基于profibus协议的远程站及具有其的profibus-dp通信系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型提出了基于PROFIBUS协议的远程站，包括：电源模块，电源模块包括第一连接器；PROFIBUS-DP接口，PROFIBUS-DP接口包括第二连接器，第二连接器与第一连接器相连；中央处理器，中央处理器与第一连接器相连，并且中央处理器通过光电隔离的通讯总线与第二连接器相连；输入接口，输入接口包括第三连接器，第三连接器与第一连接器相连，并且第三连接器通过光电隔离的数据总线与中央处理器相连；输出接口，输出接口包括第四连接器，第四连接器与第一连接器相连，并且第四连接器通过光电隔离的数据总线与中央处理器相连；壳体。本实用新型实现使用简单、成本低且提高了防护等级的目的。本实用新型还提出一种PROFIBUS-DP通信系统。
【专利说明】基于PROF I BUS协议的远程站及具有其的PROFIBUS-DP通信
系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及现场总线【技术领域】，特别涉及一种基于PROFIBUS协议的远程站及具有其的PROFIBUS-DP通信系统。
【背景技术】
[0002]IP67 特指防护安全级别 IP 是(Ingress Protection Rating 或者 InternationalProtection code)的缩写,它定义了一个界面对液态和固态微粒的防护能力。IP后面跟了2位数字，第I个是固态防护等级，范围是0-6，分别表示对从大颗粒异物到灰尘的防护；第2个是液态防护等级，范围是0-8，分别表示对从垂直水滴到水底压力情况下的防护。数字越大表示能力越强。IP67的解释是，防护灰尘吸入(整体防止接触，防护灰尘渗透)；防护短暂浸泡(防浸)。目前在布线行业最高实现的是IP67级别。除此以外，工业连接器还有温度，抗震等对其它恶劣环境的考虑因素。
[0003]PR0FIBUS-DP是PROFIBUS协议的一个分支，是一种经过优化的高速通信连接，是专门为控制系统和设备级分散I/o之间的通信设计的，可用于分布式控制系统的高速数据传输，其传输速度可达12Mb/s。PROFIBUS-DP—般构成单主站系统，主站和从站之间采用循环数据传输方式工作。PROFIBUS DP采用OSI参考模型的第一层、第二层和用户接口层，第三到第七层未加描述，这种结构确保了数据传输的快速和有效，DDLM (Direct DataLinkMapper，直接数据链路映像)提供易于进入第二层的用户接口。用户接口规定了用户及系统以及不同设备可以调用的应用功能，并详细说明了各种PROFIBUS DP设备的行为，还提供了传输用的RS485传输技术。
[0004]PROFIBUS是目前国际上通用的现场总线标准之一，以其独特的技术特点，严格的认证规范、开放的标准、众多厂商(例如西门子公司)的支持，被纳入现场总线的国际标准IEC61158。PROFIBUS于2006年10月成为我国首个现场总线国家标准(GB/T20540-2006)。
[0005]目前，PROFIBUS—DP远程站组建复杂，防护等级只有IP20，防护等级低，并且应用于工业现场环境中必须安装在控制箱中，使用非常不方便并且成本较高。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0007]为此，本实用新型的一个目的在于提出一种基于PROFIBUS协议的远程站，该远程站采用一体化设计，并且可以实现使用简单、成本低且防护等级到达IP67的目的。本实用新型的另一个目的在于提出一种PR0FIBUS-DP通信系统。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型第一方面的实施例提供一种基于PROFIBUS协议的远程站，包括:电源模块，所述电源模块包括第一连接器；PR0FIBUS-DP接口，所述PR0FIBUS-DP接口包括第二连接器，所述第二连接器与所述第一连接器相连；中央处理器，所述中央处理器与所述第一连接器相连，并且所述中央处理器通过光电隔离的通讯总线与所述第二连接器相连；输入接口，所述输入接口包括第三连接器，所述第三连接器与所述第一连接器相连，并且所述第三连接器通过光电隔离的数据总线与所述中央处理器相连；输出接口，所述输出接口包括第四连接器，所述第四连接器与所述第一连接器相连，并且所述第四连接器通过光电隔离的数据总线与所述中央处理器相连；壳体，其中，所述电源模块、所述PROFIBUS-DP接口、所述中央处理器、所述输入接口和所述输出接口通过所述光电隔离的通讯总线和所述光电隔离的数据总线均安装于所述壳体内且通过电子树脂进行灌装。
[0009]在本实用新型的一个实施例中，所述壳体采用的聚酰胺6制成。
