CN204904259U - 一种恶劣环境通用工业通信平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种恶劣环境通用工业通信平台，主要包括电源模块、接口板，电源模块通过电源端子连接接口板，接口板主要包括核心板、指示灯、串口配置口、以太网口、RS232/485口以及扩展功能口，核心板分别连接指示灯、串口配置口、以太网口、RS232/485口以及扩展功能口，核心板包括CPU、NOR？FLASH模块、DDR？SDRAM模块、时钟芯片、看门狗电路、温度芯片、扩展CF卡、异步通信芯片以及FPGA信息译码模块，本实用新型结构简单，抗干扰性能强，提供串口以及不同的现场总线到网络的数据共享，达到长距离网络通信目的，且满足在严酷的电磁干扰环境及高低温环境下长期稳定工作目的。

Description

一种恶劣环境通用工业通信平台

技术领域：

本实用新型涉及工业现场、电力自动化领域，尤其涉及一种恶劣环境通用工业通信平台。

背景技术：

工控机即工业控制计算机，是一种采用总线结构，对生产过程及机电设备、工艺装备进行检测与控制的工具总称。工控机具有重要的计算机属性和特征，如具有计算机CPU、硬盘、内存、外设及接口，并有操作系统、控制网络和协议、计算能力、友好的人机界面。工控行业的产品和技术非常特殊，属于中间产品，是为其他各行业提供可靠、嵌入式、智能化的工业计算机。工控机的主要类别有：IPC(PC总线工业电脑)、PLC(可编程控制系统)、DCS(分散型控制系统)、FCS(现场总线系统)及CNC(数控系统)五种。

工业控制软件系统主要包括系统软件、工控应用软件和应用软件开发环境等三大部分。其中系统软件是其它两者的基础核心，因而影响系统软件设计的开发质量。工控应用软件主要是根据用户工业控制和管理的需求而生成的，因此具有专用性。从工控软件系统发展历史和现状来看，工控软件系统应具5大主要特性：开放性、实时性、网络集成化、人机界面更加友好、多任务和多线程性，从工控软件基本组成上看它可大致划分为3层；实时操作系统层、拄制管理层以及应用层，实时操作系统OS层是其他层的基础。

通用通信平台主要以工控机居多，此类通信平台采用X86架构CPU芯片，性价比不高，整机功耗大，散热差，电磁兼容性差，无法满足严酷的高低温工作环境，在恶劣工业现场的无法长期稳定运行；采用POWERPC通用通信平台，有极大的价格优势，抗电磁干扰能力强，适用于严酷的高低温环境，能长期稳定的工作于各类现场环境，尤其在严酷的工业、电力现场，更能发挥其特点及性能优势。

实用新型内容：

为了解决上述问题，本实用新型提供了一种结构简单，抗干扰性能强，能够达到长距离网络通信目的，且满足在严酷的电磁干扰环境及高低温环境下长期稳定工作目的的技术方案：

一种恶劣环境通用工业通信平台，主要包括电源模块、接口板，电源模块通过电源端子连接接口板，接口板主要包括核心板、指示灯、串口配置口、以太网口、RS232/485口以及扩展功能口，核心板分别连接指示灯、串口配置口、以太网口、RS232/485口以及扩展功能口，指示灯包括电源指示灯、告警指示灯、运行指示灯、以太网接口指示灯以及串口指示灯，核心板包括CPU、NORFLASH模块、DDRSDRAM模块、时钟芯片、看门狗电路、温度芯片、扩展CF卡、异步通信芯片以及FPGA信息译码模块。

作为优选，CPU的型号为PPC405EX，CPU分别双向连接NORFLASH模块、DDRSDRAM模块、时钟芯片、看门狗电路、温度芯片、扩展CF卡、异步通信芯片、以太网口、扩展功能口，FPGA信息译码模块分别双向连接CPU和以太网口。

作为优选，还包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块、规约处理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块，规约处理模块分别连接WEB管理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块。

作为优选，以太网口连接两个千兆以太网口和四个百兆以太网口，每个以太网口连接TVS保护模块。

作为优选，RS232/485口连接光电隔离模块。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型结构简单，主要应用各种工业现场、电力自动化系统中，通过串口采集终端设备的数据，并按需求转发到相应的网口或者串口，实现信息的快速处理和转发，在整体的信息交换过程中起着沟通和桥梁的作用，可直接替代自动化系统网络通信平台，解决在温度条件恶劣及电磁干扰强的环境下无法正常工作的其他应用方案。提高工程实施的性价比。

