基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法，特別是涉及基于以太網(wǎng)的分布式、網(wǎng)絡(luò)化、可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法。系統(tǒng)由上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017、PLC三部分組成，且都支持以太網(wǎng)通訊，通過集線器將三部分連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場傳感器的模擬量信號，并通過通訊將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)和PLC，供上位機(jī)監(jiān)視、PLC控制。該系統(tǒng)通訊速度快，模塊可擴(kuò)展，能適應(yīng)復(fù)雜工況，將數(shù)據(jù)采集與系統(tǒng)控制分散，降低了系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說明】基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法，特別是涉及基于以太網(wǎng)的分布式、網(wǎng)絡(luò)化、可擴(kuò)展的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法，適用于復(fù)雜工業(yè)監(jiān)控中對溫度、壓力、液位等模擬量信號的快速采集與可靠傳輸。

【背景技術(shù)】
[0002]控制領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)性的要求越來越高，通訊能力的好壞是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是否具有實(shí)時(shí)性的重要標(biāo)志。傳統(tǒng)的485或232通訊速度有限，限制了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性，越來越難以滿足對實(shí)時(shí)性要求高的控制系統(tǒng)。以太網(wǎng)通訊傳輸速度快，傳輸距離遠(yuǎn)，抗干擾能力強(qiáng)，越來越得到重視。
[0003]隨著以太網(wǎng)的普及，越來越多的設(shè)備都支持以太網(wǎng)通訊，然而不同廠家設(shè)備之間通訊協(xié)議不一定兼容。如果所采用的PLC和數(shù)據(jù)采集模塊不是同一個(gè)廠家生產(chǎn)，且分別采用不同的通訊協(xié)議，就會(huì)導(dǎo)致PLC無法直接訪問數(shù)據(jù)采集模塊。
[0004]現(xiàn)代控制系統(tǒng)中除了 PLC和數(shù)據(jù)采集模塊外，還有上位機(jī)，設(shè)備比較多。采用以太網(wǎng)進(jìn)行TCP/IP通訊，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中有時(shí)幾對節(jié)點(diǎn)在同一時(shí)刻進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這樣就有可能造成節(jié)點(diǎn)沖突，網(wǎng)絡(luò)因重負(fù)載而延遲數(shù)據(jù)傳輸。
[0005]有一些控制系統(tǒng)，PLC自身可以擴(kuò)展模擬量采集模塊，但是中小型PLC的單個(gè)CPU模塊所能擴(kuò)展的模塊總數(shù)是有限的，且大多數(shù)控制系統(tǒng)都要擴(kuò)展大量的數(shù)字量輸入模塊和數(shù)字量輸出模塊，因此所能擴(kuò)展的模擬量采集模塊就更加有限了，可能會(huì)因?yàn)樗軘U(kuò)展的模擬量模塊數(shù)量不足而不能滿足系統(tǒng)需要。選擇大型PLC又會(huì)增加成本。PLC自身擴(kuò)展模擬量采集模塊，將整個(gè)系統(tǒng)的控制過于集中到PLC，一旦PLC在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障，就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)及方法，其通訊速度快、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)，可解決不同廠家通訊設(shè)備以太網(wǎng)通訊過程中應(yīng)用層協(xié)議不兼容的問題，可避免網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間通訊沖突，優(yōu)化通訊過程。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)，其特征在于:包括通過集線器連接在同一網(wǎng)絡(luò)的上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC，其中:
[0008]上位機(jī)作為客服機(jī)，基于TCP/IP協(xié)議讀取數(shù)數(shù)據(jù)采集與控制模塊中的數(shù)字量信號并做數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC ；
[0009]數(shù)據(jù)采集與控制模塊作為服務(wù)器，同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)采集工作及簡單控制工作，用于實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場傳感器的模擬量信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號；
[0010]PLC作為服務(wù)器；
[0011]由上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC組成單客服機(jī)、多服務(wù)器的通訊系統(tǒng)。
[0012]優(yōu)選地，具有N個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊和m個(gè)PLC，m彡1，N = nXm，η為正整數(shù)，將N個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊分成m組，第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊對應(yīng)第m個(gè)PLC，并經(jīng)由所述上位機(jī)作為中轉(zhuǎn)與第m個(gè)PLC建立通訊。
