CN112666905B - 一种多通道通信控制***及通道控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种多通道通信控制***及通道控制方法。***包括通信控制器、PC机、基于MODBUS协议的现场设备组和控制中心。本发明采用多通道RS485接口,能将基于MODBUS协议的不同类型的现场设备接入到以太网、WIFI、5G等不同的网络。一个转换接口网络出项异常或故障,可立即切换至其他的转换接口网络,不仅提高了控制***的通信可靠性,而且可以为企业建立高效的企业工业互联网***,从而无需过早的淘汰原有设备,提高了设备的利用率,降低了企业的投资和运营成本,同时还可以推动企业工业化互联网的应用水平。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域,具体涉及一种多通道通信控制***及通道控制方法。
背景技术
MODBUS协议是应用于工业现场控制器上的通用标准,实现控制器之间、控制器与其他设备间的通信,支持传统的RS485接口。传统的工控领域,不论是PLC还是现场执行器件,都是采用RS485接口的MODBUS协议作为底层网络协议的。
随着物联网技术的发展,目前已经建立起了基于以太网、WIFI、5G的高效的数据采集、生产监控、即时成本管理的网络***。而原有的基于MODBUS协议的设备则无法直接连接到这些网络中,导致原有的设备面临淘汰的境地,降低了设备的利用率,增加了企业的投资和运营成本,制约了企业的生产效率。其次,现场的控制设备有多种类型,如采集设备、控制设备、视频监控设备等,不同的设备对通信的速率、带宽、延时、容错性、可靠性等要求不同,所以需要一种能实现多种通信协议转换的通信控制器及相应的控制方法,来最大限度地提高通信接口的利用率。最后,单一的协议转换接口,会导致网络通信故障时,控制***失效,这也同样要求通信控制器具有多种协议转换接口,来增加***的冗余度,进而提高控制***的可靠性。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷,本发明的目的在于提供一种多通道通信控制***及通道控制方法。
为实现上述发明目的,本发明提供的技术方案如下:
一种多通道通信控制***,包括通信控制器、PC机、基于MODBUS协议的现场设备组和控制中心。其中,所述通信控制器包括多个具有不同通信协议的上行通信接口和多个下行通信接口,所述通信控制器通过所述上行通信接口连接所述控制中心,所述现场设备组通过所述下行通信接口连接所述通信控制器;
所述通信控制器自动检测所述上行通信接口的实时状态,并根据所述实时状态自动进行与所述下行通信接口的切换和连接,所述PC机通过所述通信控制器的RS232接口对所述通信控制器进行设置。
作为本申请的一种具体实施方式,多个上行通信接口包括以太网接口、WIFI接口和5G接口,多个下行通信接口均为RS485接口。
作为本申请的一种具体实施方式,所述以太网接口为以太网PHY接口芯片;所述WIFI接口为符合WIFI无线网络通信标准IEEE802.11的WIFI模块;所述5G接口为5G模块。
进一步地,作为本申请的一种具体实施方式,所述通信控制器还包括MCU、DC/DC隔离电源、LDO、EEPROM、RTC、SDRAM、FLASH、双通道数字隔离器、隔离变压器和四路UART扩展芯片;
MCU与EEPROM、RTC、SDRAM、FLASH、双通道数字隔离器、隔离变压器和四路UART扩展芯片连接,用于实现所述上行通信接口和下行通信接口的检测、连接、控制、协议转换和***配置;
DC/DC隔离电源和LDO用于实现外部电路与MCU之间的电源供电和隔离,为***提供电源。
基于相同的发明构思,本发明还提供了一种多通道通信控制器的通道控制方法,适用于前述的多通道通信控制***。所述方法包括:
通过PC机对通信控制器的通道进行配置,配置方式包括固定配置或动态配置;
当选择动态配置方式时,所述通信控制器根据RS485接口的请求类型及通道占用状态动态分配RS485接口对应的转换接口。
与现有技术相比,本发明的多通道通信控制***及通道控制方法具有如下有益效果:
(1)本发明采用多通道RS485接口,能将基于MODBUS协议的不同类型的现场设备接入到以太网、WIFI、5G等不同的网络;
(2)本发明通道控制方法采用分时复用的方式实现多通道RS485与转换接口间的动态配置,能最大限度地利用通道和转换接口;
(3)本发明不仅提高了控制***的通信可靠性,而且可以为企业建立高效的企业工业互联网***,从而无需过早的淘汰原有设备,提高了设备的利用率,降低了企业的投资和运营成本,同时还可以推动企业工业互联网的应用水平。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明实施例提供的多通道通信控制***的结构图;
图2是通信控制器的硬件框图;
图3是本发明实施例提供的多通道通信控制器的通道控制方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
应当理解,当在本说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
本发明的发明构思是:提供一种多通道通信控制***及通道控制方法,将现场原有的基于RS485的MODBUS协议设备,按照传输数据的类型不同分为多组,可以转换为以太网、WIFI、5G多种网络接口协议,使得原有的MODBUS设备就可以与以太网、WIFI、5G网络中的任意一种互连。这样,通信控制器可以连接多组现场RS485串口设备,并将多个MODBUS串口数据流进行多种通信协议转换,当一个转换接口网络出现异常或故障,可立即切换至其他的转换接口网络,不仅提高了控制***的通信可靠性,而且可以为企业建立高效的企业工业互联网***,从而无需过早的淘汰原有设备,提高了设备的利用率,降低了企业的投资和运营成本,同时还可以推动企业工业互联网的应用水平。
请参考图1,本发明实施例提供的多通道通信控制***主要由通信控制器1、PC机,2、现场设备组3~10、控制中心11组成。其中通信控制器1具有下行通信接口为8个RS485接口1-5~1-12,上行通信接口为2个、以太网接口1-1~1-2、1个WIFI接口1-3和1个5G接口1-4,下行RS485通信接口分别与现场设备组3~10连接,上行通信接口与控制中心11(或远程监控网络)连接。通信控制器1能够自动检测上行通信接口以太网、WIFI、5G的状态,并自动进行与下行通信接口的切换和连接,使得现场设备能够最大限度地利用上行通信接口。现场设备组3~10为工业现场基于MODBUS协议的控制设备,每组设备可选择与上行接口以太网、WIFI或5G中的任意一种连接。PC机2通过通信控制器1的RS232接口来对通信控制器1进行设置,如IP地址、端口号、通道配置方式等。
进一步地,如图2所示,通道控制器主要包括:MCU1、DC/DC隔离电源2、LDO3、EEPROM4、RTC5、SDRAM6、FLASH7、RS485接口芯片8,10,12,14、双通道数字隔离器9,11,13,15、双通道数字隔离器16、RS232接口芯片17、双通道数字隔离器18、WIFI模块19、双通道数字隔离器20、5G模块21、以太网PHY接口芯片22、隔离变压器23、以太网PHY接口芯片24、隔离变压器25、四路UART扩展芯片26、双通道数字隔离器27,28,29,30、RS485接口芯片31,32,33,34。
其中,MCU1作为***的控制中心,实现上下行通信接口的检测、连接、控制、协议转换、***配置等功能;DC/DC隔离电源2和LDO3实现外部电路与MCU核心单元之间的电源供电、隔离功能,为***提供满足要求的电源;EEPROM4保存***参数、配置信息;RTC5为***提供高精度实时时钟;SDRAM为MCU数据存储器;FLASH为MCU程序存储器;RS485接口芯片8,10,12,14提供***电平与RS485电平信号接口转换电路;双通道数字隔离器9,11,13,15为内部***核心单元与外部电路间提供数字隔离,该隔离方式为变压器隔离;双通道数字隔离器16为RS232接口与***核心单元间提供数字隔离,RS232接口芯片17提供***电平与RS232电平转换电路;双通道数字隔离器18为***核心单元