CN1987705A - 一种基于vme总线的实时多任务分布式控制系统 - Google Patents

一种基于vme总线的实时多任务分布式控制系统 Download PDF

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Abstract

一种基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,包括VME总线机箱、CPU主板、以太网通讯接口板、反射内存通讯接口板、PROFIBUS通讯接口板、数字信号接口板、模拟信号接口板及电机控制板。板卡均安插在VME总线机箱内的背板上,同一机箱背板上的板卡可通过VME总线进行通讯。上述板卡内均含有VME总线控制器,通过VME总线控制器实现对板卡的选通、总线仲裁、中断响应控制、数据读写。每一板卡均有各自的寻址地址,被选通的板卡通过VME总线与CPU板交换数据,同一背板总线上的CPU板之间通过共享内存交换数据。反射内存通讯接口板实现多个控制系统之间的远程通讯及实时控制。电机控制板在与上层CPU主板交换数据的同时,通过与底层功率开关驱动的光纤接口,实现对电机的控制。

Description

一种基于VME总线的实时多任务分布式控制系统
技术领域
本发明涉及实时多任务分布式控制系统,特别涉及基于VME总线的实时多任务分布式控制系统。
背景技术
在大型电力牵引及传动控制领域中,对控制的实时性,控制功能的多样性及复杂性均有较高要求,其控制系统的构成必须满足上述要求。从国内外研究和产品的情况来看,实时控制系统CPU早期是以八位机为主,典型的芯片如Intel8085、Z80等,由于八位机计算精度低,速度慢,由它组成的数字调速系统,传动系统的性能不太理想。八十年代中后期,开始采用16位微处理机,如Intel 8086,Motorola 68000,80C196等,16位微处理机的全数字调速系统无论从控制精度到动态响应性能都达到并超过了模拟控制系统的水平,控制系统性能大大提高。近些年来,电机控制专用DSP控制器得出现使得控制系统硬件小型化、简单化,使得整个装置体积更小,可靠性更高,因而成为目前国外各大公司产品的研发热点。但是对于大型成套系统,由于系统复杂,功能增多,同时具有分布性,单靠一个或两个微处理器显然不能胜任控制系统的要求。在高速磁悬浮列车的牵引控制、电力机车牵引控制、大型轧钢过程控制等大型的具有分布性,实时性且控制性能要求高的牵引及传动控制场合,为了使牵引及传动调速系统适用于所有传动对象,欧洲一些电气公司开始推出“系统型”牵引、调速装置。典型的产品如德国西门子公司的基于Simadyn D的实时数字控制系统。基于Simadyn D的实时数字控制系统采用的是西门子公司独有的数据通讯总线,控制系统中所有控制板卡均是基于Simadyn D独特的总线通讯交换数据。控制系统的结构上也较有力于系统的扩充,但是该系统也存在以下不足之处,即总线接口协议不具有开放性和通用性,CPU主板的主频不够高、运行速度偏低。由于总线接口协议不开放、通用性较差,用户不容易在其基础上二次开发自己的应用控制板卡,因而受到了较大的限制。从当前的发展趋势和需要来看大型多任务复杂实时控制系统特别是用于高速磁悬浮列车的牵引控制、电力机车牵引控制、大型轧钢过程控制等大型的具有分布性,实时性且控制性能要求高的牵引及传动控制必须采用系统型调速装置的结构形式,应该采用通用的计算机硬件,16位、32位或64位微处理机,多CPU结构。软件模块化,根据不同的传动系统结构,把系统所需的模块组接起来,构成一个专用的传动控制系统。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术相关产品系统开放性差,通用性不好,CPU运行速度偏低的缺陷,为了满足大型牵引及传动系统的实时性,功能复杂性,系统分布性等需求,提出一种基于VME总线构建的控制系统。
