控制网络多协议数据转换装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种控制网络多协议数据转换装置，属于工业控制领域中的数据转换类装置。特点是：包括Profibus-DP总线接口、CAN总线接口、Profibus-DP信号调理电路、CAN信号调理电路、微控制器电路、扩展存储器电路、watchdog电路、第一晶振电路、键盘及显示器电路、第二晶振电路、第三晶振电路、电源电路、RS485\RS232\RS422信号调理电路、RS485\RS422串行接口、RS232串行接口、电源开关。可以实现任意一种RS485/RS232/RS422标准接口设备数据到任意一种Profibus/CAN现场总线协议数据的转换，相当于将6种单一功能的数据转换装置集成于一体。该控制网络多协议数据转换装置在复杂的网络化控制系统中有着较广阔的应用前景和市场空间，具有功能集成度高，控制可靠、安全，使用方便、灵活，价格低廉，适宜推广等优点。

【技术实现步骤摘要】
控制网络多协议数据转换装置
本专利技术涉及了一种控制网络多协议数据转换装置，可以方便的实现RS485/RS422/RS232/标准接口设备数据与Profibus/CAN现场总线协议数据之间的多功能转换，属于工业控制领域中的数据转换类装置。
技术介绍
在工业控制领域，控制网络技术是自动控制技术和计算机通讯技术发展和相互融合的网络化自动控制技术。从集散控制系统、现场总线控制系统乃至工业以太网控制系统都是以控制网络数据通讯为基础的。目前工业控制网络正朝着通讯网络化、数据集成化、控制分散化及现场设备智能化的特征方向发展。在工业控制网络中，“系统集成”是指在数字信息交互的基础上，将相对独立的、各自分散的有数据通讯能力的设备或系统融合在统一的监控环境中，实时、可靠、高效的完成监控和管理任务。由于工业控制网络领域技术发展和市场利益驱动的历史原因，目前有支持不同通讯协议的控制网络系统同时存在，“系统集成”成为制约工业控制网络发展的一个瓶颈问题。以现场总线为例，国际电工委员会颁布的现场总线标准IEC61158中目前同时容纳了8种互不兼容的公开协议，非公开协议还有40多种，现场总线领域内多种协议并存的局面在短时间内很难改变。面对当前支持不同协议的多种控制网络体系纷争的局面，不同厂商的现场设备难以适从，为实现与控制网络进行数据通讯，随之而产生了大量的支持不同通讯协议的具有数据通讯接口的智能设备，这种现状使智能设备的数据“系统集成”遇到了困难，导致了所谓的工业控制网络系统“信息孤岛”现象的产生。鉴于当前工业控制领域中智能设备通讯接口的配置现状，尤其是控制网络底层大量现场仪控设备，如，用于压力、温度、流量、称重等智能仪表和传感器，在“系统集成”方式上完全采用“一网到底”的方式，如，基于工业以太网的现场总线Profinet技术或OPC(objectlinkingandembeddingforprocesscontrol)技术，当前还存在一定的技术应用成本和市场利益保护等方面的障碍。目前实现这类设备数据“无缝融合”的主要方式还是通过网关或通信适配器将一种协议的设备数据转换成另一种协议的设备数据。在工业控制网络设备数据的转换方法上，一些世界著名的设备厂家提供了许多软、硬件的配套解决方案。例如，德国西门子公司在RS422/RS485接口设备数据到Profibus-DP协议数据转换方式上，需要购买硬件配置较高的PLC（programmerablelogiccontroller）。比如，在控制网络中本来可以选用CPU313C机型，系统中若有RS422/RS485设备数据到Profibus-DP网络数据的转换任务，就必须选用CPU313C-2PtP型，该机型本机集成两个通讯接口，一个是系统默认的支持MPI协议(西门子S7-300系列PLC用于编程/组态的非公开协议)的通讯接口，另一个是支持RS422/RS485设备数据的点到点串行通讯接口。使用时在PLC中需要在无协议方式下编写十分复杂的通讯程序才能读取RS422/RS485设备数据，并且在通讯时需要将系统默认的MPI接口设置成Profibus-DP接口才能完成数据转换。该方法数据转换类型单一，硬件开销大，编程工作量大、调试困难，制约了这类现场设备网络化的控制需求。又如，德国西门子公司在Modbus协议数据到Profibus-DP协议数据转换方式上可以有以下几种方案。方案一：通过S7-200PLC集成数据。在西门子系列PLC中只有S7-200PLC中配备了ModbusRTU通讯协议，Modbus设备数据通过Modbus网络集成到S7-200PLC中后，还需将数据再转换到Profibus-DP网络中，所以除了配置S7-200PLC(Modbus网络中作主站)还需加装专用的EM277通讯处理器(S7-200PLC接入Profibus-DP网络中的专用从站模块)，该方案缺点是硬件配置成本较高，并且S7-200PLC作为Modbus通讯网络主站的软件开发难度较大。方案二：通过CP341通讯处理器集成。在控制网络CPU315-2DP主机架的扩展槽位上装载CP341点对点通讯处理器，还需购买ModbusRTU协议驱动软件来实现与Modbus设备的通讯，然后再通过CPU315-2DP自身集成的DP接口将数据转换到Profibus-DP网络中，该方案的缺点是软、硬件的投资成本较高。方案三：通过ASCIIDriver协议中间转换的方法。该方案需增设CP341通讯处理器，通过集成在CP341通讯处理器内的ASCIIDriver协议，采用软件编程的方法来实现ModbusRTU协议。该方案的缺点是虽然免除了购买ModbusRTU协议驱动软件的开销，但硬件成本仍然较高，最关键的技术问题是软件开发难度较大。