CN201293928Y - 基于profibus-dp协议的现场总线控制模块 - Google Patents
基于profibus-dp协议的现场总线控制模块 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于PROFIBUS－DP协议的现场总线控制模块，由微处理器1、微处理器2、光电隔离电路、按键、显示模块、总线接口模块及RS485接口电路构成，微处理器1通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，微处理器1通过A/D接口接收位置信号，微处理器1通过光电隔离电路接收报警信号，微处理器1通过I/O接口输出电机控制信号，微处理器1与微处理器2通过串行通信接口双向连接，微处理器2、总线接口模块及RS485接口电路依次双向连接。本实用新型采用双微处理器结构，实现基于PROFIBUS－DP现场总线的数字化控制，提高了控制模块的稳定性和可靠性，实现了控制模块的高精度、紧凑化、一体化的效果。
Description
技术领域
本实用新型属于工业仪器仪表领域，尤其是一种基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块。
背景技术
电动执行机构是工业过程控制***中的末端执行设备，其主要作用是将控制***发出的控制信号转换成相应的动作，达到控制阀门内截流件的位置或其他调节机构位置的目的，广泛应用于电力、冶金、石化、供热、水泥、建材、轻纺、食品等行业。目前工业过程控制***主要以集散式控制***为主，电动执行机构普遍采用4～20mA直流模拟信号作为控制信号，然而采用模拟控制方式的工业控制***存在抗干扰能力差、可靠性差等问题。随着基于现场总线技术的发展，PROFIBUS-DP协议(PROcess FIeld BUS-DecentralizedPerphery，现场总线-DP协议)越来越多地被用于工业过程控制***中，因此，迫切地需要一种将现场总线技术应用于电动执行机构控制***中，实现了全数字化的现场总线控制产品。
发明内容
本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种抗干扰能力强、可靠性高并能够实现全数字化控制的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块。
本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：由微处理器1、微处理器2、光电隔离电路、按键、显示模块、总线接口模块及RS485接口电路构成，微处理器1通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，微处理器1通过A/D接口接收位置信号，微处理器1通过光电隔离电路接收报警信号，微处理器1通过I/O接口输出电机控制信号，微处理器1与微处理器2通过串行通信接口双向连接，微处理器2、总线接口模块及RS485接口电路依次双向连接。
而且，所述的微处理器1还通过I/O接口连接一红外接收电路。
而且，所述的报警信号包括执行机构的限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号。
而且，所述的RS485接口电路由总线驱动芯片65A176、高速光耦芯片HCPL7101和高速光耦芯片HCPL0601连接构成。
而且，所述的显示模块为LED数码显示管。
而且，所述的微处理器1为ATMEGA88V芯片，所述的微处理器2为STC89C58RD+芯片，总线接口模块为西门子SPC3总线接口芯片，所述的光电隔离电路采用了SFH6156-3芯片。
而且，所述的红外接收电路采用了SC9149A解码芯片。
本实用新型的优点和积极效果是：
1.本控制模块采用精确的PROFIBUS-DP数字信号进行控制，增加了传输数据信息承载量和多样性，彻底解决模拟信号传输中的损耗和干扰，提高了抗干扰能力。
2.本控制模块采用双微处理器结构，两个微处理器分别执行不同的任务，两个微处理器之间相互通信有效地提高了控制模块的稳定性和可靠性，同时提高了处理速度。
3.本控制模块采用两款高集成度、高性能的微处理器使得电路简单、***器件少，其将各个功能块集成到一个模块中，实现控制模块的高精度、紧凑化、一体化的效果。
4.本实用新型采用双微处理器结构，实现基于PROFIBUS-DP现场总线的数字化控制，提高了控制模块的稳定性和可靠性，实现了控制模块的高精度、紧凑化、一体化的效果。
附图说明
图1是本实用新型的连接方框图；
图2是本实用新型的微处理器1控制部分的电路图；
图3是本实用新型的红外接收电路部分的电路图；
图4是本实用新型的光电隔离电路部分的电路图；
图5是本实用新型的微处理器2与总线接口模块连接部分的电路图；
图6是本实用新型的RS485接口电路部分的电路图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述。
如图1所示，一种基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，由微处理器1、微处理器2、光电隔离电路、按键、红外接收电路、显示模块、总线接口模块及RS485接口电路构成，在本实施例中，微处理器1选用了ATMEL公司的ATMEGA88V高性能微处理器，ATMEGA88V微处理器具有集成A/D转换器、看门狗电路、Flash和EEPROM等功能，微处理器2选用了STC公司的STC89C58RD+高性能微处理器，STC89C58RD+具有片内RAM区大、高速、低功耗的特点。微处理器1通过I/O接口分别与按键、红外接收电路及显示模块相连接，按键操作或红外接收电路可以接收用户发出的命令，用户既可以采用按键操作方式，也可以采用红外遥控器操作方式，采用两种操作控制方式更加方便了用户的使用；显示模块用来显示执行机构的运行状态信息和参数设定信息，该显示模块为LED数码显示管。微处理器1通过A/D接口与输入的位置信号相连接，微处理器1的A/D接口能够将位置信号由模拟信号转换为数字信号，微处理器1通过光电隔离电路与输入的报警信号相连接，完成对位置信号及报警信号的数据采集。微处理器1对采集的数据及从微处理器2接收来的信息进行分析处理后，通过I/O接口输出电机控制信号控制执行机构的运行。微处理器1与微处理器2通过串行通信接口双向连接，微处理器2、总线接口模块及RS485接口电路双向连接，微处理器2将总线接口模块接收的上位机的控制数据翻译处理后通过串行通信接口传送给微处理器1，同时将微处理器1的反馈信息通过总线协议芯片发送给上位控制***。
