以太网技术在远程I/O中的应用

　　1.前言

　　远程I/O，是应用于新华DCS产品XDPS-400中的一个子系统，它可直接放置于各控制现场。机柜内采用高可靠性的I/O卡件，完成对各类现场信号的数据采集，并用10M以太网(EtherNet)与DPU通信,可完成一些较复杂的输出控制。远程I/O的控制器，采用高性能标准PC104工控模块，TCP/IP通信协议。每个远程I/O站的控制器，既可用于单网通信与控制配置，也可以冗余配置，构成冗余通讯与控制。

　　在远程I/O系统中，除了必须有高可靠性的I/O功能硬件外，通信技术也是直接影响系统性能的关键因素之一。

　　2.网络型站控制卡

　　2.1 功能简介

　　网络型站控制卡(以下简称BCnet)是应用于XDPS-400产品中的一个功能卡，它承担着管理I/O站内各卡，同时又承担与上位计算机进行以太网(EtherNet)通讯接口任务。该卡的设计采用标准的高性能PC104工控模块，并利用卡上的以太网接口，配上I/O驱动软件，实现高可靠性的I/O控制与网络通信。

　　BCnet卡既可单卡配置，用于单网通信与控制，也可以双卡配置，构成冗余通讯与控制系统。

　　2.2 主要技术特性

　　(1)采用32位CPU的 PC104标准模块集成;

　　(2)4M容量的RAM，DOC/FlashDisk 512K-8M;

　　(3)10M以太网接口，TCP/IP网络协议;

　　(4)高性能实时钟;

　　(5)XBUS总线接口，支持热插拔;

　　(6)可并联冗余使用，构成冗余控制及通信;

　　(7)电源电压适应范围12-30V 总功耗<5W;

　　(8)SOE同步时钟4KHz，分辨率小于1ms。

　　2.3 硬件电路组成：

　　BCnet卡主要由CPU与网络接口电路、总线接口电路、电源变换电路三部分组成。

　　CPU与网络接口电路采用高性能的PC104工控模块，80386CPU，40M晶振，4M容量的随机存贮器，8M容量的DOC/Flash存贮器。CPU程序监督电路(WatchDog)、状态指示、调试串口RS232等都已设计在其中。卡上带以太网(EtherNet)接口，10M通信速率。

　　总线接口电路采用通用总线接口驱动芯片及加上抗静电措施，带电热插拔可靠方便;用高集成度的复杂可编程逻辑电路(CPLD)构成CPU的外围逻辑电路，简化了逻辑电路设计。高精度的实时时钟电路(DS12C887)，每月累计误差小于1分钟。

　　电源变换电路采用PWM专用开关电源调整芯片，能适应宽范围 (12V-30VDC) 的输入电压，具有更强的抗干扰能力。整个模块可由冗余电源并联供电。图1为硬件电路的方框图。

　　2.4 软件设计

　　2.4.1 软件特点

　　整个软件全部采用结构化程序设计，用C++高级语言与ASM86汇编语言混合编程，经编译、连接生成可在DOS下运行的可执行文件。程序由I/O扫描、网络通信、双机冗余等几部分组成。I/O扫描程序负责与下位机进行数据交换;自动循环扫描所有挂接在外部总线上的I/O卡件，识别其类型，读取各卡的实时采样值，传送输出值至输出端。网络通信程序负责与上位机进行数据交换及时钟同步校对;大部分的网络通信采用TCP/IP中的UPD(用户数据包)格式传送。双机冗余程序负责同一导轨箱内两块BCnet卡之间的数据交换与状态跟踪，在硬件或通信发生问题时，及时地进行双机自动切换。