一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的profibus-dp網(wǎng)橋的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種智能網(wǎng)橋，特別是涉及一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網(wǎng)橋，屬于工業(yè)自動(dòng)化通信設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]PR0FIBUS-DP，是目前應(yīng)用最為廣泛的適用于高端過(guò)程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)，是一種經(jīng)過(guò)優(yōu)化的高速通信連接，它具有實(shí)時(shí)性好、可靠性高、硬件開(kāi)銷少等特點(diǎn)。
[0003]目前市場(chǎng)上的PR0FIBUS總線網(wǎng)橋有多種類型，如PR0FIBUS/CAN總線網(wǎng)橋、PR0FIBUS/232總線網(wǎng)橋、PR0FIBUS/485總線網(wǎng)橋，這些總線網(wǎng)橋的普遍特點(diǎn)是:配置依賴主站，專用程度高，通用性能較差，協(xié)議定義非標(biāo)準(zhǔn)，協(xié)議復(fù)雜度大，協(xié)議透明度不高，接口形式單一，通信穩(wěn)定性不好，調(diào)度策略不合理，缺乏故障診斷機(jī)制，沒(méi)有故障自復(fù)能力，后期維護(hù)較為困難；由于采用DCS構(gòu)架的傳感器與儀表的等設(shè)備接口支持多種自定義協(xié)議，工礦企業(yè)在進(jìn)行PR0FIBUS-DP總線升級(jí)的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)需要為每一種設(shè)備單獨(dú)開(kāi)發(fā)網(wǎng)橋以支持相應(yīng)接口的自定義協(xié)議，以致造成升級(jí)成本大大超過(guò)購(gòu)置新設(shè)備的成本。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網(wǎng)橋，解決了由于策略調(diào)度不合理、接口形式單一、協(xié)議專用性太強(qiáng)、缺乏故障診斷機(jī)制等原因所造成通用性不好、穩(wěn)定性不高的問(wèn)題；通過(guò)FPGA實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的自由定制；通過(guò)設(shè)計(jì)多種接口增強(qiáng)了多配能力；通過(guò)設(shè)計(jì)合理的狀態(tài)調(diào)度與故障診斷電路，既能實(shí)現(xiàn)合理調(diào)度，又能實(shí)現(xiàn)故障診斷。
[0005]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為:
[0006]一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網(wǎng)橋，包括TMS320 DSP、Altera FPGA、狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路、PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路、自由協(xié)議接口 14、電平轉(zhuǎn)換I電路、電平轉(zhuǎn)換2電路、多路轉(zhuǎn)換器、配電器、高速光耦、PR0FIBUS-DP站接口 4、RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換器、DP地址撥碼開(kāi)關(guān)、看門狗與復(fù)位電路、20M有源晶振、40M有源晶振，以及人機(jī)界面I和狀態(tài)指示燈2，其特征在于:所述的RS232/RS485電平轉(zhuǎn)換電路一端連接人機(jī)界面1，另外一端連接TMS320 DSP的串行接口 SCRl ;狀態(tài)指示燈2與TMS320 DSP的端子IP00-3相連；DP地址撥碼開(kāi)關(guān)與TMS320 DSP的P1012-18相連；看門狗與復(fù)位電路與TMS320 DSP的復(fù)位端子RST相連；20M有源晶同時(shí)連接至TMS320 DSP與Altera FPGA的振蕩器輸入端子；TMS DSP的地址總線A[0..21]與Altera FPGA端子相連；TMS DSP的數(shù)據(jù)總線 D [0..15]與 Altera FPGA端子雙向連接；Altera FPGA通過(guò)GP1010-17 與 PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路雙向連接，并通過(guò)配置初始化信號(hào)線15與PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路單向連接；Altera FPGA通過(guò)FPGA啟動(dòng)信號(hào)線12、FPGA通訊超時(shí)信號(hào)線13和狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路雙向連接；狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路通過(guò)四根故障信號(hào)線P106-9與TMS320DSP單向連接；TMS320 DSP的端子P1010通過(guò)總啟動(dòng)信號(hào)線10和狀態(tài)調(diào)度與故障診斷電路單向連接；TMS320 DSP的端子P1ll通過(guò)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)線11與PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路相連；TMS320 DSP的串行通信端子SCR2與配電器雙向連接；TMS320 DSP的兩個(gè)端子P104-5與多路轉(zhuǎn)換器相連；狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路通過(guò)配電器使能信號(hào)線7、配電器故障信號(hào)線6實(shí)現(xiàn)與配電器的雙向連接；狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器使能信號(hào)線5、多路轉(zhuǎn)換器故障信號(hào)線8實(shí)現(xiàn)與多路轉(zhuǎn)換器的雙向連接；自由協(xié)議接口 14通過(guò)電平轉(zhuǎn)換電路與多路轉(zhuǎn)換器雙向連接；40M有源晶與PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路單向連接；PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)發(fā)送端子TXD與數(shù)據(jù)接收端子RXD均通過(guò)高速光耦連接到PR0FIBUS-DP總線上；PR0FIBUS_DP站接口 4的數(shù)據(jù)發(fā)送端子TXD、數(shù)據(jù)接收端子RXD直接與PR0FIBUS-DP總線相連。
