CN104699055A - 一种现场总线控制器及方法 - Google Patents

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Abstract

一种现场总线控制器及方法，该控制器包括相连接的两个以太网接口DM9000A、逻辑控制器XC9536、16位总线收发器ALVC16245、双口RAM、X5045EEPROM存储器、RM9200处理器、32M闪存、128M SDRAM存储器、CAN总线DC/DC电源隔离、光耦隔离器A、光耦隔离器B、半双工微分收发器、2路CAN控制器SJA1000T、CAN收发器82C250、5V系统电源、485通讯DC/DC电源隔离、板级串行总线和双口RAM总线接口；本发明还提供了控制方法；本发明现场总线控制器易于生产和实施，控制功能块丰富、系统实现简单、可靠性高。

Description

一种现场总线控制器及方法
技术领域
本发明涉及电厂现场总线控制技术领域，具体涉及一种现场总线控制器及方法。
背景技术
现场总线控制系统(Fieldbus Control System,简称FCS)是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连的实时控制通讯网络,它遵循ISO的OSI开放系统互连参考模型的全部或部分通讯协议,能够实现双向串行多节点数字通信。FCS是一个全分散、全数字化、全开放和可互操作的新一代生产过程自动控制装置,是将自动化最底层的现场控制器和现场智能仪表设备互连而成的实时网络控制系统。FCS是由多段现场总线、各类智能现场仪表设备(包括流量、压力、温度、执行器及辅助单元等)、人机接口(工业PC机)、组态软件、监控软件及网络软件等组成。目前较流行的现场总线主要有:CAN、PROFIBUS、FF、HART等。FCS中的网络节点可以是独立控制现场设备,并与控制站交换现场控制信息和管理信息,极其便于控制站对现场设备的实时监控和管理、控制功能彻底分散到现场设备,大大提高系统的可靠性、维护性。
电厂自动控制系统目前正在经历从传统的DCS向FCS升级，国内电厂现场总线控制系统的应用主要采用艾默生，西门子，ABB等国外公司的系统，各个系统的技术细节和实现对用户和电厂技术人员都是不开放的。各个厂商提供的控制器和IO卡件都存在高度耦合，提供给外部的通讯接口单一，控制器的技术和组成对用户保密，导致现场控制器的元器件损坏就要求整卡替换。控制器的结构和功能也不能完全满足国内电厂的各种需求；而且在日常运行维护过程中经常出现各种各样的工程和技术问题，这些问题的解决都需要控制系统厂家提供技术服务和支持，这样会产生非常高的费用，增加了电厂的经营成本，开发一个国产现场总线控制系统成了国内电力科研院所的首要任务。
现有技术的主要局限有：
(1)国外现场总线控制器采购成本高，技术封闭，电厂普通的热工和技术人员对日常的工程和技术问题处理起来困难重重。
(2)现场总线控制器被国外系统供应商垄断，采用国外现场总线控制系统会额外产生巨额的服务、培训和技术支持费用，造成电厂后期不必要的支出。
(3)目前现场总线控制器各家技术自成体系，对外部提供的标准接口少，或者不公开外部接口，对于系统的扩展非常困难。
(4)已有控制器在线修改组态和下装效率低，耗时长，安全性差，一般系统不支持组态在线下装功能。
(5)控制器控制组态和系统数据库组态的操作复杂，人机界面，操作习惯不友好，由于控制系统都为系统国外系统，多采用英文界面，导致国内电厂热工和工程人员操作和使用不方便。
(6)控制器提供的控制算法和功能块不完善，不能充分满足国内电厂复杂控制和节能优化的要求，为了实现某一功能常常需要进行复杂的组态工作才能实现。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种现场总线控制器及方法，该控制器易于生产和实施，控制功能块丰富、系统实现简单、可靠性高。
为达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
一种现场总线控制器(简称FCP01)，包括向外部提供的两个冗余以太网接口DM9000A，与以太网接口DM9000A通过双向数据总线连接的RM9200，以太网接口DM9000A的数据引脚SD0到SD15分别与RM9200的数据引脚D0到D15连接，其中SD0连接D0，SD1连接D1，依次类推，SD15连接D15；以太网接口DM9000A的CS#引脚与RM9200的NCS3引脚相连，以太网接口DM9000A的RESET引脚与RM9200的PA25相连接，以太网接口DM9000A的INT引脚与RM9200的PA23相连接，以太网接口DM9000A的CMD引脚与RM9200的A2引脚相连；
