[發明專利]一種工業現場總線協議網關裝置

在審

• 申請號: 201410246276.8
• 申請日: 2014-06-05
• 公開（公告）號: CN105306352A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 雷正山;黃景輝
• 申請（專利權）人: 上海藍昱電子科技有限公司
• 主分類號: H04L12/66
• 分類號: H04L12/66;H04L12/40;G05B19/418
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及工業總線領域，尤其涉及一種工業現場總線協議網關裝置。

背景技術

傳統的工業總線網絡通信大部分都是基于有限距離的小范圍應用，如應用在工廠生產線上或者某一工藝車間中，應用范圍大多數都在1千米范圍以內，傳統的工業總線網關應用在這樣的場合也非常成熟。目前通過廣域網實現工業設備、系統的遠程監控使用的商用以太網協議技術，考慮到工業應用場合的安全性、可靠性和實時性等方面不夠多，一般只是實現要求不高的普通數據監視功能，在一些需要采集現場儀表數據的情況下，一般都必須增加控制器以實現通用儀表總線的協議轉換和網絡接入。

現場總線技術已經廣泛用于工業控制系統中，比如SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition，數據采集與監視控制系統）、DCS（DistributedControlSystem，分布式控制系統）、FCS(FieldbusControlSystem,現場總線控制系統)等控制系統。在現場總線的發展過程中，各個廠家都發展了自己的現場總線標準，導致各個總線之間的不兼容問題。因此在實際的應用過程中，就需要能夠有設備實現各種現場總線之間的轉換，這種轉換有兩種方式：一種是透明傳輸的方式；另一種是網關的方式。透明傳輸的方式在轉換設備的兩端運行的是同一個協議，轉換設備只進行數據的打包和解包工作；網關設備的兩端運行的是兩種/多種不同的協議，在網關設備上有一個實時數據庫，各種協議的數據都在這個實時數據庫上進行操作。透明傳輸的設備相對簡單，上位機需要實現現場設備的總線協議；對網關而言，上位機不用實現現場設備的總線協議。兩種類型的設備都具有相應的市場，根據應用不同而分別采用透明傳輸或者網關的方式。

當前各控制系統或者通過自我研發的協議擴展單元來實現多協議的擴展；或者通過第三方的網關來實現對多總線的支持,因此市場急需一種通用型的協議轉換網關裝置。

發明內容

本發明的目的是針對多種總線協議并存使用的現狀，開發出一種通用型的協議轉換網關，該工業現場總線協議網關裝置具有靈活有效的冗余技術和多樣化的模塊組裝方式，提高多總線協議之間的互聯互通性和冗余系統的可靠性。

為達到上述目的，本發明提供的一種工業現場總線協議網關裝置包括：MCU控制模塊（MicroControllerUnit，微控制單元，還叫單片微型計算機）、IO接口模塊（Input/Output，即輸入輸出接口模塊）、人機接口模塊、底板和電源模塊；通過系統總線將IO接口模塊和MCU控制模塊連接，MCU控制模塊和人機接口模塊通過總線連接；電源模塊通過底板給MCU控制模塊、人機接口模塊和IO接口模塊實現冗余供電，同時整個裝置的系統實現以太網的可靠連接。

優選的，所述MCU控制模塊為兩個，且該兩個MCU控制模塊采用層疊式架構，MCU控制模塊的內部設置有實時操作系統和實時數據庫。采用此技術方案，能夠實現各現場總線協議快速、高效的轉換，可以根據不同的IO接口模塊，實現兩種以上的協議同時運行。

進一步優選的方案，所述MCU控制模塊采用32位CPU（CentralProcessingUnit，中央處理器），且在其兩側具有2個40pin接口。MCU控制模塊通過2個40pin接口可以與外部的并行總線、多路串行總線、雙網絡接口以及控制線連接。

更進一步的優選方案，所述兩個MCU控制模塊設有CPLD邏輯控制單元（ComplexProgrammableLogicDevice，復雜可編程邏輯器件），所有的CPLD邏輯控制單元采用同一根總線連接，通過CPLD邏輯控制單元實現多個MCU控制模塊之間控制權的有效競爭。

所述MCU控制模塊之間的有效競爭邏輯為：所有的CPLD邏輯控制單元都設置有獲得主控制權模式和待機狀態模式；當CPLD邏輯控制單元處于獲得主控制權模式時，該CPLD邏輯控制單元輸出方波信號給總線；當CPLD邏輯控制單元處于待機狀態模式時，該CPLD邏輯控制單元無方波信號輸出，且CPLD邏輯控制單元在待機狀態會循環檢測總線的信號；如果CPLD邏輯控制單元檢測不到方波信號，則該CPLD邏輯控制單元對應的MCU控制模塊獲得主控制權。

當MCU控制模塊發生故障時，比如發生電源故障、系統復位、CPU宕機、程序跑飛等情況時，則發生故障的MCU控制模塊對應的CPLD邏輯控制單元停止方波信號輸出，允許其他MCU控制模塊接管。

所述的每個CPLD邏輯控制單元都預先設有工作優先級，以決定其信號檢測的時間窗口。采用此技術方案可以優先避免競爭時出現沖突。