专利名称：连接高速以太网与ff _h1总线的现场总线网络互联单元的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及工业自动化过程控制领域，特别是FF H1现场总线网络互连单元。
背景技术：
最早的过程控制系统可以理解为模拟式的简单装置，后来发展为直接数字控制(DDC)系统，之后又发展为分散型控制系统(DCS)，二十世纪九十年代，一项全新的技术——现场总线技术开始崛起，过程控制领域便开始酝酿着新的革命，现场总线仪表实现了智能化和数字化，既提高了测量精度，又提高了可靠性，现场与控制室之间信号的传输也不再采用抗干扰能力差的模拟信号，而是采用抗干扰能力强的数字信号，这大大提高了系统的抗干扰能力，并且还可以节约90％以上的导线，节约60％以上的安装费用，另外，在控制室就可完成对现场仪表的各种设定，非常便于维护，所以现场总线系统(FCS)必将是过程控制领域新的主宰。另外，随着网络技术的发展，许多工厂特别是大型工厂对自动化系统的网络化要求也越来越高，而FF H1现场总线网络互连单元可以将各种FF H1现场总线设备连接到高速的HSE主干网上，从而可以方便地实现网络化。FF现场总线是专门针对过程控制的现场总线，FF H1现场总线网络互连单元则是FF H1现场总线系统的“指挥中心”，它必将在今后的过程控制领域发挥重要的作用。
实用新型内容本实用新型的目的在于提供一种FF H1现场总线网络互连单元，通过它可以将符合FF H1通信协议的仪表或控制设备连接到高速的HSE主干网上，与系统中其它设备一起共同完成系统的控制策略，使处于主机级的设备能够对FF H1现场设备通过高速的HSE主干网进行监控、管理，而且不需要工厂的技术人员过多地了解非常复杂的FF H1协议。
本实用新型的目的是这样实现的一种FF H1现场总线网络互连单元，是由中央处理器(CPU)、带电拔插电路和隔离电源电路(DC/DC)、冗余电路、RAM存储器、FLASH存储器、逻辑控制电路、加密单片机、FF H1接口电路、HSE接口电路及看门狗电路组成；它有两个独立的H1接口，用来连接工业现场的的符合FF H1现场总线的仪表，他还有两个冗余配置的HSE接口电路，用来连接高速工业以太网；其中，中央处理器(CPU)分别与带电拔插电路和隔离电源电路(DC/DC)、冗余电路、RAM存储器、FLASH存储器、逻辑控制电路、加密单片机、FF H1接口电路、HSE接口电路及看门狗电路连接，而两个逻辑控制电路分别与RAM存储器和FLASH存储器以及FF H1接口电路和HSE接口电路连接。
-所述的带电拔插电路由带电拔插控制器、场效应管构成。
-所述的隔离电源电路由DC/DC模块、线形稳压器等构成。
-所述的CPU为高性能32位RISC CPU。
-所述的看门狗电路由内置看门狗的串行EEPROM芯片及反向器构成。
-所述的加密电路由加密单片机构成。
-所述的冗余电路是由CPLD芯片、反向器等构成。
-所述的HDLC通信电路是由总线开关D12、反向器D10等构成。
-所述的FF H1接口电路是由FF H1总线控制器D41和D43、RAM存储器D42和D44等构成。
-所述的HSE接口电路由HSE控制器及以太网变压器构成。
FF H1现场总线网络互联单元采用功能强大的32位RISC CPU为核心控制部件，有强大的软件功能支持，它有HSE通信栈及H1通信栈，并且有FF H1与HSE的协议转换功能，还内置有二十多种、上百个功能块，能够实现多种算法和控制功能，并且现场总线网络互联单元卡还可冗余配置。现场总线网络互联单元还具有带电拔插功能以便于维护，卡上还有可靠性高的看门狗电路，以保证系统长期运行的稳定性和可靠性。现场总线网络互联单元卡还有内置加密算法的加密单片机，以增加技术的保密性。每块现场总线网络互联单元卡有两个H1链路及两个冗余配置的HSE链路。整块卡均采用低功耗技术，降低了功耗，提高了可靠性。冗余配置时两块现场总线网络互联单元卡通过机箱背板相连，两块现场总线网络互联单元卡通过串口按照HDLC协议进行通信以交换信息，两块卡之间还有冗余信号相互连接。每块现场总线网络互联单元卡上都有严密的冗余控制电路，该冗余设计具有硬件自动检测、硬件自动互锁、硬件自动控制及软件控制等特点，集中发挥了软硬件各自的优势，从而实现了具有高可靠性的冗余功能。本卡核心电路同输入电源以及HSE主干网、FF H1总线均采用了隔离措施以增强抗干扰能力。
