现场总线协议转换装置的制作方法

专利名称：现场总线协议转换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种现场总线协议转换装置，属于现场总线控制技术领域。
背景技术：
进入二十一世纪以来，现场总线技术异军突起。它是电子、仪器仪表、计算机技术和网络技术的发展结果，是工业自动化事业的进展需要，也是技术发展的必然。现场总线使得现场仪表之间、现场仪表和控制室设备之间构成网络互连系统，实现全数字化、双向、多变量数字通信，一改过去长时间运用的4～20mA的模拟信号标准，这就为整个工控系统全数字化运行奠定了基础。
现场总线的另一优点是控制功能下载，控制功能由过去的控制室设备完成转变为基本上由智能化的现场仪表来承担；控制功能分散得比较彻底，加上全数字化就有可能组成大型的开放式系统，进而实现从最高决策层到最底设备层底综合管理和控制。现场总线的有关规范一经国际公认，通过功能模板参数标准化，用户可以实现不同厂家产品的互操作，择优集成。
中国计算机学会工业控制计算机专业委员会早已关注现场总线技术的发展并认为这是工业自动化装置产业界面临的一次重大变革性挑战和机遇。
现场总线控制系统(FCS)是继集散型控制系统(DCS)后，于20世纪80年代中期在国际上发展起来的新一代控制系统。现场总控制系统是基于地层控制网络、开放式、数字化、多点通信的控制系统。他将微处理器置入传统的测量控制仪表，使它们各自都具有数字计算和数字通信的能力，然后采用可进行简单连接的双绞线等作为总线，把多个测量控制仪表连成网络系统，并按公开、统一、规范的通信协议，在位于现场的多个微机化测量控制设备之间以及现场仪表与监控计算机之间，实现数据传输与信息交换，形成各种适应实际需要的自控系统。现场总线的技术特点适应了工业控制系统向分散化、网络化、智能化发展的方向，给自动化系统的最终用户带来更大的实惠和更多方便，并促使目前生产的自动化仪表、集散控制系统(DCS)，可编程控制器(PLC)产品面临体系结构、功能等方面的重大变革，导致了工业自动化产品的又一次更新换代，因而现场总线已成为世界范围的自控技术热点、被誉为跨世纪的自控新技术。
目前国际上现有的各种总线及总线标准不下二百多种，而具有较大影响和占有较高市场份额的总线就有十多种，如FF现场总线、PROFIBUS现场总线、LonWorks现场总线、CAN现场总线、World现场总线、FIPP-NET现场总线等。
通信标准不统一，严重束缚了工厂底层网络的发展，也给用户带来很多不便。从用户到设备制造商都强烈要求统一的标准，组成开放互连网络。在广大用户和设备制造商的强烈要求背景下，1984年，美国会议协会(ISA)下属的标准与实施工作中的ISA/SP50开始制定现场总线标准。1985年，国际电工委员会决定由Proway Working Group负责现场总线体系结构及标准的研究制定工作。1986年，德国开始制定过程现场总线(Process Fieldbus)标准，简称为Profibus。由此拉开了现场总线标准制定给产品开发的序幕。1996年，基金会现场总线颁布了其低速总线H1的标准。
在各种现场总线组织争相推出其现场总线标准的形势下，负责现场总线体系结构及标准的研究制定工作的国际工作委员会(IEC)经过多年的努力终于在2000年10月宣布了现场总线国际标准IEC61158，该标准包括了8个子集FF-HSE、FF-H1、PROFIBUS、INTERBUS、P-NET、CONTROL-NET、WORLDFIP、SWIFT-NET。从这一个标准可看出，现实的控制世界是一个丰富多彩的，没有一种品种的总线对任何类型工业控制的各个层次都是最好的，由一种总线一统天下在短期是不可能实现的。因为一些主要的现场总线标准均有国际上的大型跨国公司作背景和依托，他们代表着各自所占有市场，代表着其切身利益，哪一方一旦放弃，即意味着垮台，再加上新技术、新事物的层出不穷，大统一的愿望是不容易实现的，而IEC1158标准就是这些现场总线标准组织竞争妥协的结果。

发明内容
技术问题本实用新型的目的是针对以上的问题，提供一种现场总线协议转换装置，解决西门子公司(profibus-DP)与莫迪康公司(Modbus)现场总线协议芯片之间的协议转换与通讯问题。
