專利名稱：一種工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及自動控制領域，具體說是一種工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備。
背景技術：
在工廠自動化控制系統(tǒng)中，多種現(xiàn)場總線技術的共存降低了系統(tǒng)的柔性，給系統(tǒng)集成商和用戶帶來了不便，系統(tǒng)集成商和用戶必須了解不同類型現(xiàn)場總線技術的細節(jié)及不同的操作模式，這個問題已經(jīng)成為了現(xiàn)場總線技術推廣的障礙。 一方面需要解決將不同類型的現(xiàn)場總線技術集成為一個整體的問題，另一方面還需要解決工程師或用戶在適應不同特點的現(xiàn)場總線技術方面的困難，使工程師或用戶可以使用同一種方式操作不同類型的現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備。而目前尚未出現(xiàn)可滿足上述要求的現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術中存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種可實現(xiàn)PROFIBUS DP總線和FF HI總線之間無縫連接的工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備。
為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是 本發(fā)明一種工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備包括主控器模塊，通過運行現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件對現(xiàn)場總線網(wǎng)關實施管理，通過運行PROFIBUSDP現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)PROFIBUS DP報文的收、發(fā)控制，通過運行FFH1現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)FF HI報文的收、發(fā)控制；PROFIBUS DP接口模塊，負責基于高速RS485的PR0FIBUD DP報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及若干控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接；FF Hl接口模塊，負責FF Hl報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接。 所述主控器模塊由微控制器、存儲部分組成，以微控制器為控制核心，存儲部分由隨機存儲器、閃存構成，分別與微控制器相連；其中閃存存有現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理程序、PROFIBUS DP和FF HI現(xiàn)場總線通信程序。 所述PROFIBUS DP接口模塊由第1通信控制器及第1MAU模塊組成，其中第1通信控制器接收主控器模塊的數(shù)據(jù)，通過第1MAU模塊發(fā)送至PROFIBUS DP總線，或者接收第1MAU模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送主控器模塊；第1MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP總線發(fā)送報文或從PROFIBUS DP總線接收報文。 所述FF HI接口模塊由符合現(xiàn)場總線IEC 61158國際標準的第2通信控制器和第2MAU模塊組成，其中第2通信控制器接收主控器模塊的數(shù)據(jù)，通過第2MAU模塊發(fā)送至FF HI總線，或者接收第2MAU模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送主控器模塊；第2MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向FF HI總線發(fā)送報文或從FF HI總線接收報文。 本發(fā)明是用來完成工廠自動化領域中PROFIBUS DP總線和FF HI總線之間的信息交換和互操作功能，具有如下優(yōu)點 1.適應性強。本發(fā)明可實現(xiàn)PROFIBUS DP現(xiàn)場總線和FF HI現(xiàn)場總線之間的無縫連接，實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡設備之間的數(shù)據(jù)交換。 2.具有系統(tǒng)的開放性。由于本發(fā)明所遵循的通信協(xié)議一致公開，各個不同廠家的設備之間可實現(xiàn)信息交換，能夠通過本產(chǎn)品構筑自動化領域的開放互聯(lián)系統(tǒng)。
3.應用廣泛。本發(fā)明可以應用于化工、石化、制藥、冶金、采礦、電力、食品加工、能源、數(shù)控系統(tǒng)等行業(yè)的自動化控制領域。 4.成本低?？杀景l(fā)明以在充分利用原有系統(tǒng)資源的基礎上，引入新的現(xiàn)場總線系統(tǒng)，大大降低系統(tǒng)造價。