国外相关厂家提供的软、硬件配套解决方案主要缺点是功能单一，软、硬件价格高，并且往往需要付出较高的软件开发成本。尤其对于控制网络底层的测控仪表而言“数据集成”的代价过于昂贵。为降低协议及数据转换的软、硬件成本，国内的一些相关公司也致力于这方面的研发工作，并取得了显著的成绩。例如，北京鼎实创新科技有限公司目前已经研发出Profibus-RS485设备总线桥、Profibus-OMRONPLC协议总线桥、Profibus-RS232设备总线桥、Profibus-CAN协议总线桥、Profibus-Modbus协议总线桥、Profibus-研华ADAM协议总线桥等数据转换类产品。这些产品，硬件价格较国外同类产品有大幅下降，软件开销有所减小，但是明显的缺点是功能过于简单，该类产品的灵活性和通用性严重不足，不能适应复杂或特殊自动控制网络系统的数据转换需求。在复杂的控制网络中，往往需要协议及数据转换类设备具有较高的适应性和灵活性，可以方便的改变转换方式来适应不同的网络体系结构。RS485、RS232及RS422都是目前工业控制领域应用非常广泛的串行接口标准，最初由美国电子工业协会制定和颁发。RS485、RS232及RS422标准只对接口的电气特性做出了规定，并不含有插件、电缆及数据交换协议的具体规定，因此用户可以在此基础上建立自己的高层通信协议。目前，在大量的工业现场智能设备中，许多只配置有RS485、RS232或RS422标准的串行通讯接口，并不直接具备现场总线通讯功能。虽然目前存在着协议公开和非公开的现场总线数量繁多，经调研我国工业控制网络中Profibus-DP及CAN现场总线协议所占份额较重。鉴于该类产品国内外的开发现状和国内工控市场的需求，研发多功能集成的RS485\RS232\RS422标准接口设备到Profibus-DP\CAN现场总线之间的数据转换装置具有一定的新颖性、创造性和实用性。由于目前各种体系结构的控制网络数量庞大，决定了多协议网关及数据转换装置的研发领域十分广阔，本专利技术只是针对当前控制领域急需解决的、技术经济应用前景较好的一部分内容进行创造性的研发。该多协议数据转换装置的研发工作拓展了网关及数据转换类装置的研究应用领域，填补了该领域的空白，为工业控制网络系统的开放互连和现场分散控制做了一些有益的工作，实现了现场设备数据的“无缝融合”。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种控制网络多协议数据转换装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，包括Profibus‑DP总线接口（1）和CAN总线接口（2），所述的Profibus‑DP总线接口（1）在机箱外侧与Profibus‑DP总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的Profibus‑DP信号调理电路（3）的一侧连接，所述Profibus‑DP信号调理电路（3）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的CAN总线接口（2）在机箱外侧与CAN总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的CAN信号调理电路（4）的一侧连接，CAN信号调理电路（4）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的微控制器电路（5）还要分别与扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第一晶振电路（8）、键盘及显示器面板电路（9）、电源电路（10）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）连接，所述的扩展存储器电路（6）用于给微控制器电路（5）扩充外部RAM存储器；所述的watchdog电路（7）用于防止程序跑飞；所述的第一晶振电路（8）用于给微控制器电路（5）提供精确的时钟；所述的键盘及显示器面板电路（9）用于本专利技术装置的参数设定、运行操作和运行状态显示等功能；所述的电源电路（10）用于给微控制器电路（5）提供工作电源；所述的电源电路（10）还要分别与Profibus‑DP信号调理电路（3）、CAN信号调理电路（4）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）、扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第二晶振电路（14）、键盘及显示器面板电路（9）连接，分别给其提供工作电源，所述的电源电路（10）还要与电源开关（16）连接；第三晶振电路（15）与CAN信号调理电路（4）连接，用于给其提供精确的时钟；第二晶振电路（14）与Profibus‑DP信号调理电路（3）连接，用于给其提供精确的时钟；所述的数据转换电路（17）中的RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）还要分别与RS485\RS422 串行接口（12）和 RS232串行接口（13）连接；所述的RS485\RS422串行接口（12）在机箱外侧与RS485\ RS422现场设备连接；所述的RS232串行接口（13）在机箱外侧与RS232现场设备连接；所述的RS485 \RS422 串行接口（12） 和RS232串行接口（13）与现场设备的连接均采用标准的DB‑9连接器。...

