CN102970201B

CN102970201B - 一种工业现场设备的移动性集成方法

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Publication number: CN102970201B
Application number: CN201210417915.3A
Authority: CN
Inventors: 张渝
Original assignee: Southwest University
Current assignee: Southwest University
Priority date: 2012-10-26
Filing date: 2012-10-26
Publication date: 2015-07-08
Anticipated expiration: 2032-10-26
Also published as: CN102970201A

Abstract

本发明公开了一种工业现场设备的移动性集成方法，包括上行操作和下行操作，对于上行操作，IFDIG对来自工业现场的数据进行重新封装，并通过蓝牙、WIFI等无线接口与移动终端进行通信。移动终端中运行主机应用解析收到IFDCP数据包的内容，并最终以表格形式呈现设备的各种参数。用户可以通过这些参数进行操作，完成参数化、诊断和维护等工作。对于下行操作，用户在操作后若产生下行数据，则由主机应用对其进行封装，产生IFDCP数据包，然后通过无线接口发送给IFDIG。IFDIG对收到的数据进行解析后，提取下行数据并按现场设备通信协议进行重性封装，最后将数据包发送给现场设备。现场设备解析收到的数据包，并进行相应的操作。若需要返回信息，则通过上行操作完成。本发明将工业现场设备集成到移动终端中，可以降低设备集成的成本，增强集成的灵活性、提升集成的适应性。

Description

一种工业现场设备的移动性集成方法

技术领域

本发明属于工业控制网络设备集成技术，具体是一种将工业现场设备集成到移动终端的方法。

背景技术

随着信息技术的快速发展，工业现场设备正快速向数字化、网络化、智能化的方向发展，目前已开发出越来越多的各类工业数字化、智能化现场仪器仪表设备，并得到越来越广泛的应用。但由于缺乏相应的现场设备***集成技术和规范作为支撑，数字化、智能化的现场设备在工业生产中难于与现有控制***实现完整的信息集成，许多设备仍然按照传统的模拟设备在使用，未能充分发挥其应有的功能块、参数化、故障诊断、维护管理等智能化功能。为了使各类工业数字化现场设备能够无缝地集成到工业控制***中，充分发挥数字化现场设备的先进功能和优势，必须要设备集成技术提供支持。

为此，国际电工委员会（IEC）先后制订了电子设备描述技术（EDDL）和现场设备工具（FDT）两种现场设备集成技术标准。这两种技术和标准各有优缺点，得到不同厂商的支持，但仍然未能彻底解决现场设备的***集成瓶颈问题。EDDL采用交互式语言的设备描述技术，通过设备描述文件将现场设备数据参数的语义或描述提供给控制***。由***对描述文件进行解析，使***能够对现场设备进行数据交换、设备配置、故障诊断等各种操作。FDT提供类似于通用驱动程序式的设备集成技术，设备提供商提供设备的设备类型管理器（DTM）组件，用户通过框架应用可以对各DTM进行加载，以此实现现场设备的信息集成，对现场设备进行管理、维护和诊断。

这两种技术没有将可移动性作为主要因素考虑，特别是没有为当前主流移动终端，如智能手机、平板电脑等，提供支持。针对这种情况，需要一种支持移动性的现场设备集成技术，将各种工业现场的仪器仪表集成到移动终端中，以此提高***灵活性、方便在工业现场进行参数配置、诊断和维护。

发明内容

本发明的目的是提供一种将工业现场设备集成到移动终端中的工业现场设备的移动性集成方法，可以降低设备集成的成本，增强集成的灵活性、提升集成的适应性。

为了实现上述目的，采用以下技术方案：

一种工业现场设备的移动性集成方法，其特征在于：

所述集成方法包括上行操作和下行操作，其中

上行操作步骤：

①IFDIG（工业现场设备集成网关）与带有数字接口的工业现场设备进行通信，这些数字通信接口为基于RS232、RS485、USB或ETHERNET现有协议的接口，要提供相应的协议支持，以与设备进行数据交换；

