專利名稱：連接高速以太網(wǎng)與profibus－dp/pa總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)化本過程控制領(lǐng)域，特別連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元。
背景技術(shù)：
2000年初，IEC 61158在原FF技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上接納了Profibus等7種總線的規(guī)范形成了一個(gè)完整的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，為多種現(xiàn)場(chǎng)總線并存和發(fā)展鋪平了道路。多種現(xiàn)場(chǎng)總線的出現(xiàn)導(dǎo)致了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的變革，如何組建一個(gè)開放的、信息集成化的多總線并存的控制系統(tǒng)成為當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域重點(diǎn)研究課題。要達(dá)到多總線信息集成，關(guān)鍵必須解決各種現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段之間、現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段與其它網(wǎng)段之間的信息交換問題。因此，研究和開發(fā)符合過程實(shí)時(shí)控制需要的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元是完成現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)集成的首要解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種將現(xiàn)場(chǎng)總線儀表、設(shè)備集成為一個(gè)完整現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元(Inter NetworkUnit，INU)。連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，能夠?qū)崿F(xiàn)Profibus-DP/PA現(xiàn)場(chǎng)總線主站(master)功能，通過高速以太網(wǎng)(HSE)和Profibus-DP/PA之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和信息映射，使Profibus-DP/PA現(xiàn)場(chǎng)總線儀表設(shè)備和上位機(jī)之間能夠通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元實(shí)時(shí)地交換過程信息和組態(tài)信息。該網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元所采用的網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議均符合國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；該網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元具有良好的互操作性，即凡是符合Profibus-DP/PA總線標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總線儀表或設(shè)備都能通過該互聯(lián)單元聯(lián)入系統(tǒng)。連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，采用VME機(jī)箱模塊插件結(jié)構(gòu)，通過機(jī)箱內(nèi)的冗余背板，可方便的實(shí)現(xiàn)雙模塊熱備份冗余操作，可實(shí)現(xiàn)帶電熱拔插維護(hù)，有效的提高了控制系統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，是由主控微處理器、HSE網(wǎng)絡(luò)接口1、HSE網(wǎng)絡(luò)接口2、以太網(wǎng)接口1、以太網(wǎng)接口2、調(diào)試接口1、程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路、通訊控制微處理器1、程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2、復(fù)位電路2、調(diào)試接口2、通訊控制電路1、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口1、通訊控制微處理器2、程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、復(fù)位電路3、調(diào)試接口3、通訊控制電路2、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口2及電源變換電路構(gòu)成；其中，HSE網(wǎng)絡(luò)接口1、HSE網(wǎng)絡(luò)接口2分別通過以太網(wǎng)接口1、以太網(wǎng)接口2與主控微處理器連接；程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路分別與主控微處理器連接；通訊控制微處理器1、通訊控制微處理器2分別與雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2連接；復(fù)位電路2、調(diào)試接口2及復(fù)位電路3、