具有如下优点:
[0023]1.系统结构简单。设计的功能安全背板组件，只包含一种功能安全背板，所有模块都可以插接到该背板上，简化背板结构，提高使用效率。
[0024]2.可靠性高。采用无源背板设计，仅由少数接插件和无源器件组成，极大的降低了背板的故障率，应用高可靠性接插件，优化背板机械结构，背板通过导轨固定，设计包含各种插拔可靠性检测，极大地降低背板组件的机械故障率，从而减少了背板间的连接故障，采用串行设计，大大减少了信号数量，提高了系统的可靠性；背板的串行总线采用差分设计，PCB设计中对差分信号进行了阻抗控制，进一步提高了功能安全背板的可靠性。
[0025]3.设计灵活性。采用单模块背板设计，增加了使用的灵活性，不浪费槽位；由于功能安全背板只有一种，并且支持各类I/o和总线模块等通信模块，便于系统功能的扩展。
[0026]4.电磁兼容性好。功能安全无源背板本身不会产生辐射；背板设计采用串行设计技术，大大降低了电磁辐射的产生，由于串行总线采用差分信号设计，大大提高了功能安全背板的抗干扰性能。
[0027]5.成本低。无源背板设计大大简化背板的成本；多串行总线的设计保证各种模块采用最合适的串行总线，所以也降低了相应模块的成本。
[0028]6.可支持模块数量多。本发明在保证模块通信速度的同时，每组背板可最多安装6个I/O模块,一个分散控制站可最多安装16个背板,一套分散控制站总共可安装64个I/O模块。
[0029]7.支持热插拔。与现有技术中有源背板需专用电路或结构支持热插拔相比，本发明采用无源设计，与相关的模块配合，可轻松支持热插拔，热插拔功能可方便的对模块进行在线维护。
[0030]8.温度适应性好。本发明采用无源背板可轻易工作在工业级温度范围(_40°C?850C )甚至更宽的温度范围。
【附图说明】
[0031]图1功能安全PLC系统总体结构图。
[0032]图2功能安全背板电路原理框图。
[0033]图3功能安全背板地址检测原理框图。
[0034]图4背板通信曼彻斯特编码格式。
[0035]图5功能安全背板通信报文格式。
[0036]图6功能安全背板安全层报文格式。
[0037]图7背板通信安全层子报文头数据帧格式。
[0038]图8 1\0模块背板通信数据报文格式。
【具体实施方式】
[0039]结合说明书附图对本发明进一步详细说明。
[0040]如图1-8所示，一种功能安全无源背板及其通信方法，包括:
[0041]-功能安全背板，用于安装电源模块，控制器模块，I/O模块，总线模块；所述功能安全背板包括:电源总线、多串行总线、模块地址形成电路、模块地址奇偶校验和插拔可靠性标志等，其中电源总线，模块地址形成电路和多串行总线均支持冗余；
[0042]-背板延长器，用于实现1模块的扩展连接；
[0043]-终端匹配器，分为左终端匹配器和右终端匹配器，用于功能安全背板内部串行总线差分信号的阻抗匹配和固定功能安全背板，其中左终端匹配器集成DC 24V电源端子，安装电源模块时，可以将内部DC 24V电源输出到外部扩展的功能安全背板；不安装电源模块时，也可以接入前面背板的DC 24V电源，减少电源模块的数量；
[0044]背板还包括模块插入可靠性标志单元，背板地址奇偶校验单元；采用多串行总线技术单元，串行总线均支持冗余单元，简化串行总线硬件结构单元，低速串行总线与高速串行总线单元，上述串行总线同时工作，具体体现在功能安全背板的2种串行总线通路，具体为:
[0045]3)低速串行总线，采用1Mbps (最高32Mbps)半双工异步通信，物理层为RS-485通信方式，串行差分总线共有4对，其中2对用于与I/O模块通信，另外2对用于时钟同步，每组低速差分总线支持冗余，控制器与I/O模块采用主从查询方式通信，控制器发送读写请求给I/O模块，I/O模块根据请求返回相应的响应，通过可编程逻辑器件实现控制器与I/O模块的数据传输，提高系统的安全性和通信速度；低速串行总线可用于I/O模块的通信；
[0046]4)高速串行总线，采用50Mbps (最高100Mbps)半双工异步通信，差分总线共有2对，物理层为MLVDS (多点低压差分信号)方式，采用主从查询方式通信，数据位以曼彻斯特编码格式进行传输，高速串行总线用于控制器与总线模块的数据传输，硬件上，通过可编程逻辑器件实现控制器与模块的数据传输。
[0047]所述低速和高速串行总线的可编程逻辑器件分别位于控制器与从站模块中，2种串行总线分别根据各自串行总线的安全通信协议完成通信。
[0048]所述插入可靠性标志单元为:功能安全背板包含两个插入可靠性标志，I/O模块通过检测所在安全背板的两个可靠性标志来验证模块插入的可靠性。
[0049]所述背板地址奇偶校验单元为:功能安全背板包含一个奇偶校验标志，奇数位置悬空，偶数位置接地，I/o模块通过该标志实现背板地址的奇偶校验。
[0050]背板地址形成电路，背板的每一个槽位有一个电阻，所有电阻依次串联，最后在右终端匹配器端接地；控制器输出一个恒定电流，电流经过电阻产生压降，模块检测电阻左端与右终匹配器接地点的电压从而判断所在位置。
[0051]所述多串行总线技术单元，步骤如下:
[0052]3)控制器读操作:所有读操作都由命令帧和数据帧组成，控制器发送命令帧，从站模块返回应答数据帧；
[0053]4)控制器写操作:由命令帧、数据帧和从站模块返回值组成，控制器发送命令帧和数据帧，从站模块根据命令返回相应的返回值。
[0054]所述低速串行总线具体由同步时钟信号和从站模块RS-485通讯信号2组差分信号组成，每组差分信号均支持冗余，其中:
[0055]同步时钟信号提供数据通信同步时钟，由控制器或时钟模块产生，支持冗余；
[0056]从站模块RS485通讯信号与控制器低速串行总线相连，支持冗余。
[0057]在进行读写过程数据时，由控制器的本地CPU通过外部存储器接口自动产生本地双口 RAM读写时序，本地可编程逻辑器件在CPU读写时序的控制下自动对读写指令进行解析和操作，对于控制器所要发送或者接收的数据，可以自动写入本地可编程逻辑器件内部的寄存器内；背板通信接收完相应字节数据，可编程逻辑器件将数据自动写入内部的数据缓冲区中，并且首地址自动加I ;在进行读写过程数据时，背板通信采用的数据包的格式为:数据包头、安全层报文，应用层报文，CRC校验，数据包尾；控制器通过功能安全背板完成对模块过程数据的读写操作；本地CPU将读写操作指令发送到本地可编程逻辑器件后，需要对可编程逻辑器件中的发送使能寄存器进行使能后，本地可编程逻辑器件中的操作指令才会通过背板发送给从站模块。
[0058]本地可编程逻辑器件同时接收功能安全背板上串行总线冗余通道的数据，将接收到的数据暂存到可编程逻辑器件中另外一块数据缓冲区中，CPU接收到可编程逻辑器件的中断请求后，通过外部存储器接口可以分别访问双通道接收到的数据。
[0059]所述控制器与从站模块均采用CPU和可编程逻辑器件相组合的结构，可编程逻辑器件的功能分别为:作为双口 RAM使用，实现对背板通信数据进行缓存，并通过可编程逻辑器件内部逻辑完成对背板通信数据的控制与传输；CPU与可编程逻辑器件之间可以通过中断机制，实现CPU对可编程逻辑器件背板通信数据进行读操作；控制器周期性地通过本地可编程逻辑器