CN102521196A - Modbus数据采集器 - Google Patents

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Abstract

一种Modbus数据采集器,包含一主机及至少一扩充模块。主机包含至少一主机数据传输端口、至少一网络连接端口、及至少一扩充端口,其中,主机数据传输端口是用以通讯连接至少一第一电子装置,网络连接端口是用以通讯连接一网络集线器。扩充模块包含至少一扩充数据传输端口及至少一扩充端口,其中,扩充数据传输端口是用以通讯连接至少一第二电子装置,扩充端口是用以通讯连接主机的扩充端口,藉此透过主机的网络连接端口、主机的扩充端口、扩充模块的扩充端口与扩充模块的扩充数据传输端口而建立网络集线器与第二电子装置之间的通讯连接。本发明所提出的Modbus数据采集器,可依据实际需求选择扩充模块的数量,以增加或减少Modbus数据采集器的数据传输端口。

Description

Modbus数据采集器
技术领域
本发明是有关于一种数据采集设备,且特别是有关于一种Modbus数据采集器。
背景技术
在现代的工业现场内,往往存在着数以百计的设备散布在厂房的各个角落。为了集中管理工业现场中许多设备,则必须对各个设备进行数据采集与交换,此时则需要大量使用Modbus数据采集器。
一般而言,Modbus数据采集器通常具有1、2、4、8、或16组RS485连接端口,每个连接端口最多可连接32台设备,使用者可视其需求自行选择具有多少连接端口的Modbus数据采集器。
在生产成本日益提升的今日,成本控制越来越受关注。然而,现有的Modbus数据采集器的连接端口总数量不能由使用者自行增加,故倘若需要进行连接端口的扩充时,则必须重新购买一台数据采集器。因此,若使用者仅需扩充少数连接端口时,却因为只能选择增加整台数据采集器,而必须为额外冗余的连接端口买单。对于使用者而言,无疑地会造成一种成本上的负担及资源上的浪费。
由此可知,在现有的数据采集机制当中,仍存在部分改良空间,以待克服。
发明内容
有鉴于此,本发明提供了一种Modbus数据采集器,其主要目的在于供使用者依照实际需求自行扩充数据传输端口,而不必为了少量的数据传输端口再购买一台数据采集器,故可有效解决以上先前技术所遭遇到的困难。
依据本发明的一实施方式,一种Modbus数据采集器包含主机及至少一扩充模块。主机包含至少一主机数据传输端口、至少一网络连接端口、及至少一扩充端口,其中,主机数据传输端口是用以通讯连接至少一第一电子装置,而网络连接端口是用以通讯连接一网络集线器。扩充模块包含至少一扩充数据传输端口及至少一扩充端口,其中,扩充数据传输端口是用以通讯连接至少一第二电子装置,而扩充端口是用以通讯连接主机的扩充端口,藉此透过主机的网络连接端口、主机的扩充端口、扩充模块的扩充端口与扩充模块的扩充数据传输端口而建立网络集线器与第二电子装置之间的通讯连接。
依据本发明的一或多个实施方式,主机的扩充端口与扩充模块的扩充端口符合串行周边接口(Serial Peripheral Interface,SPI)的协议。
依据本发明的一或多个实施方式,主机具有一专属的因特网协议地址。
依据本发明的一或多个实施方式,主机包含读写模块、请求回复模块、侦错模块、延后读写模块、检测指令模块、以及恢复读写模块。读写模块是用以读写第一电子装置。请求回复模块是用以传送至少一请求回复指令至第一电子装置。侦错模块是用以在第一电子装置无回复请求回复指令至请求回复模块时,判定其为一故障装置。延后读写模块是用以命令读写模块延后读写故障装置。检测指令模块是用以发送一检测指令至故障装置。恢复读写模块是用以在故障装置回复检测指令至检测指令模块时,命令读写模块恢复读写故障装置。
依据本发明的一或多个实施方式,扩充模块包含读写模块、请求回复模块、侦错模块、延后读写模块、检测指令模块、以及恢复读写模块。读写模块是用以读写第二电子装置。请求回复模块是用以传送至少一请求回复指令至第二电子装置。侦错模块是用以在第二电子装置无回复请求回复指令至请求回复模块时,判定其为一故障装置。延后读写模块是用以命令读写模块延后读写故障装置。检测指令模块是用以发送一检测指令至故障装置。恢复读写模块是用以在故障装置回复检测指令至检测指令模块时,命令读写模块恢复读写故障装置。
依据本发明的一或多个实施方式,网络连接端口为以太网络连接端口。
依据本发明的一或多个实施方式,主机数据传输端口为RS485接口。
依据本发明的一或多个实施方式,扩充数据传输端口为RS485接口。
依据本发明的一或多个实施方式,网络连接端口符合地址解析协议、因特网协议、传输层通讯协议、及用户数据元协议。
依据本发明的一或多个实施方式,数据传输端口及扩充数据传输端口的波特率(baud rate)约介于2400至115200bps之间。
藉由上述技术手段,本发明实施方式所述的Modbus数据采集器可利用至少一个扩充模块来提供扩充数据传输端口,藉此使用者可依据实际需求选择扩充模块的数量,以增加或减少Modbus数据采集器的数据传输端口。另外,本发明实施方式所揭露的主机及扩充模块可藉由读写模块、请求回复模块、侦错模块、延后读写模块、检测指令模块、以及恢复读写模块以监控其所连接的第一电子装置与第二电子装置的状态,并在第一电子装置或第二电子装置故障时,延后其读写顺序,以免影响其它电子装置的数据采集。