調(diào)試接口3分別與通訊控制微處理器1、通訊控制微處理器2連接；程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2及通訊控制電路1與通訊控制微處理器1連接，PROFIBUS-DP/PA總線絡(luò)接口1與隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1連接，隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1連接通訊控制電路1；程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3及通訊控制電路2與通訊控制微處理器2連接，PROFIBUS-DP/PA總線絡(luò)接口2與隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路2連接，隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路2連接通訊控制電路2。
-所述的主控微處理器是由NET50+32位RISC CPU實(shí)現(xiàn)HSE和Profibus-DP通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息映射功能以及主控單元和備份單元的切換功能。
-所述的10M/100M自適應(yīng)HES接口是由以太網(wǎng)物理層控制芯片AM79C874VI及以太網(wǎng)隔離變壓器H50LS61構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了主控微處理器和HSE網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)功能。
-所述的調(diào)試接口1是用來調(diào)試和固化NET50+微處理器軟件的JTAG端口，調(diào)試接口2是由1片MAX232A芯片實(shí)現(xiàn)的RS232接口電路，用于AMD188ER控制軟件的調(diào)試。
-所述的程序存儲(chǔ)器1是由2片512K×16容量的AM29LV320D FLASH存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，用來存儲(chǔ)運(yùn)行在主控微處理器上面的嵌入式軟件；程序存儲(chǔ)器2是由一片容量為512K×8容量的AM29F040B FLASH存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層控制程序；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1是由8片512K×8容量的IS61LV512高速隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，為主控微處理器的嵌入式軟件提供高速運(yùn)行的空間，以及存放各種組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2是由一片512K×8容量的HM628512靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層數(shù)據(jù)；復(fù)位電路1是由1片X5045-2.7芯片實(shí)現(xiàn)，為主控微處理器提供上電復(fù)位信號(hào)和看門狗監(jiān)測(cè)信號(hào)，復(fù)位電路2是由一片MAX706芯片實(shí)現(xiàn)，除了可以在系統(tǒng)上電和看門狗電路超時(shí)情況下，對(duì)通訊控制微處理器發(fā)出復(fù)位信號(hào)外，還可在主控微處理器的GPIO信號(hào)控制下，發(fā)出復(fù)位信號(hào)；加密邏輯電路功能是由1片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，該單片機(jī)通過GPIO端口和主控微處理器交換經(jīng)過加密算法處理過的數(shù)據(jù)，達(dá)到軟件加密的目的。
-所述的冗余控制電路由一片CPLD芯片XC9536實(shí)現(xiàn)，在芯片內(nèi)部由可編程邏輯實(shí)現(xiàn)主控和備份狀態(tài)邏輯切換；冗余通訊接口電路功能由主控微處理器所帶的高速同步串行接口實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控單元和備份單元之間交換數(shù)據(jù)的功能。
-所述的雙端口存儲(chǔ)器由16K×8容量的IDT7006芯片實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控微處理器向通訊控制微處理器發(fā)送Profibus-DP/PA控制命令，以及通過它來查詢由其管理的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中各從站的相關(guān)信息。
-所述的通訊控制微處理器功能是由一片AMD188ER-40KI CPU芯片的，用來控制通訊控制器ASPC2的工作，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA總線絡(luò)通訊協(xié)議控制；通訊控制電路是ASPC2芯片和XC9536芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA的協(xié)議控制芯片，該芯片實(shí)現(xiàn)了Profibus-DP/PA主站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中鏈路層的全部控制功能。ASPC2芯片通過其CPU接口與通訊控制微處理器AMD188 CPU相連，在控制軟件管理下，完成芯片初始化和網(wǎng)絡(luò)控制等功能。
