專利名稱：一種現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，具體地說，是涉及一種現(xiàn)場總線協(xié)議 轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場總線(Fieldbus)是20世紀80年代發(fā)展起來的一種用于智能化現(xiàn)場 設備和自動化系統(tǒng)的開放式、數(shù)字化、雙向串行、多節(jié)點的通信總線。就現(xiàn)場 總線本身來說，現(xiàn)場總線不僅僅是一個通信協(xié)議，而且是一個完整的控制系統(tǒng) 框架，通常其被稱為現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。進入21世紀以來，現(xiàn)場總線技術(shù)的 快速發(fā)展和應用使傳統(tǒng)的工業(yè)自動化現(xiàn)場控制裝置及系統(tǒng)發(fā)生了重大的變化， 現(xiàn)場總線技術(shù)被廣泛應用在石化、電力、冶金、能源、環(huán)保、建材、樓宇管理 和機械制造等各種行業(yè)中?，F(xiàn)場總線的應用可極大減少對硬件的投入，相應地， 設計繪圖布線安裝等工程得到了簡化，這使得整個系統(tǒng)成本大大降低，給各種 用戶都帶來了巨大的效益。
目前，國際上現(xiàn)有的總線及總線標準有多達二百余種，且具有較大影響、 占有較高市場份額的總線也有十余種，如FF現(xiàn)場總線、PROFIBUS現(xiàn)場總線、 LonWorks現(xiàn)場總線、CAN現(xiàn)場總線、World現(xiàn)場總線、FIPP-NET現(xiàn)場總線等。 但是，這些現(xiàn)場總線的通訊標準不統(tǒng)一，這便嚴重束縛了工廠底層網(wǎng)絡的發(fā)展， 也給用戶帶來了很多不便。
在各種現(xiàn)場總線組織爭相推出自己的現(xiàn)場總線標準的形勢下，負責現(xiàn)場總 線體系結(jié)構(gòu)及標準的研究制定工作的國際工作委員會(IEC)經(jīng)過多年的努力， 終于在2000年10月宣布了現(xiàn)場總線國際標準IEC61158，該標準包括了 8個 子集FF陽HSE、 FF-HI、 PROFIBUS、 INTERBUS、 P-NET、 CONTROL-NET、 WORLDFIP、 SWIFT-NET。從這一標準來看，現(xiàn)實的控制世界是豐富多彩的， 對一種總線來說，它對任何類型工業(yè)控制的各個層次都是最好的情形是不存在 的。可見，在短期內(nèi)，由一種總線統(tǒng)一天下的情況是不可能出現(xiàn)的。
對于中國來說，從20世紀90年代現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)逐漸進入中國以 來，結(jié)合Internet和Intranet的迅猛發(fā)展，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)越來越顯示 出過去傳統(tǒng)控制系統(tǒng)不可比擬的優(yōu)越性。目前，現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)技術(shù)己成為 我國工業(yè)控制領域中的一個熱點。但是，我國在現(xiàn)場總線技術(shù)應用領域的起步
3較晚，科研技術(shù)力量相對薄弱，并且現(xiàn)場總線控制技術(shù)受到了外國技術(shù)壁壘的 的限制，所以，在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)領域一直缺乏高端技術(shù)產(chǎn)品，國家重點中 大型項目基本上使用的都是外國進口產(chǎn)品。據(jù)了解，針對眾多現(xiàn)場總線標準對 控制系統(tǒng)通信及網(wǎng)絡集成帶來的障礙，目前，國內(nèi)己出現(xiàn)現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和 產(chǎn)品，這些現(xiàn)場協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)和產(chǎn)品在實現(xiàn)方式上均需使用外國進口的專用協(xié) 議芯片，這一核心技術(shù)產(chǎn)品一一外國專用協(xié)議芯片一一價格昂貴，很大程度上 增加了我國產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)成本，大大降低了產(chǎn)品的競爭力，且在研發(fā)生產(chǎn)過 程中，利用外國專用協(xié)議芯片會受到很多規(guī)定的限制，給研發(fā)帶來很多的困難， 甚至因太多的限制而無法實現(xiàn)產(chǎn)品預想的目標。
由此可見，研究出一種可實現(xiàn)不同類型現(xiàn)場總線協(xié)議間的協(xié)議轉(zhuǎn)換和具有 通訊功能的裝置是目前亟需解決的問題。
實用新型內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，該現(xiàn)場總線協(xié)議 轉(zhuǎn)換裝置可解決不同類型現(xiàn)場總線協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問題，保證各總線間的無障礙 實時通訊。
