专利名称：一种开放性二级拓扑结构的现场总线dp-net的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种开放性二级拓扑结构的现场总线DP-NET (Decentralized Peripheral Access Net)系统。更加具体地说，是涉及一种用于解决FCS(Fieldbus Control System)系统主控制器与多个分布于现场的智能从控制设备进行远距离双向数字 信号传输的通信总线系统，属于现场总线(Fieldbus)领域。
背景技术：
现场总线自从诞生以来，已被广泛的应用到工业自动化控制领域中，为工业自动 化控制数据传输提供了更为优秀的途径。通过现场总线，分布于现场的智能测控单元和自 动化控制系统构成互联通信网络，实现控制系统中现场智能设备信号量的数字化传输。提 高了控制信号传输性能，为工业自动化控制系统的现场化、网络化，以及更高的自动化提供 了坚实基础。目前现场总线多达百种以上，很多已经成为国际标准，例如FF、Profibus-DP, CAN-BUS、WorldFIP, InterBus等等。但多种技术标准的现场总线的并立，必然存在异质总 线系统之间数据互通的需求，它往往会给系统集成带来很大的困难。而目前现场总线应用 的实际情况已证明，这一问题还有待得到更好的解决。分析其原因很重要一点是，目前的现 场总线对异质现场总线的扩展不具有很好的开放性和兼容性，为保证一定的技术独立性和 整体通讯系统的先进性，其设计出发点没有针对异质场现场总线与自身总线的互通和无缝 接入这一问题做过多的考虑。该问题的存在，直接导致现场总线控制系统扩容、技术升级， 以及系统维护带来不便，同时也难以实现接入异质现场总线系统后，原有现场总线控制系 统的控制数据传输的时间确定性。因此，DP-NET从设计之初对该问题进行了重点考虑，设 计出了一种具有开放性的总线二级拓扑结构(1)提供实现现场总线与DP-NET互通的现场 总线扩展母从站；(2)采用现场总线扩展母从站作为DP-NET总线二级主站实现现场总线的 扩展；(3)提供相应的二级总线拓扑结构数据时间确定性传输控制机制。通过该开放性二 级拓扑结构实现DP-NET对异质现场总线的无缝接入和数据互通。
发明内容
本发明的目的是研究开发一种具有自主知识产权的具有开放性二级拓扑结构的 现场总线系统。根据本发明的一个方面，DP-NET提供一种具有开放性二级拓扑结构的总线物理链 路层，包括=DP-NET总线干线构成的干线一级物理链路拓扑；由作为干线从站的二级主站 扩展出的现场总线支线构成的支线二级物理链路拓扑；优选的，采用开放性的高速RS-485总线技术实现DP-NET总线干线物理链路拓扑， 典型的DP-NET干线带宽为5Mbps ；优选的，采用DP-NET总线系统提供的现场总线扩展母从站，作为实现异质现场总 线扩展的DP-NET总线二级主站来扩展现场总线支线，实现二级支线物理链路拓扑。
根据本发明的一个方面，DP-NET提供了一种实现二级拓扑结构链路数据时间确 定性控制的总线数据链路层，包括实现DP-NET干线一级链路数据传输的时间确定性数 据链路控制协议(Time Certainty Data Link Control，简称TCDLC)，和实现支线二级 链路数据传输逻辑链路控制，也即二级拓扑结构数据传输的异质扩展逻辑链路控制协议 (Heterogeneous Extending Logic Link Control,简禾尔 HELLC)；优选的，采用专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称 ASIC)芯片DPMaster，或者软件sDPMaster，实现DP-NET主站数据链路控制协议；根据本发明的再一个方面，DP-NET提供了一种面向多应用领域的多功能应用层， 包括应用层数据传输控制(Application Data Transmission Control，简称ADTC)协议、面 向多领域应用的开放性应用数据接口(Multi-domain Application Data Interface，简称 MADI)协议，以及总线管理配置服务(Bus Management and Configuration Services，简称 BMCS)协议。与现有技术比较，本发明的优点是采用DP-NET干线和扩展的现场总线分支构成 的开放式二级总线拓扑结构，可以满足与异质现场总线数据的互通的需求，实现对异质现 场总线系统的无缝接入，克服了其他现场总线在接入异质总线设备时给系统集成带来的不 便。同时扩展后的异质现场总线数据传输与原有总线系统，在数据传输上保持时间确定性 特征。
图1表示根据本发明的开放性二层拓扑结构的DP-NET ；图2表示根据本发明的开放性二级拓扑结构的DP-NET通信协议模型；图3表示根据本发明的DP-NET的一级总线拓扑结构数据时间确定性传输控制；图4表示根据本发明的DP-NET的二级总线拓扑结构数据时间确定性传输控制。