圖1為本發(fā)明硬件結構框圖； 圖2為本發(fā)明使用的軟件結構功能框圖； 圖3為本發(fā)明中FF Hl現(xiàn)場總線通信協(xié)議棧程序結構框圖； 圖4為本發(fā)明中PR0FIBUS DP現(xiàn)場總線通信協(xié)議棧程序框圖； 圖5為本發(fā)明現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理程序框圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。 如圖1所示，本發(fā)明包括主控器模塊、PROFIBUS DP接口模塊和FF HI接口模塊三部分(FF :FOUNDATION FILEDBUS)，其中主控器模塊，通過運行現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件對現(xiàn)場總線網(wǎng)關實施管理，通過運行PROFIBUS DP現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)PROFIBUS DP報文的收、發(fā)控制，通過運行FF H1現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)FF Hl報文的收、發(fā)控制；PROFIBUS DP接口模塊，負責基于高速RS485的PROFIBUD DP報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及若干控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接；FF Hl接口模塊，負責FF HI報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接。 主控器模塊中的硬件電路以微控制器Ul (本實施例采用ATMEL公司的ARM9產(chǎn)品——AT91RM9200芯片)為控制核心，存儲部分由隨機存儲器U2、閃存U3構成，分別與微控制器U1相連；其中現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理程序、PR0FIBUS DP和FF Hl現(xiàn)場總線通信程序存儲在閃存U3中。與當前在DP設備開發(fā)中普遍使用PROFIBUS DP協(xié)議芯片(如SPC3)不同，本發(fā)明全部實現(xiàn)了 PROFIBUS DP從設備通信協(xié)議功能。PROFIBUS DP通信模塊通過PROFIBUSDP總線上的DP主站與其它DP從設備建立通信聯(lián)系，相互之間可以進行數(shù)據(jù)交換；FF Hl通信模塊作為FF H1基本設備，與其它FF Hl設備通過虛擬通信連接(VCR)建立通信關系，相互之間可以進行數(shù)據(jù)交換；現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理程序在兩種網(wǎng)絡設備數(shù)據(jù)之間建立數(shù)據(jù)映射關系，同時維護一個數(shù)據(jù)映射關系表，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。 PROFIBUS DP接口模塊由第1通信控制器(本實施例采用高速RS485通信控制器)及第1MAU模塊組成，其中第1通信控制器由FPGA器件編程實現(xiàn)，實施報文的接收、發(fā)送控制，提供發(fā)送、接收緩沖區(qū)；第1MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP總線發(fā)送報文或從PROFIBUS DP總線接收報文。 所述PROFIBUS DP接口模塊由第1通信控制器及第1MAU模塊組成，其中第1通信控制器可由FPGA器件編程實現(xiàn)，也可采用高速CPU實現(xiàn)，需要自動適應從9600bps到12Mbps之間不同通訊速率的變化，第1通信控制器實施報文的接收、發(fā)送控制，提供發(fā)送、接收緩沖區(qū)，具體為接收主控器模塊的數(shù)據(jù)，通過第1MAU模塊發(fā)送至PR0FIBUS DP總線，或者接收第1MAU模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送主控器模塊；第1MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP總線發(fā)送報文或從PROFIBUS DP總線接收報文。 所述FF HI接口模塊由符合現(xiàn)場總線IEC 61158國際標準的第2通信控制器和第2MAU模塊組成，其中第2通信控制器可采用FBC0409芯片或FB3050芯片，實現(xiàn)FF HI通信報文的接收和發(fā)送功能，且可提供地址過濾及定時器支持，具體為接收主控器模塊的數(shù)據(jù)，通過第2MAU模塊發(fā)送至FF HI總線，或者接收第2MAU模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送主控器模塊；采用FBC0409芯片的第2通信控制器還內(nèi)嵌4K RAM,可用于報文發(fā)送和接收的緩沖區(qū)；第2MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向FF H1總線發(fā)送報文或從FF Hl總線接收報文，還可實現(xiàn)總線信號的濾波、整形等功能。 如圖2所示，為PR0FIBUS DP網(wǎng)關設備和FF HI網(wǎng)關設備的軟件結構功能框圖?，F(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件位于PROFIBUS DP通信軟件(于PROFIBUS DP通信協(xié)議棧)和FF HI通信軟件(FF Hl通信協(xié)議棧)之上，現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件以上述兩個通信協(xié)議棧為基礎實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換功能。數(shù)據(jù)映射關系表中保存了兩種總線間的數(shù)據(jù)映射關系，由現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件調(diào)用；PROFIBUS DP驅(qū)動程序和FF HI驅(qū)動程序是軟件結構中的最底層，用于實現(xiàn)報文的接收和發(fā)送，具體為FF H1驅(qū)動程序通過控制第2通信控制器來實現(xiàn)FF Hl報文的接收和發(fā)送；PROFIBUS DP驅(qū)動程序通過控制第1通信控制器來實現(xiàn)PROFIBUS DP報文的接收和發(fā)送。 如圖3所示，F(xiàn)F HI現(xiàn)場總線中的物理層實現(xiàn)總線信號的整形和濾波等功能；數(shù)據(jù)鏈路層在FF HI現(xiàn)場總線中處于第二層，它在物理層傳"位"信息的基礎上，在相鄰節(jié)點間傳送被稱為幀的數(shù)據(jù)信息。