EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器的製作方法

2023-05-29 06:36:26 1

專利名稱：EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種工業過程控制儀表不同總線之間相互轉換的模塊，特別涉及一種 EPA總線與Prof ibus-DP總線轉換適配器。
背景技術：
目前在工業自動化領域存在著多種總線標準，這些總線標準大都由自動化領域 內知名企業定製並推廣實施，由於各自利益和技術保密等原因，造成了各種總線間通訊困 難，不同總線間難以透明互訪，總線設備之間無法實現相互訪問和互操作，在工業過程控制 系統中設備升級時，會存在明顯的原有設備與新設備之間不兼容造成舊設備只能淘汰的問 題，系統改造成本也隨之大大提高。 工業乙太網成為新的發展方向，具有應用廣泛、成本低廉、技術資源豐富、可靠性 高、傳輸速度快等突出特點，EPA總線標準就是一種目前具有廣泛應用前景且具有我國自主 智慧財產權的工業乙太網技術，這使得其他總線與EPA總線相互通訊成為目前研究的熱點。

發明內容
鑑於目前多種總線標準共存給工業自動化系統設計帶來的不便，本發明的目 的是解決的現有技術存在的問題，設計一種全新的總線轉換適配器，使目前應用廣泛的 Prof ibus-DP總線信號轉換成EPA總線信號，實現DP設備和EPA設備共存於同一個系統中。
本發明是通過這樣的技術方案實現的EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配 器包括主電路模塊，主電路模塊主要由ATMEL公司一款內置MAC層和網絡控制器的的ARM 晶片AT91SAM7x256、 National Semiconductor公司的網絡晶片DP83848I、網絡變壓器 YL18-2050S、標準JTAG電路及外圍電路構成；其特徵是主電路模塊通過工業交換機獲得 總線24V電源，24V電源為電源模塊WRB2405提供輸入電壓，然後由電源模塊WRB2405轉 換為5V輸出電壓，再經電源模塊LM1117-3.3轉換為3. 3V輸出；以3. 3V電壓為主電路模 塊的工作電壓；通過RS485晶片A匿2486將來自DP設備的信號傳送給ARM控制器晶片 AT91SAM7x256 ;ARM控制器晶片AT91SAM7x256與標準JTAG電路連接；網絡晶片DP838481， 通過Mil接口與AT91SAM7x256連接實現通信；網絡變壓器YL18-2050S分別與網絡晶片 DP83848I、RJ45網絡接口連接； EPA總線與Prof ibus-DP總線轉換適配器有實現EPA信號和DP信號轉換功能，用 於將DP設備掛載在EPA總線上，達到擴展EPA總線功能的作用。 EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器通過DP專用接頭同DP設備相連、通過以 太網接口直接連接工業交換機，與該網段內的其他EPA設備實現組網，實現DP設備與EPA 設備共存於EPA總線下，並進行交互操作。 具有Profibus-DP總線功能的設備通過DP總線與EPA總線與Profibus-DP總線 轉換適配器上的DP專用接口相連，將DP信號傳送到該轉換適配器主電路模塊上。主電路 模塊經過對DP協議報文的分析，將其轉換為EPA協議報文，並通過主電路模塊板卡上的網絡接口 RJ45，將EPA報文通過乙太網直接連接至工業交換機上，最終實現DP到EPA的轉換。 主電路模塊的供電採用總線供電，由工業交換機的RJ45接口 4、5腳提供+24V，7、8腳提供 GND ，通過網線為主電路模塊提供電源。 ARM控制器晶片AT91SAM7x256預製軟體系統移植有嵌入式作業系統uC/OS-II 和嵌入式網絡TCP/IP協議，並在此基礎上添加EPA層，實現EPA的協議，並在應用層添加 Profibus-DP協議轉換的代碼。軟體流程如下 本發明的有益效果是將Profibus-DP設備EPA總線與Profibus-DP總線轉換適 配器相連後可以實現DP報文到EPA報文的轉換，在EPA組態軟體中可以成功的監聽並組態 該DP設備，實現DP設備與EPA設備共存於同一網絡，並實現它們之間的互操作、互訪問。