②IFDIG根据协议进行解析，提取出现场设备的过程数据；

③IFDIG重新对获取的过程数据进行封装，形成IFDCP数据包；

④IFDIG使用蓝牙或WIFI无线传输协议，将IFDCP数据包发送到移动终端；

⑤移动终端对收到的IFDCP数据包进行解析，获得现场设备的过程数据；

⑥移动终端中的主机应用将过程数据按照表格的形式进行呈现；

⑦用户在提供的界面上进行参数化、诊断、维护操作；

2）下行操作步骤：

①用户通过HA界面，将下行数据通过移动终端发出；

②HA将下行数据按照IFDCP进行封转，形成协议数据包；

③HA使用蓝牙、WIFI协议，通过移动终端的无线接口，将数据包传输给IFDIG；

④IFDIG将收到的数据包进行解析，恢复出下行数据；

⑤IFDIG按照现场设备所使用的协议，重新对下行数据进行封装，形成新的数据包，并通过网关提供的通信接口，将数据包传送给现场设备；

⑥现场设备对收到的数据包进行解析，恢复出下行数据，并进行相应的处理；

⑦若有必要，将处理结果通过上行步骤，将结果返回给用户。

所述IFDIG数据包的格式为：帧标识域、命令号/响应号域、设备地址域、变量号域、变量类型域、变量值的长度域、变量值域、校验码域。

所述工业现场设备中的配置文件的格式为XML。

本发明是已有方法的重要补充，为工业控制***集成提供了新的途径。智能手机、平板电脑等移动终端具有功能强、灵活性好、性价比高、操作方便等优点，在工业控制中使用有利于增强控制***的灵活性和可扩展性。本发明有利于将工业控制与移动终端连接起来，有利于建立现场设备和移动终端之间的通信，方便用户通过移动终端对现场设备进行参数化、诊断、维护等操作。

附图说明

图1工业现场设备的移动集成结构图；

图2 工业现场设备通信协议数据帧结构图；

图3 设备集成具体实施结构示意图；

图4设备集成具体实施操作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明方法作进一步详细描述，这些描述不应理解为对本发明的任何限定。

本发明主要集成的对象是工业现场设备。集成的主体是移动终端，而不是传统的计算机或手持操作器。集成所用的设备配置文件是基于开放的XML文件，而不是传统的专用文件。移动终端与工业现场设备集成网关采用的通信协议是同业现场设备通信协议，采用无线通信的方法，而不是传统工业控制网络的有线通信方法。这种工业现场设备的移动性集成方法包括上行和下行两阶段的操作。

本发明将工业现场设备的移动性集成方法分为下行和上行两个方向的操作。

对于上行操作，首先设计工业现场设备集成网关（IFDIG， Industrial Field Device Integration Gateway）。IFDIG支持工业现场设备常用的通信协议，对协议数据包进行解析和理解；其次，IFDIG支持工业现场设备通信协议（IFDCP, Industrial Filed Device Communication Protocol），对来自工业现场的数据进行重新封装，并通过蓝牙、WIFI等无线接口与移动终端进行通信。最后，移动终端中运行主机应用（HA, Host Application）解析收到IFDCP数据包的内容，并最终以表格形式呈现设备的各种参数。用户可以通过这些参数进行操作，完成参数化、诊断和维护等工作。

对于下行操作，用户在操作后若产生下行数据，则由HA对其进行封装，产生IFDCP数据包，然后通过无线接口发送给IFDIG。IFDIG对收到的数据进行解析后，提取下行数据并按现场设备通信协议进行重性封装，最后将数据包发送给现场设备。现场设备解析收到的数据包，并进行相应的操作。若需要返回信息，则通过上行操作完成。

IFDCP将现场设备的各种数据抽象为变量，上行和下行的数据都被描述为变量的值。IFDCP帧中包括的域有：帧标识8个比特、命令号/响应号8个比特、设备地址8个比特、变量号16个比特、变量类型8个比特、变量值的长度16个比特、变量值大于等于0个比特、校验码16个比特。采用生成码为0x11021的CRC校验码。

HA在理解数据包时，需要用到设备的配置文件。本发明采用基于XML的配置方法，因为XML各种平台通用，可移植性好；提供了树形层次结构，可以很方便的定位某一元素；应用程序容易处理XML文件；XML文件提供了一种简洁的自解释的标记方法，容易阅读和理解。主要描述现场设备的各个变量，包括变量所在设备的地址、变量号、变量的类型、变量值的长度、变量的范围、变量的单位、变量的描述等内容。移动终端可以通过设备配置文件来理解各个变量并形成用户操作界面。

