專利名稱：Ff現(xiàn)場(chǎng)總線pci卡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及工業(yè)自動(dòng)化過程控制領(lǐng)域，特別是FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互連單元。
背景技術(shù)：
最早的過程控制系統(tǒng)可以理解為模擬式的簡(jiǎn)單裝置，后來發(fā)展為直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)，之后又發(fā)展為分散型控制系統(tǒng)(DCS)，二十世紀(jì)九十年代，一項(xiàng)全新的技術(shù)——現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開始崛起，過程控制領(lǐng)域便開始醞釀著新的革命，現(xiàn)場(chǎng)總線儀表實(shí)現(xiàn)了智能化和數(shù)字化，既提高了測(cè)量精度，又提高了可靠性，現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間信號(hào)的傳輸也不再采用抗干擾能力差的模擬信號(hào)，而是采用抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)，這大大提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，并且還可以節(jié)約90％以上的導(dǎo)線，節(jié)約60％以上的安裝費(fèi)用，另外，在控制室就可完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)儀表的各種設(shè)定，非常便于維護(hù)，所以現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)(FCS)必將是過程控制領(lǐng)域新的主宰。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，許多工廠特別是大型工廠對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化要求也越來越高，實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線PCI插卡HK-FF30S可以將各種FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)可以連接到高速的HSE主干網(wǎng)上，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。FF現(xiàn)場(chǎng)總線是專門針對(duì)過程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線，F(xiàn)F-H1現(xiàn)場(chǎng)總線PCI插卡HK-FF30S則是FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的“指揮中心”，它必將在今后的過程控制領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡是FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互連單元，通過它可以將符合FF-H1通信協(xié)議的儀表或控制設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)可以連接到高速的HSE主干網(wǎng)上，與系統(tǒng)中其它設(shè)備一起共同完成系統(tǒng)的控制策略，使處于主機(jī)級(jí)的設(shè)備能夠?qū)F_H1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通過高速的HSE主干網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控、管理，而且不需要工廠的技術(shù)人員過多地了解非常復(fù)雜的FF-H1協(xié)議。本實(shí)用新型采用功能強(qiáng)大的32位RISC CPU為核心控制部件，有強(qiáng)大的軟件功能支持，它有H1MASTER通信棧，還內(nèi)置有多個(gè)功能塊，能夠?qū)崿F(xiàn)多種算法和控制功能，本實(shí)用新型采用當(dāng)前流行的PCI總線，卡上還有可靠性高的看門狗電路，保存重要數(shù)據(jù)的E2PROM，并且還采用了低功耗技術(shù)，從而保證HK-FF30S長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。本實(shí)用新型還有內(nèi)置加密算法的加密單片機(jī)，以增加技術(shù)的保密性。每塊卡有兩個(gè)H1鏈路。FF-H1總線采用了隔離措施以增強(qiáng)抗干擾能力。每個(gè)鏈路最多可掛接16臺(tái)H1儀表。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于是由電源電路、CPU、存儲(chǔ)器電路、看門狗電路、加密電路、FF-H1接口電路及PCI控制電路部分組成；其中，CPU分別與看門狗電路、可編程邏輯控制電路、FF-H1接口電路、PCI控制電路、加密電路、數(shù)據(jù)交換電路、存儲(chǔ)器電路及電源電路連接。
-所述的PCI控制電路由D50、D24等構(gòu)成，D50的型號(hào)為PLX9052，D24的型號(hào)為D24的型號(hào)為XC9536-10VQ44I，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有XC9536-10VQ64I。
-所述的數(shù)據(jù)交換電路由D51等構(gòu)成，D51的型號(hào)為IDT7006。
