CN101673107A

CN101673107A - 多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统

Info

Publication number: CN101673107A
Application number: CN200810042661A
Authority: CN
Inventors: 冷忠民; 卢向东
Original assignee: Shanghai Light Industry Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shanghai Light Industry Research Institute Co Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2010-03-17
Anticipated expiration: 2028-09-09
Also published as: CN101673107B

Abstract

本发明涉及一种多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统，多路串行通信转换器从各种带不同的串行通信接口、串行通信协议、串行通信参数设备上传的信息中，提取所需的数据、状态等，经过加工、整理后统一以常用的标准串行通信协议与上位机进行数据传输，为此，该多路串行通信转换器包括：多个与下位机兼容的第一通信接口，一与上位机兼容的第二通信接口，多个从微控制器使用与对应下位机的串行通信协议兼容的第一串行通信协议经第一通信接口与下位机进行数据通信，一主微控制器使用与上位机的标准串行通信协议兼容的第二串行通信协议经第二通信接口与上位机进行数据通信，其中主微控制器经由一内部数据总线与各从微控制器传输数据。

Description

多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统

技术领域

本发明涉及工业自动化控制系统中的数据传输装置，尤其涉及一种多路串行通信转换器及其应用的集散控制系统。

背景技术

随着计算机技术的发展，在工业自动化领域内基于工业PC机的集散控制系统已获得广泛的运用。参照图1所示，集散控制系统从系统架构来看，基本为二级主从结构，即上位机10采用工业PC机，在PC机的操作系统(如Windows98/2000/XP)环境下运行各种组态软件。下位机30为各种工业测量、控制设备(如仪表、模块、可编程控制器、变频器等)，这些设备均配置了各种串行通信接口(如RS232、RS485、RS422)，并分别具有各自的串行通信协议。上位机10和下位机30之间以串行通信总线20相连，根据串行通信接口的不同以及串行通信协议的区别，下位机设备30要分成多组分别连接至上位机10的某个串行通信接口上，这样上位机10就可能需要扩展多个串行通信接口。也可能出现这样的情况，即某设备的串行通信协议不在上位机组态软件支持的范围内(非标准的串行通信协议)，这样就要利用其串行通信协议得到组态软件支持的其他设备的模拟信号接口来采集上述设备模拟信号接口输出的模拟信号，转换为数字信号后再传输至上位机。这样就可能带来新的问题，如产生转换误差、易受干扰、增加成本(因增加模拟信号输入/输出接口)等。

以图1为例，设备A、B、C、D、E是指具有不同的串行通信协议的设备，分别以不同的字母来区分。图中设备D1、D2的的串行通信协议不在上位机组态软件支持的范围内，所以就要利用设备E1的模拟信号接口来采集设备D1、D2输出的模拟信号，再转换为数字信号后传输至上位机。此系统的工业PC机一则需要扩充至四个串行接口、四条通信总线，二则组态软件中需配置四种串行通信协议，由此带来配置上的成本增加和结构复杂化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多路串行通信转换器，用以在工业自动化控制系统的上、下位机之间充当一个数据缓冲转换装置，从各种带不同的串行通信接口、串行通信协议、串行通信参数设备上传的信息中，提取所需的数据、状态等，经过加工、整理后统一以常用的标准串行通信协议与上位机进行数据传输。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提出一种多路串行通信转换器，用以在集散控制系统的上位机与多个下位机之间进行协议转换，其中每一下位机具有串行通信接口及至少一串行通信协议，上位机具有串行通信接口，上位机上运行的组态软件具有至少一串行通信协议，该多路串行通信转换器包括：

多个第一通信接口，一一对应地连接多个下位机，其中各第一通信接口和与之连接的下位机的串行通信接口兼容；

第二通信接口，连接所述上位机，所述第二通信接口与上位机的串行通信接口兼容；

多个从微控制器，一一对应地连接各第一通信接口，其中各从微控制器使用与对应下位机的串行通信协议兼容的第一串行通信协议与下位机进行数据通信；以及

主微控制器，连接所述第二通信接口，并使用与上位机组态软件中的串行通信协议兼容的第二串行通信协议与上位机进行数据通信，其中所述主微控制器经由一内部数据总线与各从微控制器传输数据。

