專利名稱：支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口，涉及一種基于工業(yè)現(xiàn)場RS485物理層總線，可同時支持ProfiBus規(guī)范和ModeBus規(guī)范的總線接口設(shè)計。屬于工業(yè)控制當(dāng)中的通信領(lǐng)域，尤其涉及到分布式控制系統(tǒng)當(dāng)中的網(wǎng)關(guān)節(jié)點，向上與上層管理系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，向下與采用ProfiBus規(guī)范和ModeBus規(guī)范的分布式從站實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的工業(yè)現(xiàn)場當(dāng)中，RS485物理總線十分普及，而基于RS485總線的ProfiBus規(guī)范和ModeBus規(guī)范應(yīng)用非常廣泛。應(yīng)用當(dāng)中的ProfiBus主站節(jié)點，大都采用專用協(xié)議芯片實現(xiàn)，其成本較高，并且專用協(xié)議芯片支持的功能單一，不便于靈活配置。在電力，工控系統(tǒng)中，多種類的通信介質(zhì)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)并存，造成通信種類多樣化，每一種類的技術(shù)發(fā)展越深入，對各類設(shè)備之間的兼容，組網(wǎng)和使用的便捷性提出了新的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了滿足現(xiàn)場需求的多樣性，與各種系統(tǒng)更好的兼容性，以及使用上的便捷性，實現(xiàn)了一種可同時支持ProfiBus規(guī)范和ModeBus規(guī)范的總線接口，該接口基于RS485物理總線，在不改變硬件的條件下，通過軟件配置，實現(xiàn)兩種總線協(xié)議規(guī)范的主站或者從站支持的持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口。其技術(shù)方案如下包括主控模塊、數(shù)據(jù)鏈路層模塊、總線接口模塊在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征在于主控模塊基于CPU控制實現(xiàn)，按照用戶組態(tài)配置的方式運行，并實現(xiàn)協(xié)議規(guī)范的應(yīng)用層邏輯；數(shù)據(jù)鏈路層模塊基于FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA是可以編程配置并且以硬件方式運行，可通過主控模塊靈活配置為ProfiBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層，也可配置為ModeBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層，從而實現(xiàn)兩種協(xié)議規(guī)范的支持；總線接口模塊把一路RS485總線上的差分信號轉(zhuǎn)換為異步串行通信信號并經(jīng)過光電隔離后連接到數(shù)據(jù)鏈路層模塊，數(shù)據(jù)鏈路層模塊采用FPGA實現(xiàn)，可以靈活編程配置，替換了 ProfiBus專用協(xié)議芯片，主控模塊采用了 CPU控制實現(xiàn)，總線接口模塊采用了光電隔離。實施該技術(shù)后的明顯優(yōu)點和效果是①兼容性好、靈活性高。采用FPGA實現(xiàn)通信協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈路層，可靈活編程配置，在不改變硬件的的情況下，可以兼容支持ProfiBus規(guī)范和ModeBus規(guī)范，方便現(xiàn)場應(yīng)用。②成本低、速度快。FPGA以硬件方式執(zhí)行邏輯控制，采用FPGA實現(xiàn)ProfiBus協(xié)議規(guī)范數(shù)據(jù)鏈路層服務(wù)可以很好的滿足ProfiBus協(xié)議規(guī)范高速度的通信要求；同時代替了現(xiàn)有的ProfiBus主站或者從站的專用協(xié)議芯片，降低了成本。③自動化程度高、安全性好。主控模塊采用CPU實現(xiàn)控制，執(zhí)行邏輯來自于用戶的組態(tài)配置，可滿足用戶在工業(yè)現(xiàn)場的各類自動化需求；同時總線的通信接口采用了光電隔離，有較高的可靠性。


