專利名稱：工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備及其實現(xiàn)方法
技術領域：
本發(fā)明涉及工業(yè)數(shù)據(jù)通訊領域，尤其涉及一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)、工業(yè)數(shù) 據(jù)總線設備及其實現(xiàn)方法。
背景技術：
眾所周知，目前工業(yè)數(shù)據(jù)通訊一般采用現(xiàn)場總線模式或工業(yè)以太網(wǎng)的方 式?，F(xiàn)場總線是用于過程控制現(xiàn)場儀表與控制室之間的一個標準的、開放的、 雙向的多站數(shù)字通信系統(tǒng)，其可以實現(xiàn)微機化測量設備之間的雙向串行多節(jié)點
數(shù)字通信?，F(xiàn)場總線門類多，包括如Profibus， ModBus， CAN等現(xiàn)場總線， 由于現(xiàn)場總線的技術規(guī)格標準不統(tǒng)一，各現(xiàn)場總線相互間的連接不方便，并且 通訊速度比較慢。工業(yè)以太網(wǎng)是指在工業(yè)環(huán)境中應用以太網(wǎng)技術。通過工業(yè)以 太網(wǎng)可以實現(xiàn)不同工業(yè)設備的互聯(lián)，形成企業(yè)級管理控制一體化的全幵放網(wǎng) 絡。但工業(yè)以太網(wǎng)基于以太網(wǎng)技術，與商業(yè)以太網(wǎng)一樣，也存在數(shù)據(jù)包競爭和 數(shù)據(jù)包擁塞的問題，并且沒有自愈保護環(huán)的功能，由此，工業(yè)數(shù)據(jù)通訊可靠性 差。同時，工業(yè)以太網(wǎng)沒有業(yè)務等級分類，實時性差，從而不能很好適應工業(yè) 數(shù)據(jù)通訊的要求。
綜上可知，現(xiàn)有工業(yè)數(shù)據(jù)通訊在實際使用上，顯然存在不便與缺陷，所以 有必要加以改進。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述的缺陷，本發(fā)明目的在于提供一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)、工業(yè)數(shù)據(jù) 總線設備及其實現(xiàn)方法，其可以滿足工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的高抗干擾性、可靠性、實 時性以及多業(yè)務性的要求，并且可以提高工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的處理性能。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線
系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)還進一步 包括多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多個業(yè)務接口和
兩個物理層接口，其中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層接口分別通過兩 條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡， 所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的業(yè) 務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；
當所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備從其所屬的一業(yè)務接口接收到一連接到該業(yè)務 接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備將所述工 業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層 接口將所述彈性分組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；和/或
當所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡從其所屬的一物理層 接口接收到彈性分組環(huán)幀時，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備對所述彈性分組環(huán)幀進行 彈性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設 備接收。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括 彈性分組環(huán)處理模塊，位于一低功耗現(xiàn)場可編程門陣列芯片上，用于對所
述工業(yè)數(shù)據(jù)進行業(yè)務識別、優(yōu)先等級分類，時鐘同步，幀轉(zhuǎn)換和彈性分組環(huán)協(xié)
議處理；
保護模塊，用于對所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進行過壓保護、防雷保護、電磁 屏蔽和接口保護；
電源模塊，用于提供供電電源以供所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進行運作。 根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述彈性分組環(huán)處理模塊進一步包括 物理層接口單元，對應所述物理層接口，用于對來自所述物理層接口的工
業(yè)數(shù)據(jù)進行業(yè)務識別、優(yōu)先等級分類和時鐘同步。
彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元，用于將工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，和/或，
用于將彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)；
彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元，用于對彈性分組環(huán)幀進行彈性分組環(huán)協(xié)議處
理；
彈性分組環(huán)控制單元，用于控制所述彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元進行彈性分 組環(huán)協(xié)議處理。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進一步包括 網(wǎng)管接口，用于連接網(wǎng)絡管理中心和網(wǎng)管微控制單元；
