專利名稱：基于profibus-dp主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種總站現(xiàn)場總線，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的飛速發(fā)展，工控領(lǐng)域也不斷產(chǎn)生先進的 控制模式，現(xiàn)場總線就是順應這一形勢發(fā)展起來的新技術(shù)，其中的PR0FIBUS總線是一種 完整的、國際化的、開放的、不依賴生產(chǎn)廠家現(xiàn)場總線標準。PR0FIBUS-DP用于設備級的 高速數(shù)據(jù)傳送，通信控制器(如本文提到的C101)通過高速串行線同分散的現(xiàn)場設備(如 PLC、I/O等)進行通信。PR0FIBUS-DP在用于現(xiàn)場層的高速數(shù)據(jù)傳送時，通信控制器主站 周期地讀取從設備的輸入信息并周期地向從站設備發(fā)送輸出信息。除周期性數(shù)據(jù)傳輸外， PR0FIBUS-DP還提供了智能化設備所需要的非周期性通訊以進行組態(tài)、診斷和報警處理。由 于PR0FIBUS-DP具有快速(數(shù)據(jù)傳輸速率9. 6Kbps/s 12Mbps)、即插即用、高效低成本、 分布式、易于安裝等諸多優(yōu)點，所以，在各種工業(yè)過程控制中得到了廣泛的應用。對于作為 DP主站的上位機在國內(nèi)目前主要由四種解決方案
1)購買西門子的PR0FIBUS-DP主站通信接口卡，該通信方式主要使用在基于WINDOWS 平臺的工控機接口集成中，其開放難度不大，但主站的軟件費用及其硬件卡十分昂貴。2)購買國外其他廠家的生產(chǎn)的PR0FIBUS-DP主站通信接口卡，其集成方式一般基 于PC/104、PCI等接口方式，需要進行二次開發(fā)，其開發(fā)難度一般，主要適用于基于實時操 作系統(tǒng)的嵌入式控制器的接口集成中；
3)在直流保護側(cè)添加一臺西門子的S7 300作為接口通信的網(wǎng)關(guān)，把PR0FIBUS-DP協(xié)議 轉(zhuǎn)換為通用以太網(wǎng)接口的TCP/IP協(xié)議與上位機進行通信。其對上位機來講集成實現(xiàn)非常 簡單，但是其增加的費用使得整個接口集成的費用并沒有降低，而且其國產(chǎn)化率也會降低， 因為，目前國內(nèi)的變電所自動化系統(tǒng)的技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了完全的國產(chǎn)化。4)根據(jù)PR0FIBUS協(xié)議進行自己研發(fā)，也就是本文提供的方案，其國產(chǎn)化率將會進 一步提高，并大大降低自動化系統(tǒng)接口集成的費用，并且對于后期的維修和備品備件的采 購也帶來了極大的便利。PR0FIBUS-DP主站開發(fā)的難點主要表現(xiàn)在首先，PR0FIBUS-DP的物理層數(shù)據(jù)碼流 采用的是通用RS485串行通訊接口，理論上，即只要帶有RS485串行接口的通信處理器就可 以作為DP的主站進行PR0FIBUS從站的接口集成。但實際上，由于一方面，對于I3ROFIBUS的 通信速率要求較高，一般不低于187. 5Kbps，另一方面，PR0FIBUS協(xié)議對通信的時序及其實 時性也要求較高，所以，必須采用專用的CPU處理器來完成這一功能，為保證通信實時性， 一般均需要采用雙口 RAM (也可采用共享內(nèi)存方式，但加大技術(shù)的實現(xiàn)難度，且對產(chǎn)品的成 本降低并不大)來進行通信；其次，目前在國內(nèi)，在PR0FIBUS的研發(fā)方面一直處于空白，一 方面，PR0FIBUS規(guī)范近一千頁，而且中文譯本翻譯的并不是很好(不管是EN50170還是IEC 51158)，沒有很好的英文功底是很難吃透PR0FIBUS規(guī)范的；最后，PR0FIBUS-DP規(guī)范在國內(nèi) 用的地方非常多，但是，對于具體的項目，幾乎均采用西門子的整套集成方案，而這一套方
4案對國內(nèi)的技術(shù)工程師來講就是學會熟練使用西門子的PR0FIBUS組態(tài)配置工具，并其下 載到現(xiàn)場的具體應用項目中就可以了，西門子的PR0FIBUS-DP總線可以說對國內(nèi)的技術(shù)人 員是完全透明的，在這一層次，是無法掌握任何PR0FIBUS底層技術(shù)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換 裝置，數(shù)據(jù)傳輸速度快、系統(tǒng)實現(xiàn)簡單、可靠性高、性價比高。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議 轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括依次相連的ClOl-PFB模件、ClOl-CPU模件、ClOl-DB模件， ClOl-PFB模件、ClOl-CPU模件、ClOl-DB模件之間通過256k字節(jié)高速共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)， 所述ClOl-PFB模件通過RS485與HFB2模件相通信，HFB2模件通過PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線 與各子站相通信，
