专利名称：双总线工业控制机及其控制方法
技术领域：
本发明涉及工业控制机，特别涉及同时采用Compact PCI总线标准和AT96总线标准的双总线工业控制机及其所采用的控制方法。
本发明的背景技术工业控制计算机技术从8位/16位STD总线工业控制机，PC/104总线工业控制机发展到了目前的ISA/PCI总线的IPC工业控制机，期间经历了大约15年的时间。1994年，国际上发起成立了PCI工业计算机制造商协会 PCIMG(PCI industrial ComputerManufacturers Group)，致力于将PCI总线技术扩展到工业和电信行业应用的标准化工作，制定了基于PCI总线的工业计算机的开放式国际标准------CompactPCI总线标准。CompactPCI工业控制机具有PCI总线的电气性能，机械欧洲卡结构和气密性高密度针孔连接，具有高可靠性，良好的可维护性，高性能等特点，广泛应用于对性能和可靠性要求较高的苛刻环境中。然而，Compact PCI总线工业控制机在实际应用中必须系统化，即要求Compact PCI主板系列化，各种I/O系列配套化，由于CompactPCI总线I/O模板设计难度大，技术含量高，元器件等其他费用高，造成I/O模板的成本高，因此，造成Compact PCI总线工业控制机的整机系统价格昂贵，限制了其市场竞争力。
另一种在国际上广泛采用的总线标准是由德国西门子公司研制开发的AT96总线，它采用ISA总线的电气性能，欧洲卡结构和VME总线96芯针连接器，是ISA总线时代的高可靠性工业控制机。但是，由于AT96总线工业控制机基于ISA总线，它的总线传输能力只能达到16MB/sec.。
通过对工业控制机的实际应用的研究发现，系统采集和控制的绝大多数过程变量是温度，压力，流量等缓变物理过程变量，ISA总线的16MB/sec数据传输带宽就能满足要求。事实上，132MB/sec传输速度的32位Compact PCI总线对大多数应用来说除了带来成本的显著增加之外，对性能并没有明显的提高。
本发明的内容鉴于上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种新颖的双总线工业控制机，在Compact PCI总线工业控制机系统中无缝嵌入AT96总线，使得一个工业控制机中同时支持Compact PCI总线标准和AT96总线标准。
为实现本发明的上述目的，本发明的所述的双总线工业控制机，包括显示装置，电源装置和带有多个插槽的机箱，机箱后部设置母板，主机板和多个I/O模块插入到所述插槽中，其特征在于所述的主机板上设置有Compact PCI总线和AT96总线。
根据本发明的双总线工业控制机，其中AT96总线设置在主机板的上方，采用3×32芯的欧式针孔连接器，Compact PCI总线设置在主机板的下方，采用5×47芯的高密度针孔连接器。
根据本发明，所述的主机板可采用通用的CPU。在本发明的实施例中，可采用嵌入式CPU和片上系统芯片，最好采用低功耗的Crusoe TM5400。
本发明的另一个目的是提供一种工业过程控制方法，其特征在于对具有高速要求的瞬变物理量，如视频，网频，音频等采用支持Compact PCI总线标准的I/O模板构成的应用系统，对例如温度，流量这样的缓变物理量的采集和控制采用支持AT96总线标准的I/O模板构成的应用系统。
附图的简要说明
图1示意性地示出了工业控制机的结构框图；图2是本发明的主机板示意图；图3是本发明的母板示意图；图4进一步示意性地说明了根据本发明的一个优选实施例的双总线工业控制机的主机板的结构模块图。
下面将参照附图，结合具体的实施例详细描述本发明。
本发明的具体实施方式
图1示意性地示出了本发明的双总线工业控制机，它包括机箱1，显示装置2和输入装置3。根据本发明的一个优选实施例，本发明的机箱最好是一个高度为6U的箱体结构。机箱后端为母板4，前端装入各种插板5，例如主机板，各种I/O板和电源板等。插板5与母板6最好垂直。机箱上下设置多个散热孔6。箱体材料最好选用具有抗电磁辐射的材料。