[0013]本發(fā)明的另一個(gè)技術(shù)方案是提供了一種采用上述基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊方法，其特征在于，步驟為:
[0014]第一步、為上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC分配獨(dú)立的IP地址，至少上位機(jī)進(jìn)行初始化；
[0015]第二步、自任意一組數(shù)據(jù)采集與控制模塊開始，由上位機(jī)作為中轉(zhuǎn)依次進(jìn)行各組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)第m個(gè)PLC之間數(shù)據(jù)通訊的具體步驟為:
[0016]步驟2.1、上位機(jī)依次讀取第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊中各數(shù)據(jù)采集與控制模塊給出的數(shù)字量信號；
[0017]步驟2.2、由上位機(jī)將讀取的所有數(shù)字量信號進(jìn)行處理并合并；
[0018]步驟2.3、上位機(jī)將合并后的數(shù)據(jù)集中發(fā)送給與第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊對應(yīng)的第m個(gè)PLC ;
[0019]第三步、判斷是否存在停止信號，若有，則退出整個(gè)步驟，若無，則返回第二步繼續(xù)執(zhí)行。
[0020]優(yōu)選地，在各組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊過程中，由每個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊自身判斷其所采集到的信號是否超過設(shè)定的閾值，若是，則由每個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊自身給出告警或進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。
[0021]本發(fā)明采用以上技術(shù)方案的優(yōu)點(diǎn)為:
[0022](I)通訊過程中，用上位機(jī)做中轉(zhuǎn)，上位機(jī)程序用VB開發(fā)，可以根據(jù)不同設(shè)備所支持的不同協(xié)議編制接口程序，很好地解決了設(shè)備應(yīng)用層協(xié)議不兼容的問題。
[0023](2)通訊系統(tǒng)是單客服機(jī)、多服務(wù)器的系統(tǒng)，任一時(shí)刻，系統(tǒng)中只有一對節(jié)點(diǎn)在進(jìn)行以太網(wǎng)通訊，避免了網(wǎng)絡(luò)中多對節(jié)點(diǎn)同時(shí)通訊造成沖突。
[0024](3)上位機(jī)采用逐一讀取各數(shù)據(jù)采集與控制模塊中的數(shù)據(jù)并做數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的各數(shù)據(jù)采集與控制模塊中的數(shù)據(jù)整理合并，再將整理合并后的數(shù)據(jù)向PLC中集中發(fā)送的方式，可以減少通訊次數(shù)。
[0025](4)系統(tǒng)工作過程中一旦檢測到現(xiàn)場的溫度、壓力、液位等信號達(dá)到極限值，利用數(shù)據(jù)采集與控制模塊自帶的兩路集電極開路輸出使其報(bào)警和完成一些緊急動(dòng)作，將控制功能進(jìn)一步分散，可以有效降低整個(gè)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖；
[0027]圖2本發(fā)明的通訊程序主程序流程圖；
[0028]圖3本發(fā)明的通訊程序子程序流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖作詳細(xì)說明如下。
[0030]本發(fā)明的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊、PLC部分三部分組成，且都支持以太網(wǎng)通訊，通過集線器將三部分連接在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。數(shù)據(jù)采集與控制模塊由多塊數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017組成，PLC部分根據(jù)系統(tǒng)大小選擇一臺(tái)PLC或多臺(tái)PLC。數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場傳感器的模擬量信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號。上位機(jī)基于TCP/IP協(xié)議讀取數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017中的數(shù)據(jù)并做數(shù)據(jù)處理，然后將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC。上位機(jī)程序用VB編程實(shí)現(xiàn)。
[0031]數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017支持Modbus/TCP協(xié)議，通訊過程中，上位機(jī)首先根據(jù)Modbus/TCP協(xié)議讀取數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017中的數(shù)據(jù)，然后根據(jù)PLC所支持的通訊協(xié)議將數(shù)據(jù)發(fā)送到PLC中，上位機(jī)作數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)站。
[0032]在通訊過程中，上位機(jī)作為客服機(jī)，PLC及各數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017作為服務(wù)器，將通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)成單客服機(jī)、多服務(wù)器的通訊系統(tǒng)。為客服機(jī)及各服務(wù)器分配獨(dú)立的IP地址。
[0033]在系統(tǒng)中有幾臺(tái)PLC需要接收數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017中的數(shù)據(jù)，就將通訊分為幾組，對每臺(tái)PLC及與每臺(tái)PLC對應(yīng)的數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017分別編號，
