專利名稱：一種通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，屬于工業(yè)控制
背景技術(shù)：
通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器是一種新型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入產(chǎn)品，可以使現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備接入到工業(yè)以太網(wǎng)中；它是帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換和控制功能的模塊，具有能夠通過以太網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)訪問、參數(shù)設(shè)置和設(shè)備監(jiān)控等通信控制功能，支持CIP(Common IndustrialProtocol，通用工業(yè)協(xié)議)和EtherNet/IP(Ethernet/Industrial Protocol，以太網(wǎng)/工業(yè)協(xié)議)；用于工業(yè)控制時，具有很好的實時性和可靠性。該產(chǎn)品內(nèi)嵌了網(wǎng)頁服務(wù)器，使得用戶可以通過IE(Internet Explorer，因特網(wǎng)瀏覽器)訪問該產(chǎn)品，進行現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控；采用32位微處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)，通過更新FLASH(可擦寫閃存)數(shù)據(jù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品功能進行現(xiàn)場升級。該產(chǎn)品使得工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備具有很好的互換性和互操作性，在企業(yè)信息化和系統(tǒng)集成中具有廣泛的應(yīng)用市場。
由于工業(yè)自動化系統(tǒng)正向分布式、智能化的實時控制方面發(fā)展，用戶對統(tǒng)一的通訊協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)的要求日益迫切；隨著Intranet/Internet等信息技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶要求企業(yè)從現(xiàn)場控制層到管理層能實現(xiàn)全面的無縫信息集成，并提供一個開放的基礎(chǔ)構(gòu)架。
但是目前的現(xiàn)場總線尚不能滿足這些要求，多種現(xiàn)場總線互不兼容，不同公司的控制器之間不能實現(xiàn)高速的實時數(shù)據(jù)傳輸，信息網(wǎng)絡(luò)中存在協(xié)議上的鴻溝，從而導(dǎo)致“自動化孤島”的出現(xiàn)，促使人們開始尋求新的解決方案，并關(guān)注到以太網(wǎng)技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，該適配器具有能夠通過以太網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)訪問、參數(shù)設(shè)置和設(shè)備監(jiān)控等通信控制功能，支持通用工業(yè)協(xié)議和以太網(wǎng)/工業(yè)協(xié)議，用于工業(yè)控制時，進行現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控，具有很好的實時性和可靠性。
為達到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案是本適配器的器件包括處理器、網(wǎng)絡(luò)控制器芯片、外擴存儲器、串口控制芯片、耦合隔離濾波器等。處理器作為適配器的控制核心，執(zhí)行各種軟件協(xié)議和控制功能；外擴存儲器芯片用于存放RTOS(Real Time Operation System)、應(yīng)用程序和網(wǎng)頁文件。串口通信協(xié)議采用的是Modbus協(xié)議。
本實用新型在軟件上采用了CIP(Common Industrial Ptrotocol，通用工業(yè)協(xié)議)和Ethernet/IP(Ethernet/Industrial Protocol，以太網(wǎng)工業(yè)/協(xié)議)，來實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的通信和控制功能。Ethernet/IP作為工業(yè)以太網(wǎng)的國際標(biāo)準(zhǔn)之一，已經(jīng)在IEC61158和IEC61784中收錄。與其他類型的工業(yè)以太網(wǎng)(HSE，Modbus TCP，Profinet)相比，EIP是基于標(biāo)準(zhǔn)TCP/IP、完全開放的協(xié)議，它所能提供的廣泛廠商支持、協(xié)議靈活性十分顯著。由于采用了一致的設(shè)備訪問方式，可以只用一種配置工具來完成不同網(wǎng)絡(luò)上CIP設(shè)備的配置，而不再需要使用廠商特定的軟件；所有設(shè)備以對象來分類減少了新產(chǎn)品培訓(xùn)和上市的時間；EIP提供了比DeviceNet和ControlNet更快的通訊速度和更大的數(shù)據(jù)包傳輸能力；Ethernet/IP可以完成具有一致應(yīng)用層接口的傳感器總線級到控制級再到企業(yè)級的系統(tǒng)無縫集成?？梢哉fEIP技術(shù)一定會在今后更廣泛的領(lǐng)域中發(fā)揮更大的作用。
