CN104503325A - 一种分布式智能主控单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种分布式智能主控单元，包括用于***供电的电源模块，还包括处理单元、HMI单元、通信单元、存储单元和协处理单元，其中，所述通信单元具体包括COM模块、CAN模块和ETH模块。本发明中，主控单元采用总线式结构设计，具备串行端口(RS232/RS485)、CAN网络端口、以太网络端口等，并可以通过总线进行接口扩充以支持扩展。该主控单元具备基本的数据采集与控制功能，支持Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus RTU over TCP、Modbus ASCII over TCP、OPC、DL451、DL/T634(IEC60870系列)、DL/T645、IEC61850等多种标准规范协议。同时支持基于C语言的第三方数据传输规范的扩充。

Description

一种分布式智能主控单元
技术领域
本发明公开了一种分布式智能主控单元，涉及工业数据采集技术领域。
背景技术
用于工业环境中，用户数据采集与控制的工业设备被称为主控单元。主控单元具备网络、串行端口、现场总线端口等物理通信链路与工业采集控制对象(设备)进行通信并获取数据、发出控制指令等功能。
一般主控单元采用以处理器或单片机为中心的设计方式，集成网络、串行等端口，内置编写完成的数据通信处理程序，通过改变参数来调整通信过程。当遇到新的数据通信规范或原有的数据通信处理程序不能满足时，就需要主控单元生产厂家重新编制数据通信处理程序并下载到主控单元中。
出于数据采集与控制的可靠性出发，工业环境中经常会使用两台主控单元进行冗余备份。同时，为了防止物理链路的冲突，经常会额外配置一台双通道切换器进行物理通道的切换。由双通道切换器确保只有一台主控单元能够占用物理链路。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的缺陷，提供一种分布式智能主控单元，该主控单元采用总线式结构设计，具备串行端口(RS232/RS485)、CAN网络端口、以太网络端口等，并可以通过总线进行接口扩充以支持扩展。该主控单元具备基本的数据采集与控制功能，支持Modbus RTU、Modbus ASCII、Modbus RTU over TCP、Modbus ASCII over TCP、OPC、DL451、DL/T634(IEC60870系列)、DL/T645、IEC61850等多种标准规范协议。同时支持基于C语言的第三方数据传输规范的扩充。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种分布式智能主控单元，包括用于***供电的电源模块，还包括处理单元、HMI单元、通信单元、存储单元和协处理单元，其中，所述通信单元具体包括COM模块、CAN模块和ETH模块，所述处理单元对通信单元接收到的数据进行归一处理，将归一化处理后的数据发送至存储单元里；处理单元还用以实现将存储单元中的数据转换成工业要求的格式并向***外部发送；所述HMI单元用以实现人机交互；所述通信单元中，COM模块设置有COM接口，用以实现与***外设置有串口通信模块的采集对象之间进行通讯，COM模块；CAN模块用以实现与***外设置有CAN网络通信模块的采集对象之间进行通讯；ETH模块设置有ETH接口，实现与***外设置有以太网通信模块的采集对象之间的通讯；所述存储单元用以存储经过主控处理单元归一化处理的数据；所述协处理单元针对两台以上的分布式智能主控单元协同工作时使用，协处理单元根据分布式智能主控单元的状态来控制通信单元的状态；分布式智能主控单元控制通信单元，使其与采集对象使用相同的通讯协议，将采集对象的数据采集到主控单元，并存储在存储单元中；所述分布式智能主控单元采用分布式控制设计，复数个主控单元协同工作，彼此间自动接管其他主控单元所负责的通讯任务。
