CN216351934U

CN216351934U - 一种dcs系统的控制器

Info

Publication number: CN216351934U
Application number: CN202122499841.XU
Authority: CN
Inventors: 张明伟; 王维建; 蒋杰
Original assignee: SHANGHAI XINHUA CONTROL TECHNOLOGY (GROUP) CO LTD
Current assignee: SHANGHAI XINHUA CONTROL TECHNOLOGY (GROUP) CO LTD
Priority date: 2021-10-18
Filing date: 2021-10-18
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2031-10-18

Abstract

本实用新型公开了一种DCS系统的控制器，包括电源模块、微控制模块、FPGA模块、GPS模块、RS485通讯模块和嵌入式系统；所述微控制模块与所述FPGA模块通信；所述FPGA模块分别连接至所述GPS模块和所述RS485通讯模块，所述FPGA模块与所述嵌入式系统通信；所述电源模块分别连接至所述微控制模块、所述FPGA模块、所述GPS模块和所述RS485通讯模块，以提供电力；所述嵌入式系统被配置为与上位机通讯。本实用新型提高了控制器的运行速度和数据处理能力，并通过嵌入式系统，极大提高了系统的稳定性。此外，避免产品面临元器件货源紧张、断货停产的风险，提高了生产产品的效率以及降低了生产成本，优化了生产流程。

Description

一种DCS系统的控制器

技术领域

本实用新型涉及自动化控制技术领域，尤其涉及一种DCS系统的控制器。

背景技术

目前，分布式控制系统(Distributed control systems,DCS)已经被广泛用于电力、石油、化工、钢铁、造纸、水泥、脱硫、除尘、水处理等自动化控制领域中，它是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网为纽带的多级计算机系统，综合了计算机(Computer)、通讯(Communication)、显示(CRT)和控制(Control)等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。

控制器是一套分布式控制系统的核心，其运行速度、数据处理能力和稳定性等性能直接影响DCS系统的运行效率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种DCS系统的控制器，提高了运行速度、数据处理能力和稳定性。

实用新型内容

为实现上述目的，本实用新型提供了一种DCS系统的控制器，包括电源模块、微控制模块、FPGA模块、GPS模块、RS485通讯模块和嵌入式系统；所述微控制模块与所述FPGA模块通信；所述FPGA模块分别连接至所述GPS模块和所述RS485通讯模块，所述FPGA模块与所述嵌入式系统通信；所述电源模块分别连接至所述微控制模块、所述FPGA模块、所述GPS模块和所述RS485通讯模块，以提供电力；所述嵌入式系统被配置为与上位机通讯。

进一步地，所述微控制模块与所述FPGA模块之间通FSMC总线通讯。

进一步地，所述嵌入式系统包括嵌入式主板，所述嵌入式主板选用TK0106型计算机模块，所述嵌入式主板上设置有处理器、内存、NorFlash存储以及Local bus和PCIe扩展总线接口；所述处理器选用FT2000A/HK。

进一步地，所述FPGA模块连接至所述Local bus和PCIe扩展总线接口，所述Localbus和PCIe扩展总线接口包括PCIe转Lbus桥芯片，其选用CH368。

进一步地，所述RS485通讯模块包括RS485芯片，所述RS485芯片选用SIT3088EESA。

进一步地，所述微控制模块包括微控制芯片，所述微控制芯片选用GD32F103VET6。

进一步地，所述FPGA模块包括FPGA芯片，所述FPGA芯片选用GW2A-LV18PG256C8/I7。

进一步地，所述电源模块包括第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，所述第一电源模块的输入电压为24V直流电压，输出电压为5V直流电压；所述第二电源模块的输入电压为5V直流电压，输出电压为3.3V直流电压；所述第三电源模块的输入电压为5V直流电压，输出的电压为1.0V和1.8V直流电压。