所述ClOl-CPU模件用于接受上位機控制命令，并通過雙口 RAM發(fā)送至ClOl-PFB模件； 接受上位機查詢現(xiàn)場，獲得Cioi-Pra模件從站設備實時數(shù)據(jù)信息，并與上位機進行通信； 把組態(tài)文件發(fā)送給ClOl-PFB模件，以PR0FIBUS-DP現(xiàn)場網(wǎng)絡進行組態(tài)；
所述ClOl-PFB模件用于接收從雙口 RAM獲得的從ClOl-CPU模件發(fā)來的控制命令，并 通過PR0FIBUS-DP協(xié)議發(fā)給相應DP從站；從現(xiàn)場采集DP從站實時數(shù)據(jù)放到雙口 RAM中供 ClOl-CPU模件采集；接收ClOl-CPU模件提供的組態(tài)文件，配置現(xiàn)場實際的PR0FIBUS-DP網(wǎng) 絡從站，進行PR0FIBUS-DP協(xié)議的解析；
所述ClOl-DB模件用于提供標準的PC/104總線插槽供以連接ClOl-PFB模件和 ClOl-CPU 模件；
所述HFB2模件用于實現(xiàn)PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線的電口轉(zhuǎn)化為光口，即可把ClOl-PFB 模件的PR0FIBUS-DP電口轉(zhuǎn)換為光口，以保證遠距離的可靠通信。前述的基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述 ClOl-CPU模件為嵌入式CPU處理器，所述ClOl-PFB模件采用遵循EN50170標準的32位嵌 入式CPU處理器。前述的基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述 ClOl-CPU模件通過CAN現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)或串行口方式與上位機進行集成通訊。前述的基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于ClOl-PFB 模件通過雙口 RAM與ClOl-CPU模件進行通信，兩者之間的接口為P C /10 4接口， ClOl-CPU模件通過雙口 RAM來實現(xiàn)與ClOl-PFB模件的正常通信，同時通過該雙口 RAM來實 現(xiàn)PR0FIBUS-DP組態(tài)的上傳與下載；ClOl-PFB模件通過雙口 RAM來獲取PR0FIBUS子站的 數(shù)據(jù)并通過雙口 RAM來實現(xiàn)對子站的實時控制。前述的基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述組態(tài) 功能在ClOl-PFB模件中進行，組態(tài)方法為
1)根據(jù)實際項目需求，更新PR0FIBUS子站的GSD文件；
2)添加主站，配置主站參數(shù)文件，包括通信速率，主站站地址等；
3)添加子站，配置子站參數(shù)文件，包括站地址，輸入數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)長度等；
4)配置完畢后，導出組態(tài)文件，生成組態(tài)配置文件，把組態(tài)文件通過網(wǎng)絡口連接到協(xié)議
5轉(zhuǎn)換裝置下載到協(xié)議裝換裝置，即可實現(xiàn)對現(xiàn)場PR0FIBUS網(wǎng)絡的組態(tài)配置。此外，也可以通過手工方式編寫PR0FIBUS組態(tài)文件，這需要很強的PR0FIBUS-DP 技術(shù)知識。前述的基于PR0FIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征 在于包括以下步驟
1)上電后，ClOl-PFB模件首先檢查組態(tài)文件的正確，并在以后時間，定時檢測組態(tài)是 否有更新；
2)如果組態(tài)文件檢測通過，根據(jù)裝置中配置好的組態(tài)文件，配置PR0FIBUS主站地址、 PR0FIBUS網(wǎng)絡通信速率；
3)檢測網(wǎng)絡是否存在其他主站，如存在，等待令牌，如不存在，在超時等待(如6秒鐘， 網(wǎng)絡無任何數(shù)據(jù)產(chǎn)生)后，假定網(wǎng)絡自己為唯一的主站，生成令牌，并持有該令牌；
4)如果協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置持有令牌，DSP處理器在令牌持有時間未到之前，根據(jù)組態(tài)文件， 對組態(tài)的每一個子站依次進行診斷、參數(shù)化配置、組態(tài)配置和診斷確認；
5)如果對組態(tài)中的一個子站依次通過診斷、參數(shù)化配置、組態(tài)配置和診斷確認交互之 后，就會進入數(shù)據(jù)交換，其數(shù)據(jù)交換將會一直保持，直至新的組態(tài)產(chǎn)生或該子站故障退出數(shù) 據(jù)交換；
6)ClOl-PFB模件與子站進行數(shù)據(jù)交換的過程為=ClOl-PFB模件處理從雙口 RAM獲得 輸出數(shù)據(jù)，發(fā)送給子站，并從子站獲得子站的輸入數(shù)據(jù)保存到對應的雙口 MM中去；