PLC 編號為 1#、2#、......、m#，與 1#PLC 對應(yīng)的 ADAM-6017 編號為 11#、12#、......、ln#，與
m#PLC 對應(yīng)的 ADAM-6017 編號為 ml#、m2#、......、mn#。
[0034]在系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集與控制模塊ADAM-6017除了承擔(dān)數(shù)據(jù)采集工作外，還承擔(dān)一些簡單的控制工作，如同低端的PLC。系統(tǒng)工作過程中一旦檢測到現(xiàn)場的溫度、壓力、液位等信號達(dá)到極限值，利用ADAM-6017自帶的兩路集電極開路輸出使其報(bào)警和完成一些緊急動(dòng)作。
[0035]結(jié)合圖2，本發(fā)明還提供了一種采用采用上述基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊方法，其步驟為:
[0036]第一步、為上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC分配獨(dú)立的IP地址，至少上位機(jī)進(jìn)行初始化；
[0037]第二步、自任意一組數(shù)據(jù)采集與控制模塊開始，由上位機(jī)作為中轉(zhuǎn)依次進(jìn)行各組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)第m個(gè)PLC之間數(shù)據(jù)通訊的具體步驟為:
[0038]步驟2.1、上位機(jī)依次讀取第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊中各數(shù)據(jù)采集與控制模塊給出的數(shù)字量信號；
[0039]步驟2.2、由上位機(jī)將讀取的所有數(shù)字量信號進(jìn)行處理并合并；
[0040]步驟2.3、上位機(jī)將合并后的數(shù)據(jù)集中發(fā)送給與第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊對應(yīng)的第m個(gè)PLC ;
[0041]第三步、判斷是否存在停止信號，若有，則退出整個(gè)步驟，若無，則返回第二步繼續(xù)執(zhí)行。
【權(quán)利要求】
1.一種基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)，其特征在于:包括通過集線器連接在同一網(wǎng)絡(luò)的上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC，其中: 上位機(jī)作為客服機(jī)，基于TCP/IP協(xié)議讀取數(shù)數(shù)據(jù)采集與控制模塊中的數(shù)字量信號并做數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇LC ； 數(shù)據(jù)采集與控制模塊作為服務(wù)器，同時(shí)承擔(dān)數(shù)據(jù)采集工作及簡單控制工作，用于實(shí)時(shí)采集現(xiàn)場傳感器的模擬量信號，并將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字量信號； PLC作為服務(wù)器； 由上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC組成單客服機(jī)、多服務(wù)器的通訊系統(tǒng)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)，其特征在于:具有N個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊和m個(gè)PLC，m^l, N = nXm, η為正整數(shù)，將N個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊分成m組，第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊對應(yīng)第m個(gè)PLC，并經(jīng)由所述上位機(jī)作為中轉(zhuǎn)與第m個(gè)PLC建立通訊。
3.一種采用如權(quán)利要求2所述的基于以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊方法，其特征在于，步驟為: 第一步、為上位機(jī)、數(shù)據(jù)采集與控制模塊及PLC分配獨(dú)立的IP地址，至少上位機(jī)進(jìn)行初始化； 第二步、自任意一組數(shù)據(jù)采集與控制模塊開始，由上位機(jī)作為中轉(zhuǎn)依次進(jìn)行各組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)PLC之間的數(shù)據(jù)通訊，第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與對應(yīng)第m個(gè)PLC之間數(shù)據(jù)通訊的具體步驟為: 步驟2.1、上位機(jī)依次讀取第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊中各數(shù)據(jù)采集與控制模塊給出的數(shù)字量信號； 步驟2.2、由上位機(jī)將讀取的所有數(shù)字量信號進(jìn)行處理并合并； 步驟2.3、上位機(jī)將合并后的數(shù)據(jù)集中發(fā)送給與第m組數(shù)據(jù)采集與控制模塊對應(yīng)的第m個(gè) PLC ； 第三步、判斷是否存在停止信號，若有，則退出整個(gè)步驟，若無，則返回第二步繼續(xù)執(zhí)行。
4.如權(quán)利要求3所述的一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與通訊方法，其特征在于，在各組數(shù)據(jù)采集與控制模塊與相應(yīng)的PLC之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的過程中，由每個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊自身判斷其所采集到的信號是否超過設(shè)定的閾值，若是，則由每個(gè)數(shù)據(jù)采集與控制模塊自身給出告警和/或進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作。
【文檔編號】G05B19/418GK104301189SQ201410542699
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月15日
【發(fā)明者】孟婥, 盧偉, 孫以澤, 朱荷蕾, 孟子義 申請人:東華大學(xué)