CN1232915C

CN1232915C - 现场总线网络控制器

Info

Publication number: CN1232915C
Application number: CN 01106350
Authority: CN
Inventors: 王宏; 于海滨; 杨志家; 魏剑巍; 周侗; 赵海燕
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS
Priority date: 2001-03-23
Filing date: 2001-03-23
Publication date: 2005-12-21
Anticipated expiration: 2021-03-23
Also published as: CN1376985A

Abstract

本发明涉及自动化***，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、***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。

Description

现场总线网络控制器

技术领域

本发明涉及自动化***，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。

背景技术

在现有技术中，现场总线控制***为基地式气动仪表控制***、电动单元组合式模拟仪表控制***、集中式数字控制***、集散控制***，其中主要是集散控制***(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***形成的过程中，由于受计算机***早期存在的***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***存在很多困难。

发明内容

为了克服通信由专用网络的封闭***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***，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***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：

一控制器中央处理器；

一双口存储器，通过现场总线、数据总线与控制器中央处理器相连，完成所述控制器中央处理器和通过工业标准结构接口电路连接的主机中央处理器之间访问；

一随机存储器，作为所述控制器中央处理器与现场总线进行通讯的内存，通过现场总线、数据总线与控制器中央处理器相连；

一可编程只读存储器，存放控制程序，通过现场总线、数据总线与控制器中央处理器及现场总线接口相连；

一工业标准结构接口电路，一方面通过现场总线、数据总线与双口存储器相连，另一方面与主机插接，即与标准计算机或工业计算机插接；

一该现场总线接口符合现场总线H1标准，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、现场总线访问子层模块、***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，现场总线报文规范模块经主机卡访问模块、通过主机驱动程序与主机应用程序连接，又分别与***管理模块和现场总线访问子层模块相互通讯；数据链路层模块及链路活动调度器与***管理模块和现场总线访问子层模块相互通讯，又经现场总线驱动模块输出现场总线报文至现场总线接口；网络管理模块与现场总线报文规范模块、现场总线访问子层模块、数据链路层模块及链路活动调度器均有相互通讯连接关系；主机卡访问模块还与***管理模块相互通讯；其中现场总线驱动模块为控制程序的底层；

所述现场总线报文规范模块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：主机卡访问模块向上至主机驱动程序，向下分两条路，一是***管理模块，二是现场总线报文规范模块，经主机卡访问模块下传现场总线报文规范模块数据时，取双口存储器中的用户数据，对用户数据进行认定，如果用户数据正确，对用户数据进行编码，发送给现场总线访问子层模块，否则给出出错报告；处理现场总线报文规范模块传上来的用户数据时，先给用户数据解码，判断是否将用户数据发给用户，如判断结果为发给用户，则执行发送操作；若判断结果为不发给用户则实现用户数据要求的服务，对应经确认的用户数据则发确认命令，未经确认的则结束程序；

所述现场总线访问子层模块负责为上层现场报文规范模块提供信息传递通路，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、报告分发方式三种不同的虚拟通信关系，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应用协议机；客户/服务器方式应用队列的、用户触发的双向方式应用协议机；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；其流程为：来自现场总线报文规范模块的协议数据单元，通过现场总线访问子层模块中的服务协议机提供对所述三种不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块映射协议机提供的通讯内容为协议数据单元，与数据链路层模块的通讯；

所述***管理模块完成地址分配、标志定位及应用时钟同步功能，具体流程为：首先从***管理管道中取数据，然后判断取数据状态成功与否，如果没成功回到***管理管道，如果成功则判断所述数据为何种原语，若有请求原语，则判断请求原语中服务请求种类，其中服务请求种类为***管理设置物理设备标记、***管理设定地址、***管理地址清除、***管理请求标识、***管理标记查询、***管理标记应答、***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***管理管道中取数据，有指示原语，对数据链路层送来的协议数据单元解码，所解码的数据分列情况进行响应，具体判断式为***管理时间修订、***管理查询标记指示、***管理应答标记指示、***管理标记查询指示、***管理设置物理设备标记应答、***管理谁有物理设备标记应答、***管理设定地址应答、***管理使能应答、***管理清除地址应答服务指示种类；

所述网络管理模块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层管理实体、现场总线访问子层模块层管理实体、现场总线数据链路层模块层管理实体、现场总线物理层的层管理实体进行交互通讯来管理网络配置信息修改需修改的网络配置信息中的数据内容，另外还通过对现场总线报文规范模块的请求或响应与主机应用程序中的网络管理员联系；现场总线接口电路是现场总线物理层；