7)在主站持有令牌時間到達后，將發(fā)出令牌給其他主站，如無其他主站，等待超時后， 該主站將繼續(xù)組態(tài)內(nèi)子站的數(shù)據(jù)交互。根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP處理器的ClOl-PFB模件的PR0FIBUS-DP主站現(xiàn) 場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的集成通信方法，其特征在于包括以下步驟
1)上電后，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置ClOl-CPU模件下載配置好的組態(tài)文件到雙口RAM供DSP處理 器配置PR0FIBUS網(wǎng)絡；
2)ClOl-CPU模件根據(jù)組態(tài)文件配置協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù)庫和雙口 RAM;
3)ClOl-PFB模件從雙口 RAM中獲得子站的輸入和輸出數(shù)據(jù)，并與協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù) 庫進行比較，以檢測是否需要更新協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù)庫；
4)數(shù)據(jù)采集協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機根據(jù)實際需求通過CAN網(wǎng)協(xié)議、DNP3.0協(xié)議、 IEC60875-5-104網(wǎng)絡規(guī)約，標準M0UDBUS TCP/IP或標準MOUDBUS RTU協(xié)議對協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置 進行數(shù)據(jù)采集，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置將當前數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)上送給協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機；
5)對現(xiàn)場設備的實時控制協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機根據(jù)實際需求通過CAN網(wǎng)協(xié)議、 DNP3. 0 協(xié)議、IEC60875-5-104 網(wǎng)絡規(guī)約，標準 MOUDBUS TCP/IP 或標準 MOUDBUS RTU 協(xié)議對 協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進行實時控制，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置接收控制命令并更新實時數(shù)據(jù)庫和雙口 RAM的 輸出數(shù)據(jù)，DSP處理從雙口 RAM的輸出數(shù)據(jù)獲得控制命令并下發(fā)給raOFIBUS子站，從而完 成對現(xiàn)場設備的實時控制功能。本發(fā)明所達到的有益效果
本發(fā)明采用DSP軟件解析PR0FIBUS-DP協(xié)議+高速RS-485通用異步串行接口 + PR0FIBUS-DP組態(tài)文件配置PR0FIBUS-DP通信網(wǎng)絡方式，來代替專有芯片+固件方式，從 而大大降低PR0FIBUS-DP主站的開發(fā)成本，其軟件的實現(xiàn)方案對外公開，現(xiàn)有技術(shù)主要采用的是專有芯片硬件來實現(xiàn)PR0FIBUS-DP底層的協(xié)議棧，并且這些協(xié)議棧均為商業(yè)機密固 件，不公開；
本發(fā)明對PR0FIBUS-DP主站的組態(tài)配置文件即可采用手工組態(tài)，也可采用軟件的方式 進行PR0FIBUS的網(wǎng)絡組態(tài)，并具備進行在線下載功能；
本發(fā)明簡化了 PR0FIBUS-DP底層開發(fā)揭示了 PR0FIBUS-DP完成正常通信時所需要的 必不可少的組態(tài)參數(shù)和這些參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)及其PR0FIBUS主站完成正常通信的最基本的 步驟和方法，直接對PR0FIBUS數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)進行協(xié)議分析，從而比以往的通信方案的 通信效率更高，即滿足PR0FIBUS-DP主站協(xié)議的正常通信要求，又比較切合實際，即高效， 節(jié)約成本，實現(xiàn)技術(shù)難度低，而且更有利于PR0FIBUS-DP協(xié)議在國內(nèi)更好的被推廣。本發(fā)明協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置通過CAN現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)或串行口方式與上位機進行集 成通訊，通信協(xié)議上選擇也十分靈活，可以選擇國電南瑞的CAN網(wǎng)絡通信協(xié)議3. 01，國際標 準 DNP3. 0，IEC60875-5-104 網(wǎng)絡規(guī)約，標準 M0UDBUS TCP/IP 或標準 MOUDBUS RTU。對于二 次開發(fā)人員來講，無PR0FIBUS技術(shù)開發(fā)要求，即可實現(xiàn)PR0FIBUS-DP子站網(wǎng)絡的集成。