本实用新型产品固化有HSE通信栈软件及H1通信栈软件，可以实现HSE通信及H1通信，且实现了FF H1与HSE的网络转换功能，并且内置有近二十多种、上百个功能块，能够实现多种算法和控制功能，可以对现场FF H1设备进行组态及实时监控，还具有数据存储、自诊断、报警、冗余无扰动切换等功能。
图1为本实用新型产品的原理框图具体实施方式
参见图1、现场总线网络互联单元是FF H1与HSE之间的网络互连单元，但它不光具有网络转换功能，还有强大的控制功能，并且还能实现冗余，是FF现场总线FCS的重要组成部分，它是由带电拔插电路、隔离电源电路、CPU及存储器电路、看门狗电路、加密电路、冗余电路、FF H1接口电路、HSE接口电路几部分组成。它有2个独立的H1接口，用来连接工业现场的符合FF H1现场总线的仪表，它还有2个冗余配置的HSE接口，用来连接高速工业以太网。该卡需要的24VDC电源从底板上获取。并且它还有强大的软件功能以保证可靠的通信及实现各种控制功能。
本实用新型产品的工作原理是这样的从底板获取的24VDC电源经过反向保护及过压过流保护电路后再接入带电拔插控制电路，经过延时后该控制电路的电源开关方被打开，从而避免了刚上电时对电源的冲击，实现了带电拔插功能。DC/DC电路将24VDC电源转换成隔离的5VDC电源，给现场总线网络互联单元的核心电路供电。现场总线网络互联单元卡上的程序FLASH里固化有完整的软件程序，卡上的微处理器NETA50_QFP208通过H1接口同现场符合FF H1协议的设备进行通信，通过HSE接口同主机进行通信。由主机下传的组态信息被存储在现场总线网络互联单元的数据FLASH存储器里，并且还将下载到FF H1的现场仪表中，现场总线网络互联单元根据组态的信息去完成相应的监控任务，并且还能将现场设备的工作状态(例如设备故障、报警等)通过HSE主干网及时传向主机及其它相关设备。当现场总线网络互联单元程序运行出现故障时，卡上的看门狗将输出复位信号以重新启动程序，从而避免了死机的危险，如果是冗余配置，一旦处于主控的卡出现故障，将自动地将主控权交给备用的卡，实现系统的无扰动切换。
本实用新型产品具有以下特点使用高性能32位RISC微处理器，有4MBytes的程序存储区和4Mbytes的数据存储区；2路HSE端口速率为10M/100M自适应，通信介质为五类(超五类)双绞线/光纤；2路H1端口速率为31.25Kbps，通信介质为双绞线；有HSE通信栈、H1通信栈(MASTER)，能实现HSE与FF H1设备之间的连接；互联单元内的两路H1有H1-H1桥接功能；具有通信端口冗余及板级冗余功能；有带电插拔功能；有二十多种超过一百个功能块，可以实现多种控制功能；隔离电压为2000VDC。
过程控制已经经历了多次技术革命，由早期模拟式的简单装置发展为直接数字控制(DDC)系统，再发展为分散型控制系统(DCS)，每次技术的革命使过程控制都发生了巨大的变化，随着二十世纪九十年代现场总线技术的崛起，过程控制领域必将发生新的革命。现场总线技术使工业自动化实现了全数字化。现场总线仪表实现了智能化和数字化，既提高了测量精度，又提高了可靠性，现场与控制室之间信号的传输也不再使用抗干扰能力差的模拟信号，而是采用抗干扰能力强的数字信号，并且可以节约90％以上的导线，还可以节约60％以上的安装费用。现场总线系统的诞生使我们不必再面对成百上千的现场仪表的导线而发愁，而且对于所有现场仪表的调校都可以在控制室完成，而不必象原来一定要在现场完成，这对于现场仪表分布广、或者有仪表安装在现场不便于调校的位置等情况下非常有优势。所以现场总线技术给过程控制领域带来的影响将是非常巨大和空前的，FCS代替DCS是过程控制领域技术发展的必然趋势。由于FF现场总线是专门针对过程控制的现场总线，它有非常完善的协议以保证过程控制的各种需要，并且FF仪表还能满足本质安全的要求，可以使用在有危险气体的工业现场，所以在FCS时代FF现场总线必将是过程控制领域的领头羊。另外，随着网络技术的发展，许多工厂特别是大型工厂对自动化系统的网络化要求也越来越高，而FF H1现场总线网络互连单元现场总线网络互联单元可以将各种FF H1现场总线设备连接到高速的HSE主干网上，从而可以方便地实现网络化。现场总线网络互联单元是在过程控制即将发生新的革命时应运而生的，它必将在今后的过程控制领域发挥重要的作用。