圖1是本發明的電路結構框圖，並作為摘要附圖； 圖2是本發明的ARM控制器晶片及其外圍電路；
圖3是本發明的集成PHY層的網絡晶片及其外圍電路；
圖4是本發明的軟體流程圖。
具體實施例方式
了更清楚的理解本發明，結合附圖和實施例詳細描述本發明
如圖1至3所示，EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器主電路模塊主要由 集成有MAC層和網絡控制器的ARM控制器晶片AT91SAM7x256、集成PHY層的網絡晶片 DP83848I、網絡變壓器YL18-2050S、標準JTAG電路、RS232接口晶片MAX3232、RS485接口芯 片ADM2486、 RJ45網絡接口及外圍電路構成； 主電路模塊的工作電壓是3. 3V，ARM控制器晶片VDDIO端輸入電壓為3. 3V ;ARM內 核的工作電壓是1.8V，1.8V電壓由該晶片的VDDOUT輸出，給自身的內核供電，CPU的晶振 採用的頻率為18. 432MHz ;標準JTAG電路通過連接ARM控制器晶片AT91SAM7x256實現仿 真調試和程序下載；ARM控制器晶片CPU與網絡晶片DP83848I通過Mil接口實現通信；通 過RS485晶片ADM2486傳輸來自DP接頭的信號；ARM控制器與RS232晶片MAX3232連接作 為上位機前期調試接口 ；集成PHY層的網絡晶片DP83848I，其外接晶振為25腿z ;網絡變壓 器YL18-2050S分別與集成PHY層的網絡晶片DP83848I、RJ45網絡接口連接；主電路模塊通 過DP專用接頭同DP設備相連；主電路模塊通過乙太網接口直接連接工業交換機；
圖2是EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器電路結構框圖的CPU部分，採用 AT91SAM7x256，這是一款集成有MAC層和網絡控制器的ARM晶片。整個晶片的工作電壓是 3. 3V，ARM內核的工作電壓是1. 8V， 1. 8V電壓由該晶片的VDDOUT輸出，給自身的內核供電， 其餘10部分和外圍設備控制器是3. 3V供電。由於採用總線24V供電，所以需要兩個電源模 塊，分別是WRB2405和LM1117-3. 3，前者用於24V轉5V，後者用於5V轉3. 3V然後給CPU供 電。CPU的晶振採用18. 432MHz，經過PLL控制器分頻倍頻後產生48MHz的頻率作為ARM主 頻。仿真調試部分採用標準的JTAG電路。同時為了方便開發人員調試板卡，通過MAX3232 配備有一個RS232接口 ，有助於前期開發。AT91SAM7x256與網絡晶片DP83848I通過Mil接 口實現，MII的接口個數一共為15個管腳。ADM2486為RS485晶片，其A、 B對應著DP接頭的信號。 如圖3所示，EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器的網絡部分，其中DP83848I 為集成PHY層的網絡晶片，其外接晶振為25腿z，其通過Mil接口與AT91SAM7x256連接。 YL18-2050S為網絡變壓器，其分別與RJ45網絡接口和DP83848I連接。RJ45的網絡接口的 4、5腳通過工業交換機得到24V電源，7、8腳也與工業交換機相連得到GND，實現總線供電。
如圖4所示為EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器主電路模塊的軟體流程， 整個軟體系統移植有嵌入式作業系統uC/OS-II和嵌入式網絡TCP/IP協議，並在此基礎上 添加EPA層，實現EPA的協議，並在應用層添加Prof ibus-DP協議轉換的代碼。軟體上還要 實現DP功能，包括DP地址查詢、診斷、參數化、配置等，並經過報文分析將DP報文轉換成 EPA報文後發送至網絡。 在該模塊上電後，程序首先進行整個硬體系統的初始化，使能ARM和網絡晶片，設 置時鐘和外圍控制器，然後初始化嵌入式作業系統uC/OS-II和嵌入式TCP/IP網絡協議，並 檢測DP設備的通訊接口以及DP設備是否就緒、設置DP設備的相關參數。完成以上工作後 作業系統創建任務用於處理DP總線和EPA總線之間的通訊。當接收DP設備數據時，提取 DP報文中的數據部分，添加EPA報頭後發送到EPA網絡中。當有EPA數據發送時，提取EPA 報文中的數據部分，添加DP報頭後發送到DP設備中。
根據上述說明，結合本領域技術可實現本發明的方案。
權利要求
EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器，包括主電路模塊，主電路模塊主要由ARM控制器晶片AT91SAM7x256、網絡晶片DP83848I、網絡變壓器YL18-2050S、標準JTAG電路及外圍電路構成；其特徵是主電路模塊通過工業乙太網交換機獲得總線24V電源，24V電源為電源模塊WRB2405提供輸入電壓，然後由WRB2405轉換為5V輸出電壓，再經電源模塊LM1117-3.3轉換為3.3V輸出；3.3V電壓為主電路模塊的工作電壓；通過RS485晶片ADM2486將來自DP設備的信號傳送給ARM控制器晶片AT91SAM7x256；標準JTAG電路與ARM晶片AT91SAM7x256連接作為仿真調試接口；網絡晶片DP83848I通過MII接口與ARM晶片AT91SAM7x256連接實現通信；網絡變壓器YL18-2050S分別與網絡晶片DP83848I、RJ45網絡接口連接。
2. 如權利要求l所述EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器，其特徵是主電路模塊 電源是通過RJ45網線從工業交換機的RJ45接口 4、5腳獲取+24V電源，從7、8腳獲取GND。
全文摘要
本發明涉及一種EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器，主電路模塊主要由ARM晶片AT91SAM7x256、網絡晶片DP83848I、網絡變壓器YL18-2050S、標準JTAG電路及外圍電路構成；主電路模塊通過工業交換機獲得總線24V電源，EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器有實現EPA信號和DP信號轉換功能，用於將DP設備掛載在EPA總線上，達到擴展EPA總線功能的作用，將Profibus-DP設備EPA總線與Profibus-DP總線轉換適配器相連後可以實現DP報文到EPA報文的轉換，在EPA組態軟體中可以成功的監聽並組態該DP設備，實現DP設備與EPA設備共存於同一網絡，並實現它們之間的互操作、互訪問。
文檔編號G05B19/418GK101718985SQ200910228190
公開日2010年6月2日 申請日期2009年11月12日 優先權日2009年11月12日
發明者劉守寧, 楊彬, 王雙存, 王文亮, 邴哲松, 高明璋 申請人:中環天儀股份有限公司