CN103795618A

CN103795618A - 智能设备的通信系统、可编程协议网关设备及其通信方法

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Publication number: CN103795618A
Application number: CN201410054095.5A
Authority: CN
Inventors: 王铁钢; 施纪中; 陈玉龙; 李贺
Original assignee: BEIJING TENGCON TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING TENGCON TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2014-02-18
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2034-02-18
Also published as: CN103795618B

Abstract

本发明提出了一种可编程协议网关设备的通信方法，包括：S1:设置多个端口；S2:判断可编程协议网关设备的串口的类型，如果串口的类型为主动上传型则执行S3，如果串口的类型为轮询类型则执行S4；S3：调用READ端口读取数据并存储到内存，对数据进行校验并利用结构化文本ST语言进行解析；S4：定时调用WRITE端口发送预设格式的数据并对数据进行校验，调用READ端口读取数据并将数据存储到内存，对数据进行校验并利用结构化文本ST语言进行解析。本发明还提出一种可编程协议网关设备及具有其的智能设备的通信系统。利用本发明，用户可以通过编程将各种协议转换成一种标准的协议，上位机仅需解析一种协议，从而降低了编程难度。

Description

智能设备的通信系统、可编程协议网关设备及其通信方法

技术领域

本发明涉及工业现场通信技术领域，特别涉及一种可编程协议网关设备及具有其的智能设备的通信系统和可编程协议网关设备的通信方法。

背景技术

工厂的自动化和信息化是工厂智能化的基础，目前工厂的信息化，一般基于TCP/IP技术。在工业现场有很多智能设备，其通信接口采用的是计算机串行接口，CAN接口或者其它总线接口，采用的是标准协议或者厂家自定义的协议，而在完成整个工厂智能化的过程中，需要得到这些智能设备的数据，涉及到各种各样的协议解析和转换问题。

现有的接口转换方式存在以下问题：

首先，接口的转换可以采用串口转以太网和CAN转以太网的模块，具有上述功能的产品很多。但是这样的产品只能完成串行接口，CAN的接口转换，而不涉及到协议的转换。用户需要在上位机软件上完成协议的解析，软件的一致性差。

其次，现有的串口转以太网的模块，部分可以提供用户编程接口，其采用的是C语言编程接口，需要用户安装开发环境，阅读开发文档，调用其提供的库函数，过程极其繁琐，而且需要专门的软件工程师参与，对人员要求高。

并且，随着工业技术和社会需求的发展，各种智能设备在特定的应用场合中得到广泛的应用。但是智能设备没有统一的通信协议，涉及到的协议更是复杂多样，而传统的网关设备具有价格昂贵、灵活性差的特点。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的第一个目的在于提出一种可编程协议网关设备的通信方法。本发明的第二个目的在于提出一种可编程协议网关设备。本发明的第三个目的在于提出一种智能设备的通信系统。利用本发明用户可以通过编程，将各种协议转换成一种标准的协议，降低了编程难度，提高了应用范围。

为了实现上述目的，本发明第一方面的实施例提供一种可编程协议网关设备的通信方法，通过IEC61131-3协议的图像化编程环境执行如下步骤：

S1:设置多个端口，所述多个端口包括OPEN端口、READ端口和WRITE端口，其中，所述OPEN端口用于设置所述可编程协议网关设备的串口的多个参数，所述READ端口用于接收数据并存储至所述可编程协议网关设备的内存，所述WRITE端口用于发送数据；

S2:判断所述可编程协议网关设备的串口的类型，如果串口的类型为主动上传型，则执行步骤S3，如果串口的类型为轮询类型，则执行步骤S4；

S3：调用所述READ端口读取数据并将所述数据存储到所述可编程协议网关设备的内存，对所述数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析；

S4：利用定时器定时调用所述WRITE端口发送预设格式的数据，并对所述数据进行校验，以及调用所述READ端口读取数据并将所述数据存储到所述可编程协议网关设备的内存，对所述数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析。

在本发明的一个实施例中，所述设置可编程协议网关设备的串口的多个参数，包括设置所述串口的波特率、数据位、起始位、停止位和奇偶校验。

在本发明的又一个实施例中，采用以下方式中的一种或多种对所述数据进行校验，包括：帧校验FCS校验方式、异或校验XOR校验方式和循环冗余校验码CRC校验方式。

在本发明的再一个实施例中，在步骤S1中，还包括如下步骤：利用所述OPEN端口设置所述CAN接口的参数，其中，所述CAN接口的参数包括所述CAN接口的波特率，然后执行以下步骤：

S5:判断所述可编程协议网关设备的CAN接口的类型，如果CAN接口的类型为主动上传型，则执行步骤S6，如果CAN接口的类型为轮询类型，则执行步骤S7；

S6：调用所述READ端口读取数据并将所述数据存储到所述可编程协议网关设备的内存，对所述数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析；

