CN104932472A - 一种网络在线可重构的工业安全监控*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种网络在线可重构的工业安全监控***,包括网络监控人机交互界面,网络监视单元和网络控制单元三部分。网络监视单元由Modbus监控主站(包括两个不同工业控制网络类型的监控主站,可切换投入运行)、Modbus从站(包括两个工业控制网络可动态局部重构的现场设备,分别是网关和Modbus门禁***控制站)组成;网络控制单元由CAN控制网络组成。CAN控制网络包括3个现场控制站,分别用于监测现场温湿度、烟雾浓度和报警。本发明可自动识别网络类型、规划重构方案、完成网络通信动态局部重构,在确保全***连续不间断运行、测控功能不受影响及控制品质不发生变化的约束下,自动适应不同工业控制网络类型的变化,在工业自动控制领域具有革命性的意义。
Description
技术领域
本发明属于工业自动控制领域,特别涉及基于在线部分重构方法的工业安全监控***。
背景技术
目前,网络控制***是信息时代控制***的主要形式,是网络控制节点通过通信介质按照一定的通信协议进行互连的。由于网络控制***所控制的应用对象的多样性和应用环境的不可预知性,使得传统的设计方法所设计的网络控制***不能适应应用对象和环境的变化。如果考虑了所兼容的各种对象和环境,设计的网络控制***成本过高。另外网络控制***还没有一个统一的通信协议标准,即多种通信协议标准共存(至少几十种以上),这也使得网络控制***在应用时互连存在问题。现有关部分重构技术大多处于理论研究阶段,更多的采用静态全局重构技术。然而,静态全局重构需要对整个FPGA资源重新配置,该重构方法是对器件的整体进行更新写入,不需要重构的部分功能也进行了更新写入,从而导致***进行重新初始化,在网络重构时,其它功能及其它通信也将暂停,***初始化完成后,所有的采集、控制、通信再建立完成,从而影响了非重构部分的稳定运行,所以该技术尚未被广泛应用于工业现场控制过程中。
发明内容
有鉴于此,本发明所要解决的问题是提供一种可自动识别网络类型、自动规划重构方案、自动完成网络通信动态局部重构的网络在线可重构的工业安全监控***。
本发明是通过这样的技术方案实现的,网络在线可重构的工业安全监控***,包括网络监控人机交互界面,网络监视单元和网络控制单元三部分。网络监视单元由Modbus监控主站、Modbus从站组成;网络控制单元由CAN控制网络组成。
进一步,所述Modbus监控主站,包括两个不同工业控制网络类型的监控主站(可切换投入运行)。
进一步,所述Modbus从站,包括两个工业控制网络可动态局部重构的现场设备,其中一个从站作为网关,连接一个基于CAN总线的控制网络,即Modbus/CAN网关,另一个是Modbus门禁***控制站。
进一步,所述CAN控制网络包括3个现场控制站,分别用于监测现场温湿度、有害烟雾浓度和发出报警。
进一步,所述Modbus监控主站与Modbus从站和网络监控人机交互界面连接;CAN控制网络与Modbus/CAN网关连接。
进一步,所述网络监视单元选取Modbus作为网络通信协议。
进一步,所述网络控制单元选取CAN总线完成实时数据通信。
进一步,所述网络监控人机交互界面采用基于A9双核的Linux操作***,采用FPGA控制网络通信,二者之间采用AXI和Avalon-MM总线完成互访,实现该***的工业控制网络动态局部重构管理、设备自动组网管理和运行可视化。
进一步,网络在线可重构的工业安全监控***采用动态部分重构方法,将不同应用的部分重构信息存放于外部FLASH,然后根据检测当前通信类型,重构通信控制区域,实现不同类型网络之间的切换。
由于采用了上述技术方案,本发明具有如下的优点:
本发明发明的网络在线可重构的工业安全监控***通过工业控制网络通信动态局部重构技术,可自动识别网络类型、自动规划重构方案、自动完成网络通信动态局部重构,在确保全***连续不间断运行、测控功能不受影响及控制品质不发生变化的约束下,自动适应不同工业控制网络类型的变化,在工业自动控制领域具有革命性的意义。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述。
图1是本发明网络在线可重构的工业安全监控***架构示意图。
图2为本发明的网络监控人机交互界面示意图。
图3为本发明的Modbus主站***结构示意图。
图4为本发明的Modbus主站监控示意图。
图5为本发明的Modbus/CAN网关***结构示意图。
图6为本发明的部分重构设计流程图。
图7为本发明的部分重构结构示意图。
具体实施方式
本发明以RS-485总线,并以Modbus RTU和Modbus ASCII两种通信协议作为具体实施例对本发明作进行详细的描述;应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明实施例的网络在线可重构的工业安全监控***包括网络监视单元和网络控制单元、网络监控人机交互界面三部分。网络监视单元由Modbus监控主站、Modbus从站组成;网络控制单元由CAN控制网络组成。
所述Modbus监控主站,包括两个不同工业控制网络类型的监控主站(可切换投入运行),通过周期性轮询各从站,监控整个控制***运行状况,然后以动态刷新数据显示在监控画面上,以及,动态改变网络主站的请求协议,测试Modbus 从节点是否重构成功,决定监控层Modbus 网络通信模式。
所述Modbus从站,包括两个工业控制网络可动态局部重构的现场设备,其中一个从站作为网关,连接一个基于CAN总线的控制网络,即Modbus/CAN网关,Modbus/CAN网关主要实现底层CAN控制网络和上层Modbus 网络的数据融合和转发,即响应来自Modbus主站请求,将CAN控制网络的运行状况及参数上传至主站或下发控制命令,并将CAN控制网络中的数据显示在LCD上;另一个是Modbus门禁***控制站,门禁监控站通过红外传感器的检测状态,控制门禁电机。当该站检测到有红外感应时,则启动电机转动,直到该信号消失。
