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一種交直流驅(qū)動器的智能從站裝置的制作方法

文檔序號:12249663閱讀:361來源:國知局

本實用新型涉及傳動自動化設(shè)備現(xiàn)場總線控制和電力電子技術(shù)領(lǐng)域,尤其是一種用于交直流驅(qū)動器的PROFIBUS-DP智能從站裝置。



背景技術(shù):

目前,交直流驅(qū)動器的主控板CPU采用基于MODBUS協(xié)議的USART通訊方式,無法直接接入PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線。出于節(jié)省CPU運算能力、元器件成本和體積的考慮,驅(qū)動器也沒有在主板上直接集成PROFIBUS-DP協(xié)議的通訊芯片,因此交直流驅(qū)動器需要通過外擴的PROFIBUS -DP從站裝置接入PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)。現(xiàn)有的智能從站存在的主要不足有,從站裝置與驅(qū)動器主板CPU通訊采用RS485通訊接口,需要貼裝RS485接口芯片,需要增加硬件電路的電平轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),增加器件成本。有的PROFIBUS-DP從站裝置需要采用接線的方式連接到驅(qū)動器,而不是直接擴展在驅(qū)動器的主板上或組裝在驅(qū)動器產(chǎn)品內(nèi)部,占用控制柜的安裝空間,不夠緊湊,不利于電磁兼容?,F(xiàn)有的PROFIBUS -DP從站裝置產(chǎn)品不能實現(xiàn)真正的高速率數(shù)據(jù)交換,容易受到電磁干擾等。



技術(shù)實現(xiàn)要素:

為解決上述裝置所存在的技術(shù)不足,本實用新型提供了一種交直流驅(qū)動器的智能從站裝置,該裝置可實現(xiàn)交直流驅(qū)動器在主控板上以模塊化的形式擴展PROFIBUS-DP智能從站,實現(xiàn)交流變頻器和直流調(diào)速器以更加簡潔緊湊的結(jié)構(gòu)和更加可靠的電磁兼容性,接入到主從式現(xiàn)場總線,實現(xiàn)高速實時、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)交換。

本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是,一種交直流驅(qū)動器的智能從站裝置,通過24P直插端子接口直接插裝在交直流驅(qū)動器的主控板上,包括微處理器及外圍電路、通訊協(xié)議芯片、24P直插端子接口、3.3V電源轉(zhuǎn)換電路、隔離高速總線收發(fā)器、隔離5V電源電路、抗干擾電路和DB9總線接口,微處理器及外圍電路通過24P直插端子接口與交直流驅(qū)動器的主控板連接,隔離高速總線收發(fā)器通過抗干擾電路和DB9總線接口連接到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)與上位機或PLC的通訊連接,3.3V電源轉(zhuǎn)換電路為微處理器及外圍電路供電,隔離5V電源電路為隔離高速總線收發(fā)器供電。

