[发明专利]基于ANYBUS-S的PROFINET远程I/O控制装置

权利要求书

1.一种具有短路保护与自诊断功能的基于ANYBUS-S的PROFINET远程I/O控制装置，其特征在于该装置包括：

PROFINET接口单元：用于与PROFINET工业以太网之间进行数据交换；该接口单元通过控制其内部的ANYBUS-S 模块的数据总线和地址总线，完成ANYBUS-S模块的初始化，利用ANYBUS-S PN IO模块内嵌的PROFINET IO协议栈，通过Step7设置模块的IP地址、设备名和I/O大小，实现上位网络和下位I/O的数据交换，完成与PROFINET的通信，同时实现与I/O接口单元的数据交换；

I/O接口单元：与PROFINET接口单元连接，通过光耦隔离和AD、DA转换电路完成外围数字量和模拟量数据的处理；同时通过内部的输出短路保护与自诊断单元，在负载发生短路时，断开电源给予短路保护，并将短路过程中的诊断数据传送给PROFINET接口单元，待短路故障排除后，电路自动恢复工作。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述PROFINET接口单元的具体构成包括： 

微处理器AT89S52：控制ANYBUS-S模块的数据总线、地址总线，通过信箱信息的配置，完成ANYBUS-S模块的初始化和数据交换；此外，微处理器也与I/O接口单元相连，处理由I/O接口单元传送来的I/O数据；同时检测电路中是否有短路信号，即检测短路保护与自诊断单元是否工作，并将诊断信息发送到上位PLC；

ANYBUS-S模块：分别与微处理器和PROFINET连接，内嵌PROFINET IO协议栈，通过Step7设置模块的IP地址、设备名和I/O大小，且在微处理器AT89S52的控制下，完成与PROFINET的通信；

锁存器：连接在微处理器和ANYBUS-S模块之间，微处理器通过锁存器对地址进行锁存，来分别控制ANYBUS-S模块的地址总线和数据总线，完成对模块的初始化。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，微处理器AT89S52的数据总线接锁存器74HC573和ANYBUS-S的8位数据输入端，并且锁存后的输出接ANYBUS-S的低8位地址端；同时，AT89S52的数据总线分别接于2片扩展芯片8255的D0~D7，并将地址最高的两位A15和A14接8255的控制端口A0和A1，完成对I/O端口的扩展。

4.如权利要求3所述的装置，其特征在于所述的I/O接口单元包括：

DO电路：与PROFINET接口单元连接，用于将扩展芯片8255的输出信号通过光耦的隔离和电平转换控制现场装置；

DI电路：与PROFINET接口单元连接，用于将现场装置的信号经过光耦传递到另一片扩展芯片8255的输入端；

AI电路：与PROFINET接口单元连接，包括一个A/D接口电路，A/D接口电路在PROFINET接口单元中的微控制器AT89S52的控制下，将四路模拟输入信号转换成数字量，完成四路模拟信号的输入； 

AO电路：与PROFINET接口单元连接，包括一个D/A接口电路，D/A接口电路在PROFINET接口单元中的微控制器AT89S52的控制下，用于将D/A接口电路转换出的模拟量输出到现场的装置或设备，完成两路模拟信号的输出。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述的DI电路包括一个8255接口电路，该8255接口电路的I/O端口通过光耦来完成与现场装置的隔离和信号转换；所述的DO电路包括一个8255接口电路、光耦和一个输出短路保护与自诊断单元，该8255接口电路的I/O端口通过光耦连接输出短路保护与自诊断单元，来完成与现场装置的隔离、信号转换以及输出负载是否发生短路的诊断和诊断信号的传递。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述的输出短路保护与自诊断单元连接电源两端，输出短路保护与自诊断单元电路的输出端接负载；输出短路保护与自诊断单元构成包括：Vcc接P沟道MOSFET SI9433漏极D，并通过电阻接栅极G，源极S接负载后接地；同时，无触点型继电器线圈作为NPN型三极管8050中集电极的负载，它有一个常开触点和常闭触点，其中SI9433栅极经常闭触点接地，常开触点接发光二极管和单片机P1.7，来显示是否发生短路故障并将诊断信号传递给单片机P1.7端口. MOSFET的截止或导通来控制短路故障是否被切断；当发生短路时，三极管导通，可使MOSFET截止，从而避免了短路电流给负载带来的冲击；

无触点型继电器（HSR），电路发生短路时，继电器线圈带电，造成8050导通，并且它的接于AT89S52端口的常开触点闭合，形成了短路故障信号，用于进行自诊断功能；

无触点型继电器线圈接8050的集电极，并且SI9433的栅极经继电器的常闭触点接地，发光二极管接继电器的常开触点；同时，AT89S52检测发光二极管是否点亮，以判定是否发生短路，并将检测到的结果通过ANYBUS-S模块传递到PROFINET网络侧。