-所述的隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1是由IL485高速隔離485芯片實(shí)現(xiàn)的，該芯片將ASPC2協(xié)議芯片輸出的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)轉(zhuǎn)換成高速RS-485差分信號(hào)與Profibus-DP/PA總線絡(luò)中的從站交換數(shù)據(jù)；電源變換電路主要由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電源熱拔插控制芯片、場(chǎng)效應(yīng)管及寬電壓輸入DC/DC電源變換器模塊CXA10-48S05組成，該電路除了具有將輸入的24V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V、3.3V和2.7V直流電壓，除供本互連單元各部分電路使用外，使本互連單元具有帶電熱拔插功能。
連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，利用高性能嵌入式CPU、網(wǎng)絡(luò)接口以及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開發(fā)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元所要求的協(xié)議處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、功能塊運(yùn)算等性能指標(biāo)的嵌入式系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)嵌入式軟件和與之應(yīng)用配套的組態(tài)及接口軟件的支持下，建立完整的以HSE為主干網(wǎng)絡(luò)的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，并能利用配套軟件提供的數(shù)據(jù)接口，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。


圖1本實(shí)用新型的原理框圖。
具體實(shí)施方式
參見附圖1，電路功能本互連單元由主控微處理器、兩路10M/100M自適應(yīng)HES接口、調(diào)試接口1、程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路、通訊控制微處理器1、程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2、復(fù)位電路2、調(diào)試接口2、通訊控制器1、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口1、通訊控制微處理器2、程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、復(fù)位電路3、調(diào)試接口3、通訊控制器2、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口2及電源轉(zhuǎn)換等電路構(gòu)成。
主控微處理器是由NET50+32位RISC CPU實(shí)現(xiàn)HSE和Profibus-DP通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息映射功能以及主控單元和備份單元的切換功能。
10M/100M自適應(yīng)HES接口是由以太網(wǎng)物理層控制芯片AM79C874VI及以太網(wǎng)隔離變壓器H50LS61構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了主控微處理器和HSE網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)功能。
調(diào)試接口1是用來調(diào)試和固化NET50+微處理器軟件的JTAG端口。
程序存儲(chǔ)器1是由2片512K×16容量的AM29LV320D FLASH存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，用來存儲(chǔ)運(yùn)行在主控微處理器上面的嵌入式軟件。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1是由8片512K×8容量的IS61LV512高速隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，為主控微處理器的嵌入式軟件提供高速運(yùn)行的空間，以及存放各種組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)。
復(fù)位電路1是由1片X5045-2.7芯片實(shí)現(xiàn)，為主控微處理器提供上電復(fù)位信號(hào)和看門狗監(jiān)測(cè)信號(hào)。
加密邏輯電路功能是由1片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，該單片機(jī)通過GPIO端口和主控微處理器交換經(jīng)過加密算法處理過的數(shù)據(jù)，達(dá)到軟件加密的目的。
冗余控制電路由一片CPLD芯片XC9536實(shí)現(xiàn)，在芯片內(nèi)部由可編程邏輯實(shí)現(xiàn)主控和備份狀態(tài)邏輯切換。
冗余通訊接口電路功能由主控微處理器所帶的高速同步串行接口實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控單元和備份單元之間交換數(shù)據(jù)的功能。
雙端口存儲(chǔ)器由16K×8容量的IDT7006芯片實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控微處理器向通訊控制微處理器發(fā)送Profibus-DP/PA控制命令，以及通過它來查詢由其管理的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中各從站的相關(guān)信息。