網(wǎng)管微控制單元，用于在所述網(wǎng)絡管理中心的控制下對所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線 設備進行配置、監(jiān)控和檢測。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述業(yè)務接口包括RS232接口、 RS485 接口、 RS422接口和/或以太網(wǎng)接口。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述兩個物理層接口采用FC型光纖連接 器和橡膠圈。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備通過鋁金屬外殼進 行金屬屏蔽，并且該鋁金屬外殼接地。
根據(jù)所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線控制系統(tǒng)，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線控制系統(tǒng)所包括的 工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備個數(shù)在3和255的范圍之間。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，應用于工業(yè)數(shù) 據(jù)總線系統(tǒng)，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備， 所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，其中，所述兩 個物理層接口分別通過兩條雙向總線與其它所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層 接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，所述多個業(yè)務接口連接有所述工業(yè)控制中心或 工業(yè)現(xiàn)場設備，以所述工業(yè)控制中心或工業(yè)現(xiàn)場設備通過所述物理層接口接入 所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；
所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備用于在從其所屬的一業(yè)務接口接收到一連接到該
業(yè)務接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，將所述工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性
分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層接口將所述彈性分
組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；和/或，用于在通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡 從其所屬的一物理層接口接收到彈性分組環(huán)幀時，對所述彈性分組環(huán)幀進行彈
性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設備 接收。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該 工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線 系統(tǒng)還進一步包括多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多 個業(yè)務接口和兩個物理層接口 ，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層接口分別 通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成彈性分組 環(huán)網(wǎng)絡，并且所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工業(yè)數(shù)據(jù)總
線設備的業(yè)務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡； 所述方法包括如下
A、 工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)送步驟； 一所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備從其所屬的一業(yè)務接口 接收到一連接到該業(yè)務接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，將所述工 業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層 接口將所述彈性分組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；
B、 工業(yè)數(shù)據(jù)接收步驟； 一所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng) 絡從其所屬的一物理層接口接收到彈性分組環(huán)幀時，對所述彈性分組環(huán)幀進行
彈性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設 備接收。
本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心，多個工業(yè)現(xiàn)場設備和 多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備具有彈性分組環(huán)功能，包括有 多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，其中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層 接口分別通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成 彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工業(yè)數(shù) 據(jù)總線設備的業(yè)務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。借 此，本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和設備根據(jù)彈性分組環(huán)協(xié)議進行工業(yè)數(shù)據(jù) 通訊，從而滿足了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的高抗干擾性、可靠性、實時性以及多業(yè)務性 的要求，并且提高了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的處理性能。