VME总线是系统级总线,支持多CPU,每个CPU可以作为主CPU控制访问其他板卡,经由VME总线通信,支持多处理配置。直接支持存储器共享的多处理结构。VME规范允许最多可容纳21块插件。支持面向多主设备,即多CPU板的并行处理,每个CPU可以有自己的从设备,易于实现复杂的控制功能。具有优良的中断处理机构,具备高速的实时响应能力。系统控制板卡采用IEC297欧卡标准,机械性能可靠和稳定,并具有可靠的接插件,带电热插拔。
本发明是一个基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,该系统由多个功能模块电路单元组成,支持多CPU并行运行,能满足多功能复杂的控制要求。各CPU模块之间通过背板总线交换数据。采用多种不同的通讯模式,用于复杂系统的通讯网络的构建及数据交换。其中特有的反射内存通讯接口能实现多个控制系统之间的远程通讯及实时控制,任意控制系统的CPU板通过读写本地的反射内存就和读写远程反射内存一样,数据传输延时性很小基本可以忽略。反射内存卡采用光纤传输可以实现远至10公里的控制系统之间的数据通讯,这是大型高性能分布式牵引机传动控制最为关键的技术之一。本发明控制系统采用模块化结构,使系统功能关系清晰,易于功能扩展,适用于快速、复杂的控制任务。各单元模块集中放置在一个标准的带屏蔽的标准6U控制机箱内,用户可根据实时控制需要选择标准的控制板卡的型号及数量,当需要扩充系统功能时只需在控制柜内的扩展槽上插上需要的功能模块。
对于分布式实时复杂控制系统而言,其控制对象多,控制功能复杂,控制对象具有分布性,控制过程实时性要求强。如高速磁悬浮列车的牵引控制系统,其设备沿线分布,相互之间相隔几公里甚至几十公里,为了保证列车高速平稳运行,不但需要系统能够实现复杂的控制算法,而且要求系统具有实时性。另外大型钢厂的轧钢控制系统也有类似的情况,具有热轧、冷轧、风机、辅助传动设备等诸多控制对象,同样具有分布性、复杂性和实时性。本发明针对一切具有分布性、复杂性、实时性的控制对象,考虑到系统的方便设计及扩充,采用一种模块化的设计思路,方便系统的构建、扩充及重建。模块化功能的实现是建立在一种总线结构硬件平台的基础上。本发明在综合比较目前工业中常用的几种总线技术如:PCI总线,CPCI总线及VME总线的基础上,选择了VME总线技术平台。这主要是因为VME总线具有更短的中断时间,能够实现多个CPU分别带有各自的从设备的功能,这些特质使得系统功能扩充及实时控制变得简单。而PCI总线及CPCI总线虽然CPU运行速度可以很高,但不能实现同一机箱槽架上的多个CPU分别带有各自从设备的功能,且最小中断周期比VME总线的大,中断时间具有不确定性,因而在实时性要求高,系统较复杂时不太适宜,一般多用于实时性要求不是很高的监控,测量系统中。
本发明在选择基于VME总线技术的基础上,考虑到复杂系统任务的多样性。实际被控系统中,有实时性要求高的被控制对象,也有实时性要求不高的被控对象。为了优化系统结构,本发明采用多种通讯技术的综合。对于实时性要求高的被控对象采用反射内存通讯模式,不仅具有快速性,而且能实现远程通讯,完美地解决了系统分布性和实时控制难以同时兼容的控制难点。对于实时性要求较低的被控对象,如一些现场开关或辅助传动设备的控制,则采用PROFIBUS的通讯模式。为了满足控制复杂度,根据控制功能及控制算法的复杂度,在一个机箱内可设置一个或多个CPU,同一机箱内最多可同时设置8个CPU,完全能满足复杂控制的要求。
本发明主要包括VME总线机箱,CPU主板、以太网通讯接口板、反射内存通讯接口板、PROFIBUS通讯接口板、数字信号接口板、模拟信号接口板及电机控制板等部分,所有板卡均安插在VME总线机箱内的背板上,同一机箱背板上的板卡可通过VME总线进行通讯。上述板卡内均含有VME总线控制器,总线控制器起着信息交换及控制的桥梁作用,通过VME总线控制器实现对板卡的选通、总线仲裁、中断响应控制、数据读写等。每一个板卡均有各自不同的寻址地址,被选通的板卡可以通过VME总线与CPU板交换数据,同一背板总线上的CPU板之间通过共享内存交换数据。
