專利名稱：具有短路保護診斷的過程現(xiàn)場總線設備協(xié)議輸入輸出裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及計算機應用技術領域,特別是涉及-一種具有短路保護與自診斷功能的 Profibus-DP現(xiàn)場總線輸入和輸出I/O裝置。
背景技術：
目前，為了進行設備之間的通信,傳統(tǒng)的輸入/輸出IZO裝置需要通過導線將設備 外部端點與控制器端點一對一連接，這種硬接線的連接方式需要耗費大量的精力進行現(xiàn)場 組裝與調試,且隨著系統(tǒng)的復雜程度會增加大量的硬接線成本。 此外，上述傳統(tǒng)的輸入/輸出I/O裝置不具備任何保護與診斷功能,例如，在接口 電源發(fā)生短路的情況下不具有及時斷開電源的功能，且無法提供任何保護和診斷的信息，
于是一旦i/o裝置出現(xiàn)故障，維護人員需要逐一對i/o裝置中各個部件進行故障檢測，大大
影響維護人員對故障排查的效率,增加了故障排査的難度。 Prof ibus-DP現(xiàn)場總線作為一種低成本的通信總線，它將工業(yè)設備連接到網絡，從 而消除了昂貴的硬接線成本。Profibus-DP現(xiàn)場總線具有的直接互連性改善了設備間的通 信，同時Profibus-DP現(xiàn)場總線又提供了相當重要的設備級診斷功能，這些功能是現(xiàn)有的 硬接線輸入/輸出1/0裝置的I/0接口難以實現(xiàn)的。 此外，:Profibus-DP是一種簡單的網絡解決方案，它在提供多供貨商同類部件間的 互換性的同時，減少了硬接線和安裝工業(yè)自動化設備的成本和時間。Profibus-DP是一種開 放的網絡標準，其規(guī)范和協(xié)議都是開放的。供貨商將設備連接到系統(tǒng)時無需硬件、軟件或授 權付費。任何對Prof ibus-DP感興趣的人或組織都可以從Prof ibus-DP供貨商協(xié)會(ODVA) 獲得Prof ibus-DP規(guī)范，并可以加入()DVA，參加對Prof ibus-DP規(guī)范進行增補的技術工作 組。 但是，目前還沒有出現(xiàn)一種具備本發(fā)明裝置特征的具有短路保護與自診斷功能 Prof ibus-DP現(xiàn)場總線的輸入和輸出I/O裝置,其具有短路保護與自診斷功能,可以在接口 電源發(fā)生短路的情況下及時斷開電源，避免因短路電流而燒毀，并提供自診斷信息，方便維 護人員進行裝置的故障監(jiān)控和排查。
發(fā)明內容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種具有短路保護與自診斷功能的Prof ibus-DP 現(xiàn)場總線輸入和輸出IZO裝置，其具有短路保護與自診斷功能，可以在接口電源發(fā)生短路 的情況F及時斷開電源，避免因短路電流而燒毀，并提供自診斷信息，方便維護人員進行裝 置的故障監(jiān)控和排查，當短路故障排除后裝置自動恢復正常工作,本發(fā)明具有重大的實際 意義。 為此，本發(fā)明提供了 -種具有短路保護與自診斷功能的Profibus-DP現(xiàn)場總線輸 入和輸出1/0裝置，包括 Prof ibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE接口單元，用于與Prof ibus-DP現(xiàn)場總線之間進行數(shù)據(jù)通信，設置本節(jié)點的總線節(jié)點號MACID，與輸入輸出短路保護與自診斷單元之 間進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通信，以及采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元的輸入接口狀態(tài)和 輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)； 輸入輸出短路保護與自診斷單元，用于與外圍設備之間進行數(shù)據(jù)通信，在輸入接 口電路和/或輸出接口電路發(fā)生短路時，斷開電源給予短路保護，當短路故障排除后裝置 自動恢復正常工作，并將短路狀態(tài)提示給用戶。
優(yōu)選地，所述Prof ibus-DP接口單元包括有 微處理器，用于向輸入輸出短路保護與自診斷單元采集和下發(fā)現(xiàn)場數(shù)據(jù)，采集 來自輸入輸出短路保護與自診斷單元的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)，接收撥 碼開關電路所設置的本節(jié)點的總線節(jié)點號，初始化并與Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊 0EM2-SE之間進行數(shù)據(jù)通信； 撥碼開關電路，與微處理器雙向連接，用于設置本節(jié)點的總線節(jié)點號；模塊/網絡狀態(tài)指示電路與0EM2-SE連接，用于顯示模塊電源狀態(tài)以及網絡狀
