CN101378370B - 具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法，所述自动控制系统具有主机、与所述主机相连接的网络网关器以及与所述网络网关器相连接的多个可编程逻辑控制器。所述网络网关器具有控制器及缓存器，所述控制器每隔预定时间间隔将所述可编程逻辑控制器的特定地址数据依序备份到所述缓存器。所述控制器接收到来自所述主机的存取命令后，若所述存取命令对应于所述特定地址，则将对应于所述特定地址的备份数据回传给所述主机。主机可以通过网络网关器快取在缓存器上的数据，因此可以节省存取时间。

Description

具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种自动控制系统，尤其涉及一种具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法。

背景技术

传统的电机控制系统以继电器作为控制开关，每当变更设计时，几乎整个系统都要重新制作，不但费时而且费力，同时由于继电器还具有接点接触不良、磨损、体积大的缺点，因此造成成本升高、可靠性低、不易检修等问题。为了改善这些缺点，美国DEC在1969年首次公开了“可编程逻辑控制器”(Programmable logic controller，PLC)，其主要目的是取代继电器，执行继电器逻辑及其它计时或计数等功能的顺序控制。由于可编程逻辑控制器具有控制功能的可变性、装置扩充性及保养容易的优点，因此广泛用于自动控制系统中。

可编程逻辑控制器的内部基本结构可包括：CPU、输入模块、输出模块三大部分。PLC的CPU可通过输入模块取得输入组件产生的信号，再从内存中逐一取出之前从程序书写器中输入的控制指令，通过运算单元进行逻辑演算后，再将结果通过输出模块驱动外在的输出组件。

随着网络技术及硬件的发展，如今的自动控制系统可以由主机通过宽带网络(例如宽带因特网)对可编程逻辑控制器的数据进行操作或存取。

图1所示为现有技术的自动控制系统示意图，使用者可以利用主机10a，通过网络网关器20a存取可编程逻辑控制器30a的资料。主机10a通过高速网络(如ADSL或T1网络)连接到网络网关器20a，而可编程逻辑控制器30a则通过低速网络(例如RS-232C、RS-422、或RS-485)连接到网络网关器20a。由于可编程逻辑控制器30a仅能通过低速网络将数据传递到网络网关器20a，因此如果主机10a要对多个可编程逻辑控制器进行存取，则会产生网络拥堵的问题。为解决这个问题，Anybus在网络网关器20a内设置内存区块，固定和子网络(也就是可编程逻辑控制器)做数据交换。然而使用者在读取数据时，需要清楚地知道数据和可编程逻辑控制器30a的地址的对应关系，因此设置和使用方式比较复杂。

第2006/0041630号美国专利申请公开了一种在以太网络及低速串行网络之间设置网络网关器的技术，然而该网络网关器是用于扫描远程的可编程逻辑控制器的输入输出状态，因此无法改善数据存取的效率问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种可提升数据存取效率的具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有网络网关器的自动控制系统。该自动控制系统包括：主机、网络网关器及多个可编程逻辑控制器。该网络网关器通过高速网络连接到该主机，且通过低速网络连接到所述多个可编程逻辑控制器。该网络网关器具有控制器及缓存器，该控制器每隔预定时间间隔将所述多个可编程逻辑控制器的特定地址数据依序备份到该缓存器，且该控制器接收到来自该主机的存取命令后，若该存取命令对应于该特定地址，则将对应于特定地址的备份数据回传给该主机。

为达到上述目的，本发明提供了一种自动控制系统的网络网关器的操作方法，网络网关器在预定的第一时间间隔将多个可编程逻辑控制器的特定地址的数据依序备份到该网络网关器中。若该网络网关器接收到来自主机的存取命令，且该存取命令对应于该特定地址，则将对应于该特定地址的备份数据回传给该主机。

通过本发明的具有网络网关器的自动控制系统及其操作方法，主机可以仅通过高速网络界面即可得到所需数据，大幅增进了监控效率。

附图说明

图1为现有技术的自动控制系统示意图；

图2为根据本发明的优选实施例的自动控制系统示意图；

图3A及图3B为控制器执行的数据更新及存取程序流程图；

图4A及图4B为网络网关器内部缓存器的配置示意图；以及

图5说明本发明自动控制系统的网络网关器方法操作流程范例。

【主要组件符号说明】

【公知技术】

主机10a                    网络网关器20a

可编程逻辑控制器30a

【本发明】

主机10                     网络网关器20

控制器200                  高速网络连接端口202

低速网络连接端口204        缓存器40

第一监控数目记录部分40A    第一监控站号数据部分40B

第一监控值部分40C          第一监控状态部分40D

第二监控数目记录部分40E    第二监控站号数据部分40F

第二监控值部分40G          第二监控状态部分40H

可编程逻辑控制器30A-30N

具体实施方式

图2为根据本发明的优选实施例的自动控制系统示意图。如图所示，该自动控制系统包括主机10、网络网关器20及多个可编程逻辑控制器30A-30N，其中主机10通过高速网络(如ADSL或T1网络)连接到网络网关器20；而网络网关器20通过低速网络(例如RS-232C、RS-422、或RS-485)连接到可编程逻辑控制器30A-30N。网络网关器20具有控制器200、高速网络连接端口202、低速网络连接端口204、及一组缓存器40，其中高速网络连接端口202、低速网络连接端口204、及缓存器40分别与控制器200电连接。例如可控制传感器的可编程逻辑控制器30A-30N将感测信号存在其内存内；而主机10通过网络网关器20监控可编程逻辑控制器30A-30N内存储器的数据，以达到远程监控目的，或将主机10较好的运算能力用于数据计算。