[0010]在本实用新型的又一个实施例中，所述第一至第四连接器中每一个均包括螺旋自锁装置。
[0011]在本实用新型的再一个实施例中，所述第一至第四连接器中每一个均采用铜镀镍金属制成。
[0012]在本实用新型的一个实施例中，所述第一连接器包括5个接线端子且外径为Φ23πιιη0
[0013]在本实用新型的又一个实施例中，所述第二至第四连接器中的每一个均包括5个接线端子且外径为Φ12πιπι。
[0014]根据本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站，采用一体化设计，将电源模块、PROFIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、输出接口及背板总线集成为一个整体，放置在一个壳体中并用电子树脂灌装，对PROFIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、和输出接口的电源完全隔离。并且，对电源模块、PROFIBUS-DP接口、输入接口、和输出接口的连接器采用螺旋自锁装置以防止其滑动，从而可以实现使用简单、成本低且防护等级到达IP67的目的。
[0015]本实用新型第二方面的实施例提出一种PR0FIBUS-DP通信系统，包括:主站，所述主站包括PR0FIBUS-DP接口 ；PR0FIBUS_DP总线，所述PR0FIBUS-DP总线与所述主站的PR0FIBUS-DP接口连接；多个从站，每个所述从站为所述权利要求1_8任一项所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其中，每个基于PROFIBUS协议的远程站均连接于所述PR0FIBUS-DP 总线上。
[0016]在本实用新型的一个实施例中，还包括:终端电阻，所述终端电阻与位于所述PR0FIBUS-DP总线终端的所述从站的PR0FIBUS-DP接口连接，且所述终端电阻连接于所述PR0FIBUS-DP 总线上。
[0017]根据本实用新型实施例的PR0FIBUS-DP通信系统，在PROFIBUS-DP总线上可以连接多个从站进行通信。并且每个从站采用一体化设计，将电源模块、PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、输出接口及背板总线集成为一个整体，放置在一个壳体中并用电子树脂灌装，对PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、和输出接口的电源完全隔离。
[0018]本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:[0020]图1为根据本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站的结构图；
[0021]图2 Ca)和图2 (b)为根据本实用新型实施例的电源模块连接器的示意图；
[0022]图3 (a)和图3 (b)为根据本实用新型实施例的PROFIBUS-DP接口的连接器的示意图；
[0023]图4为根据本实用新型实施例的输入接口和输出接口的连接器的示意图；
[0024]图5为根据本实用新型实施例的数据隔离及通道诊断的示意图；
[0025]图6 (a)至图6 Cf)为本实用新型实施例的对基于PROFIBUS协议的远程站进行配置的示意图；
[0026]图7为根据本实用新型实施例的PROFIBUS-DP通信系统的示意图。
【具体实施方式】
[0027]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0028]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0029]下面参考图1至图5对本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站进行描述。其中，本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站为IP67等级一体化PR0FIBUS-DP 远程站。
[0030]如图1所示，本实用新型实施例提供的基于PROFIBUS协议的远程站，包括:电源模块1、PR0FIBUS-DP接口 2、中央处理器3、输入接口 4、输出接口 5和壳体。
[0031]具体地，电源模块I可以生成3路隔离电源。其中，上述3路隔离电源包括通讯驱动电源、内部电源和接口外设电源。在本实用新型的一个实施例中，通讯驱动电源、内部电源和接口外设电源相互隔离，从而可以增强抗干扰能力。
[0032]并且，电源模块I包括第一连接器，其中第一连接器可以设置于上述电源模块I的接口处。该第一连接器包括螺旋自锁装置，用以防止第一连接器的滑动。