附图说明：

图1为本实用新型的整体连接结构图；

图2为本实用新型的核心板结构原理图；

图3为本实用新型的LINUX操作系统内部模块连接结构图。

具体实施方式：

为使本实用新型的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，一种恶劣环境通用工业通信平台，主要包括电源模块1、接口板2，电源模块1通过电源端子连接接口板2，接口板2主要包括核心板3、指示灯4、串口配置口5、以太网口6、RS232/485口7以及扩展功能口8，指示灯4包括电源指示灯41、告警指示灯42、运行指示灯43、以太网接口指示灯44以及串口指示灯45，核心板3分别连接指示灯4、串口配置口5、以太网口6、RS232/485口7以及扩展功能口8，以太网口6连接两个千兆以太网口61和四个百兆以太网口62，每个以太网口连接TVS保护模块63，RS232/485口7连接光电隔离模块71。

其中，电源模块为整个设备提供电源输入，输出电压为5V，最大输出功率15W，EMC性能要求四级及以上。

电源指示灯41为独立信号，直接连接电源信号来指示电源工作状态，其他指示灯信号通过核心板的指示灯时钟与数据信号连接移位芯片，按要求输出对应指示灯信号状态。

电源指示灯41：显示整个设备电源输入是否正常，亮电源输入正常，灭电源无输入；

告警指示灯42：用于系统内部异常告警或根据用户自定义功能告警，亮有告警信号，灭无告警信号；

运行指示灯43：显示CPU是否正常运行，1Hz闪烁CPU工作正常，灭工作不正常；

以太网接口指示灯44:指示各个以太网接口通信状态，LINK指示灯亮表示网络连接正常，ACT指示灯闪烁表示端口有数据收发；

串口指示灯45：指示各个串口的数据收发状态，闪烁表示有数据收发；

以太网口6：最多可扩展2个千兆以太网口和4个百兆以太网，每个以太网接口设计TVS保护，增加抗干扰能力；

RS232/485口7：最多可扩展16路RS232/RS485接口，每个端口进行光电隔离，防止接口故障对核心板造成损坏，且每路接口做好防静电及浪涌保护处理；

串口配置口5：用于CPU核心部分程序调试及系统工作状态铲鲟，平常正常工作不需要；

扩展功能口8：备用的功能扩展接口，引出相关的总线及控制信号，方便不同客户功能需求。

如图2所示，核心板3包括CPU9、NORFLASH模块10、DDRSDRAM模块11、时钟芯片12、看门狗电路13、温度芯片14、扩展CF卡15、异步通信芯片16以及FPGA信息译码模块17，CPU9的型号为PPC405EX，所述CPU9分别双向连接NORFLASH模块10、DDRSDRAM模块11、时钟芯片12、看门狗电路13、温度芯片14、扩展CF卡15、异步通信芯片16、以太网口6、扩展功能口8，FPGA信息译码模块17分别双向连接CPU9和以太网口6。

其中：CPU9:采用400MHz的POWERPC为核心处理器，采集各外设的数据并根据用户需求进行相应的处理；

NORFLASH10:采用高性能的NORFLASH作为整个系统的程序存储设备，容量128M，直接通过并行总线与CPU相连，并有FPGA进行地址译码；

DDRSDRAM模块11:用于程序的执行及数据暂存，容量2G，直接通过并行总线与CPU相连，并有FPGA进行地址译码；

FPGA信息译码模块17:指示灯逻辑处理、各外设的译码及B码输入接口的信息译码；

时钟芯片12：通过SPI总线与CPU连接，为整个系统提供实时时钟，设备掉电恢复后，也能保证系统时间的准确度；

看门狗电路13：防止程序出错后的自复位、自恢复功能；

温度芯片14：监测重要芯片的温度，CPU采样后根据实际需要进行相关的处理；

扩展CF卡15：通过CPU的PCIE接口扩展CF存储卡，用于大数据量的存储；

以太网口6：通过并行总线进行扩展；

扩展功能口8：异步通信控制器通过总线扩展。

如图3所示，核心板3还包括LINUX操作系统，LINUX操作系统主要包括WEB管理模块18、规约处理模块19、网络通信模块20、数据管理模块21、串口收发模块22、CAN口收发模块23以及其他功能模块24，规约处理模块19分别连接WEB管理模块18、网络通信模块20、数据管理模块21、串口收发模块22、CAN口收发模块23以及其他功能模块24，本实用新型的LINUX操作系统采用U-BOOT启动代码：移植相应平台U-BOOT代码，添加额外的外设驱动，满足系统最基本要求。设备上电启动时，初始化基本外设，做好操作系统启动准备，采用的LINUX操作系统根据CORTEXA9平台移植相应的LINUX系统及通用外设驱动，当U-BOOT启动后，调用操作系统及初始化相关外设驱动，外设驱动的驱动程序包括串口、CAN口、以太网、时钟等外设驱动，在操作系统启动后加载，通过应用程序继续调用。

