专利名称：现场总线网络控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及自动化系统，具体地说是一种用于过程自动化或制造自动化现场设备互连通信网络的现场总线网络控制器。
在现有技术中，现场总线控制系统为基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统，其中主要是集散控制系统(DCS)，DCS是采用一个或多个“控制单元”对多回路进行控制，其控制部分分散到一些控制板上，每个控制板上有多个回路。在DCS系统形成的过程中，由于受计算机系统早期存在的系统封闭这一缺陷的影响，各厂家的产品自成体系，不同厂家的设备不能互连在一起，这种基于封闭、专用的解决方案难以实现互换与互操作，组成更大范围信息共享的网络系统存在很多困难。
为了克服通信由专用网络的封闭系统来实现所造成的缺陷，本发明的目的是提供一种基于公开化、标准化的解决方案，即可以把来自不同厂商而遵守同一协议规范的自动化设备，通过现场总线网络连接成系统，实现综合自动化的各种功能的现场总线网络控制器，它把DCS集中与分散相结合的集散系统结构，变成了新型全分布式结构，把控制功能彻底分散到现场，依靠现场智能设备本身便可实现基本控制功能。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是硬件结构包括一中央处理器(CPU)；一双口存储器(DPRAM)，完成所述中央处理器(CPU)和所述连接的计算机中央处理器之间访问；
一随机存储器(RAM)，作为所述中央处理器(CPU)与现场总线进行通讯的内存；一可编程只读存储器(EPROM)，存放控制程序；一标准ISA接口电路，与标准PC或工业PC机插接，连接计算机；一符合现场总线H1标准的现场总线接口，提供标准的31.25K的现场总线访问连接；其中所述控制程序由现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、系统管理模块(SM)、网络管理模块(NM)、数据链路层模块(DLL)和链路活动调度器(LAS)组成，现场总线报文规范模块(FMS)经主机卡访问模块中的双口存储器(DPRAM)、通过主机驱动程序与上位机连接，又分别与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯；数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯，又经现场总线驱动模块(ICDriver)输出至现场总线接口；网络管理模块(NMA)与现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)均有通讯连接关系；所述现场总线报文规范模块(FMS)规定了消息发送的格式及协议的行为，提供上下文管理、对象字典服务、变量访问、事件服务、上载/下载服务、程序调用六种服务，具体流程为处理经主机卡访问模块下传数据时，取双口存储器(DPRAM)中的用户数据，对用户数据进行认定，如果数据正确，进行编码，发送给现场总线报文规范模块(FMS)协议数据单元，否则给出出错报告；处理现场总线报文规范模块(FMS)协议数据单元传上来的数据时，先解码，判断是否发给用户，如判断结果为发给用户，则执行操作；若判断结果为不发给用户则实现服务，应经确认的则发确认命令，未经确认的则结束程序；
所述现场总线访问子层模块(FAS)负责为上层现场报文规范模块(FMS)提供信息传递通路，包括三种应用协议机对应三种不同的虚拟通信关系，即客户/服务器方式、发布者/订阅者方式、报告分发方式，其中报告分发方式的通讯应用队列的、用户触发的单向方式(QUU)应用协议机；客户/服务器方式方式应用队列的、用户触发的双向方式(QUB)应用协议机；发布者/订阅者方式应用缓冲区的、网络触发的单向方式应用协议机(NBU)；其流程为来自现场总线报文规范模块(FMS)的信息，通过现场总线访问子层模块(FAS)服务协议机提供对不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块(DLL)映射协议机提供与数据链路层模块(DLL)的通讯；所述系统管理模块(SM)完成地址分配、标志定位及应用时钟同步功能，具体流程为首先从系统管理管道中取数据，然后判断取数状态成功与否，如果没成功回到系统管理管道，如果成功则判断何种原语，若有请求原语，则判断服务请求种类，其中判断式为系统管理设置物理设备标记，系统管理设定地址，系统管理地址清除，系统管理请求标识，系统管理标记查询，系统管理标记应答，系统管理配置参数的设置；如果不是请求原语，判断有无指示原语，无指示原语则回到系统管理中取数据，有指示原语，对数据链路层送来的协议数据单元(PDU)解码，分列情况进行响应，具体为判断式为系统管理时间修订，系统管理查询标记指示，系统管理应答标记指示，系统管理标记查询指示，系统管理设置物理设备标记应答，系统管理谁有物理设备标记应答，系统管理设定地址应答，系统管理使能应答，系统管理清除地址应答；所述网络管理模块(NM)负责管理现场总线网络的组态参数，通过为组态参数赋值，实现不同的网络功能；所述网络管理