光纤环网工控系统的制作方法

本实用新型属于工业控制技术领域，尤其涉及一种光纤环网工控系统。

背景技术：

随着各种工业设备的智能化控制的需求的越来越多，对于在工业控制总线上传输的各类控制信号的可靠性的要求也就更高了，特别是对于一些大型设备的集中控制更是如此。

传统的总线型主从工控系统模式基于电信号加中继器实现，其覆盖范围有限，如果在电磁环境复杂的情况下，其通信距离和质量更是难以保证，因此，需要一种覆盖范围更广、能抗强电磁干扰、且具有一定通信干线自愈能力的产品，解决目前工业控制领域所面临的问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题为如何提高工控系统的覆盖范围和抗电磁干扰能力。

为解决上述技术问题，本实用新型是这样实现的，一种光纤环网工控系统，包括主设备和若干级联的从设备；所述主设备与所述从设备均包括：电路板、安装在所述电路板上的控制器、安装在所述电路板上的第一ttl光收发模块、安装在所述电路板上的第二ttl光收发模块；所述第一ttl光收发模块、所述第二ttl光收发模块均与所述控制器连接；所述主设备的第一ttl光收发模块与第一级从设备的第一ttl光收发模块通过光纤连接，所述主设备的第二ttl光收发模块与最后一级从设备的第二ttl光收发模块通过光纤连接，并且，除第一级之外的其他从设备的第一ttl光收发模块均与上一级从设备的第二ttl光收发模块通过光纤连接，形成环网结构。

进一步地，所述控制器包括：单片机；高速电子开关，一端同时连接所述第一ttl光收发模块和所述第二ttl光收发模块，另一端连所述单片机，受所述单片机的控制交替选通其与所述第一ttl光收发模块之间的线路和所述第二ttl光收发模块之间的线路；工业串口信号转换芯片，与所述单片机连接，将所述单片机的指令信息转换为相应格式的串口信号并输出。

进一步地，所述主设备的单片机具有单向传输指令模式，所述主设备的单片机处于单向传输指令模式时通过其第一ttl光收发模块或第二ttl光收发模块向所连接的从设备发出指令信息。

进一步地，所述主设备的单片机具有双向传输指令模式，所述主设备的单片机处于双向传输指令模式时同时通过其第一ttl光收发模块和第二ttl光收发模块向所连接的从设备发出指令信息。

本实用新型所提供的光纤环网工控系统采用极其成熟的ttl光收发模块和光纤线路取代原有的电缆传输线路，这样任意相邻的2个节点之间的距离可以达到20km，大大提高了工控系统的覆盖范围，由于采用了手拉手式的光纤环网功能，相当于每一个节点都具有中继的能力，这样在大范围覆盖部署控制节点时无需额外的中继器。而且采用光纤线路使得工控系统具有极强的抗电磁干扰能力。由于采用了工业环网技术，并且主设备的两个ttl光收发模块均可以用作双向通信，当工控系统的某个节点或某段光纤线路故障时，主设备可以通过环网线路绕过故障点，使得总线不会断掉，且主设备此时能够同时定位故障点，以提示操作者及时排除故障。

附图说明

图1是本实用新型提供的光纤环网工控系统的结构图；

图2是本实用新型提供的主设备、从设备的内部结构图；

图3是本实用新型提供的控制器的结构图；

图4是本实用新型提供的光纤环网工控系统的连接拓扑图；

图5是本实用新型提供的光纤环网工控系统出现从设备故障点后的重构拓扑图；

图6是本实用新型提供的光纤环网工控系统出现光纤故障点后的重构拓扑图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1示出了本实用新型提供的光纤环网工控系统的结构，该光纤环网工控系统包括主设备11和若干级联的从设备121、122….12n，主设备11与若干级联的从设备121、122….12n之间均采用光纤op连接，并形成环网结构，也就是说，主设备11需要同时与第一级从设备121、最后一级从设备12n连接。

主设备11和若干级联的从设备121、122….12n的内部结构相同，如图2所示，主设备11和若干级联的从设备121、122….12n均包括电路板21、控制器22、第一ttl光收发模块23、第二ttl光收发模块24，控制器22、第一ttl光收发模块23和第二ttl光收发模块24均安装在电路板21之上，并且第一ttl光收发模块23、第二ttl光收发模块24均与控制器21连接。

将图1、图2结合，主设备11的第一ttl光收发模块23与第一级从设备121的第一ttl光收发模块23通过光纤连接，主设备11的第二ttl光收发模块122与最后一级从设备12n的第二ttl光收发模块24通过光纤连接，并且，除第一级之外的其他从设备的第一ttl光收发模块23均与上一级从设备的第二ttl光收发模块24通过光纤连接，形成环网结构。

