CN103685188A - 一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及网络应用层控制协议的通信方法，具体说是一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法。本发明采用IP通信方式传输，提高了控制系统的抗干扰能力。本发明在出现部分数据丢失的情况下仍然能实现对矿井设备的正确控制，从而提高了系统的可靠性。同时本系统的打点、急停接收端可以自动识别打点数和急停信息，并有效控制竞争问题，提高了系统控制的准确性。

Description

一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法

技术领域

本发明涉及网络应用层控制协议的通信方法，具体说是一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法。

背景技术

矿井的开采给社会带来了财富，安全问题始终贯穿于矿井生产的各个环节。运输系统是矿井生产的重要环节，为了保证井下运输系统正常，需要合理的设计和组织矿井运输系统。

几十年来，通过科技创新，矿井开采逐步实现了从普通机械化到综合机械化生产的发展进步，一些煤矿逐渐使用计算机管理和控制矿井开采过程，但是一些煤矿企业的原控制系统远不能满足矿井生产的要求。原控制系统数据采用载波低频通信方式传输，很容易受到井下设备电磁干扰，而且必须依靠人工方式识别打点数和急停操作。而且，当受到信号干扰而丢失数据时，很容易产生控制错误。

矿井运输系统是矿井生产的重要组成部分，其相对较低的效率成为限制矿井生产提高的瓶颈。优化矿井运输控制系统，提高矿井地下运输水平是提高煤矿安全生产的重要手段。由于矿井工作环境复杂多变，需要对控制策略进行仔细研究。

在实现对矿车控制的过程中，控制命令数据传输的可靠性，鲁棒性成为矿井运输控制系统中研究的重要环节。由于IP网络是尽力而为的网络，并且井下环境恶劣，控制数据丢失和延迟时有发生，控制数据的可靠传输很难得到保证。当井下矿车发生掉道，跑车等情况时，实现井下矿车的急停控制命令的可靠传输显得尤为重要。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明目的在于提供一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，通过定义数据包报文，制定终端和控制台通信方法，进而构成用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，包括打点控制命令数据交互和急停控制命令数据交互，每个终端既可以作为发送终端，也可以作为接收终端；

所述打点控制命令数据交互包括以下步骤：

发送终端向接收终端和控制台发送打点控制命令报文；不同打点控制命令数目代表不同的含义；

接收终端和控制台接收发送终端发送的打点控制命令报文；接收终端或控制台如果接收到该报文，不用对发送终端进行回应；如果没有接收到该报文，接收终端或控制台向发送终端发送打点控制命令确认重发请求报文；

发送终端发送打点控制命令报文后，一段时间间隔T1内没有下一个打点控制命令发出，且没有收到打点控制命令确认重发请求报文，则向接收终端和控制台发送打点控制命令确认报文；

接收终端接收到打点控制命令确认报文不用回应；控制台收到打点控制命令确认报文，向所有终端发送打点控制命令确认响应报文；发送终端在一段时间间隔T5内没有收到控制台发送的打点控制命令确认响应报文，则重新发送打点控制命令确认报文；控制台接收到打点控制命令确认报文后，重新向所有终端发送打点控制命令确认响应报文；

发送终端发送打点控制命令确认报文超过一段时间间隔T2，打点控制命令交互过程结束；

所述急停控制命令数据交互包括以下步骤：

发送终端向接收终端和控制台发送急停控制命令报文，如果没有取消此次发送，则会以T3为时间间隔一直发送急停控制命令报文；

控制台收到急停控制命令报文后，如果没有取消此次急停，会以同样的时间间隔T3向所有终端发送急停控制命令响应报文。

在打点控制命令数据交互过程中，如果接收终端在没有收到发送终端发送的打点控制命令报文时，接收终端也发送了打点控制命令报文，发送终端接收到接收终端发送的打点控制命令报文，知道发生了冲突，发送终端向所有终端发送打点控制命令竞争错误报文，一段时间后，打点控制命令交互过程结束。

在打点控制命令数据交互过程中，如果接收终端接收到第K-1个打点控制命令后，在一段时间间隔T4内没有收到打点控制命令报文，也没有收到打点控制命令确认报文，则向发送终端发送打点控制命令重发请求报文；发送终端收到打点控制命令重发请求报文，向发送打点控制命令重发请求报文的接收终端重新发送第K个控制命令。

