一种用于高速卷烟包装设备的ARCNET模块的制作方法

本实用新型属于高速卷烟包装设备技术领域，特别涉及一种用于高速卷烟包装设备的ARCNET模块。

背景技术：

MICRO-Ⅱ系统是意大利GD公司推出的国际先进的高速卷烟包装设备的电控系统，其融入了当代高新技术，属于计算机网络控制系统。

MICRO-Ⅱ基于80386和80486两种平台设计，并经优化用于多任务操作系统的先进的32位微处理器。该处理器能够寻址4GB的物理存储器和64TB的虚拟存储器。此外，该处理器还允许多个操作系统同时运行，确保平均指令执行时间，具有很高的系统吞吐能力。

MICRO-Ⅱ系统是由17块线路板组成，所有这些线路板都是自带CPU的智能板。即MICRO-Ⅱ系统是一个多处理器并行系统，机笼内的各个线路板通过连接在母版上的数据总线和控制总线，与CPU板进行信息交换，共同控制完成系统功能。

MICRO-Ⅱ系统采用Arcnet令牌网络结构，在Arcnet网络的基础上增加了GD公司专有的通讯协议，俗称GDLAN。通过GDLAN来实现CPU主板与OPC的信息通讯，GDLAN网络采用93Ω同轴电缆作为通信载体，基通讯数据传输速率最大为2.5Mbps。MICRO-Ⅱ网络结构图如图1所示。

MICRO-Ⅱ控制系统主要应用于烟草卷烟设备中，如上海烟机所生产的ZB45、ZB25、ZB47，意大利GD公司生产的GDX1、GDX2、GDX2000、S900包装、烟支输送设备等。

在现有烟草包装设备中，上位机与MICRO-Ⅱ控制系统的通讯数据交互通常采用上位机(工业计算机)+基于PCI总线的ARCNET网络适配组合。ARCNET网络适配器通过93Ω同轴电缆与一台或多台MICRO-Ⅱ控制系统实现物理连接，ARCNET网络适配器通过PCI总线与一台或多台上位机实现物理连接，从而实现MICRO-Ⅱ控制系统与上位机的物理通讯组网，该局域网络俗称GDLAN。如图2所示，是GDLAN网络结构示意图。

GDLAN是基于令牌总线机制的通讯网络，该网络的最大特点是应答机制基于上位机软件(部署于工业计算机内的软件)与MICRO-Ⅱ控制程序实现。在该网络中ARCNET适配器在网络中只用于数据透传，不能直接参与GDLAN组网，该设备不具备协议的识别与解析能力。

在GDLAN网络通讯中，MICRO-Ⅱ控制系统作主站，上位机作从站。主站控制系统启动时向GDLAN网络循环发送广播信息，ARCNET适配器将GDLAN网络接口转换成PCI总线接口，并将数据传送至从站上位机，从站上位机软件接收到主站广播信息后向主站回复节点信息(应答指令)，该指令再通过ARCNET适配器将PCI接口转换成GDLAN网络接口，并将数据传送至主站，主站程序接收到从站应答指令后将从站加入控制节点，直至所有节点加入完成，系统组网完毕。

在系统组网完成后，主站按特定的数据格式向从站节点发送数据包，从站接收到主站数据包后，向主站回复相应的指令，告知主站自己已正确接收到该数据。如果主站长时间未接收到从站的应答指令，主站则将该从站从控制节点内移除，不再向该从站发送数据。图3所示是GDLAN通讯机制示意图。

综上所述，GDLAN的组网方式是基于ARCNET适配器与工业计算机实现与MICRO-Ⅱ控制系统的物理连接，通讯协议的应答机制由部署于工业计算机内的软件完成。该技术实现方式的主要缺点如下：

A、结构复杂

基于GDLAN的组网技术要求限制，在GDLAN网络结构中，每个网络节点(从站)均需具配置ARCNET网络适配器。为减少因传输距离等因素导致的网络异常或中断，同时需采用环网冗余方式，从而导致通讯线路增加，致使网络结构复杂、凌乱。