通訊控制微處理器功能是由一片AMD188ER-40KI CPU芯片的，用來控制通訊控制器ASPC2的工作，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA總線絡(luò)通訊協(xié)議控制。
程序存儲(chǔ)器2是由一片容量為512K×8容量的AM29F040B FLASH存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層控制程序。
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2是由一片512K×8容量的HM628512靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層數(shù)據(jù)。
復(fù)位電路2是由一片MAX706芯片實(shí)現(xiàn)，除了可以在系統(tǒng)上電和看門狗電路超時(shí)情況下，對(duì)通訊控制微處理器發(fā)出復(fù)位信號(hào)外，還可在主控微處理器的GPIO信號(hào)控制下，發(fā)出復(fù)位信號(hào)。
調(diào)試接口2是由1片MAX232A芯片實(shí)現(xiàn)的RS232接口電路，用于AMD188ER控制軟件的調(diào)試。
通訊控制器電路是ASPC2芯片和XC9536芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA的協(xié)議控制芯片，該芯片實(shí)現(xiàn)了Profibus-DP/PA主站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中鏈路層的全部控制功能。ASPC2芯片通過其CPU接口與通訊控制微處理器AMD188 CPU相連，在控制軟件管理下，完成芯片初始化和網(wǎng)絡(luò)控制等功能。
隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1是由IL485高速隔離485芯片實(shí)現(xiàn)的，該芯片將ASPC2協(xié)議芯片輸出的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)轉(zhuǎn)換成高速RS-485差分信號(hào)與Profibus-DP/PA總線絡(luò)中的從站交換數(shù)據(jù)。
電源變換電路主要由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電源熱拔插控制芯片、場(chǎng)效應(yīng)管及寬電壓輸入DC/DC電源變換器模塊CXA10-48S05組成，該電路除了具有將輸入的24V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V、3.3V和2.7V直流電壓，除供本互連單元各部分電路使用外，使本互連單元具有帶電熱拔插功能。
由于本互連單元單元設(shè)有兩路完全相同的Profibus-DP/PA總線絡(luò)端口，由通訊控制微處理器1、程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2、復(fù)位電路2、調(diào)試接口2、通訊控制器1和隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口1實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA總線絡(luò)端口1的功能；由通訊控制微處理器2、程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、復(fù)位電路3、調(diào)試接口3、通訊控制器2、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口2實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA總線絡(luò)端口2的功能。兩路Profibus-DP/PA總線絡(luò)端口對(duì)應(yīng)電路的功能完全一樣。
在本互連單元的面板上提供5個(gè)LED分別顯示電源狀態(tài)；雙板冗余工作時(shí)區(qū)分的主控/備份板狀態(tài)的LED指示燈；指示故障/運(yùn)行狀態(tài)的LED指示燈；HES網(wǎng)絡(luò)通訊狀態(tài)指示燈以及Profibus-DP/PA通訊狀態(tài)指示燈。
冗余切換原理在本模塊所采用的冗余技術(shù)包括網(wǎng)絡(luò)接口和設(shè)備的冗余。利用硬件電路和相應(yīng)的軟件處理，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的故障診斷和無擾動(dòng)切換。
在本模塊處于雙模塊冗余工作狀態(tài)時(shí)，互連單元上電后，在復(fù)位電路的作用下，主控微處理器和兩個(gè)通訊控制處理器進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)，設(shè)置本模塊處于故障狀態(tài)和備份模塊狀態(tài)，在復(fù)位過程結(jié)束后，3個(gè)微處理器分別在相應(yīng)的FLASH中存儲(chǔ)的嵌入式軟件的控制下，進(jìn)入各自的工作流程。
主控微處理器在完成對(duì)兩個(gè)以太網(wǎng)接口、兩個(gè)Profibus-DP/PA總線絡(luò)端口完成初始化后，若它們工作正常，則清除本單元的故障狀態(tài)標(biāo)志寄存器，由硬件冗余控制電路通過冗余控制接口和冗余通訊接口相連的另一塊模塊自動(dòng)競(jìng)爭(zhēng)主控權(quán)，首先完成自檢的模塊將先獲得主控模塊權(quán)利，可以對(duì)Profibus-DP/PA總線絡(luò)中的各個(gè)從站進(jìn)行訪問控制，另一塊模塊則進(jìn)入熱備份狀態(tài)。主控模塊和熱備份模塊在工作過程中，冗余控制接口和冗余通訊接口不斷通過冗余信號(hào)背板交換各自的工作狀態(tài)和Profibus-DP/PA總線絡(luò)控制參數(shù)。
