一种基于工业以太网矿用本质安全型远程io的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于工业以太网矿用本质安全型远程IO，将某一区域内的信号采集到该控制板上，再以以太网方式传输到PLC或网络交换机上传到井面的集中控制室。从PLC箱出来就一根网线，一根网线可将所有的信号采集进来。本实用新型具有如下的技术效果，由于减少了电缆和控制系统I/O卡的使用量，从而可节省系统的硬件成本；2、由于减少了信号之间到PLC，从而节省了大量的隔离板；3、由于减少了电缆铺设和接线的工作量，从而可降低工程的施工费用；4、由于智能化程度大大的提高，更方便用户的使用和维护。
【专利说明】一种基于工业以太网矿用本质安全型远程1
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种用于煤矿井下的分布式10。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的快速发展，过程控制领域在过去的两个世纪里发生了巨大的变革。150多年前出现的基于5 — 13psi的气动信号标准(PCS，Pneumatic Control System气动控制系统)，标志着控制理论初步形成，但此时尚未有控制室的概念；20世纪50年代，随着基于O — 1mA或4 一 20mA的电流模拟信号的模拟过程控制体系被提出并得到广泛的应用，标志了电气自动控制时代的到来，三大控制论的确立奠定了现代控制的基础，设立控制室、控制功能分离的模式也一直沿用至今；20世纪70年代，随着数字计算机的介入，产生了“集中控制”的中央控制计算机系统，而信号传输系统大部分是依然沿用4 - 20mA的模拟信号，不久人们也发现了伴随着“集中控制”，该系统存在着易失控、可靠性低的缺点，并很快将其发展为分布式控制系统(DCS，Distributed Control System分布式控制系统)；微处理器的普遍应用和计算机可靠性的提高，使分布式控制系统得到了广泛的应用，由多台计算机和一些智能仪表以及智能部件实现的分布式控制是其最主要的特征，而数字传输信号也在逐步取代模拟传输信号。随着微处理器的快速发展和广泛的应用，数字通信网络延伸到工业过程现场成为可能，产生了以微处理器为核心，使用集成电路代替常规电子线路，实施信息采集、显示、处理、传输以及优化控制等功能的智能设备。设备之间彼此通信、控制，在精度、可操作性以及可靠性、可维护性等都有更高的要求。由此，导致了现场总线的产生。由于煤矿井下对控制电路要求非常严格，井下控制电路都采用隔爆或本质安全型电路，外接所有信号传感器都必须单独的电缆接到PLC控制箱，在PLC箱内还需要将本质安全信号与非本质安全信号进行光电隔离。隔离后再进入到PLC中进行逻辑及计算处理。如果现场需要采集的数据信息比较多时，每一个传感器、每一个开关都需要一根电缆进入PLC箱，这样会有很多缺点:1.现场电缆特别多，造成现场凌乱，影响美观，安全隐患；2.安装工程量极大；3.需要大量的阻燃电缆，和电缆桥架，成本高；4.每个信号需要光电隔离安全栅，增加了故障点；5.需要大量的安全栅，成本很高；6.维护起来困难，大大的增加了设备维护人员的劳动力；7.电缆之间相互干扰，对设备运行的稳定性有影响。随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。计算机控制系统的发展在经历了基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统以及集散控制系统(DCS)后，今后将朝着现场总线控制系统的方向发展。特别是矿山实现数字化、信息化、网络化将会有个飞跃的发展，这必须需要本质安全型远程I/O。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种用于煤矿井下的分布式10，将某一区域内的信号采集到该控制板上，再以以太网方式传输到PLC或网络交换机上传到井面的集中控制室。从PLC箱出来就一根网线，一根网线可将所有的信号采集进来。
[0004]本发明的技术方案是，一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，CPU的PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14 脚分别接光电隔离电路的 0T0、0T1、0T2、0T3、0T4、0T5、0T6、0T7、0T8、0T9、0T1、0T11、0T12 脚；电隔离电路的 10、I1、12、13、14、15、16、17、18、19、110、111、112 脚分别接数字信号输入端子的 D1、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7、DI1、DI11、DI12 脚；CPU 的 ΡΑ0,PAUΡΒ0,PBl 脚分别接模拟信号输入端子的 ΑΙ0、All、AI2、AI3 脚；CPU 的 PC14、PC15 脚分别接 18M 振荡电路的 OSCIN、OSCOT 