模块(NM)，具体流程为从网络配置取数据至网络管理代理，由网络管理代理分别通过现场总线报文规范模块(FMS)层管理实体、现场总线访问子层模块(FAS)层管理实体、现场总线数据链路层模块(DLL)层管理实体、现场总线物理层(PHY)即现场总线接口电路的层管理实体进行通讯来管理被管对象，另外还通过现场总线报文规范模块(FMS)的请求或响应与网络管理员联系；所述数据链路层模块(DLL)控制消息在现场总线上的传输，它保障各种消息及时、准确地送到目的地，这种传输分为两种，即调度的传输和非调度的传输，调度的传输按预先设定的时间表，让现场仪表周期性地传递测量及控制信息；非调度的传输用于在调度时间以外传递操作员控制控制信息、报警信息、应答信息；其中包括现场总线链路活动调度器(LAS)，负责现场总线各设备的调度、协调，保证各设备在无冲突破性的条件下运行，同时保证各设备有相同的时间基准，进而能实时运行；数据链路层模块(DLL)具体流程为在发送方，应用层进程向下的数据流为请求或响应，经过A发送过程的处理，形成数据链路层协议数据单元(DLPDU)放入非调度请求队列(Q(US))，在收到授权令牌(PT)后，发出最早放入队列且优先级最高的数据链路层协议数据单元(DLPDU)，每个数据链路层协议数据单元(DLPDU)都有一个在时间集中的定时器与之对应，若在收到授权令牌(PT)前该定时器超时，则进行一系列操作，如断开连接，该数据链路层协议数据单元(DLPDU)发出后，若需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，如果数据链路层收到强制发送令牌(CD)，则从发送缓冲区中取出用户数据，形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)后直接发往物理层，而不发往非调度请求队列(Q(US))，在接收方，收到的数据链路层协议数据单元(DLPDU)经过B接收过程的处理后，生成指示或确认发送给应用层进程；所述现场总线链路活动调度器(LAS)的流程为判断下次发强制发送令牌(CD)的时间是否够，如果够则发送授权令牌(PT)，否则等待发送强制令牌(CD)，时间到发送，无论是发送那种令牌，发完后都返回到下一次判断，以此循环；其中发送强制令牌(CD)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的调度表发送，发送授权令牌(PT)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的设备列表发送；在所述A处理过程中，经过请求或响应判断后，根据不同的情况进行处理。具体地说，若收到的是建立连接(EC)请求，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是强制服务请求，则形成强制发送类数据链路层协议数据单元(CD DLPDU)发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是连接的数据请求，则形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯，当该请求发往数据链路服务访问点(DLSAP)或与队列相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送队列中取出用户数据，与已生成的数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)控制祯合在一起形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))，当该请求发往与缓冲区相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送缓冲区中取出用户数据，与已生成的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯合在一起形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是无连接的数据请求，则从发送队列中取出用户数据，形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯，发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是建立连接响应，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))；在所述B处理过程中，经过数据链路层协议数据单元(DLPDU)判断后，根据不同的情况进行处理，具体地说，若收到的是建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)，则当连接已建立时，向应用层发送建立连接确认，并形成不带用户数据的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往输出数据流；当连接未建立时，向应用层发送建立连接指示；若收到的是删除类的数据链路层协议数据单元(DC