專利名稱：：一種基于can總線的開關(guān)量輸出裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本實(shí)用新型涉及一種基于CAN總線的開關(guān)量輸出裝置，特別是具有冗余CAN接口的開關(guān)量輸出模塊，屬于工業(yè)現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：隨著CAN總線的技術(shù)優(yōu)勢(shì)逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，基于CAN總線的控制系統(tǒng)在各行各業(yè)都有了應(yīng)用，提高了系統(tǒng)可靠性。然而由于帶有CAN接口的傳感器和執(zhí)行器與普通傳感器和執(zhí)行器相比價(jià)格昂貴、品種不多、生產(chǎn)商較少，這又嚴(yán)重阻礙了CAN總線控制系統(tǒng)的大力普及。為此，一些公司開發(fā)了基于CAN總線接口的信號(hào)輸入輸出模塊，方便了CAN總線在工業(yè)控制中的應(yīng)用。但是，這些模塊都存在著一些缺憾，限制了模塊的應(yīng)用。如北京華控技術(shù)有限公司HK-RSMOX系列信號(hào)輸入輸出模塊、RockwellAutomation公司的1769CompactI/O、歐姆龍自動(dòng)化(中國)集團(tuán)的各型號(hào)遠(yuǎn)程I/0終端及數(shù)字I/0單元等采用瑞子排接線方式，只能在機(jī)箱機(jī)柜內(nèi)使用，沒有發(fā)揮CAN總線的固有優(yōu)勢(shì)；RockwellAutomation公司的1792DArmorBlockMaxum鎧裝模塊、圖爾克(天津)傳感器有限公司的現(xiàn)場I/O模塊、萬可電子(天津)有限公司的現(xiàn)場總線輸入/輸出模塊等具有較高的環(huán)境防護(hù)等級(jí)，可以適用于惡劣的現(xiàn)場環(huán)境，但這些模塊都采用電纜上出線的電連接器連接方式，不適用于有振動(dòng)的場合。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子模塊的可靠性越來越高，在以電子產(chǎn)品為主組成的系統(tǒng)中，電纜連接的可靠性成為影響系統(tǒng)可靠性的主要因素。以CAN總線模塊構(gòu)成系統(tǒng)時(shí)，常采用菊花鏈連接方式，電纜連接故障將會(huì)影響故障節(jié)點(diǎn)后所有模塊的工作。然而目前的這些CAN接口模塊都只有單一的總線接口，無法應(yīng)用于對(duì)可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出了一種使用簡單的技術(shù)解決方案，即具有冗余總線接口的開關(guān)量輸出擴(kuò)展模塊，包括殼體、電路板和電連接器，其特征在于連接外部總線的電連接器和連接現(xiàn)場被控負(fù)載的電連接器分別安裝在殼體的兩端，并分別與安裝于殼體底板上的電路板兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。所述的殼體采用長方體形式，底面兩端有伸出的馬腳，用于模塊在現(xiàn)場的安裝固定；底面內(nèi)部有凸臺(tái)，用于安裝電路板。殼體兩端開孔，用來安裝電連接器，其中一端有4個(gè)開孔，用來安裝與外部總線連接的4個(gè)電連接器，另外一端的開孔數(shù)量視需要連接的被控負(fù)載的數(shù)量而定。殼體具有一個(gè)可打開的上蓋，打開上蓋后可以對(duì)內(nèi)部安裝的電路板進(jìn)行檢査。殼體兩側(cè)面不安裝器件，用于多個(gè)模塊的組合安裝。所述的電路板安裝在殼體內(nèi)部的底板上，其電路包括電源轉(zhuǎn)換電路、冗余總線接口電路、CAN接口電路、單片機(jī)(包括軟件)、隔離驅(qū)動(dòng)電路、地址設(shè)定電路和機(jī)內(nèi)檢測(cè)電路(BIT)。其中，電源轉(zhuǎn)換電路將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)化為內(nèi)部電路的工作電壓，提供給內(nèi)部電路；冗余總線接口電路提供內(nèi)部單路的CAN接口與外部雙路冗余的CAN總線之間的連接，當(dāng)檢測(cè)到外部總線連接出現(xiàn)故障時(shí)，冗余總線接口電路可以在單片機(jī)的控制下將內(nèi)部CAN接口連接到外部冗余的CAN總線上。