-所述的電源部分電路由線形穩(wěn)壓器A1、A2等構(gòu)成，A1的型號(hào)為TPS7133QP，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MAX666ESA等，A2的型號(hào)為TPS76325DBV，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MAX1615等。
-所述的CPU基本系統(tǒng)電路由高性能32位RISC CPU D1，型號(hào)為NETA50_QFP208；RAM存儲(chǔ)器為D6、D7、D17、D18、D15、D16、D19、D20，型號(hào)為IS61LV5128-12TI，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器為D4、D5，型號(hào)為AM29LV320DT90EI。
-所述的看門狗電路由內(nèi)置看門狗的串行EEPROM芯片D2、反向器D37等構(gòu)成，D2的型號(hào)為X5045SI-2.7，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有X5645SI-2.7等。D37的型號(hào)為74HC14，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HC04、CD4069等。
-所述的加密電路由加密單片機(jī)D3構(gòu)成，D3型號(hào)為MSP4301101AIPW，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MSP430C1111IDW、MSP430C1121IDW、MSP430F1121IDW等。
-所述的接口電路是由FF-H1總線控制器D41和D43、RAM存儲(chǔ)器D42和D44、反向器D32和D37、譯碼器D26、三態(tài)控制器D30和D31、運(yùn)算放大器D34、D35、D38、D39和D40、電壓比較器D33、H1變壓器T4和T6、光藕E3、E4等構(gòu)成。D41、D43的型號(hào)為FB3050-TQ；D42、D44的型號(hào)為IS62LV256L-15TI；D32的型號(hào)為74HCT04，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT14等；D26的型號(hào)為74HC138，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT139等；D30、D31的型號(hào)為74ACT126，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT126等；D37的型號(hào)為74HC14，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HC04、CD4069等；D34、D35、D38、D39、D40的型號(hào)為TLC27M2ID，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有TLC27M4ID、AD8544AR、等；D33的型號(hào)為TLC3702ID，還可以使用的型號(hào)有TLC339、LM293、TLC3704ID、LM3302、TLC374、TLC372、TLV2393、TLV2354、TLV1391等單、雙或四比較器；E3、E4的型號(hào)為PS2501-LE，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有4N25、MOC2050、MCT6、TIL117等。
本實(shí)用新型產(chǎn)品固化有H1 MASTER通信棧軟件，可以實(shí)現(xiàn)H1通信，并且內(nèi)置有多個(gè)功能塊，能夠?qū)崿F(xiàn)多種算法和控制功能，可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)FF-H1設(shè)備進(jìn)行組態(tài)及實(shí)時(shí)監(jiān)控，還具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、自診斷、報(bào)警等功能。


圖1為本實(shí)用新型產(chǎn)品的原理框圖；圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)及圖2(d)為本實(shí)用新型產(chǎn)品的電路原理圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1、圖2(a)、圖2(b)、圖2(c)及圖2(d)FF-H1的PCI插卡，但它不光具有網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換功能，還有強(qiáng)大的控制功能，是FF現(xiàn)場(chǎng)總線FCS的重要組成部分，它是由電源電路、CPU及存儲(chǔ)器電路、看門狗電路、加密電路、FF-H1接口電路、數(shù)據(jù)交換及PCI接口電路幾部分組成。它有2個(gè)獨(dú)立的H1接口，用來連接工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的符合FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線的儀表，該卡需要的5VDC電源從PCI總線上獲取。并且它還有強(qiáng)大的軟件功能以保證可靠的通信及實(shí)現(xiàn)各種控制功能。
