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BRAD PC104-DPIO DRL-DPM-BKF

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详情介绍

BRAD PC104-DPIO (部件号:DRL-DPIM-BKF) 是布雷德(BRAD, Brad Company)推出的一款符合 PC/104 标准的嵌入式PROFIBUS DP主站通信接口卡。该模块专为空间受限、要求高可靠性的嵌入式工业计算机系统设计,允许系统集成商在紧凑的PC/104栈叠式架构中,轻松增加完整的 PROFIBUS DP-V0/V1主站功能,实现对广泛分布的PROFIBUS DP从站设备(如远程I/O、驱动器、传感器等)的集中控制和数据交换。

应用场景:

在德国某高端印刷机械制造商的中央印刷单元控制系统中,空间极度紧凑,但需要实时控制数十个色组的伺服驱动器、墨键电机和上千个I/O点。传统的大型PLC加扩展卡的方案无法满足安装尺寸要求。工程师采用了基于 PC/104架构的嵌入式工业控制器 作为核心。通过在主板栈叠上加入 BRAD PC104-DPIO (DRL-DPIM-BKF) 模块,这个小小的“嵌入式大脑”瞬间获得了强大的现场总线连接能力。PC104-DPIO 作为主站,通过一条PROFIBUS DP总线,高效轮询连接在网段上的所有伺服驱动器(支持PROFIdrive行规)和分布式I/O站(ET 200S)。它将复杂的运动控制指令分发出去,并实时采集各色组的实际位置、压力、温度等数据。凭借PC/104总线的直接内存映射访问和模块的高性能ASIC处理芯片,总线周期被优化到极致,确保了所有色组在高达每分钟600米的印刷速度下依然保持严格的同步精度,完美解决了空间、性能与成本的三重挑战。

核心参数速览:

主要参数
数值/说明
产品名称/系列
PC104-DPIO
部件号/型号
DRL-DPIM-BKF
制造商
Brad Company (BRAD)
产品类别
PC/104总线式PROFIBUS DP主站通信卡
总线标准
PC/104 (8位/16位 ISA兼容总线),采用标准的栈叠式连接器。
现场总线协议
PROFIBUS DP,符合 EN 50170 标准,支持 DP-V0DP-V1 主站功能。
波特率
自动检测或手动设置,支持 9.6 Kbps 至 12 Mbps 全范围标准波特率。
最大从站数
支持最多 125个 PROFIBUS DP从站(受总线负载和波特率限制)。
最大I/O数据量
典型配置下,输入+输出数据总量可达 244字节 x 2(取决于固件和配置),满足中等规模系统需求。
处理器/控制器
集成专用的 PROFIBUS ASIC 协议芯片(如西门子SPC3或同类),卸载主CPU负担。
通信接口
1个 9针 D-Sub 母头 (符合PROFIBUS标准),用于连接总线电缆。
电气隔离
PROFIBUS接口具有电气隔离(通常500V),有效保护嵌入式主机免受现场侧干扰和浪涌影响。
诊断指示
板载LED指示灯,显示电源、总线活动、通讯错误等状态。
驱动程序与API
提供针对不同操作系统(如 DOS, Windows, Linux, VxWorks, QNX)的设备驱动程序和丰富的C语言API函数库,便于集成开发。
配置工具
通常随附或推荐使用通用的PROFIBUS主站配置工具(如西门子STEP 7硬件组态),或BRAD提供的专用工具,用于组态从站和定义数据交换区。
工作温度
工业级宽温:通常 -40°C 至 +85°C(商业级版本范围较小),适用于恶劣环境。
供电
通过PC/104总线从主机板获取 +5V DC 电源。

技术原理与创新价值:

BRAD PC104-DPIO 的核心价值在于其将成熟稳定的PROFIBUS DP主站功能,以高度集成、可靠的形式融入模块化嵌入式计算标准。
  • 创新点1:PC/104标准的极致紧凑化与模块化集成。 PC104-DPIO 完美遵循 PC/104 标准(外形尺寸:90mm x 96mm),采用独特的栈叠式(Stack-through)连接方式。这使得它可以直接物理堆叠在PC/104 CPU主板上,无需电缆、背板或额外插槽,构建出极度紧凑、坚固且抗振的“三明治”式嵌入式系统。这种设计特别适合空间受限的OEM设备(如医疗仪器、移动机械、航空电子),将强大的工业网络功能无缝集成到设备内部。
  • 创新点2:硬件协议处理与主机负载卸载。 模块集成了专用的 PROFIBUS ASIC协议处理芯片。这块芯片独立处理PROFIBUS DP总线的底层报文、令牌管理和数据循环,与主CPU通过双端口RAM或内存映射寄存器进行高效数据交换。这意味着主CPU只需读写指定的内存区域,即可完成与整个PROFIBUS网络的交互,极大地减轻了主CPU的通信负担,确保了实时控制任务的确定性和高性能。
  • 创新点3:跨平台的软件支持与灵活的集成方式。 BRAD为 PC104-DPIO 提供了广泛的操作系统驱动支持和丰富的软件API。无论是运行裸机程序、实时操作系统(RTOS)还是通用桌面OS,开发者都能找到合适的接口进行集成。通常,它提供两种集成模式:一是透明I/O模式,将PROFIBUS从站的数据直接映射到主机内存的输入/输出映象区,编程如同访问本地I/O;二是API函数库模式,提供更灵活的总线管理、诊断和高级功能调用。这种灵活性使其能轻松融入各类定制化的嵌入式应用架构。