為了達到上述目的，本實用新型采用了以下技術(shù)方案
一種現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于它包括協(xié)議轉(zhuǎn)換單元、信號處 理單元，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與數(shù)據(jù)臨時保存單元和信號處理單元相連，該信號處 理單元與協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元、用戶端接口單元和設備端通訊接口單元相
連，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元用于通過用戶選定的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂脩舳说默F(xiàn)場總線協(xié) 議與設備端的現(xiàn)場總線協(xié)議進行互相轉(zhuǎn)換，以達到用戶端與設備端的無協(xié)議障 礙的通訊，該信號處理單元用于對協(xié)議轉(zhuǎn)換單元進行協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的加載以及 對通訊信號的處理。
所述協(xié)議轉(zhuǎn)換單元包括一 FPGA芯片XC3S200。 所述信號處理單元包括一 CPLD芯片XC95144。
所述設備端通訊接口單元包括一 RS485接口通訊電路和一 RS232接口通 訊電路。
本實用新型的優(yōu)點是
1、本實用新型采用純粹的硬件電路FPGA/CPLD方式實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和通 訊功能，其繼承了 ASIC(專用集成電路)的大規(guī)模、高集成度、高可靠性的優(yōu)點， 克服了普通ASIC設計周期長、投資大、靈活性差的缺點，沒有CPU的參與， FPGA和CPLD芯片可反復編程、擦除，在不改變外圍電路的情況下，設計不
4同的片內(nèi)邏輯就能實現(xiàn)不同的電路功能，產(chǎn)品成本低、效率高。同時，本實用 新型中的硬件電路采用了數(shù)字濾波等技術(shù)，使本實用新型的可靠性得到了充分 的保證。
2、 眾多的現(xiàn)場總線標準通過各種方式和手段給各總線間的通信及網(wǎng)絡集 成帶來了很大的障礙，尤其是對己有設備的改造，低兼容性導致各總線間的互 通互連難以實現(xiàn)，但是，本實用新型解決了不同類型現(xiàn)場總線協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問
題，保證了工業(yè)PLC及其他設備與用戶間通過適當?shù)默F(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換來進
行實時通訊。
3、 本實用新型可根據(jù)現(xiàn)場連接總線的需要而在協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元內(nèi) 存儲多種類型的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，并靈活設定CPLD與用戶端的參數(shù)設置選項， 故，本實用新型可應用于各種協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問題，變更轉(zhuǎn)換程序方便、適用范 圍廣、通用性強，在高速總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換領域更能發(fā)揮其優(yōu)勢。


圖1是本實用新型現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的總體電路組成的方框示意圖； 圖2是信號處理單元和用戶端接口單元的電路原理圖； 圖3是協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元的電路原理圖； 圖4是協(xié)議轉(zhuǎn)換單元的電路原理圖； 圖5是數(shù)據(jù)臨時保存單元的電路原理圖； 圖6是設備端通訊接口單元的電路原理圖。
具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。
如圖1所示，本實用新型現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置包括協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100、 信號處理單元200，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100與數(shù)據(jù)臨時保存單元300和信號處理 單元200相連，該信號處理單元200與協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元400、用戶端接 口單元500和設備端通訊接口單元600相連。