[0007]所述的TMS320 DSP為德州儀器C2000、C5000、C6000系列DSP信號(hào)處理器；所述的Altera FPGA 包括 Cyclone，Cyclone II, Stratix, Stratix II 系列和 Altera CPLD 系列。
[0008]所述的高速光耦是指包括6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611等開(kāi)關(guān)速率在1M bit/s以上的光電耦合器；所述的配電器是指具有對(duì)信號(hào)進(jìn)行整形、放大、和抗干擾處理的器件，如NPGL-C型智能配電器。
[0009]所述的PR0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路指西門子協(xié)議轉(zhuǎn)換芯片SPC3為核心的電路，其工作時(shí)鐘為40MHz。
[0010]所述的自由協(xié)議接口 14包括RS485接口與RS232接口 ；所述的PR0FIBUS-DP站接口 4包括:DP站I接口，DP站2接口 ；所述的狀態(tài)指示燈2包括配電器故障指示燈Hl、多路開(kāi)關(guān)故障指示燈H2、PR0FIBUS-DP協(xié)議處理故障指示燈H3、FPGA通訊超時(shí)指示燈H4。
[0011]所述的狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路由狀態(tài)機(jī)調(diào)度電路與故障診斷電路兩部分構(gòu)成；狀態(tài)機(jī)調(diào)度電路包括使能配電器，使能多路轉(zhuǎn)換器，并能按調(diào)度策略切換通道I數(shù)據(jù)或通道2數(shù)據(jù)，經(jīng)由配電器送至TMS320 DSP的串行通訊接口 SCR2 ;故障診斷電路將AlteraFPGA超時(shí)信號(hào)，PR0FIBUS-DP協(xié)議處理故障信號(hào)，配電器故障信號(hào)及多路開(kāi)關(guān)故障信號(hào)送至 TMS DSP 的 1 端子 IP06-9。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0013]本實(shí)用新型通過(guò)選擇高速TMS320 DSP數(shù)字處理器提高了數(shù)據(jù)處理能力；通過(guò)選擇Altera FPGA可編程門陣列實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的自由定制；通過(guò)設(shè)計(jì)狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路實(shí)現(xiàn)了支持不同協(xié)議的RS232、RS485接口的轉(zhuǎn)換調(diào)度策略及網(wǎng)橋的通信故障診斷；通過(guò)文本顯示人機(jī)界面及狀態(tài)指示燈對(duì)網(wǎng)橋工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控；通過(guò)采用采用高速光耦，提高了 PR0FIBUS-DP總線網(wǎng)橋的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速率，同時(shí)有效的抑制了高共模干擾總線信號(hào)；通過(guò)以SPC3為核心的PF0FIBUS-DP協(xié)議轉(zhuǎn)換電路，并配以40M有源晶振時(shí)序驅(qū)動(dòng)，顯著增強(qiáng)了 PR0FIBUS-DP總線數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換能力。TMS DSP與Altera FPGA共用同一晶振，大大簡(jiǎn)化了 FPGA的時(shí)序分析，提高了時(shí)序電路的設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快了 FPGA的開(kāi)發(fā)進(jìn)度。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0015]圖2為狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷電路具體結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與實(shí)施方式對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]如圖1所示，一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網(wǎng)橋，提供了一種具有狀態(tài)機(jī)調(diào)度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP橋接方案，解決了現(xiàn)有總線網(wǎng)橋接口形式單一、協(xié)議專用性太強(qiáng)、缺乏故障診斷機(jī)制所造成通用性不好、穩(wěn)定性不高的問(wèn)題；通過(guò)FPGA可編程邏輯陣列實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的自由定制；通過(guò)設(shè)計(jì)RS232接口、RS458接口、雙DP接口增強(qiáng)了系統(tǒng)多配能力；通過(guò)設(shè)計(jì)合理的狀態(tài)調(diào)度與故障診斷電路，既能實(shí)現(xiàn)合理調(diào)度，又能實(shí)現(xiàn)故障診斷，增強(qiáng)了協(xié)議轉(zhuǎn)換的可靠性。其具體結(jié)構(gòu)是:人機(jī)界面MHI采用具有串行接口的西門子文本顯示器，與TMS320 DSP串行接口 SCRl相連，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)橋的通信狀態(tài)；狀態(tài)指示燈Hl連接到P10端子，顯示配電器故障狀態(tài)；狀態(tài)指示燈H2連接到P1l端子，顯示多路開(kāi)關(guān)故障狀態(tài)；狀態(tài)指示燈H3連接到P102端子，顯示PR0FIBUS-DP協(xié)議處理故障狀態(tài)；狀態(tài)指示燈H4連接到P103端子，顯示FPGA通訊超時(shí)故障狀態(tài)；DP地址撥碼開(kāi)關(guān)連接到TMS320 DSP的P1012-18上，用于設(shè)置PR0FIBUS-DP網(wǎng)橋的地址，設(shè)置地址范圍I?255 ；復(fù)位與看門狗電路采用MAX811專用復(fù)位電路，連接到TMS320 DSP的RST端子上，實(shí)現(xiàn)程序跑偏或系統(tǒng)上電時(shí)的可靠復(fù)位；20M有源晶振同時(shí)連接到TMS320 DSP與Altera FPGA的時(shí)鐘輸入端子上，大大簡(jiǎn)化了 FPGA的時(shí)序