与外部WIFI模块间提供数字隔离,WIFI模块19符合WIFI无线网络通信标准IEEE802.11,实现STA的功能,可以通过AP接入WIFI;双通道数字隔离器20为***核心单元与外部5G模块间提供数字隔离,5G模块21实现5G信号的发射和接收功能,可通过基站接入5G网络;以太网PHY接口芯片22,24实现以太网物理层的功能,隔离变压器23,25实现将内部信号与外部线路隔离的功能,增强信号的抗干扰能力,并保护电路板内部;四路UART扩展芯片26用来扩展四路UART接口;双通道数字隔离器27~30实现MCU核心单元与***接口电路间的电气隔离;RS485接口电路31~34实现***电平与RS485电平转换功能。
与现有技术相比,本发明的多通道通信控制***及通道控制方法具有如下有益效果:
(1)本发明采用多通道RS485接口,能将基于MODBUS协议的不同类型的现场设备接入到以太网、WIFI、5G等不同的网络;
(2)本发明通道控制方法采用分时复用的方式实现多通道RS485与转换接口间的动态配置,能最大限度地利用通道和转换接口;
(3)本发明不仅提高了控制***的通信可靠性,而且可以为企业建立高效的企业工业互联网***,从而无需过早的淘汰原有设备,提高了设备的利用率,降低了企业的投资和运营成本,同时还可以推动企业工业互联网的应用水平。
基于相同的发明构思,本发明实施例提供了一种多通道通信控制***的通道控制方法,如图3所示,该方法的具体步骤如下:
S1:通过PC机2对通信控制器1通道进行配置,可选择固定或动态配置方式。
选择固定通道配置方式,则RS485通信接口1-4~1-7与转换接口以太网、WIFI、5G进行固定匹配,如RS485接口1-4固定匹配以太网接口,RS485接口1-5固定匹配WIFI接口,RS4851-6固定匹配5G接口。选择动态通道配置方式,则通信控制器1会根据RS485接口请求类型及通道占用状态动态分配RS485接口对应的转换接口。
S2:选择动态通道配置方式后,通信控制器采用分时控制的方式来控制各RS485端口占用协议转换接口,RS485接口的通道配置过程如下:
1、RS485接口数据流发送一个控制帧给通信控制器,帧格式如下:
帧类型 | 转换协议编码 | 端口优先级 | 数据源地址 | 数据类型 | 数据长度 | 校验码 |
该请求帧包括帧类型、转换协议编码、端口优先级、数据源地址、数据类型、数据长度、校验码等;
2、通信控制器收到该帧后,根据转换协议编码确定需转换的端口,检测该端口的占用状态,并分配给该数据流占用该端口的进程时间;
3、根据端口优先级,确定是否中断当前进程:如果待处理进程端口优先级高于当前进程,则将当前进程挂起状态,优先处理待处理进程,当该中断进程处理完后,重新返回原进程处理;如果待处理进程端口优先级低于当前进程,则通信控制器返回一个等待帧给请求的RS485端口,待当前进程时间结束后立即给请求的RS485端口发送一个就绪帧进入处理状态。通信控制器返回帧格式如下;
帧类型 | 源通道号 | 目的接口状态 | 进程序列号 | 数据类型 | 数据长度 | 校验码 |
该返回帧包含帧类型、源通道号、目的接口状态、进程序列号、数据类型、数据长度、校验码等信息,其中源通道号为发起请求的RS485通道号,目的接口状态为目标转换接口的状态,进程序列号为通信控制器为该任务进程授权的任务编号。
4、当待转换端口没有待处理的进程,则该转换端口进入挂起状态。
与现有技术相比,本发明的通道控制方法采用分时复用的方式实现多通道RS485与转换接口间的动态配置,能最大限度地利用通道和转换接口。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭示的技术范围内,可轻易想到各种等效的修改或替换,这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种多通道通信控制***,包括通信控制器、PC机、基于MODBUS协议的现场设备组和控制中心,其特征在于,所述通信控制器包括多个具有不同通信协议的上行通信接口和多个下行通信接口,多个下行通信接口均为RS485接口,所述通信控制器通过所述上行通信接口连接所述控制中心,所述现场设备组通过所述下行通信接口连接所述通信控制器;