还包括双口RAM、两路CAN总线控制器SJA1000T、逻辑控制器XC9536以及位于双口RAM、CAN总线控制器SJA1000T和RM9200之间的16位总线收发器，16位总线收发器的引脚1A1到1A8,2A1到2A8分别连接RM9200的数据引脚D0到D15，16位总线收发器的引脚1B1到1B8,2B1到2B8分别连接双口RAM的数据引脚D0到D15，其中1B1连接D0，1B2连接D2,依此顺序2B8连接D15，CAN控制器SJA1000T通过引脚D0到D7依次接入16位总线收发器的1B1到1B8，双口RAM右端引脚D0到D7通过总线接口依次连接到底版插槽对应的LD0到LD7位置，向外部提供可读写操作的总线接口；CAN总线控制器SJA1000T的时钟引脚SCK，数据线MOSI和MISO分别与RM9200串行总线中的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO相连，RM9200的引脚TCK1、TDO1、TDI1和TMS1分别与逻辑控制器XC9536的管脚11、24、9和10连接，逻辑控制器XC9536的引脚DTREQ和DTREQ0分别接入16位总线收发器的使能引脚EN和CAN总线控制器的CANE引脚；
还包括X5045EEPROM存储器，X5045EEPROM存储器的RESET引脚通过RESET线连接RM9200的115引脚，X5045EEPROM存储器和RM9200通过SPI串行总线连接，X5045EEPROM存储器和RM9200的SPI串行总线对应的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO同名引脚相连；
还包括32M闪存FLASH，32M闪存FLASH的24个地址引脚A1到A24分别接入RM9200的地址引脚A1到A24，且32M闪存FLASH通过16条数据引脚D0到D15依次接入RM9200的16位数据线D0到D15，RM9200的管脚166连接32M闪存FLASH的片选信号线CS；
还包括128M SDRAM存储器，128M SDRAM存储器通过26条地址线A0到A25分别接入RM9200的地址总线A0到A25，128M SDRAM存储器的16条数据线D0到D15分别接入RM9200数据线的16位数据线D0到D15，128MSDRAM存储器的片选信号SDCS接入RM9200的片选信号线CS；
还包括光耦隔离器A、光耦隔离器B和半双工微分收发器，RM9200的引脚TXD0,TXD0和CTS0分别通过传输信号线TXD，接收信号线RXD和使能信号线EN485分别与光耦隔离器A和光耦隔离器B连接，光耦隔离器A和光耦隔离器B分别通过传输信号线以及接收信号线连接半双工微分收发器，半双工微分收发器通过引脚485+和485-接入485通讯的正负信号线485+，485-；
两路CAN总线控制器SJA1000T向上通过数据线和地址线与RM9200的数据线和地址线相互连接；两路CAN总线控制器SJA1000T向下均通过引脚CAN+,CAN-分别连接到光耦C和光耦D，两个光耦C和光耦D分别通过TxD和RxD连接到CAN收发器82C250，两路CAN收发器82C250的地线分别通过DC/DC电源隔离的右端地，隔离现场总线控制器地线和外部CAN总线地线，两路CAN收发器82C250分别直接通过引脚D0和D1接入底版插槽的CAN+和CAN-差模信号，然后通过CAN总线连接到I/O模件。
采用5V系统电源供电，CAN收发器82C250、光耦隔离器A和光耦隔离器B的供电通过DC/DC电源隔离提供5V直流供电，CAN总线电源隔离左端接地线GND，右端接CAN总线地线CGND，485通讯电源隔离左端接485通讯地485GND1，右端接现场总线控制器地线GND。
所述32M闪存FLASH采用两片并用的方式，单片容量为16M×16,构成32M存储容量。
所述128M SDRAM存储器采用两片并用的方式，单片容量为32M×16，构成128M×8位的存储空间。
