[实用新型]基于ARM和FPGA的网关通讯模块及DCS控制系统

说明书

本实用新型提供一种基于ARM和FPGA的网关通讯模块及DCS控制系统，包括两个相连的网关通讯单元，分别作为主网关通讯单元和从网关通讯单元；所述网关通讯单元包括FPGA单元和ARM单元；所述FPGA单元和所述ARM单元通过总线相连；所述FPGA单元包括FPGA处理器，以及均与所述FPGA处理器相连的RS‑485通讯接口、10M/100M自适应网口、Profibus现场总线接口和RAM；所述ARM单元包括ARM单片机，以及均与所述ARM单片机相连的RS‑485通讯接口、RS‑232串口、GPRS接口、VGA显示接口、HART通讯接口、CAN接口、FLASH和SDRAM；所述ARM单片机包含有10M/100M/1000M自适应网口。本实用新型的基于ARM和FPGA的网关通讯模块及DCS控制系统基于ARM和FPGA的冗余配置架构，实现了网关通讯模块的实效性、稳定性、可扩展性。

技术领域

本实用新型涉及一种网关通讯模块，特别是涉及一种基于ARM和FPGA的网关通讯模块及DCS控制系统。

背景技术

分布式控制系统(Distributed Control System，DCS)又称为集散控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。DCS是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通讯网络为纽带的多级计算机系统，综合了计算机、通讯、显示和控制等4C技术，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活以及组态方便。

随着“工业4.0”智能制造概念的迅速发展，以及信息技术与通讯技术的融合，DCS控制系统逐步向控制体系、计算体系、运行体系、计划体系、管理体系的综合自动化方向发展。DCS 控制系统通过与大数据互联互通，实施从最底层的实时控制、优化控制上升到生产调度、经营管理，以至最高层的战略决策，从而进行更精细化的管理。

DCS控制系统在工业过程控制中发挥着重要的作用。在此基础上发展起来的基于现场总线技术的全开放控制系统将是向“工业4.0”过渡的桥梁。控制系统发展方向要向计算、通讯、精确控制、远程协调和自我管理的功能上发展，从而实现虚拟网络世界和现实物理世界的融合。

因此，DCS控制系统要实现精准管控，就必须要具有实时性强、可靠性高、组网方便等优点。故无论是在控制领域、通讯领域还是其他领域，基于现场总线通讯模块就起到越来越重要的作用，其应用越来越受到重视。嵌入式网关模块要满足不同网络之间通讯的设备，要满足不同通讯协议在网关模块内进行转换，要实现对外开放的网络接口，采用先进的管理软件，实现远程监控、监测整个生产现场的运行情况，实现先进的分布式管理，从而为办公、管理提供最有力的保障。

现有技术中的网关通讯模块通常包括以下两种：

(1)如图1所示，采用基于ARM或X86为核心板平台，扩展以太网通讯接口、RS-485通讯接口、RS-232通讯接口、CAN通讯接口等架构。

(2)如图2所示，第二种是通过STM32单片机，扩展以太网通讯接、RS-485通讯接口、RS232通讯接口、CAN通讯接口等架构。

以上两种架构均能实现DCS控制系统内的数据传输，同时也能实现与第三方设备的数据通讯，满足DCS控制系统在石化、冶金、电力等行业的应用。但随着“工业4.0”智能制造概念的加速发展，上述网关架构无论在通讯速度、可扩展性、可适应性等方面都远远满足不了需求。首先，随着“工业4.0”智能制造概念的加速发展，现场总线技术的应用广泛，上述网关架构不能完全覆盖现场总线技术，显示出适应性、可扩展性较差的局面。其次，随着电力、石化等行业对安全生产需求越来越高，对冗余通讯总线、大数据信息传递和保存提出了更高要求，上述网关架构无冗余总线配置，不能满足对安全生产要求高的行业应用需求。

实用新型内容