所述数据链路层模块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，让通过现场总线与其连接的现场仪表周期性地传递测量及控制信息，这种测量及控制信息是非调度性的传输、用于在调度时间以外，并传递由操作员控制的控制信息、报警信息、应答信息至主机；其中包括现场总线链路活动调度器，负责现场总线现场仪表的调度、协调，保证各设备在无冲突的条件下运行，同时保证各设备有相同的时间基准，进而能实时运行；数据链路层模块具体流程为：当与现场总线访问子层模块通讯的应用层进程向下的数据流为请求或响应时，经过A处理过程，形成数据链路层协议数据单元放入非调度请求队列，在收到授权令牌后，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，每个数据链路层协议数据单元都有一个在时间定时器集合中的定时器与之对应，若在收到授权令牌前该定时器超时，则进行断开连接操作，该数据链路层协议数据单元发出后若需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，其中：所启动的定时器超时前没确认则认为出错，即为“差错控制”，如果数据链路层收到强制发送令牌，则从位于数据链路层模块中的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后直接发往作为最底层模块的物理层，而不发往非调度请求队列；在接收方，由数据链路层模块收到的数据链路层协议数据单元经过B处理过程后，生成指示或确认发送给现场总线访问子层模块通讯的应用层进程；所述现场总线链路活动调度器的流程为：通过***运行中的数据流量判断下次发送强制令牌的时间是否够，如果够则由现场总线链路活动调度器发送授权令牌，否则等待由现场总线链路活动调度器发送强制令牌，时间到发送，无论是发送强制令牌，还是发送授权令牌，发完后都返回到下一次判断，以此循环；其中发送强制令牌的次序按照链路活动调度器中的调度表发送，发送授权令牌的次序按照链路活动调度器中的设备列表发送；

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；若收到的是由物理层发出建立连接请求，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出强制服务请求，则形成强制发送类数据链路层协议数据单元发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出连接的数据请求，则形成数据类型的数据链路层协议数据单元控制祯，当该请求发往数据链路服务访问点或与队列相关的数据链路连接端点时，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，发往非调度请求队列，当该请求发往与缓冲区相关的数据链路连接端点时，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，发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出无连接的数据请求，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控制祯，发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出建立连接响应，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元，发往非调度请求队列；

在所述B处理过程中，经过数据链路层协议数据单元判断后，根据不同的情况进行处理，若收到的是由物理层发出建立连接类的数据链路层协议数据单元，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，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；若收到的是由物理层发出删除类的数据链路层协议数据单元，则向应用层发断开连接指示；若收到的是由物理层发出数据类型的数据链路层协议数据单元，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中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是由物理层发出强制发送类数据链路层协议数据单元，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，发往非调度请求队列；

所述现场总线报文规范模块经主机卡访问模块、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***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***中通信由专用网络的封闭***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***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***，实现综合自动化的各种功能。

4.具有***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***，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***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***，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***，通过本发明构筑自动化领域的开放互连***。

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、***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***结构的简化，使控制***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***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***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***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***。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***集成中不兼容的协议、接口而一筹莫展，使***集成权牢牢掌握在用户手中。

12.提高了***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***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***的工作可靠性。

附图说明

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***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。

图11描述了现场总线强制发送令牌的通信内容。

图12描述了现场总线授权令牌的通信内容。

图13描述了授权令牌与强制发送令牌两类性质的通信如何协调。

具体实施方式

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：

一控制器中央处理器(CPU)，本实施例采用i80386EX中央处理器；

一双口存储器(DPRAM)，通过现场总线、数据总线与控制器中央处理器(CPU)和通过工业标准结构接口电路连接的主机中央处理器之间访问；

一随机存储器(RAM)，作为所述控制器中央处理器(CPU)与现场总线进行通讯的内存，通过现场总线、数据总线与中央处理器(CPU)相连；

一可编程只读存储器(EPROM)，存放控制程序；通过现场总线、数据总线与控制器中央处理器(CPU)及现场总线接口相连；

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)、***管理模块(SM)、网络管理模块(NMA)、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、通过主机驱动程序与主机应用程序连接，又分别与***管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)相互通讯；数据链路层模块(DLL)及链路活动调度器(LAS)与***管理模块(SM)和现场总线访问子层模块(FAS)相互通讯，又经现场总线驱动模块(ICDriver)输出现场总线报文至现场总线接口；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)均有相互通讯连接关系；主机卡访问模块还与***管理模块相互通讯；其中现场总线驱动模块为控制程序的底层；

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：主机卡访问模块向上至主机驱动程序，向下分两条路，一是***管理模块(SM)，二是现场总线报文规范模块(FMS)，经主机卡访问模块下传现场总线报文规范模块(FMS)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，如果用户数据正确，对用户数据进行编码，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)传上来的用户数据时，先给用户数据解码，判断是否将用户数据发给用户，如判断结果为发给用户，则执行发送操作；若判断结果为不发给用户则实现用户数据要求的服务，对应经确认的用户数据则发确认命令，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)三种不同的虚拟通信关系，其中报告分发方式(SOURCE/SINK)的通讯应用队列的、用户触发的单向方式1(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)的协议数据单元，通过现场总线访问子层(FAS)中的服务协议机提供对所述三种不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块(DLL)映射协议机提供的通讯内容为协议数据单元，与数据链路层模块(DLL)的通讯。

