基于VME总线架构的多功能控制系统的制作方法

基于vme总线架构的多功能控制系统
技术领域
1.本发明涉及控制系统领域，具体涉及基于vme总线架构的多功能控制系统。


背景技术：

2.vme总线是一种通用的计算机总线，结合了motorola公司versa总线的电气标准和在欧洲建立的eurocard标准的机械形状因子，是一种开放式架构。它定义了一个在紧密耦合硬件构架中可进行互连数据处理、数据存储和连接外围控制器件的系统。经过多年的改造升级，vme系统已经发展的非常完善，围绕其开发的产品遍及了工业控制、军用系统、航空航天、交通运输和医疗等领域。
3.目前，传统的plc以其高速度、高性能、高可靠性在工业控制领域得到了广泛的应用。然而，由于传统plc的生产厂商之间的产品互相不兼容，各厂商产品的编程方法差别很大，多个不同类型的设备与上位机之间通信时存在相互干扰，实时同步性能差，且多个不同类型的设备之间数据无法及时交互。
4.因此，发明基于vme总线架构的多功能控制系统来解决上述问题很有必要。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供基于vme总线架构的多功能控制系统，通过应用vme总线，主控cpu板可以通过驱动地址来选着不同的单元板卡进行数据交互，主控cpu板通过tpc/ip网络与上位机通信，从而实现上位机实时的对各个单元板卡进行指令传送和数据监控，各个单元板卡与上位机之间通信时相互不干扰，实时同步性能好，且不同的单元板卡之间的通信以主控cpu板作为桥梁进行，主控cpu板首先驱动地址线选中需要发送数据的单元板卡，并将数据读取出来，然后再将此数据发送到另一块需要接收此数据的单元板卡中，多块不同类型的单元板卡之间数据可以进行交互，以解决技术中的上述不足之处。
6.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于vme总线架构的多功能控制系统，包括上位机和控制器，所述控制器的内部安装有主控cpu板、vme总线背板和电源，所述控制器上安装有单元板卡，所述单元板卡的数量设置有多个，所述主控cpu板和多个所述单元板卡均安装在vme总线背板上的卡槽上，多个所述单元板卡分别为多串口单元、i/o单元、ad/da单元、模拟单元和脉冲单元，所述vme总线背板上设置有vme总线；
7.所述上位机与主控cpu板之间通过tpc/ip网络通信，所述上位机用于对各个所述单元板卡进行参数设置、指令发送和数据监控；
8.所述主控cpu板负责任务调度，控制整个系统通信的运行，一方面通过tcp/ip网络通信协议和上位机进行数据交互，另一方面通过vme总线和各个所述单元板卡进行通信；
9.所述多串口单元主要实现三类串行接口功能：两个满足rs232协议的串行接口，一个满足rs422协议的串行接口，五个满足rs485协议的串行接口，实现各个串行接口与vme总线上数据交换；
10.所述ad/da单元主要实现模拟部分ad/da转换功能；
11.所述i/o单元主要实现两类数据接口：16路具有隔离的数字输入量，16路具有隔离的数字输出量，实现各个数字量与vme总线上数据交换；
12.所述脉冲单元主要提供6路ab相/单项脉冲信号的数据接口。
13.优选的，所述控制器采用标准3u机箱模块化设计。
14.优选的，所述电源采用计算机一体化电源。
15.优选的，所述vme总线背板采用21槽6u板卡。
16.优选的，各个所述单元板卡之间可以通过硬件设置地址，相互互换插槽位置。
17.优选的，所述主控cpu板采用高性能6u 4hp板卡，其板载一颗fpga及微处理器，所述主控cpu板上设置有背板vme接口、srio、pcie、千兆以太网、uart及双通道qsfp接口。
18.优选的，所述i/o单元的16路数字输入信号端连接有光电耦合器。
19.优选的，所述i/o单元的16路数字输出信号端连接有光继电器。
20.优选的，所述控制器的左侧开设有散热口，所述散热口的内部安装有排气风扇，所述控制器的右侧开设有进气口，所述进气口的内部安装有进风风扇。