B、升级困难

目前世面上能采购到的ARCNET网络适配器均是基于PCI总线通讯方式，导致上位计算机必须配备PCI总线接口。随着技术不断的更新，工业计算机的接口主要采用PCI-E、USB等总线接口替换老式的PCI接口，在对上位计算机升级时由于接口的限制，致使计算机选型困难。同也因最新操作系统对老式硬件设备驱动的兼容等问题，导致不得不使用已淘汰的操作系统。

C、稳定性差

在GDLAN组网技术要求中，其主站与从站物理通讯线路最大不得超过30米。但在实际的应用中因设备摆放的位置不一，通讯线路难于控制。GDLAN虽采用了环形网络组建，具备一定的容错机制，但其采用上位机软件实现的一应一答机制，在上位机故障或是上位机软件异常时极易出现节点丢失情况，导致上位机与主机通讯中断。在GDLAN网络中某上位机一旦与主站通讯断开，主站会将该上位机移出GDLAN网络中，并不再向该上位机发送数据。此时若要恢复通讯，只能将主机和上位机断电重启，重新对GDLAN组网。

D、成本高昂

ARCNET是1977年由Datapoint公司开发的一种通讯网络，在现有的通讯网络中并不常见，属于一种淘汰网络技术，相关的通讯硬件难于采购。目前全世界仅美国科动公司在生产用于该网络的ARCNET网络适配器，且价格昂贵。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种用于高速卷烟包装设备的ARCNET模块。

一种用于高速卷烟包装设备的ARCNET模块，该ARCNET模块包括：

电源模块，用于为ARCNET模块提供电源，

ARCNET总线收发模块，用于ARCNET总线的数据收发，

ARCNET协议模块，用于处理和解码ARCNET网络协议，为产品建立数据传输通道

信号处理模块，用于接收ARCNET协议模块原始数据，解码GDLAN协议数据，对GDLAN令牌指令回复，数据解码和转发，

隔离模块，用于对RS485总线模块与信号处理模块信号进行隔离，

RS485总线通讯模块，用于建立现场总线收发，用于第三方设备数据接收与发送，

显示模块，提供工作状态指示功能，包括工作指示、通讯指示、数据传输指示，

RS485总线通讯模块通过隔离模块与信号处理模块连接，ARCNET总线收发模块通过ARCNET协议模块与信号处理模块连接，显示模块与信号处理模块直连，

所述ARCNET模块通过GDLAN组网协议连接MICRO-Ⅱ控制系统，ARCNET模块通过RS485连接多个上位机。

进一步的，ARCNET模块使用双层PCB布线，同时采用2块PCB分离式设计，2块PCB是PCB-A和PCB-B，PCB-A板用于DC-DC电源处理与RS485信号处理，向PCB-B板输出稳定的5V电压，向第三方设备提供RS485接口，PCB-B板用于ARCNET网络数据接收、解析、转发。

本实用新型具有组网结构简单、不受上位机通讯接口限制、稳定性强、成本低等特点。本实用新型中ARCNET模块也可以被称为DAS-ARCNET模块，DAS英文全称(Data Acquisition System),中文名称：数据采集系统。具体包括：

A、结构简单

DAS-ARCNET模块最大特点即可实现一对多通讯功能，无论上网络中存在多少上位机节点，只需配置一个DAS-ARCNET模块即可实现MICRO-Ⅱ控制系统与上位机节点通讯功能。

DAS-ARCNET模块的应用彻底摆脱了GDLAN组网对上位机软件的依赖，由DAS-ARCNET模块自身可完成GDLAN网络组建，无需做任何的配置，大大减少了MICRO-Ⅱ控制系统的组网工作量。

DAS-ARCNET模块的安装置位不受上位机算机限制，可根据现场实际情况任意调整，减少通讯线路的传输距离。

B、升级简单

DAS-ARCNET模块提供一路标准的RS485通讯接口，通过该接口可实现上位机与MICRO-Ⅱ控制系统通讯。在对上位计算机升级时无需考虑接口兼容性或计算机架构等问题，该通讯接口可轻松实现与X86、ARM、C51、POWER等架构设备通讯。