DLPDU)，则向应用层发断开连接指示；若收到的是数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，则向应用层发数据指示，且根据相关联的是接收队列或接收缓冲区，分别将数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是强制发送类数据链路层协议数据单元(CD DLPDU)，则从发送缓冲区取数据重发发送缓冲区内容，形成带用户数据的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))；所述现场总线报文规范模块(FMS)经主机卡访问模块中的双口存储器(DPRAM)、主机驱动程序，且通过控制过程中的对象连接与过程的嵌入(OPC)驱动程序与上位机连接。
本发明具有如下优点1.应用范围广。本发明主要应用在工业过程自动化和工业制造自动化领域，它的应用行业相当广泛，包括冶金、化工、电力、制药、造纸等相关行业，其突出的优势在自动化过程控制领域。
2.具有分散控制特点。本发明废弃了DCS的输入/输出单元和控制站，把DCS控制站的控制功能和DCS的输入/输出功能分散到网络上的现场设备，从而构成虚拟控制站，控制回路由现场设备实现，从而实现彻底的分散控制，体现了系统结构的高度分散性。
3.具有自动化综合能力。本发明突破了DCS系统中通信由专用网络的封闭系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接来实现所造成的弊端，把基于封闭、专用的解决方案变成了基于公开化、标准化的解决方案，由于采用了智能现场设备，能够把原先DCS系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备，便于将规范的自动化设备通过现场总线网络连成系统，实现综合自动化的各种功能。
4.具有系统的开放性。开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其它设备或系统连接。通信协议一致公开，各个不同厂家的设备之间可实现信息交换。本发明致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统，用户可按自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品组成大小随意的系统，通过本发明构筑自动化领域的开放互连系统。
5.具有互操作性与互用性。本发明的互操作性，是指实现互连设备间、系统间的信息传送与沟通；而互用则意味着不同生产厂家的性能类似的设备可实现相互替换。
6.具有现场设备的智能化与功能自治性。本发明将传感测量、补偿计算、工程量处理与控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，并可随时诊断设备的运行状态。
7.具有对现场环境的适应性。本发明工作在生产现场前端，作为工厂网络底层的现场总线，是专为现场环境而设计的，可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。
另外，由于本发明以上特点，特别是现场总线系统结构的简化，使控制系统从设计、安装到正常运行及其检修维护，都体现出优越性。如8.节省硬件数量与投资。由于本发明分散在现场的智能设备能直接执行多种传感控制报警和计算功能，因而可减少变送器的数量，不再需要单独的调节器、计算单元等，也不再需要DCS系统的信号调理、转换、隔离等功能单元及其复杂连接，还可以用工控PC机作为操作站，从而节省了一大笔硬件投资，并可减少控制室的占地面积。
9.节省安装费用。本发明的接线十分简单，一对双绞线或一条电缆上通常可挂接多个设备，因而电缆、端子、槽盒、桥架的用量大大减少，连线设计与接头校对的工作量也大大减少。当需要增加现场控制设备时，无需增设新的电缆，可就近连接在原有的电缆上，既节省了投资，也减少了设计、安装的工作量。
10.节省维护开销。由于本发明具有自诊断与简单故障处理的能力，并通过数字通讯将相关的诊断维护信息送往控制室，用户可以查询所有设备的运行，诊断维护信息，以便早期分析故障原因并快速排除，缩短了维护停工时间，同时由于系统结构简化，连线简单而减少了维护工作量。
11.用户具有高度的系统集成主动权。采用本发明用户可以自由选择不同厂商所提供的设备来集成系统。避免因选择了某一品牌的产品而被“框死”了使用设备的选择范围，不会为系统集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使系统集成权牢牢掌握在用户手中。
12.提高了系统的准确性与可靠性。由于本发明的智能化、数字化，与模拟信号相比，它从根本上提高了测量与控制的精确度，减少了传送误差；同时，由于系统的结构简化，设备与连线减少，现场仪表内部功能加强，减少了信号的往返传输，提高了系统的工作可靠性。
图1为本发明硬件结构框图。
图2为本发明程序框图。
图3为本发明上微机接口结构框图。
图4为本发明现场总线报文规范模块(FMS)程序流程图。
图5为本发明现场总线访问子层模块(FAS)程序流程图。
图6为本发明系统管理模块(SM)程序流程图。