圖1 PR0FIBUS-DP主站硬件開發(fā)原理圖。圖 2 PR0FIBUS-DP 實現(xiàn)原理圖。圖3 ClOl通信控制器在軌道交通直流牽引的典型應用連接圖。
具體實施例方式圖1給出的是基于PR0FIBUS-DP主站的ClOl通信控制器的硬件原理框圖。ClOl 通信控制器是基于PC/104的PR0FIBUS-DP主站接口裝置，它是國電南瑞系列通信控制器的 重要組成部分，提供了軌道交通PR0FIBUS-DP接口的完全解決方案，遵循EN 50170標準。 它將PR0FIBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換成與總控通信的CAN2. OB協(xié)議。它既可以作為DP主站，又可以作 為DP從站。它廣泛支持PR0FIBUS-DP標準的各種傳輸速率，最多可以連接126個PR0FIBUS 從站。該裝置主要由3塊模件組成C101-PFB，C101-CPU，C101-DB。前二者均為智能板，它 們之間通過256K字節(jié)高速共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)。ClOl-DB板實現(xiàn)了與總控C306完全隔離的 雙CAN網(wǎng)，PC104時鐘后備電池，硬件對時電路，大規(guī)?？删幊踢壿婥PLD組成，可靠性高； ClOl-CPU板采用的是強大的嵌入式CPU處理器，保證了裝置的實時性和穩(wěn)定性；ClOl-PFB 板采用32位嵌入式專用CPU處理器，遵循EN50170標，PR0FIBUS-DP的對外接口完全隔離， 抗干擾能力強。ClOl-CPU模件可采用德州儀器的TMS320F2812，其所帶RS485串口速率最高可達 9. 375Mbps，在具體的實際應用中可以滿足3 MbpsU. 5 Mbps、500Kbps、187. 5Kbps,93. 75 Kbps、19. 2 Kbps、9. 6Kbps 等各種 PROFIBUS-DP 主站速率的要求。成本控制上，如果是進行的硬件級集成，如采用PC/104接口進行雙口 RAM的接口 集成，其通信DP主站的接口卡成本目前不高于1500元人民幣，而對于DP的主站協(xié)議轉(zhuǎn)換 為上位機私有的協(xié)議，其物理層如果為串口、以太網(wǎng)、CAN等時，其成本也不高于3000元人 民幣，對于國內(nèi)的接口集成商來說是完全可以接受的。且不會增加任何軟件的費用。通信控制器的PR0FIBUS-DP主站實現(xiàn)原理對于一個PR0FIBUS-DP主站的數(shù)據(jù)鏈路層有10個FDL狀態(tài)，其狀態(tài)間轉(zhuǎn)換。如圖2所不。狀態(tài)
在通電后或某種錯誤情況被發(fā)現(xiàn)后，PR0FIBUS主站系統(tǒng)將立即進入“Offline”狀態(tài)。 在通電后，每個站執(zhí)行自檢驗。這種內(nèi)部自檢驗依賴于自身的檢驗工具，不影響其他的站， 正因如此，自檢過程在PR0FIBUS規(guī)范中不作規(guī)定。在通電過程完成后，F(xiàn)DL保留在“Offline”狀態(tài)直到所有需要的運行參數(shù)已被初 始化為止。然后FDL只與傳輸介質(zhì)連接，但自身沒有傳輸。狀態(tài)
在它的運行參數(shù)初始化后，如果它已準備好進入邏輯令牌環(huán)的話，此主站的FDL將進 入“Listenjoken”狀態(tài)。在此狀態(tài)下，為了辨別已經(jīng)在邏輯令牌環(huán)中的主站，此主站的FDL 將監(jiān)視著總線。為了這樣的目的，將分析令牌幀，并且用包含在令牌幀中的站地址產(chǎn)生主動 站表(LAS)。在監(jiān)聽了兩個完整相同的令牌輪轉(zhuǎn)后，F(xiàn)DL將保留在“Listenjoken”狀態(tài)直到 它的前者(PS)傳送的“Request FDL Status”尋址到它為止。此時它將用“準備進入邏輯 令牌環(huán)”作回答，并且在接收尋址它的下一個令牌幀時，它將進入“Activejdle”狀態(tài)。在 LAS生成期間，對任何“Request FDL Status”不予應答或用“未準備好”回答。在“LiSten_ Token”狀態(tài)下，所有其他幀均不予處理，即它們既不應答也不回答。在登記主站時，如果FDL檢查出它自己的地址被作為兩個令牌幀中的源地址 (SA)，則它認為具有相同地址的另一個主站已經(jīng)存在于邏輯令牌環(huán)中，然后FDL將重新進 入“Offline”狀態(tài)并向管理層報告此事件。如果在整個Tto期限內(nèi)FDL發(fā)現(xiàn)無總線活動，則此主站的FDL將認為邏輯令牌環(huán)的 重初始化或重建是必要的。此FDL試圖申請令牌并重初始化邏輯令牌環(huán)。狀態(tài)