[0033]在本实用新型的一个示例中，电源模块I的第一连接器包括5个接线端子且外径为Φ 23mm，即电源模块I采用(Φ 23，5芯)连接器连接。
[0034]图2 (a)和图2 (b)分别示出了上述第一连接器的插头和插座的结构。其中，第一连接器的第一端子和第二端子接信号地(GND),第三端子接PE (Protecting Earthing,保护导体)线，第四和第五端子接电源正极端。
[0035]PR0FIBUS-DP接口 2与电源模块I相连。具体地，PR0FIBUS-DP接口 2包括第二连接器，其中第二连接器与电源模块I的第一连接器相连。PR0FIBUS-DP接口 2可以在电源模块I输出的通讯驱动电源的供电下与PR0FIBUS-DP主站进行通讯，并且PR0FIBUS-DP接口 2可以通过光电隔离的通信总线和中央处理器3进行数据交换。具体地，PR0FIBUS-DP主站与PROFIBUS-DP接口 2通讯，由PROFIBUS-DP主站向PROFIBUS-DP接口 2发送数据，PROFIBUS-DP接口 2并将数据发送给中央处理器3进行处理。
[0036]在本实用新型的一个实施例中，第二连接器可以设置于PROFIBUS-DP接口 2的接口处。其中，该第二连接器包括螺旋自锁装置，用以防止第二连接器的滑动。
[0037]在本实用新型的一个示例中，PROFIBUS-DP接口 2的第二连接器包括5个接线端子且外径为Φ 12mm，即PROFIBUS-DP接口 2采用(Φ 12，5芯)连接器连接。
[0038]图3 (a)和图3 (b)分别示出了上述PR0FIBUS-DP接口 2的第二连接器的插头和插座的结构。其中，第二连接器的第一端子悬空、不使用。第二端子接总线BUS-A，第三端子接信号地(GND)，第四端子接总线BUS-B，第五端子接屏蔽地Shield。
[0039]中央处理器3与电源模块I的第一连接器相连，并且中央处理器3通过光电隔离的通讯总线与PR0FIBUS-DP接口 2的第二连接器相连。具体地，中央处理器3可以在电源模块I输出的内部电源的供电下与PR0FIBUS-DP接口 2进行数据交换，从而接收PR0FIBUS-DP接口 2发送的数据，并对上述数据进行处理。
[0040]图4示出了输入接口和输出接口的连接器的结构。输入接口 4与电源模块I和中央处理器3相连，具体地，输入接口 4包括第三连接器，其中第三连接器与电源模块I的第一连接器相连，并且第三连接器通过光电隔离的数据总线与中央处理器3相连。输入接口4可以在电源模块I输出的接口外设电源的供电下与中央处理器3进行数据交换。
[0041]输出接口 5与电源模块I和中央处理器3相连，具体地，输出接口 5包括第四连接器，其中第四连接器与电源模块I的第一连接器相连，并且第四连接器通过光电隔离的数据总线与中央处理器3相连。输出接口 5可以在电源模块I输出的接口外设电源的供电下与中央处理器3进行数据交换。
[0042]在本实用新型的一个实施例中，第三连接器和第四连接器分别设置在输入接口 4和输出接口 5的接口处，且均包括螺旋自锁装置，用以防止第三连接器和第四连接器的滑动。
[0043]在本实用新型的一个示例中，输入接口 4的第三连接器和输出接口 5的第四连接器包括5个接线端子且外径为Φ 12mm，即输入接口 4和输出接口 5采用(Φ 12，5芯)连接器连接。
[0044]具体地，输入接口 4和输出接口 5均可以通过光电隔离的数据总线与中央处理器3进行数据交换。输入接口 4通过光电隔离的数据总线向中央处理器3发送输入数据，中央处理器3对上述输入数据进处理，并将处理后的数据通过光电隔离的数据总线输出至输出接口 5，并由输出接口 5进一步输出至外部设备。
[0045]需要说明的是，上述第一连接器、第二连接器、第三连接器和第四连接器均采用铜镀镍金属制成，并且所有连接器具有螺旋自锁装置且达到IP67防护等级。
[0046]在本实用新型的一个实施例中，电源模块1、PR0FIBUS-DP接口 2、中央处理器3、输入接口 4和输出接口 5通过光电隔离的通讯总线和光电隔离的数据总线均安装于壳体内，且通过电子树脂进行灌装。其中，壳体采用的聚酰胺6 (PA6)制成。
[0047]下面参考图5对本实用新型实施例的数据隔离和通道诊断进行描述。
[0048]如图5所示，本实用新型实施例基于PROFIBUS协议的远程站，还包括:输入数据隔离电路6和输出数据隔离电路7。[0049]具体地，输入数据隔离电路6位于输入接口 4内，且分别与多条输入通道和数据总线相连，可以对来自多条输入通道的输入数据进行数据隔离。
[0050]输出数据隔离电路7位于输出接口 5内，且分别与多条输出通道和数据总线相连，可以对来自多条输出通道的输出数据进行数据隔离。
[0051]在本实用新型的一个实施例中，输入通道和输出通道的数据包括数字量输入、模拟量输入、数字量输出和模拟量输出，并且每种类型均有多个通道。