21.优选的，所述散热口的左端端口固定有第一防尘网，所述进气口的右端端口固定有第二防尘网。
22.在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：
23.1、通过应用vme总线，主控cpu板可以通过驱动地址来选着不同的单元板卡进行数据交互，主控cpu板通过tpc/ip网络与上位机通信，从而实现上位机实时的对各个单元板卡进行指令传送和数据监控，各个单元板卡与上位机之间通信时相互不干扰，实时同步性能好，且不同的单元板卡之间的通信以主控cpu板作为桥梁进行，主控cpu板首先驱动地址线选中需要发送数据的单元板卡，并将数据读取出来，然后再将此数据发送到另一块需要接收此数据的单元板卡中，多块不同类型的单元板卡之间数据可以进行交互，操作简单，具有灵活的数据流处理方式，具有对处理信息量大以及控制算法复杂等复杂网络架构的综合适应能力；
24.2、通过在i/o单元的16路数字输入信号端连接有光电耦合器，光电耦合器能够保护电路免于外界信号的干扰及损坏，提高输入信号的门限，从而杜绝感应耦合产生低压信号造成的误操作，在i/o单元的16路数字输出信号端连接有光继电器，采用光继电器来实现数字信号的输出，增加了抗干扰能力，增加了信号输出的稳定性；
25.3、通过在控制器的左侧开设有散热口，散热口的内部安装有排气风扇，控制器的右侧开设有进气口，进气口的内部安装有进风风扇，能够有效的加快控制器内部空气与外部空气的交换，大大提高了控制器内部元件的散热效果，有效地延长了控制器内部元件的使用寿命。
附图说明
26.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本发明的系统原理图；
28.图2为本发明的单元板卡连接图；
29.图3为本发明的i/o单元信号处理流程图；
30.图4为本发明的主控cpu板示意图；
31.图5为本发明的控制器示意图；
32.图6为本发明的控制器立体图。
33.附图标记说明：
34.1上位机、2控制器、3主控cpu板、4 vme总线、5电源、6单元板卡、7多串口单元、8 i/o单元、9 ad/da单元、10模拟单元、11脉冲单元、12光电耦合器、13光继电器、14排气风扇、15进风风扇、16第一防尘网、17第二防尘网。
具体实施方式
35.为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
36.本发明提供了如图1
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6所示的基于vme总线架构的多功能控制系统，包括上位机1和控制器2，所述控制器2的内部安装有主控cpu板3、vme总线背板和电源5，所述控制器2上安装有单元板卡6，所述单元板卡6的数量设置有多个，所述主控cpu板3和多个所述单元板卡6均安装在vme总线背板上的卡槽上，多个所述单元板卡6分别为多串口单元7、i/o单元8、ad/da单元9、模拟单元10和脉冲单元11，所述vme总线背板上设置有vme总线4；
37.所述上位机1与主控cpu板3之间通过tpc/ip网络通信，所述上位机1用于对各个所述单元板卡6进行参数设置、指令发送和数据监控；
38.所述主控cpu板3负责任务调度，控制整个系统通信的运行，一方面通过tcp/ip网络通信协议和上位机1进行数据交互，另一方面通过vme总线4和各个所述单元板卡6进行通信；
39.所述多串口单元7主要实现三类串行接口功能：两个满足rs232协议的串行接口，一个满足rs422协议的串行接口，五个满足rs485协议的串行接口，实现各个串行接口与vme总线4上数据交换；
40.所述ad/da单元9主要实现模拟部分ad/da转换功能；
41.所述i/o单元8主要实现两类数据接口：16路具有隔离的数字输入量，16路具有隔离的数字输出量，实现各个数字量与vme总线4上数据交换；
42.所述脉冲单元11主要提供6路ab相/单项脉冲信号的数据接口。
43.所述控制器2采用标准3u机箱模块化设计；
44.所述电源5采用计算机一体化电源；