S7：利用定时器定时调用所述WRITE端口发送预设格式的数据，并对所述数据进行校验，以及调用所述READ端口读取数据并将所述数据存储到所述可编程协议网关设备的内存，对所述数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析。

根据本发明实施例的可编程协议网关设备的通信方法，通过IEC61131-3协议的图像化编程环境执行编程步骤，由此可以将各种协议转换成一种标准的协议，降低了编程难度，提高了应用范围。

本发明第二方面的实施例提供一种可编程协议网关设备，包括：至少一个串口，每个所述串口均支持Modbus通讯协议且独立编程；至少一个以太网接口，每个所述以太网接口通过以太网与上位机进行通信；处理器，所述处理器分别与每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口相连，所述处理器接收通过每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口接收到的多种类型协议的数据，以及对每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口进行编程以将所述多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据，并将所述标准类型协议的数据发送至上位机以由所述上位机对所述标准类型协议的数据进行处理。

在本发明的一个实施例中，还包括：至少一个CAN接口，每个所述CAN接口均支持独立编程。

在本发明的又一个实施例中，所述处理器控制对每个所述串口进行独立编程以设置自由协议做从站或主站，

其中，所述处理器控制对每个所述串口进行独立编程以设置自由协议做从站时，开启所述串口并接收来自智能设备的数据，对所述数据进行分析处理并组成返回数据帧，发送所述数据帧；

所述处理器控制对每个所述串口进行独立编程以设置自由协议做主站时，所述串口发送数据，并且延时预设时长读取所述智能设备返回的数据，并对所述数据进行处理。

在本发明的再一个实施例中，还包括图形化编辑模块，所述图形化编辑模块与所述处理器相连，用于向用户提供图形化的编程环境及操作功能界面，其中，所述图形化的编程环境为基于IEC61131-3协议的图像化编程环境。

在本发明的又一个实施例中，所述标准类型协议为Modbus TCP协议和IEC870-5-104协议。

根据本发明实施例的可编程协议网关设备，提供了串口，CAN接口和以太网接口，用户通过编程，把各种协议转换成一种标准的协议，上位机仅需解析一种协议。具有以下特点：

（1）整个系统设计采用可编程协议网关设备为核心采集部件，运行稳定可靠，通过梯形图、功能块和ST语言编程，一个或者多个可编程协议网关设备就可以实现一个工段所有数据的采集。

（2）距离远以太网转换成光纤传输，比双绞线传输，造价更低、通讯更可靠与动力电缆走同一桥架内不怕强电干扰。

本发明第三方面的实施例提供一种智能设备的通信系统，包括：多个智能设备；本发明第一方面实施例提供的可编程协议网关设备，所述多个智能设备分别连接至所述可编程协议网关设备的串口、CAN接口或以太网接口，其中，所述可编程协议网关设备通过所述串口、CAN接口或以太网接口采集来自所述多个智能设备的所述多种类型协议的数据，并将所述多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据；上位机，所述上位机与所述可编程协议网关设备连接，用于接收所述标准类型协议的数据，并对所述标准类型协议的数据进行分析处理。

根据本发明实施例的智能设备的通信系统，CAN接口和以太网接口，用户通过编程，把各种协议转换成一种标准的协议，上位机仅需解析一种协议，从而降低了编程难度，提高了通信系统的应用范围。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的可编程协议网关设备的通信方法的流程图；

图2为根据本发明一个实施例的可编程协议网关设备的通信方法的流程；

图3为根据本发明实施例的可编程协议网关设备的结构图；

图4为根据本发明一个实施例的可编程协议网关设备的示意图；

图5为根据本发明实施例的可编程协议网关设备的编程环境的示意图；

图6为根据本发明实施例的可编程协议网关设备将MODBUS RTU协议转换为MODBUS TCP协议的示意图；

图7（a）和图7（b）为根据本发明实施例的TCMODBUS指令的示意图；

图8为根据本发明实施例的可编程协议网关设备将任意协议转换为MODBUS TCP协议的示意图；

图9（a）至图9（c）为根据本发明实施例的串口的打开、读取写入指令的示意图；

图10（a）至图10（c）为根据本发明实施例的CRC校验、FCS校验和XOR检验的示意图；

图11为根据本发明实施例的可编程协议网关设备CAN通信的示意图；

图12（a）至图12（c）为根据本发明实施例的CAN接口的打开、读取写入指令的示意图；

图13为根据本发明实施例的可编程协议网关设备CAN通信和串口通信的示意图；

图14为根据本发明另一个实施例的可编程协议网关设备的示意图；

图15为根据本发明实施例的字节顺序调整的示意图；

图16为根据本发明实施例的可编程协议网关设备的接口驱动示意图；

图17为根据本发明实施例的可编程协议网关设备应用于数据采集的示意图；

图18为根据本发明实施例的可编程协议网关设备应用于数据采集的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参考图1和图2对本发明的可编程协议网关设备的通信方法进行描述。

