专利名称：实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种现场总线技术领域，具体涉及一种实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关设备，其能够将来自现场的智能设备信息进行分类，将实时数据和管理数据分别从不同的信道传送给不同的上位机设备。
背景技术：
现场总线技术以其高度的开放性、更高的传输精度和可互操作性在工业自动化领域获得了越来越多的应用。许多分散控制系统(DCS)制造商，为了跟上形势的发展，也将现场总线技术引入DCS系统，形成了同时集成现场总线设备和传统模拟设备的混合控制系统。在DCS系统中要集成现场总线设备就需要开发相应的现场总线网关或接口卡，且针对每种DCS系统都需要相应的现场总线网关或接口卡，其在系统中所处的位置与传统的I/O模件相同。总线网关或接口卡的主要用于协议转换，即将现场总线协议转换成某种DCS系统兼容的协议，一般是I/O模件级别上的协议。由于DCS系统各异，在设计DCS系统时，I/O模件级别上的通信协议往往只考虑实时信息，并不能传送管理信息，这就导致了现有的现场总线网关或接口卡只进行实时数据信息的转换，而将管理信息丢失，导致信息不完备。由于管理信息是现场总线系统有别于DCS系统的重要优势之一，而通过这种现场总线网关或接口卡集成现场总线设备的DCS系统并不能充分体现现场总线系统具有设备管理功能的优势。
发明内容为了克服某些DCS系统I/O模件总线协议只能表达实时数据信息而不能表达设备管理信息的不足，提供一种实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，尤其用于集成PROFIBUS DP总线设备。为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案一种实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，它包括现场总线主站接口、现场总线主站接口模件、控制单片机、至少一个CAN总线接口、至少一个以太网接口，以及与以太网接口相连的以太网控制芯片；所述现场总线主站接口连接并管理现场总线设备，用于收集现场总线设备的有关实时数据和设备管理数据信息；所述现场总线主站接口模件连接在所述现场总线主站接口和控制单片机之间，对现场总线设备的数据进行采集，并将采集的数据进行存放；所述控制单片机对存放的数据进行分析，将实时数据与设备管理数据进行分离；所述至少一个CAN总线接口，连接所述控制单片机，并用于与DCS系统的控制器互连，将分离出的实时数据发送给DCS系统的控制器，实现实时数据的监控；所述至少一个以太网接口，通过以太网控制芯片连接所述控制单片机；将分离出的设备管理数据发送给上位机的设备管理监控软件，从而实现设备管理和故障诊断；以太网控制芯片，用于处理以太网协议。优选地，所述控制单片机还连接一程序调试接口，用于网关固件程序的调试和升级；优选地，所述控制单片机还连接一地址拨码开关，用于确定网关在I/O总线网络中的物理地址。优选地，所述控制单片机还连接一扩展内存，用于程序的运行及临时数据的存取。优选地，所述现场总线主站接口为PR0FIBUS-DP现场总线主站接口 ；所述现场总线主站接口模件为AnyBus-M模块，能够处理PR0FIBUS-DP总线协议。优选地，所述DCS系统的控制器为LN2000 DCS系统的控制器，兼容LN2000 DCS系统的I/o总线通信协议。优选地，CAN总线接口为两个，互为冗余。其可与LN2000 DCS系统的控制器互连，兼容LN2000 DCS系统的I/O总线通信协议，可进行实时数据交互，实现最基本的数据采集和数据输出功能，完成对现场PR0FIBUS-DP子站设备的监控。优选地，所述以太网接口为两个，互为冗余，能够接受上位机设备管理软件的组态配置数据和获取现场总线设备的管理信息。优选地，所述控制单片机采用摩托罗拉的MC9S12XHZ512。优选地，所述冗余CAN接口芯片采用CA82C251，采用CAN2. OB协议，用于周期性实时数据的发送与接收。优选地，所述冗余以太网接口芯片采用DM9000A，用于组态配置数据和管理数据的发送与接收。优选地，所述PR0FIBUS_DP主站接口 采用瑞典HMS公司的AnyBus-M (AB5030)主站模块，支持单PR0FIBUS_DP接口，用于PR0FIBUS_DP现场总线的协议分析，通过它完成对现场总线设备的数据采集和处理。本实用新型的有益效果是，本网关通过对来自现场的现场总线设备数据进行分析，将实时数据和设备管理数据进行有效分离，不但实现了 DCS系统的周期的实时性控制，而且还能有效的对现场总线智能设备进行管理和故障诊断，充分发挥了现场总线的优势，实现了 DCS系统与现场总线系统的完美集成。