在數(shù)據(jù)傳輸中可能出現(xiàn)差錯，需要數(shù)據(jù)鏈路層進行檢錯、糾錯而向上層提供無錯的透明傳送。應用層中的系統(tǒng)管理模塊用來協(xié)調(diào)FF Hl現(xiàn)場總線中各種設備之間的操作；應用層中的網(wǎng)絡管理模塊為外部網(wǎng)絡管理員應用程序提供了管理現(xiàn)場設備通信系統(tǒng)的能力；應用層中的應用層模塊是FF Hl現(xiàn)場總線設備之間通信的一個中間環(huán)節(jié)，負責對途經(jīng)的數(shù)據(jù)進行編解碼。 如圖4所示，PROFIBUS DP現(xiàn)場總線中物理層負責總線信號處理及數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收；數(shù)據(jù)鏈路層負責對總線訪問權限和鏈路通信關系(如SAP)的管理；應用層負責對報文的編解碼；用戶層負責對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的處理。 如圖5所示，現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理模塊通過維護數(shù)據(jù)映射關系表中的映射關系來實現(xiàn)兩種現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)的雙向傳送。
權利要求
一種工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備，其特征在于包括主控器模塊，通過運行現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件對現(xiàn)場總線網(wǎng)關實施管理，通過運行PROFIBUS DP現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)PROFIBUS DP報文的收、發(fā)控制，通過運行FF H1現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)FF H1報文的收、發(fā)控制；PROFIBUS DP接口模塊，負責基于高速RS485的PROFIBUD DP報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接；FF H1接口模塊，負責FF H1報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接。
2. 按照權利要求1所述的工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備，其特征在于所述主控器模 塊由微控制器、存儲部分組成，以微控制器(Ul)為控制核心，存儲部分由隨機存儲器(U2)、 閃存(U3)構成，分別與微控制器(Ul)相連；其中閃存(U3)存有現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理程序、 PROFIBUS DP和FF HI現(xiàn)場總線通信程序。
3. 按照權利要求1所述的工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備，其特征在于所述PROFIBUS DP接口模塊由第1通信控制器及第1MAU模塊組成，其中第1通信控制器接收主控器模塊的 數(shù)據(jù)，通過第IMAU模塊發(fā)送至PROFIBUS DP總線，或者接收第1MAU模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送 主控器模塊；第1MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP總線發(fā)送報文或從 PROFIBUS DP總線接收報文。
4. 按照權利要求1所述的工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備，其特征在于所述FF Hl接口 模塊由符合現(xiàn)場總線IEC 61158國際標準的第2通信控制器和第2MAU模塊組成，其中第2 通信控制器接收主控器模塊的數(shù)據(jù)，通過第2MAU模塊發(fā)送至FF HI總線，或者接收第2MAU 模塊上傳的數(shù)據(jù)再發(fā)送主控器模塊；第2MAU模塊在第1通信控制器的控制下，向FF HI總 線發(fā)送報文或從FF HI總線接收報文。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)自動化現(xiàn)場總線網(wǎng)關設備，包括主控器模塊，通過運行現(xiàn)場總線網(wǎng)關管理軟件對現(xiàn)場總線網(wǎng)關實施管理，通過運行PROFIBUS DP現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)PROFIBUS DP報文的收、發(fā)控制，通過運行FF H1現(xiàn)場總線通信軟件實現(xiàn)FF H1報文的收、發(fā)控制；PROFIBUS DP接口模塊負責PROFIBUD DP報文的接收、發(fā)送及校驗工作，通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接；FFH1接口模塊通過數(shù)據(jù)總線、地址總線及控制信號線實現(xiàn)與主控器模塊的物理連接。本發(fā)明可實現(xiàn)PROFIBUS DP現(xiàn)場總線和FF H1現(xiàn)場總線之間的無縫連接，實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡設備之間的數(shù)據(jù)交換。
文檔編號H04L12/66GK101753486SQ20081022999
公開日2010年6月23日 申請日期2008年12月19日 優(yōu)先權日2008年12月19日
發(fā)明者于海斌, 呂巖, 周侗, 戰(zhàn)岳祥, 楊志家 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所