專利名稱：一種基于rs485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可編程序控制器PLC控制和通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器。
背景技術(shù)：
目前，為了進行工業(yè)現(xiàn)場中多個被控設(shè)備(即現(xiàn)場裝置)之間的通信，傳統(tǒng)的輸 入/輸出I/O裝置需要通過導(dǎo)線將被控設(shè)備的外部端點與可編程序控制器PLC的端點進行 一對一連接，即直接將每一路信號通過電纜連接到PLC的輸入模塊，這樣，需要連接的節(jié)點 較多(多達144路)。因此這種硬接線的連接方式需要耗費大量的精力進行現(xiàn)場組裝與調(diào) 試，且在實際應(yīng)用中，由于兩者距離較長，而且傳輸點較多，直接鋪設(shè)電纜通信會增加成本， 隨著系統(tǒng)的復(fù)雜程度會增加大量的硬接線成本。鑒于通信在工業(yè)領(lǐng)域中有相當(dāng)大的應(yīng)用，從簡單的RS232、RS422到RS485，再到更 高級的通信協(xié)議，它們幾乎涉及到了工業(yè)的全部方面。各種通信協(xié)議有各自的特點，從而決 定了它的不同應(yīng)用?，F(xiàn)在對于通信的研究已日趨成熟，并且通過轉(zhuǎn)換芯片可以進行任意兩 種協(xié)議的轉(zhuǎn)換，這樣可以利用不同協(xié)議的優(yōu)點，也大大增加了產(chǎn)品設(shè)計的靈活性。隨著技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸開發(fā)出通過總線進行連接，即通過例如Profibus或者 DeviceNet等一類的現(xiàn)場總線將現(xiàn)場裝置接入PLC。但是，總線連接不僅需要PLC組態(tài)，還 要求現(xiàn)場裝置本身支持總線協(xié)議，而許多的現(xiàn)場裝置并沒有支持某種協(xié)議的功能，因此，無 法實現(xiàn)用Profibus或者DeviceNet現(xiàn)場總線將現(xiàn)場裝置接入PLC。因此，目前迫切需要開發(fā)出一種裝置，可以不需要現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實 現(xiàn)現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC之間的數(shù)據(jù)通信，且具有較低的連接成本。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制 器，其無需現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC之間的數(shù)據(jù) 通信，且傳輸距離長、傳輸數(shù)據(jù)可靠，只需要兩根電纜來進行通信，有利于降低連接成本，促 進工業(yè)上的推廣應(yīng)用，具有重大的實際意義。為此，本發(fā)明提供了一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，可實現(xiàn)可 編程序控制器PLC與現(xiàn)場裝置之間的信號通信，包括第一控制系統(tǒng)，分別與可編程序控制器PLC、第二控制系統(tǒng)相連接，用于采集可編 程序控制器PLC輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第二控制系統(tǒng)，同時接收第二控制 系統(tǒng)傳輸過來的現(xiàn)場裝置所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給可編程序控制器PLC ；第二控制系統(tǒng)，分別與第一控制系統(tǒng)、現(xiàn)場裝置相連接，用于采集現(xiàn)場裝置輸出的 信號，然后通過RS485總線傳輸給第一控制系統(tǒng)，同時接收第一控制系統(tǒng)傳輸過來的可編 程序控制器PLC所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場裝置。其中，所述第一控制系統(tǒng)包括
第一外圍輸入電路，分別與可編程序控制器PLC、第一通信控制電路相連接，用于 采集可編程序控制器PLC所輸出的PLC信號并進行隔離，同時完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然 后輸入給第一通信控制電路； 第一外圍輸出電路，分別與可編程序控制器PLC、第一通信控制電路相連接，用于 對第一通信控制電路輸出的現(xiàn)場裝置信號進行隔離，并完成現(xiàn)場裝置信號的電平轉(zhuǎn)換，然 后輸出給可編程序控制器PLC ；第一通信控制電路，用于采集第一外圍輸入電路輸入的PLC信號，然后通過RS485 總線芯片向所述第二控制系統(tǒng)發(fā)送該PLC信號，以及通過RS485總線芯片接收所述第二控 制系統(tǒng)傳輸過來的現(xiàn)場裝置信號，然后輸出給第一外圍輸出電路。其中，所述第二控制系統(tǒng)包括有第二外圍輸入電路，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路相連接，用于采集現(xiàn)場裝 置所輸出的現(xiàn)場裝置信號并進行隔離，同時完成現(xiàn)場裝置信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸入給第 二通信控制電路；第二外圍輸出電路，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路相連接，用于對第二通信 控制電路輸出的PLC信號進行隔離，并完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸出給現(xiàn)場裝置；第二通信控制電路，用于采集第二外圍輸入電路輸入的現(xiàn)場裝置信號，然后通過 RS485總線芯片向第一通信控制電中的RS485總線芯片發(fā)送該現(xiàn)場裝置信號，以及通過 RS485總線芯片接收第一通信控制電路中的RS485總線芯片傳輸過來的PLC信號，然后輸出 給第二外圍輸出電路。