所述打点控制命令报文包括账号、打点控制命令ID、控制命令序号、数据包类型、结束位、保留位、打点控制命令个数和打点控制命令持续时间。

所述打点控制命令确认报文包括账号、打点控制命令ID、确认序号、数据包类型、结束位、保留位、打点控制命令个数和打点控制命令持续时间。

所述打点控制命令确认响应报文包括账号、打点控制命令ID、响应序号、数据包类型和保留位。

所述打点控制命令竞争错误报文包括账号、打点控制命令ID、竞争错误序号、数据包类型和保留位。

所述打点控制命令重发请求报文包括账号、打点控制命令ID、重发请求序号、数据包类型和保留位。

所述急停控制命令报文包括账号、急停控制命令ID、控制命令序号、数据包类型、结束位、保留位、控制命令个数和最近发送的打点控制命令持续时间。

所述急停控制命令响应报文包括账号、急停控制命令ID、响应序号、数据包类型、命令执行位、保留位和实时数据。

所述实时数据为在控制台通过传感器所采集的数据，也是所有控制命令控制的数据。

本发明具有以下优点：

1.本发明采用IP通信方式传输，提高了控制系统的抗干扰能力。

2.本发明在出现部分数据丢失的情况下，仍然能实现对矿井设备的正确控制，从而提高了系统运行的可靠性，具有最高的鲁棒性。

3.本发明的打点、急停接收端可以自动识别打点数和急停信息，并有效控制竞争问题，提高了系统控制的准确性。

4.本发明保证了最重要的急停控制命令具有最高的传输优先级。

附图说明

图1是本发明的打点控制命令正常情况下的交互过程实施例示意图；

图2是本发明的打点控制命令出现竞争时的交互过程实施例示意图；

图3是本发明的打点控制命令出现数据延迟时的交互过程实施例示意图；

图4是本发明的急停控制命令交互过程实施例示意图；

图5是本发明的打点控制命令报文的数据包格式实施例示意图；

图6是本发明的打点控制命令确认报文的数据包格式实施例示意图；

图7是本发明的打点控制命令确认响应报文的数据包格式实施例示意图；

图8是本发明的打点控制命令确认重发请求报文的数据包格式实施例示意图；

图9是本发明的打点控制命令竞争错误报文的数据包格式实施例示意图；

图10是本发明的急停控制命令报文的数据包格式实施例示意图；

图11是本发明的急停控制命令响应报文的数据包格式实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明是一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，本实施例用于终端与控制台之间进行分组交换。本协议包括用于矿井运输的控制命令数据交互协议的数据包报文和协议通信方式。用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法包括如下几个方面。

如图1所示，打点控制命令正常情况下数据交互过程如下：

A1.终端A向控制台和终端B发送打点控制命令报文TAP1……TAPK；不同打点控制命令数目代表不同的含义，其中打1点表示停车，打2点表示上行，打3点表示下行，打4点表示慢速上行，打5点表示慢速下行。

A2.控制台和终端B接收到终端A的控制命令报文TAP1……TAPK，不用对终端A进行回应。

A3.终端A发送打点控制命令报文一段时间T1内，T1为1000ms，没有发送下一个打点控制命令报文，则发送打点控制命令确认报文TAP_ACK。

A4.终端B接收到打点控制命令确认报文TAP_ACK不用回应。控制台收到打点控制命令确认报文TAP_ACK，向所有终端发送控制命令确认响应报文TAP_ACK_Resp。

A5.终端A发送打点确认报文超过一定时间T2，T2为2000ms，控制命令交互过程结束。

数据交互发送控制命令机制为：当终端A需要发送控制命令时，不需要与终端B和控制台进行握手确认，可以直接发送控制命令。

如图2所示，打点控制命令在出现竞争错误时处理流程如下：

B1.终端A向终端B和控制台发送打点控制命令报文TAP1……TAPK；不同打点控制命令数代表不同的含义；

B2.终端B还没有收到终端A发送的控制报文TAP1……TAPK，此时终端B也发送了打点控制命令报文TAP1。

B3.终端A接收到终端B发送的打点控制命令报文TAP1，知道发生了冲突，向所有终端发送竞争错误报文Comp_Err，一段时间T2后，T2为2000ms，打点控制命令交互过程结束。

打点控制命令交互过程的结束包括正常结束和异常终止。正常结束为:打点控制命令发送端发送打点控制命令确认报文超过一定时间，打点控制命令交互命令。异常结束为：发生打点控制命令冲突，打点控制命令交互结束。

如图3所示，打点控制命令在出现数据丢失时处理流程如下：

C1.终端A向终端B和控制台发送打点控制命令报文TAP1……TAPK；不同打点控制命令数代表不同的含义；

C2.终端B接收到第K-1个打点控制命令后，在一定时间T4内T4为1400ms，没有收到打点控制命令报文，也没有收到打点控制命令确认报文。终端Ｂ向发终端A发送打点控制命令重发请求报文Resend_Req。