態(tài)；Prof ibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE，與微處理器雙向連接，用于接收來自 Prof ibus-DP現(xiàn)場總線的報文并進行解析,將解析輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器，以及從微處 理器處獲取包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)和輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)在內的報文，將該報文 按照Profibus-DP協(xié)議規(guī)范進行打包后發(fā)送給Profibus-DP現(xiàn)場總線。
優(yōu)選地，輸入輸出短路保護與自診斷單元包括有 輸出接口電路，與微處理器雙向連接,用于接收微處理器下發(fā)輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)給 輸出接口 ，根據(jù)該輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為可接外圍通信對象的輸出接口進行供電，并在發(fā)生短 路時，斷開供電，而在短路故障排除后恢復供電； 輸入狀態(tài)診斷電路，與微處理器雙向連接，用于診斷輸入接口電路是否發(fā)生短路， 在輸入接口電路發(fā)生短路時,輸出診斷短路信號； 優(yōu)選地，所述輸入接口電路包括有功率開關芯片TS4141,該功率開關芯片TS4141 一端接外部電源，其一端接輸入接口 ，所述輸入接口可接機械開關或傳感器,所述輸入接口 接光耦PC817 ，所述光耦PC817的輸出端接三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245 ，所述三態(tài)雙向總 線收發(fā)器74LS245的輸出端接微處理器P89V51。 優(yōu)選地，所述輸出接口電路包括有三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245,所述三態(tài)雙向 總線收發(fā)器74LS245的輸入端接微處理器P89V51，其輸出端接三極管Q1的基極，所述三極 管Ql的發(fā)射極接地,所述三極管Ql的集電極接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接功 率開關芯片TS4141，該功率開關芯片TS4141 一端接外部電源，其一端接輸出接口，所述輸 出接口可接包括電磁閥、繼電器在內的多種執(zhí)行器。 優(yōu)選地，所述輸入狀態(tài)診斷電路和輸出狀態(tài)診斷電路中包括有電壓比較器LM311,所述電壓比較器LM311的負信號端接輸入接口電路或輸出接口電路的電源正端，其 正端電壓恒定，所述電壓比較器LM311的輸出端短路LED提示燈。 由以上本發(fā)明提供的技術方案可見，與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供了一種具有 短路保護與自診斷功能的Profibus-DP現(xiàn)場總線輸入和輸出I/O裝置,其具有短路保護與 自診斷功能，可以在接口電源發(fā)生短路的情況下及時斷開電源，避免因短路電流而燒毀，并 提供短路診斷提示，方便維護人員進行裝置的故障監(jiān)控和排査，當短路故障排除后裝置自 動恢復正常工作，具有重大的實際意義。
圖l為本發(fā)明提供的一種具有短路保護與自診斷功能的Profibus-DP現(xiàn)場總線輸 入和輸出1/0裝置的總體結構圖； 圖2為圖1中微處理器單片機與Prof ibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE的接口 電路圖； 圖3為撥碼開關(設置節(jié)點MAC ID)的電路圖；
圖4為模塊/網絡狀態(tài)指示燈的電路圖；
圖5輸入接口電路的電路圖；
圖6輸出接口電路的電路圖；
圖7輸入狀態(tài)診斷電路的電路圖；
圖8輸出狀態(tài)診斷電路的電路圖。
具體實施例方式
