专利名称：一种以太网到rs485现场总线协议转换的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电路转换装置，特别涉及一种以太网到RS485现场总线的转换装置。
背景技术：
众所周知，RS485总线是一种串行总线，采用差分信号在A、B两根线上传输；一般采用双绞线进行差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压，因此总线长度可以达到千米以上。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。RS485总线因为价格低廉、性能稳定和成熟度高等特点得到了广泛的应用。特别是现场的仪器仪表、电动执行机构等大量采用了 RS485作为接口。有的现场设备具有双路的 RS485接口，可以冗余配置，当一路接口故障/损坏时，另外一路可以马上投入运行，保证现场设备的不间断运行。工业以太网作为以太网技术在工业上的应用，因为其速度快、接口简单、容易部署等优点，目前得到了很大的普及。以太网到各种现场总线的网关也被快速推向了市场。
发明内容
以太网到RS485的总线网关已有多种实现一般通过单以太网、一路或多路RS485 接口来实现。这些实现方式在以太网冗余系统中就需要多台的设备，同时现场的RS485总线一般也是单总线的形式，不形成环路，对于具有冗余RS485接口的现场设备，也不能很好的进行冗余配置。鉴于上述技术问题，本发明提供了一种应用于工业现场的以太网转RS485 总线的装置。该装置设有多路RS485接口，任意RS485接口可以配置为单路总线；任意两个 RS485接口可以组合成一个RS485环路；任意两个RS485环路可以配置为冗余总线。该设备目前大量应用于工业现场，提高了工业现场数据采集管理的稳定性和实时性。本发明的具体技术方案如下一种以太网到RS485现场总线协议转换的装置，包括2个以上CPU控制模块、多个 RS485接口模块以及2个以太网交换机模块；其特征在于，所述每个以太网交换机模块分别连接每个CPU控制模块；所述多个CPU控制模块组成CPU冗余系统，任意时刻只有一个CPU 控制模块具有现场总线的访问控制权；所述每个CPU控制模块中设有CPU模块和CPLD模块，CPU模块和CPLD模块之间设有多路的Uart信号输出，所述CPLD模块连接有数量与Uart 信号一样路数的RS485接口模块；所述CPU模块具有3种状态主控状态、备机状态、故障状态，CPU模块通过指令控制来向CPLD模块发送主控指示信号和复位信号；所述CPU模块正常运行于主控状态时，主控指示信号有效，CPU模块复位时，复位信号有效，当CPU模块运行于备机状态或者该CPU模块出现运行故障、复位、掉电等故障出现时，CPLD模块阻止CPU模块的Uart信号输出，从而使得其它冗余的主控CPU控制模块能够获取RS485接口模块的访问控制权。作为优选方案，所述RS485接口模块包括RS485驱动器、光电隔离电路、防浪涌和防雷电路，一端连接CPU控制模块，另一端连接RS485现场总线。作为优选方案，所述每个RS485接口模块在多个CPU控制模块之间共享。作为优选方案，所述装置中设有2个以上RS485接口模块。作为优选方案，所述每个以太网交换机模块上设有多于CPU控制模块数量I个以上的以太网接口。这样使得每个以太网交换机模块通过以太网接口分别连接CPU控制模块以外，还有多余的以太网接口就作为装置对外的以太网接口。本发明的有益效果如下I、设有多路RS485接口。由于RS485是一种低速总线，一般现场部署时，速率都在 19200bps左右，限制了每一路上可以连接的设备的数目。当现场设备过多时，必须采用多路的接口。2、可利用装置中任意两个RS485接口可以组合成一个环路。RS485的环路避免了单总线方式中总线故障引起后续节点不能访问的问题。3、可利用装置中任意两个RS485的环路可以配置为冗余环路，如图I所示。当现场设备具有冗余的RS485接口时，现场采用双环路布线，可以提高RS485总线的健壮性。当一个环路故障，有多点断开时，另一个环路可以接管现场连接。4、装置设有双路甚至多路的以太网接口，配合现场的冗余以太网。5、装置采用CPU冗余、接口模块共享的方式实现了有效的冗余配置。
以下结合附图
和具体实施方式
来进一步说明本发明。图I为结合本发明装置的RS485现场双环路布线结构框图。图2为本发明所述转换装置实施例中的结构框图。图3为本发明所述转换装置中CPU控制模块的具体结构框图。 图4为本发明所述转换装置中RS485接口模块的具体结构框图。