【技术特征摘要】
1.控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，包括Profibus-DP总线接口（1）和CAN总线接口（2），所述的Profibus-DP总线接口（1）在机箱外侧与Profibus-DP总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的Profibus-DP信号调理电路（3）的一侧连接，所述Profibus-DP信号调理电路（3）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的CAN总线接口（2）在机箱外侧与CAN总线连接，在机箱内侧与数据转换电路（17）中的CAN信号调理电路（4）的一侧连接，CAN信号调理电路（4）的另一侧与微控制器电路（5）连接；所述的微控制器电路（5）还要分别与扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第一晶振电路（8）、键盘及显示器面板电路（9）、电源电路（10）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）连接，所述的扩展存储器电路（6）用于给微控制器电路（5）扩充外部RAM存储器；所述的watchdog电路（7）用于防止程序跑飞；所述的第一晶振电路（8）用于给微控制器电路（5）提供精确的时钟；所述的键盘及显示器面板电路（9）用于本发明装置的参数设定、运行操作和运行状态显示功能；所述的电源电路（10）用于给微控制器电路（5）提供工作电源；所述的电源电路（10）还要分别与Profibus-DP信号调理电路（3）、CAN信号调理电路（4）、RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）、扩展存储器电路（6）、watchdog电路（7）、第二晶振电路（14）、键盘及显示器面板电路（9）连接，分别给其提供工作电源，所述的电源电路（10）还要与电源开关（16）连接；第三晶振电路（15）与CAN信号调理电路（4）连接，用于给其提供精确的时钟；第二晶振电路（14）与Profibus-DP信号调理电路（3）连接，用于给其提供精确的时钟；所述的数据转换电路（17）中的RS485\RS232\RS422信号调理电路（11）还要分别与RS485\RS422串行接口（12）和RS232串行接口（13）连接；所述的RS485\RS422串行接口（12）在机箱外侧与RS485\RS422现场设备连接；所述的RS232串行接口（13）在机箱外侧与RS232现场设备连接；所述的RS485\RS422串行接口（12）和RS232串行接口（13）与现场设备的连接均采用标准的DB-9连接器。2.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的微控制器电路（5）的构成是：微控制器电路（5）包括U1_1芯片，U1_1芯片的参考电压端VDD分成两路，一路连接到+5V电源，另一路通过电容C6连接到地GND；RXD/P3.0串行口接收器输入端接RX引线，接收串口数据；TXD/P3.1串行口发送器输出端接TX引线，发送数据到串口；时钟振荡电路输入/输出1端XTAL1分成两路，一路连接到石英晶体振荡器Y的一侧，另一路通过电容C8接地GND；时钟振荡电路输入/输出2端XTAL2分为两路，一路连接到石英晶体振荡器Y另一侧，另一路通过电容C7接地GND；VSS端接地GND；INT0/P3.8端接引线INT0；INT1/P3.3端接引线INT1；WR/P3.6外部数据存储写选通端接引线WR，RD/P3.7外部数据存储器读选通端接引线RD，分别对外部存储器进行读写控制；P1.5、P1.6、P1.7分别依次接引线MOSI、MISO和SCK，将程序写入单片机；P3.4、P4.0、P4.1分别依次接引线SCLK、CS和SID控制显示器显示；RST端接引线RESET1，进行复位操作；EA端接+5V电源，禁止处理器访问外部ROM；ALE端接引线ALE，地址锁存使能，使地址线与数据线复用；P2.6/A14、P2.7/A15端分别依次接引线A14、A15，通过译码器选择选通芯片U1_4；P0.0/AD0、P0.1/AD1、P0.2/AD2、P0.3/AD3、P0.4/AD4、P0.5/AD5、P0.6/AD6、P0.7/AD7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，作为地址与数据复用总线传输地址低8位与数据；P2.0/A8、P2.1/A9、P2.2/A10、P2.3/A11、P2.4/A12、P2.5/