进一步地，所述第一电源模块包括VRB2405YMD-15WR3芯片，所述第二电源模块包括SGM6010芯片，所述第三电源模块包括SGM2037芯片。

进一步地，所述电源模块还包括第四电源模块，所述第四电源模块连接至所述GPS模块，以实现电气隔离；所述第四电源模块选用B0505XT-W2R2芯片。

本实用新型提供的DCS系统的控制器，其通过设置处理数据的微控制模块和负责数据采集、通讯的FPGA模块，利用其逻辑运算能力，大大提高了运行速度和数据处理能力，并通过嵌入式系统，极大提高了系统的稳定性。此外，所使用的各种芯片均为国产化芯片，避免产品面临元器件货源紧张、断货停产的风险，提高了生产产品的效率以及降低了生产成本，优化了生产流程。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是本实用新型的一个较佳实施例的控制器的结构示意图；

图2是本实用新型的一个较佳实施例的控制器的工作流程图。

具体实施方式

以下参考说明书附图介绍本实用新型的多个优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。本实用新型可以通过许多不同形式的实施例来得以体现，本实用新型的保护范围并非仅限于文中提到的实施例。

在附图中，结构相同的部件以相同数字标号表示，各处结构或功能相似的组件以相似数字标号表示。附图所示的每一组件的尺寸和厚度是任意示出的，本实用新型并没有限定每个组件的尺寸和厚度。为了使图示更清晰，附图中有些地方适当夸大了部件的厚度。

如图1所示，本实用新型提供了一种DCS系统的控制器，包括电源模块、微控制模块10、FPGA模块20、GPS模块30、RS485通讯模块40、嵌入式系统。电源模块给控制器的各个电子元件供电，采用24V直流电压作为输入电压，转换为5V、3.3V、1.0V和1.8V等直流电压，输出给相应的电子元件。微控制模块10与FPGA模块20通讯，FPGA模块20与GPS模块30、、RS485通讯模块40连接，同时，FPGA模块20与嵌入式系统通讯。

微控制模块10和FPGA模块20作为采集和控制的核心，完成数据的运算以及与其嵌入式系统之间的数据通讯。其中，FPGA模块20完成RS485通讯、GPS信号接收，并将数据发送给嵌入式系统。FPGA模块20通过连接RS485通讯模块40，实现RS485通讯；同时，FPGA模块20连接GPS模块30，接收GPS信号。FPGA模块20通过PCIe转Lbus芯片与嵌入式系统通讯。微控制模块10负责运算FPGA模块20接收的数据，微控制模块10将数据处理完成后传输给FPGA模块20并控制FPGA模块20的动作。FPGA模块20再将数据上传给嵌入式系统。FPGA模块20和微控制模块10之间通过FSMC总线通讯。嵌入式系统与上位机通讯，负责将FPGA模块20上传的数据上传给上位机，上位机在显示、处理后发送控制信号给相关模块。

本实用新型通过使用微控制模块10完成数据运算，通过FPGA模块20完成RS485通讯、GPS信号接收等逻辑功能，大大提供了运行速度、数据处理能力和稳定性。

微控制模块10包括微控制芯片(MCU)，MCU可以选用GD32F103VET6。FPGA模块20包括FPGA芯片和RAM，FPGA芯片可以选用GW2A-LV18PG256C8/I7。RS485通讯模块40包括RS485芯片，可以选用SIT3088EESA。FPGA模块20负责RS485通讯和GPS信号接收，RS485和GPS信号的接收可以使用RS485芯片完成差分信号的转换。

嵌入式系统可以采用嵌入式主板50，主板上设置处理器作为核心，标贴内存颗粒和板载NorFlash存储，并具有Local bus和PCIe扩展总线，提供了丰富的接口。其中，嵌入式主板50可以选用TK0106型计算机模块，处理器可以选用FT2000A/HK处理器，标贴2GB DDR3内存颗粒。

嵌入式系统与上位机之间可以通过TCP/IP协议进行通信，即上位机通过以太网接口连接至嵌入式系统。嵌入式系统与FPGA模块20之间通过Local bus和PCIe扩展总线接口通信，Local bus和PCIe扩展总线接口包括PCIe转Lbus桥芯片51，其中，PCIe转Lbus桥芯片51可以选用CH368，将嵌入式系统的PCIe信号转为Lbus和FPGA模块20通讯。