C、稳定可靠

ARCNET模块是基于ARM架构开发的产品，集成了ARCNET适配器与GDLAN的应答协议，并对MICRO-Ⅱ控制系统的数据进行了归类整理，最终通过RS485总线传送至各个上位机算机节点。采用ARCNET模块后，GDLAN通讯应答机制无需上位机软件支持，即使上位机软件出现异常与主机通讯中断，无需重启主机与上位机设备，只需将上位机软件重启即可恢复。

D、降低成本

ARCNET模块与MICRO-Ⅱ通讯采用COM20022I ARCNET网络通用协议芯片与HYC9088收发总线芯片，配合ARM内置程序完成ARCNET通讯数据收发功能。再由ARM内置程序按GDLAN协议规则对MICRO-Ⅱ控制系统的令牌指令作出应答，对接收到的MICRO-Ⅱ控制系统数据进行规类整理，最终由RS485接口传送至上位机设备。ARCNET模块集成了GDLAN应答机制，上位机不再受性能、接口等硬性要求。支持一对多通讯功能，每台设备组网只需配置制一个ARCNET模块，上位机无需再配置ARCNET网络适配器，从而大大降低了设备组网的硬件成本。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

图1是现有技术中MICRO-Ⅱ网络结构图。

图2是现有技术中GDLAN网络示意图。

图3是现有技术中GDLAN通讯机制示意图。

图4是本实用新型的ARCNET模块组网示意图。

图5是本实用新型的ARCNET模块产品结构示意图。

图6是本实用新型实施例中的系统网络结构示意图。

具体实施方式

如图4所示，本实用新型是用于高速卷烟包装设备的网络控制系统，该系统包括MICRO-Ⅱ控制系统，MICRO-Ⅱ控制系统通过GDLAN组网协议连接ARCNET模块，ARCNET模块通过RS485连接多个上位机，

ARCNET模块包括：电源模块，用于为ARCNET模块提供电源；ARCNET总线收发模块，用于ARCNET总线的数据收发；ARCNET协议模块，用于处理和解码ARCNET网络协议，为产品建立数据传输通道；信号处理模块，用于接收ARCNET协议模块原始数据，解码GDLAN协议数据，对GDLAN令牌指令回复，数据解码和转发；隔离模块，用于对RS485总线模块与信号处理模块信号进行隔离；RS485总线通讯模块，用于建立现场总线收发，用于第三方设备数据接收与发送；显示模块，提供工作状态指示功能，包括工作指示、通讯指示、数据传输指示；RS485总线通讯模块通过隔离模块与信号处理模块连接，ARCNET总线收发模块通过ARCNET协议模块与信号处理模块连接，显示模块与信号处理模块直连。

如图5所示，本实用新型的ARCNET模块产品共由七大模块组成：电源模块、总线收发模块、ARCNET协议模块、信号处理模块、隔离模块、串口通讯模块和通讯指示模块。其中，各模块的功能分别描述如下：

A、电源模块

外部输入电源降压，为产品各模块提供电源，电压包含+5V和-5V两种；

B、ARCNET总线收发模块

为产品建立同轴总线信号收发；

C、ARCNET协议模块

处理和解码ARCNET网络协议，为产品建立数据传输通道；

D、信号处理模块

产品核心模块，接收ARCNET协议模块原始数据，解码GDLAN协议数据，对GDLAN令牌指令回复，数据解码和转发；

E、隔离模块

对RS485总线模块与信号处理模块信号进行隔离，减少信号传输干扰、提高通信质量、保护产品核心模块。

F、RS485总线通讯模块

为产品建立现场总线收发，用于第三方设备数据接收与发送。

显示模块:为产品工作状态提供指示功能，工作指示、通讯指示、数据传输指示等。

本实用新型的ARCNET模块电路中，采用M0516LDN为核心处理器，该处理器是NUOVTON公司所开发的微控制器芯片，采用了ARM Cortex-M0架构，具有处理性能强、接口丰富等技术特点。