其中，所述第一通信控制電路包括作為控制核心的單片機AT89S52、多個可編程并 行接口芯片8255以及RS485總線芯片，所述單片機AT89S52分別與多個8255芯片、RS485總 線芯片相連接，所述多個8255芯片分別與第一外圍輸入電路、第一外圍輸出電路相連接。其中，所述單片機AT89S52與六片8255芯片相連接，其中，所述單片機AT89S52設(shè) 置兩片可編程并行接口芯片8255為輸入狀態(tài)且與第一外圍輸入電路相連接，所述單片機 AT89S52設(shè)置四片可編程并行接口芯片8255為輸出狀態(tài)且與第一外圍輸出電路相連接；所述RS485總線芯片為MAX485芯片，所述MAX485芯片的數(shù)據(jù)輸出端RO和數(shù)據(jù)輸 入端DI分別接單片機AT89S52的串行輸入端RXD和串行輸出端TXD，所述MAX485芯片的接 收控制端RE與發(fā)送控制端DE連接在一起。其中，所述第一外圍輸入電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二 極管的陰極接所述可編程序控制器PLC，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述 光耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接8255芯片和 5. IKΩ的電阻，所述5. IKΩ的電阻還與+24V的外部電源相接。其中，所述第一外圍輸出電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā) 光二極管的陰極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦 TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接三極管8050的基 極和5. IK Ω的電阻，所述5. IK Ω的電阻還與+24V的外部電源相接，所述三極管8050的集 電極接+24V的外部電源，所述三極管8050的發(fā)射極接可編程序控制器PLC。其中，所述第一通信控制電路還包括一個振蕩電路和一個復(fù)位電路，所述單片機 AT89S52的XTALl和XTAL2端口接所述振蕩電路，所述振蕩電路由一個石英晶體諧振器和兩個電容并聯(lián)組成；所述復(fù)位電路與單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET相接，所述復(fù)位電路包 括一個電解電容、一個按鈕以及一個電阻，所述電解電容與由按鈕和電阻組成的串聯(lián)支路 相并聯(lián)，所述電解電容的正端接外部電源，另一端接單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET。其中，所述第二通信控制電路包括作為控制核心的單片機AT89S52、多個可編程并 行接口芯片8255以及RS485總線芯片5，所述單片機AT89S52分別與多個8255芯片、RS485 總線芯片相連接，所述多個8255芯片分別與第一外圍輸入電路、第一外圍輸出電路相連 接。其中，所述單片機AT89S52與六片8255芯片相連接，其中，所述單片機AT89S52設(shè) 置兩片8255芯片為輸出狀態(tài)且與第二輸出外圍輸出電路相連接，所述單片機AT89S52設(shè)置 四片8255芯片為輸入狀態(tài)且與第二外圍輸入電路相連接；所述第二外圍輸入電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管 的陰極接所述現(xiàn)場裝置，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi) 光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接8255芯片和5. IKΩ的電阻，所 述5. IK Ω的電阻還與+24V的外部電源相接；所述第二外圍輸出電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管 的陰極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi) 光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接三極管8050的基極和5. IKΩ 的電阻，所述5. IK Ω的電阻還與+24V的外部電源相接，所述三極管8050的發(fā)射極接現(xiàn)場 裝置，所述三極管8050的集電極依次接自恢復(fù)保險絲Jk60-010、+24V的外部電源。由以上本發(fā)明提供的技術(shù)方案可見，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種基于 RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，其無需現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)現(xiàn)場裝置 與可編程序控制器PLC之間的數(shù)據(jù)通信，且傳輸距離長，采用差分傳送更能保證傳輸數(shù)據(jù) 的可靠性；此外，對于本發(fā)明，只需要兩根電纜來進行現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC之間 的數(shù)據(jù)通信，從而有利于降低連接成本，促進工業(yè)上的推廣應(yīng)用，具有重大的實際意義。