本发明基于VME总线的实时多任务分布式控制系统是采用以上几种类型的控制板卡组合构成的。根据控制系统的实际需要,可以选择相应的控制板卡并将其相应安装在上述6U高度的VME机箱内,每个机箱及其控制板卡构成一个基本控制单元。对于分布式复杂控制系统,可以采用多个基本控制单元构成所需的控制系统,各个基本控制单元的控制板卡种类可以不同,数量也可以不同,具体配置及规模视实际情况而定,既能满足实时复杂控制系统要求,又易于系统构建及扩充,能大大减少开发周期,提高系统可靠性,具有良好的应用前景。
本发明适用于大型牵引及传动等实时性要求高,控制功能复杂,系统具有分布性,需要远程实时监控,工作环境较恶劣的场合,如高速磁悬浮列车的牵引控制、电力机车牵引控制、大型轧钢过程控制,具有较好的实用价值。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明的控制单元结构原理图。
图2是本发明具体实施例1原理图。
具体实施方式
本发明主要包括VME总线机箱,CPU主板、以太网通讯接口板、反射内存通讯接口板、PROFIBUS通讯接口板、数字信号接口板、模拟信号接口板及电机控制板。以下结合本发明的具体实施方式,对本发明各单元模块的构成及主要功能说明如下:
1、VME总线机箱
包括含6U高度机箱,总线底座,一套控制电源。底板上配置了5V和±12V电源,为槽架内的板卡供电。
2、CPU主板
CPU主板主要由微处理芯片,动态RAM,FLASH ROM,VME总线控制器以及集成的以太网通讯接口等构成。动态RAM用于装载调试程序,方便调试修改。当用户程序调试完成后将程序下载至FLASH ROM中,程序将会固化在CPU板卡内。CPU与动态RAM及FLASH ROM之间通过32位地址总线和数据总线通讯交换数据。CPU主板主要完成各种复杂矢量控制算法、电机磁场定向控制、参数辨识及其他相关智能控制算法,与双端口RAM进行通讯传输指令,系统工作状态跟踪显示,系统信息纪录、数据分析功能以及友好人机界面设计的功能。以太网通讯接口板主要用于多个子系统之间的远程监控及程序调试,易于开发相应的人机监控界面,以便监控系统的状态。
3、反射内存通讯接口板
反射内存接口板主要由输入输出光纤信号接口电路、接收发送器、输入输出数据缓存器、VME总线接口逻辑及控制电路构成。VME总线接口逻辑及控制电路主要完成反射内存与VME总线的数据交换,反射内存RAM芯片的32位数据线经VME数据缓存后直接与VME总线的32位数据线相接,通过背板总线反射内存中的数据内传递至背板总线上的其他CPU中。数据存储在反射内存板的RAM中,RAM通过地址线和数据线与输入及输出数据缓冲寄存器相连。缓冲寄存器与接收、发送器相连。发送器将缓冲寄存器传输的并行数据转换成串行数据,经输出接口光电转换电路将电信号变成光信号发送出去,而最后与输入输出接口光电转换电路相接,实现远程接收及发送数据。远端传递的光信号经输入光电转换接口电路后,将光信号转化成电信号,该电信号经接收器后将串行数据转化成并行数据与输入缓冲器相连,最后接至反射内存。输入输出光纤连接到同一个光纤hub,使所有配备了反射内存接口板的设备能实时远程通讯。工作时CPU主板首先经过VME总线发送读写指令到反射内存,反射内存经总线接口逻辑判断指令,读指令时,控制电路读相应内存空间,获取数据经总线接口电路传给CPU主板。写指令时,控制电路将操作数写到相应内存空间,并将该数据放到输出数据缓存器,输出数据缓存器的数据经过光纤通讯立即传到所有其他反射内存中输入数据缓存器,其他反射内存通过控制电路,将本身输入数据缓存器中的数据写到相应的内存空间,于是完成本次反射内存接口板之间的通讯。所有反射内存接口板物理架构相同,通过跳线设置不同的节点号作为区别。任意系统的CPU板通过读写本地的反射内存就等同于读写远程反射内存。
由于采用光纤传导介质能够满足实时远程数据交换及控制,反射内存是实时控制系统最为关键的通讯接口,实现实时性要求高的系统之间的数据交换。本发明通过系统的反射内存通讯接口实现了多个分布远程设备之间的高速实时通讯,从而使高性能实时控制成为可能。
4、PROFIBUS通讯接口板