如图1所示，本发明实施例的可编程协议网关设备的通信方法，该方法通过IEC61131-3协议的图像化编程环境执行如下步骤：

步骤S1，设置多个端口，其中，多个端口包括OPEN端口、READ端口和WRITE端口。其中，OPEN端口用于设置可编程协议网关设备的串口的多个参数，READ端口用于接收数据并存储至可编程协议网关设的内存，WRITE端口用于发送数据。

在本发明的实施例中，设置可编程协议网关设备的串口的多个参数，包括设置串口的波特率、数据位、起始位、停止位和奇偶校验等。

步骤S2，判断可编程协议网关设备的串口的类型，如果串口的类型为主动上传型，则执行步骤S3，如果串口的类型为轮询类型，则执行步骤S4。

需要说明的是，可编程协议网关设备的串口包括主动上传型和轮询类型。具体地，主动上传类型是指智能设备可以按照一定的时间间隔或者其它条件，主动的通过串口发送数据。轮询类型是指智能设备收到相应的命令后，按照一定的格式通过串口发送数据。

并且，在执行步骤S3和S4之前，需要预先获知串口是否已被占用。

步骤S3，调用READ端口读取数据并将数据存储到可编程协议网关设备的内存，对数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析。

在本发明的一个实施例中，数据为了保证可靠传输，通常需要增加校验功能。具体地，采用以下方式中的一种或多种对所述数据进行校验，包括：帧校验FCS校验方式、异或校验XOR校验方式和循环冗余校验码CRC校验方式。其中，对CRC校验方式设置有一个选项，用于选择不同的生成多项式，基本囊括了目前常用的CRC校验方式，即CRC因为生成多项式的不同和生成多项式的位数不同有很多种。

步骤S4，利用定时器定时调用WRITE端口发送预设格式的数据，并对数据进行校验，以及调用READ端口读取数据并将数据存储到可编程协议网关设备的内存，对数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析。

在本发明的又一个实施例中，如图2所示，在上述步骤S1中，还包括如下步骤：利用OPEN端口设置CAN接口的参数，其中，CAN接口的参数包括CAN接口的波特率，然后执行以下步骤：

S5:判断可编程协议网关设备的CAN接口的类型，如果CAN接口的类型为主动上传型，则执行步骤S6，如果CAN接口的类型为轮询类型，则执行步骤S7。

需要说明的是，可编程协议网关设备的CAN接口包括主动上传型和轮询类型。具体地，主动上传类型是指智能设备可以按照一定的时间间隔或者其它条件，主动的通过CAN接口发送数据。轮询类型是指智能设备收到相应的命令后，按照一定的格式通过CAN接口发送数据。其中，CAN接口主要为主动上传型。

并且，在执行步骤S6和S7之前，需要预先获知CAN接口是否已被占用。

S6：调用READ端口读取数据并将所述数据存储到可编程协议网关设备的内存，对数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析；

S7：利用定时器定时调用WRITE端口发送预设格式的数据，并对数据进行校验，以及调用READ端口读取数据并将数据存储到可编程协议网关设备的内存，对数据进行校验，并利用结构化文本ST语言进行解析。

下面参考图3至图18对本发明实施例提供的可编程协议网关设备进行描述。其中，用户可以通过上位机编程环境，利用本发明提供的可编程协议网关设备和编程环境提供的编程语言，完成对协议的解析，将数据存入内部的数据存储区，由上位机软件，根据标准协议进行读取。

本发明实施例提供的可编程协议网关设备可以实现串口与网口，以及串口之间的协议转换。其简单灵活的配置和极高的可靠性可以为用户节省宝贵的时间和已有投资，尤其是在组网时，可以大大提高产品的核心竞争力，突出可编程的特色。用户通过灵活方便的编程环境，利用可编程协议技术，将各种协议转换成标准的Modbus TCP协议，完成与上位机的统一通信。

如图3和图4所示，本发明实施例提供的可编程协议网关设备，包括：至少一个串口100、至少一个以太网接口200和处理器300。

具体地，每个串口100均支持Modbus通讯协议且独立编程，从而与所有智能设备是一个无缝的、闭环的统一体。并且，每个以太网接口200通过以太网与上位机进行通信。

在本发明的一个实施例中，每个串口100为RS232接口或RS485接口。并且，每个串口100均支持Modbus RTU协议。优选地，多个串口100的数量可以为多个，例如：1个、2个、3个、4个、6个、8个、12个或16个，在此不再赘述。

处理器300可以控制对每个串口100进行独立编程以设置自由协议做从站或主站。

具体地，处理器300可以控制对每个串口100进行独立编程以设置自由协议做从站时，开启串口100并接收来自智能设备的数据，对数据进行分析处理并组成返回数据帧，发送数据帧。

处理器300控制对每个串口100进行独立编程以设置自由协议做主站时，串口100发送数据，并且延时预设时长读取智能设备返回的数据，并对数据进行处理。

编程做Modbus协议主站可以使用现成的功能块，只需用户配置相应的参数即可。并且，本发明支持IEC60870-5-104协议/MODBUS RTU网关功能。

在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的可编程协议网关设备还包括至少一个CAN接口，其中每个CAN接口均支持独立编程。

