一種工業智能通信io轉接板的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種工業智能通信IO轉接板，包括中央處理器，中央處理器分別通過電路連接隔離輸入設備接口模塊、LCD交互界面接口模塊、現場光電隔離鍵盤接口模塊、A/D轉換電路模塊、輸出隔離接口模塊、上位機通信總線接口模塊、上位機以太網接口模塊、時鐘電路和看門狗電路。中央處理器的型號為PIC18F452。上位機以太網接口模塊選用ENC28J60芯片。上位機通信總線接口模塊采用RS232C或RS485方式。本發明的有益效果是采用單片機進行設備的I/O自動控制，結構簡單，成本低。
【專利說明】一種工業智能通信1轉接板
【技術領域】
[0001]本發明屬于自動化【技術領域】，涉及一種工業智能通信1轉接板。
【背景技術】
[0002]工業控制自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其它信息技術，對工業生產過程實現檢測、控制、優化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的的綜合性技術，主要包括工業自動化軟件、硬件和系統三大部分。工業控制自動化技術作為20世紀現代制造領域中最重要的技術之一，它對我國工業現代化的快速發展起了極大的促進作用。
[0003]我國的工業自動化發展進程起步較晚，起初大多是在引進國外成套設備的同時進行消化吸收，然后進行二次開發和應用。隨著計算機自動化技術、控制技術、網絡技術和通信技術的迅猛發展，我國工業控制自動化技術、產業和應用都有了很大的發展，我國工業計算機系統行業已經形成，正在向智能化、網絡化和集成化方向發展。
[0004]工業自動化主要包含三個層次，從下往上依次是基礎自動化、過程自動化和智能自動化，而核心是基礎自動化和過程自動化。眾所周知，中小型企業以及準大型企業在我國整個工業占絕大多數比重，而這部分企業又多由于資金投入等原因，大多數還是選擇的基于基礎自動化或者過程自動化階段的低成本工業自動化控制的道路。雖然它也從很大程度上推動了我國工業自動化產業的發展，但也暴露了各種亟待解決的問題，值得我們去探討分析并加以改進。隨著工業自動化領域的新設備、新工藝的引進以及計算機技術應用日趨成熟，我國傳統的工業自動化系統(即基礎自動化和過程動化)已遠遠無法滿足現代工業自動化生產的需要，急需我們對這些自動化系統進行更新改造，使其得到飛速發展。目前，我國的自動化產品仍多以國外產品為主，如德國西門子公司(siemens)、日本歐姆龍(omron)、三菱(mitsubishi)以及美國通用電氣(ge)、羅克韋爾(ab)等公司的產品。這些產品在我國工業自動化領域取得了廣泛應用，也逐漸被廣大用戶所認可。但由于我國自動化行業沒有一個統一標準，各公司產品標準不統一，不同品牌自動化系統之間的數據整合問題成為行業的一大難題。
[0005]同時我國儀器儀表行業產品大多屬于中低檔水平，無論是自主研發的國產儀器儀表產品，還是引進國外的進口儀表設備，大多數都是采用的滿足基本測量控制要求的產品，在數據傳輸方面，則多采用現場一對一的4?20ma模擬信號等模擬信號進行數據傳輸，其傳輸方式已無法滿足現代自動化控制的數字化、智能化、網絡化及高精度要求。工業實時以太網技術已被工業自動化計算機應用產業廣泛接受。現場總線到工業以太網可以進行平滑過渡，保護制造商與用戶自動化產品和解決方案問題。以profinet工業以太網協議為例，該協議可以實現制造過程最佳化，直接訪問控制和生產級自動化數據，提供生產計劃管理系統，滿足不同的應用技術需求。通過設備描述和控制器邏輯分配，使用指定的pc工程工具實現集成，支持將自動化功能分散于各個智能子系統，從而進一步提高了系統的可用性，這種能夠不受限制的轉移現場總線為工業以太網通信，能發揮高動態性能、本地化診斷、無需設置設備系統自動組態等功能。目前工業智能通信I/o轉接板采用PLC模塊用來控制設備，而PLC模組成本高，結構復雜，不利于簡單、小型的機器設備的I/O控制。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種工業智能通信I/O轉接板，解決了現有的工業智能通信I/O轉接板采用PLC模塊組結構復雜，模組成本高的問題。
