專利名稱：一種快連鎖控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種適用于大型控制系統(tǒng)中對連鎖保護(hù)時間有苛刻要求以及靈活配置要求的快連鎖控制器。
背景技術(shù)：
連鎖保護(hù)系統(tǒng)是現(xiàn)代大型分布式控制系統(tǒng)中重要的組成部分之一，目前國內(nèi)外比較流行的方式是采用PLC來實現(xiàn)控制流程和部件間的安全連鎖邏輯，從而達(dá)到保護(hù)關(guān)鍵設(shè)備的目的。但是傳統(tǒng)PLC —般響應(yīng)時間在幾十ms級別甚至更長，無法滿足那些對時間有苛刻要求的快連鎖保護(hù)系統(tǒng)需要。以國家大科學(xué)裝置上海光源的EPICS控制系統(tǒng)為例，由于光束線站的真空快泄露 連鎖保護(hù)系統(tǒng)要求響應(yīng)時間在苛刻的Ims量級，一般的PLC無法滿足需要。因此，類似的國內(nèi)外裝置中，都采用定制的硬件電路來實現(xiàn)固定的連鎖邏輯。然而，一旦連鎖邏輯發(fā)生改變，此類硬件線路需要開發(fā)人員重新設(shè)計，因此存在價格昂貴，制造周期長等缺陷。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)，特別是嵌入式軟硬件模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化以及FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)的發(fā)展，為人們提供了一種設(shè)計可重構(gòu)快連鎖控制器的可能。

實用新型內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本實用新型旨在提供一種基于CPCI (緊湊型PCI)總線的多路I/O可動態(tài)重構(gòu)的快連鎖控制器，以實現(xiàn)快速連鎖功能，并有效降低制造成本，縮短制造周期。本實用新型所述的一種快連鎖控制器，它包括多路I/O端口，其通過一通道連接器接收外圍輸入的連鎖信號；用于存儲連鎖邏輯配置文件的EEPROM(Electrically Erasable ProgrammableRead-Only Memory,電可擦可編程只讀存儲器)；分別與所述多路I/O端口以及EEPROM連接的FPGA芯片，其讀取所述連鎖邏輯配置文件，并根據(jù)所述連鎖信號，控制所述多路I/o端口的輸出狀態(tài)；以及與所述FPGA芯片連接的CPCI接口芯片，其依次通過一 CPCI連接器以及外圍嵌入式工業(yè)單板機與外圍上位機連接。在上述的快連鎖控制器中，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的電源模塊。在上述的快連鎖控制器中，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的復(fù)位芯片。在上述的快連鎖控制器中，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的配置芯片。在上述的快連鎖控制器中，所述控制器還包括與所述CPCI接口芯片連接的配置PIiOM0在上述的快連鎖控制器中，所述控制器還包括與所述CPCI接口芯片以及FPGA芯片連接的時鐘模塊。由于采用了上述的技術(shù)解決方案，本實用新型通過采用FPGA芯片，在多路I/O端口接收到連鎖信號后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的連鎖邏輯配置文件快速對多路I/O端口的輸出狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)了快速連鎖功能；同時，通過CPCI接口芯片，即采用標(biāo)準(zhǔn)的CPCI總線，還可以將多路I/O端口的輸入輸出信號更新后的狀態(tài)通過中斷方式回饋到與CPCI連接器相連接的外圍嵌入式工業(yè)單板機，進(jìn)而可以反饋到更上層上位機的人機界面；同理，用戶也可以自行通過上位機對FPGA芯片內(nèi)部的邏輯，包括多路I/O端口的多個輸入輸出通道之間的邏輯關(guān)系，進(jìn)行動態(tài)重構(gòu)定義，從而避免了通常繁瑣的FPGA硬件編程，適用于各種需要修改連鎖邏輯的控制系統(tǒng)。另外，由于整個控制器對于外部信號的響應(yīng)時間完全由硬件電路實現(xiàn)，因此可達(dá)到幾十us量級，適合各種對連鎖時間要求有著嚴(yán)格限制的高端連鎖控制系統(tǒng)。

圖I是本實用新型一種快連鎖控制器的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖，給出本實用新型的較佳實施例，并予以詳細(xì)描述。如圖I所示，本實用新型，即一種快連鎖控制器，它包括多路I/O端口 1，其通過一通道連接器2接收外圍輸入的連鎖信號；用于存儲連鎖邏輯配置文件的EEPROM 3 ；分別與多路I/O端口 I以及EEPROM 3連接的FPGA芯片4，其讀取連鎖邏輯配置文件，并根據(jù)連鎖信號，控制多路I/O端口 I的輸出狀態(tài)；以及與FPGA芯片4連接的CPCI接口芯片5，其依次通過一 CPCI連接器6以及外圍嵌入式工業(yè)單板機7與外圍上位機(圖中未示)連接。本實用新型的快連鎖控制器還包括分別與FPGA芯片4連接的電源模塊8、復(fù)位芯片9和配置芯片10 ;與CPCI接口芯片5連接的配置PROM 11 ;以及與CPCI接口芯片5和FPGA芯片4連接的時鐘模塊12。本實用新型的工作原理如下本控制器上電后，F(xiàn)PGA芯片4從EEPROM 3中讀出連鎖邏輯配置文件，根據(jù)該配置文件，設(shè)定多路I/o端口 I的輸入輸出狀態(tài)以及相應(yīng)邏輯關(guān)系。當(dāng)多路I/O端口 I的輸入端口代表的外界信號，即連鎖信號電平發(fā)生變化時，F(xiàn)PGA芯片4根據(jù)內(nèi)置的邏輯關(guān)系，在幾十us量級的響應(yīng)時間內(nèi)，改變多路I/O端口 I的輸出端口電平，從而實現(xiàn)快速連鎖功能。