多个CAN接口300的数量可以为1个、2个、4个、8个。

处理器300分别与每个串口100、每个以太网接口200和每个CAN接口相连。其中，处理器300接收通过每个串口100、每个以太网接口200和每个CAN接口接收到的多种类型协议的数据，以及对每个串口100、每个以太网接口200和每个CAN接口进行编程以将多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据，并将标准类型协议的数据发送至上位机以由上位机对标准类型协议的数据进行处理。其中，标准类型协议可以为ModbusTCP协议和IEC870-5-104协议，即本发明的可编程协议网关设备网口支持Modbus TCP协议和IEC870-5-104协议。

在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的可编程协议网关设备还包括图形化编辑模块，其中图形化编辑模块与处理器相连，用于向用户提供图形化的编程环境及操作功能界面。其中，图形化的编程环境为基于IEC61131-3协议的图像化编程环境。具体地，用户利用图形化编辑模块可以通过图形和连线的方式以及ST语言，完成协议的解析，并且兼容IEC61131-3标准。

图5示出了可编程协议网关设备的编程环境。如图5所示，本发明实施例提供的可编程协议网关设备的软件编程环境运行于WINDOWS系统下。

本发明的可编程协议网关设备的接口硬件结构如下：

（1）ETH端子：以太网接口（带指示灯）；

（2）拨码开关：全拨到“ON”，重新上电，采用出厂默认IP地址——192.168.1.99；非全“ON”状态，IP地址使用寄存器设置的IP。

（3）三排状态指示灯从上到下：

以太网口侧：运行灯（闪烁）、保留、电源灯（绿、常亮）；

中间：CAN2读/写（闪烁），UART0读/写（闪烁），CAN1读/写（闪烁）；

串口0侧：UART3读/写（闪烁），UART2读/写（闪烁），UART1读/写（闪烁）；

UART0：DB9F母口（2-TXD，3-RXD，5-GND）。

串口0既可作为ISP下载口供用户下载程序时使用，还可以作为用户在采用其他方式均无法进行Modbus连接时的备用设置端口，Modbus默认通讯波特率为38400，1，N，8，从地址为1（该配置用户无法更改，程序启动时请勿使用该功能）。

（4）CAN端子

CAN1L：接其他CAN设备数据低端；CAN1H：接其他CAN设备数据高端；

CAN1R-：CAN1通道终端匹配120Ω电阻；CAN1R+：CAN1通道终端匹配120Ω电阻；

CAN2L：接其他CAN设备数据低端；CAN2H：接其他CAN设备数据高端；

CAN2R-：CAN2通道终端匹配120Ω电阻；CAN2R+：CAN2通道终端匹配120Ω电阻；

（5）电源端子

PGND：保护地、接机壳；24V-：DC24V电源负极；24V+：DC24V电源正极；

（6）串口1，2，3端子

串口1、2、3均可定制为RS232或RS485接口：A/RXD1、B/TXD1、GND1，A/RXD2、B/TXD2、GND2，A/RXD3、B/TXD3、GND3。

下面对本发明实施例的可编程协议网关设备的连接及通信设置过程进行描述。

（1）快速开始

步骤S1：连接网关。

电源：可编程协议网关设备连接24V电源（或用户订制220VAC）。

通讯：可编程协议网关设备的网口通过网线与计算机的网口连接。

步骤S2：新建一个工程。

打开Multiprog编程软件，点击菜单栏上的“文件->新建工程”，选择模板，建立一个工程，保存。

步骤S3：设置工程的IP地址。

在创建的工程中，选中工程树窗口中的“硬件”选项卡，右击“资源”，在弹出的对话框中输入网关默认IP地址192.168.1.99，点击完成。

步骤S4：编写程序。

在工程树窗口中的“工程”选项卡中，双击逻辑POU下的程序，写程序。

步骤S5：制作下装程序。

在工具栏上点击“制作”，编译没有错误时，点击“工程控制”，在弹出的“资源”对话框中点击“下装”，下装完成后，点击“冷启”，可编程协议网关设备即可按此时的程序运行了。如果需要监视程序，可点击工具栏上的“调试开/关”。

（2）通信设置

（21）修改IP地址

步骤S1：连接网关

电源：可编程协议网关设备连接24VDC电源（或用户订制220VAC）。

步骤S2：运行Modscan软件

双击ModScan32文件夹中的“ModScan32.exe”，点击菜单栏上的“Connection->Connect”。

步骤S3：Modscan连接可编程协议网关设备。

在弹出窗口的下拉框中选择Remote modbus TCP Server，在下面的两个文本框中分别填入可编程协议网关设备的IP地址192.168.1.99，端口号502，点击OK。