所述现场总线控制器通过面板上的红/绿LED指示灯来表示模件运行状态，指示灯共包括8个，每个指示灯的名称为运行/故障灯(缩写为RUN)，主/从灯(M/S)，网口1状态(HSE1)，网口2状态(HSE2),控制器故障状态灯4个(LED1～LED4)；其中运行/故障灯有红色和绿色两种颜色，红色表示运行异常，绿色表示正常，主/从灯绿色表示是主卡，黄色表示是备卡，网口1状态和网口2状态通过闪烁表示两个网口是否处于连接状态；控制器故障状态灯这4个状态灯按照从上到下8421编码给出了控制器的15种工作状态，包括：FLASH故障、SDRAM故障、双口RAM故障、CAN1故障、CAN2故障、网口A故障、网口B故障、网口A工作、网口B工作、I/O类型不符、I/O通信超时、GPS同步超时、FTP连接失败、无组态文件和保留位。
上述所述现场总线控制器的控制方法，CAN总线数据交互，外部各种功能的I/O模件通过两个冗余的CAN总线接口进行通讯，I/O模件的输入数据发送到CAN总线，现场总线控制器通过CAN总线收发器82C250接收来自CAN总线的数据，然后经过光耦C或光耦D，数据进入CAN总线控制器SJA1000T，CAN总线控制器SJA1000T接收到I/O模件的输入数据通过数据总线发送到16位总线收发器，然后通过中断信号线INT通知RM9200接收数据，外部I/O模件的数据就输入到现场总线控制器；发送CAN数据包过程，RM9200根据输出需要产生CAN数据包，产生的CAN数据包首先发送到16位总线收发器中进行排队等待发送，CAN总线控制器SJA1000T判断CAN总线的工作状态，如果CAN总线处于空闲状态，则从16位总线收发器队列中读取CAN数据包，然后将CAN数据包发送到CAN总线，外部I/O模件根据数据的地址信息选择接受属于自己的CAN数据包。
485通讯数据的交互，当有外部485数据输入现场总线控制器时，外部485数据首先发送到485总线，经过半双工微分收发器接受，经过光耦隔离器A或光耦隔离器B通过串行总线RxD发送至RM9200串口输入；数据接受完成后通过中断信号通知RM9200处理，当现场总线控制器需要485数据输出到外部485模件时，只需要把数据发送到485总线即可，外部485模件会自动从485总线上读取485数据，现场总线控制器在向485总线发送数据时，首先检测485总线是否处于就绪状态，如果处于空闲，那么就通过TxD信号线将数据串行写入半双工微分收发器，然后发送使能信号EN485通知半双工微分收发器将数据写入485总线。
现场总线控制器与PROFIBUS通讯卡FPB01或FPB02之间通过双口RAM的总线接口进行通讯；双口RAM数据的通讯是双向的，当现场总线控制器需要将数据写入PROFIBUS通讯卡时，首先将数据写入到16位总线收发器中后，然后再将数据从16位总线收发器中发送到PROFIBUS通讯卡的双口RAM的右端口，然后通过总线接口发送中断信号通知PROFIUBS通讯卡有新的数据写入；当外部PROFIUBS通讯卡或者第三方卡件有数据需要通过双口RAM发送至现场总线控制器时，通过总线接口数据写入现场总线控制器双口RAM右端口，然后发送中断信号通知现场总线控制器读数据，现场总线控制器收到中断信号后，从DPRAM的左端口中将数据读如到16位总线收发器，然后从16位总线收发器将数据读入到RM9200；现场总线控制器对外部提供的以太网接口，外部工程师站、操作员站，历史站通过以太网接口DM9000A与现场总线控制器进行通讯；当外部数据写入现场总线控制器时，通过以太网PHY将数据传入到太网接口DM9000A,当数据传入到后，通过中断信号通知RM9200处理数据；当数据需要通过以太网发送给外部工程师站、操作员站时，RM9200首先准备好数据，当数据准备好后，通过以太网PHY将数据发送到以太网上。
所述现场总线控制器通过X5045EEPROM存储器实现外部看门狗，RM9200定期通过控制线CT对X5045EEPROM存储器进行复位，如果达到设定的时间没有复位看门狗，X5045EEPROM存储器将通过信号线RESET复位RM9200。
述RM9200能够检测其所连接的各个部件包括太网接口DM9000A，32M闪存FLASH，128M SDRAM存储器,两路CAN总线控制器SJA1000T，485通讯和双口RAM的状态，如果检测到严重的错误和故障信息，并且此错误和故障信息已经危及到现场总线控制器的正常安全运行时，主现场总线控制器会自动重启并切换到备现场总线控制器运行，有效保护电厂现场运行设备和机组的安全；RM9200对和其所连接的各个部件的检测结果，会通过前面板的控制器故障状态灯显示出来；所述RM9200以10ms或者10ms的倍数为周期对和其所连接的各个部件的数据进行采集和处理，能够同时处理5个周期的数据；现场总线控制器初始上电，RM9200将32M闪存FLASH中的指令和数据首先被读入到128M SDRAM存储器中，然后RM9200逐条对128M SDRAM存储器中的指令和数据进行解析执行，然后RM9200通过CAN总线控制器SJA1000T、光耦C、光耦D和CAN收发器82C250向CAN总线发送广播请求，请求发送完成后，RM9200会侦听CAN总线，然后接收来自CAN总线的应答数据，就将所有的接入CAN总线的卡件接入到现场总线控制器；然后现场总线控制器就通过CAN总线和外部卡件进行正常数据交互和指令交互。