微處理器及外圍電路通過24P直插端子接口連接到交直流調(diào)速器的主控板中央處理器,通信方式采用USART(通用同步異步接收和發(fā)送器)方式。

3.3V電源轉(zhuǎn)換電路采用電源調(diào)整芯片SPX1117,該款電源芯片具有低壓差、高效率的優(yōu)點。

抗干擾電路和DB9總線接口,采用共模電感作為差分信號總線上的抗干擾元件,采用2位撥碼開關(guān)作為總線終端電阻的選配器。

工作流程,微處理器及外圍電路采用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位ARM微處理器STM32F103RBT6作為控制核心,該系列微處理器的最高工作頻率可以達(dá)到72MHz,是同類產(chǎn)品中性能最高的,適用于高性能、低成本的產(chǎn)品應(yīng)用場合,相較于多數(shù)同類現(xiàn)場總線接口技術(shù)方案采用的51內(nèi)核單片機,STM32微處理器運算速度提升10倍以上,外圍接口功能豐富實用,微處理器的超快運算速度直接導(dǎo)致代碼執(zhí)行的快速高效,本實用新型中微處理器STM32F103RBT6采用基于DMA方式的USART接口與交直流驅(qū)動器的主控板CPU通訊,DMA(直接存儲器存?。﹤鬏敺绞街校琒TM32無需直接控制通訊數(shù)據(jù)的傳輸,也避免了中斷處理通訊方式中保留代碼現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的過程,DMA傳輸方式在主控板CPU和智能從站微處理器之間建立了一條直接數(shù)據(jù)交換的硬件通路,大大提升了微處理器的工作效率,DMA方式實現(xiàn)了智能從機與驅(qū)動器CPU的高速USART通信,我們知道DP通訊可以達(dá)到12M波特率,但是在實際的工程應(yīng)用中,很難真正實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)通訊,因為數(shù)據(jù)交換受限于DP從站與驅(qū)動器CPU較低的通訊速度,采用DMA方式很好的實現(xiàn)了高速的數(shù)據(jù)通訊;24P直插端子接口采用24位雙層直插端子將本智能從站裝置連接到交直流驅(qū)動器的主控板,實現(xiàn)了兩者的結(jié)構(gòu)緊湊統(tǒng)一,極大提高了驅(qū)動器在電氣控制柜中布局的集約化和控制布線簡潔化;隔離高速總線收發(fā)器采用差分總線收發(fā)芯片ADM2486,在本裝置中,PROFIBUS-DP協(xié)議芯片通過接收器輸出、發(fā)送器輸入、使能信號等網(wǎng)絡(luò)連接到ADM2486的原邊,原邊采用3.3V電源轉(zhuǎn)換電路提供的3.3V直流電源。ADM2486副邊連接到PROFIBUS -DP總線,總線端電路采用隔離5V電源電路提供的隔離的5V直流電源,ADM2486芯片針對多點總線傳輸線路的雙向數(shù)據(jù)通信而設(shè)計,最多允許50個收發(fā)器接入總線,通訊速率可達(dá)到20Mbps,實現(xiàn)了高速通信;抗干擾電路和DB9總線接口采用2位撥碼開關(guān)實現(xiàn)對總線終端電阻的配置,采用共模電感濾除PROFIBUS-DP總線上的共模干擾和差模干擾,大大避免了異常情況的產(chǎn)生。

本實用新型的有益效果是,一種交直流驅(qū)動器的智能從站裝置,采用基于DMA的USART方式與驅(qū)動器主控板通信,實現(xiàn)了交直流驅(qū)動器的簡便快速接入到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)了交直流驅(qū)動器以DMA傳輸為基礎(chǔ)的USART接口通訊與現(xiàn)場總線主機PROFIBUS-DP通訊的轉(zhuǎn)換,真正實現(xiàn)了交直流驅(qū)動器與主機PLC的高速數(shù)據(jù)通信,實現(xiàn)了高速實時、穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)交換;同時,智能從站裝置采用24P直插端子接口將驅(qū)動器以緊湊的模塊化形式連接到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò),結(jié)構(gòu)緊湊統(tǒng)一,實現(xiàn)了布局的集約化和控制布線簡潔化;通過共模電感設(shè)計具有更優(yōu)異的電磁抗擾性,提高了裝置的電磁兼容性和穩(wěn)定性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)一步說明。

圖1為本實用新型總體電路框圖。

圖中1.微處理器及外圍電路, 2.通訊協(xié)議芯片,3.24P直插端子接口,4.3.3V電源轉(zhuǎn)換電路,5.隔離高速總線收發(fā)器,6.隔離5V電源電路,7.抗干擾電路和DB9總線接口。