步骤S4：修改可编程协议网关设备的IP地址。

出厂默认IP地址为192.168.1.99，以将IP改为192.168.1.100为例。

注意：修改IP地址时，必须保证拨码开关不能是全“ON”状态，否则每次重新上电将使用出厂默认IP。

下拉框选择03功能码，Address栏输入1，Length栏输入100，找到40084，将寄存器40084的值改为100，等待几十秒钟，可编程协议网关设备停电，再等待几十秒钟，可编程协议网关设备重新上电，即可将可编程协议网关设备的IP地址由出厂默认192.168.1.99改为192.168.1.100。

可编程协议网关设备的TCP通信参数寄存器如下表1所示：

表1

（22）修改串口参数

前三步同修改IP地址的步骤S1至步骤S3。

步骤S4：修改可编程协议网关设备的串口从站地址

出厂默认3个串口的MODBUS从站地址全部为1，以将串口1的MODBUS从站地址改为2为例。

下拉框选择03功能码，Address栏输入1，Length栏输入100，找到40027，将寄存器40027的值改为2，等待几十秒钟，可编程协议网关设备停电，再等待几十秒钟，可编程协议网关设备重新上电，即可将可编程协议网关设备的串口1MODBUS从站地址由出厂默认1改为2。

同样方法修改串口2的MODBUS从站地址（寄存器40028）和串口3的MODBUS从站地址（寄存器40029）。

可编程协议网关设备的串口MODBUS从站地址寄存器如下表2所示：

表2

步骤S5：修改可编程协议网关设备的串口波特率

出厂默认3个串口的波特率为19200，1，E，8，以将串口波特率改为38400，1，E，8为例。

下拉框选择03功能码，Address栏输入100，Length栏输入100，找到40102，将寄存器40102的值改为53256（十进制），等待几十秒钟，可编程协议网关设备停电，再等待几十秒钟，可编程协议网关设备重新上电，即可将可编程协议网关设备的串口1波特率由出厂默认19200，1，E，8改为38400，1，E，8。

同样方法修改串口2的波特率（寄存器40103）和串口3的波特率（寄存器40104）。

可编程协议网关设备的串口波特率寄存器如下表3所示：

表3

波特率设置表如下表4所示：

表4

本发明实施例的可编程协议网关设备的内部寄存器的定义如下表5所示：

表5

可编程协议网关设备用于存储数据的中间变量区如下表6所示。

表6

中间变量区，可以定义BOOL、BYTE、WORD和DWORD型变量，也可以定义为SINT、INT、DINT、REAL等类型，不可掉电保存的中间变量区地址可以从%MB3.0～%MB3.65534。

在中间变量区，基本的可编程协议网关设备地址空间是按字节定义的，即一个BYTE型变量占据一个地址。但是，一个BOOL型变量占据的是所在字节地址的某一位（如%MX3.00000.0），一个WORD型变量占据两个字节但其地址是低字节的可编程协议网关设备地址（如%MW3.00000），一个DWORD型变量占据4个字节但其地址是最低字节的可编程协议网关设备地址（如%MD3.00000）。

如果要定义一个SINT(BYTE)、INT(WORD)、DINT(DWORD)型变量，则其对应的地址分别为字节型（%MB）、字（%MW）和双字（%MD），如果要定一个REAL型变量，则对应的地址是双字（%MD）。

Modbus地址空间是按字定义的，Modbus地址与可编程协议网关设备的字地址一一对应（如410001对应%MW3.00000），同时一个Modbus地址又能对应这个可编程协议网关设备字地址的高字节和低字节（如410001的高8位对应着%MB3.00001，而低8位对应着%MB3.00000），又能对应这个可编程协议网关设备地址的第0～15位（如410001的16位分别对应着%MX3.00000.0～%MX3.00000.15）。

不可掉电保存的中间变量区寄存器地址如下表7所示：

表7

下面对Modbus地址的确定进行说明。

（1）字变量，假设其地址为%MW3.00050，则对应的Modbus地址为：

（2）实数变量，5.1及以后版本的可编程协议网关设备从%MD3.0开始使用，且实数变量的地址必须能被4整除，可编程协议网关设备地址对应的Modbus地址计算如下：

5.1及以后版本的可编程协议网关设备具有1948个字节可掉电保持的中间变量（可编程协议网关设备冷启时，数据清零），地址从%MB3.100000至%MB3.101947。

用户要使用中间变量区中的掉电保持区：一是要其可编程协议网关设备固件版本必须是5.1及以后版本，二是使用MULTIPROG5.35编程软件。

在掉电保持区同样可定义BOOL、BYTE、WORD和DWORD型变量，也可以定义为SINT、INT、DINT、REAL等类型。5.1及以后版本的可编程协议网关设备在建立变量时不可以勾选Retain，否则下载出错。

掉电保存区寄存器地址如下表8所示：

表8

掉电保持区实数变量的地址计算如下所示：

可编程协议网关设备与从站通信支持MODBUS RTU协议、自由口编程和CAN。提供固件库TCNETLIB以支持上述通信。固件库TCNETLIB包括Modbus、自由口编程、校验和、CAN等指令。编程前需手动添加固件库TCNETLIB。