為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結合附圖和實施方式對本 發(fā)明進行說明。 圖l為本發(fā)明提供的一種具有短路保護與自診斷功能的Profibus-D:P現(xiàn)場總線輸 入和輸出1/0裝置的總體結構圖。 參見圖1 ，本發(fā)明提供了一種具有短路保護與自診斷功能的Prof ibus-DP現(xiàn)場總 線輸入和輸出1/0裝置，該裝置包括0EM2-SE接口單元101和輸入輸出短路保護與自診斷 單元102，其中 0EM2-SE接口單元101，用于與Prof ibus-DP現(xiàn)場總線之間進行數(shù)據(jù)通信，設置本 發(fā)明裝置節(jié)點的總線節(jié)點號(MAC ID)(即本節(jié)點的網絡地址)，與輸入輸出短路保護與自 診斷單元102之間進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通信，以及采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元 102的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)； 輸入輸出短路保護與自診斷單元102，與0EM2-SE接口單元101相連接，用于與外 圍設備之間進行數(shù)據(jù)通信(即輸入和輸出)，在輸入接口電路和/或輸出接口電路發(fā)生短路 時，斷開電源給予短路保護，當短路故障排除后裝置自動恢復正常工作，并將短路狀態(tài)提示 給用戶。 具體實現(xiàn)上,輸入輸出短路保護與自診斷單元102將短路狀態(tài)(輸入接口狀態(tài)和 /或輸出接口狀態(tài))通過短路提示LED燈提示給用戶。
在本發(fā)明中，所述0EM2-SE接口單元101包括有
微處理器1011，用于向輸入輸出短路保護與自診斷單元102采集和下發(fā)現(xiàn)場 數(shù)據(jù)，采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元102的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診 斷數(shù)據(jù)，接收撥碼開關電路1012所設置的本發(fā)明裝置節(jié)點的總線節(jié)點號，初始化并與 Prof ibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE1014之間進行數(shù)據(jù)通信(即數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送)。
具體實現(xiàn)上，所述微處理器1011采集輸入輸出短路保護與自診斷單元102中輸入 接口電路的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，向其中的輸出接口電路下發(fā)現(xiàn)場數(shù)據(jù)；此外，還采集來自輸入輸出短 路保護與自診斷單元102的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)； 需要說明的是，微處理器在初始上電后,所有參數(shù)的狀態(tài)都需要有一個初始值,這 樣才能在-一個初始狀態(tài)下進入正常工作狀態(tài)。在微控制器開始執(zhí)行時，需將相關參數(shù)如節(jié) 點地址、通信波特率、定時器初始記數(shù)值、通信數(shù)據(jù)配置等參數(shù)寫入微控制器，只有這樣才 能開始運行。因此需要將所有默認值通過賦值語句寫入到0EM2-SE 1014寄存器中，從而完 成初始化。 撥碼開關電路1012，與微處理器1011雙向連接，用于設置本發(fā)明裝置節(jié)點的總線 節(jié)點號(即節(jié)點網絡地址)，參見圖3，為撥碼開關電路的電路圖； 模塊/網絡狀態(tài)指示燈1013，與0EM2-SE 1014雙向連接，用于實時反映本發(fā)明裝
置節(jié)點的電源狀態(tài)及通信狀態(tài)，參見圖4，圖4為模塊/網絡狀態(tài)指示燈電路圖； Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE 1014，與微處理器1011雙向連接，用于
接收來自Prof ibus-DP現(xiàn)場總線的報文并進行解析，將解析輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器
1011，以及從微處理器1011處獲取包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)和輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)
據(jù)在內的報文，將該報文按照Prof ibus-DP協(xié)議規(guī)范進行打包后發(fā)送給Prof ibus-DP現(xiàn)場
