CN105446291A - 实现dcs***中对等通信的控制器、操作站、设备及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及DCS***,公开了一种用于实现DCS***中对等通信的控制器、操作站、设备及方法,其中,所述控制器被配置成:接收来自操作站的数据传输请求;基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
Description
技术领域
本发明涉及DCS***(DistributedControlSystem,分布式控制***),具体地,涉及一种用于实现DCS***中对等通信的控制器、操作站、设备及方法。
背景技术
DCS***中,***网是实现监控级与控制级之间通信的网络,一般采用工业以太网,***网络上一般至少有两类站点:过程控制站和操作员站;过程控制站实现对现场数据的采集、运算以及控制,操作员站实现对现场数据的监视、操作和管理。过程控制站和操作员站之间相互通信完成数据交互,它们之间的通信一般有两种模式:C/S模式、P-P模式(对等通信)。
***网各节点的通信采用C/S模式的情况是:由两台冗余数据服务器与控制站进行实时通信,所有操作站都会向两台服务器请求数据。这种模式一般可以完成大规模DCS***的操作站和控制站的之间的数据通信,通信效率较高。但是这种结构的最大问题是:充当数据服务器的两台服务器成为事实上的数据网关,成为***可靠性的瓶颈,因此,一方面服务器的某种故障会造成整个***通信失效的情况(包括服务器硬件采用通用的商业服务器以及采用微软Server操作***的不稳定性以及不可控性),造成整个DCS***瘫痪,***的可靠性很低,很难满足工业控制***对可靠性的需求;另一方面,在服务器的数据转发过程中,实时性大大降低,每次数据交换需要通过服务器中转两次,对于工业控制而言常常不能满足。
传统的P-P结构***是把操作站与控制器看作通讯的发起和响应方,操作站为了保证来自操作员的任何数据需求,因此把有可能需要的数据均向控制器进行请求,并且每台操作站均需要获得控制器的数据,需要与其进行通信。因此传统的P-P模式从表象上看,确实实现了控制器与操作站之间的数据直接交换,但是存在几个问题:当***规模变大时,其通信效率变得低下,数据更新缓慢;由于各个站点均需要通信,网络负荷变得很大,造成***不稳定因素,以及通讯的实时性不高,数据延迟大的问题;另外,这种通信模式对控制器的网络性能要求极高,一般的嵌入式的控制器性能难以满足要求,只好配置高档的处理器芯片,造成***成本急剧增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于实现DCS***中对等通信的控制器、操作站、设备及方法,其能够实现大规模DCS***中,多个操作站与多个控制器之间确定性、实时性、高效率的对等通讯。
为了实现上述目的,本发明提供一种用于实现DCS***中对等通信的控制器,所述控制器被配置成:接收来自操作站的数据传输请求;基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的操作站,所述操作站被配置成:向控制器申请操作站通讯管道;根据当前操作页面的数据大小与当前申请的操作站通讯管道来申请页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述控制器进行数据传输。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的设备,该设备包括:上述的控制器,以及上述的操作站。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的方法,所述方法包括:接收来自所述操作站的数据传输请求;基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的方法,所述方法包括:向控制器申请操作站通讯管道;根据当前操作页面的数据大小与当前申请的操作站通讯管道来申请页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述控制器进行数据传输。
通过上述技术方案,采用页面通讯管道进行数据传输,各操作站通讯管道及操作站通讯管道上的页面通讯管道之间相互独立,互不影响。通讯量的合理使得控制器性能得到保证,从而达到了满足大规模DCS***的高效、高速P-P通讯要求。
本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与下面的具体实施方式一起用于解释本发明,但并不构成对本发明的限制。在附图中:
图1示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的控制器的操作站通讯管道划分示意图;
图2示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的控制器的页面通讯管道与数据区的映射关系;
图3示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的操作站和控制器之间的通信示意图;
图4示出了操作站当前操作页面的变量表生成过程。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
本发明提供一种用于实现DCS***中对等通信的设备,该设备包括:用于实现DCS***中对等通信的控制器和操作站。
其中,所述控制器被配置成:接收来自操作站的数据传输请求;基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
在控制器中可以包括多个操作站通讯管道,每个操作站通讯管道可以包括多个页面通讯管道。多个页面通讯管道中可以具有多个大页面通讯管道和多个小页面通讯管道,其中多个大页面通讯管道中的每一者的通信点多于多个小页面通讯管道中的每一者的通信点。
在一实施方式中,控制器中可以包括16个操作站通讯管道,每个操作站通讯管道包括3个大页面通讯管道和20个小页面通讯管道。其中,大页面通讯管道可以包括1000个通信点,小页面通讯管道可以包括300个通信点。每个页面通讯管道之间相互独立,没有任何耦合关系,从而增强了***通信的可靠性,且每个页面通讯管道可以重复使用,但是在同一时刻,最多***作站的一个操作页面所使用。