一旦離開“Listenjoken”狀態(tài)，此主站的FDL將進入“Activejdle”狀態(tài)，并監(jiān)聽著 總線但無活動。如果它接收到一個尋址它自己的近乎可取的主動幀，需要時它將應答或回 答。在接收到一個尋址它自己的令牌幀后，如果此主站想保留在邏輯令牌環(huán)中的話，它將進 入“Usejoken”狀態(tài)，否則它重新進入“Listenjoken”狀態(tài)。如果在連續(xù)接收的兩個令牌 幀中SA = 15，即出現(xiàn)錯誤，也進入“1^8{611_1101 511”狀態(tài)。如果此FDL發(fā)現(xiàn)它不是主動地被從邏輯令牌環(huán)中去掉，它將進入“Listenjoken” 狀態(tài)并將此情況報告給管理層。如果此FDL發(fā)現(xiàn)在超時時間期間無總線活動，它將認為必 須恢復邏輯令牌環(huán)。此FDL試圖申請令牌并重新初始化邏輯令牌環(huán)(“以^?。。^！^！！”狀態(tài))。狀態(tài)
在“Activejdle”狀態(tài)后，F(xiàn)DL將進入“Claim_Token”狀態(tài)，當它的Ttq時間期滿時， 則進入“Listenjoken”狀態(tài)。在“Claimjoken”狀態(tài)下，它將重新初始化邏輯令牌環(huán)或開 始初始化。當重初始化時，站狀態(tài)表(LAS和GAPL)仍然是有效的，則立即進入“Usejoken” 狀態(tài)。當初始化時，最初的令牌將對自己的FDL尋址兩次，即NS = TS,也就是說在 “Passjoken”狀態(tài)。為了在其他主站的LAS中產(chǎn)生一個登入項，這樣做是必要的。令牌傳 輸后，將在“Await_Status_Response”狀態(tài)中用“Request FDL Status”請求后續(xù)站地址的
8方式建立自己的GAPL和NS。狀態(tài)
在接收一個令牌后或重初始化后，F(xiàn)DL將進入“Usejoken”狀態(tài)。在此狀態(tài)中FDL可以 執(zhí)行高優(yōu)先權(quán)和低優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)。在進入此狀態(tài)時，將從令牌輪轉(zhuǎn)計時器中讀出Tkk (實 際輪轉(zhuǎn)時間)，且此計時器將重新開始。總是允許一個高優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)。以后的高優(yōu)先權(quán) 或低優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)，或一般低優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)的執(zhí)行，只有在執(zhí)行的瞬間Τκκ<Ττκ (目標輪 轉(zhuǎn)時間)時才可以。每次傳輸主動幀后，F(xiàn)DL將進入“AWait_Data_ReSp0nse”狀態(tài)并起動時隙計時器。 前面?zhèn)鬏數(shù)膸坏┍挥脩舸_認，它就返回到“Usejoken”狀態(tài)。如果在“Usejoken”狀態(tài) 開始時無高優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)被執(zhí)行，或者在一個高優(yōu)先權(quán)或低優(yōu)先權(quán)報文循環(huán)完成后，F(xiàn)DL 將進入"Check_Access_Time，，狀態(tài)。狀態(tài)
在傳輸一個主動幀之后，F(xiàn)DL進入此狀態(tài)。FDL為了接收應答或回答幀而等待一個時隙 時間。在SDN服務(沒有應答要求的發(fā)送數(shù)據(jù))的情況下，不等待應答。此時，為了處理可能 的后繼請求，F(xiàn)DL重進入“Usejoken”狀態(tài)。在接收并處理了一個應答幀或回答幀后，F(xiàn)DL將再進入“Usejoken”狀態(tài)，以便處 理可能的后繼服務請求。其他有效幀的接收表明產(chǎn)生了一個錯誤。則FDL將進入“Active_ Idle”狀態(tài)，并丟棄所接收的幀。如果接收到一個無效的幀或時隙時間期滿，則FDL將重試主動幀的傳輸。如果在 重試多次之后，接收到無效的應答或回答，則FDL通知相應的用戶并再進入“Usejoken”狀 態(tài)。在出錯的情況下，對此站的后繼請求不再重復，直到執(zhí)行一個正確的報文循環(huán)為止。狀態(tài)
在此狀態(tài)下，用計算差Ttk - Tee的方法來計算有效的令牌持有時間。只有在仍然有有 效的令牌持有時間時，F(xiàn)DL才可以進入“Usejoken”狀態(tài)，否則FDL將進入“Passjoken”狀 態(tài)。狀態(tài)