總線； g卩向Profibus-DP現(xiàn)場總線發(fā)送符合Profibus-DP協(xié)議的報文；按照 Prof ibus-DP規(guī)范對來自Prof ibus-DP現(xiàn)場總線的報文進行判斷與過濾(即解析)，從而提 高本發(fā)明:[/()裝置的通信效率；參見圖2,圖2為微處理器1011與Profibus-DP現(xiàn)場總線 通訊模塊0EM2-SE 1014的接口電路圖。 需要說明的是，Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE 1014與Profibus-DP現(xiàn) 場總線之間的數(shù)據(jù)通信具體為所述0EM2-SE 1014接收來自Profibus-DP現(xiàn)場總線的報文 并進行解析，以及將要發(fā)送給Prof ibus-DP現(xiàn)場總線的報文進行打包，以符合Prof ibus-I)P 協(xié)議規(guī)范；0EM2-SE 1014將解析的輸出數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器1011，并從微處理1011獲取輸 入數(shù)據(jù)。 需要說明的是，在撥碼開關電路1012完成總線節(jié)點號的設置后,通過數(shù)據(jù)總線通 知給微處理器l()ll，微處理器l()ll隨即對()EM2-SE 1014的初始化程序，0EM2-SE 1014則 通過初始化的數(shù)據(jù)以及主站的連接狀態(tài)反映給模塊/網絡狀態(tài)指示燈1013，同時模塊Z網 絡狀態(tài)指示燈1013還將連接到模塊的供電總電源，顯示模塊的電源狀況。
在本發(fā)明中，輸入輸出短路保護與自診斷單元102包括有 輸入接口電路1021 ，與微處理器1 () 11雙向連接，用于為可接外圍通信對象的輸入 接口進行供電，向微處理器1011提供輸入接口所輸入的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并在發(fā)生短路時，斷開 供電，而在短路故障排除后恢復供電； 輸出接口電路1022,與微處理器1011雙向連接，用于接收微處理器1011下發(fā)輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)給輸出接口 ，根據(jù)該輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為可接外圍通信對象的輸出接口進行供 電，并在發(fā)生短路時，斷開供電，而在短路故障排除后恢復供電； 參見圖5、圖6,圖示輸入接口電路1021和輸出接口電路1022中的TS4141為智能 高端功率開關芯片，最大可提供2A負載電流，TS4141自身帶有短路保護電路、過流保護、過 壓保護等功能。當模塊接口短路時，TS4141內部集成的檢測電路會自動保護模塊電路，斷 開電源，而當短路故障排除時，TS4141能立即恢復供電，使接口能正常工作。
輸入接口電路如圖5所示，所述輸入接口電路1021包括有功率開關芯片TS4141， 該功率開關芯片TS4141 —端接外部電源,其一端接輸入接口，所述輸入接口可接機械開關 或傳感器，所述輸入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接三態(tài)雙向總線收發(fā)器 74LS245，所述三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245的輸出端接微處理器P89V51。
如圖5所示，外部的24V電源通過智能高端功率開關芯片TS4141給輸入接口 (Header3)供電，輸入接口可接機械開關或傳感器等外圍通信對象，該輸入接口接光耦 PC817，當機械開關閉合或傳感器動作時，光耦PC817導通，光耦PC817的輸出端輸出高電 平，通過三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245可以實現(xiàn)與微處理器P89V51進行數(shù)據(jù)的雙向傳輸， 最終外圍通信對象的8路輸入數(shù)據(jù)(開關量)由微處理器通過選通74LS245進行采集。
輸出接口電路如圖6所示，所述輸出接口電路1022包括有三態(tài)雙向總線收發(fā)器 74LS273，所述三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS273的輸入端接微處理器P89V51，其輸出端接三極 管Q1的基極，所述三極管Q1的發(fā)射極接地，所述三極管Q1的集電極接光耦PC817，所述光 耦PC817的輸出端接功率開關芯片TS4141，該功率開關芯片TS4141 —端接外部電源，其一 端接輸出接口 ，所述輸出接口可接包括電磁閥、繼電器在內的多種執(zhí)行器。
