专利名称：具有热备功能的远程终端单元主控电路的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种主控电路，尤指一种工业过程自动化控制终端设备的具有热备功能的远程终端单元主控电路，适用于石化、给排水、电力、冶金等领域的工业过程自动化控制的具有热备功能的远程终端单元主控电路。
背景技术：
目前，随着工业的各个领域陆续向大型化方向的发展，对自动化控制的要求越来越高，对于可靠性要求较高的场合，无论是DCS系统还是PLC系统都要求采用“热备”的方式来避免控制系统的失控。有的双机热备电路设计过于复杂、元器件数量多，成本高；而有的双机热备电路设计又过于简单，无法实现双机自动切换，其可靠性和安全性都较差。
发明内容
本实用新型的目的在于避免上述现有技术中存在的弊端而为工业现场控制终端设备设计的一种具有热备功能的远程终端单元主控电路，其电路控制水平高，性能稳定可靠，造价低的具有热备功能的远程终端单元主控电路。它控制整个控制设备的运行；不仅可对各种输入量的数据进行数据采集、处理和存储；可支持有线及无线通讯；应用程序可用梯形图语言和C语言编写，两种程序的编写、下载、运行都完全独立。而且它与非冗余控制系统相比增加了热备处理电路和一个同样的远程终端单元主控电路，通过热备处理电路进行主控单元之间的通信，一旦某一主控单元出现故障，另一个主控单元会马上启动，使整个系统不会发生中断。提高了整个控制系统的安生性和可靠性。
本实用新型的目的可以通过以下措施来达到一种具有热备功能的远程终端单元主控电路，由主控芯片、锁存器、随机存储器、单向隔离的高速模拟开关、RS-232驱动芯片、非门电路构成，该电路连接构成如下主控芯片U1的管腿32～39，锁存器U2的管腿18、17、14、13、8、7、4、3，随机存储器U3的管腿21、20、19、18、17、15、14、13分别短接后通过上拉电阻接至电源VCC；主控芯片U1的管腿21～28分别与随机存储器U3的管腿27、26、23、25、4、28、3、22连接；锁存器U2的管腿19、16、15、12、9、6、5、2与随机存储器U3的管腿5、6、7、8、9、10、11、12连接，锁存器U2的管腿1接地，11接主控芯片U1的管腿30，随机存储器U3的管腿32接接电源VCC，16接地，主控芯片U1的管腿16、17接随机存储器U3的管腿24、29，主控芯片U1的管腿8、13、12分别接至随机存储器U3的管腿31、12、30；主控芯片U1的管腿14、15、5、6、7、分别通过发光二极管电阻R1到电源VCC，管腿31、40接电源VCC，管腿20接地，管腿18、19接由晶体CRY、电容C2、C3组成的振荡电路；主控芯片U1的管腿9接至看门狗芯片U4的管腿7和通过电阻R2接至看门狗芯片U4的管腿3、8，至看门狗芯片U4的管腿3、8接电源VCC，管腿1、4、5、6接地；U1的管腿7接入由三非门串连组成的输入端，三非门输出端的分别通过上拉电阻RA2接入电源VCC，拨码开关S1的1、2端接地，4端接入三非门串连的第一个输出、入连接点，3端接入三非门串连的第二个输出、入连接点和接入模拟开关U6、U8的控制端，三非门输出端接入模拟开关U7、U9的控制端；模拟开关U8B-U8D、U9B-U9D的一端接入串口驱动芯片U10的管腿11 DTR、13 RTS、15 TXD，另一端通过80位标准双排插针M连接到主控单元中的串口电路，U10的管腿12 DCD、14 CTS、16 RXD也通过80位标准双排插针M连接到主控单元中的串口电路，模拟开关U6A-U6D、U7A-U7D、U8A、U9A的一端接入外部I2C总线，另一端通过80位标准双排插针M和主控单元内部的I2C总线。
本实用新型与现有技术相比具有如下优点本实用新型控制整个控制终端设备的运行，双机热备可自动切换，使整个控制设备的可靠性得到了很大程度的提高。支持梯形图逻辑、C语言编程，多个不同程序可同时运行，实现多任务控制，并且可以灵活地扩展I/O点数，提供1个通信接口，可以对各种输入量的数据进行数据采集、处理和存储，并可根据预先设定的上、下限提供报警功能及相应的控制操作，从而避免误操作而对设备造成损坏。由于本实用新型采用的都是工业级元器件，可适应的温度范围为-40℃～70℃，环境相对湿度5％～95％，能够在较恶劣的环境下工作，在工业现场有很大的实用价值。
图1.具有热备功能的远程终端单元主控电路的原理框图；图2.具有热备功能的远程终端单元主控电路的原理图。
具体实施方式
请参考图1.具有热备功能的远程终端单元主控电路的原理框图，该电路由热备处理单元、两个可编程的主控单元构成。当对热备处理电路通电运行时，两台组态完全一致的主控单元中有一台作为主控单元承担控制任务。它从各个远程I/O站采集数据；执行用户内存中的应用程序并将相应的输出命令送往各远程I/O站；在线运行的主控单元以其当前系统和数据存储器中的状态信息去刷新处于在线热备状态的备用主控单元。在线运行的备用主控单元仅仅读取主控单元送来的信息，它不执行控制任务，也不干预主控单元的运行，但一旦主控单元出现故障，则备用主控单元将自动承担主控单元的控制任务，使整个系统不会发生停顿。该电路由两路5.7VDC、两路24.7VDC供电。这主要是考虑到供电的可靠性。输出的24V是向外提供电源，输出的5V是模块自身使用，为两个主控单元提供电源，任一路供电发生问题，另一路可自动投入工作。