圖1為本發(fā)明提供一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為在第一通信控制電路和第二通信控制電路中，單片機外部擴展一片地址鎖 存器74LS373的電路圖，其中還包括有振蕩電路和復(fù)位電路；圖3為在第一通信控制電路和第二通信控制電路中，任意一片可編程并行接口芯 片8255的電路連接圖；圖4為在第一通信控制電路和第二通信控制電路中，所具有的RS485總線芯片 MAX485的控制電路圖；圖5為在與PLC連接的第一控制系統(tǒng)中，用于向PLC輸出信號的第一外圍輸出電 路的電路圖；圖6為在與現(xiàn)場裝置連接的第二控制系統(tǒng)中，用于向現(xiàn)場裝置輸出信號的第二外圍輸出電路的電路圖；圖7為在第一控制系統(tǒng)中，用于采集輸入所述PLC信號的第一外圍輸入電路的電路圖；圖8為在第二控制系統(tǒng)中，用于采集輸入所述現(xiàn)場裝置信號的第二外圍輸入電路的電路圖。
具體實施例方式為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實施方式對本圖1為本發(fā)明提供一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器的結(jié)構(gòu)框圖；參見圖1，本發(fā)明提供了一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，可以無 需現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)可編程序控制器PLC100與現(xiàn)場裝置200之間的信號通 信，具體包括有第一控制系統(tǒng)300和第二控制系統(tǒng)400，其中第一控制系統(tǒng)300，分別與可編程序控制器PLC100、第二控制系統(tǒng)400相連接，用 于采集可編程序控制器PLC100輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第二控制系統(tǒng)400， 同時接收第二控制系統(tǒng)400傳輸過來的現(xiàn)場裝置200所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給可編程序 控制器PLC100 ；第二控制系統(tǒng)400，分別與第一控制系統(tǒng)300、現(xiàn)場裝置200相連接，用于采集現(xiàn)場 裝置200輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第一控制系統(tǒng)300，同時接收第一控制系 統(tǒng)300傳輸過來的可編程序控制器PLC100所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場裝置200。在本發(fā)明中，需要說明的是，所述現(xiàn)場裝置是指在工業(yè)現(xiàn)場中所用的各類被控設(shè)備。在本發(fā)明中，需要說明的是，具體實現(xiàn)上，可編程序控制器PLC100輸出48路信號 給第一控制系統(tǒng)300，現(xiàn)場裝置200輸出96路信號給第二控制系統(tǒng)400。在本發(fā)明中，所述第一控制系統(tǒng)300包括有第一外圍輸入電路301、第一外圍輸出 電路302和第一通信控制電路303，其中第一外圍輸入電路301，分別與可編程序控制器PLC100、第一通信控制電路303相 連接，用于采集可編程序控制器PLC100 (具體為PLC中的數(shù)字量輸出模塊)所輸出的PLC 信號并進行隔離，同時完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸入給第一通信控制電路303 ；在第一外圍輸入電路301中，進行可編程序控制器PLC輸出的PLC信號的隔離和 電平轉(zhuǎn)換，為的是生成具有第一通信控制電路能夠處理電平的PLC信號，因為PLC處理的信 號的電平為+24V，而第一外圍輸入電路處理信號的電平為+5V ；第一外圍輸出電路302，分別與可編程序控制器PLC100、第一通信控制電路303相 連接，用于對第一通信控制電路303輸出的現(xiàn)場裝置信號進行隔離，并完成現(xiàn)場裝置信號 的電平轉(zhuǎn)換，然后輸出給PLC (具體為PLC中的數(shù)字量輸入模塊)；同樣在第一外圍輸出電路302中，進行第一通信控制電路輸出的現(xiàn)場裝置信號的 隔離和電平轉(zhuǎn)換，為的是生成具有PLC能夠處理電平的現(xiàn)場裝置信號，因為PLC處理的信號 的電平為+24V，而第一外圍輸出電路處理的電平為+5V的晶體管-晶體管邏輯TTL電平；第一通信控制電路303，用于采集第一外圍輸入電路301輸入的PLC信號，然后通 過RS485總線芯片向第二通信控制電路403中RS485總線芯片發(fā)送該PLC信號，以及通過 RS485總線芯片接收第二通信控制電路403中RS485總線芯片傳輸過來的現(xiàn)場裝置信號，然 后輸出給第一外圍輸出電路；