技术方案本实用新型的现场总线协议转换装置由第一驱动器、第一光电耦合器、看门狗电路、中央控制器、地址锁存器、译码器、拨码器、存储器、现场总线协议芯片、第二驱动器、第二光电耦合器组成；其中第一驱动器的外端与“MODBUS”网络相连接，第一驱动器的内端与第一光电耦合器相连接，第一光电耦合器还与中央控制器的“RXD、TXD、P1.1”端相连接，看门狗电路与中央控制器的“P1.0、RESET”端相连接，地址锁存器的“AD0～AD7”端与中央控制器的“P0”端相连接；第二驱动器的外端与“PROFIBUS”网络相连接，第二驱动器的内端与第二光电耦合器相连接，第二光电耦合器还与现场总线协议芯片的“RXD、TXD、RTS”端相连接，现场总线协议芯片的“XRD、XWR、ALE、RST、XINT”端对应与中央控制器的“XRD、XWR、ALE、P3.5、、XINT0”端相连接；另外，中央控制器、地址锁存器、存储器、现场总线协议芯片分别与地址总线、数据总线相连接，译码器的输入端与地址总线相连接，译码器的输出端与拨码器相连接，拨码器的输出端与数据总线相连接。
第一驱动器即驱动器U11的“A、B”端与“MODBUS”网络相连接，第一驱动器即驱动器U11的“RO、DE、DI”端，分别与第一光电耦合器即光电耦合器电路U8、U9、U10的输入端相接。
第二驱动器即驱动器U16的“A、B”端与“PROFIBUS”网络相连接，第二驱动器即驱动器U16的“RO、DE、DI”端，分别与第二光电耦合器即光电耦合器电路U12、U13、U14的输入端相接。
译码器即译码器电路U17的“Y0”端与现场总线协议芯片即协议转换电路U7的“A7”端相接，译码器电路U17的“Y1”端与拨码器即拨码器电路U18的第“19”脚相接。
有益效果众多现场总线标准，给控制系统通信及网络集成带来很大的障碍。本发明针对现场总线控制系统的通讯技术及系统集成要求。
通过该装置可以实现两种目前全球流行的两大现场总线控制系统之间的数据连接和交换。从而避免以往这两种系统的连接采用繁杂的上层以太网交换方式。大大缩短数据链路，和通讯数据交换时间，提高系统的实时性和可靠性并且降低了系统的集成费用。


图1是本实用新型的现场总线协议转换装置示意图。其中有第一驱动器1、第一光电耦合器2、看门狗电路3、中央控制器4、地址锁存器5、译码器6、拨码器7、存储器8、现场总线协议芯片9、第二驱动器10、第二光电耦合器11。
图2是本实用新型的电原理图。
具体实施方式
本实用新型主要解决西门子公司(profibus-DP)与莫迪康公司(Modbus)现场总线协议芯片之间的协议转换与通讯问题。该现场总线协议转换装置由第一驱动器1、第一光电耦合器2、看门狗电路3、中央控制器4、地址锁存器5、译码器6、拨码器7、存储器8、现场总线协议芯片9(SPC3-西门子公司PROFIBUS-DP现场总线协议芯片)、第二驱动器10、第二光电耦合器11组成；其中第一驱动器1即驱动器U11采用型号为“MAX485”的驱动器电路，第一光电耦合器2即光电耦合器电路U8、U9、U10采用型号为“6N136和HCPL0453”的光电耦合器，看门狗电路3即集成电路U1采用型号为“NAX705”的看门狗电路，中央控制器4即集成电路U4采用型号为“P89C54”的CPU集成电路，地址锁存器5即集成电路U5采用型号为“74HC373”的集成电路，译码器6即集成电路U17采用型号为“74HC138”的集成电路，拨码器7即集成电路U18采用型号为“74LS244”的集成电路，存储器8即集成电路U6采用型号为“62256”的集成电路，现场总线协议芯片9，即集成电路U7采用型号为“SPC3”的集成电路(西门子公司PROFIBUS-DP现场总线协议芯片)，第二驱动器10即集成电路U16采用型号为“SN75176”的集成电路，第二光电耦合器11即集成电路U12、U13、U14分别采用型号为“6N137、HCPL0721、0271”的集成电路，第一驱动器1的外端与MODBUS网络相连接，第一驱动器1的内端与第一光电耦合器2相连接，第一光电耦合器2还与中央控制器4的“RXD、TXD、P1.1”端相连接，看门狗电路3与中央控制器4的“P1.0、RESET”端相连接，地址锁存器5的“AD0～AD7”端与中央控制器4的“P0”端相连接；第二驱动器10的外端与PROFIBUS网络相连接，第二驱动器10的内端与第二光电耦合器11相连接，第二光电耦合器11还与”SPC3“的“RXD、TXD、RTS”端相连接，“SPC3”的“XRD、XWR、ALE、RST、XINT”端对应与中央控制器4的“XRD、XWR、P3.5、、XINT”端相连接；另外，中央控制器4、地址锁存器5、存储器8、“SPC3”分别与地址总线、数据总线相连接，译码器6的输入端与地址总线相连接，译码器6的输出端与拨码器7相连接，拨码器7的输出端与数据总线相连接。