如圖6所示，外部的24V電源通過智能高端功率開關芯片TS4141給輸出接口供 電，輸出接口可接電磁閥、繼電器等執(zhí)行器(即外圍通信對象)。D觸發(fā)器74LS273可實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的鎖存。微處理器輸出數(shù)據(jù)時,微處理器只需給74LS273的時鐘端提供一個上升跳邊沿， 數(shù)據(jù)總線上的輸出數(shù)據(jù)既鎖存在74LS273的輸出端。輸出信號為高電平時，三極管Q19013 導通，從而光耦PC817導通，TS4141的開關信號輸入端被激活，TS4141開啟，從而為輸出接 口 (Header 2)供電，驅動電磁閥、繼電器等外圍通信對象。 輸入狀態(tài)診斷電路1023,與微處理器1011雙向連接，用于診斷輸入接口電路1021 是否發(fā)生短路，在輸入接口電路1021發(fā)生短路時，輸出短路診斷信號給微處理器1011 ;
輸出狀態(tài)診斷電路1024，與微處理器1011雙向連接，用于診斷輸出接口電路1022 是否發(fā)生短路，在輸出接口電路1022發(fā)生短路時，輸出短路診斷信號給微處理器1011 ;
圖7、圖8分別為輸入狀態(tài)電路和輸出狀態(tài)診斷電路，如圖7和圖8所示，LM311為 高精度的電壓比較器，當其正信號端電壓大于負信號端電壓時，其輸出端輸出高電平，當其 負信號端電壓大于正信號端電壓時,其輸出端輸出低電平。圖7、圖8中，所述電壓比較器 LM311的負信號端接輸入接口電路1021或輸出接口電路1022的電源正端，其正端電壓恒 定，所述電壓比較器LM311的輸出端接光耦PC817,所述光耦PC817的輸出端接三態(tài)雙向總 線收發(fā)器7禮S245，所述三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245的輸出端接微處理器P89V51。
在本發(fā)明中，輸入接口電路1021和輸出接口電路1022的電源正端接電壓比較 器LM311的負信號端，24V電壓經過10K、30K電阻分壓后接LM311正信號端，正端電壓恒為 18V。因此，當輸入接口電路1021發(fā)生短路時，TS4141處于保護狀態(tài),輸入接口電路1021的電源正端接地，電源工作指示LED燈DS 1熄滅。電壓比較器LM311的負信號端接地，由于 電壓比較器LM311的正端接18V的基準電壓，電壓比較器LM311輸出高電平，此時短路提示 LED燈DS2導通指示通道短路。 當短路故障排除時，TS4141自動恢復工作狀態(tài)，電源工作LEI)燈I)Sl導通，電壓比 較器LM311由于負信號端電壓大于正信號端電壓，輸出低電平，短路提示燈DS2熄滅，表明 輸入通道正常。 同理，當輸出接口電路1022發(fā)生短路時，電源工作提示燈DS4熄滅，電壓比較器
LM311輸出高電平，控制短路提示LED燈DS3導通。當短路故障排除時，電源工作提示燈DS4
導通，電壓比較器LM311輸出低電平，短路提示燈DS3熄滅,表明輸出通道正常。 具體實現(xiàn)上，本發(fā)明提供的基于Prof ibus-DP現(xiàn)場總線輸入輸出I/O裝置，首先應
用微處理器單片機1011讀取外圍的撥碼開關量，通過撥碼開關電路1012進行本裝置節(jié)點
的MAC ]:D(節(jié)點地址號)，通過模塊/網絡狀態(tài)指示燈1013顯示模塊的電源狀態(tài)與網絡狀態(tài)。 然后，微處理器1011通過輸入接口電路1021采集輸入現(xiàn)場數(shù)據(jù)，而通過輸入狀態(tài) 診斷電路1023可診斷輸入接口電路是否短路,微處理器1011通過輸入狀態(tài)診斷電路1023 采集關于輸入接口電路1021的輸入接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)；輸出狀態(tài)診斷電路1024可診斷輸 出接口電路1022是否短路，微處理器1011通過輸出狀態(tài)診斷電路采集關于該輸出接口電 路1022的輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)。Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE 1014可自動 完成所有的Profibus-DP總線協(xié)議,將所要發(fā)送的數(shù)據(jù)根據(jù)Profibus-DP協(xié)議格式進行封 裝，并向總線發(fā)送，以及接收總線上的數(shù)據(jù)，并對該數(shù)據(jù)按照Profibus-DP協(xié)議進行解析， 提取數(shù)據(jù)并向通過輸出接口電路1021向外圍的現(xiàn)場設備下發(fā)。 本發(fā)明在上述過程中，微處理器1011首先讀取外圍撥碼開關數(shù)值進行節(jié)點MAC ID的設置，隨后初始化Prof ibus DP對象屬性、初始化Prof ibus-DP通信參數(shù)、設置定時器 和0EM2-SE通訊模塊，從而完成設備初始化過程。然后進行Prof ibus-DP配置、組態(tài)，再通過 Prof ibus-DP總線配置、組態(tài)之后，節(jié)點就連上了 Prof ibus-DP總線。連上了 Prof ibus-DP 總線，模塊就進入無限的數(shù)據(jù)循環(huán)交換狀態(tài)。 對于上述本發(fā)明提供的裝置，該裝置在輸入或者輸出接口電路發(fā)生短路時，參見