请参考图2 具有热备功能的远程终端单元主控电路的原理图。该电路主控芯片选用U1 W77E58 8位单片机作为热备处理的主控芯片，该芯片由VCC提供+5V的电源，在其XTAL1和XTAL2之间接入一个石英晶振，其芯片内的系统时钟就可以工作了，在这两个引脚与接地引脚GND之间加入电容，可以使系统更稳定，避免杂波干扰而死机。复位引脚RESET外接断电复位看门狗芯片U4，可使整个控制芯片回到预先设定的硬件状态下，锁存器选用的U2 74HC373可保证系统死机后在设置的时间内自复位，保证了系统在无人值守情况下死机后的自动恢复。该主控芯片U1通过引脚WR和RD进行外部随机存储器内容的读取和写入控制，地址总线A0-A7由主控芯片U1 P0.0-P0.7提供，锁存器将端口P0送出的信号锁存住，成为地址总线信号，主控芯片U1引脚ALE为地址锁存允许信号，接至锁存器的LE引脚，地址总线A8-A15由P2.0-P2.7提供，数据总线由P0.0-P0.7供给。在电路中主控芯片通过接入与非门电路接入单向隔离的高速模拟开关进行两路主控单元的切换，通过拨码开关可进行手动和自动转换方式的选择。热备处理电路的工作过程为首先对热备处理电路中的CPU进行初始化，延时2秒后，经过时间T1，将0XAAAA写入工作状态寄存器，再经过时间T1，读取工作状态寄存器，根据其工作状态决定是否执行备份、切换。
该用于自动化控制终端的具有热备功能的远程终端单元主控电路，已制成模块，本厂编号和名称为E001R模块，模块外形尺寸为(长)118mm×(宽)216mm×(高)44mm。采用ECHO T型模块封装壳体。E001R是在原E001主控模块的基础上，经扩充而形成的具有热备功能的主控模块。E001R主控模块，在其内部有两个主控制器和一个热备处理器，当一控制器发生故障时，另一控制器能自动地投入工作，这样控制器的可靠性得到了很大程度的提高。
现场应用表明，E001R主控模块具有造价低、应用灵活、安全可靠性高、安装使用方便、维护简单等特点，并可应用于-40℃～75℃的环境温度。适用于野外恶劣的工业现场环境。
权利要求1.一种具有热备功能的远程终端单元主控电路，其特征在于由主控芯片、锁存器、随机存储器、单向隔离的高速模拟开关、RS-232驱动芯片、非门电路构成，该电路连接构成如下主控芯片U1的管腿32～39，锁存器U2的管腿18、17、14、13、8、7、4、3，随机存储器U3的管腿21、20、19、18、17、15、14、13分别短接后通过上拉电阻接至电源VCC；主控芯片U1的管腿21～28分别与随机存储器U3的管腿27、26、23、25、4、28、3、22连接；锁存器U2的管腿19、16、15、12、9、6、5、2与随机存储器U3的管腿5、6、7、8、9、10、11、12连接，锁存器U2的管腿1接地，11接主控芯片U1的管腿30，随机存储器U3的管腿32接接电源VCC，16接地，主控芯片U1的管腿16、17接随机存储器U3的管腿24、29，主控芯片U1的管腿8、13、12分别接至随机存储器U3的管腿31、12、30；主控芯片U1的管腿14、15、5、6、7、分别通过发光二极管电阻R1到电源VCC，管腿31、40接电源VCC，管腿20接地，管腿18、19接由晶体CRY、电容C2、C3组成的振荡电路；主控芯片U1的管腿9接至看门狗芯片U4的管腿7和通过电阻R2接至看门狗芯片U4的管腿3、8，至看门狗芯片U4的管腿3、8接电源VCC，管腿1、4、5、6接地；U1的管腿7接入由三非门串连组成的输入端，三非门输出端的分别通过上拉电阻RA2接入电源VCC，拨码开关S1的1、2端接地，4端接入三非门串连的第一个输出、入连接点，3端接入三非门串连的第二个输出、入连接点和接入模拟开关U6、U8的控制端，三非门输出端接入模拟开关U7、U9的控制端；模拟开关U8B-U8D、U9B-U9D的一端接入串口驱动芯片U10的管腿11 DTR、13 RTS、15 TXD，另一端通过80位标准双排插针M连接到主控单元中的串口电路，U10的管腿12 DCD、14 CTS、16 RXD也通过80位标准双排插针M连接到主控单元中的串口电路，模拟开关U6A-U6D、U7A-U7D、U8A、U9A的一端接入外部I2C总线，另一端通过80位标准双排插针M和主控单元内部的I2C总线。
专利摘要本实用新型涉及一种具有热备功能的远程终端单元主控电路，该电路由热备处理单元、两个可编程的主控单元构成。运行时，两台主控单元中有一台作为主控单元承担控制任务，在线运行的主控单元以其当前系统和数据存储器中的状态信息去刷新处于在线热备状态的备用主控单元，一旦主控单元出现故障，则备用主控单元自动承担主控单元的控制任务，使整个系统不会发生停顿。热备处理单元由主控芯片、锁存器、随机存储器、单向隔离的高速模拟开关、RS－232驱动芯片、非门电路构成。控制整个终端设备的运行，双机热备可自动切换，使整个控制设备的可靠性大大提高。多个不同程序可同时运行，实现多任务控制。
文档编号H04B1/74GK2587110SQ02289398
公开日2003年11月19日 申请日期2002年12月3日 优先权日2002年12月3日
发明者俞凌, 庄贵林 申请人:北京安控科技发展有限公司