10接口模块实现冗余供电，同时整个装置的系统实现以太网的可靠连接。
[0022]如图2所示，所述MCU控制模块为两个，且该两个MCU控制模块采用层叠式架构，MCU控制模块的内部设置有实时操作系统和实时数据库。采用此技术方案，能够实现各现场总线协议快速、高效的转换，可以根据不同的10接口模块，实现两种以上的协议同时运行。
[0023]当然所述MCU控制模块可以采用32位CPU (Central Processing Unit,中央处理器)，且在其两侧具有2个40pin接口。MCU控制模块通过2个40pin接口可以与外部的并行总线、多路串行总线、双网络接口以及控制线连接。
[0024]在此方案中所述两个MCU控制模块设有CPLD逻辑控制单元(ComplexProgrammable Logic Device,复杂可编程逻辑器件),所有的CPLD逻辑控制单元采用同一根总线连接，通过CPLD逻辑控制单元实现多个MCU控制模块之间控制权的有效竞争。
[0025]如图5所示，所述MCU控制模块之间的有效竞争逻辑为:所有的CPLD逻辑控制单元都设置有获得主控制权模式和待机状态模式；当CPLD逻辑控制单元处于获得主控制权模式时，该CPLD逻辑控制单元输出方波信号给总线；当CPLD逻辑控制单元处于待机状态模式时，该CPLD逻辑控制单元无方波信号输出，且CPLD逻辑控制单元在待机状态会循环检测总线的信号；如果CPLD逻辑控制单元检测不到方波信号，则该CPLD逻辑控制单元对应的MCU控制模块获得主控制权。
[0026]当MCU控制模块发生故障时，比如发生电源故障、系统复位、CPU宕机、程序跑飞等情况时，则发生故障的MCU控制模块对应的CPLD逻辑控制单元停止方波信号输出，允许其他MCU控制模块接管。
[0027]所述的每个CPLD逻辑控制单元都预先设有工作优先级，以决定其信号检测的时间窗口。采用此技术方案可以优先避免竞争时出现冲突。
[0028]通过CPLD逻辑控制单元控制MCU控制模块的各信号引脚，获得主控权的MCU控制模块各信号引脚有效，而处于待机状态的MCU控制模块的各引脚则为高阻状态；这样，MCU控制模块可以实现有效的层叠，实现灵活可靠的冗余特性。
[0029]当然我们的网关装置的人机接口模块都设有显示运行信息和故障信息的显示设备。
[0030]如图6所示，主控状态的MCU控制模块中的各个总线协议栈完成对实时数据库的操作；待机状态的MCU模块中的各个总线协议栈对数据库不进行操作，其协议栈处于空闲状态；但是主控状态的MCU控制模块中任何对实时数据库的写入操作都会同步到处于待机状态的MCU控制模块的实时数据库中。
[0031 ] 如图7所示，每个MCU控制模块的以太网信号通过Mil/ RMII切换开关接口引出到底板(图中未画出)，通过总线开关阵列进行切换，主控MCU模块连接位于底板上的以太网收发器(PHY);处于待机状态的MCU模块的以太网信号处于高阻状态。当切换发生时，处于待机状态的MCU模块转变为主控模块，同时接管以太网收发器(PHY)单元。
[0032]这种方式可以有效减少网络切换的事件，以太网收发器单元不需要重新检测线路状况；接管后处于主控制权状态的MCU控制模块甚至都不需要重新对以太网收发器(PHY)进行初始化。
[0033]在其它方案中，也可以如图3所示:所述两个MCU控制模块采用平铺方式，这种平铺方式适合于接口模块尺寸比较大的情况，一个网关装置共用一个10接口模块。
[0034]当然在其它方案中，还可以如图4所示:所述MCU控制模块为两个，每个MCU控制模块都各自对应有一个10接口模块和底板，两个MCU控制模块之间通过外部总线连接。
【主权项】
1.一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:其包括MCU控制模块、10接口模块、人机接口模块、底板和电源模块；通过系统总线将10接口模块和MCU控制模块连接，MCU控制模块和人机接口模块通过总线连接；电源模块通过底板给MCU控制模块、人机接口模块和10接口模块实现冗余供电，同时整个工业现场总线协议网关装置用以太网进行连接。2.根据权利要求1所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述MCU控制模块为两个，且该两个MCU控制模块采用层叠式架构，MCU控制模块的内部设置有实时操作系统和实时数据库。3.根据权利要求2所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述MCU控制模块采用32位CPU，且在其两侧具有2个40pin接口，MCU控制模块通过2个40pin接口与外部的并行总线、多路串行总线、双网络接口以及控制线连接。4.根据权利要求2所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述两个MCU控制模块设有CPLD逻辑控制单元，所有的CPLD逻辑控制单元采用同一根总线连接，CPLD逻辑控制单元控制多个MCU控制模块之间的有效竞争。5.根据权利要求4所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述MCU控制模块之间的有效竞争逻辑为:所有的CPLD逻辑控制单元都设置有获得主控制权模式和待机状态模式；当CPLD逻辑控制单元处于获得主控制权模式时，该CPLD逻辑控制单元输出方波信号给总线；当CPLD逻辑控制单元处于待机状态模式时，该CPLD逻辑控制单元无方波信号输出，且CPLD逻辑控制单元在待机状态会循环检测总线的信号；如果CPLD逻辑控制单元检测不到方波信号，则该CPLD逻辑控制单元对应的MCU控制模块获得主控制权。6.根据权利要求5所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述的每个CPLD逻辑控制单元都预先设有工作优先级，预先设有的工作优先级用以决定每个CPLD逻辑控制单元的信号检测时间窗口。7.根据权利要求1所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述人机接口模块设有显示运行信息和故障信息的显示设备。8.根据权利要求1所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述MCU控制模块为两个，且所述两个MCU控制模块采用平铺方式。9.根据权利要求6所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:主控状态的MCU控制模块中的各个总线协议栈完成对实时数据库的操作；待机状态的MCU模块中的各个总线协议栈对数据库不进行操作，其协议栈处于空闲状态；但是主控状态的MCU控制模块中任何对实时数据库的写入操作都会同步到处于待机状态的MCU控制模块的实时数据库中。10.根据权利要求9所述一种工业现场总线协议网关装置，其特征在于:所述的每个MCU控制模块的以太网信号通过MII/RMII切换开关接口引出到底板，通过总线开关阵列进行切换，主控MCU模块连接位于底板上的以太网收发器；处于待机状态的MCU模块的以太网信号处于高阻状态，当切换发生时，处于待机状态的MCU模块转变为主控模块，同时接管以太网收发器单元。
【专利摘要】本发明公开了一种工业现场总线协议网关装置，其包括MCU控制模块、IO接口模块、人机接口模块、底板和电源模块；通过系统总线将IO接口模块和MCU控制模块连接，MCU控制模块和人机接口模块通过总线连接；电源模块通过底板给MCU控制模块、人机接口模块和IO接口模块实现冗余供电，同时整个工业现场总线协议网关装置用以太网进行连接。该工业现场总线协议网关装置具有灵活有效的冗余技术和多样化的模块组装方式，提高多总线协议之间的互联互通性和冗余系统的可靠性。
【IPC分类】H04L12/66, H04L12/40, G05B19/418
【公开号】CN105306352
【申请号】CN201410246276
【发明人】雷正山, 黄景辉
【申请人】上海蓝昱电子科技有限公司
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2014年6月5日