图I是本实用新型系统结构示意图。其中I. PR0FIBUS-DP现场总线主站接口，2. AnyBus-M模块，3.控制单片机，4. CAN总线接口 I，5. CAN总线接口 II，6.以太网接口 I，7.以太网接口 II，8.以太网协议控制芯片I，9.以太网协议控制芯片II，10.调试接口，11.地址拨码开关，12.扩展内存。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。为了克服某些DCS系统I/O模件总线协议只能表达实时数据信息而不能表达设备管理信息的不足，本实施例针对山东鲁能控制工程有限公司的LN2000 DCS系统开发了一种现场总线网关用于集成PROFIBUS DP总线设备。要实现实时数据和管理数据的分类传送，本实施例现场总线网关的结构如下参照图I所示，它包括一个PR0FIBUS-DP现场总线主站接口 I、一个PR0FIBUS-DP现场总线主站接口模件(AnyBus-M模块2)、一个控制单片机3、两个CAN总线接口(CAN总线接口 I 4和CAN总线接口 II 5)、两个以太网接口(以太网接口 I 6和以太网接口 II 7)、两个以太网协议控制芯片(以太网协议控制芯片I 8和以太网协议控制芯片II 9)、一个调试接口 10、一个地址拨码开关11和一个扩展内存12。 本实施例设备的主要芯片有控制单片机3:采用摩托罗拉的MC9S12XHZ512，可靠性高，支持双CAN接口，自带512K闪存，可用于非易失数据的存储，如总线配置数据。冗余CAN接口芯片采用CA82C251，采用CAN2. OB协议，用于周期性实时数据的发
送与接收。冗余以太网接口芯片采用DM9000A，用于组态配置数据和管理数据的发送与接收。PR0FIBUS_DP主站接口 采用瑞典HMS公司的AnyBus-M (AB5030)主站模块，支持单PR0FIBUS_DP接口，用于PR0FIBUS_DP现场总线的协议分析，通过它完成对现场总线设备的数据采集和处理。各部件具有如下功能(I)支持一个PR0FIBUS-DP现场总线主站接口 1，可以连接并管理在PROFIBUS官方网站上注册的PR0FIBUS-DP现场总线子站设备，用于收集PR0FIBUS-DP现场总线设备的有关实时数据和设备管理数据信息；具有一个PR0FIBUS-DP现场总线主站接口模件(AnyBus-M模块2)，用于处理PR0FIBUS-DP总线协议；(2)支持两个CAN总线接口，互为冗余，可与LN2000 DCS系统的控制器互连，兼容LN2000 DCS系统的I/O总线通信协议，可进行实时数据交互，实现最基本的数据采集和数据输出功能，完成对现场PR0FIBUS-DP子站设备的监控；(3)支持两个以太网接口，互为冗余，可与上位机PR0FIBUS-DP设备管理软件互连，形成管理网络，能够接受上位机设备管理软件的组态配置数据和获取PR0FIBUS-DP现场总线设备的管理信息；具有两个以太网协议控制芯片，用于处理以太网协议。(4)具有一个调试接口 10，用于网关固件程序的调试和升级；(5)具有一个控制单片机3，用于网关固件程序的运行，数据的周期性采集，数据的协议转换和分类，数据的发送。(6)具有一个地址拨码开关11，用于确定网关在I/O总线网络中的物理地址。(7)具有一个扩展内存12，用于程序的运行及临时数据的存取。其各个部分的连接关系如图I系统结构描述框图所示。要实现实时数据和设备管理数据的分类发送，其具体实现程序可简记如下(I)AnyBus-M模块2具有单独的处理器，只要上电初始化完毕，就可周而复始的进行PROFIBUS DP现场总线设备的数据采集，并将初始数据放入模块中的双口 RAM中。(2)控制单片机MC9S12XHZ512通过对AnyBus-M模块双口 RAM中的数据进行分析，将实时数据与设备管理数据进行分离。[0047](3)分离出的实时数据通过冗余的CAN总线接口发送给LN2000 DCS系统的控制器，实现实时数据的周期性监控。拨码开关用于定位网关的物理位置。(4)分离出的设备管理数据通过冗余的以太网接口发送给上位机的设备管理监控软件，从而实现设备管理和故障诊断。通过以上的过程就可实现实时数据和设备管理数据的分类发送。其特点是在网关中通过对PROFIBUS DP总线设备进行协议分析，将实时数据信息和设备管理信息进行分离，其中实时数据信息通过I/o接口发送给控制器用于进行周期的实时控制，设备管理信息通过以太网接口发送给人机接口设备用于设备的管理和故障诊断，从而实现了不同种类信息的有效分离，充分发挥了 DCS系统和现场总线系统各自的优势。上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式