本互連單元實(shí)現(xiàn)的冗余切換控制方式是以硬件為主的軟硬結(jié)合的無擾動(dòng)冗余切換策略。
在備份模塊輸出備用和正常狀態(tài)信號(hào)的前提下，主控模塊出現(xiàn)如下故障之一時(shí)則切換為備用模塊狀態(tài)上電、看門狗復(fù)位、電源故障或失效、軟件自檢輸出故障信號(hào)(CPU根據(jù)各個(gè)故障源和自檢作出判斷)等；同時(shí)，備用模塊將接管主控權(quán)。
Profibus-DP/PA接口的電源故障、通訊等故障輸出不直接參與硬件冗余切換，而是由CPU讀取判斷后決定是否輸出故障信號(hào)。當(dāng)本模塊處于主控狀態(tài)時(shí)可關(guān)閉備用模塊的現(xiàn)場(chǎng)通訊輸出。
硬件提供的下列狀態(tài)位信息可由軟件讀入(由硬件和軟件綜合控制)本模塊的主/備輸出(本模塊OUT)，備份模塊的主/備輸出信號(hào)(本機(jī)IN)，本模塊的正常/故障輸出信號(hào)(本模塊OUT)，備份模塊的正常/故障輸出信號(hào)(本模塊IN)；本模塊復(fù)位類型(上電/看門狗)，冗余用DP-RAM校驗(yàn)錯(cuò)誤，各種故障源(+3.3V/+5V電源故障、現(xiàn)場(chǎng)電源故障、有無冗余模塊、各芯片自檢故障、現(xiàn)場(chǎng)通訊自檢故障、HSE通訊自檢故障、自檢數(shù)據(jù)和功能錯(cuò)誤等)。
CPU要讀取的有些信號(hào)不直接參與硬件冗余切換‘有無冗模塊’信號(hào)、本模塊現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備板電源故障、冗余用雙口RAM校驗(yàn)故障及CPU自檢發(fā)現(xiàn)的故障等信號(hào)；通過自檢和讀取各故障信號(hào)線，CPU可獲知本機(jī)的故障類型和故障源。
復(fù)位、電源故障與CPU故障輸出可產(chǎn)生本模塊故障信號(hào)；CPU檢測(cè)到復(fù)位類型為上電復(fù)位且自檢輸出正常/故障信號(hào)后，應(yīng)給出信號(hào)清除本模塊的上電標(biāo)志；有主控權(quán)的CPU還可關(guān)閉備用狀態(tài)設(shè)備模塊的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸出。
在電源失效時(shí)(充分必要條件)，則將冗余通訊電路置為高阻。四條冗余控制線用于隨時(shí)檢測(cè)，須提供輸入限流、鉗制電壓等保護(hù)；本機(jī)DP-RAM面向?qū)Ψ降膶懶盘?hào)禁止，即不允許對(duì)方CPU寫本板DP-RAM。
在檢測(cè)到對(duì)方為備用模塊且對(duì)方輸出故障狀態(tài)時(shí)(與無備模塊狀態(tài)相同)，本模塊即使出現(xiàn)故障也只能作為主控模塊。
本互連單元也可以用于非冗余控制方式下工作。Profibus-DP/PA主站控制接口工作原理本接口包括兩路Profibus-DP/PA主站接口，由Profibus-DP/PA主站控制芯片ASPC2、AMD188CPU、16K×8DPRAM、512K×8FLASHROM、512K×8RAM、可編程邏輯芯片CPLD、上電復(fù)位/看門狗電路、RS232接口電路、DC/DC和高速隔離485芯片構(gòu)成。
本接口同主控微處理器的接口功能通過DPRAM實(shí)現(xiàn)，主控微處理器將發(fā)出的各種PROFIBUS通訊命令寫到DPRAM中后，可由中斷方式或信號(hào)量查詢方式通知AMD188CPU取走并解釋執(zhí)行，主控微處理器也可以通過DPRAM查詢本接口和由其管理的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中各從站的相關(guān)信息。
本接口實(shí)現(xiàn)的Profibus-DP/PA主站控制功能主要由ASPC2芯片實(shí)現(xiàn)，該芯片完成了Profibus-DP/PA總線絡(luò)協(xié)議中鏈路層的全部控制功能。ASPC2芯片通過其CPU接口與AMD188CPU相連，在控制軟件管理下，完成芯片初始化和網(wǎng)絡(luò)控制等功能。該芯片輸出的485通訊控制信號(hào)經(jīng)高速隔離485通訊接口芯片產(chǎn)生的高速485信號(hào)，通過雙絞線與Profibus-DP/PA總線絡(luò)中其他站點(diǎn)相連。
本接口上的CPLD電路實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能。該芯片作為ASPC2芯片和CPU之間的控制信息交換的橋梁，可靈活的設(shè)計(jì)各種包括DMA、中斷和自檢診斷等控制邏輯，實(shí)現(xiàn)了ASPC2芯片以共享方式同交換CPU交換網(wǎng)絡(luò)協(xié)議規(guī)定的各種信息。
CPU的上電復(fù)位/看門狗電路，除了可以在上電和看門狗電路超時(shí)情況下，對(duì)通訊控制微處理器發(fā)出復(fù)位信號(hào)外，還可在主控微處理器的GPIO信號(hào)控制下，發(fā)出復(fù)位信號(hào)。
本接口上的RS232接口電路用于控制軟件的調(diào)試。
本接口還提供3個(gè)LED分別顯示ASPC2通訊狀態(tài)，運(yùn)行狀態(tài)和DC/DC隔離電源工作狀態(tài)。