圖5、圖6，能夠立即斷開通路，能夠有效地保護模塊的其他電子元件不會因短路而燒毀。結
合圖7、圖8所示的電路，在短路時可以發(fā)出報警信號，提示工作人員能夠盡快排除斷路故
障。此外，當短路故障排除后可以立即自動恢復工作狀態(tài)，本發(fā)明的短路保護采用電子式短
路保護，具有響應速度快,短路時功耗小的優(yōu)點，并且電路簡單,成本低廉。 對于本發(fā)明提供的裝置，在總線通信設計中，采用了 Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊
模塊0EM2-SE作為控制本裝置總線行為的專用模塊，從而使總線報文處理與單片機數(shù)據(jù)采
集的任務相分離，為以后的功能擴展提供了較大空間，同時增強了系統(tǒng)的可移植性。在短路
保護功能設計中，輸入輸出接口采用光耦，運放，發(fā)光二極管等元件實現(xiàn)1/0接口的短路保
護功能，當接口發(fā)生短路時，能夠及時斷開電路,保護Block ]:/()模塊，防止其因短路而損
壞，同時故障燈發(fā)光報警，同時實現(xiàn)在故障排除后自動恢復原正常工作狀態(tài)。 上述本發(fā)明裝置具有的輸入和輸出狀態(tài)診斷電路，可以在輸入輸出端口發(fā)生短路
故障時,對用戶發(fā)出報警提示，從而使在現(xiàn)場工作條件較差的情況下,對經常造成模塊輸入、輸出端短路，負載裝置短路等引起嚴重電源短路的故障實現(xiàn)有效的診斷與保護。 綜....匕所述，與現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明提供了一種具有短路保護與自診斷功能的
Profibus-DP現(xiàn)場總線輸入和輸出I/O裝置,其具有短路保護與自診斷功能，可以在接口電
源發(fā)生短路的情況下及時斷開電源，避免因短路電流而燒毀，并提供自診斷信息，方便維護
人員進行裝置的故障監(jiān)控和排查，當短路故障排除后裝置自動恢復正常工作，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,應當指出，對于本技術領域的普通技術人 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 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種具有短路保護與自診斷功能的Profibus-DP現(xiàn)場總線輸入和輸出I/O裝置，其特征在于，包括Profibus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊OEM2-SE接口單元，用于與Profibus-DP現(xiàn)場總線之間進行數(shù)據(jù)通信，設置本節(jié)點的總線節(jié)點號MACID，與輸入輸出短路保護與自診斷單元之間進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通信，以及采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)；輸入輸出短路保護與自診斷單元，用于與外圍設備之間進行數(shù)據(jù)通信，在輸入接口電路和/或輸出接口電路發(fā)生短路時，斷開電源給予短路保護，當短路故障排除后裝置自動恢復正常工作，并將短路狀態(tài)提示給用戶。
2. 如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述Profibus-DP接口單元包括有 微處理器，用于采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元的輸入數(shù)據(jù)并下發(fā)輸出數(shù)據(jù)，采集來自輸入輸出短路保護與自診斷單元102的輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù) 據(jù)，接收撥碼開關電路所設置的本節(jié)點的總線節(jié)點號，初始化并與:Profibus-DP現(xiàn)場總線 通訊模塊0EM2-SE之間進行數(shù)據(jù)通信；撥碼開關電路，與微處理器雙向連接，用于設置本節(jié)點的總線節(jié)點號； 模塊/網絡狀態(tài)指示電路與0EM2-SE連接，用于顯示模塊電源狀態(tài)以及網絡狀態(tài)； Prof i bus-DP現(xiàn)場總線通訊模塊0EM2-SE,與微處理器雙向連接，用于接收來自 Profibus-DP現(xiàn)場總線的報文并進行解析,將解析輸出的數(shù)據(jù)發(fā)送給微處理器，以及從微處 理器處獲取包括現(xiàn)場數(shù)據(jù)和輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)在內的報文，將該報文 按照Profibus-DP協(xié)議規(guī)范進行打包后發(fā)送給Profibus-DP現(xiàn)場總線。
