专利名称：一种用于连接变频器与profibus-dp现场总线的适配器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于连接变频器与PROFIBUS-DP (Process Field Bus-Decentralized Peripherals，过程现场总线-分散周边设备)现场总线的适配器。
背景技术：
变频器已被广泛地用于工业控制，PR0FIBUS-DP是国际上通用的现场总线标准，它 本身具有通讯速率高、抗干扰能力强、工业控制应用方便等优点。目前在印刷、造纸、化纤、 纺织等行业对通过PR0FIBUS-DP现场总线进行变频器高速度响应控制的要求越来越多，因 此市场需要用于连接变频器与PR0FIBUS-DP现场总线的高效率、高可靠性的适配器产品。传统的适配器产品均是采用单片机加PR0FIBUS专用芯片的方式实现，与变频器 的通讯大多是将PR0FIBUS-DP总线信号通过PR0FIBUS专用芯片进行数据处理以后再通过 单片机(如51系列单片机)进行处理及解析，解析后的数据通过串行通讯接口与变频器的 串行通讯接口进行数据交换。这种方式的电路相对复杂，而且由于串行数据传输所固有的 速度低的缺陷限制了变频器的实际响应速度及数据返回的速度。由于电路相对复杂，因此 此类产品的成本及销售价格一般较高。另一方面，单片机在恶劣的工业环境下容易受到干 扰，使程序运行出现异常，导致通讯的可靠性下降。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种用于连接变频器与PR0FIBUS-DP 现场总线的适配器，可简化适配器的硬件电路结构，减小其体积及成本。本实用新型的一种用于连接变频器与PR0FIBUS-DP现场总线的适配器，包括用 于与PR0FIBUS-DP现场总线连接的接口 ；与所述接口相连的隔离芯片；与所述隔离芯片相 连的PR0FIBUS专用芯片，接收并处理来自所述隔离芯片的信号；与所述PR0FIBUS专用芯片 相连以与其进行数据传输交换的FPGA芯片；以及与所述FPGA芯片相连以与变频器进行并 行数据交换的并行接口。所述FPGA芯片包括NIOSII软核处理器以及与所述NIOSII软核处理器相连的外 围扩展逻辑时序功能模块，所述外围扩展逻辑时序功能模块用以驱动所述PR0FIBUS专用 芯片并与其进行数据传输交换。所述FPGA芯片还包括与所述NIOSII软核处理器相连的发送FIFO模块和接收 FIFO模块，来自所述NIOSII软核处理器的数据经所述发送FIFO模块传输到所述变频器，且 来自所述变频器的数据经所述接收FIFO模块传输到所述NIOSII软核处理器。所述适配器还包括与所述FPGA芯片相连的FPGA用程序存储器。所述适配器还包括与所述FPGA芯片相连的7位从站地址选择拨位开关。所述适配器还包括与所述隔离芯片的一次侧相连的终端电阻及上拉/下拉电阻 接入选择拨位开关。所述适配器还包括对所述用于与PR0FIBUS-DP现场总线连接的接口、隔离芯片及终端电阻及上拉/下拉电阻接入选择拨位开关供电的5V电源。所述适配器还包括对所述PR0FIBUS专用芯片、FPGA芯片、7位从站地址选择拨位 开关、FPGA用程序存储器及并行接口供电的3. 3V电源。所述隔离芯片为RS485芯片。所述并行接口配置为与所述变频器的接插口直接接插。本实用新型的适配器无需单片机，不但硬件电路结构简单，而且与变频器的数据 交换采用并行方式，有效地提高了变频器响应指令及数据返回的速度、在安装上通过并行 插口直接安装在变频器内部，提高了系统抗干扰能力，节省了硬件及安装费用，使用方便。
图1示出了本实用新型适配器的硬件原理框图。图2示出了本实用新型适配器的FPGA芯片的内部框图。图3示出了本实用新型适配器的FPGA芯片内部构建的先入先出FIFO模块及CPU 功能的原理图。图4示出了本实用新型适配器与变频器的连接关系图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的适配器主要包括用于与上位PR0FIBUS-DP现场总线 连接的接口 1 ；隔离芯片2，在本实施例中采用RS485芯片，即带隔离的485信号收发芯 片；PR0FIBUS专用芯片3，在本实施例中采用VPC3芯片；FPGA芯片4，在本实施例中采用 EP2C8T144芯片；7位从站地址选择拨位开关5 ；FPGA用程序存储器6，在本实施例中采用 EPCS4 ；与变频器连接的并行接口 7，在本实施例中采用60PIN插头；终端电阻及上拉/下拉 电阻接入选择拨位开关8 ；3. 3V电源9及5V电源10。具体的，上位PR0FIBUS-DP现场总线与该适配器的用于与上位PR0FIBUS-DP现场 总线连接的接口 1相连，通过RS485芯片2将信号送至PR0FIBUS专用芯片3，经过PR0FIBUS 专用芯片3处理及解析的数据以数据总线的方式与FPGA芯片4连接，进行数据的传输及交 换，数据在FPGA芯片4中进行处理后通过并行接口 7与变频器实现并行数据交换，从而实 现PR0FIBUS-DP的通讯适配功能。该适配器与变频器之间不采用串行通讯的方式，而采用 数据总线连接直接并行数据交换的方式，从而极大地提高数据交换的速率。本适配器一次 侧的用于与上位PR0FIBUS-DP现场总线连接的接口 1，RS485芯片2及拨位开关8的电源由 5V电源10提供，其它芯片的电源由3. 3V电源9提供，提高了系统的抗干扰性能。FPGA用 程序存储器6与FPGA芯片4相连，作为FPGA芯片的程序存储器。通过与FPGA芯片4相连 的7位从站地址选择拨位开关5进行从站地址的设定。通过与RS485芯片2的一次侧相连 的终端电阻及上拉/下拉电阻接入选择拨位开关8的设置可以选择是否采用终端电阻或是 否进行电平的上拉或下拉。