基于EPA网桥的现场控制器制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于ＥＰＡ网桥的现场控制器，通过总线或ＩＥＥＥ８０２．３ｕ兼容的媒体独立接口ＭＩＩ两种连接方式实现对以太网控制器的操作；通过双口ＲＡＭ交互模块来实现的数据转发，以实现通过逻辑隔离式网桥的方法将现场设备层分隔为相对独立的控制区域，避免了广播风暴的产生，同时对现场控制器转发的报文进行调度，从而大大减少了各个控制区域内报文碰撞的机率，保证了网络的高实时性的要求。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种控制器，特别涉及一种基于EPA网桥的现场控制器。
技术介绍
EPA分布式网络控制系统是基于高速以太网技术的新一代分布式网络控 制系统，该系统继承现在控制系统DCS、 PLC等成功应用技术的基础上，借鉴 先进现场总线技术和信息网络技术的发展成果，遵循"总体分散、局部集中" 的原则，将工业控制网络划分为两个层次，即过程监控层网络和工业现场设 备层网络。其中过程监控层是系统的主干网，用于连接工程师站、操作员站、 数据服务器等控制室设备。工业现场设备层网络可根据具体应用实际划分为 若干个控制区域。随着EPA标准的推广，越来越多的EPA相关产品开始进入 了实际的应用领域。工业控制系统多采用预订者/发布者通信方式，广播或多播发布过程测量 与控制数据的特点，而以太网集线器/交换机不能控制由于广播或多播方式发 送报文而引起的广播风暴，并由此带来的网络资源被长期占用。
技术实现思路
本技术是针对EPA分布式网络控制系统缺乏局部集中控制，导致资 源利用率低的问题，提出一种基于EPA网桥的现场控制器，在EPA现场控制 器中通过逻辑隔离式网桥的方法将现场设备层分隔为相对独立的控制区域。 每个控制区域内的各种变送器、执行机构、工业以太网交换机(或集线器) 等现场设备通过基于EPA网桥的现场控制器与主干网连接，避免了广播风暴 的产生，同时对现场控制器转发的报文进行调度，从而大大减少了各个控制区域内报文碰撞的机率，保证了网络的高实时性的要求。本技术的技术方案为一种基于EPA网桥的现场控制器，包括以太网供电模块、网络控制器、掉电保护模块、CPU微处理器模块、双口RAM数据交 互模块、冗余通信接口模块，以太网供电模块将设备电源输入为24V的电， 通过DC-DC转换后为芯片电路提供5V、 3. 3V和1. 8V的工作电压；CPU微处 理器模块通过总线或IEEE802. 3u兼容的媒体独立接口 Mil两种连接方式实现 对以太网控制器的操作；掉电保护模块6通过CPU微处理器模块自带的看门 狗模块输入到CPU微处理器模块中，现场控制器的数据转发是通过双口 RAM 交互模块来实现的，CPU微处理器外接冗余通信接口模块4。所述CPU微处理器模块采用AT91R40008芯片，内部含有一个256K的SRAM， 外部含有完全可编程的外部总线接口，三个16位的定时/记数器模块、两个 USART全双工的通用同步/异步接收器模块、32个32位可编程I/O模块、看 门狗模块和PS功耗管理模块。本技术的有益效果在于本技术基于EPA网桥的现场控制器， 通过逻辑隔离式网桥的方法将现场设备层分隔为相对独立的控制区域，避免 了广播风暴的产生，同时对现场控制器转发的报文进行调度，从而大大减少 了各个控制区域内报文碰撞的机率，保证了网络的高实时性的要求。附图说明图1是本技术基于EPA网桥的现场控制器结构框图2是本技术基于EPA网桥的现场控制器数据转发模块软件流程图3是本技术基于EPA网桥的现场控制器报文调度软件流程图4是本技术基于EPA网桥的现场控制器控制功能块模块软件流程图。具体实施方式如图1所示基于EPA网桥的现场控制器结构框图，包括以太网供电模块1、 网络控制器5、掉电保护模块6、 CPU微处理器模块2、双口RAM数据交互模 块3、冗余通信接口模块4。以太网在传送数据到基于EPA网桥的现场控制器 的同时输送电源，设备电源来自带有UPS电源的EPA网络，避免了出现系统 掉电的情况。由于供电系统和数据传输公用一根网线，现场控制器插上以太 网线时，系统就上电复位。以太网供电模块1就是将设备电源输入为24V的 电，通过DC-DC转换为芯片电路提供5V、 3. 3V和1. 