3. 如權利要求2所述的裝置，其特征在于,輸入輸出短路保護與自診斷單元包括有 輸入接口電路，與微處理器雙向連接，用于為可接外圍通信對象的輸入接口進行供電，向微處理器提供輸入接口所輸入的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，并在發(fā)生短路時，斷開供電，而在短路故障排 除后恢復供電；輸出接口電路，與微處理器雙向連接，用于接收微處理器下發(fā)輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)給輸出 接口，根據(jù)該輸出的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，為可接外圍通信對象的輸出接口進行供電，并在發(fā)生短路 時，斷開供電，而在短路故障排除后恢復供電；輸入狀態(tài)診斷電路,用于診斷輸入接口電路是否發(fā)生短路,在輸入接口電路發(fā)生短路 時,輸出診斷短路信號給微處理器；輸出狀態(tài)診斷電路，與微處理器雙向連接，用于診斷輸出接口電路是否發(fā)生短路,在輸 出接口電路發(fā)生短路時，輸出短路診斷信號給微處理器。
4. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于,所述輸入接口電路包括有功率開關芯片 TS4141,該功率開關芯片TS4141 —端接外部電源，其一端接輸入接口 ，所述輸入接口可接 機械開關或傳感器，所述輸入接口接光耦PC817，所述光耦PC817的輸出端接三態(tài)雙向總線 收發(fā)器74LS245，所述三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245的輸出端接微處理器P89V51。
5. 如權利要求3所述的裝置，其特征在于,所述輸出接口電路包括有三態(tài)雙向總線收 發(fā)器74LS245,所述三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS245的輸入端接微處理器P89V51 ，其輸出端接 三極管Q1的基極，所述三極管Q1的發(fā)射極接地,所述三極管Q1的集電極接光耦PC817，所 述光耦PC817的輸出端接功率開關芯片TS4141，該功率開關芯片TS4141 —端接外部電源，其-一端接輸出接口，所述輸出接口可接包括電磁閥、繼電器在內的多種執(zhí)行器。
6.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述輸入狀態(tài)診斷電路和輸出狀態(tài)診斷電 路中包括有電壓比較器LM311，所述電壓比較器LM311的負信號端接輸入接口電路或輸出 接口電路的電源正端，其正端電壓恒定，所述電壓比較器LM311的輸出端接短路LED提示 燈。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有短路保護與自診斷功能的Profibus-DP現(xiàn)場總線輸入和輸出I/O裝置，包括OEM2-SE接口單元，用于與Profibus-DP現(xiàn)場總線之間進行數(shù)據(jù)通信，設置本節(jié)點的總線節(jié)點號，與輸入輸出短路保護與自診斷單元之間進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)的通信，以及采集輸入接口狀態(tài)和輸出接口狀態(tài)診斷數(shù)據(jù)；輸入輸出短路保護與自診斷單元，用于與外圍設備之間進行數(shù)據(jù)通信，在輸入接口電路和/或輸出接口電路短路時，斷開電源給予短路保護，并顯示輸入接口狀態(tài)和/或輸出接口狀態(tài)。本發(fā)明的Profibus-DP裝置具有短路保護與自診斷功能，可在接口電源發(fā)生短路時斷開電源并提供自診斷信息，當短路故障排除后自動恢復工作。
文檔編號H04L12/40GK101707482SQ20091006992
公開日2010年5月12日 申請日期2009年7月29日 優(yōu)先權日2009年7月29日
發(fā)明者倪建云, 馮亮, 朱文強, 賈超, 陳在平 申請人:天津理工大學