一種具有狀態機調度與故障診斷功能的profibus-dp網橋的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種智能網橋，特別是涉及一種具有狀態機調度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網橋，屬于工業自動化通信設備。
【背景技術】
[0002]PR0FIBUS-DP，是目前應用最為廣泛的適用于高端過程控制的現場總線標準，是一種經過優化的高速通信連接，它具有實時性好、可靠性高、硬件開銷少等特點。
[0003]目前市場上的PR0FIBUS總線網橋有多種類型，如PR0FIBUS/CAN總線網橋、PR0FIBUS/232總線網橋、PR0FIBUS/485總線網橋，這些總線網橋的普遍特點是:配置依賴主站，專用程度高，通用性能較差，協議定義非標準，協議復雜度大，協議透明度不高，接口形式單一，通信穩定性不好，調度策略不合理，缺乏故障診斷機制，沒有故障自復能力，后期維護較為困難；由于采用DCS構架的傳感器與儀表的等設備接口支持多種自定義協議，工礦企業在進行PR0FIBUS-DP總線升級的時候，發現需要為每一種設備單獨開發網橋以支持相應接口的自定義協議，以致造成升級成本大大超過購置新設備的成本。
【實用新型內容】
[0004]了解決上述現有技術的不足，本實用新型提供了一種具有狀態機調度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網橋，解決了由于策略調度不合理、接口形式單一、協議專用性太強、缺乏故障診斷機制等原因所造成通用性不好、穩定性不高的問題；通過FPGA實現了協議的自由定制；通過設計多種接口增強了多配能力；通過設計合理的狀態調度與故障診斷電路，既能實現合理調度，又能實現故障診斷。
[0005]為達到上述目的，本實用新型采用的技術方案為:
[0006]一種具有狀態機調度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網橋，包括TMS320 DSP、Altera FPGA、狀態機調度與故障診斷電路、PR0FIBUS-DP協議轉換電路、自由協議接口 14、電平轉換I電路、電平轉換2電路、多路轉換器、配電器、高速光耦、PR0FIBUS-DP站接口 4、RS232/RS485電平轉換器、DP地址撥碼開關、看門狗與復位電路、20M有源晶振、40M有源晶振，以及人機界面I和狀態指示燈2，其特征在于:所述的RS232/RS485電平轉換電路一端連接人機界面1，另外一端連接TMS320 DSP的串行接口 SCRl ;狀態指示燈2與TMS320 DSP的端子IP00-3相連；DP地址撥碼開關與TMS320 DSP的P1012-18相連；看門狗與復位電路與TMS320 DSP的復位端子RST相連；20M有源晶同時連接至TMS320 DSP與Altera FPGA的振蕩器輸入端子；TMS DSP的地址總線A[0..21]與Altera FPGA端子相連；TMS DSP的數據總線 D [0..15]與 Altera FPGA端子雙向連接；Altera FPGA通過GP1010-17 與 PR0FIBUS-DP協議轉換電路雙向連接，并通過配置初始化信號線15與PR0FIBUS-DP協議轉換電路單向連接；Altera FPGA通過FPGA啟動信號線12、FPGA通訊超時信號線13和狀態機調度與故障診斷電路雙向連接；狀態機調度與故障診斷電路通過四根故障信號線P106-9與TMS320DSP單向連接；TMS320 DSP的端子P1010通過總啟動信號線10和狀態調度與故障診斷電路單向連接；TMS320 DSP的端子P1ll通過轉換啟動信號線11與PR0FIBUS-DP協議轉換電路相連；TMS320 DSP的串行通信端子SCR2與配電器雙向連接；TMS320 DSP的兩個端子P104-5與多路轉換器相連；狀態機調度與故障診斷電路通過配電器使能信號線7、配電器故障信號線6實現與配電器的雙向連接；狀態機調度與故障診斷電路通過多路轉換器使能信號線5、多路轉換器故障信號線8實現與多路轉換器的雙向連接；自由協議接口 14通過電平轉換電路與多路轉換器雙向連接；40M有源晶與PR0FIBUS-DP協議轉換電路單向連接；PR0FIBUS-DP協議轉換電路的數據發送端子TXD與數據接收端子RXD均通過高速光耦連接到PR0FIBUS-DP總線上；PR0FIBUS_DP站接口 4的數據發送端子TXD、數據接收端子RXD直接與PR0FIBUS-DP總線相連。
