CN201252569Y - 一种现场总线协议转换装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种现场总线协议转换装置，它包括协议转换单元、信号处理单元，该协议转换单元与数据临时保存单元和信号处理单元相连，该信号处理单元与协议转换程序存储单元、用户端接口单元和设备端通讯接口单元相连，该协议转换单元用于通过用户选定的协议转换程序将用户端的现场总线协议与设备端的现场总线协议进行互相转换，以达到用户端与设备端的无协议障碍的通讯，该信号处理单元用于对协议转换单元进行协议转换程序的加载以及对通讯信号的处理。本实用新型解决了不同类型现场总线协议间的转换问题，保证了工业PLC及其他设备与用户间通过适当的现场总线协议转换来进行实时通讯。

Description

一种现场总线协议转换装置

技术领域

本实用新型涉及一种协议转换装置，具体地说，是涉及一种现场总线协议转换装置。

背景技术

现场总线(Fieldbus)是20世纪80年代发展起来的一种用于智能化现场设备和自动化系统的开放式、数字化、双向串行、多节点的通信总线。就现场总线本身来说，现场总线不仅仅是一个通信协议，而且是一个完整的控制系统框架，通常其被称为现场总线控制系统。进入21世纪以来，现场总线技术的快速发展和应用使传统的工业自动化现场控制装置及系统发生了重大的变化，现场总线技术被广泛应用在石化、电力、冶金、能源、环保、建材、楼宇管理和机械制造等各种行业中。现场总线的应用可极大减少对硬件的投入，相应地，设计绘图布线安装等工程得到了简化，这使得整个系统成本大大降低，给各种用户都带来了巨大的效益。

目前，国际上现有的总线及总线标准有多达二百余种，且具有较大影响、占有较高市场份额的总线也有十余种，如FF现场总线、PROFIBUS现场总线、LonWorks现场总线、CAN现场总线、World现场总线、FIPP-NET现场总线等。但是，这些现场总线的通讯标准不统一，这便严重束缚了工厂底层网络的发展，也给用户带来了很多不便。

在各种现场总线组织争相推出自己的现场总线标准的形势下，负责现场总线体系结构及标准的研究制定工作的国际工作委员会(IEC)经过多年的努力，终于在2000年10月宣布了现场总线国际标准IEC61158，该标准包括了8个子集：FF-HSE、FF-HI、PROFIBUS、INTERBUS、P-NET、CONTROL-NET、WORLDFIP、SWIFT-NET。从这一标准来看，现实的控制世界是丰富多彩的，对一种总线来说，它对任何类型工业控制的各个层次都是最好的情形是不存在的。可见，在短期内，由一种总线统一天下的情况是不可能出现的。

对于中国来说，从20世纪90年代现场总线控制系统技术逐渐进入中国以来，结合Internet和Intranet的迅猛发展，现场总线控制系统技术越来越显示出过去传统控制系统不可比拟的优越性。目前，现场总线控制系统技术已成为我国工业控制领域中的一个热点。但是，我国在现场总线技术应用领域的起步较晚，科研技术力量相对薄弱，并且现场总线控制技术受到了外国技术壁垒的的限制，所以，在现场总线控制系统领域一直缺乏高端技术产品，国家重点中大型项目基本上使用的都是外国进口产品。据了解，针对众多现场总线标准对控制系统通信及网络集成带来的障碍，目前，国内已出现现场协议转换技术和产品，这些现场协议转换技术和产品在实现方式上均需使用外国进口的专用协议芯片，这一核心技术产品——外国专用协议芯片——价格昂贵，很大程度上增加了我国产品的研发生产成本，大大降低了产品的竞争力，且在研发生产过程中，利用外国专用协议芯片会受到很多规定的限制，给研发带来很多的困难，甚至因太多的限制而无法实现产品预想的目标。

由此可见，研究出一种可实现不同类型现场总线协议间的协议转换和具有通讯功能的装置是目前亟需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种现场总线协议转换装置，该现场总线协议转换装置可解决不同类型现场总线协议间的转换问题，保证各总线间的无障碍实时通讯。