第一驱动器1即驱动器U11的“A、B”端与MODBUS网络相连接，第一驱动器1即驱动器U11的“RO、DE、DI”端，分别与第一光电耦合器2即光电耦合器电路U8、U9、U10的输入端相接。第二驱动器10即驱动器U16的“A、B”端与PROFIBUS网络相连接，第二驱动器10即驱动器U16的“RO、DE、DI”端，分别与第二光电耦合器11即光电耦合器电路U12、U13、U14的输入端相接。译码器6即译码器电路U17的“Y0”端与SPC3(西门子公司PROFIBUS-DP现场总线协议芯片)9即协议转换电路U7的“A7”端相接，译码器电路U17的“Y1”端与拨码器7即拨码器电路U18的第“19”脚相接。
权利要求1.一种现场总线协议转换装置，其特征在于该装置由第一驱动器(1)、第一光电耦合器(2)、看门狗电路(3)、中央控制器(4)、地址锁存器(5)、译码器(6)、拨码器(7)、存储器(8)、现场总线协议芯片(9)、第二驱动器(10)、第二光电耦合器(11)组成；其中第一驱动器(1)的外端与“MODBUS”网络相连接，第一驱动器(1)的内端与第一光电耦合器(2)相连接，第一光电耦合器(2)还与中央控制器(4)的“RXD、TXD、P1.1”端相连接，看门狗电路(3)与中央控制器(4)的“P1.0、RESET”端相连接，地址锁存器(5)的“AD0～AD7”端与中央控制器(4)的“P0”端相连接；第二驱动器(10)的外端与“PROFIBUS”网络相连接，第二驱动器(10)的内端与第二光电耦合器(11)相连接，第二光电耦合器(11)还与现场总线协议芯片(9)的“RXD、TXD、RTS”端相连接，现场总线协议芯片(9)的“XRD、XWR、ALE、RST、XINT”端对应与中央控制器(4)的“XRD、XWR、P3.5、、XINT”端相连接；另外，中央控制器(4)、地址锁存器(5)、存储器(8)、现场总线协议芯片(9)分别与地址总线、数据总线相连接，译码器(6)的输入端与地址总线相连接，译码器(6)的输出端与拨码器(7)相连接，拨码器(7)的输出端与数据总线相连接。
2.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于第一驱动器(1)即驱动器U11的“A、B”端与“MODBUS”网络相连接，第一驱动器(1)即驱动器U11的“RO、DE、DI”端，分别与第一光电耦合器(2)即光电耦合器电路U8、U9、U10的输入端相接。
3.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于第二驱动器(10)即驱动器U16的“A、B”端与“PROFIBUS”网络相连接，第二驱动器(10)即驱动器U16的“RO、DE、DI”端，分别与第二光电耦合器(11)即光电耦合器电路U12、U13、U14的输入端相接。
4.根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于译码器(6)即译码器电路U17的“Y0”端与现场总线协议芯片(9)即协议转换电路U7的“A7”端相接，译码器电路U17的“Y1”端与拨码器(7)即拨码器电路U18的第“19”脚相接。
专利摘要现场总线协议转换装置是一种解决西门子公司(profibus－DP)与莫迪康公司(Modbus)现场总线协议芯片之间的协议转换与通讯问题的装置。该装置的第一驱动器1的外端与“MODBUS”网络相连接，内端与第一光电耦合器2相连接，地址锁存器5的“AD0～AD7”端与中央控制器的“P0”端相连接；第二驱动器10的外端与“PROFIBUS”网络相连接，内端与第二光电耦合器11相连接，第二光电耦合器还与现场总线协议芯片9相连接，现场总线协议芯片对应与中央控制器相连接，中央控制器、地址锁存器、存储器、现场总线协议芯片分别与地址总线、数据总线相连接，译码器6的输入端与地址总线相连接，译码器的输出端与拨码器7相连接，拨码器的输出端与数据总线相连接。
文档编号G06F13/42GK2651848SQ200320120428
公开日2004年10月27日 申请日期2003年11月6日 优先权日2003年11月6日
发明者方彦军, 孙健, 刘如成 申请人:南京师范大学