具体的，如图1至图4所示，具体实施方式示意***由带RS232接口的温度变送器、工业现场设备集成网关IFDIG、带安卓***的手机三部分组成，其操作步骤如下。

1）为了理解温度变送器中的各个参数，HA需要先导入XML的设备配置文件“CfgFile.xml”，并进行初始化操作；

2）HA对配置文件进行解析，生成基于表格形式的操作界面；

3）用户通过HA通过操作界面发出命令，例如：读取地址为0x29温度变送器的当前温度值；

4）HA将下行数据封装为IFDCP数据包：

5）HA通过蓝牙接口将下行数据包发送给IFDIG；

6）IFDIG解析数据包；

7）IFDIG对数据重新按照现场设备协议进行封转；

8）IFDIG将封装后的数据发送给现场设备；

9）现场设备解析数据包，并读取当前的温度值；

10）现场设备将温度值82.25摄氏度按照通信协议进行封装；

11）现场设备将数据通过RS232接口发送给IFDIG；

12）IFDIG进行解析，恢复出上行数据；

13）IFDIG按照IFDCP协议重新进行封装；

14）IFDIG通过蓝牙接口将IFDCP数据包发送到HA；

15）HA按照配置文件进行解析；

16）HA将解析结果按表格形式呈现给用户。

相关技术术语的名词解释

工业现场设备集成网关（IFDIG, Industrial Field Device Integration Gateway）：IFDIG是一种硬件设备，支持工业现场设备常用的通信协议，并带有蓝牙、WIFI等无线接口。IFDIG能与工业现场设备进行通信，对协议数据包进行解析和理解。也可以使用工业现场设备通信协议IFDCP与移动终端进行通信。

工业现场设备通信协议（IFDCP, Industrial Filed Device Communication Protocol）：IFDCP是IFDIG与移动终端通信的协议，属于应用层协议，建立在蓝牙、WIFI等无线协议的物理层和数据链路层之上。它将现场设备的各种数据抽象为变量，上行和下行的数据都被描述为变量的值。数据帧中包括的域有：帧标识8个比特、命令号/响应号8个比特、设备地址8个比特、变量号16个比特、变量类型8个比特、变量值的长度16个比特、变量值大于等于0个比特、校验码16个比特。采用生成码为0x11021的CRC校验码。

主机应用（HA, Host Application）：HA是移动终端中运行的，用来集成工业现场设备的应用程序。它能解析收到IFDCP数据包的内容，并最终以表格形式呈现设备的各种参数。用户可以通过这些参数进行操作，完成参数化、诊断和维护等工作。同时将用户的操作数据发送到IFDIG。

XML：可扩展标记语言 (Extensible Markup Language) ，用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言，可以用来标记数据、定义数据类型，是一种允许用户对自己的标记语言进行定义的源语言。

WIFI：WIFI是一种可以将个人电脑、手持设备（如PDA、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。WIFI是一个无线网路通信技术的品牌，由WIFI联盟(WIFI Alliance)所持有。目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。

蓝牙：蓝牙是一种支持设备短距离通信的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。

Claims

1.一种工业现场设备的移动性集成方法，其特征在于：

所述集成方法包括上行操作和下行操作，其中

上行操作步骤：

①工业现场设备集成网关IFDIG与带有数字接口的工业现场设备进行通信，这些数字接口为基于RS232、RS485、USB或ETHERNET现有协议的接口，IFDIG提供相应的协议支持，以与工业现场设备进行数据交换；

②IFDIG根据协议进行解析，提取出工业现场设备的过程数据；

③IFDIG重新对获取的过程数据进行封装，形成IFDCP数据包；

⑤移动终端对收到的IFDCP数据包进行解析，获得工业现场设备的过程数据；

⑦用户在提供的界面上进行参数化、诊断、维护操作；

下行操作步骤：

①用户通过HA界面，将下行数据通过移动终端发出；

②HA将下行数据按照IFDCP进行封装，形成协议数据包；

③HA使用蓝牙或WIFI协议，通过移动终端的无线接口，将协议数据包传输给IFDIG；

④IFDIG将收到的协议数据包进行解析，恢复出下行数据；

⑤IFDIG按照工业现场设备所使用的协议，重新对下行数据进行封装，形成新的数据包，并通过网关提供的通信接口，将新的数据包传送给工业现场设备；

⑥工业现场设备对收到的新的数据包进行解析，恢复出下行数据，并进行相应的处理。

2.如权利要求1所述的工业现场设备的移动性集成方法，其特征在于：IFDIG数据包的格式为：帧标识域、命令号/响应号域、设备地址域、变量号域、变量类型域、变量值的长度域、变量值域和校验码域。

3.如权利要求1或2所述的工业现场设备的移动性集成方法，其特征在于：所述工业现场设备中的配置文件的格式为XML。