CAN接口電路連接冗余總線接口電路和單片機(jī)，是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)外通信的關(guān)鍵電路，由CAN控制器和CAN物理接口兩部分組成，CAN控制器完成網(wǎng)絡(luò)邏輯鏈路層以及網(wǎng)絡(luò)物理層的功能，而CAN物理接口電路則實(shí)現(xiàn)對(duì)物理總線的驅(qū)動(dòng)；單片機(jī)是整個(gè)模塊的核心，它通過CAN接口接收控制數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的輸出端口送給隔離驅(qū)動(dòng)電路。隔離驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)將單片機(jī)送出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大以驅(qū)動(dòng)被控對(duì)象。地址設(shè)定電路與單片機(jī)相連，用來對(duì)模塊進(jìn)行編碼，以區(qū)別于系統(tǒng)內(nèi)同類的其它模塊。BIT電路與單片機(jī)相連，負(fù)責(zé)對(duì)模塊的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。所述的電連接器包括總線接口連接器和現(xiàn)場被控負(fù)載接口連接器兩部分?？偩€接口由總線輸入接口和總線級(jí)聯(lián)接口組成，用于模塊采用級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)成系統(tǒng)。總線輸入接口和總線級(jí)聯(lián)接口均采用雙連接器冗余連接，使得總線接口有4個(gè)電連接器。每一個(gè)總線接口電連接器均包含模塊工作電源、CAN總線信號(hào)和CAN總線的公共電平參考，其中電源冗余采用雙線直接連接，CAN總線信號(hào)及其公共電平參考的冗余采用開關(guān)自動(dòng)切換?，F(xiàn)場被控對(duì)象接口電連接器的數(shù)量視需要連接的被控對(duì)象的數(shù)量而定。本實(shí)用新型具有如下的優(yōu)越性本實(shí)用新型采用殼體底板馬腳固定和兩端電纜連線方式，模塊安裝牢固、電纜可活動(dòng)部分短，可以工作于有振動(dòng)的場合；本實(shí)用新型的總線接口具有冗余功能，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的可靠性，可以應(yīng)用于對(duì)可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實(shí)用新型電路的組成框圖。圖3為圖2中冗余總線接口單元電路圖。圖4為圖1的左視圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，但該實(shí)施例不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。圖l和圖4是具有4個(gè)被控負(fù)載連接器的模塊結(jié)構(gòu)圖。包括殼體l、電路板2和電連接器3。電連接器3分為連接外部總線的連接器和連接現(xiàn)場被控負(fù)載的連接器兩部分，分別安裝在殼體l的兩端，并分別與電路板2兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。當(dāng)模塊工作在露天場所且無防護(hù)措施時(shí)，殼體l應(yīng)采用橡膠密封(殼體蓋與殼體主體之間)，電連接器3應(yīng)采用防水型連接器，否則對(duì)殼體l和電連接器3沒有嚴(yán)格要求，殼體1的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足應(yīng)用場合的要求即可。圖2中，冗余總線接口采用單刀雙置的微型電磁繼電器，在單片機(jī)的控制下對(duì)外部CAN總線進(jìn)行切換，圖3示出了冗余總線接口與4個(gè)總線連接器、與CAN接口的連接原理。