[發明專利]一種高速背板總線通訊控制裝置及方法

在審

• 申請號: 201610016834.0
• 申請日: 2016-01-11
• 公開（公告）號: CN105573239A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 徐方明;彭文才;劉國敏
• 申請（專利權）人: 南京南瑞集團公司;國網電力科學研究院
• 主分類號: G05B19/05
• 分類號: G05B19/05
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

技術領域

本發明屬于通訊技術領域，特別涉及一種高速背板總線通訊控制裝置及方法。

背景技術

一般大型PLC系統或測控裝置的硬件結構一般由電源模件、中央處理單元（CPU）模件、工業實時以太網通訊主從站、IO模件、專用功能模件及背板組成，軟件由可編程配置軟件、工業實時以太網通訊調度軟件及各類IO模件應用軟件組成。大型PLC或測控裝置內可根據工業控制現場的應用需求不同，在插箱內各位置配置各自所需功能的模件，從而組成靈活且復雜的工業測控系統。

早期PLC或測控裝置由于控制現場設備不多，測點數量和通訊數據量較小，一般只需要設計并配置一些數據量不大的IO模件就可以。隨著工業控制現場設備的增多和規模的不斷擴大，對PLC或測控制裝置的要求越來越高，PLC或測控裝置向著智能化、網絡化、復雜化等方向發展。在一個插箱內，除了數據量較小的普通IO設備之外，還會配置實時以太網通訊模件、高速采樣模件及通訊管理模件等，這些模件外部可接入的測點數量多、采集或通訊的數據量大，如4網口實時以太網模件的各網口通訊速率達100Mbps，12通道高速數據采集模件各通道最高采樣速率為10kHz，通訊管理模件最高支持8個通道通訊速率為115200pbs的RS485接口等等，雖然這些模件自身可對數據進行一定預處理，如對通訊模件報文的拼包解包、高速數據采集模件的測值濾波及分析等功能，但是插箱內CPU模件仍然需要從這些模件獲取大量的數據進行計算、分析及邏輯判斷。

現有技術方案一般對測點數量較少的普通IO模件采取CAN總線或則RS485總線實現CPU和模件之間通訊，而對測點多數據量大的高速模件則采用并行LocalBUS或PCI（PeripheralComponentInterconnect）總線，背板設計中這兩種總線并存，以實現高速與大數據量的輸出。

由于現有技術方案對測點多、數據量大的高速模件則采用并行LocalBUS總線或PCI總線。現地總線或PCI總線一般采取并行總線，為進行大數據量傳輸，一般設計16位甚至32位數據線，同時需要多根地址線和一些讀寫控制信號線。同時為實現更高的通訊速率，需要對這些信號進行嚴格阻抗控制和時序控制，否則會造成通訊過程誤碼率過高，造成背板設計難度增大、面積增加和生產成本的大幅上升。由于工業控制現場對PLC的可靠性要求越來越高，一般要求CPU模件雙機熱備、各模件支持熱插拔和在線帶電更換等功能，而現地總線和PCI等由于信號線較多，插拔后模件自動識別的驅動無法實現，熱插拔難度較大，暫無較為成熟的熱插拔方案。

隨著數字技術的快速發展，可編程邏輯控制器（FPGA或CPLD）工作頻率和密度越來越高，成本卻越來越低，本發明一種高速背板總線通訊控制策略正是采用CPU處理器、可編程邏輯控制器、熱插拔控制電路等，實現CPU模件和高速模件中間大數量的交互、支持模件的帶電熱插拔功能，其上電自動識別和總線掃描方式可以提高背板總線的利用效率，解決工業現場對大型PLC或測控裝置的要求。

一般大型PLC或測控系統，采用CAN總線或RS485總線，也有一些自定義的高速通訊總線，但是其通訊速率達不到100Mbps，且不支持熱插拔功能等，同時其模件在線和不在線時始終掃描該模件，造成總線利用率的降低。

發明內容

發明目的：本發明提供了一種高速背板總線通訊控制裝置及方法，以解決現有技術中的問題。

技術方案：為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種高速背板總線通訊控制裝置，其特征在于：包括高速總線背板，所述高速總線背板上連接有若干個高速通訊總線模件，所述高速通訊總線模件包括CPU處理器、可編程邏輯控制器、第一M-LVDS接口、第二M-LVDS接口、第一熱插拔控制電路和第二熱插拔控制電路，其中：可編程邏輯控制器包括發送模塊、發送雙端口RAM、發送CRC校驗模塊、并轉串模塊、串轉并模塊、接收CRC校驗模塊、接收雙端口RAM和接收模塊；所述CPU處理器依次連接發送模塊、發送雙端口RAM、并轉串模塊、第一M-LVDS接口和第一熱插拔控制電路，所述發送雙端口RAM和并轉串模塊之間還連接有發送CRC校驗模塊；所述第二熱插拔控制電路依次連接第二M-LVDS接口、串轉并模塊、接收雙端口RAM、接收模塊和CPU處理器，所述串轉并模塊和接收雙端口RAM之間還連接有接收CRC校驗模塊；