在本發(fā)明中，對應(yīng)地，所述第二控制系統(tǒng)400包括有第二外圍輸入電路401，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路403相連接，用于采集現(xiàn)場裝置200所輸出的現(xiàn)場裝置信號并進行隔離，同時完成現(xiàn)場裝置信號的電平轉(zhuǎn)換， 然后輸入給第二通信控制電路；在第二外圍輸入電路401中，進行現(xiàn)場裝置200輸出的現(xiàn)場裝置信號的隔離和電 平轉(zhuǎn)換，為的是生成具有第二通信控制電路能夠處理電平的現(xiàn)場裝置信號，因為現(xiàn)場裝置 處理的信號的電平為+24V，而第二外圍輸入電路處理信號的電平為+5V ；第二外圍輸出電路402，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路403相連接，用于對 第二通信控制電路輸出的PLC信號進行隔離，并完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸出給現(xiàn)場 裝置；同樣在第二外圍輸出電路402中，進行第二通信控制電路402輸出的PLC信號的 隔離和電平轉(zhuǎn)換，為的是生成具有現(xiàn)場裝置能夠處理電平的PLC信號，因為現(xiàn)場裝置處理 的信號的電平為+24V，而第二外圍輸出電路處理的電平為+5V的晶體管-晶體管邏輯TTL 電平；第二通信控制電路403，用于采集第二外圍輸入電路401輸入的現(xiàn)場裝置信號，然 后通過RS485總線芯片向第一通信控制電路303中的RS485總線芯片發(fā)送該現(xiàn)場裝置信 號，以及通過RS485總線芯片接收第一通信控制電路303中的RS485總線芯片傳輸過來的 PLC信號，然后輸出給第二外圍輸出電路402 ；在本發(fā)明中，上述各部分電路的具體組成機構(gòu)如下參見圖2、圖3，以及結(jié)合圖5至圖8，所述第一通信控制電路303包括作為控制核 心的單片機AT89S52、多個可編程并行接口芯片8255以及RS485總線芯片MAX485，所述單 片機AT89S52分別與多個可編程并行接口芯片8255、RS485總線芯片相連接，且所述多個 8255芯片分別與第一外圍輸入電路301、第一外圍輸出電路302相連接，具體實現(xiàn)上，所述 單片機AT89S52與六片可編程并行接口芯片8255相連接，其中，所述單片機AT89S52設(shè)置 兩片可編程并行接口芯片8255為輸入狀態(tài)且與第一外圍輸入電路301相連接，用于采集 (即輸入)PLC所輸出的PLC信號；所述單片機AT89S52設(shè)置四片可編程并行接口芯片8255 為輸出狀態(tài)且與第一外圍輸出電路302相連接，用于向PLC發(fā)送(即輸出)現(xiàn)場裝置信號；參見圖2、圖3，單片機AT89S52的POO P07這八個端口為數(shù)據(jù)位，這八個端口直 接接可編程并行接口芯片8255的八位數(shù)據(jù)輸入端DO D7。由于POO P07這八個端口還 作為單片機AT89S52的低八位地址位，因此所述單片機AT89S52的POO P07這八個端口 與地址鎖存器74HS373相連接，需要用地址鎖存器74LS373對這些地址進行鎖存。該地址 鎖存器74HS373鎖存后輸出數(shù)據(jù)的低兩位，即它的輸出端口 QO和Ql同時接六片8255芯片 的地址位AO和Al，來決定具體會使用一片8255芯片中的哪一組八位的數(shù)據(jù)輸出端口(如 圖3所示的PAO PA7或PBO PB7數(shù)據(jù)輸出端口)，高六位Q2-Q7分別接六片8255的片 選端CS，來選擇是某一時刻哪一片8255芯片在使用中。在圖2、圖3中，本發(fā)明只是畫出了一片可編程并行接口芯片8255的電路，其余的 8255芯片與單片機AT89S52之間的連接基本相同，只是各個片選端CS的接線不同而已。從 第1片開始，它們的片選端依次接地址鎖存器74HS373的Q7，Q6，Q5，Q4，Q3，Q2。參見圖2、圖3，所述第一通信控制電路303還包括一個振蕩電路和一個復(fù)位電路，具體為所述單片機AT89S52的輸入端分別接一個振蕩電路和一個復(fù)位電路，具體實現(xiàn)上， 所述單片機AT89S52的XTALl和XTAL2端口接所述振蕩電路，所述振蕩電路由一個石英晶 體諧振器(即為晶振，其諧振頻率為11.0592MHz)和兩個電容(30pF)并聯(lián)組成；所述復(fù)位電路與單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET相接，所述復(fù)位電路包括一個 電解電容、一個按鈕以及一個電阻，所述電解電容與由按鈕和電阻組成的串聯(lián)支路相并聯(lián)， 所述電解電容的正端接外部電源，另一端接單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET ；具體實現(xiàn)上，所述電解電容的容量為10uF，所述電阻為5. IK Ω的電阻，所述電解 電容的正端接+5V電源、另一端接單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET。剛剛上電時，由于電 解電容的作用，單片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET端會出現(xiàn)一段高電平，單片機AT89S52復(fù) 位并運行程序；當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)問題需要重新運行時，按下按鈕，RESET復(fù)位引腳也會出現(xiàn)一段 高電平，此時單片機復(fù)位，并將重新從頭運行內(nèi)部存儲的程序。需要說明的是，具體實現(xiàn)上， 在單片機AT89S52存儲有使用C語言編寫的對信號的掃描和傳輸?shù)闹鞒绦?