控制器200可以执行数据更新及存取程序，每隔第一预定时间间隔(例如30ms)，即可依序将可编程逻辑控制器30A-30N的内存内的数据更新到缓存器40的特定位置；并每隔较短的第二时间间隔(例如1ms)，检查主机10是否有发出存取命令。

图3A及图3B分别为控制器200执行数据更新及存取程序流程图。对于数据更新程序，如图3A所示，控制器200每隔第一预定时间间隔(例如30ms)，自可编程逻辑控制器30A-30N特定地址内存内取数据(步骤S12)，然后对缓存器40内的对应缓存器区域进行更新(步骤S14)。对于数据存取程序，如图3B所示，控制器200每隔第二预定时间间隔(例如1ms)，检查是否主机10有发出存取命令(步骤S20)，若有，则检查是否为存取网络网关器20内部缓存器的命令(步骤S22)。若该命令不是存取网络网关器20内部缓存器的命令，则控制器200检查存取命令的数据是否在网络网关器20内部缓存器中，也就是是否已经由前述的更新程序预先储存在网络网关器20内部缓存器内(步骤S24)，若没有，则控制器200通过低速网络将对应数据由可编程逻辑控制器30A-30N特定内存内取出来(步骤S26)，再通过高速网络传给主机10(步骤S28)。若在步骤S22，该命令为存取网络网关器20内部缓存器的命令，则控制器200通过高速网络将对应数据传给主机10(步骤S28)。

图4A及图4B为网络网关器20内部缓存器40的配置示意图，在本发明中，内部缓存器40可包括位缓存器(bit register)MB及字符缓存器(word register)MW，分别进行位组件监控功能及字符组件监控功能。

如图4A所示，位缓存器MB主要包括四个部分：第一监控数目记录部分40A(包括缓存器MB0)、第一监控站号数据部分40B(包括缓存器MB1-MB200)、第一监控值部分40C(包括缓存器MB201-MB213)、及第一监控状态部分40D(包括缓存器MB214-MB226)。

第一监控数目记录部分40A可以记录监控的可编程逻辑控制器数目，以及是否启动快取(cache)功能。例如当第一监控数目记录部分40A的缓存器MB0的Bit 15为二进制数值1时，可以使能(enable)快取模式。在快取模式中，控制器200将检查在位缓存器MB内有无存取命令对应数据的备份，也就是进行步骤S22。例如当第一监控数目记录部分40A的缓存器MB0的Bit 15为二进制数值0时，可以禁用(disable)快取模式。在此模式中，控制器200将不检查位缓存器MB内有无存取命令对应数据的备份，也就是不进行步骤S22。此外，当第一监控数目记录部分40A记录的受监控的可编程逻辑控制器的数目超出范围时，也会禁用快取模式。例如，原先设定的受监控可编程逻辑控制器数目为1-16台，若数目小于1台或是大于16台，则都会禁用快取模式。

第一监控站号数据部分40B用于记录监控站号及监控组件地址；例如对于单个缓存器可以记录监控站号，而两个缓存器则记录监控组件地址。在此配置下，每一个被监控的组件占用一个缓存器，且组件的地址也记录在另一缓存器中。

第一监控值部分40C记录被监控组件内的监控数值；而第一监控状态部分40D记录监控状态，例如更新作业是否成功。

如图4B所示，字符缓存器MW主要包括四个部分：第二监控数目记录部分40E(包括缓存器MW0)、第二监控站号数据部分40F(包括缓存器MW1-MW200)、第二监控值部分40G(包括缓存器MW201-MW213)、以及第二监控状态部分40H(包括缓存器MW214-MW226)。

第二监控数目记录部分40E可以记录监控的可编程逻辑控制器的数目，以及是否启动快取(cache)功能。例如当第二监控数目记录部分40E的缓存器MW0的Bit 15为二进制数值1时，可以使能(enable)快取模式。在快取模式中，控制器200会检查在字符缓存器MW内有无存取命令对应数据的备份，也就是进行步骤S22。例如当第二监控数目记录部分40E的缓存器MW0的Bit 15为二进制数值0时，可以禁用(disable)快取模式。在此模式中，控制器200不会检查在字符缓存器MW内有无存取命令对应数据的备份，也就是不会进行步骤S22。此外，当第二监控数目记录部分40E记录的受监控的可编程逻辑控制器的数目超出范围时，也会禁用快取模式。例如，原先设定的受监控的可编程逻辑控制器的数目为1-16台，则当数目小于1台或是大于16台时，都会禁用快取模式。