具體實施方式

參照附圖,一種交直流驅(qū)動器的智能從站裝置,通過24P直插端子接口3直接插裝在交直流驅(qū)動器的主控板上,實現(xiàn)了本裝置和交直流驅(qū)動器的模塊化組裝;包括微處理器及外圍電路1、通訊協(xié)議芯片2、24P直插端子接口3、3.3V電源轉(zhuǎn)換電路4、隔離高速總線收發(fā)器5、隔離5V電源電路6、抗干擾電路和DB9總線接口7,微處理器及外圍電路1通過24P直插端子接口3與交直流驅(qū)動器的主控板連接,隔離高速總線收發(fā)器5通過抗干擾電路和DB9總線接口7連接到PROFIBUS-DP總線網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)與上位機或PLC的通訊連接,3.3V電源轉(zhuǎn)換電路4為微處理器及外圍電路1供電,隔離5V電源電路6為隔離高速總線收發(fā)器5供電。

微處理器及外圍電路1通過24P直插端子接口3連接到交直流調(diào)速器的主控板中央處理器,通信方式采用USART(通用同步異步接收和發(fā)送器)方式。

3.3V電源轉(zhuǎn)換電路4采用電源調(diào)整芯片SPX1117,該款電源芯片具有低壓差、高效率的優(yōu)點。

抗干擾電路和DB9總線接口7,采用共模電感作為差分信號總線上的抗干擾元件,采用2位撥碼開關(guān)作為總線終端電阻的選配器。

微處理器及外圍電路1采用基于Cortex-M3內(nèi)核的32位ARM微處理器STM32F103RBT6作為控制核心,該系列微處理器的最高工作頻率可以達(dá)到72MHz,是同類產(chǎn)品中性能最高的,適用于高性能、低成本的產(chǎn)品應(yīng)用場合,相較于多數(shù)同類現(xiàn)場總線接口技術(shù)方案采用的51內(nèi)核單片機,STM32微處理器運算速度提升10倍以上,外圍接口功能豐富實用。微處理器的超快運算速度直接導(dǎo)致代碼執(zhí)行的快速高效,本實用新型中微處理器STM32F103RBT6采用基于DMA方式的USART接口與交直流驅(qū)動器的主控板CPU通訊,DMA(直接存儲器存取)傳輸方式中,STM32無需直接控制通訊數(shù)據(jù)的傳輸,也避免了中斷處理通訊方式中保留代碼現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的過程,DMA傳輸方式在主控板CPU和智能從站微處理器之間建立了一條直接數(shù)據(jù)交換的硬件通路,大大提升了微處理器的工作效率,DMA方式實現(xiàn)了智能從機與驅(qū)動器CPU的高速USART通信。我們知道DP通訊可以達(dá)到12M波特率,但是在實際的工程應(yīng)用中,很難真正實現(xiàn)高速的數(shù)據(jù)通訊,因為數(shù)據(jù)交換受限于DP從站與驅(qū)動器CPU較低的通訊速度,采用DMA方式很好的實現(xiàn)了高速的數(shù)據(jù)通訊;24P直插端子接口3采用24位雙層直插端子將本智能從站裝置連接到交直流驅(qū)動器的主控板,實現(xiàn)了兩者的結(jié)構(gòu)緊湊統(tǒng)一,極大提高了驅(qū)動器在電氣控制柜中布局的集約化和控制布線簡潔化;隔離高速總線收發(fā)器5采用差分總線收發(fā)芯片ADM2486,在本裝置中,PROFIBUS-DP協(xié)議芯片通過接收器輸出、發(fā)送器輸入、使能信號等網(wǎng)絡(luò)連接到ADM2486的原邊,原邊采用3.3V電源轉(zhuǎn)換電路4提供的3.3V直流電源,ADM2486副邊連接到PROFIBUS -DP總線,總線端電路采用隔離5V電源電路6提供的隔離的5V直流電源,ADM2486芯片針對多點總線傳輸線路的雙向數(shù)據(jù)通信而設(shè)計,最多允許50個收發(fā)器接入總線,通訊速率可達(dá)到20Mbps,實現(xiàn)了高速通信;抗干擾電路和DB9總線接口7采用2位撥碼開關(guān)實現(xiàn)對總線終端電阻的配置,采用共模電感濾除PROFIBUS-DP總線上的共模干擾和差模干擾,大大避免了異常情況的產(chǎn)生。

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