初始下装，工程师站将组态和数据信息发送以太网接口DM9000A,RM9200将组态和数据信息从以太网接口DM9000A写入到32M闪存FLASH，RM9200将对数据进行正确性和完整性验证，只有通过正确性和完整性验证的数据才被写入32M闪存FLASH,否则，数据就被抛弃，并通过以太网接口DM9000A向外部发送错误的数据和组态信息反馈信号；只有正确完成初始下装后，RM9200将32M闪存FLASH中的数据读入到16位总线收发器，然后对16位总线收发器中读入的数据和指令信息进行解析执行。
完成初始下装，主现场总线控制器将会把32M闪存FLASH中的组态和数据信息通过16位总线收发器、双口RAM和总线接口发送给备现场总线控制器，建立主备冗余现场总线控制器。主备现场总线控制器以500ms为周期通过DPRAM进行数据和状态信息备份，两个现场总线控制器通过面板灯进行主备的区分。
主、备现场总线控制器通过背板并行总线同步数据，主现场总线控制器故障重启时可实现无扰切换，两个现场总线控制器可以实现主备冗余机制。主备冗余通过底版插槽的总线连接实现，主现场总线控制器写备现场总线控制器，主现场总线控制器的RM9200通过总线接口对备现场总线控制器的双口RAM右口写数据，首先加锁，如果加锁成功，将数据写入到双口RAM，如果加锁失败，说明双口RAM被占用，主现场总线控制器的RM9200等待并重新加锁，锁定成功之后开始从16位总线收发器将数据写入双口RAM的I/0数据区，在写入数据的时候采用单字节循环写入，保证一次写入双口RAM的数据长度一致，在将16位总线收发器的数据写入双口RAM完成后，重新读出双口RAM中的数据并对数据进行检验，保证写入数据的正确性。然后对双口RAM进行解锁，解锁完成后对双口RAM的使用全进行释放，保证双口RAM不被长时间占据而得不到释放。
主现场总线控制器读双口RAM左口读数据，读数据的流程同写入的流程相似，首先加锁，如果加锁失败，说明当前双口RAM正被占用，如果加锁成功，锁定成功之后开始从双口RAM的I/0数据区将数据读到16位总线收发器，数据的读取采用一次读，保证读操作在一个周期内完成。读操作完成后需要对双口RAM进行解锁和释放。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
(1)本发明现场总线控制器FCP01实现了火电厂现场控制系统的控制器，使得传统的DCS系统和现场总线系统结合在了一起，通过FCP01与现场总线通信主站，或者常规AI、DI、AO、DO卡件通讯，实现DCS控制系统和现场总线控制系统的无缝结合。
(2)FCP01硬件上采用主备冗余设计，两块FCP01卡件组成一个主站，互为冗余，通过故障检测机制可以实现故障自动切换，保证控制系统安全可靠运行。
(3)FCP01对外部提供2个冗余CAN总线接口，对支持标准的CAN总线的扩展，并且2个冗余CAN总线接口可以自动实现故障切换，提高了FCP01的可靠性和安全性。
(4)FCP01对外部提供2个互为冗余的以太网接口，支持通过以太网对控制器的操作，同时2个以太网接口互为冗余，提高了系统的可靠性和安全性。
(5)FCP01提供现场总线接口，支持PROFIBUS和FF总线系统的接入。
(6)FCP01提供了双口RAM接口，支持通过双口RAM接口进行不规则数据的和自定义数据的交互。
(7)FCP01对外部提供了标准的485接口，支持标准485信号源的通信。
(8)FCP01向外部提供了丰富的标准接口和自定义接口，扩展了FCP01在电厂和第三方系统的应用范围。
(9)FCP01采用先进的故障检测和故障恢复机制，可以对FCP01的运行状态进行实时的检测和故障恢复，通过FCP01面板上的LED灯向外部提供控制运行的各种状态和阶段。
附图说明
图1为本发明控制器结构图。