[0052]此外，本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站还包括多个通道诊断电路8。其中，每个通道诊断电路的输入端与一个输入通道或输出通道相连，每个通道诊断电路的输出端与数据总线相连，可以对来自上述输入通道或输出通道的数据进行诊断并生成对应通道的诊断数据，并将诊断数据传输至数据总线。具体地，每个通道均有对应的通道诊断电路。通道诊断电路产生该通道的诊断数据，诊断数据与输入数据和输出数据一样通过数据总线传入中央处理器3，然后通过PROFIBUS DP总线传到主站。
[0053]下面以16路输入模块对本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站进行描述。该输入模块具有如下特点:具有16点PNP输入，并且可以将诊断数据可以定义至用户数据区。输入接口接入的输入信号进行独立槽位诊断。并且，每个连接器均设置有两个信号输入端，且材质为铜镀镍金属，采用了 PA6材质的外壳以及电子树脂进行模块灌封，具有抗冲击抗震动的能力以及IP67的防护等级。
[0054]具体参数如下所示:
[0055](I)工作 / 负载电压:18......30VDC ；
[0056](2)工作电流:〈75mA ；
[0057](3)总线通讯速率:9.6Kbps 至 12Mbps ；
[0058](4)总线从站地址:1-99 (十进制)；
[0059](5)电气隔离:通过两个拨码开关与工作、负载电压隔离；
[0060](6)输入通道数量:16个3线制PNP传感器信号；
[0061](7)输入电压:18至30VDC工作电压供电；
[0062](8)供电电流:每个通道小于120mA，短路除外；
[0063](9)开关阈值:2mA/4mA ；
[0064](10)输入延时:2.5ms ;
[0065](11)开关频率:250Hz ;
[0066](12)最大输入电流:6mA:
[0067](13)电气隔离:与总线系统电气隔离；
[0068]( 14)工作温度:_25?55摄氏度。
[0069]下面参考图6 (a)至图6 (f)对本实用新型实施例的对基于PROFIBUS协议的远程站进行配置的流程进行描述。具体地，提供一个GSD文件以方便的组态到PLCS7300PR0FIBUS-DP 网络中。
[0070]第一步，如图6 (a)所示，打开产品St印7的硬件配置程序，在选项菜单下，单击安装GSD文件。
[0071]第二步，出现图6(b)所示的窗口后，按浏览按钮，找到刚刚复制好的GSD文件。选择该文件后，点击安装按钮以安装该GSD文件。在出现图6 (c)所示的提示后，按“是”按钮。在出现图6 (d)提不后，点击确定,至此完成了 GSD文件的安装。
[0072]如图6 (e)所示，在硬件配置选项中展开PROFIBUS DP再展开Additional FieldDevices在展开General,可以找到PB102设备。
[0073]然后，开始配置PROFIBUS DP远程站。
[0074]第三步，打开产品St印7的硬件配置程序，配置PROFIBUS-DP主站和PROFIBUS网络。
[0075]第四步，如图6 (f)所示，在硬件配置选项中展开PROFIBUS DP再展开AdditionalField Devices在展开General，找到PB102设备。选择PROFIBUS DP网络，然后双击PB102。
[0076]第五步，在弹出的窗口中配置网络地址，该地址必须和硬件拨码开关设置的一致。然后，点击确认。产品的STEP7会自动为该模块分配10地址，由此完成对PLCS7300PR0FIBUS-DP网络增加一个远程站。
[0077]根据本实用新型实施例的基于PROFIBUS协议的远程站，采用一体化设计，将电源模块、PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、输出接口及背板总线集成为一个整体，放置在一个壳体中并用电子树脂灌装，对PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、和输出接口的电源完全隔离。并且，对电源模块、PR0FIBUS-DP接口、输入接口、和输出接口的连接器采用螺旋自锁装置以防止其滑动，从而可以实现使用简单、成本低且防护等级到达IP67的目的。
[0078]本实用新型另一方面的实施例还提出一种PR0FIBUS-DP通信系统。
[0079]如图7所示，本实用新型实施例提供的PR0FIBUS-DP通信系统包括:主站、PR0FIBUS-DP总线和多个从站。
[0080]具体地，主站包括PR0FIBUS-DP接口，PR0FIBUS-DP总线与主站的PR0FIBUS-DP接口连接。其中，每个从站均为本实用新型上述实施例提供的基于PROFIBUS协议的远程站，其中，每个基于PROFIBUS协议的远程站均连接于PR0FIBUS-DP总线上。