为了达到上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种现场总线协议转换装置，其特征在于：它包括协议转换单元、信号处理单元，该协议转换单元与数据临时保存单元和信号处理单元相连，该信号处理单元与协议转换程序存储单元、用户端接口单元和设备端通讯接口单元相连，该协议转换单元用于通过用户选定的协议转换程序将用户端的现场总线协议与设备端的现场总线协议进行互相转换，以达到用户端与设备端的无协议障碍的通讯，该信号处理单元用于对协议转换单元进行协议转换程序的加载以及对通讯信号的处理。

所述协议转换单元包括一FPGA芯片XC3S200。

所述信号处理单元包括一CPLD芯片XC95144。

所述设备端通讯接口单元包括一RS485接口通讯电路和一RS232接口通讯电路。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型采用纯粹的硬件电路FPGA/CPLD方式实现协议转换和通讯功能，其继承了ASIC(专用集成电路)的大规模、高集成度、高可靠性的优点，克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，没有CPU的参与，FPGA和CPLD芯片可反复编程、擦除，在不改变外围电路的情况下，设计不同的片内逻辑就能实现不同的电路功能，产品成本低、效率高。同时，本实用新型中的硬件电路采用了数字滤波等技术，使本实用新型的可靠性得到了充分的保证。

2、众多的现场总线标准通过各种方式和手段给各总线间的通信及网络集成带来了很大的障碍，尤其是对已有设备的改造，低兼容性导致各总线间的互通互连难以实现，但是，本实用新型解决了不同类型现场总线协议间的转换问题，保证了工业PLC及其他设备与用户间通过适当的现场总线协议转换来进行实时通讯。

3、本实用新型可根据现场连接总线的需要而在协议转换程序存储单元内存储多种类型的协议转换程序，并灵活设定CPLD与用户端的参数设置选项，故，本实用新型可应用于各种协议间的转换问题，变更转换程序方便、适用范围广、通用性强，在高速总线协议的转换领域更能发挥其优势。

附图说明

图1是本实用新型现场总线协议转换装置的总体电路组成的方框示意图；

图2是信号处理单元和用户端接口单元的电路原理图；

图3是协议转换程序存储单元的电路原理图；

图4是协议转换单元的电路原理图；

图5是数据临时保存单元的电路原理图；

图6是设备端通讯接口单元的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，本实用新型现场总线协议转换装置包括协议转换单元100、信号处理单元200，该协议转换单元100与数据临时保存单元300和信号处理单元200相连，该信号处理单元200与协议转换程序存储单元400、用户端接口单元500和设备端通讯接口单元600相连。

如图2所示，信号处理单元200包括一CPLD芯片XC95144(见U1001A和U1001B)。该信号处理单元200用于对协议转换单元100进行协议转换程序的加载以及对通讯信号的处理。如图3所示，协议转换程序存储单元400为一FLASH芯片U3001(选用29LV160B芯片)。该FLASH芯片U3001用于存储预先设计好的多个现场总线协议转换程序以及一些协议数据。

如图4所示，协议转换单元100包括一FPGA芯片XC3S200(见U2001B和U2001C)。该协议转换单元100用于通过用户选定的协议转换程序将用户端的现场总线协议与设备端的现场总线协议进行互相转换，以达到用户端与设备端的无协议障碍的通讯。如图5所示，数据临时保存单元300为一RAM芯片U6001(选用IS61LV256芯片)，其用于临时性的存储协议转换单元100的信息。

如图6所示，设备端通讯接口单元600包括一RS485接口通讯电路(选用DS75176芯片)和一RS232接口通讯电路(选用MAX232芯片)，以用于不同类型设备的通讯连接。该设备端通讯接口单元600与外部工业PLC设备相连。用户端接口单元500(见CON2001)如图2所示，其与CPLD芯片XC95144的一些IO端口连接，用于将用户指令和信息传送到CPLD芯片XC95144内，从而启动协议间的转换和进行用户端与设备端的通讯。用户端接口单元500连接的外部用户终端如PC系统、嵌入式系统等。