以上所述仅是用以阐明本发明的目的、达成此目的的技术手段、其所产生的功效以及本发明的其它优点等等,本发明的具体细节将于下文中的实施方式及相关图式中详细介绍。
附图说明
为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂,所附图式的说明如下:
图1绘示依据本发明一实施方式的Modbus数据采集器的示意图。
图2绘示图1中Modbus数据采集器所应用的数据采集系统的示意图。
图3绘示图1所示的主机的一功能方块图。
图4绘示图1所示的扩充模块的一功能方块图。
【主要组件符号说明】
Figure BDA0000114569420000041
Figure BDA0000114569420000051
Figure BDA0000114569420000061
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。换言之,在本发明部分实施方式中,这些细节是非必要的。此外,为简化图式起见,一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单示意的方式绘示的。
图1绘示依据本发明一实施方式的Modbus数据采集器的示意图。如图所示,Modnus数据采集器100包含主机110及三个扩充模块112a、112b及112c。主机110包含至少一主机数据传输端口120、至少一网络连接端口130、及至少一扩充端口150,其中,主机数据传输端口120是用以通讯连接至少一第一电子装置210,而网络连接端口130是用以通讯连接一网络集线器(未示于本图中)。扩充模块112a、112b、112c分别包含至少一扩充数据传输端口122a、122b、122c及至少一扩充端口160a、160b、160c。扩充数据传输端口122a、122b、122c是分别用以通讯连接至少一第二电子装置220a、220b及220c。扩充模块112a的扩充端口160a通讯连接主机110的扩充端口150;扩充模块112b的扩充端口160b通讯连接扩充模块的扩充端口160a;扩充模块112c的扩充端口160c通讯连接至扩充模块112b的扩充端口160b,藉此,透过主机110的网络连接端口130、主机110的扩充端口150、扩充模块112a、112b、112c的扩充端口160a、160b、及160c与扩充模块112a、112b、112c的扩充数据传输端口122a、122b、及122c而建立网络集线器(未示于本图中)与第二电子装置220a、220b、220c之间的通讯连接。
藉由以上技术手段,本发明实施方式所述的Modbus数据采集器可利用至少一个扩充模块来提供扩充数据传输端口,藉此使用者可依据实际需求选择扩充模块的数量,以增加或减少Modbus数据采集器的数据传输端口。举例而言,使用者可在本实施方式的扩充模块112c相对于扩充模块112b的另一侧额外连接单一或多个扩充模块,而所需增加的扩充模块数量可由使用者自行决定。另一方面,倘若使用者仅需使用一个扩充模块时,亦可将扩充模块112b及112c卸下,留下扩充模块112a。藉此,本发明实施方式所揭露的Modbus数据采集器可提供使用者自由地选择所需的数据传输端口数量,而无须为了增加少量的数据传输端口添购另一台数据采集器。
依据本发明的一或多个实施方式,主机110的扩充端口150与扩充模块112a、112b、112c的扩充端口160a、160b、及160c符合串行周边接口(Serial Peripheral Interface,SPI)的协议。因此,主机的扩充端口150与扩充模块112a的扩充端口160a之间可利用SPI接口140a相连接;相似地,扩充模块112a的扩充端口160a与扩充模块112b的扩充端口160b可利用SPI接口140b相连接;又相似地,扩充模块112b的扩充端口160b与扩充模块112c的扩充端口160c可利用SPI接口140c相连接。
于本实施方式中,SPI接口为一种同步序列数据协议的接口,一般具有四条线路,用以传输四种逻辑讯号,分别为SCLK(Serial Clock)讯号、MOSI/SIMO(Master Output,Slave Input)讯号、MISO/SOMI(Master Input,Slave Output)讯号、及SS(Slave Select)讯号,其中SCLK讯号是从SPI接口所连接的主要(master)装置输出至从属(slave)装置;MOSI/SIMO讯号是从SPI接口所连接的主要装置输出至从属装置;MISO/SOMI讯号是从SPI接口所连接的从属装置输出至主要装置;SS讯号是由SPI接口所连接的主要装置输出至从属装置。