如圖2所示，信號處理單元200包括一 CPLD芯片XC95144 (見U1001A 和U1001B)。該信號處理單元200用于對協(xié)議轉(zhuǎn)換單元IOO進行協(xié)議轉(zhuǎn)換程 序的加載以及對通訊信號的處理。如圖3所示，協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元400為 —FLASH芯片U3001 (選用29LV160B芯片)。該FLASH芯片U3001用于 存儲預先設計好的多個現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換程序以及一些協(xié)議數(shù)據(jù)。
如圖4所示，協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100包括一 FPGA芯片XC3S200 (見U2001B 和U2001C)。該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100用于通過用戶選定的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂脩舳说默F(xiàn)場總線協(xié)議與設備端的現(xiàn)場總線協(xié)議進行互相轉(zhuǎn)換，以達到用戶端與設
備端的無協(xié)議障礙的通訊。如圖5所示，數(shù)據(jù)臨時保存單元300為一RAM芯 片U6001 (選用IS61LV256芯片)，其用于臨時性的存儲協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100的信息。
如圖6所示，設備端通訊接口單元600包括一 RS485接口通訊電路(選用 DS75176芯片)和一 RS232接口通訊電路(選用MAX232芯片)，以用于不 同類型設備的通訊連接。該設備端通訊接口單元600與外部工業(yè)PLC設備相 連。用戶端接口單元500(見CON2001)如圖2所示，其與CPLD芯片XC95144 的一些10端口連接，用于將用戶指令和信息傳送到CPLD芯片XC95144內(nèi)， 從而啟動協(xié)議間的轉(zhuǎn)換和進行用戶端與設備端的通訊。用戶端接口單元500連 接的外部用戶終端如PC系統(tǒng)、嵌入式系統(tǒng)等。
本實用新型的工作過程為
用戶將協(xié)議類型選定指令通過用戶端接口單元500(如接口 CON2001上的 TypeSel0 3引腳)傳送到信號處理單元200內(nèi)，信號處理單元200根據(jù)接收到 的協(xié)議類型選定指令，從協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元400中調(diào)取相應的協(xié)議轉(zhuǎn)換程 序，并將該協(xié)議轉(zhuǎn)換程序傳送到協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100內(nèi)，進行上電配置。當協(xié)議 轉(zhuǎn)換單元IOO接收到該協(xié)議轉(zhuǎn)換程序后，向信號處理單元200發(fā)出確認收到信 號，這時，用戶端與工業(yè)PLC設備端間的通訊啟動。用戶端發(fā)送的信號經(jīng)過 信號處理單元200進行數(shù)字濾波去除干擾處理后，被傳送到協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100 內(nèi)，協(xié)議轉(zhuǎn)換單元IOO根據(jù)加載的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂脩舳税l(fā)送來的信號轉(zhuǎn)換成 設備端可識別的信號，然后將轉(zhuǎn)換后的信號通過信號處理單元200進行數(shù)字濾 波去除干擾處理后傳送到設備端。同樣，設備端發(fā)送的信號經(jīng)過信號處理單元 200進行數(shù)字濾波去除干擾處理后，被傳送到協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100內(nèi)，協(xié)議轉(zhuǎn)換 單元100根據(jù)加載的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒃O備端發(fā)送來的信號轉(zhuǎn)換成用戶端可識別 的信號，然后將轉(zhuǎn)換后的信號通過信號處理單元200進行數(shù)字濾波去除干擾處 理后傳送到用戶端。由此，通過協(xié)議轉(zhuǎn)換單元100的協(xié)議轉(zhuǎn)換，用戶端與設備 端之間可進行無障礙地實時數(shù)據(jù)交換，兩者間的通訊不會受到因各自現(xiàn)場總線 協(xié)議不同而帶來的任何困擾。
本實用新型的優(yōu)點是
1、本實用新型采用純粹的硬件電路FPGA/CPLD方式實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換和通 訊功能，其繼承了 ASIC(專用集成電路)的大規(guī)模、高集成度、高可靠性的優(yōu)點， 克服了普通ASIC設計周期長、投資大、靈活性差的缺點，沒有CPU的參與，F(xiàn)PGA和CPLD芯片可反復編程、擦除，在不改變外圍電路的情況下，設計不 同的片內(nèi)邏輯就能實現(xiàn)不同的電路功能，產(chǎn)品成本低、效率高。同時，本實用 新型中的硬件電路采用了數(shù)字濾波等技術(shù)，使本實用新型的可靠性得到了充分 的保證。
