一種交換設(shè)備、現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及傳輸數(shù)據(jù)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種交換設(shè)備、現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及傳輸數(shù)據(jù)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場總線是指以工廠內(nèi)的測量和控制機(jī)器間的數(shù)字通訊為主的網(wǎng)絡(luò)，也稱現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)，即將傳感器、各種操作終端和控制設(shè)備間的通訊及控制設(shè)備之間的通訊進(jìn)行特化的網(wǎng)絡(luò)。簡單說，現(xiàn)場總線就是以數(shù)字通信替代了傳統(tǒng)模擬信號(hào)及普通開關(guān)量信號(hào)的傳輸，是智能現(xiàn)場設(shè)備和控制系統(tǒng)的自動(dòng)化裝置之間的數(shù)字式、串行、多點(diǎn)通信的工業(yè)數(shù)據(jù)總線，主要解決工業(yè)現(xiàn)場的智能化儀器儀表、控制設(shè)備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等現(xiàn)場設(shè)備間的數(shù)字通信以及這些現(xiàn)場控制設(shè)備和高級(jí)控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳遞問題，對(duì)工業(yè)的發(fā)展起著非常重要的作用，對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的增長有著非常重要的影響。
[0003]目前國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的現(xiàn)場總線有RS485、CAN、arcnet、工業(yè)以太網(wǎng)等。若按照組網(wǎng)方式進(jìn)行劃分，RS485、CAN、arcnet屬于總線型總線，工業(yè)以太網(wǎng)屬于星型總線；若按照總線仲裁方式劃分，RS485無仲裁機(jī)制，需要靠軟件協(xié)議主從控制，CAN、工業(yè)以太網(wǎng)通過沖突檢測進(jìn)行總線仲裁，arcnet通過令牌實(shí)現(xiàn)總線仲裁；若按照傳輸速率劃分，RS485、CAN屬于低速總線，其速率最高為1M，arcnet屬于中速總線，其速率可以達(dá)到10M，工業(yè)以太網(wǎng)屬于高速總線，其速率可以到達(dá)100M、1000M。
[0004]隨著現(xiàn)場控制設(shè)備數(shù)量、功能的增加，對(duì)現(xiàn)場總線的傳輸速率要求也逐漸提高，現(xiàn)存的RS485、CAN、arcnet等總線已經(jīng)不能滿足大批量數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，因此很多控制設(shè)備都已經(jīng)采用了工業(yè)以太網(wǎng)總線，但工業(yè)以太網(wǎng)的報(bào)文發(fā)送實(shí)時(shí)性不高，在網(wǎng)絡(luò)繁忙的情況下，不能根據(jù)報(bào)文的處理級(jí)別處理報(bào)文，導(dǎo)致重要報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)不及時(shí)。并且現(xiàn)有的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的交換設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸效率低，無法實(shí)現(xiàn)并行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)現(xiàn)有的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的交換設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸效率低，無法實(shí)現(xiàn)并行轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的問題，本發(fā)明提出了一種交換設(shè)備、現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及傳輸數(shù)據(jù)的方法。
[0006]第一方面，本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的交換設(shè)備，所述交換設(shè)備包括現(xiàn)場可編程門陣列FPGA芯片；
[0007]所述FPGA芯片包括第一低電壓差分LVDS接口、第二低電壓差分LVDS接口、串并轉(zhuǎn)換模塊、并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯模塊、并串轉(zhuǎn)換模塊；
[0008]所述第一 LVDS接口作為交換設(shè)備的物理層接口將接收到的LVDS數(shù)據(jù)發(fā)送到串并轉(zhuǎn)換模塊，所述串并轉(zhuǎn)換模塊對(duì)所述LVDS數(shù)據(jù)進(jìn)行串并轉(zhuǎn)換后，傳輸?shù)剿霾⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯模塊，所述并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)邏輯模塊識(shí)別串并轉(zhuǎn)換后的LVDS數(shù)據(jù)的源地址和目的地址，并根據(jù)所述目的地址將所述串并轉(zhuǎn)換后的LVDS數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)應(yīng)的并串轉(zhuǎn)換模塊，所述并串轉(zhuǎn)換模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后，通過所述第二 LVDS接口將并串轉(zhuǎn)換后的LVDS數(shù)據(jù)傳輸?shù)脚c所述目的地址對(duì)應(yīng)的端口，以將該數(shù)據(jù)發(fā)送到第二控制設(shè)備。
[0009]另一方面，本發(fā)明提供了一種現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，包括:第一控制設(shè)備、第二控制設(shè)備、現(xiàn)場總線及至少兩個(gè)上述應(yīng)用于現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的交換設(shè)備；
[0010]所述交換設(shè)備設(shè)有多個(gè)控制端口和至少一個(gè)交換端口，所述至少兩個(gè)交換設(shè)備之間利用現(xiàn)場總線通過交換端口依次連接；
[0011]所述第一控制設(shè)備和所述第二控制設(shè)備利用現(xiàn)場總線通過同一交換設(shè)備的不同控制端口連接到某一交換設(shè)備，或
[0012]所述第一控制設(shè)備和所述第二控制設(shè)備利用現(xiàn)場總線通過不同交換設(shè)備的控制端口連接到對(duì)應(yīng)的交換設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)所述第一控制設(shè)備與所述第二控制設(shè)備的通信連接。
[0013]再一方面，本發(fā)明提供了一種基于上述的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的方法，所述方法包括:
[0014]接收各控制設(shè)備發(fā)送的查詢報(bào)文，所述查詢報(bào)文中攜帶有各控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)；
[0015]獲取發(fā)送查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，并建立接收每一查詢報(bào)文的控制端口與對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0016]接收所述第一控制設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文，所述數(shù)據(jù)報(bào)文中攜帶有第一控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)和第二控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)；