，以及延時、初始 化、CRC校驗和波特率設(shè)定等子程序。參見圖4，所述單片機AT89S52與RS485總線芯片MAX485相連接，具體實現(xiàn)上，所 述RS485總線芯片為Maxim公司開發(fā)的一種RS-485芯片。參見圖4，具體為所述MAX485 芯片的數(shù)據(jù)輸出端RO和數(shù)據(jù)輸入端DI分別接單片機AT89S52的串行輸入端RXD和串行輸 出端TXD，從而完成和單片機AT89S52之間的數(shù)據(jù)交換。并且，所述MAX485芯片的接收控制 端RE與發(fā)送控制端DE連接在一起，其中RE為接收使能端，在低電平時MAX485芯片處于接 收狀態(tài)，DE為發(fā)送使能端，在高電平時MAX485芯片處于發(fā)送狀態(tài)；此外，所述MAX485芯片 具有兩條差分信號傳輸端A和B，可以和另外一片MAX485芯片(例如為第二通信控制電路 中的MAX485芯片)的兩條差分信號傳輸端A和B相連接，從而可以完成基于RS485總線的 信號通信。對于本發(fā)明，需要說明的是，第二控制系統(tǒng)中的第二通信控制電路與第一控制系 統(tǒng)中的第一通信控制電路結(jié)構(gòu)和設(shè)置基本相同，都具有圖2、圖3、圖4所示的結(jié)構(gòu)，都包括 有單片機AT89S52、多個可編程并行接口芯片8255以及RS485總線芯片MAX485，也具有連 接單片機AT89S52的相同的振蕩電路和復(fù)位電路，它們的區(qū)別僅在于在第二通信控制電 路中，所述單片機AT89S52設(shè)置兩片8255芯片為輸出狀態(tài)且與第二輸出外圍輸出電路402 相連接，用于向現(xiàn)場裝置輸出48路的PLC信號，所述單片機AT89S52設(shè)置四片8255芯片為 輸入狀態(tài)且與第二外圍輸入電路401相連接，用于采集輸入現(xiàn)場裝置所輸出的96路的現(xiàn)場 裝置信號。如上所述，鑒于第二控制系統(tǒng)中的第二通信控制電路和第一控制系統(tǒng)中的第二控 制電路中都具有MAX485芯片，因此，所述第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)之間可以完成基于 RS485總線的信號通信。需要說明的是，因為在實際應(yīng)用中，由于可編程序控制器PLC輸出48路信號給第一控制系統(tǒng)，現(xiàn)場裝置輸出96路信號給第二控制系統(tǒng)，而第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)之 間進行信號的互相傳輸，因此，第一控制系統(tǒng)會輸出96路信號到PLC，PLC輸出48路到第一 控制系統(tǒng)；而在第二控制系統(tǒng)會輸出48路信號給現(xiàn)場裝置，并且需要采集現(xiàn)場裝置輸出的 96路現(xiàn)場信號，因此6片8255芯片在第一控制系統(tǒng)和第二控制系統(tǒng)這兩套中有不同的作 用，具體為在接PLC的第一控制系統(tǒng)中，四片8255芯片設(shè)置為輸出狀態(tài)，用于向PLC輸出96路信號，兩片8255芯片設(shè)置為輸入狀態(tài)，用于采集輸入PLC所輸出的48路信號；而在接 裝置的第二控制系統(tǒng)中，兩片8255芯片設(shè)置為輸出狀態(tài)，用于向現(xiàn)場裝置輸出48路信號， 四片8255芯片設(shè)置為輸入狀態(tài)，用于采集輸入現(xiàn)場裝置所輸出的96路信號。圖5為在與PLC連接的第一控制系統(tǒng)中，用于向PLC輸出信號的第一外圍輸出電 路的電路圖。參見圖5，所述第一外圍輸出電路302包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4 內(nèi)發(fā)光二極管的陰極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光 耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接三極管8050的 基極和5. 1KQ的電阻，所述5. 1KQ的電阻還與+24V的外部電源相接，所述三極管8050的 集電極接+24V的外部電源，所述三極管8050的發(fā)射極接可編程序控制器PLC的數(shù)字量輸 入模塊。這樣，光耦完成了信號隔離和電平轉(zhuǎn)換的功能，而三極管8050也提供了信號放大 的功能。需要說明的是，參見圖5，所述8255芯片的輸出信號電平的高低控制光耦 TLP521-4另一側(cè)的導(dǎo)通或者斷開，其中，在8255芯片的輸出信號為高電平時，光耦 TLP521-4內(nèi)的發(fā)光二極管截止，光耦TLP521-4無信號輸出，此時+24V的外部電源通過 5. 1KQ的電阻接三極管8050的基極，三極管8050被導(dǎo)通，從而第一外圍輸出電路有信號 輸出，可以輸出信號給可編程序控制器PLC，反之，當(dāng)8255芯片的輸出信號為低電平時，光 耦TLP521-4內(nèi)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，光耦有信號輸出，這時三極管8050截止，第一外圍輸出 電路無信號輸出；圖6為在與現(xiàn)場裝置連接的第二控制系統(tǒng)中，用于向現(xiàn)場裝置輸出信號的第二外 圍輸出電路的電路圖。參見圖6，所述第二外圍輸出電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā) 光二極管的陰極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦 TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接三極管8050的基 極和5. 