作为本发明的进一步优选方案，***还包括独立协同控制微处理器，所述协同控制微处理器通过监视群聚控制链路心跳，来确定链路工作状态，并据此控制各通信链路物理接口设置的继电器开关将备链路接口物理上与主链路隔离开。
作为本发明的进一步优选方案，所述COM接口对应的串口模块通讯接口经由跳线设置为RS232、RS485或者RS422。
作为本发明的进一步优选方案，所述COM模块的数量为1至8个，每个COM模块设置有2个COM口。
作为本发明的进一步优选方案，所述ETH接口的数量为1至6个。
作为本发明的进一步优选方案，所述存储单元的存储容量为2GB。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明相对于相对于现有技术，具有以下技术效果：
本发明实现了主控单元的物理结构的模块化设计，并对物理模块的类型进行了划分，这样上层的通信控制过程就实现了统一标准化。软件上就能够允许在遇到新的数据通信规范协议或对原有协议进行扩充时，只需要用C语言编写相应的软件扩充模块，而不需要重置整个主控单元的控制软件；
本发明实现了多台主控单元对同一采集对象(设备)的多机协同控制，并且能够在主控单元故障或单一处理进程故障时，自动切换主用通信链路，提高通信过程的可用性和稳定性。当配合主控单元的协同处理器对物理通信链路接口进行控制时，可以解决物理接口的不可多重连接的问题。
附图说明
图1为本发明中分布式智能主控单元的配置图。
图2为所述分布式智能主控单元的电源模块配置图。
图3为所述分布式智能主控单元的内部数据连接图。
图4为本发明的一个具体实施例中，分布式智能主控单元的两线接口控制原理图。
图5为本发明的一个具体实施例中，分布式智能主控单元的四线接口控制原理图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明中分布式智能主控单元的配置图如图1所示，所述分布式智能主控单元，包括用于***供电的电源模块，还包括处理单元、HMI单元、通信单元、存储单元和协处理单元，其中，所述通信单元具体包括COM模块、CAN模块和ETH模块，所述处理单元对通信单元接收到的数据进行归一处理，将归一化处理后的数据发送至存储单元里；处理单元还用以实现将存储单元中的数据转换成工业要求的格式并向***外部发送；所述HMI单元用以实现人机交互；所述通信单元中，COM模块设置有COM接口，用以实现与***外设置有串口通信模块的采集对象之间进行通讯，COM模块；CAN模块用以实现与***外设置有CAN网络通信模块的采集对象之间进行通讯；ETH模块设置有ETH接口，实现与***外设置有以太网通信模块的采集对象之间的通讯；所述存储单元用以存储经过主控处理单元归一化处理的数据；所述协处理单元针对两台以上的分布式智能主控单元协同工作时使用，协处理单元根据分布式智能主控单元的状态来控制通信单元的状态。
所述分布式智能主控单元的内部数据连接图如图3所示，分布式智能主控单元控制通信单元，使其与采集对象使用相同的通讯协议，将采集对象的数据采集到主控单元，并存储在存储单元中；所述分布式智能主控单元采用分布式控制设计，复数个主控单元协同工作，彼此间自动接管其他主控单元所负责的通讯任务。
处理单元(MCPU)，该单元为主控的核心，将通信单元接收到的数据做出归一处理，然后将归一化的数据存储在存储单元里。也可将存储单元的数据转换成工业要求的格式从主控发送出去。
所述分布式智能主控单元的电源模块配置图如图2所示，电源(PW)将外部电源转换为CPU模块的工作电源。每个主控单元可配置一组或两组电源模块。两路电源可同时供电，当一路电源消失时实现自动无缝切换。
HMI单元，该单元实现操作员与主控之间的对话，将主控的状态直观的现实在用户面前。
通信单元，可以包括COM模块、CAN模块和ETH模块。
COM模块，实现与现场带串口的智能设备之间的通讯。串口模块通讯接口可通过跳线设置为RS232、RS485、RS422。每个COM模块带2个COM口，可根据实际需要增加或减少COM模块的配置，本主控单元最大支持8个COM模块，即16个COM口。分布式智能主控单元的两线、四线接口控制原理图分别如图4、图5所示。
