列I/O模块；通过内部总线同系列I/O模块交换数据，并可多品种多数量灵活组合。系列模块包括数字量16点输入、16点输出、8点继电器输出、数字量8点输入8点输出、模拟量8点输入、4点输出、电量测量模块7种。适配器内部连接最多8个不同类型、不同点数的I/O模块；自动分配内部总线地址，扫描连接的I/O模块的数量和类别，并确定IO报文长度和配置文件；当发生故障后，能自动检测、报错并停止工作；通过串口和外部的现场总线提供当前模块的配置情况和状态；指示灯、网络指示灯、状态指示灯可指示运行状态；总线波特率和地址拨码设置，设置简单方便；可通过串口对可配置I/O模块进行配置。

Description

具有多种总线接口的可配置I/O模块
技术领域
本发明涉及可配置的I/O模块，尤其涉及具有多种总线接口的可配置I/O模块，属于现场总线通讯技术领域。
背景技术
随着现代化工业的不断前进，人们对生产过程的控制提出了更高的要求。智能化、网络化、微型化、分散化代表当代自动化控制技术发展的主流方向，而现场总线技术正是促使自动化***顺应这一发展要求的先进技术。
DeviceNet、ProfiBus-DP、ModBus是三种应用十分广泛的现场总线技术，每种总线都有多家著名的自动化公司支持。
现场总线I/O模块是分布式***的主要部件，模块用于连接工业控制***中的各种现场装置如：传感器、按钮、指示灯、阀门、变送器等现场装置的开关量及模拟量的输入、输出信号，并把信号通过内部总线传送给控制器。I/O模块是工业自动化应用的必备产品，已经广泛运用在钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
目前该技术领域的I/O模块大多为固定点数配置的I/O模块，每一个I/O模块都配置一个带总线接口的通信适配器，由于通信适配器部分的成本相对较高，而每个I/O模块的输入输出点又不多，使这种分布式控制成本难于下降。
因此，有必要对I/O模块进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供具有多种总线接口的可配置I/O模块，该模块包括可配置现场总线适配器(多种总线接口)及系列I/O模块(多种输入输出类型)，可用于多总线远程I/O产品的应用场合，实现主站单元同I/O模块的信息交互。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：该模块包括可配置现场总线适配器及系列I/O模块。总线适配器通过内部总线同系列I/O模块通信交换数据，I/O模块可以多品种多数量灵活组合，内部总线使用的是高速串行总线I2C；总线适配器又通过现场总线(外部总线)同主站单元(一般为PLC或PC)交换信息，就实现了主站单元同I/O模块的信息交互，实现了带有现场总线远程I/O的功能。
总线适配器包括DeviceNet、Profibus-DP、Modbus三种现场总线接口。
所述的可配置I/O模块里固化了数字量模块的程序流程、模拟量模块的程序流程。
系列I/O模块包括数字量16点输入、数字量16点晶体管输出、8点继电器输出、数字量8点输入8点输出、模拟量8点输入、模拟量4点输出、电量测量模块7种。
可配置现场总线适配器通过内部总线可以连接最多8个不同类型、不同点数的I/O模块；可自动分配内部总线地址，扫描连接的I/O模块的数量和类别，并确定IO报文长度和配置文件；当连接的I/O模块发生变化或故障后，能自动检测、报错并停止工作；可通过RS232串口和外部的现场总线两种途径向用户提供当前的I/O模块的配置情况和状态；外部总线模块指示灯和网络指示灯、内部总线状态指示灯可指示各种运行状态，状态指示清晰明了；外部总线波特率和地址使用拨码设置，设置简单方便；用户可通过RS232串口对可配置I/O模块进行配置。
本发明的有益效果：本发明的具有多种总线接口的可配置I/O可以使通信适配器可与I/O模块灵活连接，可实现多种规模的控制***，用本项目研究成果构成的***，增加I/O点数无需重新布线，只要在现有远程I/O模块上增加新的I/O模块，改变总线接口无需重新布线，只要在现有远程I/O模块上连接新的总线适配器，即可接入新的总线***；模块连接到不同总线的***只需连接不同的通信适配器，非常方便，成本降低而产品通用性却会大幅提高。本发明的推广和使用具有一定的经济效益。
附图说明
图1为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的***原理框图；
图2为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的可配置现场总线适配器框图；