图7为本发明网络管理模块(NM)程序流程图。
图8为本发明数据链路层模块(DLL)程序流程图。
图9为图8中A过程处理程序流程图。
图10为图8中B过程处理程序流程图。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，本发明硬件特征包括一中央处理器(CPU)，本实施例采用i80386EX中央处理器；一双口存储器(DPRAM)，完成所述中央处理器(CPU)和所述连接的计算机中央处理器之间访问；一随机存储器(RAM)，作为所述中央处理器(CPU)与现场总线进行通讯的内存；一可编程只读存储器(EPROM)，存放控制程序；一标准ISA接口电路，与标准PC或工业PC机插接，连接计算机；一符合现场总线H1标准的现场总线接口，提供标准的31.25K的现场总线访问连接；其中如图2所示，所述控制程序由现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、系统管理模块(SM)、网络管理模块(NM)、数据链路层模块(DLL)和链路活动调度器(LAS)组成，现场总线报文规范模块(FMS)经主机卡访问模块中的双口存储器(DPRAM)、通过主机驱动程序与上位机应用程序连接，又分别与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯；数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯，又经现场总线驱动模块(ICDriver)输出至现场总线接口；网络管理模块(NMA)与现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)均有通讯连接关系；如图3、4所示，所述现场总线报文规范模块(FMS)，规定了消息发送的格式及协议的行为，提供上下文管理、对象字典服务、变量访问、事件服务、上载/下载服务、程序调用六种服务，具体流程为处理经主机卡访问模块下传数据时，取双口存储器(DPRAM)中的用户数据，对用户数据进行认定，如果数据正确，进行编码，发送给现场总线访问子层模块(FAS)，否则给出出错报告；处理现场总线报文规范模块(FMS)协议数据单元传上来的数据时，先解码，判断是否发给用户，如判断结果为发给用户，则执行操作；若判断结果为不发给用户则实现服务，应经确认的则发确认命令，未经确认的则结束程序；如图5所示，所述现场总线访问子层模块(FAS)负责向上层现场总线报文规范模块(FMS)提供信息传递通路(VCR)，包括三种应用协议机对应三种不同的虚拟通信关系，即客户/服务器方式(CLIENT/SERVER)、发布者/订阅者方式(PUBLISHER/SUBSCRIBER)、报告分发方式(SOURCE/SINK)，其中报告分发方式(SOURCE/SINK)的通讯应用队列的、用户触发的单向方1式(QUU)应用协议机；CLIENT/SERVER方式应用队列的、用户触发的双向方式(QUB)应用协议机；发布者/订阅者方式应用缓冲区的、网络触发的单向方式(BNU)应用协议机；其流程为来自现场总线报文规范模块(FMS)的信息，通过现场总线访问子层(FAS)服务协议机提供对不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块(DLL)映射协议机提供与数据链路层模块(DLL)的通讯。
如图6所示，所述系统管理模块(SM)完成地址分配、标志定位及应用时钟同步等功能，具体流程为首先从系统管理管道(pipe-SM)中取数据，然后判断取数状态成功与否，如果没成功回到系统管理管道(pipe-SM)，如果成功则判断何种原语，若是请求原语，则判断服务请求种类，其中判断式为系统管理设置物理设备标记，系统管理设定地址，系统管理地址清除，系统管理请求标识，系统管理标记查询，系统管理标记应答，系统管理配置参数的设置；如果不是请求原语，判断有无指示原语，无指示原语则回到系统管理(pipe-SM)中取数据，有指示原语，对数据链路层送来的协议数据单元(PDU)解码，分列情况进行响应，具体为判断式为系统管理时间修订，系统管理查询标记指示，系统管理应答标记指示，系统管理标记查询指示，系统管理设置物理设备标记应答，系统管理谁有物理设备标记应答，系统管理设定地址应答，系统管理使能应答，系统管理清除地址应答；如图7所示，所述网络管理模块(NM)负责管理现场总线网络的组态参数，通过为组态参数赋值，实现不同的网络功能；具体流程为从网络配置取数据至网络管理代理，由网络管理代理分别通过现场总线报文规范模块(FMS)层管理实体、现场总线访问子层模块(FAS)层管理实体、现场总线数据链路层模块(DLL)层管理实体、现场总线物理层(PHY)即现场总线接口电路的层管理实体进行通讯来管理被管对象，另外还通过现场总线报文规范模块(FMS)的请求或响应与网络管理员联系；如图8所示，所述数据链路层模块(DLL)控制消息在现场总线上的传输，它保障各种消息及时、准确地送到目的地，这种传输分为两种，即调度的传输和非调度的传输，调度的传输按预先设定的时间表，让现场仪表周期性地传递测量及控制信息；非调度的传输用于在调度时间以外传递操作员控制控制信息、