专利名称：具有多种总线接口的可配置i/o模块的制作方法
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系统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模块是分布式系统的主要部件，模块用于连接工业控制系统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系统，用本项目研究成果构成的系统，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，即可接入新的总线系统；模块连接到不同总线的系统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。
图1为本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的系统原理框图；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。
具体实施例方式
参照图1，这是本发明具有多种总线接口的可配置I/O模块的系统原理框图。
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系统，当系统需要增加点数时，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系统，满足多总线系统的要求，当系统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。
权利要求
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，其特征在于该模块包括可配置现场总线适配器(1)及系列I/O模块(2)；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。
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，其特征在于所述的总线适配器(1)，其交换信息，通过内部总线同系列I/O模块通信交换数据，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I2C；所述的总线适配器(1)，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，其特征在于所述的系列I/O模块(2)，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(2)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(2)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(2)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模块的程序流程，其步骤如下每次上电以后，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。
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模块的数字量模块的程序流程，其步骤如下上电后，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。
10.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，其步骤如下上电后，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。
全文摘要
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。
文档编号H04L12/40GK1964363SQ20061011879
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月28日 优先权日2006年11月28日
发明者奚培峰, 应成, 薛吉, 王伟 申请人:上海电器科学研究所(集团)有限公司