在“ Passjoken ”狀態(tài)下，F(xiàn)DL將試圖傳送令牌給邏輯令牌環(huán)中的下一個站(NS )。當GAP 更新時間已經(jīng)期滿，但仍有可用的令牌幀持有時間時，在傳送令牌之前，如有必要FDL將試 圖記錄一個可能的新站在GAP中，以便將它包括在邏輯令牌環(huán)中。為此目的，F(xiàn)DL傳輸一個 "Request FDL Status” 并進入 “Await_Status_Response” 狀態(tài)。然后，如果一個新主站的 應答是它要求包括在邏輯令牌環(huán)中，則FDL將傳送令牌給此站。在令牌被成功地傳送后，則 它自身的GAP將縮短到這個新主站。如果狀態(tài)請求的回答是一個新的從站或不要求進入邏輯令牌環(huán)的主站，則該站被 登入GAPL。如果一個現(xiàn)存的站不回答，甚至在重試后仍不回答，則此站將被從GAPL中刪除， 即標記它為未使用的地址。如果在GAP維護期間沒有新的主站回答，則FDL將傳送令牌給它的初始的NS并進 入“CheckJokeruPass”狀態(tài)。僅當知道無后繼者，即在此刻FDL是總線上唯一活動的站時， 它將傳送令牌給它自己，然后再進入“Usejoken”狀態(tài)。狀態(tài)在“CheckJokeruPass”狀態(tài)下，F(xiàn)DL為了等待它已經(jīng)傳送令牌給它的那個站的響應 而等待一個時隙時間，這個等待時間用于令牌幀接收之間的延時和確保傳輸被尋址站的響應。如果FDL在時隙時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個有效幀首，則FDL認為令牌傳送是成功的。將處 理此幀，如同它在“Activejdle”狀態(tài)中被接收一樣，即FDL將進入此狀態(tài)。如果在時隙時 間內(nèi)發(fā)現(xiàn)一個無效的幀，則FDL認為另一個站是活動的，因此進入“Activejdle”狀態(tài)。如 果在一個時隙時間內(nèi)FDL未接收到任何幀，則FDL將再進入“Passjoken”狀態(tài)。狀態(tài)
在初始化或GAP維護期間指出無后繼者后，F(xiàn)DL從“Passjoken”狀態(tài)進入此狀態(tài)。在 此狀態(tài)下，F(xiàn)DL為了獲得一個應答幀而等待一個時隙時間。如果無任何幀被接收或接收了 一個有缺陷的幀，則FDL進入“Passjoken”狀態(tài)，以便重復請求或者傳送令牌給它自己或 它的后繼者。如果FDL接收到任何其他幀而不是應答幀，表明可能有多個令牌存在，則FDL 進入 “Active_Idle” 狀態(tài)。作為ClOl通信控制器的典型應用，如圖3所示，在軌道交通牽引降壓混合變 電所中，直流開關(guān)柜綜合測控保護單元與南瑞的RT21-SAS系統(tǒng)的通信接口采用就是 PR0FIBUS-DP規(guī)約與ClOl通信控制器進行連接，ClOl通信控制器提供一路PR0FIBUS-DP 光纖接口與750V直流開關(guān)柜直流保護測控單元DPU96和直流開關(guān)柜內(nèi)的PLC相連。實現(xiàn) PR0FIBUS - DP信息的接入。軌道交通變電所綜合自動化系統(tǒng)接入直流牽引系統(tǒng)的PR0FIBUS-DP規(guī)約的現(xiàn)場 設備主要有1)DPU 96 西門子公司生產(chǎn)的數(shù)字式保護測控一體化裝置，放置于750V直 流饋線柜中，主要功能對現(xiàn)場750V直流饋線柜的斷路器、手車等具體一次直流設備進行保 護、監(jiān)視、控制功能；2) S7-300、S7-200系列PLC 西門子系列PLC，可編程控制器，S7-300 主要用于直流進線柜(每個牽引降壓所兩臺)和直流負極柜的斷路器、電隔的監(jiān)控，各種現(xiàn) 場實時數(shù)據(jù)的采集功能(如進行電流、電壓等)。S7-200主要用于750V直流饋線柜的旁路隔 離開關(guān)和上網(wǎng)隔離開關(guān)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等功能；
整體上，所有的現(xiàn)場PR0FIBUS-DP通信設備均使用PR0FIBUS-DP規(guī)約接入本發(fā)明的 ClOl通信控制器，ClOl通信控制器主要目的就是利用PR0FIBUS-DP通信規(guī)約采集底層現(xiàn)場 設備的數(shù)據(jù)，并通過雙CAN現(xiàn)場總線規(guī)約送往PSCADA總控系統(tǒng)C306，另外，ClOl通信控制 器還將接受C306的各種控制、查詢命令，對底層PR0FIBUS-DP現(xiàn)場設備進行實時監(jiān)控，從而 滿足了軌道交通直流測控的保護的實時數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控、繼電保護等各種功能。PR0FIBUS-DP的應用，首先必須進行嚴格的組態(tài)，使主站與從站的數(shù)據(jù)嚴格一致， 考慮到使用者大多熟悉SIEMENS公司提供的通用組態(tài)軟件COM PR0FIBUS,應用軟件使用 的數(shù)據(jù)文件格式和用COM PR0FIBUS生成的數(shù)據(jù)文件格式完全相同。通過RS232調(diào)試口， 還可以隨時觀察組態(tài)數(shù)據(jù)文件的參數(shù)，以確認組態(tài)的正確性。此外，也可以通過南瑞的 ClOlConfig組態(tài)軟件對ClOl通信控制器進行PR0FIBUS現(xiàn)場網(wǎng)絡的通信配置，且使用非常 友好簡單。本發(fā)明的基于PR0FIBUS-DP國產(chǎn)化主站的ClOl通信控制器，用一根雙絞線連接主 站及從站，若要擴展DP從站，只需將總線延伸，加入其他從站設備，不再增加布線的工作 量和費用，系統(tǒng)擴展非?？旖?。ClOl設備控制器同時對系統(tǒng)提供了強大的診斷工具，可用于