于本发明的实施方式中,上述“通讯连接”一词是表示两个相互连接的装置之间存在着数据的传输。上述“Modbus”一词代表一种串行通信协议,其允许多个设备连接在同一个网络上进行通信,故可用于多个设备的数据采集与交换。具体而言,Modbus协议是一种主/从(master/slave)架构的协议。有一个节点是主要(master)节点,其它使用Modbus协议参与通信的节点是从属(slave)节点。每一个从属设备都有一个唯一的地址。
图2绘示图1中Modbus数据采集器所应用的数据采集系统的示意图。如图所示,本实施方式所应用的数据采集系统可包含三台Modbus数据采集器100、多个第一电子装置210、多个第二电子装置220、一网络集线器300及一控制计算机400。为了简化图式起见,于本实施方式中,三台Modbus数据采集器100是以一台主机及一扩充模块做为示例,而非用以限制本发明。如图所示,三台Modbus数据采集器100均是透过各自的网络连接端口130通讯连接至网络集线器300,并透过其各自的主机110及扩充模块112分别连接至第一电子装置210与第二电子装置220。网络集线器300是通讯连接至控制计算机400。藉此,Modbus数据采集器100可透过网络集线器300将其由第一电子装置210及第二电子装置220所采集到的数据传送至控制计算机400统一管理。
于部分实施方式中,三台主机110均具有一专属的因特网协议地址,上述“专属”一词代表每台主机110的因特网协议地址互不相同,以便控制计算机400根据因特网协议地址控制来操控对应的主机110。
图3绘示图1所示的主机的一功能方块图。如图所示,主机110包含读写模块512、请求回复模块502、侦错模块504、延后读写模块506、检测指令模块508、以及恢复读写模块510。读写模块512是用以读写第一电子装置210(可参阅图2)。请求回复模块502是用以传送至少一请求回复指令至第一电子装置210。侦错模块504是用以在其中一第一电子装置210无回复请求回复指令至请求回复模块502时,判定其为一故障装置224(可参阅图2)。延后读写模块506是用以命令读写模块512延后读写故障装置224。检测指令模块508是用以发送一检测指令至故障装置224。恢复读写模块510是用以在故障装置224回复检测指令至检测指令模块508时,命令读写模块512恢复读写故障装置224。
于本实施方式中,主机110可利用请求回复模块502周期性地发送请求回复指令至多个第一电子装置210并请求这些第一电子装置210回复,若其中一个第一电子装置210无响应时,则由侦错模块504判定其为故障装置224,并由延后读写模块506延缓故障装置224的读写功能。接着由检测指令模块508发送检测指令至故障装置224,若故障装置224回复检测指令,则由恢复读写模块510命令读写模块512恢复读写故障装置224。
藉由上述方式,主机110可有效地侦测其所连接的多个第一电子装置210中是否存在任何故障装置224,并可在故障发生后实时地延后故障装置224的读写功能,从而避免影响主机110对其他第一电子装置210的读写功能。
于部分实施方式中,当侦错模块504标记一第一电子装置210为一故障装置224时,主机110可同时利用网络连接端口130并透过网络集线器300通知控制计算机400该第一电子装置210为故障。
图4绘示图1所示的扩充模块的一功能方块图。如图所示,扩充模块112包含读写模块612、请求回复模块602、侦错模块604、延后读写模块606、检测指令模块608、以及恢复读写模块610。读写模块612是用以读写第二电子装置220(可参阅图2)。请求回复模块602是用以传送至少一请求回复指令至第二电子装置220。侦错模块604是用以在其中一第二电子装置220无回复请求回复指令至请求回复模块602时,判定其为一故障装置226(可参阅图2)。延后读写模块606是用以命令读写模块612延后读写故障装置226。检测指令模块608是用以发送一检测指令至故障装置226。恢复读写模块610是用以在故障装置226回复检测指令至检测指令模块608时,命令读写模块612恢复读写故障装置226。
于本实施方式中,扩充模块112可利用请求回复模块602周期性地发送请求回复指令至多个第二电子装置220并请求这些第二电子装置220回复,若其中一个第二电子装置220无响应时,则由侦错模块604判定其为故障装置226,并由延后读写模块606延缓故障装置226的读写功能。接着由检测指令模块608发送检测指令至故障装置226,若故障装置226回复检测指令,则由恢复读写模块610命令读写模块612恢复读写故障装置226。
藉由上述方式,扩充模块112可有效地侦测其所连接的多个第二电子装置220中是否存在任何故障装置226,并可在故障发生后实时地延后故障装置226的读写功能,从而避免影响扩充模块112对其他第二电子装置220的读写功能。
于部分实施方式中,当侦错模块604标记一第二电子装置220为一故障装置226时,扩充模块112可同时将此信息传送至主机110,并由主机110利用网络连接端口130并透过网络集线器300通知控制计算机400该第二电子装置220为故障。