[0007]本發明所采用的技術方案是包括中央處理器，中央處理器分別通過電路連接隔離輸入設備接口模塊、LCD交互界面接口模塊、現場光電隔離鍵盤接口模塊、A/D轉換電路模塊、輸出隔離接口模塊、上位機通信總線接口模塊、上位機以太網接口模塊、時鐘電路和看門狗電路。
[0008]進一步，所述中央處理器的型號為PIC18F452。
[0009]進一步，所述上位機以太網接口模塊選用ENC28J60芯片。
[0010]進一步，所述上位機通信總線接口模塊采用RS232C或RS485方式。
[0011]本發明的有益效果是采用單片機進行設備的I/O自動控制，結構簡單，成本低。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1是本發明一種工業智能通信1轉接板電路模塊結構示意圖；
[0013]圖2是本發明電路板的中央處理器I處理步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0014]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0015]本發明工業智能通信1轉接板的模塊結構如圖1所示，包括中央處理器1，中央處理器I分別通過電路連接隔離輸入設備接口模塊2、IXD交互界面接口模塊3、現場光電隔離鍵盤接口模塊4、A/D轉換電路模塊5、輸出隔離接口模塊6、上位機通信總線接口模塊7、上位機以太網接口模塊8、時鐘電路9和看門狗電路1。
[0016]本發明由中央處理器I組成的系統中，隔離輸入設備接口模塊2將所接每個設備的輸入狀態變化，及現場光電隔離鍵盤接口模塊4的指令以數據代碼方式通過上位機通信總線接口模塊7或上位機以太網接口模塊8上傳給上位機，同時上位機的輸出也以代碼方式傳輸給中央處理器1，中央處理器I將處理結果通過輸出隔離接口模塊6發送給外部設備，執行相應動作，系統時鐘電路9能提供實時時鐘(萬年歷)信號，A/D轉換電路模塊5提供數模轉換功能，智能I/O接口板保留LCD交互界面接口模塊3的人機交互界面。
[0017]針對工業智能I/O的作用與特點，本發明系統選用支持實時仿真和嵌入式跟蹤的8位微控制器PIC18F452做為中央處理器1，該納瓦技術器件具有一系列能在工作時顯著降低功耗的功能。并可在高速晶振和內部振蕩器模式下使用，時鐘速度最高達到40MHz。PLL和內部振蕩器配合使用，可以向用戶提供頻率范圍從31kHz到32MHz的時鐘速度以供選擇，多個位定時器、多個邊沿或電平觸發的外部中斷等功能使它非常適用于特別適用于工業控制，保證智能I/O接口如圖1構成系統的正常運行。
[0018]上位機通信總線接口模塊7采用RS232C或RS485方式。RS232C方式采取的是不平衡傳輸方式為點對點的通信而設計，而RS485方式增加了多點、雙向通信能力，且傳輸距離較遠。
[0019]上位機以太網接口模塊8選用ENC28J60芯片。目前市面上有許多以太網絡控制芯片，其中大多功耗高、功能復雜，不適用于價格低廉的嵌入式系統之中。并且目前市場上的大部分以太網控制器采用的封裝均超過80引腳，而符合IEEE802.3協議的ENC28J60只有28引腳，就能既提供相應的功能，又可以大大簡化相關的設計，并減小占板空間，再加上由Microchip免費提供的用于單片機的TCP/IP軟件堆棧，使之成為目前市面上最小的嵌入式應用以太網解決方案。
[0020]輸入、輸出擬米用光電隔尚及抗干擾，隔尚輸入設備接口模塊2和輸出隔尚接口模塊6采用光電耦合器實現光電隔離。由于光耦輸入和輸出端之間絕緣，其絕緣電阻一般都大于10000M Ω，耐壓一般可超過lkV，有的甚至可以達到1kV以上，能起到很好的安全保障作用。由于光接收器只能接受光源的信息，信號從光源單向傳輸到光接收器時不會出現反饋現象，其輸出信號也不會影響輸入端。起到很好的電氣隔離作用。由于發光器件(砷化鎵紅外二極管)是阻抗電流驅動性器件，而噪音是一種高內阻微電流電壓信號。因此光電耦合器件的共模抑制比很大，所以，光電耦合器件可以很好地抑制干擾并消除噪音。
