一种基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡

摘要

本发明涉及一种基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡。所述系统包括：微处理器，从站控制器，数据仲裁电路模块，光耦隔离器A，光耦隔离器B，模拟量输出回采电路模块A，模拟量输出回采电路模块B。从站通过EBUS接收到数据后，通过SPI总线发送到微处理器，然后微处理器通过SPI将数据发送到数据仲裁模块，最后数据仲裁电路模块根据配置信息将数据分别通过SPI总线，经由光耦隔离器，接收模拟量输出回采电路模块的回采数据和发送模拟量输出回采电路模块的输出数据，同时将诊断信息发送给微处理器。所述板卡采用国产器件，具有较好的自主可控性。所述板卡提供冗余输出通道，可靠性更高。所述板卡实时回采输出信号，可控性更高。

说明书

技术领域

本发明属于EtherCAT（以太网控制自动化技术）领域，具体涉及一种工业实时以太网EtherCAT模拟量从站板卡。

背景技术

EtherCAT是一种基于以太网的现场总线，具有实时性高、拓扑结构灵活、系统可配等特点。随着工业实时性要求的提高，已得到越来越多的应用。授权号为CN201621134318.X的专利，公开了一种EtherCAT电压模拟信号输出模块，包括EIM4014模块的侧面上设有电源指示灯、P#IN连接、通信指示灯、LED指示灯、外接电阻、保险管、EtherCAT状态指示灯、P#OUT连接、通信指示灯、PBUS模块信号总线、插拔端子、24V触点、0V触点，所述EIM4014模块的底部设有DIN导轨，所述EIM4014模块上设有电源指示灯，所述电源指示灯的下方设有P#IN连接、通信指示灯，所述电源指示灯、P#IN连接、通信指示灯的右侧设有EtherCAT状态指示灯，所述EtherCAT状态指示灯的下方设有P#OUT连接、通信指示灯，所述P#IN连接、通信指示灯、P#OUT连接、通信指示灯的下方设有插拔端子，所述插拔端子的右侧外壁上设有PBUS模块信号总线，所述EIM4014模块的右侧下方设有24V触点，所述24V触点下方设有0V触点。由于该专利无法获取输出信号实际状况信息，且无冗余功能，因此现场安全性低。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种基于国产微处理器的实时以太网EtherCAT冗余模拟量输出板卡。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡，包括：微处理器，从站控制器，数据仲裁电路模块，光耦隔离器A，光耦隔离器B，模拟量输出回采电路模块A，模拟量输出回采电路模块B。其中，

所述微处理器实现所述EtherCAT从站应用层协议，通过SPI总线与所述从站控制器通信，响应从站协议数据包。通过SPI总线与数据仲裁电路通信，输出模拟量码值，输入现场诊断数据；

所述从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议，通过SPI总线与所述微处理器通信；

所述数据仲裁电路模块实现模拟量数据的仲裁及诊断，通过SPI总线与所述微处理器通信相连，通过SPI总线A和所述光耦隔离器A相连，通过SPI总线B和所述光耦隔离器B相连；

所述光耦隔离器A连接所述数据仲裁电路模块和模拟量输出回采电路模块A，将现场端和系统端进行电气隔离；

所述光耦隔离器B连接所述数据仲裁电路模块和模拟量输出回采电路模块B，将现场端和系统端进行电气隔离；

所述模拟量输出回采电路模块A实现模拟量输出及回采，通过SPI总线C与所述光耦隔离器A连接；

所述模拟量输出回采电路模块B实现模拟量输出及回采，通过SPI总线D与所述光耦隔离器B连接；

进一步地，所述从站控制器输出中断请求信号至所述微处理器，所述微处理器通过此中断信号响应EtherCAT通信的各种协议应用层事件中断及时钟同步中断；所述从站控制器输出两个信号至所述微处理器，用于判断现场数据输出是否有效；

进一步地，所述从站控制器至少提供2个通信接口，所述通信接口的物理层都采用EBUS低压差分形式，数据流从其中一个通信接口EBUS0输入，从另一个通信接口EBUS1输出；

