专利名称：网络化控制器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种应用于天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)下拉索促动器的控制系统，属于天文自动控制和网络通信技术领域。
技术背景控制器是工业生产领域、科学研究设备、科学实验设备、大型自动控制系统和智能控制设备等领域最常用的基本单元设备，它能够独立完成各种参量或各种机械动作的自动检测与控制。而通常的控制器主要由主控制单元和输入/输出接口单元组成，其中主控制单元可以由单片机的CPU或嵌入式的ARM构成，完成控制器的编程、外部设备的控制、控制器的操作、控制器的人-机交互的功能；输入/输出接口单元由主控制芯片的I/O端口组成，完成对外部设备的控制和外部数据的采集功能。 对于大型自动控制机械装置或大型智能型科学研究设备，为了能够实现各个控制节点的协调动作，需要大量的节点控制器组成庞大的控制系统，由各控制器共同完成整体设备或装置的控制；中国国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统就是其中一例，这些节点控制器之间的数据通信成为不可忽视且直接影响控制系统稳定、可靠的重要因素；如何架构节点控制器之间的数据通信网络，是提高控制系统整体性能的关键技术之 目前，在500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统中的控制器无论采用何种通信接口 ，其组网方式只有总线和星型两种方式，总线式结构适合于RS-485或CAN总线标准，星型结构适合于以太网标准；当节点控制器数量过多、控制节点的物理位置结构过于密集时，采用总线式结构其线路可靠性最差，只要有一处线路断开，则系统就会瘫痪；采用星型结构，虽然线路可靠性有所提高，但所使用的中间设备过多，会大幅增加系统的成本，以至于该方案不可行
实用新型内容
实用新型目的本实用新型结合中国国家天文台500米口径球面射电望远镜
(FAST)项目中下拉索促动器控制系统的特殊需求，提供一种网络化控制器，其目的是解决
以下问题1、以往利用网络化控制器进行组网的时候，总线组网方式中存在节点控制器数
量过多、控制节点的物理位置结构过于密集时，线路可靠性最差的问题；2、星型组网的方式
中存在中间设备过多、大幅增加系统成本的问题。
技术方案本实用新型是通过以下技术方案实现的 —种网络化控制器，是一种应用于天文台球面射电望远镜项目中下拉索促动器的控制系统，包括主控制单元和与其连接的输入/输出接口单元，其特征在于所述主控制单元通过数据交换单元与多路网络化接口单元连接；主控制单元中还设置有路由交换算法软件模块(4)。 所述控制器的主控制单元由单片机的CPU或嵌入式的ARM构成，所述控制器的输入/输出接口单元由主控制芯片的1/0端口组成。 所述控制器的多路网络化接口单元由多通道RS-485驱动电路系统、多通道CAN总线驱动电路系统或多通道以太网驱动电路系统组成。[0010] 多通道RS-485驱动电路系统由RS-485驱动电路、数据交换单元、路由/交换控制
单元和数据总线/控制总线组成，所述RS-485驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元
连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线。 多通道CAN总线驱动电路系统由CAN总线驱动电路、数据交换单元、路由/交换控
制单元、数据总线/控制总线组成，所述CAN总线驱动电路连接数据交换单元，数据交换单
元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线。 所述以太网驱动电路系统由以太网驱动电路、数据交换单元、路由/交换控制单
元和数据/控制总线组成，所述以太网驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元连接路
由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据/总线。 所述控制器的数据交换单元由数据接收发射程序或以太网交换器件组成。 优点及效果本实用新型提供一种网络化控制器，包括主控制单元和与其连接的
输入/输出接口单元，所述主控制单元通过数据交换单元连接至多路网络化接口单元；主
控制单元内还设置有路由交换算法软件模块。本实用新型提出了将一般控制器与多路网络
化接口相结合组成网络化控制器的方案，使该网络化控制器同时具有节点控制和控制器网