本實(shí)用新型產(chǎn)品的工作原理是這樣的從PCI總線上獲取的5VDC電源經(jīng)過反向保護(hù)及過壓過流保護(hù)電路后再接入其它電路，，從而避免了剛上電時(shí)電源的沖擊，提高了可靠性。本實(shí)用新型上的程序FLASH里固化有完整的軟件程序，卡上的微處理器NETA50_QFP208通過H1接口同現(xiàn)場(chǎng)符合FF-H1協(xié)議的設(shè)備進(jìn)行通信，通過PCI接口同計(jì)算機(jī)機(jī)進(jìn)行通信。由計(jì)算機(jī)下傳的組態(tài)信息被存儲(chǔ)在本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)E2PROM存儲(chǔ)器里，并且還將一部分下載到FF-H1的現(xiàn)場(chǎng)儀表中，本實(shí)用新型根據(jù)組態(tài)的信息去完成相應(yīng)的監(jiān)控任務(wù)，并且還能將現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的工作狀態(tài)(例如設(shè)備故障、報(bào)警等)通過PCI接口及時(shí)傳向計(jì)算機(jī)。當(dāng)本實(shí)用新型程序運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，卡上的看門狗將輸出復(fù)位信號(hào)以重新啟動(dòng)程序，從而避免了死機(jī)的危險(xiǎn)。
本實(shí)用新型產(chǎn)品具有以下特點(diǎn)使用高性能32位RISC微處理器，有4MBytes的程序存儲(chǔ)區(qū)和4Mbytes的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；2路H1端口速率為31.25Kbps，通信介質(zhì)為雙絞線；有H1通信棧(MASTER)，能實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與FF-H1設(shè)備之間的連接；內(nèi)置有多個(gè)功能塊，可以實(shí)現(xiàn)多種控制功能。
過程控制已經(jīng)經(jīng)歷了多次技術(shù)革命，由早期模擬式的簡(jiǎn)單裝置發(fā)展為直接數(shù)字控制(DDC)系統(tǒng)，再發(fā)展為分散型控制系統(tǒng)(DCS)，每次技術(shù)的革命使過程控制都發(fā)生了巨大的變化，隨著二十世紀(jì)九十年代現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的崛起，過程控制領(lǐng)域必將發(fā)生新的革命。現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)使工業(yè)自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字化?，F(xiàn)場(chǎng)總線儀表實(shí)現(xiàn)了智能化和數(shù)字化，既提高了測(cè)量精度，又提高了可靠性，現(xiàn)場(chǎng)與控制室之間信號(hào)的傳輸也不再使用抗干擾能力差的模擬信號(hào)，而是采用抗干擾能力強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)，并且可以節(jié)約90％以上的導(dǎo)線，還可以節(jié)約60％以上的安裝費(fèi)用?，F(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的誕生使我們不必再面對(duì)成百上千的現(xiàn)場(chǎng)儀表的導(dǎo)線而發(fā)愁，而且對(duì)于所有現(xiàn)場(chǎng)儀表的調(diào)校都可以在控制室完成，而不必象原來一定要在現(xiàn)場(chǎng)完成，這對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)儀表分布廣、或者有儀表安裝在現(xiàn)場(chǎng)不便于調(diào)校的位置等情況下非常有優(yōu)勢(shì)。所以現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)給過程控制領(lǐng)域帶來的影響將是非常巨大和空前的，F(xiàn)CS代替DCS是過程控制領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。由于FF現(xiàn)場(chǎng)總線是專門針對(duì)過程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線，它有非常完善的協(xié)議以保證過程控制的各種需要，并且FF儀表還能滿足本質(zhì)安全的要求，可以使用在有危險(xiǎn)氣體的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，所以在FCS時(shí)代FF現(xiàn)場(chǎng)總線必將是過程控制領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊。另外，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，許多工廠特別是大型工廠對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化要求也越來越高，而FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)互連單元HK-FB6100可以將各種FF-H1現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到高速的HSE主干網(wǎng)上，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。HK-FB6100是在過程控制即將發(fā)生新的革命時(shí)應(yīng)運(yùn)而生的，它必將在今后的過程控制領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