1KQ的電阻，所述5. 1KQ的電阻還與+24V的外部電源相接，所述三極管8050的 發(fā)射極接現(xiàn)場裝置，在這里需要注意的是，對于與現(xiàn)場裝置相連接的第二控制系統(tǒng)具有的 第二外圍輸出電路，所述三極管8050的集電極不直接連接+24V的外部電源，而是依次接 自恢復(fù)保險絲Jk60-010、+24V的外部電源，即與外部電源之間多接了一個自恢復(fù)保險絲 Jk60-010。這樣，同樣光耦完成了信號隔離和電平轉(zhuǎn)換的功能，而三極管8050也提供了信 號放大的功能。需要說明的是，自恢復(fù)保險絲Jk60_010的耐壓未60V，在電流在達到100mA時動 作。它平時電阻只有幾歐，對電路沒有很大的影響；但一旦達到動作電流以后，它的電阻會 很大，將萬用表的電流檔打到200K處，都無法測量，達到了切斷電路的作用，從而對現(xiàn)場裝 置進行實時保護。同理，參見圖6，對于第二外圍輸出電路，所述8255芯片的輸出信號電平的高低 控制光耦TLP521-4另一側(cè)的導(dǎo)通或者斷開，其中，在8255芯片輸出的信號為高電平時，光 耦TLP521-4內(nèi)的發(fā)光二極管截止，光耦TLP521-4無信號輸出，此時+24V的外部電源通過 5. 1KQ的電阻接三極管8050的基極，三極管8050被導(dǎo)通，從而第二外圍輸出電路有信號輸 出，可以輸出信號給現(xiàn)場裝置。反之，在8255芯片輸出的信號為低電平時，光耦TLP521-4內(nèi)的發(fā)光二極管導(dǎo)通，光耦有信號輸出，這時三極管8050截止，第二外圍輸出電路無信號 輸出；圖7為在第一控制系統(tǒng)中，用于采集輸入所述PLC信號的第一外圍輸入電路的電 路圖。參見圖7，所述第一外圍輸入電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā) 光二極管的陰極接所述可編程序控制器PLC，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所 述光耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接8255芯片 和5. 1KQ的電阻，所述5. 1KQ的電阻還與+24V的外部電源相接。需要說明的是，對于圖7所示的第一外圍輸入電路，通過PLC輸出信號電平的高低 來控制8255芯片的輸入信號為“1”或“0”，工作原理具體為當(dāng)PLC輸出信號的電平為高 電平時，光耦TLP521-4輸入側(cè)的發(fā)光二極管截止，那么光耦TLP521-4無輸出，8255芯片的 輸入信號為“1”，即沒有輸入信號；而當(dāng)PLC輸出信號的電平為低電平時，光耦TLP521-4輸 入側(cè)的發(fā)光二極管被導(dǎo)通，光耦有輸出，8255芯片的輸入信號為“0”，即具有輸入信號。圖8為在第二控制系統(tǒng)中，用于采集輸入所述現(xiàn)場裝置信號的第二外圍輸入電路 的電路圖。參見圖8，所述第二外圍輸入電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi) 發(fā)光二極管的陰極接所述現(xiàn)場裝置，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光 耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接8255芯片和 5. 1KQ的電阻，所述5. 1KQ的電阻還與+24V的外部電源相接。同理，需要說明的是，對于圖8所示的第二外圍輸入電路，通過現(xiàn)場裝置輸出信號 電平的高低來控制8255芯片的輸入信號為“1”或“0”，工作原理具體為當(dāng)現(xiàn)場裝置輸出 信號的電平為高電平時，光耦TLP521-4輸入側(cè)的發(fā)光二極管截止，那么光耦TLP521-4無輸 出，8255芯片的輸入信號為“1”，即沒有向8255芯片輸入信號；而當(dāng)現(xiàn)場裝置輸出信號的電 平為低電平時，光耦TLP521-4輸入側(cè)的發(fā)光二極管被導(dǎo)通，光耦有輸出，8255芯片的輸入 信號為“0”，即具有向8255芯片輸入的信號。對于本發(fā)明的基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，其為工業(yè)現(xiàn)場，尤其 在PLC控制系統(tǒng)中，提供了一種經(jīng)濟高效的通信方式。因為對于本發(fā)明，不管需要傳輸多少 路信號，傳輸導(dǎo)線只有兩根就能保證正常通信，從通信成本低廉；此外，因為RS485總線在 幾百米范圍內(nèi)具有可靠性的傳輸，這點是RS232和RS422總線所不具備的，從而可以實現(xiàn)高 效的通信。在本發(fā)明中，單片機外接8255芯片，可以大限度的擴展輸入輸出點數(shù)，增加了應(yīng) 用的靈活性，且因為外接8255芯片的數(shù)目可以根據(jù)系統(tǒng)需要增加或者減少，在技術(shù)上只需 分配好8255的片選段/CS即可即在需要使用某一個8255芯片時，給該8255芯片的片選 端CS用低電平選定，不需要使用某一個8255芯片時，直接將該8255芯片的片選端CS置高 電平即可。本發(fā)明對現(xiàn)有技術(shù)做了以下改進1、對于PLC和現(xiàn)場裝置的遠距離通信，現(xiàn)有的技術(shù)大多采用硬接線方式，即每一 路都使用一根電纜才傳輸信號，這樣在信號較多的情況下，就顯得不經(jīng)濟，也不利于系統(tǒng)維 護。