圖1是本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備模塊示意圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例提供的彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元處理原理示意圖4是802.17 MAC幀格式示意圖5是本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線網(wǎng)絡實現(xiàn)方法。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實 施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅
僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
本發(fā)明的基本思想是將目前電信領域里的RPR (Resilient Packet Ring,
彈性分組環(huán))特點應用于工業(yè)數(shù)據(jù)通訊中，并結(jié)合工業(yè)數(shù)據(jù)傳輸抗干擾技術形 成一種具有彈性分組環(huán)特性的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和工業(yè)數(shù)據(jù)通訊設備，由此， 工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和工業(yè)數(shù)據(jù)通訊設備具有環(huán)自愈、業(yè)務等級分配、時鐘同步、 公平算法、以太網(wǎng)和RS485/232封裝等算法功能，從而滿足工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的高 抗干擾性、可靠性、實時性以及多業(yè)務性的要求，并且提高工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的處 理性能。
本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)10基于RPR技術進行工業(yè)數(shù)據(jù)通訊， RPR技術是IEEE 802.17工作組于2004年6月正式推出的802.17協(xié)議的核心。 其采用的是一種雙向環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，支持雙環(huán)同時工作和備份的方式，并且提供動 態(tài)網(wǎng)絡拓撲發(fā)現(xiàn)和修正的特性，具有高可靠性的瞬間自愈功能。
參見圖1，工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)10包括工業(yè)控制中心101、多個工業(yè)現(xiàn)場設 備102和多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103，其中，
工業(yè)現(xiàn)場設備102包括有變壓器、工控采集/監(jiān)視器等，該工業(yè)現(xiàn)場設備 102可以通過以太網(wǎng)如局域網(wǎng)中接入業(yè)務接口 11的路由器、交換機與工業(yè)數(shù) 據(jù)總線設備103相通訊或直接通過接入業(yè)務接口 11與工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103 相通訊。
工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103優(yōu)選采用了鋁金屬外殼進行金屬屏蔽，并且該鋁金 屬外殼接地，以抵抗如變壓器等高頻的工業(yè)現(xiàn)場設備102產(chǎn)生的電磁干擾，保 證工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103工作的穩(wěn)定性。所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103包括有多 個業(yè)務接口 11、兩個物理層接口 12和網(wǎng)管接口 13，由于工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備 103的鋁金屬外殼采用抽插式設計，所述業(yè)務接口 11可以方便去除或增加。 本發(fā)明中，所述業(yè)務接口ll包括RS232接口、 RS485接口、 RS422接口和/ 或以太網(wǎng)接口，由此，工業(yè)數(shù)據(jù)如以太網(wǎng)業(yè)務數(shù)據(jù)、RS485/ RS232業(yè)務數(shù)據(jù) 可以通過所述業(yè)務接口 U。優(yōu)選的，所述多個業(yè)務接口 11集中在一個DB9 接頭上。物理層接口 12優(yōu)選地采用FC型光纖連接器，并且通過橡膠圈來對 工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103進行密封。網(wǎng)管接口 13優(yōu)選采用RJ45接口。
在工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)10中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103的兩個物理層接 口 12分別通過兩條雙向總線，如兩條電以太網(wǎng)總線或光纖等與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口 12對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備
103的一個或多個業(yè)務接口 11連接有所述工業(yè)控制中心101或工業(yè)現(xiàn)場設備 102以通過所述物理層接口 12接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。參見圖1，所述彈性 分組環(huán)網(wǎng)絡是雙向環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，包括內(nèi)環(huán)和外環(huán)，所述內(nèi)環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸方向是順 時針，外環(huán)的數(shù)據(jù)傳輸方向是逆時針。每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103在環(huán)上有兩 個方向可以到達另一工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103。環(huán)上的每一根總線上既可發(fā)送工 業(yè)數(shù)據(jù)又可傳輸控制信號，控制信號不依靠反向光纖，因此，也支持單纖組環(huán)。 彈性分組環(huán)網(wǎng)絡故障自愈能力非常強，當工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103之間的鏈路出 現(xiàn)故障時，工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103在內(nèi)部把內(nèi)外環(huán)連接在一起，重新形成一個 新的環(huán)網(wǎng)，工業(yè)數(shù)據(jù)可以在該新的環(huán)網(wǎng)上進行通訊。