上述的多路串行通信转换器中，各从微控制器的第一串行通信协议是根据对应的下位机的串行通信协议而编制的。

上述的多路串行通信转换器中，主微控制器经由一内部控制总线控制与各从微控制器之间的数据传输方向。

上述的多路串行通信转换器中，内部数据总线为并行总线。

上述的多路串行通信转换器中，各从微控制器具有不同的的地址编号，所述主微控制器按照地址编号与各从微控制器传输数据并保存所述数据。

上述的多路串行通信转换器中，多个第一通信接口可分别为RS232、RS485、RS422串行通信接口之一，而第二通信接口可为RS232、RS485、RS422串行通信接口之一。

另一方面，本发明提出一种集散控制系统，包括一上位机、多个下位机及至少一多路串行通信转换器，至少一多路串行通信转换器连接在所述上位机和多个下位机之间，用以进行协议转换，其中每一下位机具有串行通信接口及至少一串行通信协议，该上位机具有串行通信接口，上位机上运行的组态软件具有至少一串行通信协议，每一多路串行通信转换器包括：

本发明由于采用了多路串行通信转换器，可以将各下位机经由不同通信接口和通信协议传输来的数据、状态等，经过加工、整理后统一以与上位机组态软件中的串行通信协议兼容的第二串行通信协议传输给上位机。这样就可大大简化系统的硬件架构和软件配置，也可将具有非标准串行通信协议的设备集成至系统中去。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1是现有的一种集散控制系统架构示意图。

图2是根据本发明的一种采用多路串行通信转换器的集散控制系统架构示意图。

图3是根据本发明一实施例的多路串行通信转换器架构图。

图4A是多路串行通信转换器的主微控制器程序流程图。

图4B是多路串行通信转换器的从微控制器程序流程图。

图5是根据本发明的一种采用多路串行通信转换器的无机废水资源化移动专家系统示意图。

具体实施方式

本发明为解决工业自动化控制系统需配置多个串行通信接口和多种串行通信协议的问题而提出一种多路串行通信转换器，用以在工业自动化控制系统的上、下位机之间充当一个数据缓冲转换装置，串行通信转换器所进行的转换可包括串行通信接口转换和/或串行通信协议转换。

图2示出根据本发明的一种采用多路串行通信转换器的集散控制系统架构示意图。图3示出根据本发明一实施例的多路串行通信转换器架构图。参照图2、图3所示，一种集散控制系统100包括一个上位机110、多个下位机130及多个多路串行通信转换器120。上位机110例如采用工业PC机，在PC机的操作系统(如Windows 98/2000/XP)环境下运行各种组态软件。下位机130可为各种工业测量、控制设备，包括但不限于仪表、模块、可编程控制器、变频器等。这些设备均配置了各种串行通信接口，如RS232、RS485、RS422，并分别具有各自的串行通信协议。

上位机110配置一个或多个串行通信接口，上位机上运行的组态软件具有一种或多种串行通信协议。在图2所示实施例中，上位机110可以只配置一个串行通信接口，其运行的组态软件只具有一种串行通信协议，在此称之为标准串行通信协议，其可以是常用的Modbus RTU协议。

多个多路串行通信转换器120连接在上位机110和多个下位机130之间，每一转换器120可连接多个下位机。转换器可以进行下位机与上位机通信所需的接口转换，例如将RS232接口转换为上位机所支持的RS485接口。更重要的是，转换器还可以进行下位机与上位机通信所需的协议转换，例如将其他串行通信协议(一般为上位机组态软件不支持的串行通信协议)传输的数据格式转换为上位机组态软件支持的Modbus协议的数据格式。根据需要，多路串行通信转换器120可以只进行接口的转换，或者只进行协议的转换。

