[发明专利]物联层现场总线中的主站模块及其对总线上的从站设备进行初始化方法

说明书

本发明公开了一种物联层现场总线中的主站模块，由DC/DC转换模块从物联层总线中转换出直流电压并向主站模块及外设供电；前端模拟模块将MCU的输出信号以时分形式耦合到电源线，通过电流沉降实现信道传输编码，将该电流信号加载在物联层总线的直流电压上，或时分的将物联层总线上的信号解耦合后再馈入MCU作为输入；数据交换区将以MCU为中心的子系统中的输出数据缓存、转成串行信号馈入前端模拟模块；数据交换器接收前端模拟模块解耦合产生的串行信号并在数据交换区中做缓存；MCU与存储器构成最小计算机系统，实现主站与从站之间的数据交换；调试模块实现对MCU的在线调试及程序下载；传输控制器对物联层总线的环境进行检测，选择传输速率及传输时隙分配策略。

技术领域

本发明属于工业自动化领域，涉及一种物联层总线的控制方法，将对底层设备的执行级信号叠加于功率线之上，实现基于直流供电的信号传播，通过对传输速率的动态控制以及各从站带宽的优化配置提高系统的抗干扰能力。

背景技术

在工业4.0的蓝图中，以信息物理融合系统CPS(Cyber-Physical Systems)为核心的未来工业系统将设备与设备、设备与系统、系统与系统之间紧密连接在一起。现场总线是工业现场各个设备和系统之间信息交换和传输的通道，是工业4.0实现万物互联的重要基础。现场总线技术以其高效的通信性能，给工业自动化领域带来了革命性的冲击，广泛应用于工业流水线智能控制和智能物流等工业现场控制系统。世界各大控制设备提供商都相继开发了各自的现场总线产品。

现场总线可进一步分为上层的网络层以及底层的物联层。网络层主要包括PROFIBUS、P-NET、FF HSE、SWIFT NET、WORLDFIP、INTERBUS、EPA等，大多数属于实时以太网的形式，用以解决系统级的通信问题；物联层，也称为感知层，主要包括SDS、ASI、DeviceNet和CAN等，用以解决底层设备级和器件级(如继电器、开关、传感器)的信号交换和传输。CPS系统通常是将网络层和物联层的现场总线相连接组成复杂的控制网络。对物联层现场总线而言，传感器和执行器等设备和器件大量分散在生产线或大型装置的各个角落，这就对物联层现场总线也提出了信号传输稳定可靠、抗干扰能力强、安装简单便捷等要求。

发明内容

本发明涉及一种物联层现场总线的主模块设计方法，所述模块包括：DC/DC转换模块，前端模拟模块，传输控制器，数据交换区，存储器，MCU及调试模块。

所述DC/DC转换模块由FPGA的外接电路组成，从物联层总线中转换出直流电压并向主站模块及其外设供电；

所述前端模拟模块将MCU的输出信号以时分形式耦合在电源线上，通过电流沉降技术实现信道传输编码，并且将该电流信号直接加载在物联层总线的直流电压上，或者时分的将物联层总线上的信号解耦合后再馈入MCU作为输入；

所述数据交换区将以MCU为中心的子系统中的输出数据缓存、转成串行信号并馈入前端模拟模块，同时数据交换器接收前端模拟模块解耦合产生的串行信号，并在数据交换区中做缓存，以备MCU子系统读取；

所述MCU与存储器构成最小计算机系统，用于实现主站与从站之间的数据交换；

所述调试模块为JTAG调试模块，实现对MCU的在线调试及程序下载；

所述传输控制器对物联层总线的环境进行检测，选择最佳的传输速率及传输时隙分配策略。

本发明提出了一种主站模块对总线上的从站设备进行初始化的方法，该方法包括以下步骤：

1)对总线上新添加的模块进行探测；

2)为从站模块分配地址；

3)对每个从站进行轮询访问，确定主站的通信速率；

4)以该速率为通信基准频率，轮询各从站，确定与各从站之间的通信策略；

5)物联层现场总线正常工作。