根据本发明的一个优选实施方案，插板的安装方式采用欧洲卡直插式工业结构。母板采用标准96芯针孔连接器用户I/O接口为96芯插座，通过无源母板上的96芯压接插头引线。
从图2所示的本发明的主机板的结构示意图可以看出，本发明的双总线工业控制机的主机板具有能支持AT96和CPCI双总线的结构。其中，在本发明的一个实施方案中，当主机板要插入到机箱中时，AT96总线设置在主机板的上方，采用3×32芯的欧式针孔连接器，CPCI总线设置在主机板的下方，采用5×47芯的高密度针孔连接器。然而，本领域的普通技术人员可以理解本发明并不局限于上述结构，能够用于实现本发明目的的其他等同的设计和结构均属于本发明的范围。图3示出了与上述本发明的主机板的结构示意图相对应的能支持AT96和CPCI双总线的母板结构，图2所示的主机板与该母板相垂直地插入。对应于CPCI总线的I/O板插入母板的左方，现场信号从用户I/O引出(上方)。对应于AT96总线的I/O板插入母板的右方，现场信号从用户I/O引出(下方)。
图4进一步示意性地说明了根据本发明的一个优选实施例的双总线工业控制机的主机板的结构模块图。它是能支持Compact PCI总线标准和AT96总线标准的6U板卡式主板。其中Compact PCI总线符合PICMG2.0版本。主机板可采用通用的CPU。当采用486DX以下时，采用嵌入式CPU和片上系统芯片，例如80486DX，80386EX和Ali M6117D(80386+周边功能，system-on-chip芯片)等。在本发明的优选实施例中，主机板最好采用pentium以上高性能CPU，例如采用Transmetra公司的超低功耗的Crusoe系列CPU，例如TM5400，其目的是降低功耗，减少发热，使系统在自然对流散热的环境条件下能稳定工作，而不必需要安装风扇来强制性地散热。
本发明的双总线工业控制机的主机板同时支持所述Compact PCI总线标准和AT96总线标准，所以，I/O模板的配置应根据实际的过程控制的要求加以选择以与所选用的总线相匹配。此外，本发明优选采用光电隔离方式使计算机系统地与信号地之间相隔离，这一技术措施有利于提高整个系统的可靠性。模板电源与外界电源之间用DC-DC隔离(变压器隔离)。
为增强本发明的双总线工业控制机对于网络的支持性，在本发明的优选实施例中，上述主机板上可以配备两个Intel82559高速以太网控制器，使其可以成双精度的受访带宽。Intel21150内含PCI-PCI桥，使其在多种计算机应用软件，包括网络和资料保存中增加了数据的吞吐量。
在本发明的上述优选实施例中，主机板上设置有SMI SM721G4/G8的VGA控制器，提供一个分辨率可达1024×768的内含显卡，大小为4M/8M，可支持CRT和LCD。此外，该主机板上还可包括支持256MB的SDRAM的DIMM插槽和其他多种功能，例如键盘/鼠标，软驱接口，IDE接口，多个COM端口和打印口。
根据本发明，上述的双总线工业控制机在Compact PCI总线工业控制机系统中无缝嵌入AT96总线，使得一个工业控制机系统中同时支持Compact PCI总线标准和AT96总线标准，可以针对实际控制过程的需要采用不同的总线标准。对瞬变物理量或具有高速要求功能(如视频，网频，音频等)采用Compact PCI总线标准的I/O模板构成的应用系统，对缓变物理量的采集和控制采用AT96总线标准的I/O模板构成的应用系统。以下的一个实施例具体说明了上述的双总线工业控制机的控制方法。
当一个控制过程要求工业控制机以100kSamples/s采集多个(例如32)个模拟量；以20MSamples/s采集另外多个模拟量；12路脉冲输入测量量，频率小于20KHz；128路开关量测量，开关速度小于20KHz；128路开关量输出控制，开关速度小于20KHz；2路12位D/A输出。应用本发明的双总线工业控制机，对20MSamples/s的模拟量高速A/D采集采用Compact PCI总线接口板，利用其最大为132MB/s的总线带宽。其他接口板因是缓速变量的测量和控制，采用16MB/s的总线带宽的AT96总线接口板。