报警信息、应答信息等；其中包括现场总线链路活动调度器(LAS)，负责现场总线各设备的调度、协调，保证各设备在无冲突破性的条件下运行，同时保证各设备有相同的时间基准，进而能实时运行；数据链路层模块(DLL)具体流程为在发送方，应用层进程向下的数据流为请求或响应，经过A发送过程的处理，形成数据链路层协议数据单元(DLPDU)放入非调度请求队列(Q(US))，在收到授权令牌(PT)令牌后，发出最早放入队列且优先级最高的DLPDU，每个DLPDU都有一个在时间集中的定时器与之对应，若在收到授权令牌(PT)前该定时器超时，则进行一系列操作，如断开连接，该DLPDU发出后，若需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，如果数据链路层受到强制发送令牌(CD)，则从发送缓冲区中取出用户数据，形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)后直接发往物理层，而不发往Q(US)，在接收方，收到的DLPDU经过B接收过程的处理后，生成指示或确认发送给应用层进程；如图11、图12、图13所示，所述现场总线链路活动调度器(LAS)的流程为判断下次发强制发送令牌(CD)的时间是否够，如果够则发送授权令牌(PT)，否则等待发送强制令牌(CD)，时间到发送，无论是发送那种令牌，发完后都返回到下一次判断，以此循环；其中发送强制令牌(CD)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的调度表发送，发送授权令牌(PT)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的设备列表发送；如图9所示，在所述A处理过程中，经过请求或响应判断后，根据不同的情况进行处理，具体地说，若收到的是建立连接(EC)请求，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)发往Q(US)；若收到的是强制服务请求，则形成强制发送类数据链路层协议数据单元(CD DLPDU)发往Q(US)；若收到的是连接的数据请求，则形成DT DLPDU控制祯，当该请求发往数据链路服务访间点(DLSAP)或与队列相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送队列中取出用户数据，与已生成的DT DLPDU控制祯合在一起形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))，当该请求发往与缓冲区相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送缓冲区中取出用户数据，与已生成的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯合在一起形成DT DLPDU，发往Q(US)；若收到的是无连接的数据请求，则从发送队列中取出用户数据，形成DT DLPDU控制祯，发往Q(US)；若收到的是响应(注只可能是建立连接响应)，则形成ECDLPDU，发往Q(US)；如图10所示，在所述B处理过程中，经过DLPDU判断后，根据不同的情况进行处理，具体地说，若收到的是建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)，则当连接已建立时，向应用层发送建立连接确认，并形成不带用户数据的DT DLPDU，发往输出数据流；当连接未建立时，向应用层发送建立连接指示；若收到的是删除类的数据链路层协议数据单元(DC DLPDU)，则向应用层发断开连接指示；若收到的是DT DLPDU，则向应用层发数据到达指示(Data Indication)，且根据相关联的是接收队列或接收缓冲区，分别将DTDLPDU中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是CD DLPDU，则从发送缓冲区取数据重发发送缓冲区内容，形成带用户数据的DT DLPDU，发往Q(US)。
本发明所述主机驱动程序也可通过过程控制中的对象连接与嵌入(OPC)驱动程序与上位机应用程序连接。
权利要求
1.一种现场总线网络控制器，其特征在于硬件结构包括一中央处理器(CPU)；一双口存储器(DPRAM)，完成所述中央处理器(CPU)和所述连接的计算机中央处理器之间访问；一随机存储器(RAM)，作为所述中央处理器(CPU)与现场总线进行通讯的内存；一可编程只读存储器(EPROM)，存放控制程序；一标准ISA接口电路，与标准PC或工业PC机插接，连接计算机；一符合现场总线H1标准的现场总线接口，提供标准的31.25K的现场总线访问连接；其中所述控制程序由现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、系统管理模块(SM)、网络管理模块(NM)、数据链路层模块(DLL)和链路活动调度器(LAS)组成，现场总线报文规范模块(FMS)经主机卡访问模块中的双口存储器(DPRAM)、通过主机驱动程序与上位机连接，又分别与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯；数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)与系统管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)通讯，又经现场总线驱动模块(ICDriver)输出至现场总线接口；网络管理模块(NMA)与现场总线报文规范模块(FMS)、现场总线访问子层模块(FAS)、数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)均有通讯连接关系。