本發(fā)明只需要采用兩根電纜進行PLC和現(xiàn)場裝置之間的通信，而不管具有多少路信號， 都能保證傳輸?shù)目煽啃浴?br> 2、本發(fā)明的通用性，通過外圍電路的設(shè)計，在具體應(yīng)用上，本發(fā)明可以不必考慮 PLC是何種型號，以及現(xiàn)場裝置的種類，都能加以運用?，F(xiàn)有的技術(shù)大多只考慮到了通信的 可靠性，或者只考慮了現(xiàn)場設(shè)備的驅(qū)動，沒有將兩者結(jié)合起來一起。本發(fā)明的技術(shù)兼顧了兩 者，使得它能更快的運用到實際中。綜上所述，與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明提供了一種基于RS485總線的輸入輸出終 端接續(xù)控制器，其無需現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC 之間的數(shù)據(jù)通信，且傳輸距離長，采用差分傳送更能保證傳輸數(shù)據(jù)的可靠性；此外，對于本 發(fā)明，只需要兩根電纜來進行現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC之間的數(shù)據(jù)通信，從而有利 于降低連接成本，促進工業(yè)上的推廣應(yīng)用，具有重大的實際意義。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，可實現(xiàn)可編程序控制器PLC與現(xiàn)場裝置之間的信號通信，其特征在于，包括第一控制系統(tǒng)，分別與可編程序控制器PLC、第二控制系統(tǒng)相連接，用于采集可編程序控制器PLC輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第二控制系統(tǒng)，同時接收第二控制系統(tǒng)傳輸過來的現(xiàn)場裝置所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給可編程序控制器PLC；第二控制系統(tǒng)，分別與第一控制系統(tǒng)、現(xiàn)場裝置相連接，用于采集現(xiàn)場裝置輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第一控制系統(tǒng)，同時接收第一控制系統(tǒng)傳輸過來的可編程序控制器PLC所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的控制器，其特征在于，所述第一控制系統(tǒng)包括第一外圍輸入電路，分別與可編程序控制器PLC、第一通信控制電路相連接，用于采集 可編程序控制器PLC所輸出的PLC信號并進行隔離，同時完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸 入給第一通信控制電路；第一外圍輸出電路，分別與可編程序控制器PLC、第一通信控制電路相連接，用于對第 一通信控制電路輸出的現(xiàn)場裝置信號進行隔離，并完成現(xiàn)場裝置信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸 出給可編程序控制器PLC;第一通信控制電路，用于采集第一外圍輸入電路輸入的PLC信號，然后通過RS485總線 芯片向所述第二控制系統(tǒng)發(fā)送該PLC信號，以及通過RS485總線芯片接收所述第二控制系 統(tǒng)傳輸過來的現(xiàn)場裝置信號，然后輸出給第一外圍輸出電路。
3.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述第二控制系統(tǒng)包括有第二外圍輸入電路，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路相連接，用于采集現(xiàn)場裝置所 輸出的現(xiàn)場裝置信號并進行隔離，同時完成現(xiàn)場裝置信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸入給第二通 信控制電路；第二外圍輸出電路，分別與現(xiàn)場裝置、第二通信控制電路相連接，用于對第二通信控制 電路輸出的PLC信號進行隔離，并完成PLC信號的電平轉(zhuǎn)換，然后輸出給現(xiàn)場裝置；第二通信控制電路，用于采集第二外圍輸入電路輸入的現(xiàn)場裝置信號，然后通過RS485 總線芯片向第一通信控制電中的RS485總線芯片發(fā)送該現(xiàn)場裝置信號，以及通過RS485總 線芯片接收第一通信控制電路中的RS485總線芯片傳輸過來的PLC信號，然后輸出給第二 外圍輸出電路。
4.如權(quán)利要求2所述的控制器，其特征在于，所述第一通信控制電路包括作為控制 核心的單片機AT89S52、多個可編程并行接口芯片8255以及RS485總線芯片，所述單片機 AT89S52分別與多個8255芯片、RS485總線芯片相連接，所述多個8255芯片分別與第一外 圍輸入電路、第一外圍輸出電路相連接。
5.如權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于，所述單片機AT89S52與六片8255芯片相 連接，其中，所述單片機AT89S52設(shè)置兩片可編程并行接口芯片8255為輸入狀態(tài)且與第一 外圍輸入電路相連接，所述單片機AT89S52設(shè)置四片可編程并行接口芯片8255為輸出狀態(tài) 且與第一外圍輸出電路相連接；所述RS485總線芯片為MAX485芯片，所述MAX485芯片的數(shù)據(jù)輸出端RO和數(shù)據(jù)輸入端 DI分別接單片機AT89S52的串行輸入端RXD和串行輸出端TXD，所述MAX485芯片的接收控 制端RE與發(fā)送控制端DE連接在一起。