ARCNET总线通讯采用SMSC公司生产的HYC9088总线收发芯片，该芯片支持ARCNET网络双绞线和同轴电缆两种物理传输介质，具有信号传输稳定、传输速率高等技术特点。

ARCNET协议芯片采用SMSC公司生产的ARCNET网络控制芯片COM20022I，该芯片最大支持10Mbps的通讯速率。

电源部分采用DC-DC降压电路，使用LM2675稳压芯片，该芯片具有可输出电压可调、输出电流大、输出电压稳定、输入电压宽等技术特点。

信号隔离采用ANALOG DEVICES公司生产的ADuM1201芯片，该芯片支持多通道隔离，可用于SPI接口和数字转换器的隔离、RS485/RS232收发器、数字现场总线隔离。

RS485总线通讯采用MAX485E总线收发芯片，该芯片具有低功耗、通讯速度高等技术特点。

模块使用了双层PCB布线，提高产品的可靠性和稳定性。采用两块PCB分离式设计，对电源与信号进行分离处理，减少信号干扰。PCB-A用于DC-DC电源处理与RS485信号处理，向PCB-B板输出稳定的5V电压，向第三方设备提供RS485接口。PCB-B板用于ARCNET网络数据接收、解析、转发。

如图6所示，将本实用新型模块产品接入GDX或ZB系列包装机，实现与设备MICRO-Ⅱ控制系统(以下简称主机)组网。

以下具体说明本实用新型给行业发展带来的效益。

在国家大力发展智能制造的今天，生产制造行业也在转型，传统的手工作业逐渐由机器替代，管理者所管理的对象也由人转变为冷冰冰的机器，如何更好管理设备对管理者来说是一个重点研究的课题。在科技日新月异发展的今天，大数据、云计算等新名词不断涌现，如何才能将这些技术应用到现实的管理中呢？

不管技术如何的更新和发展，始终离不开数据的支撑，失去了数据的平台也只能算是空壳，对企业无任何的意义。

烟草行业在制造行业中自动化程度相对较高，从制丝、卷接、包装均拥有完整的自动化生产线，但面对众多自动化设备，如何对设备的集中管理成为了重点待解决的问题。为此在现有的烟草行业中MES系统、物流管控系统、制丝集控系统等系统成了烟草行业的标配。与此同时如何应用这些系统来为企业提供准确的管理决策又成了急待解决的问题。无论采用何种信息化管理工具，基础数据的准确性直接影响到输出结果的精度，也直接影响到管理者的判断与决策。

DAS-ARNET模块适用于烟草行业中GDX1、GDX2、ZB45、ZB25、ZB47、GDX2000、S900等设备通讯与数据采集功能，为卷接包数据采集系统提供准确的实时数据，为系统提供实时在线采集。

长期以来，ARCNET网络的通讯硬件设备难于采购，目前该通讯网卡只有美国科动公司拥有相关产品(PCI20-CXB)，其销售价格高昂，每块通讯网卡价格高达3500元。其功能单一，仅适用于ARCNET网络通讯。在实际使用中另需配置一台具备PCI接口的工业OPC客户端和相关的通讯软件才能实现GDX或ZB45系统包装机的通讯。

DAS-ARNET模块的设计与开发充份结合了烟草行业设备的特点，将GDLAN协议与ARCNET网卡功能集成一体，用户无需任何配置即可实现设备组网、数据采集等功能。同时突破了传统通讯网络对工业OPC配置限制，用户可根据自身的实际需求进行选择。从功能而言DAS-ARNET模块比传统网络有极大的提升，而价格仅是其的三分之一。

值得说明的是，虽然前述内容已经参考若干具体实施方式描述了本实用新型创造的精神和原理，但是应该理解，本实用新型并不限于所公开的具体实施方式，对各方面的划分也不意味着这些方面中的特征不能组合，这种划分仅是为了表述的方便。本实用新型旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。