脚；CPU的PD0、PD1脚分别接232K振荡电路的0SCIN、0SC0T脚；CPU的VSS、VDD脚分别接稳压电路的+3.3、GND脚；稳压电路的+12、一 12脚分别外接12VDC的12V+、12V—； CPU的PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接以太网处理电路的S0、S1、SCK、CS脚，以太网处理电路的0SC1、0SC2脚分别接25M振荡电路的OSCIN、OSCOT脚，以太网处理电路的PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接网络变压器的TPIN+、TPIN -、TPOUT+, TPOUT 一脚；网络变压器的TX+、TX -、RX+、RX 一脚分别接网络接口的1、2、3、6脚；CPU的PA9、PA10脚分别接232通讯芯片的T2IN、R20UT脚，232通讯芯片的TX、RX脚接R232通讯端子，485通讯芯片的B、A脚接R485通讯端子。
[0005]CPU 为 STM 32 位的 Cortex?-M3CPU0
[0006]光电隔离电路为TLP181光电隔离电路。
[0007]稳压电路为本质安全型电源12V KIS3R33稳压电路
[0008]以太网通讯电路为ENC28J6以太网通讯电路。
[0009]232通讯芯片为MAX232通讯芯片。
[0010]485通讯芯片为MAX485通讯芯片。
[0011]网络变压器为H1102网络变压器。
[0012]网络接口为RJ45网络接口。
[0013]本实用新型具有如下的技术效果，由于减少了电缆和控制系统I/O卡的使用量，从而可节省系统的硬件成本；2、由于减少了信号之间到PLC，从而节省了大量的隔离板；3、由于减少了电缆铺设和接线的工作量，从而可降低工程的施工费用；4、由于智能化程度大大的提高，更方便用户的使用和维护。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本实用新型的电路图。
【具体实施方式】
[0015]如图1所示，一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:CPU的PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14 脚分别接光电隔离电路的0T0、0T1、0T2、0T3、0T4、0T5、0T6、0T7、0T8、0T9、0T1、0T11、0T12 脚；电隔离电路的 10、I1、
12、13、14、15、16、17、18、19、110、111、112 脚分别接数字信号输入端子的 D10、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7、DI1、DI11、DI12 脚；CPU 的 PAO,PAUPBO,PBl 脚分别接模拟信号输入端子的A10、AI1、AI2、AI3脚；CPU的PC14、PC15脚分别接18M振荡电路的OSCIN、OSCOT脚；CPU的roo、PDl脚分别接232K振荡电路的OSCIN、OSCOT脚；CPU的VSS、VDD脚分别接稳压电路的+3.3、GND脚；稳压电路的+12、一 12脚分别外接12VDC的12V+、12V — ；CPU的PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接以太网处理电路的SO、S1、SCK、CS脚，以太网处理电路的0SC1、0SC2脚分别接25M振荡电路的OSCIN、OSCOT脚，以太网处理电路的PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接网络变压器的TPIN+、TPIN 一、TPOUT+、TPOUT 一脚；网络变压器的TX+、TX 一、RX+、RX 一脚分别接网络接口的1、2、3、6脚；CPU的PA9、PAlO脚分别接232通讯芯片的T2IN、R20UT脚，232通讯芯片的TX、RX脚接R232通讯端子，485通讯芯片的B、A脚接R485通讯端子。
[0016]CPU 为 STM 32 位的 Cortex?-M3CPU0
[0017]光电隔离电路为TLP181光电隔离电路。
[0018]稳压电路为本质安全型电源12V KIS3R33稳压电路
[0019]以太网通讯电路为ENC28J6以太网通讯电路。
[0020]232通讯芯片为MAX232通讯芯片。
[0021]485通讯芯片为MAX485通讯芯片。
[0022]网络变压器为H1102网络变压器。
[0023]网络接口为RJ45网络接口。
[0024]本实用新型的工作原理:
[0025](I) CPU采用STM 32位的Cortex?-M3CPU ;该CPU最高72MHz工作频率，在存储器的O等待周期访问时可达1.25DMips/MHz (Dhrystone 2.1)从64K或128K字节的闪存程序存储器-高达20K字节的SRAM，有4路模拟量输入，32路1/0，3路通信接口。该CPU需要两个振荡电路，振荡电路I为CPU提供8M的频率，接到CPU的PC14、PC15 ;振荡电路2为CPU提供32K的频率，接到CPU的HXK PDl.