TCMODBUS通讯包括建立连接指令TCMODBUS_RUN和读写指令TCMODBUS共2个指令。使用TCMODBUS指令通信编程时，首先打开可编程协议网关设备的串口并设置通讯格式，然后发送读写命令。

自由口通讯包括打开串口PORT_OPEN、写串口PORT_WRITE和读串口PORT_READ共3个指令。自由口通信编程时，首先打开可编程协议网关设备的串口，然后发送读或写命令。

本发明提供了COMM_CRC、COMM_FCS、COMM_XOR三个指令分别用于生成CRC、FCS和XOR校验。

CAN通信包括打开CAN口、写CAN口和读CAN口三个指令。先用CAN_Open指令打开可编程协议网关设备的CAN口，如果需要向CAN总线网络中的某个CAN设备发送数据，用CAN_Write指令；如果需要接收CAN总线网络中某个设备的数据，就用CAN_Read指令。

如图6所示，本发明可编程协议网关设备的3个串口支持MODBUS RTU协议，通过提供的MODBUS功能块简单编程，将支持MODBUS RTU协议的设备数据采集到可编程协议网关设备中，最终通过MODBUSTCP被上位机获取。通过默认LD语言实现协议转换。

（1）参考“快速开始”新建工程并设置工程的IP地址，找到“工程”中的“逻辑POU”，双击“main”，进入程序编辑界面。

添加固件库TCNETLIB固件库添加完成后，可在编程软件右侧的编程向导中看到固件库文件夹。

（2）插入功能块

如图7（a）和图7（b）所示，在右侧编辑向导TCNETLIB组中找到TCMODBUS_RUN和TCMODBUS指令。依次拖拽到编程界面中，“确定”，建立功能块，设置各变量，如表9和表10所示。

表9

表10

（3）制作，下装，运行。

（4）打开调试开关，监视程序。

所有输出引脚Errmsg为0时，表示通信无错误，当有输出引脚Errmsg不为0时，根据上表错误信息修改错误。

如图8所示，可编程协议网关设备的3个串口与各种协议的设备通信时，通过提供的自由口功能块编程，将设备数据采集到可编程协议网关设备中，最终通过MODBUSTCP被上位机获取。自由口通信包括PORT_OPEN、PORT_WRITE和PORT_READ共3个指令。

进入编辑界面和添加固件库参考上述实施例，然后插入功能块指令。

如图9（a）至图9（c）所示，在右侧编辑向导TCNETLIB组中找到PORT_OPEN、PORT_WRITE和PORT_READ指令，依次拖拽到编程界面中，“确定”，建立功能块，设置各变量，如表11所示。

表11

下面参考图10（a）至图10（c）对本发明实施例的数据校验进行描述。串口数据发送时，经常使用附加校验，为减轻用户工作量，提供三种校验功能块CRC校验、FCS校验和XOR校验。

CRC校验如图10（a）和表12所示：

表12

FCS校验如图10（b）和表13所示：

输入引脚	数据类型	描述
			EN	BOOL	上升沿有效
Length	WORD	数据所占字节的个数
			Dataptr	ANY	要计算FCS校验码的数据，一般为字节型数组
输出引脚	数据类型	描述
			ENO	BOOL	输出使能
Result	WORD	计算出的FCS校验码

表13

XOR校验如图10（c）和表14所示：

输入引脚	数据类型	描述
			EN	BOOL	上升沿有效
Length	WORD	数据所占字节的个数
			Dataptr	ANY	要计算XOR校验码的数据，一般为字节型数组
输出引脚	数据类型	描述

ENO	BOOL	输出使能
			Result	WORD	计算出的XOR校验码

表14

然后执行制作，下装，运行，打开调试开关，监视程序。

所有输出引脚Errmsg为0时，表示通信无错误，当有输出引脚Errmsg不为0时，根据错误信息修改错误。

如图11所示，可编程协议网关设备的2个CAN口与各种协议的设备通信时，通过提供的CAN功能块编程，将设备数据采集到可编程协议网关设备中，最终通过MODBUSTCP被上位机获取。CAN口通讯包括CAN_OPEN、CAN_WRITE和CAN_READ共3个指令。

进入编辑界面和添加固件库参考上述实施例，插入功能块指令。

如图12（a）至图12（c）所示，在右侧编辑向导TCNETLIB组中找到CAN_OPEN、CAN_WRITE和CAN_READ指令，依次拖拽到编程界面中，“确定”，建立功能块，设置各变量，如表15和表16所示。

表15

表16

执行制作，下装，运行。然后打开调试开关，监视程序。

图13示出了可编程协议网关设备CAN通信和串口通信的示意图。图14示出了根据本发明另一个实施例的可编程协议网关设备的示意图。如图14所示，在本发明的一个实施例中，本发明实施例提供的可编程协议网关设备的硬件采用32位ARM处理器，扩展了SDRAM和FLASH存储器，扩展了以太网接口和串口和CAN接口。