CAN接口電路通常采用隔離接口方式，以減輕外界干擾對(duì)內(nèi)部電路的影響，此時(shí)的CAN接口電路包括CAN控制器、CAN總線驅(qū)動(dòng)電路以及兩者之間的隔離電路三部分，其中的CAN控制器有PCX82C200及其升級(jí)產(chǎn)品SJAIOOO、MCP2510等型號(hào)，部分單片機(jī)內(nèi)部也集成了CAN控制器，如P8XC592、MC68HC05X4、PIC18F2480等，本實(shí)用新型推薦采用單片機(jī)內(nèi)置CAN控制器，以簡化電路、提高可靠性；CAN總線驅(qū)動(dòng)電路有PCA82C250/251以及其后繼升級(jí)產(chǎn)品TJA1040、TJA1050等，推薦選用升級(jí)產(chǎn)品TJA1040,它有優(yōu)秀的EMC性能，而且在不上電狀態(tài)下有理想的無源性能，它還提供低功耗管理，支持遠(yuǎn)程喚醒；C緒控制器和C緒總線驅(qū)動(dòng)電路之間的隔離可以采用磁隔離或光隔離技術(shù)，采用磁隔離技術(shù)的電路有IL612/712，光隔離電路應(yīng)則采用高速光耦，如CNW137、HCPL0600等?？刂菩盘?hào)的隔離驅(qū)動(dòng)電路包括隔離電路和驅(qū)動(dòng)電路兩部分，其中的隔離電路也有磁隔離和光隔離兩種，磁隔離為脈沖變壓器隔離，光隔離則為光電耦合器，對(duì)光耦的速度沒有嚴(yán)格要求；驅(qū)動(dòng)電路可以采用功率開關(guān)晶體管、功率開關(guān)MOS管等；整個(gè)隔離驅(qū)動(dòng)電路也可以釆用固體繼電器。單片機(jī)電路的選擇范圍很廣，本實(shí)用新型推薦選用集成有CAN控制器的單片機(jī)，如PIC18F2480、MC68HC908等。電源轉(zhuǎn)換電路需要提供兩路低壓電源，一路供總線接口電路使用(電壓通常為5V)，另一路供其它內(nèi)部電路使用(電壓需根據(jù)電路需要而定)，這兩路電源應(yīng)相互獨(dú)立且與輸入電源隔離，以消除系統(tǒng)的影響；電源模塊可以采用采用兩塊單路輸出隔離型AC/DC轉(zhuǎn)換器，也可以采用一塊具有兩路獨(dú)立輸出電壓的隔離型AC/DC轉(zhuǎn)換器。地址設(shè)定可以采用4位撥碼開關(guān)；BIT單元可以包括模塊電源電壓極限檢測(cè)、負(fù)載接入檢測(cè)、負(fù)載短路檢測(cè)及保護(hù)等功能，其中的模塊電源電壓極限檢測(cè)推薦采用電壓極限檢測(cè)專用電路如ICL7665，負(fù)載短路檢測(cè)可以采用霍爾傳感器來檢測(cè)流過負(fù)載的電流，負(fù)載短路保護(hù)可以采用自恢復(fù)保險(xiǎn)絲。該模塊采用ll位標(biāo)識(shí)符，定義如下表:<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>其中模塊種類定義如下-ID6:ID4=010:開關(guān)量輸出模塊；ID6:ID4^其它保留用于其它種類的模塊。該模塊接收數(shù)據(jù)為l字節(jié)，按位表示各輸出端口控制數(shù)據(jù)；模塊發(fā)送數(shù)據(jù)為3字節(jié)，分別代表模塊及其各端口的自檢狀態(tài)信息。模塊接收數(shù)據(jù)采用隨機(jī)接收方式，任何時(shí)間都可以發(fā)送數(shù)據(jù)給模塊。模塊發(fā)送數(shù)據(jù)方式可以有應(yīng)答發(fā)送和隨機(jī)發(fā)送等方式。模塊工作時(shí)，實(shí)時(shí)檢測(cè)并記錄模塊及其端口的狀態(tài)，并把新檢測(cè)到的數(shù)據(jù)與上次檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，當(dāng)存在狀態(tài)變化時(shí)，則立即把新的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過CAN接口發(fā)送出去，這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式即為隨機(jī)發(fā)送。當(dāng)上層模塊對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)時(shí)，會(huì)要求模塊提供狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，模塊接到數(shù)據(jù)請(qǐng)求信息后立即發(fā)送保存的最新采集數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)發(fā)送方式即為應(yīng)答發(fā)送。