进一步,所述CAN控制网络包括3个现场控制站,分别用于监测现场温湿度、有害烟雾浓度和发出报警。
所述Modbus监控主站与Modbus从站和网络监控人机交互界面连接;CAN控制网络与Modbus/CAN网关连接。
所述网络监视单元选取Modbus作为网络通信协议。
所述网络控制单元选取CAN总线完成实时数据通信。
如图2所示,所述网络监控人机交互界面主要包括网络***总貌、通信配置、执行机构检测和参数配置、历史报警记录和现场监控。其中***总貌主要介绍整个监控画面的***结构。通信配置用于切换Modbus 主站的通信方式,可以切换为Modbus ASCII或Modbus RTU。执行机构检测主要用于检测CAN控制网络中报警装置和Modbus 门禁监控站是否正常工作。参数配置画面主要用于设定CAN控制网络中温湿度、烟雾的报警上限值。报警记录画面主要用来显示现场控制站中最近五条报警记录,其内容包括报警顺序、报警类型和报警的起止时间,现场监视画面模拟了工业控制现场环境,并将实时数据显示在该画面上,并用相应的动画呈现。
如图3所示,自定义的Modbus RTU 和Modbus ASCII收发控制IP核挂接在AXI总线上,然后由Pr_ctr控制当前通信模式,从而Modbus主站决定监控层Modbus 网络通信模式。
如图4所示,Modbus主站周期向现场控制站发送功能请求报文包。当该主站有新的任务请求时,则通过LWHPS2FPGA端口操控FPGA端的Modbus收发IP核。
如图5所示,当网络通信协议检测模块检测到当前通信类型与本站不一致时,则激活重构控制模块,重新配置可重构通信控制区。重构控制模块首先根据当前检测通信协议,选择存储在外部FLASH 中的通信配置文件,重写部分重构区域。
如图6所示,部分重构设计过程中,除了为重构指定固定区域,还为每个重构模块设计了端口封装层(wrapper_region)和信号冻结层(freeze_region),本***中通信重构区域大小根据实际需求设置为W30*H28。信号封装层主要为重构区域提供一致的端口,若当前通信使用不同的端口数目时,该设计可以保持重构端口一致性。信号冻结层位于端口封装层之外,该层主要负责保护重构区域和静态区域在部分重构过程中都可稳定运行。当重构控制块被激活时,该层则将重构区域所有的输入信号置为高电平;当重构结束后,该层将解除部分冻结功能并重新复位重构区域。
结合本发明的具体应用对本发明做进一步的说明:
检测当前网络链路通信类型是否与网络重构区域的通信协议类型一致,若此二者显示通信类型不一致,激活重构控制块,屏蔽网络通信重构区域的输入信号,避免在重构过程中,外界信号变换影响网络重构。重构控制块向FPGA中的重构主控节点准备重构时钟,并发送重构请求信号,该请求信号表明外部请求对网络通信重构区域重新配置,而且该信号需要一直保持高电平,直到重构成功信号出现。重构准备完成信号出现后,等待四个重构时钟周期,并通过存储器烤制块取出第一个16bit数据,并将其放在重构主节点的数据总线上。重构主节点的重构成功信号若被置高,说明重构结束,取消重构请求信号,等待重构成功信号置0,取消屏蔽网络通信重构区域输入信号,复位网络通信重构区域。
进一步,整个FGPA需要在整体配置成功一次之后,才能进行该实施例的重构过程,该整体配置同时将静态区域和网络部分重构区域同时配置,该过程可以保证通信识别通信检测模块、应用控制块、存储器控制块等正常工作。
以上所述仅为本发明的优选实施例,并不用于限制本发明,显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:该网络在线可重构的工业安全监控***包括网络监视单元和网络控制单元、网络监控人机交互界面三部分,网络监视单元由Modbus监控主站、Modbus从站组成;网络控制单元由CAN控制网络组成。
2.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:Modbus监控主站包括两个不同工业控制网络类型的监控主站(可切换投入运行)。
3.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:Modbus从站包括两个工业控制网络可动态局部重构的现场设备,其中一个从站作为网关,连接一个基于CAN总线的控制网络,即Modbus/CAN网关,另一个是Modbus门禁***控制站。
4.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:CAN控制网络包括3个现场控制站,分别用于监测现场温湿度、有害烟雾浓度和发出报警。
5.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:Modbus监控主站与Modbus从站和网络监控人机交互界面连接;CAN控制网络与Modbus/CAN网关连接。
6.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:网络监视单元选取Modbus作为网络通信协议。
7.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:网络控制单元选取CAN总线完成实时数据通信。
8.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:网络监控人机交互界面采用基于A9双核的Linux操作***,采用FPGA控制网络通信,二者之间采用AXI和Avalon-MM总线完成互访,实现该***的工业控制网络动态局部重构管理、设备自动组网管理和运行可视化。
9.根据权利要求1所述的网络在线可重构的工业安全监控***,其特征在于:网络在线可重构的工业安全监控***采用动态部分重构方法,将不同应用的部分重构信息存放于外部FLASH,然后根据检测当前通信类型,重构通信控制区域,实现不同类型网络之间的切换。
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