本實用新型還內(nèi)嵌了網(wǎng)頁服務(wù)器，使得用戶可以通過瀏覽器監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的參數(shù)和狀態(tài)。
為了方便產(chǎn)品使用，在上位機開發(fā)了配制軟件，主要完成與適配器進行數(shù)據(jù)傳輸、參數(shù)設(shè)置和下載等通訊功能。
本實用新型的有益效果本適配器是一種新型工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)接入產(chǎn)品，可以使現(xiàn)有工業(yè)現(xiàn)場控制設(shè)備接入到工業(yè)以太網(wǎng)中；它是帶有協(xié)議轉(zhuǎn)換和控制功能的模塊，具有能夠通過以太網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)訪問、參數(shù)設(shè)置和設(shè)備監(jiān)控等通信控制功能，用于工業(yè)控制時，具有很好的實時性和可靠性。該產(chǎn)品內(nèi)嵌了網(wǎng)頁服務(wù)器，使得用戶可以通過IE(Internet Explorer，因特網(wǎng)瀏覽器)訪問該產(chǎn)品，進行現(xiàn)場設(shè)備的監(jiān)控；采用32位微處理器和嵌入式實時操作系統(tǒng)，通過更新FLASH(可擦寫閃存)數(shù)據(jù)，能夠?qū)Ξa(chǎn)品功能進行現(xiàn)場升級。該產(chǎn)品使得工業(yè)現(xiàn)場設(shè)備具有很好的互換性和互操作性，在企業(yè)信息化和系統(tǒng)集成中具有廣泛的應(yīng)用市場，有明顯的經(jīng)濟效益。


圖1為本實用新型的適配器硬件結(jié)構(gòu)框圖；
圖2為本實用新型的適配器軟件結(jié)構(gòu)框圖；圖3為本實用新型的適配器的工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作比較詳細的說明。
參照圖1，這是本實用新型的適配器硬件結(jié)構(gòu)框圖。
如圖所示，本實用新型的適配器硬件包括外擴存儲器1、處理器2、網(wǎng)絡(luò)控制器芯片4、串口控制芯片3、耦合隔離濾波器5、RJ45接口6。
處理器作為適配器的控制核心，執(zhí)行各種軟件協(xié)議的實現(xiàn)和控制功能等；外擴存儲器芯片用于存放RTOS、應(yīng)用軟件和網(wǎng)頁文件。
上述結(jié)構(gòu)件之間的關(guān)系外擴存儲器1與處理器2相互連通、處理器2與串口控制芯片3相互連通、處理器2與以太網(wǎng)控制器(RTL8019AS)4相互連通、以太網(wǎng)控制器(RTL8019AS)4與耦合隔離濾波器5隔離后、與RJ45接口6相互連通。
上述的適配器內(nèi)含有網(wǎng)頁服務(wù)器。
所述的外擴存儲器1，采用的是FLASH(SST39VF160)和RAM(IS61LV25616AL)芯片。
所述的處理器2，選用了內(nèi)部資源豐富、處理速度快的32位ARM處理器。ARM提供一系列內(nèi)核、體系擴展的微處理器和系統(tǒng)芯片方案。由于所有產(chǎn)品均采用一個通用的軟件體系，所以相同的軟件可在所有產(chǎn)品中運行。ARM940T、920T系列是低價、低能耗、高性能系統(tǒng)微處理器，配有Cache、內(nèi)存管理和寫緩沖區(qū)，應(yīng)用于高級引擎管理、保安系統(tǒng)、機頂盒、便攜計算機和高檔打印機。
所述的串口控制芯片3，采用的是多個串行接口，包括雙UART(16C550)，高速I2C(400kbits/s)和雙SPI。
所述的太網(wǎng)控制器4，采用的是網(wǎng)絡(luò)控制器芯片RTL8019AS。
參照圖2，這是本實用新型的適配器軟件結(jié)構(gòu)框圖。
如圖所示，軟件結(jié)構(gòu)包括應(yīng)用程序(CIP、HTTP)、TCP協(xié)議、UDP協(xié)議、IP協(xié)議(ARP協(xié)議、ICMP協(xié)議)、RTOS內(nèi)核、驅(qū)動程序。
TCP/IP軟件模塊充分利用了嵌入式操作系統(tǒng)所提供的多任務(wù)機制以及任務(wù)之間的通信及互斥等機制，使TCP/IP協(xié)議中的復(fù)雜機制得以簡單、清晰地實現(xiàn)。RTOS負責(zé)管理系統(tǒng)資源和任務(wù)以及中斷響應(yīng)等。軟件最低層是設(shè)備驅(qū)動程序，它和硬件的關(guān)系最密切，直接驅(qū)動硬件。采用RTOS可以使嵌入式產(chǎn)品更可靠、開發(fā)周期更短，能夠簡化嵌入式系統(tǒng)的應(yīng)用開發(fā)，有效地確保產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，便于維護和二次開發(fā)。