[0021]本發明在硬件設計上，采用固定電路加具體模塊的方式，所謂固定電路加具體模塊模式，就是整個控制器中大部分硬件設計為固定的，而從中取出一部分設計成模塊形式。這樣整個控制器就同時具備了通用性和專用性，大大的提高了應用范圍。如果需要新型芯片可以自己設計硬件模塊，整個控制器在硬件上是開放的。如圖2所示為本發明電路板的中央處理器I處理步驟。在軟件設計上，將中央處理器I中顯示部分、特殊模塊和數字輸入輸出部分制作成比較固定的子程序，顯示部分和特殊模塊采用類似網絡協議中的分層結構，將子程序分為硬件控制層、編程應用層、系統應用層，開發人員只需根據具體的項目要求裁減編程應用層和系統應用層就可以在最短的時間內開發出屬于自己的單片機實時控制程序；對于數字輸入輸出采用輸入對應輸出的編程策略，提高單片機的實時響應。
[0022]本發明以工業智能I/O接口的研制為切入點，在該I/O接口板上集成工業以太網、總線等現代通信技術，提高現場抗干擾能力，降低接口成本，實現工業現場控制信息網絡化傳輸，為工業控制提供低成本、高可靠性的接口電路。
[0023]本發明采用單片機的低成本，取代PLC用來控制比較簡單的機器設備，使機器設備的自動化程度普遍提高，同時吸收PLC應用靈活，適用范圍廣的優點，使其具有結構簡單，適用面廣，成本低，具有穩定可靠等優勢。另一方面利用程序的模塊化，縮短單片機的開發周期，提高單片機的穩定可靠性，降低單片機應用的門檻。
[0024]本發明通過設備描述和控制器邏輯分配，支持將自動化功能分散于各個智能子系統，從而進一步提高了系統的可用性，這種能夠不受限制的轉移現場總線為工業以太網通信，能發揮高動態性能、本地化診斷、無需設置設備系統自動組態等功能。工控現場電磁環境復雜，擬研究抗干擾措施，提高接口電路的可靠性本發明系統具有一定的通用性，可應用于不同類型的自動化控制設備，只需要根據不同規模控制的需求，對系統方案作一定小的改動。
[0025]本發明的優點有:(1)集成工業以太網以及RS485、RS232總線(可選用)，實現遠近距離的現場信息通訊及局域互聯，實現上位機與現場多臺工控設備信息互聯(包括各設備的開關輸入、輸出狀態，多路模擬輸入量等)，提高系統的智能化程度和綜合管理水平，降低I/O接口成本。(2)工控現場電磁環境復雜，采用抗干擾措施，提高接口電路的可靠性。
(3)適應寬輸入工作直流電壓:5V-40V。
[0026]以上所述僅是對本發明的較佳實施方式而已，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施方式所做的任何簡單修改，等同變化與修飾，均屬于本發明技術方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種工業智能通信1轉接板，其特征在于:包括中央處理器(I)，中央處理器(I)分別通過電路連接隔離輸入設備接口模塊(2)、IXD交互界面接口模塊(3)、現場光電隔離鍵盤接口模塊(4)、A/D轉換電路模塊(5)、輸出隔離接口模塊(6)、上位機通信總線接口模塊(7)、上位機以太網接口模塊(8)、時鐘電路(9)和看門狗電路(10)。
2.按照權利要求1所述一種工業智能通信1轉接板，其特征在于:所述中央處理器(I)的型號為 PIC18F452。
3.按照權利要求1所述一種工業智能通信1轉接板，其特征在于:所述上位機以太網接口模塊(8)選用ENC28J60芯片。
4.按照權利要求1所述一種工業智能通信1轉接板，其特征在于:上位機通信總線接口模塊(7)采用RS232C或RS485方式。
【文檔編號】G05B19/042GK104391467SQ201410718750
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月2日 優先權日:2014年12月2日
【發明者】葉輕舟, 林明勇 申請人:福建工程學院