图2为本发明控制器工程部署图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1所示，本发明一种现场总线控制器，包括向外部提供的两个冗余以太网接口DM9000A，与以太网接口DM9000A通过双向数据总线连接的RM9200，以太网接口DM9000A的数据引脚SD0到SD15分别与RM9200的数据引脚D0到D15连接，其中SD0连接D0，SD1连接D1，依次类推，SD15连接D15；以太网接口DM9000A的CS#引脚与RM9200的NCS3引脚相连，以太网接口DM9000A的RESET引脚与RM9200的PA25相连接，以太网接口DM9000A的INT引脚与RM9200的PA23相连接，以太网接口DM9000A的CMD引脚与RM9200的A2引脚相连；还包括双口RAM、两路CAN总线控制器SJA1000T、逻辑控制器XC9536以及位于双口RAM、CAN总线控制器SJA1000T和RM9200之间的16位总线收发器，16位总线收发器的引脚1A1到1A8,2A1到2A8分别连接RM9200的数据引脚D0到D15，16位总线收发器ALVC16245的引脚1B1到1B8,2B1到2B8分别连接双口RAM的数据引脚D0到D15，其中1B1连接D0，1B2连接D2,依此顺序2B8连接D15，CAN控制器SJA1000T通过引脚D0到D7依次接入16位总线收发器的1B1到1B8，双口RAM右端引脚D0到D7通过总线接口依次连接到底版插槽对应的LD0到LD7位置，向外部提供可读写操作的总线接口；CAN总线控制器SJA1000T的时钟引脚SCK，数据线MOSI和MISO分别与RM9200串行总线中的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO相连，RM9200的引脚TCK1、TDO1、TDI1和TMS1分别与逻辑控制器XC9536的管脚11、24、9和10连接，逻辑控制器XC9536的引脚DTREQ和DTREQ0分别接入16位总线收发器的使能引脚EN和CAN总线控制器的CANE引脚；还包括X5045EEPROM存储器，X5045EEPROM存储器的RESET引脚通过RESET线连接RM9200的115引脚，X5045EEPROM存储器和RM9200通过SPI串行总线连接，X5045EEPROM存储器和RM9200的SPI串行总线对应的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO同名引脚相连；还包括32M闪存FLASH，32M闪存FLASH的24个地址引脚A1到A24分别接入RM9200的24个地址引脚A1到A24，且32M闪存FLASH通过16条数据引脚D0到D15依次接入RM9200的16位数据线D0到D15，RM9200的管脚166连接32M闪存FLASH的片选信号线CS；还包括128M SDRAM存储器，128M SDRAM存储器通过26条地址线A0到A25分别接入RM9200的地址总线A0到A25，128M SDRAM存储器的16条数据线D0到D15分别接入RM9200的16位数据线D0到D15，128M SDRAM存储器的片选信号SDCS接入RM9200的片选信号线CS；还包括光耦隔离器A、光耦隔离器B和半双工微分收发器，RM9200的引脚TXD0,TXD0和CTS0分别通过传输信号线TXD，接收信号线RXD和使能信号线EN485分别与光耦隔离器A和光耦隔离器B连接，光耦隔离器A和光耦隔离器B分别通过传输信号线以及接收信号线连接半双工微分收发器，半双工微分收发器通过引脚485+和485-接入485通讯的正负信号线485+，485-；两路CAN总线控制器SJA1000T向上通过数据线和地址线与RM9200的数据线和地址线相互连接；两路CAN总线控制器SJA1000T向下均通过引脚CAN+,CAN-分别连接到光耦C和光耦D，两个光耦C和光耦D分别通过TxD和RxD连接到CAN收发器82C250，两路CAN收发器82C250的地线分别通过DC/DC电源隔离的右端地，隔离现场总线控制器地线和外部CAN总线地线，两路CAN收发器82C250分别直接通过引脚D0和D1接入底版插槽的CAN+和CAN-差模信号，然后通过CAN总线连接到I/O模件。
FCP01插入到机箱，通过以太网连接到接入级交换机，一个控制站推荐配置两块FCP01，实现控制器主备冗余。FCP01初始上电需要进行初始配置，根据设计指定的以太网IP地址，由工程师站生成配置文件，配置文件详细的给出了控制器的IP地址，对时服务器等的信息，工程师站生成配置文件后，通过初始默认IP地址192.168.0.49，将配置文件通过以太网下装到FCP01；下装配置文件完成后，接下来需要重启FCP01，重启后新的配置生效，FCP01的IP地址就会自动改变成新的配置文件给出的IP地址。主备FCP01配置独立的以太网地址,并且备卡的地址是在主卡IP地址的基础上生成，例如，如果主卡地址配置为192.168.1.2，那么备卡IP地址就为192.168.1.52。对FCP01的重启可以采用软重启和硬件RESET键重启，每次改变FCP01的以太网地址都需要重启才能生效。