工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)10可 以根據(jù)需要可以連接3 — 255個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103至彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。工 業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103支持即插即用功能，可根據(jù)需要加入彈性分組環(huán)網(wǎng)絡或退 出彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103加入彈性分組環(huán)網(wǎng)絡時無須太多設 置過程，主要采用以下方式
1、 對RPR地址、網(wǎng)管MAC地址、RS232端口識別地址進行統(tǒng)一處理以 簡化設備識別。
2、 工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103設置簡潔的地理位置信息，以供網(wǎng)管中心通訊 使用。
3、 作為分節(jié)點的工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103介入后主動請求學習彈性分組環(huán) 網(wǎng)絡上匯聚點的MAC地址，并發(fā)送本設備的地理位置信息。作為匯聚點的工 業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103負責收集維護各個分接點的信息，并植入SNMP (Simple Network Management Protocol,簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議)私有節(jié)點中，供網(wǎng)管中心 識別并處理網(wǎng)絡拓撲。
參見圖2，工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103在鋁金屬外殼內(nèi)具有一 PCB板，該PCB 板的厚度優(yōu)選為2.0MM，并且表面鋪銅電源/地以改善電源特性，該PCB板具 體包括有彈性分組環(huán)處理模塊1031、網(wǎng)管MCU (Micro-Control Unit,微控制 單元)1032、保護模塊1033和電源模塊1034，該彈性分組環(huán)處理模塊1031、 網(wǎng)管MCU 1032、保護模塊1033和電源模塊1034均采用工業(yè)級溫度適應范圍 器件和低功耗元件，其中，
彈性分組環(huán)處理模塊1031通過低功耗的FPGA (Field Programmable Gate
Array,低功耗現(xiàn)場可編程門陣列)芯片進行編程實現(xiàn)，其集成了有環(huán)自愈、 業(yè)務等級分配、時鐘同步、公平算法、以太網(wǎng)和RS485/232封裝等RPR功能， 網(wǎng)管功能、數(shù)據(jù)接收發(fā)送功能等。具體而言，彈性分組環(huán)處理模塊1031如圖 2所示，包括通用異步接收/發(fā)送單元201、網(wǎng)絡管理單元202、兩個物理層 接口單元203、彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204、彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元205和 彈性分組環(huán)控制單元206，其中，
通用異步接收/發(fā)送單元201，簡稱為UART，與業(yè)務接口ll和彈性分組 環(huán)協(xié)議處理單元204相連，用于接收業(yè)務接口 11和彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元 204發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)或發(fā)送工業(yè)數(shù)據(jù)至業(yè)務接口 11和彈性分組環(huán)協(xié)議處理單 元204。
網(wǎng)絡管理單元202，通過CSO總線和CS1總線與網(wǎng)管MCU 1032相通訊， 網(wǎng)絡管理單元202通過CSO總線通知網(wǎng)管MCU 1032對FPGA芯片進行配置， 網(wǎng)管MCU 1032經(jīng)由CS1總線和網(wǎng)絡管理單元202向彈性分組環(huán)網(wǎng)絡上發(fā)送 網(wǎng)管信息。
兩個物理層接口單元203，分別對應連接所述兩個物理層接口 12以接入 彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，并與彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元204相連接，用于實現(xiàn)RPR 協(xié)議規(guī)定的物理層功能，對來自物理層接口 12的工業(yè)數(shù)據(jù)進行2層封包的業(yè) 務識別、優(yōu)先等級分類和時鐘同步。
彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204，分別連接到彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元205、 彈性分組環(huán)協(xié)議控制單元206和業(yè)務接口 11，用于將工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分 組環(huán)幀，和/或，用于將彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)。
參見圖3，以串口信息B的工業(yè)數(shù)據(jù)為例，當串口信息B到達彈性分組環(huán) 幀轉(zhuǎn)換單元204時，彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204根據(jù)IEEE802.3u標準將所述 工業(yè)數(shù)據(jù)進行以太網(wǎng)成幀處理，此時工業(yè)數(shù)據(jù)封裝為工業(yè)數(shù)據(jù)普通媒體訪問控 制幀，彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204再將工業(yè)數(shù)據(jù)普通媒體訪問控制幀轉(zhuǎn)換為圖 4所示的RPR幀格式即802.17MAC幀格式，包括PREAMBLE (幀引導頭)、 SFD (幀起始字段)、DA (對方RPR地址)、SA (自身RPR地址)、Length/Type (長度/類型)、BT (DATA字段的第一個Byte，用于指示Type內(nèi)容)、DATA l n (數(shù)據(jù))、PAD (填充字段)、FCS (校驗碼)和EXTENSION (擴展)， 其中，BT進一步由Manage/RS232 (RS232業(yè)務信息)、PORT n (數(shù)據(jù)接口