图3为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的数字量模块框图；
图4为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的模拟量模块框图；
图5为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的适配器模块的程序流程图；
图6为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的数字量模块的程序流程图；
图7为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的模拟量模块的程序流程图。
以下结合附图和实施例对本发明作详细的说明。
具体实施方式
参照图1，这是本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的***原理框图。
如图所示，可配置I/O包括可配置现场总线适配器及系列I/O模块。总线适配器通过内部总线同系列I/O模块通信交换数据；总线适配器又通过现场总线(外部总线)同主站单元(一般为PLC或PC)交换信息，实现了主站单元同I/O模块的信息交互。
如图所示，I/O模块可以灵活组合，可实现多种规模的控制***，当***需要增加点数时，无需重新布线，只需再现有远程I/O模块上增加新的模块插板；模块具有多种总线接口，可方便接入多种总线***，满足多总线***的要求，当***需要改变总线接口时，无需重新布线，只要在现有远程I/O模块上连接新的总线适配器即可。
参照图2，这是本发明的可配置I/O模块的可配置现场总线适配器框图。
如图所示，总线适配器硬件主要包括：主芯片LPC2292 ARM，指示灯，用于波特率地址输入的拨码，内部总线接口，外部总线接口，用于上位机配置的RS232串口，RS232芯片使用的是SP3232，电源等。
用户可以通过上位机软件对可配置I/O模块进行配置，包括配置I/O模块数量和类型等，然后可通过RS232口下载配置信息。配置完成重新上电后，总线适配器主芯片LPC2292 ARM首先会读取用户的配置信息，然后会对实际连接的I/O模块进行自动扫描(包括自动分配内部总线地址，读取各个I/O模块状态字节)，接着总线适配器会比对用户的配置信息与实际的I/O模块配置，两者相符合时，可配置I/O模块可进入正常运行状态。另一方面总线适配器会进行外部总线的初始化，建立与主站的连接。在总线适配器中，一方面主芯片LPC2292 ARM芯片通过外部总线接口与主站进行I/O数据交换(不同总线的适配器可以连接到不同的现场总线网络)，另一方面通过内部总线更新连接的I/O模块数据。
参照图3，这是本发明的可配置I/O模块的数字量模块框图。
如图所示，数字量硬件设计主要包括：主芯片CPLD，光耦隔离，输入输出接口，状态指示灯，电源等。对于数字量输入信号，信号经过光耦隔离后进入CPLD，CPLD对信号进行处理和采集，然后通过内部总线传送给总线适配器；对于数字量输出信号，CPLD芯片从内部总线获得输出数据后，经过光耦隔离，就可控制输出接口驱动现场执行元件；CPLD同时通过状态灯将目前的状态进行显示。
参照图4，这是本发明的可配置I/O模块的模拟量模块框图。如图所示，模拟量硬件设计主要包括：主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔离，输入输出接口，状态指示灯，电源等。模拟量输出模块中，P89LPC931从内部总线获得输出数据后，经过光耦隔离，通过SPI串行接口发送给DA芯片MAX525，经过DA转换后，通过输出接口输出模拟量。模拟量输入模块中，AD芯片MAX1270把采集的模拟量信号转换为数字量信号后，经过光耦隔离，通过SPI串行接口发送给P89LPC931，然后P89LPC931再把数据通过内部总线传送给总线适配器。
参照图5，这是本发明的可配置I/O模块的适配器模块的程序流程图。如图所示，每次上电以后，总线适配器首先会读取用户的配置信息，然后对I/O模块进行复位，对实际连接的I/O模块进行自动扫描，扫描结束以后对实际连接的I/O模块进行自动分配内部总线地址，并确定I/O模块类型，确定I/O报文的长度。然后总线适配器会进行外部总线的初始化，建立与主站的连接，当这些工作完成以后，总线适配器开始交换数据，通过外部总线接口与主站进行I/O数据交换，通过内部总线更新连接的I/O模块数据。
参照图6，这是本发明的可配置I/O模块的数字量模块的程序流程图。如图所示，上电后，首先对数字量I/O模块进行复位初始化，然后通过内部总线读取总线适配器分配的地址，接着发送状态字节，然后更新数字量I/O数据，并通过内部总线与总线适配器交换数字量I/O数据。