此外，对从设备数据的读取，经常需要对数据进行处理。

读写连续地址的位时，为减少TCMODBUS功能块的数量，通常为“Dataptr”管脚赋值字节或字，如：V000，类型为BYTE。当需要单独使用V000中的某一位时，建立BOOL变量选择V000，输入“.”，在下拉框中选择相应的位。

数组存放多个数据，同时读写从设备的多个寄存器时，应该建立数组作为数据缓存区。右键数据类型——插入——数据类型，建立数据类型。

在数据类型编辑界面中，找到右侧编辑向导中的“ARRAY数组声明”。通过双击数组声明，可以弹出数组建立代码。

管脚“Dataptr”定义变量，如V001，数据类型选择“WBUF”，IO地址写入%MW3.0，则V001[1]为数组V001的第一个元素，数据类型为“WORD”，IO地址为%MW3.0，可直接作为变量使用。V001[2]为数组V001的第二个元素，数据类型为“WORD”，IO地址为%MW3.2，依次类推。

图15为根据本发明实施例的字节顺序调整的示意图。如图15所示，对MODBUS从设备的浮点数据读取时，有时需要调整字节顺序，才能得到正确的数据，此时常用的指令有WORD_TO_DWORD(字到双字类型的转换)，SHL(左移)SHR(右移)和AND(与)等。

图16示出了根据本发明实施例的可编程协议网关设备的接口驱动。如图16所示，每个串口和每个CAN接口均对应串口驱动和CAN驱动，通过上述相应类型的接口驱动可以实现对应接口对数据的传输。

下面参考图17和图18对本发明实施例的可编程协议网关设备可编程网关在焦化厂数据采集的应用进行描述。

由于焦化厂现场工段较多、距离较远、各个工段的火灾报警系统、工艺参数仪表柜、可燃气体报警器等都在各自工段的操作间内；操作间内的数显表、控制器等带有485通讯接口，但是数显表、控制器的通讯协议又不是标准的通讯协议，所以整个系统选用科技的可编程协议网关设备实现485数据采集实现，上位采用INTOUCH软件进行数据的显示及记录。

（1）系统配置

1、煤气外供工段，智能数显表有13台（485接口）、气体报警仪4套（485接口）、火灾报警器1套（485接口），采用一台可编程协议网关设备（订货时告知串口均定制为485接口），光纤收发器1台。

2、粗苯工段，智能数显表有26台（485接口）、气体报警仪16套（485接口）、火灾报警器1套（485接口），采用一台可编程协议网关设备（订货时告知串口均定制为485接口），光纤收发器1台。

3、锅炉工段，智能数显表有17台（485接口）、气体报警仪8套（485接口）、火灾报警器1套（485接口），采用一台可编程协议网关设备（订货时告知串口均定制为485接口），光纤收发器1台。

4.冷鼓工段，智能数显表有22台（485接口）、气体报警仪12套（485接口）、火灾报警器1套（485接口），采用一台可编程协议网关设备（订货时告知串口均定制为485接口），光纤收发器1台。

5、厂长办公室，工控机IPC-610L一台、22寸液晶显示器一台、光纤收发器4台、交换机一台、光纤收发器及交换机均装入6u网络机柜内，INTOUCH软件一套。

(2)通讯协议的转换

1、智能数显表的通讯协议

上位机发送读命令如表17所示：

表17

下位机应答：若正常如表18所示：

表18

若不正常如表19所示：

字头

设备地址

**

异或

CR

表19

2、火灾报警器的通讯协议

上位机发送读指令如表20所示：

表20

下位机应答：若正常如表21所示：

表21

3、气体报警器的通讯协议

上位机发送读指令如表22所示：

表22

下位机应答：若正常如表23所示：

表23

下位编程使用主要的自由口通讯指令

1、PORT_OPEN用于打开一个串口并设置串口的通讯速率在串口读写过中此指令必须一直有效。

2、PROT_WRITE用于向打开的串口写数据，被写的数据存放在数据缓冲区中，该指令没调用一次写一次数据，用户程序中一个串口只能调用一个PORT_WRITE指令。

3、PROT_READ用于从打开的串口中读取数据，在用户程序中，一个串口只能调用一个PORT_WRITE指令。

此外，本发明实施例的可编程协议网关设备还可以控制卡特柴油机实现J1939协议的解析。

根据本发明实施例的可编程协议网关设备，提供了串口，CAN接口和以太网接口，用户通过编程，把各种协议转换成一种标准的协议，上位机仅需解析一种协议。本发明具有以下特点：

根据本发明实施例的可编程协议网关设备，只要用户会PLC编程则即可完成编程工作，从而降低编程复杂度，降低人员要求。本发明基于IE61131-3的可编程网关通信协议编程方法和编程模型。利用IEC61131-3的国际通用PLC编程环境实现的协议可编程网关。并且，采用基于设备的OPEN，READ，WRITE的编程模型。