權(quán)利要求1.一種FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于是由電源電路、CPU、存儲(chǔ)器電路、看門狗電路、加密電路、FF-H1接口電路及PCI控制電路部分組成；其中，CPU分別與看門狗電路、可編程邏輯控制電路、FF-H1接口電路、PCI控制電路、加密電路、數(shù)據(jù)交換電路、存儲(chǔ)器電路及電源電路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于其PCI控制電路由D50、D24構(gòu)成D50的型號(hào)為PLX9052，D24的型號(hào)為D24的型號(hào)為XC9536-10VQ44I，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有XC9536-10VQ64I。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于數(shù)據(jù)交換電路由D51構(gòu)成，D51的型號(hào)為IDT7006。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于電源部分由線形穩(wěn)壓器A1、A2構(gòu)成，A1的型號(hào)為TPS7133QP，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MAX666ESA，A2的型號(hào)為TPS76325DBV，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MAX1615。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于其特征在于使用的高性能32位RISC CPU為D1，型號(hào)為NETA50_QFP208；RAM存儲(chǔ)器為D6、D7、D17、D18、D15、D16、D19、D20，型號(hào)為IS61LV5128-12TI，F(xiàn)LASH存儲(chǔ)器為D4、D5，型號(hào)為AM29LV320DT90EI。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于其特征在于其看門狗電路由內(nèi)置看門狗的串行EEPROM芯片D2、反向器D37構(gòu)成，D2的型號(hào)為X5045SI-2.7，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有X5645SI-2.7；D37的型號(hào)為74HC14，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HC04、CD4069。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于其加密電路由加密單片機(jī)D3構(gòu)成，D3型號(hào)為MSP4301101AIPW，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有MSP430C1111IDW、MSP430C1121IDW、MSP430F1121IDW。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，其特征在于其FF-H1接口電路是由FF-H1總線控制器D41和D43、RAM存儲(chǔ)器D42和D44、反向器D32和D37、譯碼器D26、三態(tài)控制器D30和D31、運(yùn)算放大器D34、D35、D38、D39和D40、電壓比較器D33、H1變壓器T4和T6、光藕E3、E4等構(gòu)成。D41、D43的型號(hào)為FB3050-TQ；D42、D44的型號(hào)為IS62LV256L-15TI；D32的型號(hào)為74HCT04，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT14；D26的型號(hào)為74HC138，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT139；D30、D31的型號(hào)為74ACT126，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HCT126；D37的型號(hào)為74HC14，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有74HC04、CD4069；D34、D35、D38、D39、D40的型號(hào)為TLC27M2ID，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有TLC27M4ID、AD8544AR；D33的型號(hào)為TLC3702ID，還可以使用的型號(hào)有TLC339、LM293、TLC3704ID、LM3302、TLC374、TLC372、TLV2393、TLV2354、TLV1391單、雙或四比較器；E3、E4的型號(hào)為PS2501-LE，同時(shí)還可以采用的型號(hào)有4N25、MOC2050、MCT6、TIL117。
專利摘要FF現(xiàn)場(chǎng)總線PCI卡，是由電源電路、CPU、存儲(chǔ)器電路、看門狗電路、加密電路、FF－H1接口電路及PCI控制電路部分組成；其中，CPU分別與看門狗電路、可編程邏輯控制電路、FF－H1接口電路、PCI控制電路、加密電路、數(shù)據(jù)交換電路、存儲(chǔ)器電路及電源電路連接。本實(shí)用新型可以將各種FF－H1現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備連接到計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)可以連接到高速的HSE主干網(wǎng)上，從而可以方便地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。FF現(xiàn)場(chǎng)總線是專門針對(duì)過程控制的現(xiàn)場(chǎng)總線，F(xiàn)F－H1現(xiàn)場(chǎng)總線PCI插卡則是FF－H1現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的“指揮中心”。
文檔編號(hào)H04L29/10GK2779741SQ20042012037
公開日2006年5月10日 申請(qǐng)日期2004年12月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月20日
發(fā)明者陳小楓, 周勇, 吳建軍, 蔣濟(jì)友 申請(qǐng)人:北京華控技術(shù)有限責(zé)任公司