權(quán)利要求1.連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于是由主控微處理器、HSE網(wǎng)絡(luò)接口1、HSE網(wǎng)絡(luò)接口2、以太網(wǎng)接口1、以太網(wǎng)接口2、調(diào)試接口1、程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路、通訊控制微處理器1、程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2、復(fù)位電路2、調(diào)試接口2、通訊控制電路1、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口1、通訊控制微處理器2、程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、復(fù)位電路3、調(diào)試接口3、通訊控制電路2、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口2及電源變換電路構(gòu)成；其中，HSE網(wǎng)絡(luò)接口1、HSE網(wǎng)絡(luò)接口2分別通過以太網(wǎng)接口1、以太網(wǎng)接口2與主控微處理器連接；程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路分別與主控微處理器連接；通訊控制微處理器1、通訊控制微處理器2分別與雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2連接；復(fù)位電路2、調(diào)試接口2及復(fù)位電路3、調(diào)試接口3分別與通訊控制微處理器1、通訊控制微處理器2連接；程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2及通訊控制電路1與通訊控制微處理器1連接，PROFIBUS-DP/PA總線絡(luò)接口1與隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1連接，隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1連接通訊控制電路1；程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3及通訊控制電路2與通訊控制微處理器2連接，PROFIBUS-DP/PA總線絡(luò)接口2與隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路2連接，隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路2連接通訊控制電路2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于主控微處理器是由NET50+32位RISC CPU實(shí)現(xiàn)HSE和Profibus-DP通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換、信息映射功能以及主控單元和備份單元的切換功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于10M/100M自適應(yīng)HES接口是由以太網(wǎng)物理層控制芯片AM79C874VI及以太網(wǎng)隔離變壓器H50LS61構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)了主控微處理器和HSE網(wǎng)絡(luò)交換數(shù)據(jù)功能。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于調(diào)試接口1是用來調(diào)試和固化NET50+微處理器軟件的JTAG端口，調(diào)試接口2是由1片MAX232A芯片實(shí)現(xiàn)的RS232接口電路，用于AMD188ER控制軟件的調(diào)試。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于程序存儲(chǔ)器1是由2片512K×16容量的AM29LV320D FLASH存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，用來存儲(chǔ)運(yùn)行在主控微處理器上面的嵌入式軟件；程序存儲(chǔ)器2是由一片容量為512K×8容量的AM29F040B FLASH存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層控制程序；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1是由8片512K×8容量的IS61LV512高速隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片構(gòu)成，為主控微處理器的嵌入式軟件提供高速運(yùn)行的空間，以及存放各種組態(tài)數(shù)據(jù)和過程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2是由一片512K×8容量的HM628512靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器芯片實(shí)現(xiàn)，用來存儲(chǔ)在通訊控制微處理器上運(yùn)行的Profibus-DP/PA鏈路層數(shù)據(jù)；復(fù)位電路1是由1片X5045-2.7芯片實(shí)現(xiàn)，為主控微處理器提供上電復(fù)位信號(hào)和看門狗監(jiān)測(cè)信號(hào)，復(fù)位電路2是由一片MAX706芯片實(shí)現(xiàn)，除了可以在系統(tǒng)上電和看門狗電路超時(shí)情況下，對(duì)通訊控制微處理器發(fā)出復(fù)位信號(hào)外，還可在主控微處理器的GPIO信號(hào)控制下，發(fā)出復(fù)位信號(hào)；加密邏輯電路功能是由1片單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的，該單片機(jī)通過GPI0端口和主控微處理器交換經(jīng)過加密算法處理過的數(shù)據(jù)，達(dá)到軟件加密的目的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于冗余控制電路由一片CPLD芯片XC9536實(shí)現(xiàn)，在芯片內(nèi)部由可編程邏輯實(shí)現(xiàn)主控和備份狀態(tài)邏輯切換；冗余通訊接口電路功能由主控微處理器所帶的高速同步串行接口實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控單元和備份單元之間交換數(shù)據(jù)的功能。