如图2所示，编号为A、B、C、D、E的四种设备分别具有不同的串行通信协议。其中，设备A例如具有与上位机组态软件所具有的串行通信协议互相兼容的串行通信协议，也就是说，组态软件支持设备A的串行通讯协议。集散控制系统100采用三个多路串行通信转换器120，编号为B、C、D的三组下位机设备分别经由三个多路串行通信转换器120进行接口和/或协议转换后，使用与组态软件所具有的标准串行通信协议兼容的串行通信协议与上位机110通信。由于同一串行通信协议的多个设备可以共用一个串行接口(只是具有不同的地址)，因此如图2所示，本发明的集散控制系统的工业PC机只需要一个串行接口，组态软件中只需配置一种标准串行通信协议。

参照图3所示，多路串行通信转换器120采用N路输入/一路输出结构，即N路串行信息输入至转换器120，一路串行信息输出至上位机110。输入的N路串行信息可采用不同的串行通信协议，输出的一路串行信息一般采用常用的标准串行通信协议。

具体地说，每一多路串行通信转换器包括多个(如N个，N为＞1的正整数)第一通信接口121、多个从微控制器122、总线驱动器123，以及一个主微控制器124、第二通信接口125；一个内部数据总线126以及内部控制总线127。第一通信接口121一一对应地连接多个下位机130(参照图2)，其中各第一通信接口121和与之连接的下位机130的通信接口互相兼容。其中，第一通信接口121可以选择采用不同的串行通信接口，例如RS232、RS485、RS422。各第一通信接口121的参数(如字长、波特率、停止位、校验位等)设置可不完全相同。

多路串行通信转换器120采用“一个主微控制器+N个从微控制器”的架构。其中N个从微控制器122一一对应地连接各第一通信接口121，各从微控制器122内配置与下位机130的串行通信协议兼容的第一串行通信协议，以经由各第一通信接口121与下位机130进行数据通信。在一个实例中，由于下位机130的串行通信协议的多样性，可在从微控制器122内预留用于串行通信协议编程的程序存储空间，然后，根据所要连接的下位机130选择或编制一种兼容的串行通信协议。

主、从微控制器124、122之间通过总线驱动器123以内部数据总线126相连，主微控制器124经由内部数据总线126与各从微控制器122传输数据。另外，主微控制器124通过内部控制总线127控制上述传输数据的流向。

第二通信接口125连接于主微控制器124与上位机110的串行通信接口之间，第二通信接口125与上位机110的串行通信接口兼容。举例来说，第二通信接口125与上位机110都选用RS485接口。当然，第二通信接口125与上位机110还可选用诸如RS232、RS422等其他接口。

另外，主微控制器124还具有与上位机组态软件所具有的标准串行通信协议兼容的第二串行通信协议，以便通过第二通信接口125与上位机进行数据通信。举例来说，第二串行通信协议选用Modbus协议。

多路串行通信转换器120的主微控制器124负责与各从微控制器122间数据传输的控制，以及所有数据的整理、上传的过程。各从微控制器122负责输入串行数据信息(由各设备输出)的接收、数据提取的过程。下面描述它们的工作过程。

主、从微控制器间的数据传输按事先约定的方式进行。在一个实施例中，主微控制器的程序流程如图4A所示，启动后，检测上位机是否需要获取数据(步骤201)，若上位机不需获取数据，则等待采样周期是否到来(步骤202)，采样周期到来后，按照当前的从微控制器地址编号和协议传输数据(步骤203)，直到传输结束(步骤204)，然后更新从微控制器地址编号并整理和保存数据(步骤205)。另一方面，若上位机需获取数据，则提取数据并按标准串行通信协议与上位机间传输数据(步骤206)，直到传输结束(步骤207)。