PROFIBUS通讯接口板主要包括VME总线接口逻辑及控制电路,RISC微处理器,双端口RAM,FLASH ROM以及LAN处理芯片及标准D型9针串行接口。VME总线接口逻辑及控制电路主要完成PROFIBUS与VME总线的数据交换的逻辑控制,用户程序装载在FLASH ROM中,数据通过双端口RAM与VME总线相接实现数据交换。数据传输物理层采用的是RS485。PROFIBUS通讯接口板主要用于有PROFIBUS的底层设备的通讯及控制,其通讯传输速度较反射内存通讯方式慢,可用于实时性要求不是很高的通讯及控制场合,如底层PLC设备的控制,传感器的接口,开关开合控制等。通过带DP接头的双绞线电缆将PROFIBUS板卡连接在一起,可以采用星型,树型,总线型,环型连接方式。工作时,CPU主板首先通过VME总线发送初始化指令,PROFIBUS接口板通过总线接口逻辑和控制电路接收指令给RISC处理器,处理器将FLASH中的固化配置载入,也可以通过串口从计算机载入新的配置。通常将主系统的PROFIBUS板配置成主站,其他系统的PROFIBUS板配置为从站。根据通讯要求和距离长短配置相应的通讯速率。初始化完成后,CPU主板首先通过VME总线发送运行指令,PROFIBUS板通过总线接口逻辑和控制电路接收指令给RISC处理器,处理器按照配置文件的PROFIBUS通讯协议控制主站和从站之间的通讯。
本发明通过Profibus通讯接口可以实现控制系统与多个带有Profibus接口的子设备之间的通讯,也可以实现多个带Profibus接口的分布远程子设备之间的通讯。
5、数字信号接口板
数字信号接口板包括数字输入信号接口及数字输出信号接口两部分。数字信号接口板主要含有与VME总线接口逻辑及控制电路,数据缓存寄存器及输入输出光耦隔离电路。数字信号接口板带有两个PHOENIX接口,分别接32路信号的输入和32路输出。根据输入信号的电压幅值大小配置相应的电阻。工作时,输入信号经过隔离电路转换成数字信号,存贮在数据缓存寄存器。CPU主板经过VME总线发送读写指令到数字信号接口板,数字信号接口板通过总线接口逻辑和控制电路接收指令,读指令时从数据缓存寄存器读出指定输入通路的信号,发送给CPU主板,写指令时将操作数写到数据缓存寄存器指定输出通路的地址,输出信号经过隔离电路转换成电压信号从PHOENIX接口下传给其他设备。
输入输出数字信号接口主要用来收集现场底层设备的数字信号、开关状态信息并传递给CPU主控板,同时也能够通过数字信号输出,将控制系统的状态及控制命令下传给子设备,实现与子设备的信息交换及监控,尤其适合于有开关状态的子设备,每个控制单元可以控制不同数量的子设备。
6、模拟信号接口板
模拟信号接口板包括模拟输入信号接口及模拟输出信号接口两部分。模拟输入信号接口主要包括有差分模拟信号输入电路,A/D转换电路,数据缓存寄存器,数字信号处理器及VME总线接口逻辑及控制电路;模拟输出信号接口主要包括VME总线接口逻辑及控制电路,D/A转换电路,数据缓存寄存器及输出隔离电路。模拟信号接口主要用来将从现场的模拟调试给定信号及来自于控制对象的电压、电流传感器等输出的模拟信号转换成数字信号。模拟信号输出接口主要将控制系统中的一些关键变量由数字信号转换成模拟信号并输出,以便于实际调试或监控,可直观观测信号的变化趋势。
模拟信号接口板实现与子设备的模拟信号控制及显示和监控,尤其适合于带有模拟信号的传感器子设备及控制系统控制变量的实时显示监控。
7、电机控制板
该控制板为CPU主板与电机功率开关驱动的接口。电机控制板通过VME总线与上层CPU主板交换数据,同时又与底层功率开关驱动有光纤接口,实现电机的PWM(脉冲宽度调制)控制、保护及逻辑控制,包括PWM脉冲控制及脉冲产生及发送,功率开关器件控制的互锁逻辑及保护逻辑实现等。包含有数字信号处理器DSP芯片,可编程逻辑门电路FPGA芯片,与VME接口的双端口RAM存储器芯片,以及光电转换模块等。双端口RAM是CPU主板与DSP通信的桥梁,工作时CPU主板将电机控制计算的信息通过VME总线写入到双端口RAM中,DSP定时读取该双端口RAM的信息后进行计算,产生PWM脉冲,输出到FPGA中;DSP也可将反馈信息写入双端口RAM中,传给CPU主板。FPGA与DSP的PWM输出管脚和故障输入管脚相连,起到三个作用:由于功率开关模块所需的脉冲数经常多于DSP的PWM输出路数,所以,FPGA起到对PWM译码的作用;另外FPGA对PWM加入死区和进行死区补偿;功率模块反馈信号连接到FPGA,当功率模块出现故障时,FPGA可以对PWM进行封锁,并将故障信号传给DSP,实现保护逻辑。光电转换电路将FPGA输出的PWM信号转换成光信号,由光纤发送给功率开关模块,起到了隔离电磁干扰的作用;又可将功率模块的光反馈信号转化成电信号传给FPGA。