具体实施例方式为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。本发明所述的以太网到RS485现场总线协议转换的装置，包括2个以上CPU控制模块、多个RS485接口模块(通常可以采用2个以上RS485接口模块)以及2个以太网交换机模块。如图2所示，在本实施例中，该装置采用2个CPU控制模块201、8个RS485接口模块202和2个以太网交换机模块203。其中，每个以太网交换机模块203分别连接2个CPU 控制模块201。每个以太网交换机模块203上设有多于CPU控制模块数量I个以上的以太网接口(图中未示出)。本例中以太网接口至少3个以上。这样使得每个以太网交换机模块通过以太网接口分别连接CPU控制模块以外，还有多余的以太网接口就作为装置对外的以太网接口。如图3所示，每个CPU控制模块中设有CPU模块301和CPLD模块302，CPU模块301 和CPLD模块302之间设有多路(本例中采用8路)的Uart信号输出；CPLD模块302连接有数量与Uart信号一样路数的RS485接口模块(即8个RS485接口模块)；CPU模块301 通过指令控制来向CPLD模块302发送主控指示信号和复位信号；CPLD模块302保证CPU模块301运行于备机或者该模块出现故障(程序错误、重起、掉电)的情况下，释放RS485接口模块。即CPU模块301正常运行于主控状态时，主控指示信号有效，CPU模块301复位时， 复位信号有效，当CPU模块301运行于备机或者该模块出现运行故障、复位、掉电等故障出现时，CPLD模块302阻止CPU模块301的Uart信号输出，从而使得其它冗余的主控CPU控制模块能够获取RS485接口模块的访问控制权。如图4所示，RS485接口模块的结构包括RS485驱动器401、光电隔离电路402、防浪涌和防雷电路403，一端连接CPU控制模块，另一端连接RS485现场总线。每个RS485接口模块在两个CPU控制模块之间共享，以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。权利要求
1.一种以太网到RS485现场总线协议转换的装置，包括2个以上CPU控制模块、多个RS485接口模块以及2个以太网交换机模块；其特征在于，所述每个以太网交换机模块分别连接每个CPU控制模块；所述多个CPU控制模块组成CPU冗余系统，任意时刻只有一个CPU控制模块具有现场总线的访问控制权；所述每个CPU控制模块中设有CPU模块和CPLD模块，CPU模块和CPLD模块之间设有多路的Uart信号输出，所述CPLD模块连接有数量与Uart信号一样路数的RS485接口模块；所述CPU模块具有3种状态主控状态、备机状态、故障状态，CPU模块通过指令控制来向CPLD模块发送主控指示信号和复位信号；所述CPU模块正常运行于主控状态时，主控指示信号有效，CPU模块复位时，复位信号有效，当CPU模块运行于备机状态或者该CPU模块出现运行故障、复位、掉电等故障出现时，CPLD模块阻止CPU模块的Uart信号输出，从而使得其它冗余的主控CPU控制模块能够获取RS485接口模块的访问控制权。
2.根据权利要求I的以太网到RS485现场总线协议转换的装置，其特征在于，所述RS485接口模块包括RS485驱动器、光电隔离电路、防浪涌和防雷电路，一端连接CPU控制模块，另一端连接RS485现场总线。
3.根据权利要求2的以太网到RS485现场总线协议转换的装置，其特征在于，所述每个RS485接口模块在多个CPU控制模块之间共享。
4.根据权利要求3的以太网到RS485现场总线协议转换的装置，其特征在于，所述装置中设有2个以上RS485接口模块。
5.根据权利要求I至4中任意的以太网到RS485现场总线协议转换的装置，其特征在于，所述每个以太网交换机模块上设有多于CPU控制模块数量I个以上的以太网接口。
全文摘要
本发明公开了一种以太网到RS485现场总线协议转换的装置，包括2个以上CPU控制模块、多个RS485接口模块以及2个以太网交换机模块；所述每个以太网交换机模块分别连接每个CPU控制模块；所述多个CPU控制模块组成CPU冗余系统，任意时刻只有一个CPU控制模块具有现场总线的访问控制权；所述每个CPU控制模块中设有CPU模块和CPLD模块，CPU模块和CPLD模块之间设有多路的Uart信号输出，所述CPLD模块连接有数量与Uart信号一样路数的RS485接口模块；所述CPU模块具有3种状态主控状态、备机状态、故障状态，CPU模块通过指令控制来向CPLD模块发送主控指示信号和复位信号。
文档编号H04L29/06GK102710618SQ201210158429
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月21日 优先权日2012年5月21日
发明者周明, 王可中 申请人:周明, 王可中