[0081]在本实用新型的一个实施例中，本实用新型实施例提供的PR0FIBUS-DP通信系统还包括:终端电阻，其中终端电阻与位于PR0FIBUS-DP总线终端的从站的PR0FIBUS-DP接口连接，且终端电阻连接于PR0FIBUS-DP总线上。
[0082]在本实用新型的一个实施例中，在PR0FIBUS-DP总线上可以挂127个从站，最后一个从站DP 口上要加终端电阻，此外主站PR0FIBUS-DP 口上也连接有终端电阻。
[0083]需要说明的是，每个从站均包括终端电阻电路，只是当其挂在PR0FIBUS-DP总线的终端时才投入使用，在主站和最后一个从站m之间的其他从站，即图7中从站η至从站X不需要使用终端电阻。
[0084]根据本实用新型实施例的PR0FIBUS-DP通信系统，在PR0FIBUS-DP总线上可以连接多个从站进行通信。并且每个从站采用一体化设计，将电源模块、PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、输出接口及背板总线集成为一个整体，放置在一个壳体中并用电子树脂灌装，对PR0FIBUS-DP接口、中央处理器、输入接口、和输出接口的电源完全隔离。
[0085]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0086]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本实用新型的范围由所附权利要求极其等同限定。
【权利要求】
1.一种基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，包括: 电源模块，所述电源模块包括第一连接器； PROFIBUS-DP接口，所述PROFIBUS-DP接口包括第二连接器，所述第二连接器与所述第一连接器相连； 中央处理器，所述中央处理器与所述第一连接器相连，并且所述中央处理器通过光电隔离的通讯总线与所述第二连接器相连； 输入接口，所述输入接口包括第三连接器，所述第三连接器与所述第一连接器相连，并且所述第三连接器通过光电隔离的数据总线与所述中央处理器相连； 输出接口，所述输出接口包括第四连接器，所述第四连接器与所述第一连接器相连，并且所述第四连接器通过光电隔离的数据总线与所述中央处理器相连； 壳体，其中，所述电源模块、所述PROFIBUS-DP接口、所述中央处理器、所述输入接口和所述输出接口通过所述光电隔离的通讯总线和所述光电隔离的数据总线均安装于所述壳体内且通过电子树脂进行灌装。
2.如权利要求1所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，所述壳体采用的聚酰胺6制成。
3.如权利要求1所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，所述第一至第四连接器中每一个均包括螺旋自锁装置。
4.如权利要求3所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，所述第一至第四连接器中每一个均采用铜镀镍金属制成。
5.如权利要求1所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，所述第一连接器包括5个接线端子且外径为Φ23πιπι。
6.如权利要求1所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其特征在于，所述第二至第四连接器中的每一个均包括5个接线端子且外径为Φ12_。
7.一种PROFIBUS-DP通信系统，其特征在于，包括: 主站，所述主站包括PROFIBUS-DP接口 ； PROFIBUS-DP总线，所述PROFIBUS-DP总线与所述主站的PROFIBUS-DP接口连接； 多个从站，每个所述从站为所述权利要求1-6任一项所述的基于PROFIBUS协议的远程站，其中，每个基于PROFIBUS协议的远程站均连接于所述PROFIBUS-DP总线上。
8.如权利要求7所述的PROFIBUS-DP通信系统，其特征在于，还包括: 终端电阻，所述终端电阻与位于所述PROFIBUS-DP总线终端的所述从站的PROFIBUS-DP接口连接，且所述终端电阻连接于所述PROFIBUS-DP总线上。
【文档编号】H04L12/40GK203675134SQ201420041993
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2014年1月23日 优先权日:2014年1月23日
【发明者】李雪松, 王晓东 申请人:唐山天舟自动化设备有限公司