本实用新型的适配器不采用单片机芯片，仅以FPGA加PR0FIBUS专用芯片及外围 电路的方式实现了 PR0FIBUS-DP适配器的功能。如图2-3所示，本实用新型的适配器中以FPGA芯片为处理器，取代原先的51单片 机+外围器件的方式。基于SOPC(片上可编程系统)技术和软核处理器NI0SII，以NIOSII软核处理器作为FPGA芯片的CPU ；外围则用VHDL语言设计了类似51单片机数据地址总 线的外围扩展逻辑时序功能模块，即构建了虚拟单片机，其与NIOSII软核处理器相连，该 虚拟单片机用于驱 动PR0FIBUS专用芯片并与其进行数据传输交换。再用该CPU设置读写 PR0FIBUS专用芯片的双端口 RAM(图未示)。把从双端口 RAM读出的通讯数据写入一个深 度为32字节的发送FIFO模块，利用FIFO的高速并行特性将数据传输到变频器的处理器， 随后变频器的处理器再将需要返回的数据通过写入另一个深度为32字节的接收FIFO模块 传输到CPU。如图4所示，本实用新型的适配器与上位机及变频器的连接关系为上位机的 PR0FIBUS-DP总线接口与本实用新型适配器的基板12上的接口 1相连，通过本实用新型适 配器基板12上的并行接口 7与变频器的主控板13上的选购件接插口 15直接接插以实现 数据线与地址线的直接连接，进行并行数据交换。本实用新型的适配器与变频器采用并行 接口直接接插，其与变频器可组成一个整体，从而提高了产品的安装性。综上所述，本实用新型是用于变频器与PR0FIBUS-DP现场总线进行通讯及控制的 适配器，与同类产品相比，本实用新型的适配器无需单片机控制芯片，以最简单的硬件设计 完成PR0FIBUS芯片驱动和信号传输、通讯数据通过并行数据线及地址线直接与变频器的 数据线及地址线连接，从而实现了高速的数据交换，生产简便，成本低廉、安装方便。以上实施例仅用于说明但不限制本实用新型。在权利要求的范围内本实用新型还 有多种变形和改进。凡是依据本实用新型的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变 化与修饰，皆落入本实用新型专利的权利要求保护范围。
权利要求一种用于连接变频器与PROFIBUS DP现场总线的适配器，其特征在于，包括用于与PROFIBUS DP现场总线连接的接口(1)；与所述接口(1)相连的隔离芯片(2)；与所述隔离芯片(2)相连的PROFIBUS专用芯片(3)，接收并处理来自所述隔离芯片(2)的信号；与所述PROFIBUS专用芯片(3)相连以与其进行数据传输交换的FPGA芯片(4)；以及与所述FPGA芯片(4)相连以与变频器进行并行数据交换的并行接口(7)。
2.如权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述FPGA芯片(4)包括NIOSII软核处理 器以及与所述NIOSII软核处理器相连的外围扩展逻辑时序功能模块，所述外围扩展逻辑 时序功能模块用以驱动所述PR0FIBUS专用芯片(3)并与其进行数据传输交换。
3.如权利要求2所述的适配器，其特征在于，所述FPGA芯片(4)还包括与所述NIOSII 软核处理器相连的发送FIFO模块和接收FIFO模块，来自所述NIOSII软核处理器的数据经 所述发送FIFO模块传输到所述变频器，且来自所述变频器的数据经所述接收FIFO模块传 输到所述NIOSII软核处理器。
4.如权利要求3所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括与所述FPGA芯片(4) 相连的FPGA用程序存储器(6)。
5.如权利要求4所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括与所述FPGA芯片(4) 相连的7位从站地址选择拨位开关(5)。
6.如权利要求5所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括与所述隔离芯片(2)的 一次侧相连的终端电阻及上拉/下拉电阻接入选择拨位开关(8)。
7.如权利要求6所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括对所述用于与 PR0FIBUS-DP现场总线连接的接口(1)、隔离芯片(2)及终端电阻及上拉/下拉电阻接入选 择拨位开关⑶供电的5V电源(10)。
8.如权利要求7所述的适配器，其特征在于，所述适配器还包括对所述PR0FIBUS专用 芯片(3)、FPGA芯片(4)、7位从站地址选择拨位开关(5)、FPGA用程序存储器(6)及并行接 口⑵供电的3.3V电源(9)。
9.如权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述隔离芯片(2)为RS485芯片。
10.如权利要求1所述的适配器，其特征在于，所述并行接口(7)配置为与所述变频器 的接插口直接接插。
专利摘要本实用新型公开了一种用于连接变频器与PROFIBUS-DP现场总线的适配器，包括用于与PROFIBUS-DP现场总线连接的接口；与所述接口相连的隔离芯片；与所述隔离芯片相连的PROFIBUS专用芯片，接收并处理来自所述隔离芯片的信号；与所述PROFIBUS专用芯片相连以与其进行数据传输交换的FPGA芯片；以及与所述FPGA芯片相连以与变频器进行并行数据交换的并行接口。本实用新型具有硬件电路简单、成本低、数据传输及数据返回快、安装方便及可靠性高的特点。
文档编号H04L12/40GK201774557SQ20102050750
公开日2011年3月23日 申请日期2010年8月27日 优先权日2010年8月27日
发明者朱浩 申请人:三垦力达电气(江阴)有限公司