如图2所示建立控制系统，控制系统包括以下几个部分：操作员站，工程师站，FCP01，FPB01，I/O模件，DB37电缆，端子板，来自各个制造商的现场设备和仪表等。操作员站和工程师站通过以太网和FCP01建立TCP和UDP连接，通过以太网工程师站可以完成组态信息的下装，在线命令的发送等针对FCP01的交互；工程人员在工程师站根据现场设备和各种控制要求建立数据库，控制组态等信息，通过工程师站上位机程序编译，生成数据库文件，控制组态文件下装到FCP01，FCP01对数据库文件和控制组态文件进行解析，执行初始化配置和运算任务的启动；包括卡件信息的读取和配置，I/O点的数据结构的建立和地址分配，运算周期的配置，运算任务的启动，站间引用点的广播。
FCP01提供CAN接口，可以自由通过CAN总线接入I/O模件，I/O模件可以配置AI，AO，DI，DO以及现场总线模件FPB01。FCP01通过CAN总线与I/O模件通信，通信速率高，报文结构灵活。FCP01可以提供5个扩展机箱，每个机箱可以插入12块卡件。I/O模件通过DB37预制电缆连接到对应模件的端子板，端子板通过硬接线直接接入现场设备的测量信号。对于PROFIBUS FPB01模件，无需接入端子板，只需要从背板直接接入DP线缆，然后将DP设备直接接入DP线缆。对于DP设备参数，点的信息的配置和拆分通过通信主站FPB01完成。
供电系统，FCP01供电通过底板来完成，由外部直流电源向FCP01的电源部分提供+5VIN电源，同时经过电源部分的变换，+3.3用于RM9200、FLASH、SDRAM、BUFFER逻辑控制器XC9536、双口RAM和以太网物理接口芯片；+1.8主要用在RM9200的内核部分，目的是降低功耗。
工程师站根据控制系统的设计要求，点表等，建立数据库，通过数据库进行组态信息的建立，在完成组态工作后，通过工程师站将这些数据通过以太网下装到挂接在以太网上，具有明确IP地址的控制器。FCP01在接收到这些数据库组态和SAMA组态信息后，对这些信息进行解析，首先建立I/O点数据库，模件配置信息，然后对SAMA组态信息进行读取和解析，SAMA组态信息和数据库组态一致，都是首先是插入部分，删除部分和添加部分。然后控制需需要对根据数据库组态对接入FCP01CAN总线接口的模件进行配置，包括模件的广播数据周期，模件的槽号，索引号等。I/O模件接入对应的端子板，然后I/O模件通过硬接线直接接入现场设备的控制信号和诊断信号。

Claims (10)

1.一种现场总线控制器，其特征在于：包括向外部提供的两个冗余以太网接口DM9000A，与以太网接口DM9000A通过双向数据总线连接的RM9200，以太网接口DM9000A的数据引脚SD0到SD15分别与RM9200的数据引脚D0到D15连接，其中SD0连接D0，SD1连接D1，依次类推，SD15连接D15；以太网接口DM9000A的CS#引脚与RM9200的NCS3引脚相连，以太网接口DM9000A的RESET引脚与RM9200的PA25相连接，以太网接口DM9000A的INT引脚与RM9200的PA23相连接，以太网接口DM9000A的CMD引脚与RM9200的A2引脚相连；
还包括双口RAM、两路CAN总线控制器SJA1000T、逻辑控制器XC9536以及位于双口RAM、CAN总线控制器SJA1000T和RM9200之间的16位总线收发器，16位总线收发器的引脚1A1到1A8,2A1到2A8分别连接RM9200的数据引脚D0到D15，16位总线收发器的引脚1B1到1B8,2B1到2B8分别连接双口RAM的数据引脚D0到D15，其中1B1连接D0，1B2连接D2,依此顺序2B8连接D15，CAN控制器SJA1000T通过引脚D0到D7依次接入16位总线收发器的1B1到1B8，双口RAM右端引脚D0到D7通过总线接口依次连接到底版插槽对应的LD0到LD7位置，向外部提供可读写操作的总线接口；CAN总线控制器SJA1000T的时钟引脚SCK，数据线MOSI和MISO分别与RM9200串行总线中的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO相连，RM9200的引脚TCK1、TDO1、TDI1和TMS1分别与逻辑控制器XC9536的管脚11、24、9和10连接，逻辑控制器XC9536的引脚DTREQ和DTREQ0分别接入16位总线收发器的使能引脚EN和CAN总线控制器的CANE引脚；