于本发明的一或多个实施方式中,主机110的网络连接端口130为以太网络连接端口,举例而言,可为10M/100M并遵循IEEE 802.3协议的以太网络连接端口。IEEE 802.3为以太网络的技术标准,其是由电子电机工程师学会(Institute of Electrical and ElectronicsEngineers,IEEE)所规范,制订了包括物理层的联机、电讯号和介质存取层协议等内容。于本发明的一或多个实施方式中,网络连接端口130符合地址解析协议(ARP)、因特网协议(IP)、传输层通讯协议(TCP)、及用户数据元协议(UDP)。
于本发明的一或多个实施方式中,主机110的主机数据传输端口120及扩充模块112a、112b、112c的扩充数据传输端口122a、122b、122c为RS485接口,其中主机数据传输端口120与扩充数据传输端口122a、122b、122c的传输讯号相互独立,互不影响。RS485为隶属于OSI模型物理层的标准,其是用缆线两端的电压差值来表示传递讯号。一端的电压标识为逻辑1,另一端标识为逻辑0。两端的电压差最小为0.2V以上时有效,任何不大于12V或者不小于-7V的差值对接收设备都被认为是正确的。
于本发明的一或多个实施方式中,主机数据传输端口120及扩充数据传输端口122a、122b、122c的波特率(baud rate)约介于2400至115200bps之间。
于本发明的一或多个实施方式中,第一电子装置210及第二电子装置220的数据是以微软公司
Figure BDA0000114569420000121
所提供的Excel格式进行读取与保存,故可利于在控制计算机400的屏幕上以表格的方式呈现。
虽然本发明已以一较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (10)

1.一种Modbus数据采集器,其特征在于,包含:
主机,包含:
至少一主机数据传输端口,用以通讯连接至少一第一电子装置;
至少一网络连接端口,用以通讯连接一网络集线器;
至少一扩充端口;
至少一扩充模块,包含:
至少一扩充数据传输端口,用以通讯连接至少一第二电子装置;
至少一扩充端口,用以通讯连接所述主机的所述扩充端口,藉此透过所述主机的所述网络连接端口、所述主机的所述扩充端口、所述扩充模块的所述扩充端口与所述扩充模块的所述数据传输端口而建立所述网络集线器与所述第二电子装置之间的通讯连接。
2.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述主机的所述扩充端口与所述扩充模块的所述扩充端口符合串行周边接口(Serial Peripheral Interface,SPI)的协议。
3.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述主机具有一专属的因特网协议地址。
4.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述主机包含:
读写模块,用以读写所述第一电子装置;
请求回复模块,用以传送至少一请求回复指令至所述第一电子装置;
侦错模块,用以在所述第一电子装置无回复所述请求回复指令至所述请求回复模块时,判定其为一故障装置;
延后读写模块,用以命令所述读写模块延后读写所述故障装置;
检测指令模块,用以发送一检测指令至所述故障装置;以及
恢复读写模块,用以在所述故障装置回复所述检测指令至所述检测指令模块时,命令所述读写模块恢复读写所述故障装置。
5.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述扩充模块包含:
读写模块,用以读写所述第二电子装置;
请求回复模块,用以传送至少一请求回复指令至所述第二电子装置;
侦错模块,用以在所述第二电子装置无回复所述请求回复指令至所述请求回复模块时,判定其为一故障装置;
延后读写模块,用以命令所述读写模块延后读写所述故障装置;
检测指令模块,用以发送一检测指令至所述故障装置;以及
恢复读写模块,用以在所述故障装置回复所述检测指令至所述检测指令模块时,命令所述读写模块恢复读写所述故障装置。
6.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述网络连接端口为以太网络连接端口。
7.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述主机数据传输端口为RS485接口。
8.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述扩充数据传输端口为RS485接口。
9.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述网络连接端口符合地址解析协议、因特网协议、传输层通讯协议、及用户数据元协议。
10.根据权利要求1所述的Modbus数据采集器,其特征在于,所述数据传输端口及所述扩充数据传输端口的波特率(baud rate)约介于2400至115200bps之间。
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