由于接口采用光纤媒介,本发明在实现弱电对强电有效控制的基础上保证控制系统不受强电的干扰,具有良好的可靠性。
图1为本发明的单个控制机箱的结构示意图。图1中的控制系统包含一个6U标准机箱、VME总线及电源背板、两块CPU主板,以太网通讯接口、反射内存通讯板、PROFIBUS通讯板、数字I/O接口板、模拟I/O接口板以及电机PWM控制应用板,同一机箱背板上的所有板卡均可通过VME总线进行通讯。各功能控制板均安插在背板插槽总线上,总线中含有32位数据线和32位地址线。各控制板之间的数据交换是通过背板总线实现的,同一控制箱内的两个CPU通过共享内存的方式通讯交换数据。同一控制机箱可采用一个或多个CPU,但最多不能超过8个。该控制单元基本结构中的控制板卡可根据实际控制系统的规模和需要选择。每个CPU只能带一个同类型的板卡,需要多块控制板卡时应加配相应的CPU板卡。在构建分布式、复杂控制系统时可以由多个类似图1的控制单元构成,每个控制箱内的CPU板及其他应用板卡可根据实际要求选配,每个控制箱的控制板卡数量及种类均可不同,控制单元的控制板卡可根据被控对象及控制任务的复杂度方便地组合,具有很好的灵活性。每个控制单元可以控制不同数量的子设备。
在图2所示实施例中,基本控制单元1由两块CPU板卡,一块反射内存卡、一块PROFIBUS卡、一块电机控制卡、一块数字IO板、一块模拟IO板、一块反射内存HUB和一块以太网HUB。基本控制单元2由两块CPU板卡,一块反射内存卡、一块PROFIBUS卡、一块电机控制卡、两块数字IO板和一块模拟IO板构成。基本控制单元1、子设备1、子设备2与基本控制单元2、子设备3、子系统4构成了一个简单的可以实现高性能实时远程监控的系统。
基本控制单元1、子设备1、子设备2构成一个本地实时控制系统1。子设备1为实时性要求不高的设备,子设备2为实时性要求高的设备。基本控制单元1采用两块CPU板卡对两个子设备分别控制,这样能够完成复杂控制功能,实现电机实时高性能控制而不致因为CPU计算速度慢或任务过多来不及,影响控制系统的实时性。对实时性要求不高的子设备1,是通过PROFIBUS来控制。实际应用中用一根两芯双绞屏蔽电缆,一端接至基于VME总线的PROFIBUS板卡的标准9针D型插头上,另一端接至子设备1的9针D型插头上。配置PROFIBUS板卡为主站,子设备1为从站,PROFIBUS板可控制子设备并与之交换数据。子设备2为实时性要求高的设备,如轧钢机,它是由CPU板卡2来控制实现的。模拟IO板的AD输入端子与设备2的传感器模拟输出信号直接相连,主要用于设备2内电机电流、电压传感器检测值的转换。
基本控制单元2、子设备3、子设备4也构成了一个本地实控制系统2。其连线规则与基本控制单元1的类似,其中CPU板卡1负责对子设备3的PROFIBUS接口以及数字IO板接口控制。CPU板卡2负责对与子设备4相接的电机控制板,数字及模拟IO板的信息采集及处理计算和控制。同样采用两个CPU板卡其目的是将系统控制功能模块化,提高系统运算能力,以满足复杂控制要求。
本地实时控制系统1与本地实时控制系统2可以是两个具有分布性的系统,这两个本地实时系统可以分别安放在相距很远的两个不同位置,最远不能超过10公里。为了实现远程实时控制,在两个本地实时控制系统中均加装反射内存通讯板卡,将两个本地实时系统的反射内存板卡均通过两根光纤电缆与一个反射内存HUB相接。通过反射内存网的建立,两个本地实时控制系统之间就能够实现高速通讯,满足实时交换信息及实时监控的要求。本地实时控制系统1可以控制多个子设备,如子设备1,子设备2等。同时也可控制远端的子设备3、子设备4。对控制系统2亦如此。