2.按照权利要求1所述现场总线网络控制器，其特征在于所述现场总线报文规范模块(FMS)规定了消息发送的格式及协议的行为，提供上下文管理、对象字典服务、变量访问、事件服务、上载/下载服务、程序调用六种服务，具体流程为处理经主机卡访问模块下传数据时，取双口存储器(DPRAM)中的用户数据，对用户数据进行认定，如果数据正确，进行编码，发送给现场总线报文规范模块(FMS)协议数据单元，否则给出出错报告；处理现场总线报文规范模块(FMS)协议数据单元传上来的数据时，先解码，判断是否发给用户，如判断结果为发给用户，则执行操作；若判断结果为不发给用户则实现服务，应经确认的则发确认命令，未经确认的则结束程序。
3.按照权利要求1所述现场总线网络控制器，其特征在于所述现场总线访问子层模块(FAS)负责为上层现场报文规范模块(FMS)提供信息传递通路，包括三种应用协议机对应三种不同的虚拟通信关系，即客户/服务器方式、发布者/订阅者方式、报告分发方式，其中报告分发方式的通讯应用队列的、用户触发的单向方式(QUU)应用协议机；客户/服务器方式方式应用队列的、用户触发的双向方式(QUB)应用协议机；发布者/订阅者方式应用缓冲区的、网络触发的单向方式应用协议机(NBU)；其流程为来自现场总线报文规范模块(FMS)的信息，通过现场总线访问子层模块(FAS)服务协议机提供对不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块(DLL)映射协议机提供与数据链路层模块(DLL)的通讯。
4.按照权利要求1所述现场总线网络控制器，其特征在于所述系统管理模块(SM)完成地址分配、标志定位及应用时钟同步功能，具体流程为首先从系统管理管道中取数据，然后判断取数状态成功与否，如果没成功回到系统管理管道，如果成功则判断何种原语，若有请求原语，则判断服务请求种类，其中判断式为系统管理设置物理设备标记，系统管理设定地址，系统管理地址清除，系统管理请求标识，系统管理标记查询，系统管理标记应答，系统管理配置参数的设置；如果不是请求原语，判断有无指示原语，无指示原语则回到系统管理中取数据，有指示原语，对数据链路层送来的协议数据单元(PDU)解码，分列情况进行响应，具体为判断式为系统管理时间修订，系统管理查询标记指示，系统管理应答标记指示，系统管理标记查询指示，系统管理设置物理设备标记应答，系统管理谁有物理设备标记应答，系统管理设定地址应答，系统管理使能应答，系统管理清除地址应答。
5.按照权利要求1所述现场总线网络控制器，其特征在于所述网络管理模块(NM)负责管理现场总线网络的组态参数，通过为组态参数赋值，实现不同的网络功能；所述网络管理模块(NM)，具体流程为从网络配置取数据至网络管理代理，由网络管理代理分别通过现场总线报文规范模块(FMS)层管理实体、现场总线访问子层模块(FAS)层管理实体、现场总线数据链路层模块(DLL)层管理实体、现场总线物理层(PHY)即现场总线接口电路的层管理实体进行通讯来管理被管对象，另外还通过现场总线报文规范模块(FMS)的请求或响应与网络管理员联系。
6.按照权利要求1所述现场总线网络控制器，其特征在于所述数据链路层模块(DLL)控制消息在现场总线上的传输，它保障各种消息及时、准确地送到目的地，这种传输分为两种，即调度的传输和非调度的传输，调度的传输按预先设定的时间表，让现场仪表周期性地传递测量及控制信息；非调度的传输用于在调度时间以外传递操作员控制控制信息、报警信息、应答信息；其中包括现场总线链路活动调度器(LAS)，负责现场总线各设备的调度、协调，保证各设备在无冲突破性的条件下运行，同时保证各设备有相同的时间基准，进而能实时运行；数据链路层模块(DLL)具体流程为在发送方，应用层进程向下的数据流为请求或响应，经过A发送过程的处理，形成数据链路层协议数据单元(DLPDU)放入非调度请求队列(Q(US))，在收到授权令牌(PT)后，发出最早放入队列且优先级最高的数据链路层协议数据单元(DLPDU)，每个数据链路层协议数据单元(DLPDU)都有一个在时间集中的定时器与之对应，若在收到授权令牌(PT)前该定时器超时，则进行一系列操作，如断开连接，该数据链路层协议数据单元(DLPDU)发出后，若需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，如果数据链路层收到强制发送令牌(CD)，则从发送缓冲区中取出用户数据，形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)后直接发往物理层，而不发往非调度请求队列(Q(US))，在接收方，收到的数据链路层协议数据单元(DLPDU)经过B接收过程的处理后，生成指示或确认发送给应用层进程；所述现场总线链路活动调度器(LAS)的流程为判断下次发强制发送令牌(CD)的时间是否够，如果够则发送授权令牌(PT)，否则等待发送强制令牌(CD)，时间到发送，无论是发送那种令牌，发完后都返回到下一次判断，以此循环；其中发送强制令牌(CD)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的调度表发送，发送授权令牌(PT)的次序按照链路活动调度器(LAS)中的设备列表发送。