[0007]所述的TMS320 DSP為德州儀器C2000、C5000、C6000系列DSP信號處理器；所述的Altera FPGA 包括 Cyclone，Cyclone II, Stratix, Stratix II 系列和 Altera CPLD 系列。
[0008]所述的高速光耦是指包括6N137、PS9614、PS9714、PS9611、PS9715、HCPL-2601、HCPL-2611等開關速率在1M bit/s以上的光電耦合器；所述的配電器是指具有對信號進行整形、放大、和抗干擾處理的器件，如NPGL-C型智能配電器。
[0009]所述的PR0FIBUS-DP協議轉換電路指西門子協議轉換芯片SPC3為核心的電路，其工作時鐘為40MHz。
[0010]所述的自由協議接口 14包括RS485接口與RS232接口 ；所述的PR0FIBUS-DP站接口 4包括:DP站I接口，DP站2接口 ；所述的狀態指示燈2包括配電器故障指示燈Hl、多路開關故障指示燈H2、PR0FIBUS-DP協議處理故障指示燈H3、FPGA通訊超時指示燈H4。
[0011]所述的狀態機調度與故障診斷電路由狀態機調度電路與故障診斷電路兩部分構成；狀態機調度電路包括使能配電器，使能多路轉換器，并能按調度策略切換通道I數據或通道2數據，經由配電器送至TMS320 DSP的串行通訊接口 SCR2 ;故障診斷電路將AlteraFPGA超時信號，PR0FIBUS-DP協議處理故障信號，配電器故障信號及多路開關故障信號送至 TMS DSP 的 1 端子 IP06-9。
[0012]本實用新型的有益效果是:
[0013]本實用新型通過選擇高速TMS320 DSP數字處理器提高了數據處理能力；通過選擇Altera FPGA可編程門陣列實現了協議的自由定制；通過設計狀態機調度與故障診斷電路實現了支持不同協議的RS232、RS485接口的轉換調度策略及網橋的通信故障診斷；通過文本顯示人機界面及狀態指示燈對網橋工作狀態進行實時監控；通過采用采用高速光耦，提高了 PR0FIBUS-DP總線網橋的數據轉換速率，同時有效的抑制了高共模干擾總線信號；通過以SPC3為核心的PF0FIBUS-DP協議轉換電路，并配以40M有源晶振時序驅動，顯著增強了 PR0FIBUS-DP總線數據的轉換能力。TMS DSP與Altera FPGA共用同一晶振，大大簡化了 FPGA的時序分析，提高了時序電路的設計質量，加快了 FPGA的開發進度。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實用新型結構原理示意圖。
[0015]圖2為狀態機調度與故障診斷電路具體結構框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖與實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。
[0017]如圖1所示，一種具有狀態機調度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP網橋，提供了一種具有狀態機調度與故障診斷功能的PR0FIBUS-DP橋接方案，解決了現有總線網橋接口形式單一、協議專用性太強、缺乏故障診斷機制所造成通用性不好、穩定性不高的問題；通過FPGA可編程邏輯陣列實現了協議的自由定制；通過設計RS232接口、RS458接口、雙DP接口增強了系統多配能力；通過設計合理的狀態調度與故障診斷電路，既能實現合理調度，又能實現故障診斷，增強了協議轉換的可靠性。其具體結構是:人機界面MHI采用具有串行接口的西門子文本顯示器，與TMS320 DSP串行接口 SCRl相連，實時監測網橋的通信狀態；狀態指示燈Hl連接到P10端子，顯示配電器故障狀態；狀態指示燈H2連接到P1l端子，顯示多路開關故障狀態；狀態指示燈H3連接到P102端子，顯示PR0FIBUS-DP協議處理故障狀態；狀態指示燈H4連接到P103端子，顯示FPGA通訊超時故障狀態；DP地址撥碼開關連接到TMS320 DSP的P1012-18上，用于設置PR0FIBUS-DP網橋的地址，設置地址范圍I?255 ；復位與看門狗電路采用MAX811專用復位電路，連接到TMS320 DSP的RST端子上，實現程序跑偏或系統上電時的可靠復位；20M有源晶振同時連接到TMS320 DSP與Altera FPGA的時鐘輸入端子上，大大簡化了 FPGA的時序