其中，规约处理模块19：对各中规约(CDT、IEC870-5-101、IEC870-5-103、IEC870-5-104、IEC-61850、DNP3.0、Modbus等)进行解析处理并打包，准备发送给相关外设接口；

数据管理模块21：规划外设来的数据存放地址，方便按不同需求进行存取，提供数据处理效率；

WEB管理模块18：对外设参数及各种规约参数进行直观的配置；

网络通信模块20：接收来自网络层的数据并暂存，等待上层程序处理，将需要的数据按要求发送到网络层；

串口收发模块22：硬件收发的数据存放在此模块，等待上层应用程序处理；

CAN口收发模块23：硬件收发的数据存放在此模块，等待上层应用程序处理；

其他功能模块24：扩展功能模块，提供程序接口，做功能扩展用。

本实用新型以POWERPC为主CPU，通过并行总线外扩1片高性能的NORFLASH作为程序存储器、外扩2片高性能大容量DDR2作为数据存储器、外扩4片异步通信控制器，外加串口接口芯片，最多可扩展到16路异步串口,接口电路采用放电管、保险丝、TVS增强接口的抗干扰能力。外扩4片百兆自适应以太网接口；通过POWERPC内部自带的2个千兆MAC外加2片千兆PHY，扩展出2个千兆自适应以太网接口；通过POWERPC的PCIE接口外扩CF卡接口，用于大数据量的存储。通过FPGA芯片对CPU及各外设之间进行通信进行逻辑分配处理，附带处理指示灯信号。材料选用工业等级，电路设计完全参考工业最高抗干扰等级设计。在软件，提供稳定可靠的LINUX运行版本，提供完整稳定的外设驱动，便于客户二次开发。

上述实施例只是本实用新型的较佳实施例，并不是对本实用新型技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本实用新型专利的权利保护范围内。

Claims (5)

1.一种恶劣环境通用工业通信平台，其特征在于：主要包括电源模块、接口板，所述电源模块通过电源端子连接所述接口板，所述接口板主要包括核心板、指示灯、串口配置口、以太网口、RS232/485口以及扩展功能口，所述指示灯包括电源指示灯、告警指示灯、运行指示灯、以太网接口指示灯以及串口指示灯，所述核心板分别连接所述指示灯、所述串口配置口、所述以太网口、所述RS232/485口以及所述扩展功能口，核心板包括CPU、NORFLASH模块、DDRSDRAM模块、时钟芯片、看门狗电路、温度芯片、扩展CF卡、异步通信芯片以及FPGA信息译码模块。

2.根据权利要求1所述的一种恶劣环境通用工业通信平台，其特征在于：所述CPU的型号为PPC405EX，所述CPU分别双向连接所述NORFLASH模块、所述DDRSDRAM模块、所述时钟芯片、所述看门狗电路、所述温度芯片、所述扩展CF卡、所述异步通信芯片、所述以太网口、所述扩展功能口，所述FPGA信息译码模块分别双向连接所述CPU和所述以太网口。

3.根据权利要求2所述的一种恶劣环境通用工业通信平台，其特征在于：还包括LINUX操作系统，所述LINUX操作系统主要包括WEB管理模块、规约处理模块、网络通信模块、数据管理模块、串口收发模块、CAN口收发模块以及其他功能模块，所述规约处理模块分别连接所述WEB管理模块、所述网络通信模块、所述数据管理模块、所述串口收发模块、所述CAN口收发模块以及所述其他功能模块。

4.根据权利要求1所述的一种恶劣环境通用工业通信平台，其特征在于：所述以太网口连接两个千兆以太网口和四个百兆以太网口，每个以太网口连接TVS保护模块。

5.根据权利要求1所述的一种恶劣环境通用工业通信平台，其特征在于：所述RS232/485口连接光电隔离模块。