具体实施例方式请参阅图1，开放性二级拓扑结构的DP-NET的实现包括以下环节1.DP-NET总线主站和从站，通过高速RS-485总线实现的物理链路进行互联，构成 DP-NET总线的干线一级总线拓扑结构；2、DP-NET总线主站，作为DP-NET总线一级主站，实现对DP-NET干线从站的时间 确定性数据传输控制和总线管理功能；3、DP-NET总线从站由现场总线扩展母从站和一般从站组成，其中现场总线扩展 母从站用于完成包括DP-NET总线在内的各种现场总线系统的扩展工作，而一般从站完成 DP-NET总线的现场智能单元测控数据的传输处理工作；4、现场总线扩展母从站作为DP-NET总线二级主站，与其所扩展的现场总线一起， 构成DP-NET总线的扩展现场总线支线，组成DP-NET总线的支线二级总线拓扑结构。请参阅图2，开放性二级拓扑结构的DP-NET通信结构模型包括以下部分1、采用开放的高速RS-485总线规范的收发控制器和屏蔽双绞线构成DP-NET总线 干线的双冗余物理链路层。DP-NET总线的干线采用的典型带宽为5Mbps ；2、采用时间确定性数据链路控制协议TCDLC构成的DP-NET干线一级数据链路控制协议，和采用异质扩展逻辑链路控制协议HEDLC构成的DP-NET支线二级拓扑结构数据逻 辑链路控制协议；对于DP-NET干线的现场总线扩展母从站、一般从站主站，以及一级主站 之间数据传输的逻辑链路控制，采用TCDLC协议的逻辑链路控制(Logic Link Control，简 称LLC)子协议实现；对于DP-NET支线上的现场总线扩展子节点和DP-NET总线一级主站之 间数据传输的逻辑链路控制，采用异质扩展逻辑链路控制协议HELLC实现；3、采用应用数据传输控制协议ADTC，面向多领域应用数据接口协议MADI，以及总 线管理配置服务协议BMCS构成的DP-NET总线应用层。请参阅图3，DP-NET总线的一级总线拓扑结构数据时间确定性传输控制包括以下 部分1、主站发送数据到从站的控制来自于环节1(表示主站管理配置服务BMCS)和 环节2 (表示面向多领域应用数据接口 MADI)的FCS主站控制器过程控制、总线管理等应用 数据，通过环节3 (表示应用数据传输控制层ADTC)实现发送数据优先级控制与存储控制； 环节5(表示采用TCDLC机制的数据链路层媒介访问控制(MAC))在严格确定的轮询周期下 启动环节4 (表示采用TCDLC机制的数据链路层逻辑链路控制(LLC))从环节3获得要发送 的应用数据，并由环节4做干线链路数据封帧处理后，将数据通过环节7 (表示主站RS-485 收发驱动器)在干线物理链路上做RS-485差分信号发送；最后从站通过环节8 (表示从站 RS-485收发驱动器)实现该数据的接收；2、从站回应主站测控数据到主站的控制环节9(表示从站数据链路控制TCDLC) 在收到主站的轮询数据后，控制环节10(表示从站配置管理服务BMCS)和环节11(表示从 站应用层服务)做好回应主站的测控数据(包括测量数据、控制回应数据、管理配置数据) 准备，然后对准备好的回应数据做干线链路数据封帧处理，最后在确定时间内通过环节8 在干线物理链路上做RS-485差分信号发送；3、主站接收从站回应的测控数据的控制环节5在发送数据后在确定时间内通过 环节7在干线物理链路上接收到从站回应的测控数据后，启动环节4对数据进行解析处理； 环节4处理完毕后启动环节3做应用数据传输控制，并根据数据类型完成接收数据到环节 1或环节2的传输；4、干线逻辑链路控制对于属于DP-NET干线一般从站传输的链路数据，环节4直 接启动DP-NET干线链路数据解析或封帧处理；对于属于DP-NET干线现场总线扩展从站发 送的链路数据，环节4首先启动环节5 (表示异质扩展逻辑链路控制HELLC)完成扩展现场 总线链路数据的封帧，然后启动环节4对其继续完成DP-NET干线链路数据的封帧处理；对 于属于DP-NET干线现场总线扩展从站接收的链路数据，环节4首先启动环节4完成干线链 路数据的解析，然后启动环节5继续完成扩展现场总线链路数据的解析。请参阅图4，DP-NET总线的二级总线拓扑结构中数据时间确定性传输控制包括以 下部分1、DP-NET总线主站通过二级主站实现与扩展现场总线子节点的链路数据传输， 具体包括将通过DP-NET干线上传输的DP-NET主从站之间的链路数据作为一级链路数据 (如图D2所示)；将通过DP-NET 二级拓扑结构传输的DP-NET主站与扩展现场总线母从站 之间，关于扩展现场总线子节点的链路数据作为二级链路数据(如图Dl所示)；二级链路 数据通过做HELLC (如图环节4和环节11所示)控制成为一级链路数据后做如图3所示的DP-NET总线一级总线拓扑结构中时间确定性传输控制，实现二级链路数据在DP-NET —级 主站和现场总线扩展母从站之间的时间确定性传输；现场总线扩展母从站实现对二级链路 数据在现场总线扩展支线上的时间确定传输；2、DP-NET总线对现场总线扩展母从站所扩展的二级总线拓扑结构中的二级链路 数据，做HELLC机制的逻辑链路控制实现时间确定性传输控制。