作为一个对比例，假设上述控制过程采用仅含Compact PCI总线的主机板和I/O接口板实现，工程总成本将提高一倍以上。这是因为支持Compact PCI总线的I/O接口板的价格大大高于AT96总线接口板的价格。
因此，本发明的双总线工业控制机在Compact PCI总线工业控制机以100kSamples/s采集多个模拟量系统中无缝嵌入AT96总线，使得一个工业控制机系统中同时支持Compact PCI总线标准和AT96总线标准，对少量的瞬变物理量或具有高速要求功能(如视频，网频，音频等)采用Compact PCI总线标准的I/O模板构成的应用系统，对大多数缓变物理量的采集和控制采用AT96总线标准的I/O模板构成的应用系统，具有高性能，高可靠性，并且系统的成本明显降低，增加系统的实效性。
权利要求
1.双总线工业控制机，包括显示装置，电源装置和带有多个插槽的机箱，机箱后部设置母板，主机板和多个I/O模块插入到所述插槽中，其特征在于所述的主机板上设置有Compact PCI总线和AT96总线。
2.根据权利要求1所述的双总线工业控制机，其中所述AT96总线设置在主机板的上方，采用3×32芯的欧式针孔连接器，所述Compact PCI总线设置在主机板的下方，采用5×47芯的高密度针孔连接器。
3.根据权利要求2所述的双总线工业控制机，其中所述的主机板可采用通用的CPU。
4.根据权利要求3所述的双总线工业控制机，所述的通用CPU为嵌入式CPU。
5.根据权利要求3所述的双总线工业控制机，所述的通用CPU为片上系统芯片。
6.根据权利要求2所述的双总线工业控制机，所述的主机板上采用的CPU是Crusoe TM5400。
7.根据权利要求1-6中任意一个权利要求所述的双总线工业控制机，所述主机板上可以配备两个Intel82559高速以太网控制器。
8.根据权利要求1-6中任意一个权利要求所述的双总线工业控制机，所述主机板上可以有SMI SM721G4/G8的VGA控制器，并且提供一个分辨率可达1024×768的内含显卡。
9.根据权利要求1-6中任意一个权利要求所述的双总线工业控制机，其中所述的主机板上还可包括支持256MB的SDRAM的DIMM插槽。
10.双总线工业控制机的控制方法，所述双总线工业控制机包括显示装置，电源装置和带有多个插槽的机箱，机箱后部设置母板，主机板和多个I/O模块插入到所述插槽中，所述的主机板同时支持Compact PCI总线和AT96总线，该方法的特征在于利用支持AT96总线的I/O模板采集和控制缓变物理量；利用支持Compact PCI总线的I/O模板采集和控制瞬变物理量。
11.根据权利要求10的双总线工业控制机的控制方法，其中所述的缓变物理量包括温度，流量，压力。
12.根据权利要求10所述的双总线工业控制机的控制方法，其中所述的瞬变物理量包括音频，视频，网络信号。
全文摘要
本发明的双总线工业控制机在Compact PCI总线工业控制机系统中无缝嵌入AT96总线,使得一个工业控制机系统同时支持Compact PCI总线标准和AT96总线标准,对瞬变物理量或具有高速要求功能(如视频,网频,音频等)采用Compact PCI总线标准的I/O模板构成的应用系统,对缓变物理量的采集和控制采用AT96总线标准的I/O模板构成的应用系统,具有高性能,高可靠性,并且系统的成本明显降低,增加系统的实效性。
文档编号G06F13/38GK1374593SQ02117200
公开日2002年10月16日 申请日期2002年4月27日 优先权日2002年4月27日
发明者刘鑫, 魏德骄, 马飞 申请人:北京康拓科技开发总公司