CN104699058A - 用于安全控制系统的数据通信方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于安全控制系统的数据通信方法，上位机与从处理器之间的通信通过主处理器协调控制，主处理器可以统一控制多个从处理器的工作以及寻址上位机需通信的相应处理器，多处理器的控制使得安全控制系统更可靠，上位机与从处理器间通过初始化数据报文建立用于报文交互的通信链路，主处理器和从处理器切换至USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)下载模式并在建立的通信链路中下载传输组件数据报文，USB下载模式为处理器处于调试状态(非工作状态)，在该状态中传输数据出错率低，即使出错也可重新上电传输，且采用报文交互方式，使得上位机分包发送的报文在传送结束后均得到从处理器的响应，确保数据传输的完整性、可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及安全控制领域，尤其是用于控制继电器工作以使大型设备在安全状况下运行的安全控制系统的数据通信方法。
背景技术
在机床、包装机械、塑料机械、汽车制造等行业中，产线上的设备一般都为大型重型设备，需要人员操作，若设备出现异常可能导致人员伤亡或灾难发生，例如滚筒的回转运动(可能将手卷入)、机器人在其正常工作区域以外的运动，极有可能产生危险，而继电器在这些设备中的应用可以在设备出现异常时及时受控停止设备运行，有效减小了灾难发生的可能。继电器属于受控执行的安全开关，需安全控制系统作为控制器根据情况对其控制，由于继电器工作正常与否对现场安全有着至关重要的影响，对安全控制系统的可靠性要求极高，在安全控制系统的通信过程中，传输的数据必须正确，一旦传输错误下位机将执行错误的程序，导致控制继电器触点启闭出错，引发设备未能及时控停的严重后果。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于安全控制系统的数据通信方法，使系统内传输数据可靠性高。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种用于安全控制系统的数据通信方法，所述安全控制系统包括：上位机，其具备用于生成组件数据报文的配置单元、传输所述组件数据报文的发送单元和响应控制单元；主处理器，其具备用于寻址并转发所述组件数据报文的转发单元；以及至少两个从处理器，其具备报文响应单元、组件数据单元及输出控制单元；
所述主处理器和从处理器首先处于工作模式中，该方法包括：
步骤S1：所述上位机的配置单元生成初始化数据报文，发送单元发送初始化数据报文至所述主处理器，主处理器根据初始化数据报文头部和尾部校验之后切换至USB下载模式并进行初始化，主处理器的转发单元根据初始化数据报文头部寻址并将所述初始化数据报文转发至寻址的从处理器；
步骤S2：所述从处理器接收主处理器转发的初始化数据报文、根据初始化数据报文头部确定初始化数据长度、校验报文头部和尾部之后切换至USB下载模式并进行初始化，从处理器的报文响应单元根据初始化数据长度确定需接收的初始化数据报文总数并在传输结束后生成确认报文通过主处理器应答给上位机；
步骤S3：所述上位机的响应控制单元响应所述确认报文，并通知发送单元将配置单元中的组件数据报文发送至主处理器，主处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文并将其转发至所述从处理器；
步骤S4：所述从处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文，所述组件数据单元解析所述组件数据报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出。
根据本发明的一个实施例，步骤S3中，上位机的发送单元相继发送两次组件数据报文至主处理器，每次组件数据报文分多个包发送，主处理器依次转发至从处理器，步骤S4中，从处理器在USB下载模式中依次下载所述组件数据报文，对两次组件数据报文进行校对，若一致则确定为待解析报文，所述组件数据单元解析所述待解析报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出，若不一致则通知上位机重发组件数据报文。
根据本发明的一个实施例，所述从处理器还包括划分多个存储区段的存储单元，其至少包括区段一、区段二和区段三，将所述两次组件数据报文分别存放在区段二和区段三中，将所述待解析报文存放于区段一中，若上位机重发组件数据报文，则将重发的组件数据报文替换区段二或区段三中的组件数据报文。
根据本发明的一个实施例，步骤S4中，从处理器将已存储于区段一中的待解析报文装入内存中，并清空所述区段二和区段三，所述组件数据单元从内存中获取并解析所述待解析报文形成所述模块组件。
根据本发明的一个实施例，
所述模块组件包括：
输入组件，具备多个输入端，用于输入信号的输入；
开关组件，具备多个开关，其连接所述输入组件并根据所述输入信号控制其相应开关的导通并传输所述输入信号；
逻辑组件，连接所述开关组件，其根据输入信号、开关组件、以及自身逻辑组成的配合得到输出信号；
输出组件，连接所述逻辑组件，用于所述输出信号的输出；
所述输出信号用于所述从处理器的输出控制单元对继电器的控制。
根据本发明的一个实施例，所述组件数据报文在主机端分成多个包发送，在从处理器端重组成一个组件数据报文，在从处理器端分析组件数据报文的头部确定组件数据长度，从处理器根据长度接收包总数后，报文响应单元发送结束报文给上位机。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有如下突出优点：上位机与从处理器之间的通信通过主处理器协调控制，主处理器可以统一控制多个从处理器的工作以及寻址上位机需通信的相应处理器，多处理器的控制使得安全控制系统更可靠，上位机与从处理器间通过初始化数据报文建立用于报文交互的通信链路，主处理器和从处理器切换至USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)下载模式并在建立的通信链路中下载传输组件数据报文，USB下载模式为处理器处于调试状态(非工作状态)，在该状态中传输数据出错率低，即使出错也可重新上电传输，且采用报文交互方式，使得上位机分包发送的报文在传送结束后均得到从处理器的响应，确保数据传输的完整性、可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例的安全控制系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的用于图1系统的一种数据通信方法的流程示意图；