所述通信控制器自动检测所述上行通信接口的实时状态,并根据所述实时状态自动进行与所述下行通信接口的切换和连接,所述PC机通过所述通信控制器的RS232接口对所述通信控制器进行设置;
其中,所述PC机通过所述通信控制器的RS232接口对所述通信控制器进行设置具体为:
通过PC机对通信控制器的通道进行配置,配置方式包括固定配置或动态配置;
当选择动态配置方式时,RS485接口数据流发送一个请求帧给通信控制器;所述请求帧包括帧类型、转换协议编码、端口优先级、数据源地址、数据类型、数据长度及校验码;
所述通信控制器根据转换协议编码确定待转换端口,检测该待转换端口的占用状态,并分配RS485接口数据流占用该待转换端口的进程时间;
根据端口优先级,确定是否中断当前进程:如果待处理进程端口优先级高于当前进程,则将当前进程挂起状态,优先处理待处理进程,当中断进程处理完后,重新返回原进程处理;如果待处理进程端口优先级低于当前进程,则通信控制器返回一个等待帧给请求的RS485端口,待当前进程时间结束后给请求的RS485端口发送一个就绪帧进入处理状态;
当待转换端口没有待处理的进程,则待转换端口进入挂起状态。
2.如权利要求1所述的多通道通信控制***,其特征在于,多个上行通信接口包括以太网接口、WIFI接口和5G接口,多个下行通信接口均为RS485接口。
3.如权利要求2所述的多通道通信控制***,其特征在于,所述以太网接口为以太网PHY接口芯片;所述WIFI接口为符合WIFI无线网络通信标准IEEE802 .11的WIFI模块;所述5G接口为5G模块。
4.如权利要求3所述的多通道通信控制***,其特征在于,所述通信控制器还包括MCU、DC/DC隔离电源、LDO、EEPROM、RTC、SDRAM、FLASH、双通道数字隔离器、隔离变压器和四路UART扩展芯片;
MCU与EEPROM、RTC、SDRAM、FLASH、双通道数字隔离器、隔离变压器和四路UART扩展芯片连接,用于实现所述上行通信接口和下行通信接口的检测、连接、控制、协议转换和***配置;
DC/DC隔离电源和LDO用于实现外部电路与MCU之间的电源供电和隔离,为***提供电源。
5.如权利要求1所述的多通道通信控制***,其特征在于,所述PC机对所述通信控制器进行的设置包括IP地址、端口号或通道配置。
6.一种多通道通信控制器的通道控制方法,其特征在于,适用于权利要求1所述的多通道通信控制***,多个下行通信接口均为RS485接口,所述方法包括:
通过PC机对通信控制器的通道进行配置,配置方式包括固定配置或动态配置;
当选择动态配置方式时,所述通信控制器根据RS485接口的请求类型及通道占用状态动态分配RS485接口对应的转换接口;
其中,当选择动态配置方式时,所述方法具体包括:
RS485接口数据流发送一个请求帧给通信控制器;所述请求帧包括帧类型、转换协议编码、端口优先级、数据源地址、数据类型、数据长度及校验码;
所述通信控制器根据转换协议编码确定待转换端口,检测该待转换端口的占用状态,并分配RS485接口数据流占用该待转换端口的进程时间;
根据端口优先级,确定是否中断当前进程:如果待处理进程端口优先级高于当前进程,则将当前进程挂起状态,优先处理待处理进程,当中断进程处理完后,重新返回原进程处理;如果待处理进程端口优先级低于当前进程,则通信控制器返回一个等待帧给请求的RS485端口,待当前进程时间结束后给请求的RS485端口发送一个就绪帧进入处理状态;
当待转换端口没有待处理的进程,则待转换端口进入挂起状态。
7.如权利要求6所述的多通道通信控制器的通道控制方法,其特征在于,所述等待帧包括帧类型、源通道号、目的口状态、进程序列号、数据类型、数据长度和校验码,其中源通道号为发起请求的RS485通道号,目的接口状态为目标转换接口的状态,进程序列号为通信控制器为任务进程授权的任务编号。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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