信息)、MCUreg (MCU網(wǎng)管信息)和R/W組成。彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204 根據(jù)以太網(wǎng)幀的BT分離RS232業(yè)務信息、MCU網(wǎng)管信息和數(shù)據(jù)接口信息， 但不改變RS232通道的BT。另一方向，把三種類型接口信息作RPR封包處 理并傳輸。
彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元205，用于對彈性分組環(huán)幀進行彈性分組環(huán)協(xié)議 處理即實現(xiàn)彈性分組環(huán)網(wǎng)絡環(huán)路的基本控制。彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元205 對業(yè)務交換采用分組式ADM (Add Dr叩Multiplexer,分插復用器)體系。主 要完成3個功能
1 、將工業(yè)數(shù)據(jù)流加入到環(huán)路中去(Added--上環(huán))；
2、 將目的地為本節(jié)點的數(shù)據(jù)流從環(huán)路中取出來，若是單播數(shù)據(jù)，則從環(huán) 上"剝離"(Dropped—下環(huán))；
3、 直接把數(shù)據(jù)流從環(huán)路的一段前傳到另一段上(Passed Through--過環(huán))。 由此，工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103可以像SDH ADM那樣不用處理那些前傳的
數(shù)據(jù)流，系統(tǒng)10的處理性能可大大提高，可以很容易升級到更高數(shù)據(jù)速率。
彈性分組環(huán)控制單元206，用于控制所述彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元205進 行彈性分組環(huán)協(xié)議處理。
網(wǎng)管MCU 1032，與網(wǎng)絡管理單元202和網(wǎng)管接口 13相連，并且網(wǎng)管接 口 13連接網(wǎng)絡管理中心，用于在網(wǎng)絡管理中心的控制下對工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備 103進行配置、監(jiān)控和檢測。網(wǎng)管MCU 1032的串口波特率在19.2Kbps以下， 而網(wǎng)管信息較簡單，總流量較少，有500Kbps帶寬足夠。MCU 1032直接通訊 對象為匯聚點CPU，通過8bits并行總線進行，邏輯上是匯聚點CPU總線上的 外設，采用以太網(wǎng)格式進行通訊。初始配置通過本地RS232網(wǎng)管接口 13完成。 本發(fā)明中，網(wǎng)管信息采用基于2層模型的邏輯結(jié)構(gòu)，簡化環(huán)上的管理資源，一 個環(huán)只需要一個IP地址，分節(jié)點用單一 MAC地址進行識別。
保護模塊1033，用于對所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103進行過壓保護、防雷 保護、電磁屏蔽和接口保護。
本發(fā)明中，所述保護模塊1033進一步包括過壓保護單元、防雷保護單 元、電源保護單元和電磁屏蔽單元，其中，
過壓保護單元，用于對業(yè)務接口 11 (主要是RS232接口)進行過壓保護， 以保證現(xiàn)有的工業(yè)設備10不會因彈性分組環(huán)網(wǎng)絡中新接入的工業(yè)數(shù)據(jù)總線設
備103而引起工業(yè)設備103的可靠性問題。
防雷保護單元，內(nèi)置有防雷器，用于對工業(yè)設備103尤其是RS232接口 進行二級防雷保護。
電源保護單元，用于保護電源模塊1034中的供電電源，其由包括自恢復 型保險絲的電路來實現(xiàn)，以免去工程更換的維護麻煩。
電磁屏蔽單元，主要是對電源模塊103提供的工作電源進行工頻濾波等以 抵抗工業(yè)設備103外其他設備或環(huán)境的干擾。
電源模塊1034，用于提供供電電源以供所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103進行 運作。所述電源模塊1034內(nèi)置有AC—DC(交直流)電源，電源輸出為5V3A， 經(jīng)穩(wěn)壓器如LDO (Low Dropout Regulator,低壓差線性穩(wěn)壓器)穩(wěn)壓后供工業(yè) 設備103使用。工業(yè)設備103所有電路最大工作電壓為3JV。
優(yōu)選的，該電源模塊1034可外接6V蓄電池作為后備電源，以免配電網(wǎng) 斷電時仍能進行運作，正常供電時，電池可以自動充電。
本發(fā)明，工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103具有通風孔以進行散熱，而無需散熱風扇。
圖5是本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的實現(xiàn)方法流程圖，結(jié)合圖1所示 的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)10進行描述，該方法包括
步驟S501，工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)送步驟； 一工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103從其所屬的一 業(yè)務接口 ll接收到一連接到該業(yè)務接口 11上的工業(yè)現(xiàn)場設備102所發(fā)送的工 業(yè)數(shù)據(jù)時，將所述工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，并進行RPR協(xié)議處理后通 過其中一物理層接口 12將所述彈性分組環(huán)幀發(fā)送至彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。
所述工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀的處理過程可參考圖3，彈性分組環(huán)幀 轉(zhuǎn)換單元204根據(jù)正EE802.3u標準將所述工業(yè)數(shù)據(jù)進行以太網(wǎng)成幀處理，此 時工業(yè)數(shù)據(jù)封裝為工業(yè)數(shù)據(jù)普通媒體訪問控制幀，彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元204 再將工業(yè)數(shù)據(jù)普通媒體訪問控制幀轉(zhuǎn)換為圖4所示的RPR幀格式即802.17 MAC幀格式。