络的数据传输功能；可以使多点控制系统的控制器在物理连接形式上实现真正意义的网络
化拓扑结构，通过增加控制器网络的冗余接线和运行以太网路由算法和交换算法，实现大
幅提高控制器网络的运行可靠性。 该实用新型网络化控制器的具体优点如下 1、本网络化控制器由控制器和多路网络化接口组成，具有多数据通信接口 ； 2、本网络化控制器可以组成控制器网络进行各个控制节点的数据传输和节点控 制； 3、由本网络化控制器组成的网络系统，可以使多点控制系统在控制器的物理连接 形式上实现真正意义的网络化拓扑结构； 4、由本网络化控制器组成的网络系统，可以通过增加控制器之间网络化冗余接线 实现大幅提高控制器网络系统的数据通信可靠性； 5、如果多路网络化接口采用工业以太网标准，本网络化控制器可以组成工业以太 网多点网络化控制系统； 6、本网络化控制器中嵌有以太网路由算法和交换算法软件模块，当控制器网络局 部线路出现故障时，通过以太网路由算法和交换算法，完成控制器网络的数据路由和数据 冗余交换，提高控制器网络的运行可靠性。 7、本网络化控制器构成中国国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目 中下拉索促动器控制系统需要的、由2400个控制节点组成的控制系统网络。 该实用新型结构简洁合理，实用性强，稳定高效，成本低廉，可以充分的满足国家 天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统的特殊需求。
图1为本实用新型网络化控制器的组成结构； 图2为本实用新型网络化控制器中多路网络化接口单元由RS-485驱动电路系统 组成时的方案结构；[0026] 图3为本实用新型网络化控制器中多路网络化接口单元由CAN总线驱动电路系统 组成时的方案结构； 图4为本实用新型网络化控制器中多路网络化接口单元由以太网驱动电路系统 组成时的方案结构； 图5为用本实用新型网络化控制器构成多节点控制器网络的实际案例之一。
具体实施方式
—种针对球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统而设计的网络化 控制器，特别适合于中国国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动 器控制系统中2400个控制节点组成的控制系统，如图1所示，该网络化控制器包括主控制 单元1、数据交换单元2、输入/输出接口单元3、路由交换算法软件模块4和多路网络化接 口单元5 ;数据交换单元2和输入/输出接口单元3均与主控制单元1连接，在所述数据交 换单元2上连接多路网络化接口单元5 ;在所述主控制单元1内设置有路由交换算法软件 模块4。所述控制器的主控制单元l由单片机的CPU或嵌入式的ARM构成，完成控制器的编 程、外部设备的控制、控制器的操作和控制器的人_机交互的功能；所述控制器的输入/输 出接口单元3由主控制芯片的1/0端口组成，完成对外部设备的控制和外部数据的采集功 能。 所述控制器的多路网络化接口单元由多通道RS-485驱动电路系统、多通道CAN总 线驱动电路系统或多通道以太网驱动电路系统组成，完成网络化控制器的组网，对应不同 的驱动电路可以组成RS-485控制器网络、CAN总线控制器网络或以太网控制器网络。 如图2所示，本实用新型网络化控制器中的多路网络化接口单元5由RS-485驱动 电路系统构成，多通道RS-485驱动电路系统由RS-485驱动电路、数据交换单元、路由/交 换控制单元和数据总线/控制总线组成，所述RS-485驱动电路连接数据交换单元，数据交 换单元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线，数据总线 /控制总线再连接至与主控制单元1连接的数据交换单元2上，构成基于RS-485通信方式 的网络化控制器； 如图3所示，本实用新型网络化控制器的多路网络化接口单元5由CAN总线驱动 电路系统构成，多通道CAN总线驱动电路系统由CAN总线驱动电路、数据交换单元、路由/ 交换控制单元、数据总线/控制总线组成，所述CAN总线驱动电路连接数据交换单元，数据 交换单元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线，数据总 线/控制总线再连接至与主控制单元1连接的数据交换单元2上，构成基于CAN总线通信 方式的网络化控制器。 