此外，本发明实施例的可编程协议网关设备在通信传输中还具有以下有益效果：

（1）采用嵌入式系统架构设计理念，32位精简指令ARM处理器设计，丰富的存储空间。

（2）通讯端口均采用全光电隔离设计，同时隔离信号线、电源、地，并具备雷击和浪涌防护。

（3）供电电源采用单、双路（可选配）DC24V（DC9V-DC36V）热备冗余设计，亦可采用单、双路AC220V供电，保证系统稳定、可靠运行。

（4）通信速率快，用户可配置，每一路均有独立的数据指示LED；RS232/485通信速率300～115200bps，默认值19200，1，E，8；TCP通信速率100Mbps。

（5）运行环境：温度:-25-70℃，湿度:5%-95%RH，无凝露。

（6）应用广泛：凡是具有RS232/RS485接口或者以太网接口的设备，都可以实现与可编程协议网关设备工业网关组网互联，广泛应用于制造工业、过程控制、通讯、仪器仪表、汽车、船舶、军事装备以及消费类产品等方面。

本发明第二方面的实施例提供一种智能设备的通信系统，包括：多个智能设备、可编程协议网关设备和上位机。

具体地，多个智能设备分别连接至本发明上述实施例提供的可编程协议网关设备的串口、CAN接口或以太网接口。其中，可编程协议网关设备通过串口、CAN接口或以太网接口采集来自多个智能设备的多种类型协议的数据，并将多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据。上位机与可编程协议网关设备连接，用于接收标准类型协议的数据，并对标准类型协议的数据进行分析处理。

在本发明的一个实施例中，多个智能设备可以包括：流量计、液位计、门禁、触摸屏或指纹识别设备等。

本发明实施例提供的智能设备的通信系统提供了串口，CAN接口和以太网接口，用户通过编程，把各种协议转换成一种标准的协议，上位机仅需解析一种协议，从而降低了编程难度，提高了通信系统的应用范围。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims

1.一种可编程协议网关设备的通信方法，其特征在于，所述可编程协议网关设备的通信方法通过IEC61131-3协议的图像化编程环境，执行如下步骤：

2.如权利要求1所述的可编程协议网关设备的通信方法，其特征在于，所述设置可编程协议网关设备的串口的多个参数，包括设置所述串口的波特率、数据位、起始位、停止位和奇偶校验。

3.如权利要求1所述的可编程协议网关设备的通信方法，其特征在于，采用以下方式中的一种或多种对所述数据进行校验，包括：帧校验FCS校验方式、异或校验XOR校验方式和循环冗余校验码CRC校验方式。

4.如权利要求1所述的可编程协议网关设备的通信方法，其特征在于，在步骤S1中，还包括如下步骤：利用所述OPEN端口设置所述CAN接口的参数，其中，所述CAN接口的参数包括所述CAN接口的波特率，然后执行以下步骤：

5.一种可编程协议网关设备，其特征在于，包括：

至少一个串口，每个所述串口均支持Modbus通讯协议且独立编程；

至少一个以太网接口，每个所述以太网接口通过以太网与上位机进行通信；

处理器，所述处理器分别与每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口相连，所述处理器接收通过每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口接收到的多种类型协议的数据，以及对每个所述串口、每个所述以太网接口和每个所述CAN接口进行编程以将所述多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据，并将所述标准类型协议的数据发送至上位机以由所述上位机对所述标准类型协议的数据进行处理。

6.如权利要求5所述的可编程协议网关设备，其特征在于，还包括：至少一个CAN接口，每个所述CAN接口均支持独立编程。

7.如权利要求5所述的可编程协议网关设备，其特征在于，所述处理器控制对每个所述串口进行独立编程以设置自由协议做从站或主站，

8.如权利要求5或7所述的可编程协议网关设备，其特征在于，还包括图形化编辑模块，所述图形化编辑模块与所述处理器相连，用于向用户提供图形化的编程环境及操作功能界面，其中，所述图形化的编程环境为基于IEC61131-3协议的图像化编程环境。

9.如权利要求5所述的可编程协议网关设备，其特征在于，所述标准类型协议为Modbus TCP协议和IEC870-5-104协议。

10.一种智能设备的通信系统，其特征在于，包括：

多个智能设备；

权利要求5-9任一项所述的可编程协议网关设备，所述多个智能设备分别连接至所述可编程协议网关设备的串口、CAN接口或以太网接口，其中，所述可编程协议网关设备用于通过所述串口、CAN接口或以太网接口采集来自所述多个智能设备的所述多种类型协议的数据，并将所述多种类型协议的数据转换为标准类型协议的数据；

上位机，所述上位机与所述可编程协议网关设备连接，用于接收所述标准类型协议的数据，并对所述标准类型协议的数据进行分析处理。