10檢查和定位PR0FIBUS-DP網(wǎng)絡中主站、從站的錯誤，這些診斷功能可用作調(diào)試、監(jiān)控功能， 實現(xiàn)了 PR0FIBUS-DP現(xiàn)場總線分布式控制，大大的降低了 PR0FIBUS-DP主站接口的集成成 本，由于ClOl通信控制器的PR0FIBUS-DP主站協(xié)議裝置具有數(shù)據(jù)傳輸速度快、系統(tǒng)實現(xiàn)簡 單、可靠性高、性價比高等優(yōu)點，必將在工業(yè)自動化系統(tǒng)中得到廣泛的應用。
以上已以較佳實施例公開了本發(fā)明，然其并非用以限制本發(fā)明，凡采用等同替換 或者等效變換方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種基于PROFIBUS DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括依次相連的C101 PFB模件、C101 CPU模件、C101 DB模件，C101 PFB模件、C101 CPU模件、C101 DB模件之間通過高速共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，所述C101 PFB模件通過RS485與HFB2模件相通信，HFB2模件通過PROFIBUS DP現(xiàn)場總線與各子站相通信，所述C101 CPU模件用于接受上位機控制命令，并通過雙口RAM發(fā)送至C101 PFB模件；接受上位機查詢現(xiàn)場，獲得C101 PFB模件從站設備實時數(shù)據(jù)信息，并與上位機進行通信；把組態(tài)文件發(fā)送給C101 PFB模件，以PROFIBUS DP現(xiàn)場網(wǎng)絡進行組態(tài)；所述C101 PFB模件用于接收從雙口RAM獲得的從C101 CPU模件發(fā)來的控制命令，并通過PROFIBUS DP協(xié)議發(fā)給相應DP從站；從現(xiàn)場采集DP從站實時數(shù)據(jù)放到雙口RAM中供C101 CPU模件采集；接收C101 CPU模件提供的組態(tài)文件，配置現(xiàn)場實際的PROFIBUS DP網(wǎng)絡從站，進行PROFIBUS DP協(xié)議的解析；所述C101 DB模件用于提供標準的PC/104總線插槽供以連接C101 PFB模件和C101 CPU模件；所述HFB2模件用于實現(xiàn)PROFIBUS DP現(xiàn)場總線的電口轉(zhuǎn)化為光口，即可把C101 PFB模件的PROFIBUS DP電口轉(zhuǎn)換為光口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于，所述C101-CPU模件為嵌入式CPU處理器，所述C101-PFB模件采用遵循EN50170標準的 32位嵌入式CPU處理器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于所述C101-CPU模件通過CAN現(xiàn)場總線或以太網(wǎng)或串行口方式與上位機進行集成通訊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于C101-PFB模件通過雙口 RAM與C101-CPU模件進行通信，兩者之間的接口為P C /10 4 接口，C101-CPU模件通過雙口 RAM來實現(xiàn)與C101-PFB模件的正常通信，同時通過該雙口 RAM來實現(xiàn)PROFIBUS-DP組態(tài)的上傳與下載；C101-PFB模件通過雙口 RAM來獲取PR0FIBUS 子站的數(shù)據(jù)并通過雙口 RAM來實現(xiàn)對子站的實時控制。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在 于所述組態(tài)功能在C101-PFB模件中進行，組態(tài)過程為1)根據(jù)實際項目需求，更新PR0FIBUS子站的GSD文件；2)添加主站，配置主站參數(shù)文件，包括通信速率，主站站地址；3)添加子站，配置子站參數(shù)文件，包括站地址，輸入數(shù)據(jù)長度、輸出數(shù)據(jù)長度；4)配置完畢后，導出組態(tài)文件，生成組態(tài)配置文件，把組態(tài)文件通過網(wǎng)絡口連接到協(xié)議 轉(zhuǎn)換裝置下載到C101-CPU模件，C101-PFB模件通過雙口 RAM來獲取實時組態(tài)配置文件，即 可實現(xiàn)對現(xiàn)場PR0FIBUS網(wǎng)絡的組態(tài)配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的協(xié)議轉(zhuǎn)換 方法，其特征在于包括以下步驟1)上電后，C101-PFB模件首先檢查組態(tài)文件的正確，并在以后時間，定時檢測組態(tài)是 否有更新；2)如果組態(tài)文件檢測通過，根據(jù)裝置中配置好的組態(tài)文件，配置PR0FIBUS主站地址、 PR0FIBUS網(wǎng)絡通信速率；3)檢測網(wǎng)絡是否存在其他主站，如存在，等待令牌，如不存在，在超時等待后，假定網(wǎng)絡 自己為唯一的主站，生成令牌，并持有該令牌；4)如果ClOl-PFB模件持有令牌，ClOl-PFB模件在令牌持有時間未到之前根據(jù)組態(tài)文 件，對組態(tài)的每一個子站依次進行診斷、參數(shù)化配置、組態(tài)配置和診斷確認；5)如果對組態(tài)中的一個子站依次通過診斷、參數(shù)化配置、組態(tài)配置和診斷確認交互之 后，進入數(shù)據(jù)交換，其數(shù)據(jù)交換將會一直保持，直至新的組態(tài)產(chǎn)生或該子站故障退出數(shù)據(jù)交 換；6)ClOl-PFB模件與子站進行數(shù)據(jù)交換的過程為=ClOl-PFB模件的DSP處理從雙口 RAM 獲得輸出數(shù)據(jù)，發(fā)送給子站，并從子站獲得子站的輸入數(shù)據(jù)保存到對應的雙口 MM中去；7)在主站持有令牌時間到達后，將發(fā)出令牌給其他主站，如無其他主站，等待超時后， 該主站將繼續(xù)組態(tài)內(nèi)子站的數(shù)據(jù)交互。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DSP的PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的集 成通信方法，其特征在于包括以下步驟1)上電后，ClOl-CPU模件下載配置好的組態(tài)文件到雙口RAM供ClOl-PFB模件的DSP 處理器配置PROFIBUS網(wǎng)絡；2)ClOl-CPU模件根據(jù)組態(tài)文件配置協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù)庫和雙口 RAM;3)ClOl-CPU模件從雙口 RAM中獲得子站的輸入和輸出數(shù)據(jù)，并與協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù) 庫進行比較，以檢測是否需要更新協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置數(shù)據(jù)庫；4)數(shù)據(jù)采集協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機根據(jù)實際需求通過CAN網(wǎng)協(xié)議、DNP3.0協(xié)議、 IEC60875-5-104網(wǎng)絡規(guī)約，標準MOUDBUS TCP/IP或標準MOUDBUS RTU協(xié)議對協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置 進行數(shù)據(jù)采集，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置將當前數(shù)據(jù)庫的實時數(shù)據(jù)上送給協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機；5)對現(xiàn)場設備的實時控制協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置上位機根據(jù)實際需求通過CAN網(wǎng)協(xié)議、 DNP3. 0 協(xié)議、IEC60875-5-104 網(wǎng)絡規(guī)約，標準 MOUDBUS TCP/IP 或標準 MOUDBUS RTU 協(xié)議對 協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進行實時控制，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置接收控制命令并更新實時數(shù)據(jù)庫和雙口 RAM的 輸出數(shù)據(jù)，DSP處理從雙口 RAM的輸出數(shù)據(jù)獲得控制命令并下發(fā)給PROFIBUS子站，從而完 成對現(xiàn)場設備的實時控制。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于PROFIBUS-DP主站現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，包括依次相連的C101-PFB模件、C101-CPU模件、C101-DB模件，C101-PFB模件、C101-CPU模件、C101-DB模件之間通過256K字節(jié)高速共享內(nèi)存交換數(shù)據(jù)，所述C101-PFB模件通過RS485串行電口(或與HFB2模件相通信，轉(zhuǎn)換為光口)與各于PROFIBUS-DP子站進行組網(wǎng)互聯(lián)。本發(fā)明可降低PROFIBUS-DP主站的開發(fā)成本。
文檔編號H04L29/06GK101964737SQ20101053446
公開日2011年2月2日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月8日
發(fā)明者汪文功 申請人:國電南瑞科技股份有限公司