下面对各部分电路具体说明：
微处理器1控制部分的电路图如图2所示，其主要包括微处理器1ATMEGA88V芯片、晶振电路和专用的复位芯片，所有的软件程序和***参数分别存储在ATMEGA88V芯片的Flash和EEPROM中，晶振电路向ATMEGA88V芯片提供稳定的时钟信号；复位电路选用IM809专用的复位芯片保证ATMEGA88V在稳压电源低于4.2V的情况下复位。ATMEGA88V分别与光电隔离电路、按键、红外接收电路、LED数码显示管及微处理器2STC89C58RD+相连接，主要完成：限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号等报警信号及位置信号的采集和处理；按键操作及红外遥控信号的接收与处理；执行机构运行状态信息、参数设定信息的显示；接收微处理器2传输的数据并结合本地采集的信息进行处理并将处理结果传输给微处理器2，同时对执行机构进行控制。
红外接收电路部分的电路图如图3所示，该电路采用了与遥控器发射芯片SC9148相配对使用的红外遥控接收解码芯片SC9149A，其通过红外线接收头将接收的信号经过反相器后送到SC9149A芯片的接收引脚，经过SC9149A芯片的解析后再从其相应的引脚经过反相器后送到微处理器1的I/O端口，从而完成红外遥控操作功能。
光电隔离电路部分的电路如图4所示，该电路采用了光耦芯片三个SFH6156-3对执行机构的限位报警、力矩报警和温度报警等开关量信号进行光电隔离，然后送到微处理器1的I/O端口，采用光电隔离电路避免了上述报警信号对微处理器1的干扰。
微处理器2与总线接口模块连接的电路图如图5所示，总线接口模块采用了西门子公司的SPC3芯片，微处理器2STC89C58RD+控制SPC3芯片，并通过串行通信接口完成与微处理器1ATMEGA88V的数据交换。由于STC89C58RD+内部集成了看门狗电路和1280字节的片内RAM，使得其控制SPC3的电路简单、控制灵活，对于STC89C58RD+而言，SPC3芯片相当于它扩展的一个外部RAM，通过数据/地址复用总线(DB0～DB7)和地址线(AB0～AB4)与STC89C58RD+的P0口和P2口相连，SPC3的地址范围从0x1000到0x1FFF。
RS485接口电路部分的电路图如图6所示，为提高***的可靠性水平和消除外界的干扰信号，RS485接口电路选用12Mbps波特率的65A176作为总线驱动芯片，并选用HCPL7101和HCPL0601高速光耦进行输入输出端口的光电隔离。
本实用新型的工作原理为：工业过程控制***通过总线电缆将控制命令通过RS485接口电路传送给总线协议芯片SPC3，微处理器2将SPC3中的接收数据翻译后通过串行通信接口再传送给微处理器1，微处理器1根据接收到的数据并结合本地采集的信息，经过运算处理后，再控制执行机构动作，同时将采集到的当前位置信息、故障报警信息和工作状态信息经过微处理器微处理器2、总线协议芯片SPC3、RS485接口电路以及总线电缆回传到工业过程控制***，至此实现上位***对执行机构的远程控制。
需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。
Claims (7)
1.一种基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：由微处理器1、微处理器2、光电隔离电路、按键、显示模块、总线接口模块及RS485接口电路构成，微处理器1通过I/O接口分别与按键及显示模块相连接，微处理器1通过A/D接口接收位置信号，微处理器1通过光电隔离电路接收报警信号，微处理器1通过I/O接口输出电机控制信号，微处理器1与微处理器2通过串行通信接口双向连接，微处理器2、总线接口模块及RS485接口电路依次双向连接。
2.根据权利要求1所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的微处理器1还通过I/O接口连接一红外接收电路。
3.根据权利要求1所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的报警信号包括执行机构的限位报警信号、力矩报警信号和温度报警信号。
4.根据权利要求1所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的RS485接口电路由总线驱动芯片65A176、高速光耦芯片HCPL7101和高速光耦芯片HCPL0601连接构成。
5.根据权利要求1所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的显示模块为LED数码显示管。
6.根据权利要求1所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的微处理器1为ATMEGA88V芯片，所述的微处理器2为STC89C58RD+芯片，总线接口模块为西门子SPC3总线接口芯片，所述的光电隔离电路采用了SFH6156-3芯片。
7.根据权利要求2所述的基于PROFIBUS-DP协议的现场总线控制模块，其特征在于：所述的红外接收电路采用了SC9149A解码芯片。
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