6.如權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于，所述第一外圍輸入電路包括有光耦 TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管的陰極接所述可編程序控制器PLC，所述發(fā)光 二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光 電三極管的集電極分別接8255芯片和5. IKΩ的電阻，所述5. IKΩ的電阻還與+24V的外 部電源相接。
7.如權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于，所述第一外圍輸出電路包括有光耦 TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管的陰極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽 極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi)光電三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的 集電極分別接三極管8050的基極和5. IKΩ的電阻，所述5. IKΩ的電阻還與+24V的外部 電源相接，所述三極管8050的集電極接+24V的外部電源，所述三極管8050的發(fā)射極接可 編程序控制器PLC。
8.如權(quán)利要求4所述的控制器，其特征在于，所述第一通信控制電路還包括一個振蕩 電路和一個復(fù)位電路，所述單片機AT89S52的XTALl和XTAL2端口接所述振蕩電路，所述振 蕩電路由一個石英晶體諧振器和兩個電容并聯(lián)組成；所述復(fù)位電路與單片機AT89S52的復(fù) 位引腳RESET相接，所述復(fù)位電路包括一個電解電容、一個按鈕以及一個電阻，所述電解電 容與由按鈕和電阻組成的串聯(lián)支路相并聯(lián)，所述電解電容的正端接外部電源，另一端接單 片機AT89S52的復(fù)位引腳RESET。
9.如權(quán)利要求3所述的控制器，其特征在于，所述第二通信控制電路包括作為控制核 心的單片機AT89S52、多個可編程并行接口芯片8255以及RS485總線芯片5，所述單片機 AT89S52分別與多個8255芯片、RS485總線芯片相連接，所述多個8255芯片分別與第一外 圍輸入電路、第一外圍輸出電路相連接。
10.如權(quán)利要求9所述的控制器，其特征在于，所述單片機AT89S52與六片8255芯片相 連接，其中，所述單片機AT89S52設(shè)置兩片8255芯片為輸出狀態(tài)且與第二輸出外圍輸出電 路相連接，所述單片機AT89S52設(shè)置四片8255芯片為輸入狀態(tài)且與第二外圍輸入電路相連 接；所述第二外圍輸入電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管的陰 極接所述現(xiàn)場裝置，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi)光電 三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接8255芯片和5. IKΩ的電阻，所述 5. IK Ω的電阻還與+24V的外部電源相接；所述第二外圍輸出電路包括有光耦TLP521-4，所述光耦TLP521-4內(nèi)發(fā)光二極管的陰 極接所述8255芯片，所述發(fā)光二極管的陽極接+5V的外部電源，所述光耦TLP521-4內(nèi)光電 三極管的發(fā)射極接地，所述光電三極管的集電極分別接三極管8050的基極和5. IKΩ的電 阻，所述5. IKΩ的電阻還與+24V的外部電源相接，所述三極管8050的發(fā)射極接現(xiàn)場裝置， 所述三極管8050的集電極依次接自恢復(fù)保險絲Jk60-010、+24V的外部電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于RS485總線的輸入輸出終端接續(xù)控制器，包括第一控制系統(tǒng)，用于采集可編程序控制器PLC輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第二控制系統(tǒng)，同時接收第二控制系統(tǒng)傳輸過來的現(xiàn)場裝置所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給可編程序控制器PLC；第二控制系統(tǒng)，用于采集現(xiàn)場裝置輸出的信號，然后通過RS485總線傳輸給第一控制系統(tǒng)，同時接收第一控制系統(tǒng)傳輸過來的可編程序控制器PLC所輸出的信號，然后轉(zhuǎn)發(fā)給現(xiàn)場裝置。本發(fā)明無需現(xiàn)場裝置對協(xié)議的支持，即可實現(xiàn)現(xiàn)場裝置與可編程序控制器PLC之間的數(shù)據(jù)通信，且傳輸距離長、傳輸數(shù)據(jù)可靠，只需要兩根電纜來進行通信，有利于降低連接成本，具有重大的實際意義。
文檔編號G05B19/418GK101807071SQ201010137989
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月2日
發(fā)明者倪建云, 王永剛, 董恩增, 賈超, 陳在平 申請人:天津理工大學(xué)