本实用新型的工作过程为：

用户将协议类型选定指令通过用户端接口单元500(如接口CON2001上的TypeSe10～3引脚)传送到信号处理单元200内，信号处理单元200根据接收到的协议类型选定指令，从协议转换程序存储单元400中调取相应的协议转换程序，并将该协议转换程序传送到协议转换单元100内，进行上电配置。当协议转换单元100接收到该协议转换程序后，向信号处理单元200发出确认收到信号，这时，用户端与工业PLC设备端间的通讯启动。用户端发送的信号经过信号处理单元200进行数字滤波去除干扰处理后，被传送到协议转换单元100内，协议转换单元100根据加载的协议转换程序将用户端发送来的信号转换成设备端可识别的信号，然后将转换后的信号通过信号处理单元200进行数字滤波去除干扰处理后传送到设备端。同样，设备端发送的信号经过信号处理单元200进行数字滤波去除干扰处理后，被传送到协议转换单元100内，协议转换单元100根据加载的协议转换程序将设备端发送来的信号转换成用户端可识别的信号，然后将转换后的信号通过信号处理单元200进行数字滤波去除干扰处理后传送到用户端。由此，通过协议转换单元100的协议转换，用户端与设备端之间可进行无障碍地实时数据交换，两者间的通讯不会受到因各自现场总线协议不同而带来的任何困扰。

本实用新型的优点是：

1、本实用新型采用纯粹的硬件电路FPGA/CPLD方式实现协议转换和通讯功能，其继承了ASIC(专用集成电路)的大规模、高集成度、高可靠性的优点，克服了普通ASIC设计周期长、投资大、灵活性差的缺点，没有CPU的参与，FPGA和CPLD芯片可反复编程、擦除，在不改变外围电路的情况下，设计不同的片内逻辑就能实现不同的电路功能，产品成本低、效率高。同时，本实用新型中的硬件电路采用了数字滤波等技术，使本实用新型的可靠性得到了充分的保证。

2、众多的现场总线标准通过各种方式和手段给各总线间的通信及网络集成带来了很大的障碍，尤其是对已有设备的改造，低兼容性导致各总线间的互通互连难以实现，但是，本实用新型解决了不同类型现场总线协议间的转换问题，保证了工业PLC及其他设备与用户间通过适当的现场总线协议转换来进行实时通讯。

3、本实用新型可根据现场连接总线的需要而在协议转换程序存储单元内存储多种类型的协议转换程序，并灵活设定CPLD与用户端的参数设置选项，故，本实用新型可应用于各种协议间的转换问题，变更转换程序方便、适用范围广、通用性强，在高速总线协议的转换领域更能发挥其优势。

在实际实施中，本实用新型已实现了ProfiBus-DP、MPI、PPI西门子全系列总线协议的直接连接，尤其是ProfiBus-DP主站系统的应用为国内唯一一种能够实现协议转换的装置。

以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1、一种现场总线协议转换装置，其特征在于：它包括协议转换单元、信号处理单元，该协议转换单元与数据临时保存单元和信号处理单元相连，该信号处理单元与协议转换程序存储单元、用户端接口单元和设备端通讯接口单元相连，该协议转换单元用于通过用户选定的协议转换程序将用户端的现场总线协议与设备端的现场总线协议进行互相转换，以达到用户端与设备端的无协议障碍的通讯，该信号处理单元用于对协议转换单元进行协议转换程序的加载以及对通讯信号的处理。

2、根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于：

所述协议转换单元包括一FPGA芯片XC3S200。

3、根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于：

所述信号处理单元包括一CPLD芯片XC95144。

4、根据权利要求1所述的现场总线协议转换装置，其特征在于：

所述设备端通讯接口单元包括一RS485接口通讯电路和一RS232接口通讯电路。

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