嵌入式操作系統(tǒng)是一種支持嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用的操作系統(tǒng)軟件，它是嵌入式系統(tǒng)(包括硬、軟件系統(tǒng))極為重要的組成部分，通常包括與硬件相關(guān)的底層驅(qū)動軟件、系統(tǒng)內(nèi)核、設(shè)備驅(qū)動接口、通信協(xié)議、圖形界面、標(biāo)準(zhǔn)化瀏覽器等。嵌入式操作系統(tǒng)具有通用操作系統(tǒng)的基本特點，如能夠有效管理越來越復(fù)雜的系統(tǒng)資源；能夠把硬件虛擬化，使得開發(fā)人員從繁忙的驅(qū)動程序移植和維護中解脫出來；能夠提供庫函數(shù)、驅(qū)動程序、工具集以及應(yīng)用程序。
為了能夠通過以太網(wǎng)對設(shè)備參數(shù)讀取和更改，在設(shè)備中還實現(xiàn)了嵌入式WEB服務(wù)器的功能。
參照圖3，這是本實用新型的適配器軟件工作流程圖。
如圖所示，通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器的工作流程如下當(dāng)適配器通電運行時“開始”，“系統(tǒng)初始化”完成系統(tǒng)軟件和硬件的初始化工作，接著“服務(wù)類型”判斷適配器接收的數(shù)據(jù)請求類型，如果是“網(wǎng)頁服務(wù)”，便交給“網(wǎng)頁服務(wù)器數(shù)據(jù)處理”；如果是“網(wǎng)絡(luò)”請求，便送到“報文解析及處理”。數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后，在進行“通信通道”判斷，如果是通過“串口”傳輸，就將數(shù)據(jù)送到“串口收發(fā)”，到“結(jié)束”；如果是通過“網(wǎng)絡(luò)”傳輸，就將數(shù)據(jù)送給“以太網(wǎng)網(wǎng)口收發(fā)”，到“結(jié)束”。
權(quán)利要求1.一種通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，用于工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于所述的適配器包括外擴存儲器(1)、處理器(2)、網(wǎng)絡(luò)控制器芯片(4)、串口控制芯片(3)、耦合隔離濾波器(5)、RJ45接口(6)；上述結(jié)構(gòu)件之間的關(guān)系是外擴存儲器(1)與處理器(2)相互連通、處理器(2)與串口控制芯片(3)相互連通、處理器(2)與以太網(wǎng)控制器(RTL8019AS)(4)相互連通、以太網(wǎng)控制器(RTL8019AS)(4)與耦合隔離濾波器(5)隔離后、與RJ45接口(6)相互連通；上述的適配器內(nèi)含有網(wǎng)頁服務(wù)器，并在PC機配備有相應(yīng)當(dāng)調(diào)試配置軟件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，其特征在于所述的外擴存儲器(1)，采用的是FLASH、RAM芯片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，其特征在于所述的處理器(2)，選用了內(nèi)部資源豐富，處理速度快的32位ARM處理器(LPC2210)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，其特征在于所述的太網(wǎng)控制器(4)，采用的是網(wǎng)絡(luò)控制器芯片RTL8019AS。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，其特征在于所述的串口控制芯片(3)，采用的是多個串行接口，包括雙UART(16C550)，高速I2C(400kbits/s)和雙SPI。
專利摘要本實用新型涉及一種通用工業(yè)協(xié)議以太網(wǎng)適配器，包括外擴存儲器、處理器、網(wǎng)絡(luò)控制器芯片、串口控制芯片、耦合隔離濾波器、RJ45接口；它們之間的關(guān)系外擴存儲器與處理器相互連通、處理器與串口控制芯片相互連通、處理器與以太網(wǎng)控制器相互連通、以太網(wǎng)控制器與耦合隔離濾波器隔離后、與RJ45接口相互連通；處理器作為適配器的控制核心，執(zhí)行各種軟件協(xié)議的實現(xiàn)和各種控制功能；外擴存儲器芯片用于存放RTOS、應(yīng)用軟件和網(wǎng)頁文件；上述的適配器內(nèi)含有網(wǎng)頁服務(wù)器。本適配器用于工業(yè)設(shè)備，具有能夠通過以太網(wǎng)進行遠程數(shù)據(jù)訪問、參數(shù)設(shè)置和設(shè)備監(jiān)控等通信控制功能。
文檔編號H04L29/06GK2836349SQ20052004539
公開日2006年11月8日 申請日期2005年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月29日
發(fā)明者徐智穹 申請人:上海電器科學(xué)研究所(集團)有限公司