图1示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的控制器的操作站通讯管道划分示意图。如图1所示,操作站通讯管道的左侧是对操作站的访问接口,用于响应来自操作站的数据通信请求,操作站通讯管道的右侧与控制器的数据区链接,操作站通讯管道与数据区之间可以是映射关系,使得操作站对操作站通讯管道的访问本质上是对数据区的直接访问,而并不需要中间数据代理层,进而增加了数据访问速度。
图2示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的控制器的页面通讯管道与数据区的映射关系。如图2所示,每个页面通讯管道均可通过数据地址指针访问到全部的数据区内容。
图3示出了本发明提供的用于实现DCS***中对等通信的操作站和控制器之间的通信示意图。如图3所示,当操作站需要与进行控制器通讯时,先向控制器申请操作站通讯管道,控制器响应于操作站发送的申请操作站通讯管道的请求来确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的操作站通讯管道,操作站根据操作页面的数据大小以及所确定的操作站通讯管道申请页面通讯管道(即,申请大页面通讯管道还是申请小页面通讯管道),当操作站进行操作页面切换时,向操作站通讯管道发送通信数据请求,通过操作站通讯管道从控制器的数据区读取数据或者向数据区写入新的数据。因为每个页面通讯管道的点数是有限的,通信过程中资源消耗比较小,且通信速度比较快。
具体地,操作站与控制器的数据通信的具体工作原理为:操作站响应于所打开的操作页面,读取当前操作页面的ID,判断前操作页面的ID是否处于通讯列表中。在当前操作页面的ID号处于通讯列表中的情况下,向控制器发送当前操作页面的ID号。控制器接收来自操作站的ID号,并根据ID号为操作站分配操作站通讯管道及页面通讯管道,页面通讯管道访问与相应于该ID号的数据,以实现操作站与控制器的数据通信。优选地,操作站通讯管道可以使用操作页面的ID号进行编号,控制器接收来自操作站的ID号后,可以直接根据该ID号查找相应地操作站通讯管道。
在当前操作页面的ID号不处于通讯列表中的情况下,操作站首先生成变量表,该变量表为当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表,并将当前操作页面的ID号与变量表发送至控制器以申请操作站通讯管道及页面通讯管道。控制器接收来自操作站的当前操作页面的ID号和变量表,根据当前操作页面的ID号为操作站分配操作站通讯管道,并根据变量表及所分配的操作站通讯管道为操作站分配页面通讯管道,页面通讯管道根据变量表中的数据地址指针访问控制器的数据区,以读取数据区中相应的数据或向相应的数据区写入数据,进而实现操作站与控制器的数据通信。
其中,在操作站向控制器发送数据通信请求以后,如果控制器中当前没有空闲的操作站通讯管道,则控制器向操作站发送通信失败信息。
此外,操作站可以向控制器发送周期数据通信请求,控制器每周期的(如,500ms)向操作站返回操作站通信管道的数据,进而实现操作站与控制器之间的多次数据交互过程。
操作站中存储有符号表,符号表为数据点项名、数据类型、数据地址指针的对应表。操作站能够根据操作业面的数据点项名检索符号表,进而获取所需的数据地址指针。优选地,符号表的结构可以如表1所示,使用这种结构,可以压缩符号表的大小并提高符号表的检索速率。
表1
图4示出了操作站当前操作页面的变量表生成过程。如图4所示,操作站的HMI(HumanMachineInterface,人机界面)首先打开一个新的操作页面,操作站读取所打开的操作页面的ID,在当前操作页面的ID号不处于通讯列表中的情况下,操作站读取当前操作页面所需的数据点项名,使用数据点项名检索符号表以生成对应于数据点项名的地址指针信息,进而生成当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表,即生成变量表。
此外,操作站可以向控制器发送通信结束的请求,控制器接收该通信结束请求,并响应于该通信结束的请求,释放当前***作站所占用的页面通讯管道及操作站通讯管道。
优选地,控制器在预设时间内没有接收到来自操作站的数据传输请求时,释放当前***作站所占用的页面通讯管道及操作站通讯管道。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的方法,所述方法包括:接收来自所述操作站的数据传输请求;基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。该方法的工作流程与上述控制器的工作原理类似,这里不再赘述。
相应地,本发明还提供一种用于实现DCS***中对等通信的方法,所述方法包括:向控制器申请操作站通讯管道;根据当前操作页面的数据大小与当前申请的操作站通讯管道来申请页面通讯管道;以及经由所述页面通讯管道与所述控制器进行数据传输。该方法的工作流程与上述操作站的工作原理类似,这里不再赘述。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是,在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征,在不矛盾的情况下,可以通过任何合适的方式进行组合,为了避免不必要的重复,本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。
Claims (21)
1.一种用于实现DCS***中对等通信的控制器,其特征在于,所述控制器被配置成:
接收来自操作站的数据传输请求;
基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及
经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
2.根据权利要求1所述的控制器,其特征在于,所述控制器包括多个操作站通讯管道,所述多个操作站通讯管道中的每一者包括多个所述页面通讯管道。