圖I為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I-主控模塊、2-數(shù)據(jù)鏈路層模塊、3-總線接口模塊。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進一步說明見附圖1，主控模塊I基于CPU控制實現(xiàn)，按照用戶的組態(tài)配置文件運行，如果配置為ProfiBus主站接口，則主控模塊I把ProfiBus主站數(shù)據(jù)鏈路層(FDL層)的邏輯程序和運行參數(shù)配置給數(shù)據(jù)鏈路層模塊2 ;如果配置為ProfiBus從站接口，則主控模塊I把ProfiBus從站數(shù)據(jù)鏈路層(FDL層)的邏輯程序和運行參數(shù)配置給數(shù)據(jù)鏈路層模塊2 ;如果配置為ModeBus主站接口，則主控模塊I把ModeBus主站數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯程序和運行參數(shù)配置給數(shù)據(jù)鏈路層模塊2 ;如果配置為ModeBus從站接口，則主控模塊I把ModeBus從站數(shù)據(jù)鏈路層的邏輯程序和運行參數(shù)配置給數(shù)據(jù)鏈路層模塊2。數(shù)據(jù)鏈路層模塊2基于FPGA實現(xiàn)，根據(jù)主控模塊I配置的邏輯程序和運行參數(shù)運行，該邏輯程序是完全按照協(xié)議規(guī)范的數(shù)據(jù)鏈路層邏輯實現(xiàn)的狀態(tài)機，在相應(yīng)的協(xié)議規(guī)范中有詳細(xì)的描述。數(shù)據(jù)鏈路層模塊2中的狀態(tài)機實現(xiàn)數(shù)據(jù)按照協(xié)議規(guī)范的可靠交換，把得到的完整數(shù)據(jù)包交給主控模塊I處理，也把主控模塊I下發(fā)的數(shù)據(jù)包發(fā)送到物理總線上。數(shù)據(jù)鏈路層模塊2中的狀態(tài)機隨時監(jiān)測總線上的數(shù)據(jù)交換是否出現(xiàn)邏輯錯誤，一旦有錯誤出現(xiàn)，則轉(zhuǎn)到錯誤狀態(tài)處理，錯誤狀態(tài)作為狀態(tài)機的狀態(tài)之一，保證狀態(tài)機能夠一直保持正確運轉(zhuǎn)。數(shù)據(jù)鏈路層模塊2與主控模塊I之間實現(xiàn)的數(shù)據(jù)交換是通過在FPGA內(nèi)部開通的RAM緩沖區(qū)實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)鏈路層模塊2內(nèi)的FPGA內(nèi)部實現(xiàn)UART工業(yè)異步通用串行接口與總線接口模塊3實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互?？偩€接口模塊3實現(xiàn)信號的光電隔離和RS485總線信號與異步串行信號之間的轉(zhuǎn)換。
權(quán)利要求
1.支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口，包括主控模塊、數(shù)據(jù)鏈路層模塊、總線接口模塊在內(nèi)的結(jié)構(gòu)，其特征在于主控模塊基于CPU控制實現(xiàn)，按照用戶組態(tài)配置的方式運行，并實現(xiàn)協(xié)議規(guī)范的應(yīng)用層邏輯；數(shù)據(jù)鏈路層模塊基于FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA是可以編程配置并且以硬件方式運行，可通過主控模塊靈活配置為ProfiBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層，也可配置為ModeBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層，從而實現(xiàn)兩種協(xié)議規(guī)范的支持；總線接口模塊把一路RS485總線上的差分信號轉(zhuǎn)換為異步串行通信信號并經(jīng)過光電隔離后連接到數(shù)據(jù)鏈路層模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口，其特征在于數(shù)據(jù)鏈路層模塊采用FPGA實現(xiàn)，可以靈活編程配置，替換了 ProfiBus專用協(xié)議芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口，其特征在于主控模塊采用了 CPU控制實現(xiàn)，總線接口模塊采用了光電隔離。
全文摘要
本發(fā)明支持協(xié)議可配置的一種工業(yè)總線接口，主控模塊基于CPU控制實現(xiàn)，按照用戶組態(tài)配置的方式運行，并實現(xiàn)協(xié)議規(guī)范的應(yīng)用層邏輯；數(shù)據(jù)鏈路層模塊基于FPGA實現(xiàn)，F(xiàn)PGA是可以編程配置并且以硬件方式運行，可通過主控模塊靈活配置為ProfiBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層，也可配置為ModeBus規(guī)范的主站或者從站的數(shù)據(jù)鏈路層。使儀表兼容性好、靈活性高，成本低、速度快，自動化程度高、安全性好，方便現(xiàn)場應(yīng)用。
文檔編號G05B19/418GK102789210SQ201110125408
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月16日
發(fā)明者劉巍峰, 劉悅, 孫旭熹, 張峰, 王曉輝 申請人:上海華建電力設(shè)備股份有限公司