一种具有状态机调度与故障诊断功能的profibus-dp网桥的制作方法

文档序号:10038573阅读:487来源:国知局
一种具有状态机调度与故障诊断功能的profibus-dp网桥的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能网桥,特别是涉及一种具有状态机调度与故障诊断功能的PR0FIBUS-DP网桥,属于工业自动化通信设备。
【背景技术】
[0002]PR0FIBUS-DP,是目前应用最为广泛的适用于高端过程控制的现场总线标准,是一种经过优化的高速通信连接,它具有实时性好、可靠性高、硬件开销少等特点。
[0003]目前市场上的PR0FIBUS总线网桥有多种类型,如PR0FIBUS/CAN总线网桥、PR0FIBUS/232总线网桥、PR0FIBUS/485总线网桥,这些总线网桥的普遍特点是:配置依赖主站,专用程度高,通用性能较差,协议定义非标准,协议复杂度大,协议透明度不高,接口形式单一,通信稳定性不好,调度策略不合理,缺乏故障诊断机制,没有故障自复能力,后期维护较为困难;由于采用DCS构架的传感器与仪表的等设备接口支持多种自定义协议,工矿企业在进行PR0FIBUS-DP总线升级的时候,发现需要为每一种设备单独开发网桥以支持相应接口的自定义协议,以致造成升级成本大大超过购置新设备的成本。
【实用新型内容】
[0004]了解决上述现有技术的不足,本实用新型提供了一种具有状态机调度与故障诊断功能的PR0FIBUS-DP网桥,解决了由于策略调度不合理、接口形式单一、协议专用性太强、缺乏故障诊断机制等原因所造成通用性不好、稳定性不高的问题;通过FPGA实现了协议的自由定制;通过设计多种接口增强了多配能力;通过设计合理的状态调度与故障诊断电路,既能实现合理调度,又能实现故障诊断。
[0005]为达到上述目的,本实用新型采用的技术方案为:
[0006]一种具有状态机调度与故障诊断功能的PR0FIBUS-DP网桥,包括TMS320 DSP、Altera FPGA、状态机调度与故障诊断电路、PR0FIBUS-DP协议转换电路、自由协议接口 14、电平转换I电路、电平转换2电路、多路转换器、配电器、高速光耦、PR0FIBUS-DP站接口 4、RS232/RS485电平转换器、DP地址拨码开关、看门狗与复位电路、20M有源晶振、40M有源晶振,以及人机界面I和状态指示灯2,其特征在于:所述的RS232/RS485电平转换电路一端连接人机界面1,另外一端连接TMS320 DSP的串行接口 SCRl ;状态指示灯2与TMS320 DSP的端子IP00-3相连;DP地址拨码开关与TMS320 DSP的P1012-18相连;看门狗与复位电路与TMS320 DSP的复位端子RST相连;20M有源晶同时连接至TMS320 DSP与Altera FPGA的振荡器输入端子;TMS DSP的地址总线A[0..21]与Altera FPGA端子相连;TMS DSP的数据总线 D [0..15]与 Altera FPGA端子双向连接;Altera FPGA通过GP1010-17 与 PR0FIBUS-DP协议转换电路双向连接,并通过配置初始化信号线15与PR0FIBUS-DP协议转换电路单向连接;Altera FPGA通过FPGA启动信号线12、FPGA通讯超时信号线13和状态机调度与故障诊断电路双向连接;状态机调度与故障诊断电路通过四根故障信号线P106-9与TMS320DSP单向连接;TMS320 DSP的端子P1010通过总启动信号线10和状态调度与故障诊断电路单向连接;TMS320 DSP的端子P1ll通过转换启动信号线11与PR0FIBUS-DP协议转换电路相连;TMS320 DSP的串行通信端子SCR2与配电器双向连接;TMS320 DSP的两个端子P104-5与多路转换器相连;状态机调度与故障诊断电路通过配电器使能信号线7、配电器故障信号线6实现与配电器的双向连接;状态机调度与故障诊断电路通过多路转换器使能信号线5、多路转换器故障信号线8实现与多路转换器的双向连接;自由协议接口 14通过电平转换电路与多路转换器双向连接;40M有源晶与PR0FIBUS-DP协议转换电路单向连接;PR0FIBUS-DP协议转换电路的数据发送端子TXD与数据接收端子RXD均通过高速光耦连接到PR0FIBUS-DP总线上;PR0FIBUS_DP站接口 4的数据发送端子TXD、数据接收端子RXD直接与PR0FIBUS-DP总线相连。