权利要求1.一种连接高速以太网与FF H1总线的现场总线网络互联单元，是由中央处理器(CPU)、带电拔插电路和隔离电源电路(DC/DC)、冗余电路、RAM存储器、FLASH存储器、逻辑控制电路、加密单片机、FF H1接口电路、HSE接口电路及看门狗电路组成；它有两个独立的H1接口，用来连接工业现场的的符合FF H1现场总线的仪表，他还有两个冗余配置的HSE接口电路，用来连接高速工业以太网；其中，中央处理器(CPU)分别与带电拔插电路和隔离电源电路(DC/DC)、冗余电路、RAM存储器、FLASH存储器、逻辑控制电路、加密单片机、FF H1接口电路、HSE接口电路及看门狗电路连接，而两个逻辑控制电路分别与RAM存储器和FLASH存储器以及FF H1接口电路和HSE接口电路连接。
2.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其带电拔插电路由带电拔插控制器、场效应管构成。
3.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于隔离电源电路由DC/DC模块、线形稳压器等构成。
4.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于所述的CPU为高性能32位RISC CPU。
5.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其看门狗电路由内置看门狗的串行EEPROM芯片及反向器构成。
6.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其加密电路由加密单片机构成。
7.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于冗余电路是由CPLD芯片、反向器等构成。
8.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其HDLC通信电路是由总线开关D12、反向器D10等构成。
9.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其FF H1接口电路是由FF H1总线控制器D41和D43、RAM存储器D42和D44。
10.根据权利要求1所述的FF H1现场总线网络互连单元，其特征在于其HSE接口电路由HSE控制器及以太网变压器构成。
专利摘要一种连接高速以太网与FF_H1总线的现场总线网络互联单元，通过它可以将符合FF_H1通信协议的仪表或其它设备连接到高速的HSE主干网上，与系统中其它设备一起共同完成系统的控制策略，使处于主机级的设备能够通过高速的HSE主干网对FF_H1现场设备进行监控、管理，而且不需要工厂的技术人员过多地了解非常复杂的FF_H1协议。现场总线网络互连单元是由带电拔插电路、隔离电源电路、CPU及存储器电路、看门狗电路、加密电路、冗余电路、FF_H1接口电路、HSE接口电路几部分组成。它还有强大的软件功能，内置有HSE通信栈、FF_H1通信栈(MASTER)以及二十多种、上百个功能块，能够实现多种控制功能，并且还有FF_H1与HSE的协议转换功能、H1－H1桥接功能等。通过现场总线网络互连单元工厂将非常容易实现自动控制的网络化。现场总线网络互连单元还可冗余配置，以提高系统的可靠性。FF现场总线是专门针对过程控制的现场总线，而现场总线网络互连单元则是FF现场总线系统的“指挥中心”。
文档编号H04L12/46GK2640136SQ0320940
公开日2004年9月8日 申请日期2003年9月11日 优先权日2003年9月11日
发明者张广川, 吴建军, 周勇, 王长密, 耿东汉 申请人:北京华控技术有限责任公司