进一步地，所述从站控制器采用ET1100或ET1200；

进一步地，所述微处理器采用SPARC V8；

进一步地，所述数据仲裁电路模块采用FPGA；

进一步地，所述模拟量输出回采电路模块A由模拟量输出电路A和模拟量回采电路A组成；

进一步地，所述模拟量输出回采电路模块B由模拟量输出电路B和模拟量回采电路B组成。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）本发明每个模拟量输出通道均有对应的模拟量回采通道，可实时回采模拟量数据，设备稳健性高；

（2）本发明采用光耦隔离器实现现场侧与系统侧的电气隔离，提高了从站系统抗电磁干扰的能力；

（3）本发明有2个独立的模拟量输出回采电路模块A和B，可实现冗余输出功能；

（4）本发明数据处理通过微处理器和数据仲裁模块配合实现，其中数据仲裁模块负责数据的预处理，从而减少微处理器工作量，模块数据处理效率高。

附图说明

图1为基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡的组成框图；

图2为基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡数据仲裁电路内部逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

一种基于国产CPU带回采诊断功能的冗余模拟量输出板卡的组成框图，其组成框图如图1所示，微处理器，从站控制器，数据仲裁电路模块，光耦隔离器A，光耦隔离器B，模拟量输出回采电路模块A，模拟量输出回采电路模块B。

从站控制器实现EtherCAT从站物理层及数据链路层协议。从站控制器采用ET1100或ET1200，本实施例采用ET1200。ET1200的工作模式为00模式，两个通信接口的物理层都采用EBUS形式（德国倍福公司使用的LVDS的数据传输标准），数据流从EBUS0输入，从EBUS1输出。从站控制器读取EEPROM上的配置信息。

微处理器用于实现EtherCAT从站应用层协议。本实施例的微处理器采用国产SPARC V8型32位CPU，通过SPI总线与ET1200、数据仲裁电路模块通信。CPU通过16位数据地址总线外扩静态随机存取存储器SRAM和闪存只读存储器FLASH。

模拟量输出回采电路模块由模拟量输出电路和模拟量回采电路两部分组成。其中模拟量输出电路接收SPI总线上的数据，将数字量信号转换成模拟量信号输出；模拟量回采电将输出模拟量信号回采，转换为数字量信号通过SPI总线传输到系统侧。

数据仲裁电路模块用于实现数据预处理功能。本实施例的数据仲裁电路采用国产FPGA，通过SPI总线与微处理器、光耦隔离电路连接。一方面数据仲裁电路模块接收微处理器的数据，经过解码编码，将数据通过SPI总线A和SPI总线B分别发送到所述光耦隔离器A和所述光耦隔离器B。另一方面数据仲裁电路模块在接收到光耦隔离器发送回来的回采数据后，进行一定的判断处理，然后发送诊断字给所述微处理器。

如图2所示进一步地，数据仲裁内部逻辑关系如下：

1、上电初始化；

2、接收微处理器数据

3、 判断是否为配置信息，如果是存储配置信息，如果不是判断是否为数据；

4、 如果判断是数据，则进行冗余判断，否则状态回到接收微处理器数据状态；

5、判断为冗余输出则进行冗余输出操作，否则进行非冗余输出；

6、最后判断是否需要诊断；

7、 如果需要则计算存储诊断信息，否则状态回到接收微处理器数据状态；

光耦隔离器用于实现现场侧与系统侧的电气隔离，提高系统抗电磁干扰的能力。

模拟量输出回采电路模块实现模拟量信号的输出和模拟量回采功能。本实施例由模拟量输出电路和模拟量回采电路两部分组成，其中模拟量输出电路负责通过SPI接收数字量信号并转换为模拟量进行输出，模拟量回采电路负责实时采集模拟量信号并转换为数字信号通过SPI总线发送到所述光耦隔离器。

本发明不限于上述实施方式，本领域技术人员所做出的对上述实施方式任何显而易见的改进或变更，都不会超出本发明的构思和所附权利要求的保护范围。