步驟S502，工業(yè)數(shù)據(jù)接收步驟；當一工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備103通過彈性分 組環(huán)網(wǎng)絡從其所屬的一物理層接口 12接收到彈性分組環(huán)幀時，對彈性分組環(huán) 幀進行RPR協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場 設備102接收。
綜上可知，提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心，多個工業(yè)現(xiàn)場設
備和多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備具有彈性分組環(huán)功能，包 括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，其中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物 理層接口分別通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接 組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工 業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的業(yè)務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。 借此，本發(fā)明提供的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)和設備根據(jù)彈性分組環(huán)協(xié)議進行工業(yè)數(shù) 據(jù)通訊，從而滿足了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的高抗干擾性、可靠性、實時性以及多業(yè)務 性的要求，并且提高了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的處理性能。
當然，本發(fā)明還可有其它多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情 況下，熟悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但 這些相應的改變和變形都應屬于本發(fā)明所附的權(quán)利要求的保護范圍。
權(quán)利要求
1、一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備，其特征在于，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)還進一步包括多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，其中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層接口分別通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的業(yè)務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；當所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備從其所屬的一業(yè)務接口接收到一連接到該業(yè)務接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備將所述工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層接口將所述彈性分組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；和/或當所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡從其所屬的一物理層接口接收到彈性分組環(huán)幀時，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備對所述彈性分組環(huán)幀進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設備接收。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)數(shù) 據(jù)總線設備包括彈性分組環(huán)處理模塊，位于一低功耗現(xiàn)場可編程門陣列芯片上，用于對所 述工業(yè)數(shù)據(jù)進行業(yè)務識別、優(yōu)先等級分類，時鐘同歩，幀轉(zhuǎn)換和彈性分組環(huán)協(xié) 議處理；保護模塊，用于對所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進行過壓保護、防雷保護、電磁 屏蔽和接口保護；電源模塊，用于提供供電電源以供所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進行運作。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述彈性分 組環(huán)處理模塊進一步包括物理層接口單元，對應所述物理層接口，用于對來自所述物理層接口的工 業(yè)數(shù)據(jù)進行業(yè)務識別、優(yōu)先等級分類和時鐘同步。彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換單元，用于將工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，和/或，用于將彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)；彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元，用于對彈性分組環(huán)幀進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理；彈性分組環(huán)控制單元，用于控制所述彈性分組環(huán)協(xié)議處理單元進行彈性分 組環(huán)協(xié)議處理。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備進一歩包括網(wǎng)管接口，用于連接網(wǎng)絡管理中心和網(wǎng)管微控制單元；網(wǎng)管微控制單元，用于在所述網(wǎng)絡管理中心的控制下對所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線 設備進行配置、監(jiān)控和檢測。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述業(yè)務接口包括RS232接口、 RS485接口、 RS422接口和/或以太網(wǎng)接口 。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個物 理層接口采用FC型光纖連接器和橡膠圈。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)數(shù) 據(jù)總線設備通過鋁金屬外殼進行金屬屏蔽，并且該鋁金屬外殼接地。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線控制系統(tǒng)，其特征在于，所述工 業(yè)數(shù)據(jù)總線控制系統(tǒng)所包括的工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備個數(shù)在3和255的范圍之間。