参照图7，这是本发明的可配置I/O模块的模拟量模块的程序流程图。如图所示，上电后，首先对模拟量I/O模块进行复位初始化，然后通过内部总线读取总线适配器分配的地址，接着发送状态字节，然后更新模拟量I/O数据，并通过内部总线与总线适配器交换模拟量I/O数据。
虽然本发明已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本发明，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本发明，所以并非作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.具有多种总线接口的可配置I/O模块，用于多种总线远程I/O产品的应用场合，实现主站单元同I/O模块的信息交互，其特征在于：
所述的可配置I/O模块包括可配置现场总线适配器及I/O模块；所述的总线适配器通过内部总线同I/O模块通信交换数据，总线适配器又通过现场总线同主站单元交换信息，主站单元同I/O模块的信息交互，实现了带有现场总线远程I/O的功能；
所述的可配置I/O模块里固化了数字量模块的程序流程、模拟量模块的程序流程，所述数字量模块的程序流程和模拟量模块的程序流程包括如下配置步骤：每次上电以后，总线适配器首先会读取用户的配置信息，然后对I/O模块进行复位，对实际连接的I/O模块进行自动扫描，扫描结束以后对实际连接的I/O模块进行自动分配内部总线地址，并确定I/O模块类型，确定I/O报文的长度，然后总线适配器会进行现场总线的初始化，建立与主站单元的连接，当这些工作完成以后，总线适配器开始交换数据，通过现场总线接口与主站单元进行I/O数据交换，通过内部总线更新连接的I/O模块数据。
2.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述I/O模块可多品种多数量灵活组合，内部总线使用的是高速串行总线12C；
所述的总线适配器，包括DeviceNet、Profibus-DP、Modbus三种现场总线接口。
3.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模块，包括数字量16点输入、数字量16点晶体管输出、8点继电器输出、数字量8点输入8点输出、模拟量8点输入、模拟量4点输出、电量测量模块7种。
4.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的数字量模块，对于数字量输入信号，信号经过光耦隔离后进入CPLD，CPLD对信号进行处理和采集，然后通过内部总线传送给总线适配器；对于数字量输出信号，CPLD芯片从内部总线获得输出数据后，就可控制输出接口驱动现场执行元件；CPLD同时通过状态灯将目前的状态进行显示。
5.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模块的模拟量模块，包括：主芯片P89LPC931，AD或DA芯片，光耦隔离，输入输出接口，状态指示灯，电源。
6.如权利要求5所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模块模拟量输出模块，其中P89LPC931从内部总线获得输出数据后，通过SPI串行接口发送给DA芯片MAX525，经过DA转换后，通过输出接口输出模拟量。
7.如权利要求5所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的I/O模块模拟量输入模块，模拟量输入模块中，AD芯片MAX1270把采集的模拟量信号转换为数字量信号后，通过SPI串行接口发送给P89LPC931，然后P89LPC931再把数据通过内部总线传送给总线适配器。
8.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的可配置I/O模块的数字量模块的程序流程还包括如下步骤：上电后，首先对数字量I/O模块进行复位初始化，然后通过内部总线读取总线适配器分配的地址，接着发送状态字节，然后更新数字量I/O数据，并通过内部总线与总线适配器交换数字量I/O数据。
9.如权利要求1所述具有多种总线接口的可配置I/O模块，其特征在于：
所述的可配置I/O模块的模拟量模块的程序流程还包括如下步骤：上电后，首先对模拟量I/O模块进行复位初始化，然后通过内部总线读取总线适配器分配的地址，接着发送状态字节，然后更新模拟量I/O数据，并通过内部总线与总线适配器交换模拟量I/O数据。
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