还包括X5045EEPROM存储器，X5045EEPROM存储器的RESET引脚通过RESET线连接RM9200的115引脚，X5045EEPROM存储器和RM9200通过SPI串行总线连接，X5045EEPROM存储器和RM9200的SPI串行总线对应的时钟线SCK、数据线MOSI和MISO同名引脚相连；
还包括32M闪存FLASH，32M闪存FLASH的24个地址引脚A1到A24分别接入RM9200的地址引脚A1到A24，且32M闪存FLASH通过16条数据引脚D0到D15依次接入RM9200的16位数据线D0到D15，RM9200的管脚166连接32M闪存FLASH的片选信号线CS；
还包括128M SDRAM存储器，128M SDRAM存储器通过26条地址线A0到A25分别接入RM9200的地址总线A0到A25，128M SDRAM存储器的16条数据线D0到D15分别接入RM9200的数据线D0到D15，128M SDRAM存储器的片选信号SDCS接入RM9200的片选信号线CS；
还包括光耦隔离器A、光耦隔离器B和半双工微分收发器，RM9200的引脚TXD0,TXD0和CTS0分别通过传输信号线TXD，接收信号线RXD和使能信号线EN485分别与光耦隔离器A和光耦隔离器B连接，光耦隔离器A和光耦隔离器B分别通过传输信号线以及接收信号线连接半双工微分收发器，半双工微分收发器通过引脚485+和485-接入485通讯的正负信号线485+，485-；
两路CAN总线控制器SJA1000T向上通过数据线和地址线与RM9200的数据线和地址线相互连接；两路CAN总线控制器SJA1000T向下均通过引脚CAN+,CAN-分别连接到光耦C和光耦D，光耦C和光耦D分别通过TxD和RxD连接到CAN收发器82C250，两路CAN收发器82C250的地线分别通过DC/DC电源隔离的右端地，隔离现场总线控制器地线和外部CAN总线地线，两路CAN收发器82C250分别直接通过引脚D0和D1接入底版插槽的CAN+和CAN-差模信号，然后通过CAN总线连接到I/O模件。
2.根据权利要求1所述的一种现场总线控制器，其特征在于：采用5V系统电源供电，CAN收发器82C250、光耦隔离器A和光耦隔离器B的供电通过DC/DC电源隔离提供5V直流供电，CAN总线电源隔离左端接地线GND，右端接CAN总线地线CGND，485通讯电源隔离左端接485通讯地485GND1，右端接现场总线控制器地线GND。
3.根据权利要求1所述的一种现场总线控制器，其特征在于：所述32M闪存FLASH采用两片并用的方式，单片容量为16M×16,构成32M存储容量。
4.根据权利要求1所述的一种现场总线控制器，其特征在于：所述128M SDRAM存储器采用两片并用的方式，单片容量为32M×16，构成128M×8位的存储空间。
5.根据权利要求1所述的一种现场总线控制器，其特征在于：所述现场总线控制器通过面板上的红/绿LED指示灯来表示模件运行状态，指示灯共包括8个，每个指示灯的名称为运行/故障灯，主/从灯，网口1状态，网口2状态,控制器故障状态灯4个；其中运行/故障灯有红色和绿色两种颜色，红色表示运行异常，绿色表示正常，主/从灯绿色表示是主卡，黄色表示是备卡，网口1状态和网口2状态通过闪烁表示两个网口是否处于连接状态；控制器故障状态灯这4个状态灯按照从上到下8421编码给出了控制器的15种工作状态，包括：FLASH故障、SDRAM故障、双口RAM故障、CAN1故障、CAN2故障、网口A故障、网口B故障、网口A工作、网口B工作、I/O类型不符、I/O通信超时、GPS同步超时、FTP连接失败、无组态文件和保留位。