C3.终端Ａ接收到终端B发送的打点控制命令重发请求报文Resend_Req，向终端B重新发送第K个打点控制命令TAPK……TAPN。

C4.终端A发送打点控制命令报文一段时间T1内，T1为1000ms没有发送下一个打点控制命令报文，则发送打点控制命令确认报文TAP_ACK。

C5.终端B在接收到一个打点控制命令后，一段时间T4内，T4为1400ms，没有收到打点控制命令报文，也没有收到打点控制命令确认报文TAP_ACK，向终端Ａ发送打点控制命令重发请求报文Resend_Req。

C6.终端A接收到终端B发送的打点控制命令重发请求报文，向终端B重新发送控制命令确认报文TAP_ACK。

C7.控制台接收到打点控制命令确认报文TAP_ACK后，向所有终端发送打点控制命令确认响应报文TAP_ACK_Resp。

C8.终端A发送打点控制命令确认报文，一段时间T5后，T5为500ms，没有收到打点控制命令确认响应报文TAP_ACK_Resp，则重新发送打点控制命令确认报文TAP_ACK。

C9.控制台接收到打点控制命令确认报文TAP_ACK后，重新向所有终端发送打点控制命令确认响应报文TAP_ACK_Resp。

C10.终端A发送打点控制命令确认报文TAP_ACK超过一段时间T2，T2为2000ms，打点控制命令交互过程结束。

如图4所示，急停控制命名数据交互处理流程如下：

D1.终端A向终端B和控制台发送急停控制命令报文Emergency，如果没有取消发送，则会以一定时间间隔T3，T3为200ms，一直发送急停控制命令报文。

D2.控制台收到急停控制命令报文后，如果没有取消急停，会以同样的时间间隔T3，T3为200ms，向所有终端发送急停控制命令响应报文Emergency_Resp。

急停控制命令不会发生竞争错误，不同的终端可以同时发送急停控制命令，控制台收到急停控制命令，仍以同样的时间间隔发送急停控制命令响应报文。

控制台和终端都具有打点按钮和急停按钮，其中按下并抬起打点按钮产生一次打点，多次打点构成一次打点过程。不同的打点个数可以控制矿车正向运行，反向运行等。急停是指在生产过程中遇到紧急情况时终端和控制台都可以发起的紧急停车功能。急停按钮采用自锁型开关，按压一次表示出于急停状态，再按一次解除急停状态。

协议数据包报文包括打点控制命令报文、打点控制命令确认报文、打点控制命令确认重发请求报文、打点控制命令竞争错误报文、打点控制命令确认响应报文、急停控制命令报文、急停控制命令响应报文。

如图5所示，打点控制命令报文包括8字节账号；8字节打点控制命令ID；4字节控制命令序号；1字节包类型；1位结束位；1位保留位；6位打点控制命令个数；2字节打点控制命令1持续时间；2字节打点控制命令2持续时间；...两字节打点控制命令（控制命令个数-1）持续时间。

账号指发送控制命令的终端号码，用于标识不同的终端。控制命令ID是随机码，唯一标识一次控制命令发送过程。控制命令序号开始为随机整数，以后每发送一次，控制命令序号加1。包类型包括打点控制命令报文、打点控制命令确认报文、打点控制命令确认请求报文、打点控制命令确认响应报文、打点控制命令竞争报文、急停控制命令报文、急停控制命令响应报文7种类型。结束位表示单个控制命令是否完成。该位为0表示没完成，该位为1表示完成。保留位，为将来改进协议使用，置0。打点控制命令数表述该数据报文携带的打点控制命令个数，即携带了多少个打点控制命令，不同的打点控制命令个数表示不同的控制含义。控制命令持续时间表示每个控制命令的持续时间，以采样数为单位。

如图6所示，打点控制命令确认报文包括8字节账号；8字节打点控制命令ID；4字节确认序号；1字节包类型；1位结束位；1位保留位；6位打点控制命令个数；2字节打点命令1持续时间；2字节打点控制命令2持续时间；...两字节打点命令（控制命令个数-1）持续时间。