7.按照权利要求6所述现场总线网络控制器，其特征在于在所述A处理过程中，经过请求或响应判断后，根据不同的情况进行处理。具体地说，若收到的是建立连接(EC)请求，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是强制服务请求，则形成强制发送类数据链路层协议数据单元(CD DLPDU)发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是连接的数据请求，则形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯，当该请求发往数据链路服务访问点(DLSAP)或与队列相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送队列中取出用户数据，与已生成的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯合在一起形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))，当该请求发往与缓冲区相关的数据链路连接端点(DLCEP)时，从发送缓冲区中取出用户数据，与已生成的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)控制祯合在一起形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是无连接的数据请求，则从发送队列中取出用户数据，形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)控制祯，发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是建立连接响应，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元(EC DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))。
8.按照权利要求6所述现场总线网络控制器，其特征在于在所述B处理过程中，经过数据链路层协议数据单元(DLPDU)判断后，根据不同的情况进行处理，具体地说，若收到的是建立连接类的数据链路层协议数据单元(ECDLPDU)，则当连接已建立时，向应用层发送建立连接确认，并形成不带用户数据的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往输出数据流；当连接未建立时，向应用层发送建立连接指示；若收到的是删除类的数据链路层协议数据单元(DC DLPDU)，则向应用层发断开连接指示；若收到的是数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，则向应用层发数据指示，且根据相关联的是接收队列或接收缓冲区，分别将数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是强制发送类数据链路层协议数据单元(CD DLPDU)，则从发送缓冲区取数据重发发送缓冲区内容，形成带用户数据的数据类型的数据链路层协议数据单元(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))。
9.按照权利要求6所述现场总线网络控制器，其特征在于所述现场总线报文规范模块(FMS)经主机卡访问模块中的双口存储器(DPRAM)、主机驱动程序，且通过控制过程中的对象连接与过程的嵌入(OPC)驱动程序与上位机连接。
全文摘要
本发明涉及自动化系统,具体地说是一种现场总线网络控制器。包括中央处理器、双口存储器、随机存储器、可编程只读存储器,存放控制程序;标准ISA接口电路、现场总线接口;其中:控制程序由现场总线报文规范模块、现场总线访问子层模块、系统管理模块、网络管理模块、数据链路层模块和链路活动调度器组成。它把控制功能彻底分散到现场,依靠现场智能设备本身实现基本控制功能,用于过程自动化或制造自动化现场设备互连通信网络。
文档编号G06F13/00GK1376985SQ01106350
公开日2002年10月30日 申请日期2001年3月23日 优先权日2001年3月23日
发明者王宏, 于海滨, 杨志家, 魏剑巍, 周侗, 赵海燕 申请人:中国科学院沈阳自动化研究所