[發明專利]一種Profibus-DP現場總線通信協議冗余主站

無效

• 申請號: 201210210630.2
• 申請日: 2012-06-25
• 公開（公告）號: CN102724092A
• 公開（公告）日: 2012-10-10
• 發明（設計）人: 崔逸群;李哲毓;黃策;張翔;張博威
• 申請（專利權）人: 西安熱工研究院有限公司
• 主分類號: H04L12/40
• 分類號: H04L12/40;H04L12/24
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 陸萬壽

技術領域

本發明屬于現場總線冗余技術領域，涉及一種Profibus-DP現場總線通信協議冗余主站及冗余模式。

背景技術

Profibus現場總線是一種具有廣泛應用范圍的、開放的、全數字、串行通信總線，在集中自動化系統向分散自動化系統轉變方面是一種重大突破。Profibus通信協議中采用了信息冗余技術，如Profibus-DP物理層采用RS485差模、非歸零NRZ、異步傳輸信號，數據鏈路層報文采用HD=4的海明距離、CRC碼校驗等。當前工業控制領域對控制系統的可靠性提出了更高要求，毫無疑問冗余技術就是實現高可靠性的一個途徑。

在現場總線控制系統的全局概念下再討論可靠性時，通信網絡本身就成為了它的瓶頸。當站在控制系統的高度向下審視通信網絡時會發現，網絡通道上站節點、通信線路都是單一的，出現故障的幾率增大。因此研究站節點與通信線路冗余的通信網絡對于工業過程領域有著重大的現實意義。

Profibus總線的站節點分為主站和從站兩大類，而主站又分為一類主站和二類主站。由于二類主站是對一類主站和從站進行組態的計算機，對控制系統長期運行可靠性影響甚微，因此站節點冗余主要考慮一類主站和從站分別冗余。

一類主站是DP通信網絡的主角，它起著主動與從站交換數據并控制整個網絡的作用。一旦一類主站出現故障則受其控制的所有從站將無法工作，該主站管理的DP網段通信將隨之崩潰。因此一類主站冗余對于工業控制領域而言，是必須的要求。冗余配置的兩塊通信主站執行同樣的應用程序，Profibus協議中對一類主站冗余模式和實現方式未做任何規定。

當前工業控制市領域完全采用國外廠商的主站冗余方式，即工作主站和備用主站同時工作，互為冗余的兩個通信主站都在主動和從站交換數據并控制整個網絡。這種模式下工作主站與備用主站通過2根DP電纜分別與冗余從站的各自通信口或單個從站的冗余通信口直接連接。

上述主站冗余方式，要求工作主站與備用主站必須同時與從站進行數據交換，對主站要求很高，產品選型局限性非常大；且該冗余方式中要接入單DP口從站，必須添加網絡組件，增加了成本。

發明內容

本發明解決的問題在于提供一種Profibus-DP現場總線通信協議冗余主站，不要求工作主站與備用主站同時工作，既可以連接冗余從站，也可直接連接單口從站的冗余主站；克服了現有主站冗余方式所造成的主站產品選型局限性大、接入單DP口從站增加成本的缺陷。

本發明是通過以下技術方案來實現：

一種Profibus-DP現場總線通信協議冗余主站，包括主站通信卡和主站備用卡：

主站通信卡處于工作狀態，對下通過DP接口電路與從站交換數據，對上通過DPRAM接口電路與中央處理卡件交換數據；主站通信卡周期性向主站備用卡備份主站通信卡參數集合和從站的實時I/O數據；

主站備用卡處于熱備用等待狀態，當主站通信卡無法工作時接替其進行工作，周期性接收主站通信卡發送的主站通信卡參數集合和從站的實時I/O數據；

主站通信卡和主站備用卡上均設有主備冗余電路和微處理器；

主備冗余電路包括主備冗余邏輯模塊和同步通訊接口：主備冗余邏輯模塊對主站通信卡和主站備用卡的主備角色做出判斷；同步通訊接口為主站通信卡向主站備用卡的備份通道；

主備冗余邏輯模塊和同步通訊接口分別與微處理器相連接。

所述的主站通信卡通過底板插槽連接到通訊網絡上，通過串形數據總線讀取從站數據；

所述的串形數據總線為RS485總線。

所述的主站通信卡和主站備用卡上均設有以下模塊：

存儲器電路，包括分別與微處理器連接的Flash電路和內存電路SDRAM，Flash電路存儲用戶應用程序，SDRAM電路用于微處理器高速執行用戶應用程序；

微處理器，執行運算處理包括運行Profibus協議棧上的固化程序和運行存儲器電路上的用戶應用程序；

微處理器上設有復位電路。

所述的電復位電路采用標準看門狗定時器：1.6s內WDI端沒有收到來自MPU/MCU的觸發信號，并且WDI處于非高阻態，則WDO輸出變低電平，啟動看門狗定時器。

所述的主站通信卡和主站備用卡中任意一卡的輸出信號通過底板插槽分別與另外一塊卡的輸入信號連接在一起；

輸出信號包括：本卡存在信號、本卡狀態信號和本角色信號；并同步數據輸出STXD，同步時鐘輸出SCLKOUT；