如图6所示，所述***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***管理管道(pipe-SM)中取数据，然后判断取数据状态成功与否，如果没成功回到***管理管道(pipe-SM)，如果成功则判断所述数据为何种原语，若是请求原语，则判断请求原语中服务请求种类，其中服务请求种类为***管理设置物理设备标记、***管理设定地址、***管理地址清除、***管理请求标识、***管理标记查询、***管理标记应答、***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***管理道(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，所解码的数据分列情况进行响应，具体判断式为***管理时间修订、***管理查询标记指示、***管理应答标记指示、***管理标记查询指示、***管理设置物理设备标记应答、***管理谁有物理设备标记应答、***管理设定地址应答、***管理使能应答、***管理清除地址应答服务指示种类；

如图7所示，所述网络管理模块(NMA)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(NMA)，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)的层管理实体进行交互通讯来管理网络配置信息修改需修改的网络配置信息中的数据内容，另外还通过对现场总线报文规范模块(FMS)的请求或响应与主机应用程序中的网络管理员联系；现场总线接口电路是现场总线物理层(PHY)；

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，让通过现场总线与其连接的现场仪表周期性地传递测量及控制信息，这种测量及控制信息是非调度性的传输、用于在调度时间以外，并传递由操作员控制的控制信息、报警信息、应答信息至主机；其中包括现场总线链路活动调度器(LAS)，负责现场总线现场仪表的调度、协调，保证各设备在无冲突的条件下运行，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：当与现场总线访问子层模块(FAS)通讯的应用层进程向下的数据流为请求或响应时，经过A处理过程，形成数据链路层协议数据单元(DT 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(DT DLPDU)，每个数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)都有一个在时间定时器集合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，则进行断开连接操作，该数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)发出后需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，其中：所启动的定时器超时前没确认则认为出错，即为“差错控制”，如果数据链路层收到强制发送令牌(CD)，则从位于数据链路层模块(DLL)中的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后直接发往作为最底层模块的物理层，而不发往非调度请求队列(Q(US))；在接收方，由数据链路层模块(DLL)收到的数据链路层协议数据单元(DLPDU)经过B处理过程后，生成指示或确认发送给现场总线访问子层模块(FAS)通讯的应用层进程；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：通过***运行中的数据流量判断下次发送强制令牌(CD)的时间是否够，如果够则由现场总线链路活动调度器(LAS)发送授权令牌(PT)，否则等待由现场总线链路活动调度器(LAS)发送强制令牌(CD)，时间到发送，无论是发送强制令牌(CD)，还是发送授权令牌(CD)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；若收到的是由物理层发出建立连接(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))；若收到的是由物理层发出强制服务请求，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))；若收到的是由物理层发出连接的数据请求，则形成数据类型的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)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(DT DLPDU)，发往非调度请求队列(Q(US))；若收到的是由物理层发出无连接的数据请求，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))；若收到的是由物理层发出建立连接响应，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))；

如图10所示，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，若收到的是由物理层发出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；若收到的是由物理层发出删除类的数据链路层协议数据单元(DTDLPDU)，则向应用层发断开连接指示；若收到的是由物理层发出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(Data Indication)，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(DC DLPDU)中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是由物理层发出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(DTDLPDU)，发往非调度请求队列(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。

Claims

1.一种现场总线网络控制器，其特征在于硬件结构包括：

一控制器中央处理器；

其中：所述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、***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，现场总线报文规范模块经主机卡访问模块、通过主机驱动程序与主机应用程序连接，又分别与***管理模块和现场总线访问子层模块相互通讯；数据链路层模块及链路活动调度器与***管理模块和现场总线访问子层模块相互通讯，又经现场总线驱动模块输出现场总线报文至现场总线接口；网络管理模块与现场总线报文规范模块、现场总线访问子层模块、数据链路层模块及链路活动调度器均有相互通讯连接关系；主机卡访问模块还与***管理模块相互通讯；其中现场总线驱动模块为控制程序的底层。