[0026](2) I/O分配:数字量信号从端子D1—DI14的信号经过光电隔离电路TLP181的1—112，经隔离后 OTO—OT12 输出到 CPU 的 PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PA12、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14脚，经程序处理。模拟量信号从端子A1——AI3直接输入到CPU的PAO、PAU PBO, PBl脚后经程序处理。
[0027](3)供电:采用本质安全型电源12V接到稳压电路KIS3R33的输入侧12+、12_，经稳压电路从+3.3GND输出3.3V的电源为CPU和周边电路提供高质量的电源。本质安全电路是指在正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路。在国标GB3836.4-2010中规定了本质安全型电路的各种指标，主要有:输出电压或电流不能点燃周围可燃性气体；本质安全电路和非本质安全电路之间必须有可靠的电气隔离；要采用双重过压过流保护电路；这些指标给本安电源的设计提供了明确的设计方向。
[0028](4)通讯处理电路
[0029]1.以太网通讯电路
[0030]CPU 输出数据经 PA6、PA7、PA5、PA4 到以太网处理电路 ENC28J60 的 SO、S1、SCK、CS脚，经计算后输出到PA6、PA7、PA5、PA4到网络变压器，经变压器耦合后输出到RJ45网络接口。ENC28J60需要25M的振荡电路为它提供频率。接到0SC1、0SC2。232通讯电路；CPU通过PA9、PAlO与MAX232的T2IN、R20UT进行数据交换，MAX232从TX、RX与外部设备进行数据交换。485通讯电路:CPU通过PA11、PA2与MAX485的485B、485A进行数据交换，MAX485从A、B与外部设备进行数据交换。
[0031]2、当同时建设几个比较分散的装置时，用户既不愿为每个装置都建设独立的主控室，有不愿将太多的钱投入。此时，如果这些装置本来就准备采用本安防爆，适当选用带本安防爆功能的远程I/o便可一举两得；
[0032]3、当主要装置进行建设时，常有某些辅助装置的建设不能同步进行，或者主装置的某一部分不能同步进行，在无法定这些部分何时才能建设。如果预留这部分的主控室空间或DCS容量，耗费又太大。此时，若这些辅助装置部分需要本安防爆，则可采用远程I/O方案，只需预留DCS的串行通信口就可以了 ；3、当装置改扩建时，用户希望避免在已经拥挤的主控室扩充新的DCS机柜和安全栅机柜。此时，只要备用的串口通信卡，或可以扩展一个通信卡，而且DCS的控制器尚有足够容量，便可采用远程I/O ;
[0033]4、当一个装置的检测点很多，而控制点较少时，用户会感觉同时购置大量I/O卡和安全栅用于检测点不合理，合理的方案就是采用结合I/O卡和安全栅功能为一体的远程I/O。
【权利要求】
1.一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于..CPU的PB3、PB4、PB5、PB6、PB7、PB8、PB9、PB10、PB11、PB12、PB13、PB14 脚分别接光电隔离电路的 0T0、0T1、0T2、0T3、0T4、0T5、0T6、0T7、0T8、0T9、0T1、0T11、0T12 脚；电隔离电路的 10、I1、12、13、14、15、16、17、18、19、110、111、112 脚分别接数字信号输入端子的 D1、DI1、DI2、DI3、DI4、DI5、DI6、DI7、DI1、DI11、DI12脚；CPU的PA0、PA1、PB0、PB1脚分别接模拟信号输入端子的ΑΙ0、AI1、AI2、AI3 脚；CPU 的 PC14、PC15 脚分别接 18M 振荡电路的 OSCIN,OSCOT 脚；CPU 的 PD0、PDl脚分别接232K振荡电路的OSCIN、OSCOT脚；CPU的VSS、VDD脚分别接稳压电路的+3.3、GND 脚；稳压电路的 +12、一 12 脚分别外接 12VDC 的 12V+U2V — ；CPU 的 PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接以太网处理电路的S0、S1、SCK、CS脚，以太网处理电路的0SC1、0SC2脚分别接25M振荡电路的OSCIN、OSCOT脚，以太网处理电路的PA6、PA7、PA5、PA4脚分别接网络变压器的TPIN+, TPIN 一、TPOUT+、TPOUT 一脚；网络变压器的TX+、TX 一、RX+、RX 一脚分别接网络接口的1、2、3、6脚；CPU的PA9、PA10脚分别接232通讯芯片的T2IN、R20UT脚，232通讯芯片的TX、RX脚接R232通讯端子，485通讯芯片的B、A脚接R485通讯端子。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:CPU 为 STM 32 位的 Cortex?-M3CPU。
3.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:光电隔离电路为TLP181光电隔离电路。
4.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:稳压电路为本质安全型电源12V KIS3R33稳压电路。
5.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:以太网通讯电路为ENC28J6以太网通讯电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:232通讯芯片为MAX232通讯芯片。
7.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:485通讯芯片为MAX485通讯芯片。
8.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:网络变压器为H1102网络变压器。
9.根据权利要求1所述的一种基于工业以太网矿用本质安全型远程10，其特征在于:网络接口为RJ45网络接口。
【文档编号】H04L29/06GK204256509SQ201420804818
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月17日 优先权日:2014年12月17日
【发明者】屈聪, 甘治雄 申请人:湖南正威科技有限公司