进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
权利要求1.一种实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，它包括现场总线主站接口、现场总线主站接口模件、控制单片机、至少一个CAN总线接口、至少一个以太网接口，以及与以太网接口相连的以太网控制芯片； 所述现场总线主站接口用于连接现场总线设备，用于收集现场总线设备的有关实时数据和设备管理数据信息； 所述现场总线主站接口模件连接在所述现场总线主站接口和控制单片机之间，对现场总线设备的数据进行采集，并将采集的数据进行存放； 所述控制单片机对存放的数据进行分析，将实时数据与设备管理数据进行分离； 所述至少一个CAN总线接口，连接所述控制单片机，并用于与DCS系统的控制器互连，将分离出的实时数据发送给DCS系统的控制器，实现实时数据的监控； 所述至少一个以太网接口，通过以太网控制芯片连接所述控制单片机；以太网控制芯片，用于处理以太网协议。
2.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述控制单片机还连接一程序调试接口，用于网关固件程序的调试和升级。
3.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述控制单片机还连接一地址拨码开关，用于确定网关在I/O总线网络中的物理地址。
4.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述控制单片机还连接一扩展内存，用于程序的运行及临时数据的存取。
5.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述现场总线主站接口为PROFIBUS-DP现场总线主站接口 ；所述现场总线主站接口模件为AnyBus-M模块，能够处理PROFIBUS-DP总线协议。
6.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述DCS系统的控制器为LN2000 DCS系统的控制器，兼容LN2000 DCS系统的I/O总线通信协议。
7.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，CAN总线接口为两个，互为冗余。
8.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述以太网接口为两个，互为冗余，能够接受上位机设备管理软件的组态配置数据和获取现场总线设备的管理信息。
9.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述控制单片机采用摩托罗拉的MC9S12XHZ512。
10.如权利要求I所述的实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，其特征是，所述CAN总线接口的芯片采用CA82C251，采用CAN2. OB协议，用于周期性实时数据的发送与接收；所述以太网接口的芯片采用DM9000A，用于组态配置数据和管理数据的发送与接收；所述总线主站接口 采用瑞典HMS公司的型号为AB5030的AnyBus-M主站模块，支持单PROFIBUS_DP接口，用于PROFIBUS_DP现场总线的协议分析，通过它完成对现场总线设备的数据采集和处理。
专利摘要本实用新型公开了一种实时数据和管理数据分离型现场总线智能网关，它包括现场总线主站接口、现场总线主站接口模件、控制单片机、至少一个CAN总线接口、至少一个以太网接口，以及与以太网接口相连的以太网控制芯片；通过对PROFIBUSDP总线设备进行协议分析，将实时数据信息和设备管理信息进行分离，其中实时数据信息通过I/O接口发送给控制器用于进行周期的实时控制，设备管理信息通过以太网接口发送给人机接口设备用于设备的管理和故障诊断，从而实现了不同种类信息的有效分离，充分发挥了DCS系统和现场总线系统各自的优势。
文档编号G05B19/418GK202551083SQ20122017491
公开日2012年11月21日 申请日期2012年4月24日 优先权日2012年4月24日
发明者孙玮, 朱耀华, 黄丛智 申请人:山东电力研究院