为了方便系统调试及观测运行过程中各设备的状态。将本地实时控制系统1与本地实时控制系统2的以太网RJ45接口以及调试计算机的网口均通过网线与以太网HUB相连。这样系统调试中可通过以太网下载程序,观测运行过程中各设备的状态。

Claims (7)

1、一种基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于主要由VME总线机箱,具有VME总线接口的CPU主板、反射内存通讯接口、PROFIBUS通讯接口、数字信号接口板、模拟信号接口板及电机控制板构成支持多CPU并行工作的控制系统,所有板卡均安插在VME总线机箱内的背板上,各板卡内均含有VME总线控制器,总线控制器起着信息交换及控制的桥梁作用,通过VME总线控制器实现对板卡的选通、总线仲裁、中断响应控制、数据读写;每一个板卡均有各自不同的寻址地址,被选通的板卡可以通过VME总线与CPU板交换数据,同一背板总线上的CPU板之间通过共享内存交换数据;CPU用于实现复杂多任务控制功能及算法;反射内存通讯接口实现多个控制系统之间的远程通讯及实时控制;PROFIBUS通讯接口用于底层设备的通讯及控制;数字信号接口板主要用于具有数字输入、输出信号的现场底层设备的信号采集及控制;模拟信号接口板用于模拟信号的应用场合,用于模拟信号的采集、模数转换及将数字信号转换成模拟信号;电机控制板通过VME总线与上层CPU主板交换数据,同时又与底层功率开关驱动有光纤接口,实现对电机的PWM控制、保护及逻辑控制。
2.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于所述的CPU主板主要由微处理芯片,动态RAM,FLASH ROM,VME总线控制器以及集成的以太网通讯接口构成;VME总线控制器用于对板卡的选通、总线仲裁、中断响应控制、数据读写;动态RAM用于装载调试程序,当用户程序调试完成后将程序下载至FLASH ROM中,程序被固化在控制板卡内;CPU与动态RAM及FLASH ROM之间通过32位地址总线和数据总线通讯交换数据。CPU主板主要完成各种复杂矢量控制算法;电机磁场定向控制;参数辨识及其他相关智能控制算法;与双端口RAM进行通讯传输指令;系统工作状态跟踪显示;系统信息纪录、数据分析功能以及友好人机界面设计的功能。
3.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于所述的反射内存通讯接口主要由输入输出光纤信号接口电路,接收发送器、输入输出数据缓存器,VME总线接口逻辑及控制电路构成;VME总线接口逻辑及控制电路主要完成反射内存与VME总线的数据交换,反射内存RAM芯片的32位数据线经VME数据缓存后直接与VME总线的32位数据线相接,通过背板总线反射内存中的数据内传递至背板总线上的其他CPU中;数据存储在反射内存板的RAM中,RAM通过地址线和数据线与输入及输出数据缓冲寄存器相连;缓冲寄存器与接收、发送器相连,发送器将缓冲寄存器传输的并行数据转换成串行数据,经输出接口光电转换电路将电信号变成光信号发送出去,最后与输入输出接口光电转换电路相接,实现远程接受及发送数据;远端传递的光信号经输入光电转换接口电路后,将光信号转化成电信号,该电信号经接收器后将串行数据转化成并行数据与输入缓冲器相连,最后接至反射内存;输入输出光纤连接到同一个光纤hub,使所有配备了反射内存的设备能实时远程通讯;工作时CPU主板首先经过VME总线发送读写指令到反射内存,反射内存经总线接口逻辑判断指令,读指令时,控制电路读相应内存空间,获取数据经总线接口电路传给CPU主板;写指令时,控制电路将操作数写到相应内存空间,并将该数据放到输出数据缓存器,输出数据缓存器的数据经过光纤通讯立即传到所有其他反射内存中输入数据缓存器,其他反射内存通过控制电路,将本身输入数据缓存器中的数据写到相应的内存空间,于是完成本次反射内存板之间的通讯;所有反射内存板物理架构相同,通过跳线设置不同的节点号作为区别,任意系统的CPU板通过读写本地的反射内存就等同于读写远程反射内存。