3.根据权利要求2所述的控制器,其特征在于,所述多个页面通讯管道包括多个大页面通讯管道和多个小页面通讯管道,其中所述多个大页面通讯管道中的每一者的通信点多于所述多个小页面通讯管道中的每一者的通信点。
4.根据权利要求3所述的控制器,其特征在于,所述控制器包括16个操作站通讯管道,每一所述操作站通讯管道包括3个大页面通讯管道和20个小页面通讯管道。
5.根据权利要求4所述的控制器,其特征在于,所述大页面通讯管道包括1000个通信点,所述小页面通讯管道包括300个通信点。
6.根据权利要求3所述的控制器,其特征在于,所述控制器还被配置成:
接收来自所述操作站的所述ID号;以及
根据所述ID号为所述操作站分配所述操作站通讯管道及页面通讯管道。
7.根据权利要求6所述的控制器,其特征在于,所述控制器还被配置成:
接收来自所述操作站的所述ID号和变量表;以及
根据所述ID号为所述操作站分配所述操作站通讯管道,并根据所述变量表及所分配的操作站通讯管道为所述操作站分配页面通讯管道,
其中,所述变量表为当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表。
8.根据权利要求2所述的控制器,其特征在于,所述控制器还被配置成:
接收来自所述操作站的通信结束的请求;以及
响应于所述通信结束的请求,释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
9.根据权利要求2所述的控制器,其特征在于,所述控制器还被配置成:
在预设时间内没有接收到来自所述操作站的数据传输请求时,释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
10.一种用于实现DCS***中对等通信的操作站,其特征在于,所述操作站被配置成:
向控制器申请操作站通讯管道;
根据当前操作页面的数据大小与当前申请的操作站通讯管道来申请页面通讯管道;以及
经由所述页面通讯管道与所述控制器进行数据传输。
11.根据权利要求10所述的操作站,其特征在于,所述操作站还被配置成:
打开操作页面;
读取所述操作页面的ID;以及
以下一者:
在所述操作页面的ID号处于通讯列表中的情况下,根据所述操作页面的ID号向所述控制器申请所述操作站通讯管道及所述页面通讯管道;以及
在所述操作页面的ID号不处于所述通讯列表的情况下,生成变量表,该变量表为当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表;根据所述ID号向所述控制器申请所述操作站通讯管道;以及根据所述变量表及所申请的操作站通讯管道来申请所述页面通讯管道。
12.根据权利要求11所述的操作站,其特征在于,所述操作站还被配置成:
向所述控制器发送通信结束的请求以使所述控制器释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
13.一种用于实现DCS***中对等通信的设备,其特征在于,该设备包括:
权利要求1-9中任意一项权利要求所述的控制器,以及
权利要求10-12中任意一项权利要求所述的操作站。
14.一种用于实现DCS***中对等通信的方法,其特征在于,所述方法包括:
接收来自所述操作站的数据传输请求;
基于所述数据传输请求,确定用于与所述操作站的当前操作页面进行数据传输的页面通讯管道;以及
经由所述页面通讯管道与所述操作站进行数据传输。
15.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
接收来自所述操作站的所述ID号;以及
根据所述ID号为所述操作站分配操作站通讯管道及页面通讯管道。
16.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
接收来自所述操作站的所述ID号和变量表;以及
根据所述ID号为所述操作站分配所述操作站通讯管道,并根据所述变量表及所分配的操作站通讯管道为所述操作站分配页面通讯管道,
其中,所述变量表为当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表。
17.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
接收来自所述操作站的通信结束的请求;以及
响应于所述通信结束的请求,释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
18.根据权利要求15所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
在预设时间内没有接收到来自所述操作站的数据传输请求时,释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
19.一种用于实现DCS***中对等通信的方法,其特征在于,所述方法包括:
向控制器申请操作站通讯管道;
根据当前操作页面的数据大小与当前申请的操作站通讯管道来申请页面通讯管道;以及
经由所述页面通讯管道与所述控制器进行数据传输。
20.根据权利要求19所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
打开操作页面;
读取所述操作页面的ID;以及
以下一者:
在所述操作页面的ID号处于通讯列表中的情况下,根据所述操作页面的ID号向所述控制器申请所述操作站通讯管道及所述页面通讯管道;以及
在所述操作页面的ID号不处于所述通讯列表的情况下,生成变量表,该变量表为当前操作页面的数据点项名、数据类型及数据点的地址指针的对应表;根据所述ID号向所述控制器申请所述操作站通讯管道;以及根据所述变量表及所申请的操作站通讯管道来申请所述页面通讯管道。
21.根据权利要求20所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
向所述控制器发送通信结束的请求以使所述控制器释放所述页面通讯管道及所述操作站通讯管道。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |