CN104486783A - 用于多态无线监控网络的多态无线网关系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，包括配置管理模块、初始化模块、控制器接口任务模块、射频任务模块以及透传任务模块；配置管理模块：用于网关初次使用的配置管理和网关运行中的配置管理；初始化模块：用于相应功能模块和任务的初始化；控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据，所述控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令；射频任务模块处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据；透传任务模块用于各模块间的数据传输。本发明能够实现不同协议数据传输的无线仪表之间的数据交换、控制等，解决了多态物联测控网络共存、互联互操作的问题。

Description

用于多态无线监控网络的多态无线网关系统及控制方法

技术领域

本发明涉及无线监控的技术领域，特别涉及一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统及控制方法。

背景技术

生产过程智能化程度低是影响我国工业节能减排的重要因素之一，目前，生产过程智能化已经成为国际工业自动化领域新的研究热点和发展方向。

以低成本工业无线技术为代表的新一代工业测控系统的出现，使得传统不可实现的大规模部署传感器监测成为可能，为过程智能化的实现提供了重要使能技术。过程智能化需求的多样性导致无线监控网络呈现多态特征，迫切需要发展多态无线监控技术与系统。由于多环节应用需求多种多样，相应无线监控网络呈现多态性。当前，基于工业无线的新型测控技术的发展还处于初级阶段，技术往往只侧重于解决某一问题，导致技术的单一性，无法同时满足新型测控系统的多态需求。随着过程智能化应用的快速发展，迫切需要研发多态的无线监控网络技术和系统。作为多态无线监控网络系统的信息处理和转运中枢的多态无线监控网关在系统中起着关键的作用。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，用于解决多态物联测控网络共存、互联互操作的问题。

本发明的另一目的在于，提供一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法。

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，包括配置管理模块、初始化模块、控制器接口任务模块、射频任务模块以及透传任务模块；

配置管理模块：用于网关初次使用的配置管理和网关运行中的配置管理，网关通过网口或串口与外部配置管理平台进行连接；

初始化模块：根据配置管理模块配置下来的参数，进行相应功能模块和任务的初始化，明确系统应该监听的控制器接口的信息管道，同时明确射频任务模块需要投递消息时所投递的消息管道；

控制器接口任务模块：所述控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据，所述控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令后，首先解析该命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将读取的数据封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

射频任务模块：处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据，所述射频任务模块接收到的外部传感器设备上传数据共享于传感器数据缓存，同时将接收到的外部配置管理平台下发到传感器节点的命令共享于命令数据缓存；

透传任务模块：用于射频任务模块、配置管理模块与外部配置管理平台的数据传输。

优选的，所述控制器接口任务模块包括Profibus任务模块、Modbus TCP任务模块、Modbus RTU任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块；

所述Profibus任务模块用于将其他协议的数据封装为Profibus协议的数据包，与Profibus主站通信；

所述Modbus任务模块用于将其他协议的数据封装为Modbus协议的数据包，与Modbus主站通信，其中Modbus TCP任务模块通过网口与主站通信，Modbus RTU任务模块通过485串口与主站通信；

所述Ethernet/IP任务模块用于将其他协议的数据封装为Ethernet/IP协议的数据包，与Ethernet/IP主站通信；

所述OPC_UA任务模块用于将其他协议的数据封装为OPC协议的数据包，与OPC主站通信。

优选的，所述的Profibus任务模块和Modbus RTU任务模块通过RS485串口发送数据给外部控制器，所述的Modbus TCP任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块通过网口发送数据给外部控制器。

优选的，射频任务模块处理外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，射频任务模块首先解析该数据并存入传感器数据缓存区；然后处理配置管理模块发送的消息，射频任务模块可根据索引读取命令缓存区的数据，并将读取的数据封装为传感器设备可识别的数据包，再发送到串口，通过无线网关传递给传感器节点；最后，射频任务模块通过透传任务模块将射频网关发送的消息原封不动的发送给外部配置管理平台保存。

优选的，所述透传模块包括有线以太网、WIFI透传模块和3G透传模块；

所述有线以太网用于外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块有线连接通信；

所述WIFI透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块近距离的无线通信；

所述3G透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块远距离的无线通信。

为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法，包括下述步骤：

S1、配置管理：确定网关要连接的控制器是以何种协议通信以及执行该协议所需要的基本配置参数，判断网关是否需要配置管理平台配置，若需要，配置管理任务通过透传模块与外部配置管理平台连接进行配置，配置成功后重启，若不需要，则执行步骤S2；

S2、初始化：根据网关的配置参数，轮询控制器接口任务模块是否使能，然后初始化使能任务模块并加载相应程序，启动相应功能任务；

S3、网关运行：射频任务模块和控制器接口任务模块处理数据，射频任务模块处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据，同时将接收到的外部传感器设备上传数据共享于传感器数据缓存，并将接收到的外部配置管理平台下发到传感器节点的命令共享于命令数据缓存；所述控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据。

优选的，步骤S1所述的配置管理还包括网关运行时的配置管理，外部配置管理平台将配置管理命令发送给配置管理任务模块，首先解析命令，根据命令保存或更新配置参数，重启使之生效。

优选的，步骤S3中，所述处理数据具体包括采集数据流程和配置数据流程：采集数据流程：射频任务模块接收外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，解析传感器数据并存入传感器数据缓存区，同时射频任务模块通过透传模块将射频网关发送的数据原封不动的发送给外部配置管理平台保存；控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令，首先解析控制命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将其封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

配置数据流程：配置管理模块通过透传模块接收外部配置管理平台的配置消息，该消息包含命令数据缓存区的索引及数据长度，射频任务根据索引读取命令缓存区的数据，并将其封装为外部传感器设备可识别的数据包，然后发送到串口，通过外部无线网关传递给传感器节点。

本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本发明能够实现Profibus协议、Modbus协议、Ethernet/IP协议和OPC协议等不同协议数据传输的无线仪表之间的数据交换、控制等，并且同时支持多种总线协议数据交换，解决了多态物联测控网络共存、互联互操作的问题。

2、本发明支持WIFI通信，能够无缝接入工厂现有测控系统，同时支持3G通信，能够实现远程查询、配置等管理功能。

3、本发明网关既包含传统RS485、以太网等有线传输方式，同时也包含WIA、WIFI和WCDMA等多种无线通信方式，支持多种现场总线协议和无线协议，为工厂工控无线化提供了更灵活更方便地集成管理，便于现有的现场总线网络接入或升级成无线网络，能尽可能地减少工厂升级改造支出。

4、本发明网关射频任务模块接收传感器数据后存入传感器数据缓存，该数据缓存仅存储各传感器节点最新的数据，不保存历史数据。这样既节省空间，又提高了数据发送和读取效率。

5、本发明网关支持2.4GHz、433MHz和470MHz无线数传模块组成不同拓扑的无线网络，可以通过无线数传模块与无线仪表及控制系统相连，传输仪表数据或下发控制信息，满足工业控制需求。

附图说明

图1本发明多态无线网关系统总体工作流程图；

图2本发明多态无线网关系统运行架构图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1-图2所示，本实施例一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，包括配置管理模块、初始化模块、控制器接口任务模块、射频任务模块以及透传任务模块；

配置管理模块：用于网关初次使用的配置管理和网关运行中的配置管理，网关通过网口或串口与外部配置管理平台进行连接；

初始化模块：根据配置管理模块配置下来的参数，进行相应功能模块和任务的初始化，明确系统应该监听的控制器接口的信息管道，同时明确射频任务模块需要投递消息时所投递的消息管道；

控制器接口任务模块：所述控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据，所述控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令后，首先解析该命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将读取的数据封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

射频任务模块：处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据，所述射频任务模块接收到的外部传感器设备上传数据共享于传感器数据缓存，同时将接收到的外部配置管理平台下发到传感器节点的命令共享于命令数据缓存；

透传任务模块：用于射频任务模块、配置管理模块与外部配置管理平台的数据传输。

所述控制器接口任务模块包括Profibus任务模块、Modbus TCP任务模块、Modbus RTU任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块；所述Profibus任务模块用于将其他协议的数据封装为Profibus协议的数据包，与Profibus主站通信；所述Modbus任务模块用于将其他协议的数据封装为Modbus协议的数据包，与Modbus主站通信，其中Modbus TCP任务模块通过网口与主站通信，Modbus RTU任务模块通过485串口与主站通信；所述Ethernet/IP任务模块用于将其他协议的数据封装为Ethernet/IP协议的数据包，与Ethernet/IP主站通信；所述OPC_UA任务模块用于将其他协议的数据封装为OPC协议的数据包，与OPC主站通信。所述的Profibus任务模块和Modbus RTU任务模块通过RS485串口发送数据给外部控制器，所述的Modbus TCP任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块通过网口发送数据给外部控制器。

所述射频任务模块处理外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，射频任务模块首先解析该数据并存入传感器数据缓存区；然后处理配置管理模块发送的消息，射频任务模块可根据索引读取命令缓存区的数据，并将读取的数据封装为传感器设备可识别的数据包，再发送到串口，通过无线网关传递给传感器节点；最后，射频任务模块通过透传任务模块将射频网关发送的消息原封不动的发送给外部配置管理平台保存。

所述透传模块包括有线以太网、WIFI透传模块和3G透传模块；

所述有线以太网用于外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块有线连接通信；

所述WIFI透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块近距离的无线通信；

所述3G透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块远距离的无线通信；

本实施例用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法，包括下述步骤：

S1、配置管理：确定网关要连接的控制器是以何种协议通信以及执行该协议所需要的基本配置参数，判断网关是否需要配置管理平台配置，若需要，配置管理任务通过透传模块与外部配置管理平台连接进行配置，配置成功后重启，若不需要，则执行步骤S2；

S2、初始化：根据网关的配置参数，轮询控制器接口任务模块是否使能，然后初始化使能任务模块并加载相应程序，启动相应功能任务；

S3、网关运行：射频任务模块和控制器接口任务模块处理数据，所述处理数据包括采集数据流程和配置数据流程：

采集数据流程：射频任务模块接收外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，解析传感器数据并存入传感器数据缓存区，同时射频任务模块通过透传模块将射频网关发送的数据原封不动的发送给外部配置管理平台保存；控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令，首先解析控制命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将其封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

配置数据流程：配置管理模块通过透传模块接收外部配置管理平台的配置消息，该消息包含命令数据缓存区的索引及数据长度，射频任务根据索引读取命令缓存区的数据，并将其封装为外部传感器设备可识别的数据包，然后发送到串口，通过外部无线网关传递给传感器节点。

步骤S1所述的配置管理还包括网关运行时的配置管理，外部配置管理平台将配置管理命令发送给配置管理任务模块，首先解析命令，根据命令保存或更新配置参数，重启使之生效。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，其特征在于，包括配置管理模块、初始化模块、控制器接口任务模块、射频任务模块以及透传任务模块；

配置管理模块：用于网关初次使用的配置管理和网关运行中的配置管理，网关通过网口或串口与外部配置管理平台进行连接；

初始化模块：根据配置管理模块配置下来的参数，进行相应功能模块和任务的初始化，明确系统应该监听的控制器接口的信息管道，同时明确射频任务模块需要投递消息时所投递的消息管道；

控制器接口任务模块：所述控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据，所述控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令后，首先解析该命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将读取的数据封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

射频任务模块：处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据，所述射频任务模块接收到的外部传感器设备上传数据共享于传感器数据缓存，同时将接收到的外部配置管理平台下发到传感器节点的命令共享于命令数据缓存；

透传任务模块：用于射频任务模块、配置管理模块与外部配置管理平台的数据传输。

2.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，其特征在于，所述控制器接口任务模块包括Profibus任务模块、Modbus TCP任务模块、Modbus RTU任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块；

所述Profibus任务模块用于将其他协议的数据封装为Profibus协议的数据包，与Profibus主站通信；

所述Modbus任务模块用于将其他协议的数据封装为Modbus协议的数据包，与Modbus主站通信，其中Modbus TCP任务模块通过网口与主站通信，Modbus RTU任务模块通过485串口与主站通信；

所述Ethernet/IP任务模块用于将其他协议的数据封装为Ethernet/IP协议的数据包，与Ethernet/IP主站通信；

所述OPC_UA任务模块用于将其他协议的数据封装为OPC协议的数据包，与OPC主站通信。

3.根据权利要求2所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，其特征在于，所述的Profibus任务模块和Modbus RTU任务模块通过RS485串口发送数据给外部控制器，所述的Modbus TCP任务模块、Ethernet/IP任务模块和OPC_UA任务模块通过网口发送数据给外部控制器。

4.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，其特征在于，射频任务模块处理外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，射频任务模块首先解析该数据并存入传感器数据缓存区；然后处理配置管理模块发送的消息，射频任务模块可根据索引读取命令缓存区的数据，并将读取的数据封装为传感器设备可识别的数据包，再发送到串口，通过无线网关传递给传感器节点；最后，射频任务模块通过透传任务模块将射频网关发送的消息原封不动的发送给外部配置管理平台保存。

5.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统，其特征在于，所述透传模块包括有线以太网、WIFI透传模块和3G透传模块；

所述有线以太网用于外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块有线连接通信；

所述WIFI透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块近距离的无线通信；

所述3G透传模块用于有线连接不方便时，外部配置管理平台与射频任务模块和配置管理模块远距离的无线通信。

6.根据权利要求1所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：

S1、配置管理：确定网关要连接的控制器是以何种协议通信以及执行该协议所需要的基本配置参数，判断网关是否需要配置管理平台配置，若需要，配置管理任务通过透传模块与外部配置管理平台连接进行配置，配置成功后重启，若不需要，则执行步骤S2；

S2、初始化：根据网关的配置参数，轮询控制器接口任务模块是否使能，然后初始化使能任务模块并加载相应程序，启动相应功能任务；

S3、网关运行：射频任务模块和控制器接口任务模块处理数据，射频任务模块处理包括从射频网关和从配置管理任务模块两个方向发送的消息数据，同时将接收到的外部传感器设备上传数据共享于传感器数据缓存，并将接收到的外部配置管理平台下发到传感器节点的命令共享于命令数据缓存；所述控制器接口任务模块处理包括从传感器数据缓存和从控制器接口两个方向的数据。

7.根据权利要求6所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法，其特征在于，步骤S1所述的配置管理还包括网关运行时的配置管理，外部配置管理平台将配置管理命令发送给配置管理任务模块，首先解析命令，根据命令保存或更新配置参数，重启使之生效。

8.根据权利要求6所述用于多态无线监控网络的多态无线网关系统的控制方法，其特征在于，步骤S3中，所述处理数据具体包括采集数据流程和配置数据流程：采集数据流程：射频任务模块接收外部射频网关通过串口发送的传感器节点的数据，解析传感器数据并存入传感器数据缓存区，同时射频任务模块通过透传模块将射频网关发送的数据原封不动的发送给外部配置管理平台保存；控制器接口任务模块接收外部控制器发布的命令，首先解析控制命令数据，然后根据命令读取传感器数据缓存区的数据，并将其封装为自身控制器协议的数据包，发送给控制器；

配置数据流程：配置管理模块通过透传模块接收外部配置管理平台的配置消息，该消息包含命令数据缓存区的索引及数据长度，射频任务根据索引读取命令缓存区的数据，并将其封装为外部传感器设备可识别的数据包，然后发送到串口，通过外部无线网关传递给传感器节点。