4.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于所述的PROFIBUS通讯接口板主要包括VME总线接口逻辑及控制电路、RISC微处理器、双端口RAM、FLASH ROM以及LAN处理芯片及标准D型9针串行接口;VME总线接口逻辑及控制电路主要完成PROFIBUS与VME总线的数据交换的逻辑控制,用户程序装载在FLASH ROM中,数据通过双端口RAM与VME总线相接实现数据交换;通过带DP接头的双绞线电缆将PROFIBUS板连接在一起;工作时,CPU主板首先通过VME总线发送初始化指令,PROFIBUS板通过总线接口逻辑和控制电路接收指令给RISC处理器,RISC处理器将FLASH中的固化配置载入,也可以通过串口从计算机载入新的配置;通常将主系统的PROFIBUS板配置成主站,其他系统的PROFIBUS板配置为从站,根据通讯要求和距离长短配置相应的通讯速率;初始化完成后,CPU主板首先通过VME总线发送运行指令,PROFIBUS板通过总线接口逻辑和控制电路接收指令给RISC处理器,处理器按照配置文件的PROFIBUS通讯协议控制主站和从站之间的通讯。
5.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于数字信号接口包括数字输入信号接口及数字输出信号接口两部分,数字信号接口主要含有与VME总线接口逻辑及控制电路,数据缓存寄存器及输入输出光耦隔离电路;数字信号接口带有两个PHOENIX接口,分别接32路信号的输入和32路输出,根据输入信号的电压幅值大小配置相应的电阻;工作时,输入信号经过隔离电路转换成数字信号,存贮在数据缓存寄存器;CPU主板经过VME总线发送读写指令到数字信号接口,数字信号接口通过总线接口逻辑和控制电路接收指令,读指令时从数据缓存寄存器读出指定输入通路的信号,发送给CPU主板,写指令时将操作数写到数据缓存寄存器指定输出通路的地址,输出信号经过隔离电路转换成电压信号从PHOENIX接口下传给其他设备;
输入输出数字信号接口主要用来收集现场底层设备的数字信号、开关状态信息并传递给CPU主控板,同时也能够通过数字信号输出,将控制系统的状态及控制命令下传给子设备,实现与子设备的信息交换及监控。
6.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于模拟信号接口板包括模拟输入信号接口及模拟输出信号接口两部分;模拟输入信号接口主要包括有差分模拟信号输入电路,A/D转换电路,数据缓存寄存器,数字信号处理器及VME总线接口逻辑及控制电路;模拟输出信号接口主要包括VME总线接口逻辑及控制电路,D/A转换电路,数据缓存寄存器及输出隔离电路;模拟信号接口主要用来将从现场的模拟调试给定信号及来自于控制对象的电压、电流传感器等输出的模拟信号转换成数字信号;模拟信号输出接口主要将控制系统中的一些关键变量由数字信号转换成模拟信号并输出,以便于实际调试或监控,可直观观测信号的变化趋势。
7.按照权利要求1所述的基于VME总线的实时多任务分布式控制系统,其特征在于所述的电机控制板为CPU主板与电机功率开关驱动的接口,实现电机的PWM控制、保护及逻辑控制,包含有数字信号处理器DSP芯片,可编程逻辑门电路FPGA芯片,与VME接口的双端口RAM存储器芯片,以及光电转换模块;双端口RAM是CPU主板与DSP通信的桥梁,工作时CPU主板将电机控制计算的信息通过VME总线写入到双端口RAM中,DSP定时读取该双端口RAM的信息后进行计算,产生PWM脉冲,输出到FPGA中;DSP也可将反馈信息写入双端口RAM中,传给CPU主板;FPGA与DSP的PWM输出管脚和故障输入管脚相连,FPGA对PWM译码,并对PWM加入死区和进行死区补偿;功率模块反馈信号连接到FPGA,当功率模块出现故障时,FPGA可以对PWM进行封锁,并将故障信号传给DSP,实现保护逻辑;光电转换电路将FPGA输出的PWM信号转换成光信号,由光纤发送给功率开关模块,隔离电磁干扰,并可将功率模块的光反馈信号转化成电信号传给FPGA。
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