45.所述vme总线背板采用21槽6u板卡；
46.各个所述单元板卡6之间可以通过硬件设置地址，相互互换插槽位置；
47.所述主控cpu板3采用泛腾科技的高性能6u 4hp板卡，其板载一颗xilinx公司的kintex
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7系列fpga及stmicroelectronics公司stm32f103微处理器，所述主控cpu板3上设置有背板vme接口、srio、pcie、千兆以太网、uart及双通道qsfp接口；
48.实施方式具体为：单元板卡6可以通过硬件设置地址，然后安装在vme总线背板上相对应的插槽内，主控cpu板3采用泛腾科技的高性能6u 4hp板卡，其板载一颗xilinx公司的kintex
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7系列fpga及stmicroelectronics公司stm32f103微处理器，接口丰富，可灵活接
入子卡模块，实现多种采集处理方案，具有高效的运算能力，上位机1与主控cpu板3之间通过tpc/ip网络通信，主控cpu板3通过vme总线4与各个所述单元板卡6进行通信，主控cpu板3可以通过驱动地址来选着不同的单元板卡6进行数据交互，从而实现上位机1实时的对各个单元板卡6进行指令传送和数据监控，各个单元板卡6与上位机1之间通信时相互不干扰，实时同步性能好，且不同的单元板卡6之间的通信以主控cpu板1作为桥梁进行，主控cpu板1首先驱动地址线选中需要发送数据的单元板卡6，并将数据读取出来，然后再将此数据发送到另一块需要接收此数据的单元板卡6中，多块不同类型的单元板卡6之间数据可以进行交互，操作简单，具有灵活的数据流处理方式，具有对处理信息量大以及控制算法复杂等复杂网络架构的综合适应能力，该实施方式具体解决了现有技术中存在的传统plc的生产厂商之间的产品互相不兼容，各厂商产品的编程方法差别很大，多个不同类型的设备与上位机之间通信时存在相互干扰，实时同步性能差，且多个不同类型的设备之间数据无法及时交互的问题。
49.本发明提供了如图3所示的基于vme总线架构的多功能控制系统，所述i/o单元8的16路数字输入信号端连接有光电耦合器12；
50.所述i/o单元8的16路数字输出信号端连接有光继电器13；
51.实施方式具体为：通过在i/o单元8的16路数字输入信号端连接有光电耦合器12，光电耦合器12能够保护电路免于外界信号的干扰及损坏，提高输入信号的门限，从而杜绝感应耦合产生低压信号造成的误操作，在i/o单元8的16路数字输出信号端连接有光继电器13，采用光继电器13来实现数字信号的输出，增加了抗干扰能力，增加了信号输出的稳定性，该实施方式具体解决了现有技术中存在的信号抗干扰能力弱，信号输出不稳定的问题。
52.本发明提供了如图5
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6所示的基于vme总线架构的多功能控制系统，所述控制器2的左侧开设有散热口，所述散热口的内部安装有排气风扇14，所述控制器2的右侧开设有进气口，所述进气口的内部安装有进风风扇15；
53.所述散热口的左端端口固定有第一防尘网16，所述进气口的右端端口固定有第二防尘网17；
54.实施方式具体为：通过在控制器2的左侧开设有散热口，散热口的内部安装有排气风扇14，便于控制器2内部热量的快速排出，控制器2的右侧开设有进气口，进气口的内部安装有进风风扇15，能够使得外界冷空气快速进入控制器2内，能够有效的加快控制器2内部空气与外部空气的交换，大大提高了控制器2内部元件的散热效果，有效地延长了控制器2内部元件的使用寿命，通过第一防尘网16和第二防尘网17能够有效地避免外界空气中的灰尘通过散热口和进气口进入控制器2内部，保证了控制器2内部的清洁，该实施方式具体解决了现有技术中存在的控制器散热效果差的问题。
55.以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。