第二监控站号数据部分40F用于记录监控站号及监控组件地址；例如对于单个缓存器可以记录监控站号，而两个缓存器则记录监控组件地址。在此配置下，每一个被监控的组件占用一个缓存器，且组件的地址也记录在另一缓存器中。

第二监控值部分40G记录被监控组件内的监控数值；而第二监控状态部分40H记录监控状态，例如更新作业是否成功。

图5为说明本发明的自动控制系统的网络网关器的操作方法流程的实施例。结合图4A，如图5的右半部所示，网络网关器20根据在第一监控站号数据部分40B记录的监控站号及监控组件地址，依序更新数据。MB001、MB003、MB005的储存值为0x0001，表示要更新对应站号为0001(可编程逻辑控制器30A)的资料。MB002、MB004、MB006的储存值分别为0x1000、0x1001、及0x1002，表示要更新可编程逻辑控制器30A的地址0x1000、0x1001、及0x1002的资料。

如图5的左半部所示，当主机10发出第一存取命令时，由于存取地址是可编程逻辑控制器30A(站号0001)的地址0x1000，且该地址是第一监控站号数据部分40B所记录的会更新的地址，因此网络网关器20直接将第一监控值部分40C的MB201的数据传回给主机10。如图4A所示，在之前的更新步骤中，MB201的数据已更新为0x0001。

如图5的左半部所示，当主机10发出第三存取命令时，由于存取地址是可编程逻辑控制器30A(站号0001)的地址0x20FF，且该地址是第一监控站号数据部分40B所记录的不会更新的地址，因此网络网关器会先读取可编程逻辑控制器30A的地址0x20FF的数据，也就是0x5124，再传回给主机10。

如图5所示，网关器定期更新可编程逻辑控制器特定地址的数据，并将这些数据备份到缓存器中。当主机存取命令的地址为特定地址时，网关器可以将备份数据快取到主机，而不用重新读取可编程逻辑控制器特定地址。因此主机可以仅通过高速网络界面即可得到所需数据，从而大幅增进监控效率。

Claims (14)

1.一种具有网络网关器的自动控制系统，包括：

主机；

网络网关器，通过高速网络连接到所述主机；以及

多个可编程逻辑控制器，通过低速网络连接到所述网络网关器；

其中所述网络网关器具有控制器及缓存器，所述控制器每隔预定时间间隔将所述多个可编程逻辑控制器的特定地址的数据依序备份到多个缓存器，且所述控制器接收到来自所述主机的存取命令后，若所述存取命令对应所述特定地址，则将对应所述特定地址的备份数据回传给所述主机。

2.如权利要求1所述的自动控制系统，其中所述缓存器为位缓存器或是字符缓存器。

3.如权利要求2所述的自动控制系统，其中所述缓存器包括监控数目记录部分，以记录监控的可编程逻辑控制数目。

4.如权利要求2所述的自动控制系统，其中所述缓存器包括监控站号数据部分，以记录监控的可编程逻辑控制器的站号。

5.如权利要求2所述的自动控制系统，其中所述缓存器包括监控站号数据部分，以记录监控的可编程逻辑控制器的内存地址。

6.如权利要求2所述的自动控制系统，其中所述缓存器包括监控状态部分，以记录监控的可编程逻辑控制器的数据备份状态。

7.如权利要求1所述的自动控制系统，其中所述高速网络为ADSL或是T1网络。

8.如权利要求1所述的自动控制系统，其中所述低速网络为RS-232C、RS-422、或RS-485。

9.一种自动控制系统的网络网关器操作方法，所述自动控制系统具有主机、与所述主机相连接的网络网关器以及与所述网络网关器相连接的多个可编程逻辑控制器，所述方法包括：

在预定的第一时间间隔，将多个可编程逻辑控制器的特定地址的数据依序备份到所述网络网关器中；

接收来自所述主机的存取命令；以及

若所述存取命令对应于所述特定地址，则将对应于所述特定地址的备份数据回传给所述主机。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述网络网关器在每一个第二时间间隔检查所述主机是否发出存取命令，且所述第二时间间隔小于所述第一时间间隔。

11.如权利要求9所述的方法，其中进一步包括：

在所述网络网关器中提供一组缓存器，以暂存所述备份数据。

12.如权利要求11所述的方法，其中进一步包括：

在所述一组缓存器中记录可编程逻辑控制器的监控数目。

13.如权利要求11所述的方法，其中进一步包括：

在所述一组缓存器中记录可编程逻辑控制器监控的特定地址。

14.如权利要求11所述的方法，其中进一步包括：

在所述一组缓存器中记录可编程逻辑控制器监控的监控状态。

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