电源模块负责提供电力，其输入为24V直流电压。其中，电源模块包括第一电源模块61、第二电源模块62和第三电源模块63。第一电源模块61将24V直流电压转换为5V直流电压。第一电源模块61可以采用VRB2405YMD-15WR3芯片，带有隔离、保护、抗浪涌功能，用于系统内部使用。第二电源模块62将5V直流电压转换为3.3V直流电压，用于给FPGA模块20、微控制模块10、LED模块等使用。第二电源模块62可以采用SGM6010芯片。第三电源模块63可以将5V转为1.0V和1.8V直流电压，给FPGA的内核和PCIe转Lbus桥芯片51使用，第三电源模块63可以采用SGM2037芯片。还可以包括第四电源模块64，选用B0505XT-W2R2芯片，将5V电气隔离接收GPS信号。这四个电源模块可以集成在一起，也可以根据各自对应的电子元件，分布在电路板的不同位置。

本实用新型提供的控制器，可以集成在一个电路板上，并在电路板外设置起保护作用和支撑作用的外壳。也可以在不同的电路板上实现，各个电路板之间通过接口板进行连接和通讯。

如图2所示，本实用新型提供的控制器，其工作流程如下：

数据下发过程：上位机通过以太网接口向嵌入式系统发出控制信号，FPGA模块20将接收的数据打包后上传给微控制模块10进行运算处理；微控制模块10在处理完成后回传至FPGA模块20的RAM；FPGA模块20将控制信号发送给对应的外部模块；

数据接收过程：FPGA模块20将接收的RS485数据传输给微控制模块10，微控制模块10处理后发送给FPGA模块20，FPGA模块20将数据打包传输给嵌入式系统，嵌入式系统通过以太网接口上传至上位机。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种DCS系统的控制器，其特征在于，包括电源模块、微控制模块、FPGA模块、GPS模块、RS485通讯模块和嵌入式系统；所述微控制模块与所述FPGA模块通信；所述FPGA模块分别连接至所述GPS模块和所述RS485通讯模块，所述FPGA模块与所述嵌入式系统通信；所述电源模块分别连接至所述微控制模块、所述FPGA模块、所述GPS模块和所述RS485通讯模块，以提供电力；所述嵌入式系统被配置为与上位机通讯。

2.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述微控制模块与所述FPGA模块之间通FSMC总线通讯。

3.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述嵌入式系统包括嵌入式主板，所述嵌入式主板选用TK0106型计算机模块，所述嵌入式主板上设置有处理器、内存、NorFlash存储以及Local bus和PCIe扩展总线接口；所述处理器选用FT2000A/HK。

4.如权利要求3所述的控制器，其特征在于，所述FPGA模块连接至所述Local bus和PCIe扩展总线接口，所述Localbus和PCIe扩展总线接口包括PCIe转Lbus桥芯片，其选用CH368。

5.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述RS485通讯模块包括RS485芯片，所述RS485芯片选用SIT3088EESA。

6.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述微控制模块包括微控制芯片，所述微控制芯片选用GD32F103VET6。

7.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述FPGA模块包括FPGA芯片，所述FPGA芯片选用GW2A-LV18PG256C8/I7。

8.如权利要求1所述的控制器，其特征在于，所述电源模块包括第一电源模块、第二电源模块和第三电源模块，所述第一电源模块的输入电压为24V直流电压，输出电压为5V直流电压；所述第二电源模块的输入电压为5V直流电压，输出电压为3.3V直流电压；所述第三电源模块的输入电压为5V直流电压，输出的电压为1.0V和1.8V直流电压。

9.如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述第一电源模块包括VRB2405YMD-15WR3芯片，所述第二电源模块包括SGM6010芯片，所述第三电源模块包括SGM2037芯片。

10.如权利要求8所述的控制器，其特征在于，所述电源模块还包括第四电源模块，所述第四电源模块连接至所述GPS模块，以实现电气隔离；所述第四电源模块选用B0505XT-W2R2芯片。