9、 一種應用于如權(quán)利要求1 8任意一項所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的工業(yè) 數(shù)據(jù)總線設備，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備， 其特征在于，所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口 ， 其中，所述兩個物理層接口分別通過兩條雙向總線與其它所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設 備的物理層接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，所述多個業(yè)務接口連接有所述工業(yè) 控制中心或工業(yè)現(xiàn)場設備，以所述工業(yè)控制中心或工業(yè)現(xiàn)場設備通過所述物理 層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備用于在從其所屬的一業(yè)務接口接收到一連接到該 業(yè)務接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，將所述工業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性 分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層接口將所述彈性分 組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；和/或，用于在通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡 從其所屬的一物理層接口接收到彈性分組環(huán)幀時，對所述彈性分組環(huán)幀進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設備 接收。
10、 一種如權(quán)利要求1 8任意一項所述的工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的實現(xiàn)方法，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)包括工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備，其特征在于，該工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)還進一步包括多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備包括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層接口分別通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，并且所述工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入所述多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的業(yè)務接口以通過所述物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；所述方法包括如下A、 工業(yè)數(shù)據(jù)發(fā)送步驟； 一所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備從其所屬的一業(yè)務接口 接收到一連接到該業(yè)務接口上的工業(yè)現(xiàn)場設備所發(fā)送的工業(yè)數(shù)據(jù)時，將所述工 業(yè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為彈性分組環(huán)幀，并進行彈性分組環(huán)協(xié)議處理后通過其中一物理層 接口將所述彈性分組環(huán)幀發(fā)送至所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡；B、 工業(yè)數(shù)據(jù)接收步驟； 一所述工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備通過所述彈性分組環(huán)網(wǎng) 絡從其所屬的一物理層接口接收到彈性分組環(huán)幀時，對所述彈性分組環(huán)幀進行 彈性分組環(huán)協(xié)議處理，并將所述彈性分組環(huán)幀轉(zhuǎn)換為工業(yè)數(shù)據(jù)以供工業(yè)現(xiàn)場設 備接收。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)，包括工業(yè)控制中心、多個工業(yè)現(xiàn)場設備和多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備具有彈性分組環(huán)功能，包括有多個業(yè)務接口和兩個物理層接口，其中，每個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的兩個物理層接口分別通過兩條雙向總線與其它工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的物理層接口對接組成彈性分組環(huán)網(wǎng)絡，工業(yè)控制中心和多個工業(yè)現(xiàn)場設備接入多個工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備的業(yè)務接口以通過物理層接口接入所述彈性分組環(huán)網(wǎng)絡。同時本發(fā)明還相應地公開了一種工業(yè)數(shù)據(jù)總線設備和工業(yè)數(shù)據(jù)總線系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。借此，本發(fā)明滿足了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的高抗干擾性、可靠性、實時性以及多業(yè)務性的要求，并且提高了工業(yè)數(shù)據(jù)通訊的處理性能。
文檔編號H05K9/00GK101350757SQ200810118539
公開日2009年1月21日 申請日期2008年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月18日
發(fā)明者徐名建 申請人:東莞市金之橋通訊科技有限公司