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于雙端口存儲(chǔ)器由16K×8容量的IDT7006芯片實(shí)現(xiàn)，用來實(shí)現(xiàn)主控微處理器向通訊控制微處理器發(fā)送Profibus-DP/PA控制命令，以及通過它來查詢由其管理的PROFIBUS網(wǎng)絡(luò)中各從站的相關(guān)信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于通訊控制微處理器功能是由一片AMD188ER-40KI CPU芯片的，用來控制通訊控制器ASPC2的工作，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA總線絡(luò)通訊協(xié)議控制；通訊控制電路是ASPC2芯片和XC9536芯片構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)Profibus-DP/PA的協(xié)議控制芯片，該芯片實(shí)現(xiàn)了Profibus-DP/PA主站網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中鏈路層的全部控制功能。ASPC2芯片通過其CPU接口與通訊控制微處理器AMD188CPU相連，在控制軟件管理下，完成芯片初始化和網(wǎng)絡(luò)控制等功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，其特征在于隔離型總線驅(qū)動(dòng)電路1是由IL485高速隔離485芯片實(shí)現(xiàn)的，該芯片將ASPC2協(xié)議芯片輸出的網(wǎng)絡(luò)通訊信號(hào)轉(zhuǎn)換成高速RS-485差分信號(hào)與Profibus-DP/PA總線絡(luò)中的從站交換數(shù)據(jù)；電源變換電路主要由自恢復(fù)保險(xiǎn)絲、電源熱拔插控制芯片、場(chǎng)效應(yīng)管及寬電壓輸入DC/DC電源變換器模塊CXA10-48S05組成，該電路除了具有將輸入的24V直流電壓轉(zhuǎn)換成5V、3.3V和2.7V直流電壓，除供本互連單元各部分電路使用外，使本互連單元具有帶電熱拔插功能。
專利摘要連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS－DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元，本互連單元由主控微處理器、兩路10M/100M自適應(yīng)HSE接口、調(diào)試接口1、程序存儲(chǔ)器1、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1、復(fù)位電路1、加密邏輯電路、雙端口存儲(chǔ)器1、雙端口存儲(chǔ)器2、冗余控制電路、冗余通訊接口電路、通訊控制微處理器1、程序存儲(chǔ)器2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2、復(fù)位電路2、調(diào)試接口2、通訊控制器1、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口1、通訊控制微處理器2、程序存儲(chǔ)器3、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器3、復(fù)位電路3、調(diào)試接口3、通訊控制器2、隔離型總線驅(qū)動(dòng)接口2及電源轉(zhuǎn)換等電路構(gòu)成。連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS－DP/PA總線的現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元利用高性能嵌入式CPU、網(wǎng)絡(luò)接口以及嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，開發(fā)能夠滿足網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元所要求的協(xié)議處理、協(xié)議轉(zhuǎn)換、功能塊運(yùn)算等性能指標(biāo)的嵌入式系統(tǒng)。在實(shí)時(shí)嵌入式軟件和與之應(yīng)用配套的組態(tài)及接口軟件的支持下，建立完整的以HSE為主干網(wǎng)絡(luò)的Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)時(shí)控制網(wǎng)絡(luò)，并能利用配套軟件提供的數(shù)據(jù)接口，對(duì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制。
文檔編號(hào)H04L12/46GK2640134SQ0320940
公開日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月11日
發(fā)明者陳小楓, 祁泓, 王長(zhǎng)密, 耿東漢, 周勇 申請(qǐng)人:北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司