6.采用权利要求1所述现场总线控制器的控制方法，其特征在于：CAN总线数据交互，外部各种功能的I/O模件通过两个冗余的CAN总线接口进行通讯，I/O模件的输入数据发送到CAN总线，现场总线控制器通过CAN总线收发器82C250接收来自CAN总线的数据，然后经过光耦C或光耦D，数据进入CAN总线控制器SJA1000T，CAN总线控制器SJA1000T接收到I/O模件的输入数据通过数据总线发送到16位总线收发器，然后通过中断信号线INT通知RM9200接收数据，外部I/O模件的数据就输入到现场总线控制器；发送CAN数据包过程，RM9200根据输出需要产生CAN数据包，产生的CAN数据包首先发送到16位总线收发器中进行排队等待发送，CAN总线控制器SJA1000T判断CAN总线的工作状态，如果CAN总线处于空闲状态，则从16位总线收发器队列中读取CAN数据包，然后将CAN数据包发送到CAN总线，外部I/O模件根据数据的地址信息选择接受属于自己的CAN数据包。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：485通讯数据的交互，当有外部485数据输入现场总线控制器时，外部485数据首先发送到485总线，经过半双工微分收发器接受，经过光耦隔离器A或光耦隔离器B通过串行总线RxD发送至RM9200串口输入；数据接受完成后通过中断信号通知RM9200处理，当现场总线控制器需要485数据输出到外部485模件时，只需要把数据发送到485总线即可，外部485模件会自动从485总线上读取485数据，现场总线控制器在向485总线发送数据时，首先检测485总线是否处于就绪状态，如果处于空闲，那么就通过TxD信号线将数据串行写入半双工微分收发器，然后发送使能信号EN485通知半双工微分收发器将数据写入485总线。
8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：现场总线控制器与PROFIBUS通讯卡FPB01或FPB02之间通过双口RAM的总线接口进行通讯；双口RAM数据的通讯是双向的，当现场总线控制器需要将数据写入PROFIBUS通讯卡时，首先将数据写入到16位总线收发器中后，然后再将数据从16位总线收发器中发送到PROFIBUS通讯卡的双口RAM的右端口，然后通过总线接口发送中断信号通知PROFIUBS通讯卡有新的数据写入；当外部PROFIUBS通讯卡或者第三方卡件有数据需要通过双口RAM发送至现场总线控制器时，通过总线接口数据写入现场总线控制器双口RAM右端口，然后发送中断信号通知现场总线控制器读数据，现场总线控制器收到中断信号后，从DPRAM的左端口中将数据读如到16位总线收发器，然后从16位总线收发器将数据读入到RM9200；现场总线控制器对外部提供的以太网接口，外部工程师站、操作员站，历史站通过以太网接口DM9000A与现场总线控制器进行通讯；当外部数据写入现场总线控制器时，通过以太网PHY将数据传入到以太网接口DM9000A,当数据传入到后，通过中断信号通知RM9200处理数据；当数据需要通过以太网发送给外部工程师站、操作员站时，RM9200首先准备好数据，当数据准备好后，通过以太网PHY将数据发送到以太网上。
9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述现场总线控制器通过X5045EEPROM存储器实现外部看门狗，RM9200定期通过控制线CT对X5045EEPROM存储器进行复位，如果达到设定的时间没有复位看门狗，X5045EEPROM存储器将通过信号线RESET复位RM9200。
10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述RM9200能够检测其所连接的各个部件包括太网接口DM9000A，32M闪存FLASH，128MSDRAM存储器,两路CAN总线控制器SJA1000T，485通讯和双口RAM的状态，如果检测到严重的错误和故障信息，并且此错误和故障信息已经危及到现场总线控制器的正常安全运行时，主现场总线控制器会自动重启并切换到备现场总线控制器运行，有效保护电厂现场运行设备和机组的安全；RM9200对和其所连接的各个部件的检测结果，会通过前面板的控制器故障状态灯显示出来；所述RM9200以10ms或者10ms的倍数为周期对和其所连接的各个部件的数据进行采集和处理，能够同时处理5个周期的数据；现场总线控制器初始上电，RM9200将32M闪存FLASH中的指令和数据首先被读入到128M SDRAM存储器中，然后RM9200逐条对128M SDRAM存储器中的指令和数据进行解析执行，然后RM9200通过CAN总线控制器SJA1000T、光耦C、光耦D和CAN收发器82C250向CAN总线发送广播请求，请求发送完成后，RM9200会侦听CAN总线，然后接收来自CAN总线的应答数据，就将所有的接入CAN总线的卡件接入到现场总线控制器；然后现场总线控制器就通过CAN总线和外部卡件进行正常数据交互和指令交互。
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