[0007]所述的TMS320 DSP为德州仪器C2000、C5000、C6000系列DSP信号处理器;所述的Altera FPGA 包括 Cyclone,Cyclone II, Stratix, Stratix II 系列和 Altera CPLD 系列。
[0008]所述的高速光耦是指包括6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611等开关速率在1M bit/s以上的光电耦合器;所述的配电器是指具有对信号进行整形、放大、和抗干扰处理的器件,如NPGL-C型智能配电器。
[0009]所述的PR0FIBUS-DP协议转换电路指西门子协议转换芯片SPC3为核心的电路,其工作时钟为40MHz。
[0010]所述的自由协议接口 14包括RS485接口与RS232接口 ;所述的PR0FIBUS-DP站接口 4包括:DP站I接口,DP站2接口 ;所述的状态指示灯2包括配电器故障指示灯Hl、多路开关故障指示灯H2、PR0FIBUS-DP协议处理故障指示灯H3、FPGA通讯超时指示灯H4。
[0011]所述的状态机调度与故障诊断电路由状态机调度电路与故障诊断电路两部分构成;状态机调度电路包括使能配电器,使能多路转换器,并能按调度策略切换通道I数据或通道2数据,经由配电器送至TMS320 DSP的串行通讯接口 SCR2 ;故障诊断电路将AlteraFPGA超时信号,PR0FIBUS-DP协议处理故障信号,配电器故障信号及多路开关故障信号送至 TMS DSP 的 1 端子 IP06-9。
[0012]本实用新型的有益效果是:
[0013]本实用新型通过选择高速TMS320 DSP数字处理器提高了数据处理能力;通过选择Altera FPGA可编程门阵列实现了协议的自由定制;通过设计状态机调度与故障诊断电路实现了支持不同协议的RS232、RS485接口的转换调度策略及网桥的通信故障诊断;通过文本显示人机界面及状态指示灯对网桥工作状态进行实时监控;通过采用采用高速光耦,提高了 PR0FIBUS-DP总线网桥的数据转换速率,同时有效的抑制了高共模干扰总线信号;通过以SPC3为核心的PF0FIBUS-DP协议转换电路,并配以40M有源晶振时序驱动,显著增强了 PR0FIBUS-DP总线数据的转换能力。TMS DSP与Altera FPGA共用同一晶振,大大简化了 FPGA的时序分析,提高了时序电路的设计质量,加快了 FPGA的开发进度。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型结构原理示意图。
[0015]图2为状态机调度与故障诊断电路具体结构框图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图与实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
[0017]如图1所示,一种具有状态机调度与故障诊断功能的PR0FIBUS-DP网桥,提供了一种具有状态机调度与故障诊断功能的PR0FIBUS-DP桥接方案,解决了现有总线网桥接口形式单一、协议专用性太强、缺乏故障诊断机制所造成通用性不好、稳定性不高的问题;通过FPGA可编程逻辑阵列实现了协议的自由定制;通过设计RS232接口、RS458接口、双DP接口增强了系统多配能力;通过设计合理的状态调度与故障诊断电路,既能实现合理调度,又能实现故障诊断,增强了协议转换的可靠性。其具体结构是:人机界面MHI采用具有串行接口的西门子文本显示器,与TMS320 DSP串行接口 SCRl相连,实时监测网桥的通信状态;状态指示灯Hl连接到P10端子,显示配电器故障状态;状态指示灯H2连接到P1l端子,显示多路开关故障状态;状态指示灯H3连接到P102端子,显示PR0FIBUS-DP协议处理故障状态;状态指示灯H4连接到P103端子,显示FPGA通讯超时故障状态;DP地址拨码开关连接到TMS320 DSP的P1012-18上,用于设置PR0FIBUS-DP网桥的地址,设置地址范围I?255 ;复位与看门狗电路采用MAX811专用复位电路,连接到TMS320 DSP的RST端子上,实现程序跑偏或系统上电时的可靠复位;20M有源晶振同时连接到TMS320 DSP与Altera FPGA的时钟输入端子上,大大简化了 FPGA的时序
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