同時，F(xiàn)PGA芯片4通過特定的引腳將中斷信號通過CPCI接口芯片5和CPCI連接器6，即通過CPCI總線發(fā)送給與之相連的嵌入式工業(yè)單板機7，通過嵌入式工業(yè)單板機7上的LINUX驅(qū)動程序，經(jīng)由TCP/IP協(xié)議，傳輸回上位機，更新連鎖狀態(tài)顯示。當(dāng)用戶需要更改連鎖邏輯時，不再需要重新設(shè)計電路或者現(xiàn)場通過JTAG下載程序到FPGA中，只需要在上位機將邏輯表通過嵌入式工業(yè)單板機7傳輸給FPGA芯片4，F(xiàn)PGA芯片4將自動完成新的邏輯程序的更新。本實施例中，嵌入式工業(yè)單板機7具備CPCI接口，S卩，可通過標(biāo)準(zhǔn)CPCI總線與控制器連接，從而提高了本控制器的穩(wěn)定性和延展性；另外，嵌入式工業(yè)單板機7的驅(qū)動程序開發(fā)采用符合LINUX 2. 6版本內(nèi)核標(biāo)準(zhǔn)的DRIVER，并以模塊形式加載到嵌入式工業(yè)單板機7上運行的系統(tǒng)內(nèi)核中；多路I/O端口 I包括128個獨立的I/O通道，用戶可以通過嵌入式工業(yè)單板機7將這些通道設(shè)置成輸入和輸出兩種狀態(tài)，同時可以修改輸入通道和輸出通道的關(guān)聯(lián)，從而克服了一般硬件線路固定輸入輸出的缺點，具備更多的靈活性。本實施例中，F(xiàn)PGA芯片4采用ALTERA公司的EP2C35型芯片，實現(xiàn)了多路I/O端口I中每個通道的輸入輸出狀態(tài)可以由用戶設(shè)定而不受硬件限制；具體方法如下采用FPGA的兩個管腳(一個作為輸入，一個作為輸出)對應(yīng)一路通道；以當(dāng)前通道設(shè)置為輸出為例，用戶只需使能兩路管腳中的輸出管腳，屏蔽另外一路輸入管腳即可實現(xiàn)，還可以通過特別增加的二極管電路有效防止電流的倒灌，避免損害硬件的情況發(fā)生；每個輸出通道最高可對應(yīng)127個輸入通道，考慮到連鎖安全要求，所有輸入通道都是以高電平為有效的，設(shè)輸出通道X對應(yīng)的有效輸入通道為NX，NX為8*16bit數(shù)，有效的輸入通道位為1，其余為0;ΝΧ可以存儲到EEPROM 3中。本實施例中，通道連接器2可采用SCSI68芯插座，EEPROM 3可選用93LC86B型芯片，CPCI接口芯片5可采用PCI9056型芯片，CPCI連接器6可采用PC104+型接頭插座，配置芯片10可選用EPCS16型芯片，配置PROMll可選用93LC56B型芯片。 綜上所述，本實用新型闡述的快連鎖保護(hù)器安裝在光源快連鎖保護(hù)系統(tǒng)中，可滿足快連鎖系統(tǒng)對于us級響應(yīng)時間的需求，同時可快速方便更改連鎖邏輯，避免了需要重新設(shè)計電路周期長，設(shè)計復(fù)雜等缺點，從而為進(jìn)一步提高快連鎖保護(hù)系統(tǒng)性能，指明了方向。以上所述的，僅為本實用新型的較佳實施例，并非用以限定本實用新型的范圍，本實用新型的上述實施例還可以做出各種變化。即凡是依據(jù)本實用新型申請的權(quán)利要求書及說明書內(nèi)容所作的簡單、等效變化與修飾，皆落入本實用新型專利的權(quán)利要求保護(hù)范圍。本實用新型未詳盡描述的均為常規(guī)技術(shù)內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器包括 多路I/o端口，其通過一通道連接器接收外圍輸入的連鎖信號； 用于存儲連鎖邏輯配置文件的EEPROM ； 分別與所述多路I/O端口以及EEPROM連接的FPGA芯片，其讀取所述連鎖邏輯配置文件，并根據(jù)所述連鎖信號，控制所述多路I/O端口的輸出狀態(tài)；以及 與所述FPGA芯片連接的CPCI接口芯片，其依次通過一 CPCI連接器以及外圍嵌入式工業(yè)單板機與外圍上位機連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的電源模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的復(fù)位芯片。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述FPGA芯片連接的配置芯片。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述CPCI接口芯片連接的配置PR0M。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的快連鎖控制器，其特征在于，所述控制器還包括與所述CPCI接口芯片以及FPGA芯片連接的時鐘模塊。
專利摘要本實用新型涉及一種快連鎖控制器，它包括多路I/O端口，其通過一通道連接器接收外圍輸入的連鎖信號；用于存儲連鎖邏輯配置文件的EEPROM；分別與所述多路I/O端口以及EEPROM連接的FPGA芯片，其讀取所述連鎖邏輯配置文件，并根據(jù)所述連鎖信號，控制所述多路I/O端口的輸出狀態(tài)；以及與所述FPGA芯片連接的CPCI接口芯片，其依次通過一CPCI連接器以及外圍嵌入式工業(yè)單板機與外圍上位機連接。本實用新型通過采用FPGA芯片，在多路I/O端口接收到連鎖信號后，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的連鎖邏輯配置文件快速對多路I/O端口的輸出狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)改變，從而實現(xiàn)了快速連鎖功能。
文檔編號G05B19/05GK202563308SQ201220146348
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者蔣舸揚, 陳建鋒, 劉亞娟, 沈立人, 方文定 申請人:中國科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所