如图7所示，打点控制命令确认响应报文包括8字节账号；8字节打点控制命令ID；4字节控制命令确认序号；1字节包类型，8位保留位，置0。

如图8所示，打点控制命令确认重发请求报文包括8字节账号；8字节打点控制命令ID；4字节重发请求序号；1字节包类型，1字节保留位；

如图9所示，打点控制命令竞争错误报文包括8字节账号，8字节打点控制命令ID，4字节竞争错误序号，1字节包类型，8位保留位；

如图10所示，急停控制命令报文包括8字节账号；8字节急停控制命令ID；4字节控制命令序号；1字节包类型；1位结束位（默认置0）；1位保留位；6位控制命令个数。2字节最近发送的打点控制命令1持续时间。2字节最近发送的打点控制命令2持续时间。2字节最近发送的打点控制命令（打点控制命令数-1）持续时间。

如图11所示急停控制命令响应报文包括8字节账号，8字节急停控制命令ID，4字节响应序号，1字节包类型，1位执行位，7位保留位，置1；2字节实时数据。执行位标示是否执行急停控制命令，该位为1表示控制命令已经执行，该位为0表示该控制命令还没有执行。2字节实时数据是所获得的被控实时数据。

实时数据为在控制台通过传感器所采集的数据，也是所有控制命令控制的数据。

Claims (11)

1.一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，包括打点控制命令数据交互和急停控制命令数据交互，其特征在于，每个终端既可以作为发送终端，也可以作为接收终端；

所述打点控制命令数据交互包括以下步骤：

发送终端向接收终端和控制台发送打点控制命令报文；不同打点控制命令数目代表不同的含义；

接收终端和控制台接收发送终端发送的打点控制命令报文；接收终端或控制台如果接收到该报文，不用对发送终端进行回应；如果没有接收到该报文，接收终端或控制台向发送终端发送打点控制命令确认重发请求报文；

发送终端发送打点控制命令报文后，一段时间间隔T1内没有下一个打点控制命令发出，且没有收到打点控制命令确认重发请求报文，则向接收终端和控制台发送打点控制命令确认报文；

接收终端接收到打点控制命令确认报文不用回应；控制台收到打点控制命令确认报文，向所有终端发送打点控制命令确认响应报文；发送终端在一段时间间隔T5内没有收到控制台发送的打点控制命令确认响应报文，则重新发送打点控制命令确认报文；控制台接收到打点控制命令确认报文后，重新向所有终端发送打点控制命令确认响应报文；

发送终端发送打点控制命令确认报文超过一段时间间隔T2，打点控制命令交互过程结束；

所述急停控制命令数据交互包括以下步骤：

发送终端向接收终端和控制台发送急停控制命令报文，如果没有取消此次发送，则会以T3为时间间隔一直发送急停控制命令报文；

控制台收到急停控制命令报文后，如果没有取消此次急停，会以同样的时间间隔T3向所有终端发送急停控制命令响应报文。

2.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，在打点控制命令数据交互过程中，如果接收终端在没有收到发送终端发送的打点控制命令报文时，接收终端也发送了打点控制命令报文，发送终端接收到接收终端发送的打点控制命令报文，知道发生了冲突，发送终端向所有终端发送打点控制命令竞争错误报文，一段时间后，打点控制命令交互过程结束。

3.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，在打点控制命令数据交互过程中，如果接收终端接收到第K-1个打点控制命令后，在一段时间间隔T4内没有收到打点控制命令报文，也没有收到打点控制命令确认报文，则向发送终端发送打点控制命令重发请求报文；发送终端收到打点控制命令重发请求报文，向发送打点控制命令重发请求报文的接收终端重新发送第K个控制命令。

4.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述打点控制命令报文包括账号、打点控制命令ID、控制命令序号、数据包类型、结束位、保留位、打点控制命令个数和打点控制命令持续时间。

5.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述打点控制命令确认报文包括账号、打点控制命令ID、确认序号、数据包类型、结束位、保留位、打点控制命令个数和打点控制命令持续时间。

6.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述打点控制命令确认响应报文包括账号、打点控制命令ID、响应序号、数据包类型和保留位。

7.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述打点控制命令竞争错误报文包括账号、打点控制命令ID、竞争错误序号、数据包类型和保留位。

8.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述打点控制命令重发请求报文包括账号、打点控制命令ID、重发请求序号、数据包类型和保留位。

9.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述急停控制命令报文包括账号、急停控制命令ID、控制命令序号、数据包类型、结束位、保留位、控制命令个数和最近发送的打点控制命令持续时间。

10.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述急停控制命令响应报文包括账号、急停控制命令ID、响应序号、数据包类型、命令执行位、保留位和实时数据。

11.根据权利要求1所述的一种用于矿井运输的控制命令数据交互协议的通信方法，其特征在于，所述实时数据为在控制台通过传感器所采集的数据，也是所有控制命令控制的数据。

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