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：主机卡访问模块向上至主机驱动程序，向下分两条路，一是***管理模块，二是现场总线报文规范模块，经主机卡访问模块下传现场总线报文规范模块数据时，取双口存储器中的用户数据，对用户数据进行认定，如果用户数据正确，对用户数据进行编码，发送给现场总线访问子层模块，否则给出出错报告；处理现场总线报文规范模块传上来的用户数据时，先给用户数据解码，判断是否将用户数据发给用户，如判断结果为发给用户，则执行发送操作；若判断结果为不发给用户则实现用户数据要求的服务，对应经确认的用户数据则发确认命令，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负责为上层现场报文规范模块提供信息传递通路，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、报告分发方式三种不同的虚拟通信关系，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应用协议机；客户/服务器方式应用队列的、用户触发的双向方式应用协议机；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；其流程为：来自现场总线报文规范模块的协议数据单元，通过现场总线访问子层模块中的服务协议机提供对所述三种不同通讯方式的选择，然后用数据链路层模块映射协议机提供的通讯内容为协议数据单元，与数据链路层模块的通讯。

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***管理模块完成地址分配、标志定位及应用时钟同步功能，具体流程为：首先从***管理管道中取数据，然后判断取数据状态成功与否，如果没成功回到***管理管道，如果成功则判断所述数据为何种原语，若有请求原语，则判断请求原语中服务请求种类，其中服务请求种类为***管理设置物理设备标记、***管理设定地址、***管理地址清除、***管理请求标识、***管理标记查询、***管理标记应答、***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***管理管道中取数据，有指示原语，对数据链路层送来的协议数据单元解码，所解码的数据分列情况进行响应，具体判断式为***管理时间修订、***管理查询标记指示、***管理应答标记指示、***管理标记查询指示、***管理设置物理设备标记应答、***管理谁有物理设备标记应答、***管理设定地址应答、***管理使能应答、***管理清除地址应答服务指示种类。

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层管理实体、现场总线访问子层模块层管理实体、现场总线数据链路层模块层管理实体、现场总线物理层的层管理实体进行交互通讯来管理网络配置信息修改需修改的网络配置信息中的数据内容，另外还通过对现场总线报文规范模块的请求或响应与主机应用程序中的网络管理员联系；现场总线接口电路是现场总线物理层。

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，让通过现场总线与其连接的现场仪表周期性地传递测量及控制信息，这种测量及控制信息是非调度性的传输、用于在调度时间以外，并传递由操作员控制的控制信息、报警信息、应答信息至主机；其中包括现场总线链路活动调度器，负责现场总线现场仪表的调度、协调，保证各设备在无冲突的条件下运行，同时保证各设备有相同的时间基准，进而能实时运行；数据链路层模块具体流程为：当与现场总线访问子层模块通讯的应用层进程向下的数据流为请求或响应时，经过A处理过程，形成数据链路层协议数据单元放入非调度请求队列，在收到授权令牌后，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，每个数据链路层协议数据单元都有一个在时间定时器集合中的定时器与之对应，若在收到授权令牌前该定时器超时，则进行断开连接操作，该数据链路层协议数据单元发出后若需要确认，则为之启动一定时器来进行差错控制，其中：所启动的定时器超时前没确认则认为出错，即为“差错控制”，如果数据链路层收到强制发送令牌，则从位于数据链路层模块中的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后直接发往作为最底层模块的物理层，而不发往非调度请求队列；在接收方，由数据链路层模块收到的数据链路层协议数据单元经过B处理过程后，生成指示或确认发送给现场总线访问子层模块通讯的应用层进程；所述现场总线链路活动调度器的流程为：通过***运行中的数据流量判断下次发送强制令牌的时间是否够，如果够则由现场总线链路活动调度器发送授权令牌，否则等待由现场总线链路活动调度器发送强制令牌，时间到发送，无论是发送强制令牌，还是发送授权令牌，发完后都返回到下一次判断，以此循环；其中发送强制令牌的次序按照链路活动调度器中的调度表发送，发送授权令牌的次序按照链路活动调度器中的设备列表发送。

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；若收到的是由物理层发出建立连接请求，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出强制服务请求，则形成强制发送类数据链路层协议数据单元发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出连接的数据请求，则形成数据类型的数据链路层协议数据单元控制祯，当该请求发往数据链路服务访问点或与队列相关的数据连路连接端点时，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，发往非调度请求队列，当该请求发往与缓冲区相关的数据链路连接端点时，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，发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出无连接的数据请求，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控制祯，发往非调度请求队列；若收到的是由物理层发出建立连接响应，则形成建立连接类的数据链路层协议数据单元，发往非调度请求队列。

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判断后，根据不同的情况进行处理，若收到的是由物理层发出建立连接类的数据链路层协议数据单元，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。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；若收到的是由物理层发出删除类的数据链路层协议数据单元，则向应用层发断开连接指示；若收到的是由物理层发出数据类型的数据链路层协议数据单元，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中带的用户数据送入接收队列或接收缓冲区；若收到的是由物理层发出强制发送类数据链路层协议数据单元，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，发往非调度请求队列。

9.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经主机卡访问模块、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驱动程序与上位机连接。