相应地，从微控制器的程序流程参见图4B所示，启动后，检测主微控制器是否需要获取数据(步骤301)，若主微控制不需获取数据，则等待采样周期是否到来(步骤302)，采样周期到来后，按照设备的通信协议传输数据(步骤303)，直到传输结束(步骤304)，然后整理和保存数据(步骤305)。另一方面，若主微控制需获取数据，则将当前数据按顺序传输(步骤306)，直到传输结束(步骤307)。

图5示出一种采用多路串行通信转换器的无机废水资源化移动专家系统示意图。在“无机废水资源化移动专家系统”集散控制系统400中，使用了与如图2所示集散控制系统基本相同的架构，因此在此不再详细展开。仅就本实施例的不同之处加以描述。在本实施例中，上位机410使用的是昆仑通泰的MCGS组态软件。三个可编程控制器(PLC)为RS485串行接口，使用Modbus RTU串行通信协议；所有的作为下位机430的PH(酸碱度)、ORP(氧化还原电位)、EC(电导率)仪表均为RS232串行接口，但MCGS组态软件均不支持其串行通信协议。通过三个多路串行通信转换器420，可以采集到所有仪表的测量数据，并将其按约定的顺序进行编排，以Modbus RTU串行通信协议通过RS485串行接口上传至上位机410。以上这些使用Modbus RTU串行通信协议以及RS485串行接口的设备(三个PLC、三个转换器)，占用了上位机的一个串行接口。另外，二个调节控制器占用了上位机另一个串行接口，使用的是MCGS组态软件支持的AI仪表串行通信协议。

在本例的多路串行通信转换器120结构中，主微控制器采用了AT89C52单片机；各从微控制器采用了AT89C2051单片机；串行接口为MAX232及MAX485；总线驱动器为74HC245。

因此在上述“无机废水资源化移动专家系统”应用实例中，通过使用三个多路串行通信转换器，进行多通道智能仪表的串行信息的采集、转换，完成了PH、ORP、EC数据的传输。而上位机只需使用少量的串行接口和串行通信协议，并能与不兼容的设备进行通信。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims

1.一种多路串行通信转换器，用以在集散控制系统的上位机与多个下位机之间进行协议转换，其中每一下位机具有串行通信接口及至少一串行通信协议，所述上位机具有串行通信接口，上位机上运行的组态软件具有至少一串行通信协议，所述多路串行通信转换器包括：

2.如权利要求1所述的多路串行通信转换器，其特征在于，所述各从微控制器的第一串行通信协议是根据对应的下位机的串行通信协议而编制。

3.如权利要求1所述的多路串行通信转换器，其特征在于，主微控制器经由一内部控制总线控制与各从微控制器之间的数据传输方向。

4.如权利要求1所述的多路串行通信转换器，其特征在于，所述内部数据总线为并行总线。

5.如权利要求1所述的多路串行通信转换器，其特征在于，所述各从微控制器具有不同的的地址编号，所述主微控制器按照地址编号与各从微控制器传输数据并保存所述数据。

6.如权利要求1所述的多路串行通信转换器，其特征在于，所述的多个第一通信接口分别是RS232、RS485、RS422串行通信接口之一，所述的第二通信接口为RS232、RS485、RS422串行通信接口之一。

7.一种集散控制系统，包括一上位机、多个下位机及至少一多路串行通信转换器，所述至少一多路串行通信转换器连接在所述上位机和多个下位机之间，用以进行协议转换，其中每一下位机具有串行通信接口及至少一串行通信协议，所述上位机具有串行通信接口，上位机上运行的组态软件具有至少一串行通信协议，每一多路串行通信转换器包括：

8.如权利要求7所述的集散控制系统，其特征在于，所述各从微控制器的第一串行通信协议是根据对应的下位机的串行通信协议而编制。

9.如权利要求7所述的集散控制系统，其特征在于，所述的多个第一通信接口分别是RS232、RS485、RS422串行通信接口之一，所述的第二通信接口为RS232、RS485、RS422串行通信接口之一。

10.如权利要求7所述的集散控制系统，其特征在于，所述主微控制器经由一内部控制总线控制与各从微控制器之间的数据传输方向。