2、 眾多的現(xiàn)場總線標準通過各種方式和手段給各總線間的通信及網(wǎng)絡集 成帶來了很大的障礙，尤其是對己有設備的改造，低兼容性導致各總線間的互 通互連難以實現(xiàn)，但是，本實用新型解決了不同類型現(xiàn)場總線協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問 題，保證了工業(yè)PLC及其他設備與用戶間通過適當?shù)默F(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換來進 行實時通訊。
3、 本實用新型可根據(jù)現(xiàn)場連接總線的需要而在協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元內(nèi) 存儲多種類型的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序，并靈活設定CPLD與用戶端的參數(shù)設置選項， 故，本實用新型可應用于各種協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問題，變更轉(zhuǎn)換程序方便、適用范 圍廣、通用性強，在高速總線協(xié)議的轉(zhuǎn)換領域更能發(fā)揮其優(yōu)勢。
在實際實施中，本實用新型己實現(xiàn)了 ProfiBus-DP、 MPI、 PPI西門子全系 列總線協(xié)議的直接連接，尤其是ProfiBus-DP主站系統(tǒng)的應用為國內(nèi)唯一一種 能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換的裝置。
以上所述是本實用新型的較佳實施例及其所運用的技術(shù)原理，對于本領域 的技術(shù)人員來說，在不背離本實用新型的精神和范圍的情況下，任何基于本實 用新型技術(shù)方案基礎上的等效變換、簡單替換等顯而易見的改變，均屬于本實 用新型保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1、一種現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于它包括協(xié)議轉(zhuǎn)換單元、信號處理單元，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與數(shù)據(jù)臨時保存單元和信號處理單元相連，該信號處理單元與協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元、用戶端接口單元和設備端通訊接口單元相連，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元用于通過用戶選定的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂脩舳说默F(xiàn)場總線協(xié)議與設備端的現(xiàn)場總線協(xié)議進行互相轉(zhuǎn)換，以達到用戶端與設備端的無協(xié)議障礙的通訊，該信號處理單元用于對協(xié)議轉(zhuǎn)換單元進行協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的加載以及對通訊信號的處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于所述協(xié)議轉(zhuǎn)換單元包括一 FPGA芯片XC3S200。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述信號處理單元包括一 CPLD芯片XC95144。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于 所述設備端通訊接口單元包括一 RS485接口通訊電路和一 RS232接口通訊電路。
專利摘要本實用新型公開了一種現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，它包括協(xié)議轉(zhuǎn)換單元、信號處理單元，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元與數(shù)據(jù)臨時保存單元和信號處理單元相連，該信號處理單元與協(xié)議轉(zhuǎn)換程序存儲單元、用戶端接口單元和設備端通訊接口單元相連，該協(xié)議轉(zhuǎn)換單元用于通過用戶選定的協(xié)議轉(zhuǎn)換程序?qū)⒂脩舳说默F(xiàn)場總線協(xié)議與設備端的現(xiàn)場總線協(xié)議進行互相轉(zhuǎn)換，以達到用戶端與設備端的無協(xié)議障礙的通訊，該信號處理單元用于對協(xié)議轉(zhuǎn)換單元進行協(xié)議轉(zhuǎn)換程序的加載以及對通訊信號的處理。本實用新型解決了不同類型現(xiàn)場總線協(xié)議間的轉(zhuǎn)換問題，保證了工業(yè)PLC及其他設備與用戶間通過適當?shù)默F(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換來進行實時通訊。
文檔編號H04L29/06GK201252569SQ200820136908
公開日2009年6月3日 申請日期2008年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月24日
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