8V的工作电压；以太网 控制器5所用型号为AX88796，其内部集成有10/100 Mb/s自适应的物理层收 发器和8KX16位的SMM，并且提供了 IEEE802.3u兼容的媒体独立接口 Mil (Media Ind印endent Interface) ， CPU微处理器模块2可以通过总线或 Mil两种连接方式实现对以太网控制器5的操作；RJ45网络端口接收到的以 太网报文经过滤波、抑制干扰和电路隔离后传送给CPU微处理器模块2; CPU 微处理器2采用AT91R40008芯片，内部含有一个256K的SRAM， 一般低于256K 大小的程序可在其内部的SRAM调试即可，不仅大大方便了程序的调试，还节 省了硬件的空间。外部含有完全可编程的外部总线接口，三个16位的定时/ 记数器模块、两个USART全双工的通用同步/异步接收器模块、32个32位可 编程1/0模块(P0-P31)、看门狗模块和PS (Power-saving)功耗管理模块等； 掉电保护模块6通过看门狗模块输入到CPU中，现场控制器的数据转发是通 过双口 RAM交互模块3来实现的，CPU微处理器2外接冗余通信接口模块4。如图2所示在EPA分布式控制网络中，现场控制器连接了主干网与各 个控制区域，由于主干网采用的是普通的以太网报文格式，控制区域内为EPA报文格式，当两端网络中的设备需要发生数据交互的时候，需要有一种方法 有效的进行数据交互和隔离。现场控制器采用的网桥的方法。将网络控制器 配置为混杂方式工作，它将接收与之相连网络上的每一个报文。当数据包到达时，CPU会对此数据包的目的MAC地址进行解析，然后对比自己端口和另一 个端口的MAC地址学习库，如果在两个端口的MAC地址学习库中都没有找到 此目的MAC地址，则同时在两个网段上广播，同时将源MAC地址和该物理端 口记录在MAC地址学习表中。经过多次这样的学习和记录，现场控制器就会 将两个端口所连接的所有MAC地址记录下来了，从而建立起一个MAC地址学 习库，库中记录了每一个可能的MAC地址以及相应的物理端口。当一个数据包到达现场控制器时，处理器解析出此数据包的目的MAC地 址，如果在MAC地址学习库中找到此MAC地址，则判断库中端口是否与接收 的端口相同，若相同，则证明拥有目的MAC的设备与源MAC在同一个物理网 段，则丢弃(不转发)此数据包。如果不同，则得出具有该地址的设备在另 一个物理网段上，则允许此数据包通过现场控制器。如果是发往控制区域的 报文，则将该报文的有效数据解析出来通过双口 RAM交换到另一个网络接口 后打包成EPA报文，再经过调度后发出。如发往主干网的报文则打包成普通 的以太网直接发送出去。如图3所示主干网中EPA主设备发出的对现场设备的数据读写、控制 等命令报文是不确定的，到达控制区域将大大增加其内报文碰撞的机率，为 了保证EPA网络的高实时性，必须在现场控制器中对该类报文进行调度。每 个EPA现场设备在组态时被划分为一个个通信宏周期，在每个宏周期内，EPA 设备要完成周期报文和非周期报文的发送。基于EPA网桥的现场控制器作为一种特殊的EPA现场设备，在周期报文发送时间内需要完成设备声明、时间 同步、控制区域内设备检测和报警等报文的发送。在非周期报文发送时间内 需要完成其控制功能块控制报文、主干网转发的报文的发送。对非周期报文 的发送通过非周期报文调度链表实现。如图4所示为了实现对控制区域的控制功能，实现了控制功本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ＥＰＡ网桥的现场控制器，包括以太网供电模块、网络控制器、掉电保护模块、ＣＰＵ微处理器模块、双口ＲＡＭ数据交互模块、冗余通信接口模块，其特征在于，以太网供电模块将设备电源输入为２４Ｖ的电，通过ＤＣ－ＤＣ转换后为芯片电路提供５Ｖ、３．３Ｖ和１．８Ｖ的工作电压；ＣＰＵ微处理器模块通过总线或ＩＥＥＥ８０２．３ｕ兼容的媒体独立接口ＭⅡ两种连接方式实现对以太网控制器的操作；掉电保护模块６通过ＣＰＵ微处理器模块自带的看门狗模块输入到ＣＰＵ微处理器模块中，现场控制器的数据转发是通过双口ＲＡＭ交互模块来实现的，ＣＰＵ微处理器外接冗余通信接口模块４。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆军，包伟华，杨震斌，陈小华，
申请(专利权)人：上海自动化仪表股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]