[0017]根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，查找與所述第二控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)相對(duì)應(yīng)的控制端口 ；
[0018]根據(jù)查找到的控制端口，將所述數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送到所述第二控制設(shè)備。
[0019]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0020]接收第二控制設(shè)備發(fā)送的應(yīng)答報(bào)文，所述應(yīng)答報(bào)文中攜帶有第一控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)和第二控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)；
[0021]根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，查找與所述第一控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)相對(duì)應(yīng)的控制端口，并通過該控制端口將所述應(yīng)答報(bào)文發(fā)送到所述第一控制設(shè)備。
[0022]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一控制設(shè)備和所述第二控制設(shè)備利用現(xiàn)場總線通過同一交換設(shè)備的不同控制端口連接到某一交換設(shè)備時(shí)，所述獲取發(fā)送查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，并建立接收每一查詢報(bào)文的控制端口與對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體包括:
[0023]接收到查詢報(bào)文的交換設(shè)備對(duì)該查詢報(bào)文進(jìn)行解析，識(shí)別出發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，建立接收該查詢報(bào)文的控制端口與發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0024]當(dāng)所述第一控制設(shè)備和所述第二控制設(shè)備利用現(xiàn)場總線通過不同交換設(shè)備的控制端口連接到對(duì)應(yīng)的交換設(shè)備時(shí)，所述獲取發(fā)送查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，并建立接收每一查詢報(bào)文的控制端口與對(duì)應(yīng)控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，具體包括:
[0025]接收到查詢報(bào)文的第一交換設(shè)備對(duì)該查詢報(bào)文進(jìn)行解析，識(shí)別出發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，并通過該第一交換設(shè)備的第一交換端口將該查詢報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給與之相連的第二交換設(shè)備的第二交換端口；
[0026]所述第一交換設(shè)備分別建立接收該查詢報(bào)文的控制端口以及轉(zhuǎn)發(fā)該查詢報(bào)文的所述第一交換端口與發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系；
[0027]所述第二交換設(shè)備對(duì)該查詢報(bào)文進(jìn)行解析，識(shí)別出發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)，建立接收該查詢報(bào)文的第二交換端口與發(fā)送該查詢報(bào)文的控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0028]優(yōu)選地，當(dāng)所述第一控制設(shè)備和所述第二控制設(shè)備利用現(xiàn)場總線通過不同交換設(shè)備的控制端口連接到對(duì)應(yīng)的交換設(shè)備時(shí)，所述根據(jù)所述對(duì)應(yīng)關(guān)系，查找與所述第二控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)相對(duì)應(yīng)的控制端口，具體包括:
[0029]接收到所述數(shù)據(jù)報(bào)文的第一交換設(shè)備，根據(jù)第一對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過第一交換端口將該查詢報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給與之相連的第二交換設(shè)備；
[0030]所述第二交換設(shè)備根據(jù)第二對(duì)應(yīng)關(guān)系，查找與所述第二控制設(shè)備的標(biāo)識(shí)號(hào)相對(duì)應(yīng)的控制端口。
[0031]優(yōu)選地，所述應(yīng)答報(bào)文中攜帶有應(yīng)答優(yōu)先級(jí)信息，所述應(yīng)答優(yōu)先級(jí)信息用于指示對(duì)應(yīng)的應(yīng)答報(bào)文的處理優(yōu)先級(jí)。
[0032]優(yōu)選地，所述查詢報(bào)文中攜帶有查詢優(yōu)先級(jí)信息，所述查詢優(yōu)先級(jí)信息用于指示對(duì)應(yīng)的查詢報(bào)文的處理優(yōu)先級(jí)；
[0033]所述數(shù)據(jù)報(bào)文中攜帶有數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)信息，所述數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)信息用于指示對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)文的處理優(yōu)先級(jí)。
[0034]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0035]當(dāng)現(xiàn)場總線空閑時(shí)，所述控制設(shè)備和/或所述交換設(shè)備之間，以及不同交換設(shè)備之間，通過發(fā)送不同的心跳報(bào)文來實(shí)時(shí)監(jiān)測所述現(xiàn)場總線是否出現(xiàn)故障；
[0036]若所述現(xiàn)場總線出現(xiàn)故障，則所述控制設(shè)備和所述交換設(shè)備清除各自已建立的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
[0037]優(yōu)選地，所述方法還包括:
[0038]當(dāng)所述控制設(shè)備與所述交換設(shè)備重新建立端口連接或通信中斷時(shí)，所述控制設(shè)備重新向所述交換設(shè)備發(fā)送查詢報(bào)文。
[0039]與現(xiàn)有的現(xiàn)場總線相比，本發(fā)明提供的交換設(shè)備、現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的方法具有結(jié)構(gòu)簡單，數(shù)據(jù)傳輸速率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0040]通過參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中:
[0041]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的交換設(shè)備物理實(shí)現(xiàn)示意圖；
[0042]圖2示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的基于本發(fā)明的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的方法流程示意圖；
[0044]圖4示出了本發(fā)明另一實(shí)施例提供的基于本發(fā)明的現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)的方法流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0045]下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述