其中HELLC机制具体包括(I)DP-NET总线的现场总线扩展母从站作为二级总线拓扑结构中的二级主站，完 成扩展现场总线子节点数据的时间确定性收集与转发；(2) 二级主站做扩展现场总线子节点到DP-NET总线一般从站的映射机制，具体包 括对扩展总线子节点做与DP-NET总线一般从站和现场总线扩展从站统一的从站地址分 配；对扩展现场总线子节点做DP-NET总线在二级主站上的配置和管理；做扩展总线子节点 数据到DP-NET —般从站数据的转换；做DP-NET —般从站数据到扩展总线子节点数据的转 换；(3)DP-NET总线一级主站对扩展总线子节点做统一的DP-NET —般从站节点的管 理与资源配置，具体包括通过二级主站获得所有扩展现场总线子节点映射成的DP-NET从 站信息；为映射从站做DP-NET总线统一的DP-NET —般从站配置管理；为映射从站关联属 于扩展总线母从站的逻辑链路通道；为映射后从站配置DP-NET总线统一的从站应用数据 处理通道；(4) 二级链路数据与一级链路数据之间的HELLC转换，具体包括对二级链路数 据通过添加或删除扩展总线子节点的统一从站地址信息实现与二级逻辑链路数据之间的 转换；二级逻辑链路数据通过增加或删除扩展总线子节点关联的扩展现场总线母从站(或 者说二级主站)地址信息实现与对应扩展现场总线母从站一级链路数据之间的转换；通过 (1)中描述的一级逻辑链路数据传输实现二级链路数据的一级总线拓扑结构数据传输；通 过(2)中描述的映射关系，扩展现场总线母从站完成二级链路数据与扩展现场总线子节点 数据之间的转换；通过扩展现场总线规范实现二级链路数据在该扩展总线上的传输；(5) 二级链路数据传输的时间确定性控制，具体包括按照保证DP-NET总线一级 主站与扩展总线子节点之间数据传输的时间确定性要求为原则，由扩展总线母从站确定 被DP-NET总线一级主站轮询的周期，并作为配置管理信息传输到DP-NET总线一级主站； DP-NET总线一级主站以扩展总线母从站轮询周期做TCDLC机制的时间确定性数据链路控 制(如图中环节5所示)，实现被转换为扩展总线母从站的一级链路数据传输的二级链路数 据时间确定性传输；按照保证DP-NET总线一级主站与扩展总线子节点之间数据传输的严 格时间确定性要求为原则，扩展总线母从站作为二级主站实现与扩展现场总线子节点之间 的数据时间确定性传输控制；由此看出，DP-NET作为一种新研发的总线系统具有自己显著的特征它是以开放 性理念为出发点设计出，能够实现异质现场总线无缝接入的二级拓扑结构现场总线，能够 实现扩展现场总线节点数据时间确定性传输控制的现场总线，能够实现在异质现场总线扩 展的同时保持系统控制数据传输的时间确定性的现场总线。它是作为解决现场总线领域 开放性和统一性问题的一种方案和和实现，为现场总线控制系统的设计提供了一种新的选 择。
权利要求
一种具有开放性二级拓扑结构的现场总线DP NET，包括以下部分(1)具有开放性二级拓扑结构的总线物理链路层；(2)实现二级拓扑结构链路数据时间确定性控制的总线数据链路层；(3)一种面向多应用领域的多功能应用层；其特征在于在于内容(1)中，DP NET总线系统的提供开放性的异质现场总线拓扑，实现二级支线物理链路拓扑；还在于内容(2)中，在二级拓扑机构上实现时间确定性数据链路控制。
2.根据权利要求1中所述的具有开放性二级拓扑结构的总线物理链路层，其特征在于(1)中，具体还包括采用DP-NET总线系统提供的现场总线扩展母从站，作为实现异质现场 总线扩展的DP-NET总线二级主站来扩展现场总线支线，实现的二级支线物理链路拓扑。
3.根据权利要求1中所述的具有开放性二级拓扑结构的总线物理链路层，其特征在于(2)中，具体还包括实现支线二级拓扑结构数据时间确定性传输控制的异质扩展逻辑链 路控制协议HELLC。
全文摘要
本发明提供了一种开放性二级拓扑结构的现场总线DP-NET。通过采用DP-NET干线和扩展的现场总线分支构成的开放式二级总线拓扑结构，实现DP-NET总线数据时间确定性传输的同时，也实现了对异质现场总线系统的无缝接入和数据互通的需求，达到了本发明的目的。通过在国内多个大型发电厂中的实际应用和运行检验，证明了DP-NET现场总线系统，在现场数据传输的时间确定性和可靠性要求上具有很高的技术性能，在对异质现场总线设备接入和互通上具有很强灵活性和适应性。
文档编号H04L29/08GK101895560SQ20091008428
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者周立东, 奚志江, 朱磊, 王晓峰, 钱华东 申请人:北京四方继保自动化股份有限公司;北京四方博能自动化设备有限公司