以上實(shí)施例是發(fā)明人認(rèn)為比較合理的實(shí)現(xiàn)方式，對(duì)其結(jié)構(gòu)外形的改變、連接信號(hào)數(shù)量的改變、與上層控制模塊的連接方式的改變等均沒有形成對(duì)本發(fā)明的根本結(jié)構(gòu)的變化，均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)之列。權(quán)利要求1、一種基于CAN總線的開關(guān)量輸出裝置，包括殼體(1)、電路板(2)和電連接器(3)，其特征在于連接外部總線及連接現(xiàn)場傳感器的電連接器(3)分別安裝在殼體(1)的兩端，并分別與安裝于殼體底板上的電路板(2)的兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸出裝置，其特征在于所述的殼體(l)采用長方體形式，底面兩端有伸出的馬腳，用于模塊在現(xiàn)場的安裝固定；底面內(nèi)部有凸臺(tái)，用于安裝電路板(2);殼體兩端開孔，用來安裝電連接器(3),其中一端有4個(gè)開孔，用來安裝與外部總線連接的4個(gè)電連接器，另外一端的開孔數(shù)量視需要連接的被控負(fù)載的數(shù)量而定；殼體(1)具有一個(gè)可打開的上蓋，打開上蓋后可以對(duì)內(nèi)部安裝的電路板(2)進(jìn)行檢查；殼體(1)兩側(cè)面不安裝器件，用于多個(gè)模塊的組合安裝。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸出裝置，其特征在于所述的電路板(2)安裝在殼體(1)內(nèi)部的底板上，其電路包括電源轉(zhuǎn)換電路、冗余總線接口電路、CAN接口電路、單片機(jī)(包括軟件)、隔離驅(qū)動(dòng)電路、地址設(shè)定電路和機(jī)內(nèi)檢測(cè)電路(BIT)。其中，電源轉(zhuǎn)換電路將輸入的電源電壓轉(zhuǎn)化為內(nèi)部電路的工作電壓，提供給其它內(nèi)部電路；冗余總線接口電路提供內(nèi)部單路的CAN接口與外部雙路冗余的CAN總線之間的連接;CAN接口電路從冗余總線接口接收信息，把接收到的信息送給單片機(jī)；隔離驅(qū)動(dòng)電路負(fù)責(zé)將單片機(jī)送出的控制信號(hào)進(jìn)行功率放大以驅(qū)動(dòng)被控負(fù)載；地址設(shè)定電路和BIT電路直接與單片機(jī)相連接。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于CAN總線的開關(guān)量輸出裝置，其特征在于所述的電連接器(3)包括總線接口連接器和現(xiàn)場被控負(fù)載接口連接器兩部分，分別安裝于殼體(1)的兩端；其中的總線接口由總線輸入接口和總線級(jí)聯(lián)接口組成，用于模塊采用級(jí)聯(lián)的方式構(gòu)成系統(tǒng)；總線輸入接口和總線級(jí)聯(lián)接口均采用雙連接器冗余連接，使得總線接口有4個(gè)電連接器；每一個(gè)總線接口電連接器均包含模塊工作電源、CAN總線信號(hào)和CAN總線的公共電平參考，其中電源冗余采用雙線直接連接，CAN總線信號(hào)及其公共電平參考的冗余采用開關(guān)自動(dòng)切換；現(xiàn)場被控負(fù)載接口電連接器的數(shù)量視需要連接的被控負(fù)載的數(shù)量而定。專利摘要本實(shí)用新型公開了一種基于CAN接口的開關(guān)量輸出裝置，用于CAN總線控制系統(tǒng)中對(duì)電磁閥等傳統(tǒng)開關(guān)量負(fù)載的控制，包括殼體、電路板和電連接器。所述的電連接器分為連接外部總線的電連接器和連接現(xiàn)場被控負(fù)載的電連接器兩部分，分別安裝在殼體的兩端，并分別與安裝于殼體底板上的電路板兩端相連接，其中連接外部總線的電連接器采用冗余方式，可以連接兩條外部CAN總線。本實(shí)用新型采用殼體底板馬腳固定和兩端電纜連線方式，模塊安裝牢固、電纜可活動(dòng)部分短，可以工作于有振動(dòng)的場合；本實(shí)用新型的總線接口具有冗余功能，電路結(jié)構(gòu)簡單，具有很高的可靠性，可以應(yīng)用于對(duì)可靠性有苛刻要求的系統(tǒng)。文檔編號(hào)G05B19/418GK201134043SQ200720309240公開日2008年10月15日申請(qǐng)日期2007年12月29日優(yōu)先權(quán)日2007年12月29日發(fā)明者丁永春,劉志剛,劉連港,張趙來,芮光超,凱趙申請(qǐng)人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所