A13端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A12、A13作为地址高位；T2/P1.0、T2EX/P1.1、P1.2、P1.3、P1.4分别接引线P1.0、P1.1、P1.2、P1.3、P1.4；ISP接口U1_3的1端接引线MOSI；5端接引线RESET1；7端接引线SCR；9端接接引线MISO；2端接+5V电源；4、6、8、10端接地GND；芯片U1_2的A1、B1端依次接引线A15、A14，进行译码；输出端1Y0、1Y1、1Y2依次接引线Y0、Y1、Y2；VCC端接电源+5V；G1端与GND端接地GND；微控制器电路（5）作为控制网络多协议数据转换装置的核心，控制该装置的工作方式及数据转换的控制任务，控制显示器显示功能，所有芯片工作或静默都由微控制器电路（5）进行控制。3.根据权利要求1所述的控制网络多协议数据转换装置，其特征在于，所述的Profibus-DP总线接口（1）引脚和Profibus-DP信号调理电路（3）的构成是：Profibus-DP信号调理电路（3）包括Profibus-DP专用协议芯片U2_1，Profibus-DP专用协议芯片U2_1的VDD端接+5V电源；DIVIDER端接+5V电源；Vss端接地GND；XCS端通过电阻R2接+5V电源；XWR端接B2引线；XRD端接引线B1，控制芯片读写信号；XINT/MOT端通过电阻R3接地GND；CLK时钟输入端接引线48M；AB8、AB9端接地GND；AB10端通过电阻R4接地GND；数据和地址复用端口DB0、DB1、DB2、DB3、DB4、DB5、DB6、DB7分别依次接引线AD0、AD1、AD2、AD3、AD4、AD5、AD6、AD7，接收与发送地址低8位或数据；AB0、AB1、AB2、AB3、AB5端分别依次接引线A8、A9、A10、A11、A13，作为高位地址线；AB4通过反相器UxA接引线A12，作为高位地址线；MODE端通过电阻R5接+5V电源，使数据、地址总线复用；ALE地址锁存使能端接引线B0；串行发送口TXD端连接到U2_3芯片的V1端口，发送数据到Profibus-DP总线；串行接收口RXD端连接到U2_2芯片的V0端，接收来自总线的数据；RTS端通过电阻R9连接到U2_4芯片的VF-端，作为请求发送信号端；XCTS端通过电阻R6接地GND；XTEST0、XTEST1端分别通过电阻R7、R8接+5V电源；RESET端接引线RESET1，对芯片进行复位；X/INT端连接引线INT0，发送中断请求；所述的反相器UxA的7脚接地GND；14脚接+5V电源；2脚接AB4；1脚连接引线A12；所述的U2_2、U2_3、U2_4芯片为光耦，对收发数据进行光电隔离，其中，所述的U2_2的V1端连接总线收发器U2_5芯片的R端，接收总线数据；VDD2端分两路，一路通过电容C12接地GND，另一路接+5V电源；VDD1端分两路，一路通过电容C13接地GND，另一路接+ISO5V电源；GND1端分两路，一路接电容C13，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C12，另一路接地GND；所述的U2_3芯片的V0端连接总线收发器U2_5的D端，向总线发送数据；VDD1端分两路，一路接+5V电源，另一路通过电容C14接地GND；VDD2端分两路，一路接+ISO5V电源，另一路通过电容C15接地GND；GND1端分两路，一路接电容C14，另一路接地GND；GND2端分两路，一路接电容C15，另一路接地GND；所述的光耦U2_4芯片的V0端分两路，一路接电阻R10，另一路接总线收发器U2_5的DE端，发送数据使能信号；VF+端接+5V电源；VCC端分三路，第一路通过电容C16接地GND，第二路接电阻R10，第三路接电源+ISO5V；VE端接+ISO5V电源；GND端分两路，一路接电容C16，另一路接地GND；总线收发器U2_5芯片的A端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的8端，最后一路接跳线开关U2_7的2端；B端分三路，一路接终端电阻R11，另一路接总线接口COM3的3端，最后一路接跳线开关U2_7的1端；VCC端分两路，一路通过电容C17接地GND，另一路接ISO+5V电源；RE端作为读总线数据使能端接地GND；总线接口COM3的5端接地GND；芯片U2_6是有源晶振，为芯片U2_1提供时钟信号，其中，VD端接+5V电源；3端分两路输出，一路通过电容C18接地G...

【专利技术属性】
技术研发人员：田海，王冬生，齐晓军，吴振奎，
申请(专利权)人：内蒙古科技大学，
类型：发明
国别省市：内蒙古;15