如图4所示，本实用新型网络化控制器的多路网络化接口单元5可以由以太网驱 动电路系统构成，所述以太网驱动电路系统由以太网驱动电路、数据交换单元、路由/交换 控制单元和数据/控制总线组成，所述以太网驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元 连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线，数据总线/控制 总线再连接至与主控制单元1连接的数据交换单元2上，构成基于以太网通信方式的网络 化控制器。 如图5所示，本实用新型网络化控制器可以通过控制器的多路网络化接口单元5连接在一起，构成如图5所示结构的控制器网络，完成由多控制节点组成的庞大控制系统 的网络化组网，并提供高效、高可靠性的数据通信网络。图5中任意一个节点上的任意两条 线路断开，整个控制系统仍能正常工作；图5结构适合于中国国家天文台500米口径球面射 电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统。 所述网络化控制器的数据交换单元2，由数据接收发射程序或以太网交换器件组 成，完成控制器网络中的数据传输和交换功能。 所述网络化控制器具有路由算法和交换算法软件模块，其由以太网路由算法和交 换算法组成，当控制器网络局部线路出现故障时，通过以太网路由算法和交换算法，完成控 制器网络的数据路由和数据冗余交换，提高控制器网络的运行可靠性。 所述网络化控制器在一般控制器的基础上增加有多路网络化接口，同时具有节点 控制和控制网络的数据传输功能；可以使多点控制系统的控制器在物理连接形式上实现真 正意义的网络化拓扑结构，通过增加控制网络的冗余接线实现大幅提高控制网络的运行可靠性。 所述控制器的多路网络化接口，如果采用工业以太网标准，本网络化控制器可以 组成工业以太网多点网络化控制系统。 该实用新型结构简洁合理，实用性强，稳定高效，成本低廉，可以充分的满足国家 天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统的特殊需求。
权利要求一种网络化控制器，是一种应用于天文台球面射电望远镜项目中下拉索促动器的控制系统，包括主控制单元(1)和与其连接的输入/输出接口单元(3)，其特征在于所述主控制单元(1)通过数据交换单元(2)与多路网络化接口单元(5)连接；主控制单元(1)中还设置有路由交换算法软件模块(4)。
2. 根据权利要求1所述的网络化控制器，其特征在于所述控制器的主控制单元(1)由单片机的CPU或嵌入式的ARM构成，所述控制器的输入/输出接口单元(3)由主控制芯片的I/0端口组成。
3. 根据权利要求1所述的网络化控制器，其特征在于所述控制器的多路网络化接口单元(5)由多通道RS-485驱动电路系统、多通道CAN总线驱动电路系统或多通道以太网驱动电路系统组成。
4. 根据权利要求3所述的网络化控制器，其特征在于多通道RS-485驱动电路系统由RS-485驱动电路、数据交换单元、路由/交换控制单元和数据总线/控制总线组成，所述RS-485驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线。
5. 根据权利要求3所述的网络化控制器，其特征在于多通道CAN总线驱动电路系统由CAN总线驱动电路、数据交换单元、路由/交换控制单元、数据总线/控制总线组成，所述CAN总线驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据总线/控制总线。
6. 根据权利要求3所述的网络化控制器，其特征在于所述以太网驱动电路系统由以太网驱动电路、数据交换单元、路由/交换控制单元和数据/控制总线组成，所述以太网驱动电路连接数据交换单元，数据交换单元连接路由/交换控制单元，路由/交换控制单元连接数据/总线。
7. 根据权利要求l所述的网络化控制器，其特征在于所述控制器的数据交换单元(2)由数据接收发射程序或以太网交换器件组成。
专利摘要本实用新型提供一种网络化控制器，包括主控制单元和与其连接的输入/输出接口单元，其特征在于所述主控制单元通过数据交换单元与多路网络化接口单元连接；主控制单元中还嵌有路由交换算法软件模块。所述网络化控制器同时具有节点控制功能和网络数据传输功能；可以使控制器在物理连接形式上实现网络化拓扑结构，通过冗余接线和路由算法实现大幅提高控制系统网络的运行可靠性；特别适合于中国国家天文台500米口径球面射电望远镜(FAST)项目中下拉索促动器控制系统中2400个控制节点组成的控制系统。该实用新型结构简洁合理，实用性强，稳定高效，比较利于大范围的推广应用。
文档编号G05B19/418GK201477439SQ200920202990
公开日2010年5月19日 申请日期2009年9月2日 优先权日2009年9月2日
发明者沙毅 申请人:沙毅