CAN模块，实现与现场带CAN网络的智能设备之间的通讯。
ETH模块，实现与现场带网络的智能设备之间的通讯。本主控单元自带1个ETH口，定义为ETH0，并可根据实际需要扩展，最多可扩展6个ETH口。
存储单元(RAM)，将主控处理单元处理的归一化数据存储起来。本主控单元自带2G存储，并可跟据实际需要扩展外部存储。
协处理单元(CCPU)，当需要两台以上主控协同工作时需要配置协处理单元。协处理单元根据主控单元的状态来控制通信单元的状态。
本发明中，数据采集过程按照内部数据连接图，如图2所示：
主控单元可配置采用COM口、CAN口和ETH口跟现场智能采集对象（设备）IED相连接，采用与智能采集对象（设备）IED相同的通讯协议，将现场的数据采集到主控单元，并存储在存储单元（RAM）中。同时也能将控制***下发的命令传送到智能采集对象（设备）IED。
数据转发过程中，主控单元可配置采用COM口、CAN口和ETH口跟控制***（CS）相连接，采用与控制***（CS）相同的通讯协议，将主控单元采集并存储的数据传送给控制***（CS）。
本发明中，主控单元采用了分布式控制设计，允许在一个网络内具备多台主控单元协同工作。当集群中的一台主控单元出现故障退出运行时，其他单元自动接管该主控单元所负责的通讯任务。
在每台主控单元中都设置了独立协同控制微处理器。协同控制微处理器通过监视群聚控制链路心跳，来确定链路工作状态，并据此控制各通信链路物理接口设置的继电器开关将备链路接口物理上与主链路隔离开。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种分布式智能主控单元，其特征在于：包括用于***供电的电源模块，还包括处理单元、HMI单元、通信单元、存储单元和协处理单元，其中，所述通信单元具体包括COM模块、CAN模块和ETH模块，所述处理单元、存储单元和协处理单元通过内部高速总线彼此相互连接，所述处理单元和通信单元通过内部通信总线相互连接，
所述处理单元对通信单元接收到的数据进行归一处理，将归一化处理后的数据发送至存储单元里；处理单元还用以实现将存储单元中的数据转换成工业要求的格式并向***外部发送；
所述HMI单元用以实现人机交互；
所述通信单元中，COM模块设置有COM接口，用以实现与***外设置有串口通信模块的采集对象之间进行通讯，COM模块；
CAN模块用以实现与***外设置有CAN网络通信模块的采集对象之间进行通讯；
ETH模块设置有ETH接口，实现与***外设置有以太网通信模块的采集对象之间的通讯；
所述存储单元用以存储经过主控处理单元归一化处理的数据；
所述协处理单元针对两台以上的分布式智能主控单元协同工作时使用，协处理单元根据分布式智能主控单元的状态来控制通信单元的状态；
分布式智能主控单元控制通信单元，使其与采集对象使用相同的通讯协议，将采集对象的数据采集到主控单元，并存储在存储单元中；所述分布式智能主控单元采用分布式控制设计，复数个主控单元协同工作，彼此间自动接管其他主控单元所负责的通讯任务。
2.如权利要求1所述的一种分布式智能主控单元，其特征在于：还包括独立协同控制微处理器，所述协同控制微处理器通过监视群聚控制链路心跳，来确定链路工作状态，并据此控制各通信链路物理接口设置的继电器开关将备链路接口物理上与主链路隔离开。
3.如权利要求1或2所述的一种分布式智能主控单元，其特征在于：所述COM接口对应的串口模块通讯接口经由跳线设置为RS232、RS485或者RS422。
4.如权利要求3所述的一种分布式智能主控单元，其特征在于：所述COM模块的数量为1至8个，每个COM模块设置有2个COM口。
5.如权利要求1或2所述的一种分布式智能主控单元，其特征在于：所述ETH接口的数量为1至6个。
6.如权利要求1或2所述的一种分布式智能主控单元，其特征在于：所述存储单元的存储容量为2GB。
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