[发明专利]一种以太网到RS485现场总线协议转换的装置

说明书

技术领域：

本发明涉及一种电路转换装置，特别涉及一种以太网到RS485现场总线的转换装置。

背景技术：

众所周知，RS485总线是一种串行总线，采用差分信号在A、B两根线上传输；一般采用双绞线进行差分传输，所以有极强的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mV电压，因此总线长度可以达到千米以上。RS-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。RS-485/422总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。

RS485总线因为价格低廉、性能稳定和成熟度高等特点得到了广泛的应用。特别是现场的仪器仪表、电动执行机构等大量采用了RS485作为接口。有的现场设备具有双路的RS485接口，可以冗余配置，当一路接口故障/损坏时，另外一路可以马上投入运行，保证现场设备的不间断运行。

工业以太网作为以太网技术在工业上的应用，因为其速度快、接口简单、容易部署等优点，目前得到了很大的普及。以太网到各种现场总线的网关也被快速推向了市场。

发明内容：

以太网到RS485的总线网关已有多种实现：一般通过单以太网、一路或多路RS485接口来实现。这些实现方式在以太网冗余系统中就需要多台的设备，同时现场的RS485总线一般也是单总线的形式，不形成环路，对于具有冗余RS485接口的现场设备，也不能很好的进行冗余配置。鉴于上述技术问题，本发明提供了一种应用于工业现场的以太网转RS485总线的装置。该装置设有多路RS485接口，任意RS485接口可以配置为单路总线；任意两个RS485接口可以组合成一个RS485环路；任意两个RS485环路可以配置为冗余总线。该设备目前大量应用于工业现场，提高了工业现场数据采集管理的稳定性和实时性。

本发明的具体技术方案如下：

一种以太网到RS485现场总线协议转换的装置，包括2个以上CPU控制模块、多个RS485接口模块以及2个以太网交换机模块；其特征在于，所述每个以太网交换机模块分别连接每个CPU控制模块；所述多个CPU控制模块组成CPU冗余系统，任意时刻只有一个CPU控制模块具有现场总线的访问控制权；所述每个CPU控制模块中设有CPU模块和CPLD模块，CPU模块和CPLD模块之间设有多路的Uart信号输出，所述CPLD模块连接有数量与Uart信号一样路数的RS485接口模块；所述CPU模块具有3种状态：主控状态、备机状态、故障状态，CPU模块通过指令控制来向CPLD模块发送主控指示信号和复位信号；所述CPU模块正常运行于主控状态时，主控指示信号有效，CPU模块复位时，复位信号有效，当CPU模块运行于备机状态或者该CPU模块出现运行故障、复位、掉电等故障出现时，CPLD模块阻止CPU模块的Uart信号输出，从而使得其它冗余的主控CPU控制模块能够获取RS485接口模块的访问控制权。

作为优选方案，所述RS485接口模块包括RS485驱动器、光电隔离电路、防浪涌和防雷电路，一端连接CPU控制模块，另一端连接RS485现场总线。

作为优选方案，所述每个RS485接口模块在多个CPU控制模块之间共享。

作为优选方案，所述装置中设有2个以上RS485接口模块。

作为优选方案，所述每个以太网交换机模块上设有多于CPU控制模块数量1个以上的以太网接口。这样使得每个以太网交换机模块通过以太网接口分别连接CPU控制模块以外，还有多余的以太网接口就作为装置对外的以太网接口。

本发明的有益效果如下：

1、设有多路RS485接口。由于RS485是一种低速总线，一般现场部署时，速率都在19200bps左右，限制了每一路上可以连接的设备的数目。当现场设备过多时，必须采用多路的接口。

2、可利用装置中任意两个RS485接口可以组合成一个环路。RS485的环路避免了单总线方式中总线故障引起后续节点不能访问的问题。

3、可利用装置中任意两个RS485的环路可以配置为冗余环路，如图1所示。当现场设备具有冗余的RS485接口时，现场采用双环路布线，可以提高RS485总线的健壮性。当一个环路故障，有多点断开时，另一个环路可以接管现场连接。

4、装置设有双路甚至多路的以太网接口，配合现场的冗余以太网。