具体地，控制器21包括：单片机221、高速电子开关222、工业串口信号转换芯片223，其中，高速电子开关222一端同时连接第一ttl光收发模块23和第二ttl光收发模块24，另一端连单片机221，高速电子开关222受单片机221的控制交替选通其与第一ttl光收发模块23之间的线路和第二ttl光收发模块24之间的线路，例如，在单片机221的控制下，高速电子开关222在当前时刻选通其与第一ttl光收发模块23之间的线路，在下一时刻选通其与第二ttl光收发模块24之间的线路，这样可以避免两个方向传输的光信号产生干扰。工业串口信号转换芯片223与单片机221连接，将单片机221的指令信息转换为相应格式的串口信号并通过图2所示的tx/rx电信号传输线输出给所连接的执行机构。

首先，选择合适的单片机221芯片和合适的工业串口信号转换芯片223以及高速电子开关222，形成图2中的控制器22，并且选择不同的软件系统，可以完成主设备或者从设备功能，例如，单片机221可选用89c52的型号，工业串口信号转换芯片223则与所连接的执行机构的接口类型相匹配。第一ttl光收发模块23和第二ttl光收发模块24选择具有接收光信号和发送光信号的ttl光模块，实现双向通信，在电路板21上装配完成后进行调试，完成主设备和从设备的制作。

系统安装如图1所示，按照图1所示在相关的节点和位置安装主设备和从设备，然后用光纤连接形成一个物理光纤环路，通过图2所示的tx/rx电信号传输线连接各从设备的执行机构，完成系统安装，调试完成后即可投入使用。

图4是本实用新型所提供的光纤环网工控系统的连接拓扑图，由一个主设备和若干个从设备(从设备的数量一般≤255)组成，图4中的信息流动方向既可以顺时针方向也可以逆时针方向，所有的起始命令由主设备发出，从设备应答。光纤环网工控系统的所有节点正常工作时，主设备按照逆时针方向发出指令信息，从设备在接收到该指令信息后会向下一个节点转发此指令信息，最后一级的从设备将该指令信息发回主设备，主设备如果收到此指令信息，则表示整个环网工作正常，当被指定的从设备收到指令信息后，一方面通过自己的控制器22向自己的执行设备下达指令信息，同时按照顺时针方向回复主设备，至此完成一次指令传输和执行工作。

主设备11的控制器22具有单向传输指令模式和双向传输模式，具体如下：

主设备11的控制器22处于单向传输指令模式时通过其第一ttl光收发模块23或第二ttl光收发模块24向所连接的从设备发出指令信息，也就是说，主设备11的控制器22可以选择通过其第一ttl光收发模块23向第一级从设备121发出指令信息，也可以选择通过其第二ttl光收发模块24向最后一级从设备12n发出指令信息。此单向传输指令模式适用于光纤环网工控系统可以正常工作的情形。

主设备11的控制器22处于双向传输指令模式时同时通过其第一ttl光收发模块23和第二ttl光收发模块24向所连接的从设备发出指令信息，也就是说，主设备11的控制器22一边通过其第一ttl光收发模块23向第一级从设备121发出指令信息，另一边再通过其第二ttl光收发模块24向最后一级从设备12n发出指令信息。此双向传输指令模式适用于光纤环网工控系统出现故障不可以正常工作的情形，也有助于定位故障位置。

图5是本实用新型所提供的光纤环网工控系统出现从设备故障点后的重构拓扑图。当环网中某个节点(即从设备)出现故障时，此节点会退出信号传输链，如图5中的5-1处，整个信号链在故障点会中断，此时主设备11因为接收不到最后一级的从设备n的回传指令信息，就会判断出现了断点，此时主设备启动双向传输指令模式，使得环网拓扑变为星型拓扑，避开了断点，整个网络信息传输除了损坏节点以外，未受到影响。此时主设备可以通过发出节点在线报告指令，排查出错节点地址，定位故障点并上报，使得操作者能迅速排除故障节点并恢复到正常环网工作状态。

图6是本实用新型所提供的光纤环网工控系统出现光纤故障点后的重构拓扑图。当光纤出现光纤断点6-1时，其重构的拓扑图与图5的相同，排除避开故障点的方式也是一样，只是在定位故障位置时的方式不同，可以通过找到星型拓扑结构的2个最末端节点地址，定位光纤故障点并替换故障光纤即可完成环网修复。

综上，本实用新型所提供的光纤环网工控系统灵活、便捷，成本较低，稳定性和可靠性更高，且生产效率也得到了提高，特别是在规模部署体系中具有较大的成本优势，由于具有总线环网自愈能力，其可靠性和易维护性能优势明显。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。