应用案例与行业价值:

在韩国一家半导体测试分选机(Handler)制造商的设备中,核心的运动控制器采用了基于 PC/104总线的多核CPU板,而设备需要与数十个执行精密定位的直线电机模组(自带PROFIBUS接口驱动器)和上百个传感器进行高速数据交互。
  • 应用流程: 在PC/104计算栈中,除CPU板外,专门堆叠了 BRAD PC104-DPIO (DRL-DPIM-BKF) 模块。在VxWorks实时操作系统下,工程师调用其API库,初始化并配置了一个包含60个从站(电机驱动器+远程I/O头)的PROFIBUS DP网络,波特率设为12 Mbps。控制器中的运动规划任务将计算出的各轴位置指令写入 PC104-DPIO 映射的共享内存输出区,而 PC104-DPIO 则自动、周期性地将这些指令下发,并读取各轴的实时位置和状态反馈至输入区,供控制环读取。
  • 带来的改进: 该方案替代了原本需要外置大型PLC的方案,将控制系统的体积减小了70%。得益于 PC104-DPIO 的高效协议处理和PC/104总线的直接内存访问,总线循环时间小于2ms,满足了设备对高吞吐量和低延迟的苛刻要求。系统的模块化设计也使得维护和升级变得非常简便。
  • 用户评价: 设备研发负责人表示:“BRAD的PC104-DPIO卡是我们实现高度集成化控制的关键。 它让我们可以在一个信用卡大小的空间里,获得与大型工业PLC相媲美的PROFIBUS网络性能。其稳定性和丰富的软件支持,大大缩短了我们的底层驱动开发时间,使我们能更专注于核心的测试算法优化。”

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相关产品组合方案:

BRAD PC104-DPIO 作为嵌入式PROFIBUS DP主站解决方案的核心,通常与以下产品构建完整系统:
  1. PC/104 CPU主板:如来自 Advanced, VersaLogic, Octagon Systems 等供应商的x86或ARM架构主板,作为系统的运算核心。
  2. 其他PC/104功能模块:如 多功能I/O卡以太网卡运动控制卡等,与 PC104-DPIO 堆叠,扩展系统功能。
  3. PROFIBUS DP从站设备:包括但不限于:西门子ET 200系列分布式I/O变频器与伺服驱动器(如西门子SIMOTION, 丹佛斯FC系列)PROFIBUS传感器/执行器等。
  4. PROFIBUS网络组件总线连接器(带终端电阻)、中继器/光链路模块(扩展距离)、Profibus电缆
  5. BRAD其他现场总线PC/104卡:如 PC104-DPIO 的姊妹产品,可能支持 DeviceNet, CANopen, Modbus 等协议,用于构建多网络混合系统。
  6. 实时操作系统(RTOS):如 VxWorks, QNX, INTEGRITY, Linux with RT-Preempt 等,配合BRAD提供的驱动运行确定性控制任务。
  7. 集成开发环境(IDE)与编译器:用于开发运行在主机CPU上的应用程序。
  8. PC/104机箱与电源(可选):对于需要额外保护和集成的应用,可将整个PC/104栈安装到加固型机箱中,并提供稳定的工业电源。

安装维护与全周期支持:

安装 PC104-DPIO 非常简单:在系统断电状态下,将其对准下方PC/104模块的栈叠连接器,平稳垂直压下即可,确保所有插针接触良好。通常需要使用塑料支撑柱金属支架将整个PC/104栈固定,防止振动导致连接松动。PROFIBUS DP电缆连接到其9针D-Sub接口,并确保网络两端从站的终端电阻开关置于“ON”。
调试分为硬件和软件两部分。硬件上,需确保PC/104栈供电正常,模块LED指示正常。软件上,需首先安装正确的设备驱动程序,然后使用配置工具(如西门子的STEP 7硬件组态)导入从站的GSD文件,完成网络组态,生成硬件配置文件供应用程序调用。


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