图3为本发明实施例的用于图1系统的另一种数据通信方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施以及具体附图的限制。
图1示出了本发明的一种安全控制系统，例如是用于通过控制图中的继电器4以控制设备安全运行的控制系统，当然也可以用于其他的一些安全开关的控制，继电器4可以指单个继电器、或者多个继电器的组合、或者单个继电器及其旁路的组合、或者多个继电器及其旁路的组合，图中该系统还包括：上位机1，主处理器2，从处理器3和3’。
具体的，上位机1包括配置单元11、发送单元12和响应控制单元13，主处理器2包括转发单元21，从处理器3和3’包括报文响应单元31和31’、组件数据单元32和32’及输出控制单元33和33’。以标记3的从处理器为例，其中，上位机1的配置单元11用于根据用户设定条件生成安全控制系统控制输出的组件数据报文，以及初始化数据报文，初始化数据报文是用于主处理器2和从处理器3的初始化及进入USB下载模式中进行数据传输的；发送单元12是用于发送初始化数据报文以及组件数据报文的，发送的方式例如是将报文中的数据分成多个包进行传送，各个包的报头和报尾(即各个数据包的包头和包尾，因与完整的组件数据报文的头部和尾部相同，故统称报头、报尾)均相同；主处理器2的转发单元21用于转发初始化数据报文以及组件数据报文，转发前首先根据报头寻址相应从处理器3，从处理器3收到根据两报文报头分别标记的包总数，完整接收初始化数据报文以及组件数据报文，报文响应单元31相应发送确认报文及结束报文给上位机1，上位机1内响应控制单元13响应确认报文及结束报文，从处理器3的组件数据单元32在接收到正确完整的组件数据报文后对该报文进行解析根据其中内容构建模块组件，输出控制单元33用于将安全控制系统接收的设备控制输入信号通过模块组件后输出控制相应继电器4动作，从而控制外部设备的启闭。
主处理器2和从处理器3均具有三个模式，包括工作模式、USB下载模式及显示模式，工作模式用于各处理器自行处理任务，显示模式用于信号显示，USB下载模式用于各处理器的数据下载与传输，系统通过三个模式进行任务分工，任务运行的出错率将大大降低，USB下载模式下，处理器处于调试状态中，数据传输出错的概率极低，并且即使出错时还可以重新上电传输，提高系统数据传输的可靠性。在开始传输数据前，2主处理器和从处理器3首先处于工作模式中，完成该模式中系统的任务。
图2示出了实施例一的用于图1系统的一种数据通信方法，该方法包括：
步骤S1：所述上位机的配置单元生成初始化数据报文，发送单元发送初始化数据报文至所述主处理器，主处理器根据初始化数据报文头部和尾部校验之后切换至USB下载模式并进行初始化，主处理器的转发单元根据初始化数据报文头部寻址并将所述初始化数据报文转发至寻址的从处理器；
步骤S2：所述从处理器接收主处理器转发的初始化数据报文、根据初始化数据报文头部确定初始化数据长度、校验报文头部和尾部之后切换至USB下载模式并进行初始化，从处理器的报文响应单元根据初始化数据长度确定需接收的初始化数据报文总数并在传输结束后生成确认报文通过主处理器应答给上位机；
步骤S3：所述上位机的响应控制单元响应所述确认报文，并通知发送单元将配置单元中的组件数据报文发送至主处理器，主处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文并将其转发至所述从处理器；
步骤S4：所述从处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文，所述组件数据单元解析所述组件数据报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出。
在本实施例中，通过从处理器3的报文响应单元31接收初始化数据报文后回复确认报文以及接收组件数据报文后回复结束报文，实现报文交互，从而确保数据传送的完整性。
其中，模块组件(图上未示出)包括：输入组件，具备多个输入端，用于输入信号(安全控制系统接收的设备控制输入信号)的输入；开关组件，具备多个开关，其连接所述输入组件并根据所述输入信号控制其相应开关的导通并传输所述输入信号；逻辑组件，连接所述开关组件，其根据输入信号、开关组件、以及自身逻辑组成的配合得到输出信号；输出组件，连接所述逻辑组件，用于所述输出信号的输出；所述输出信号用于所述从处理器3的输出控制单元对继电器4的控制。
初始化数据报文分成多个数据包进行发送，最后在主处理器2和从处理器3端重组获取其中信息。所述组件数据报文在上位机1端分成多个包发送，在从处理器3端重组成一个组件数据报文，在从处理器3端分析组件数据报文的头部确定组件数据长度，从处理器3根据长度接收包总数后，报文响应单元31发送结束报文给上位机1。
图3示出了实施例二的用于图1系统的一种数据通信方法，该方法包括：
步骤S1’：所述上位机的配置单元生成初始化数据报文，发送单元发送初始化数据报文至所述主处理器，主处理器根据初始化数据报文头部和尾部校验之后切换至USB下载模式并进行初始化，主处理器的转发单元根据初始化数据报文头部寻址并将所述初始化数据报文转发至寻址的从处理器；
步骤S2’：所述从处理器接收主处理器转发的初始化数据报文、根据初始化数据报文头部确定初始化数据长度、校验报文头部和尾部之后切换至USB下载模式并进行初始化，从处理器的报文响应单元根据初始化数据长度确定需接收的初始化数据报文总数并在传输结束后生成确认报文通过主处理器应答给上位机；
步骤S3’：所述上位机的响应控制单元响应所述确认报文，上位机的发送单元相继发送两次组件数据报文至主处理器，每次组件数据报文分多个包发送，主处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文并将其转发至所述从处理器；
步骤S4’：从处理器在USB下载模式中依次下载所述组件数据报文，对两次组件数据报文进行校对，若一致则确定为待解析报文，所述组件数据单元解析所述待解析报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出，若不一致则通知上位机重发组件数据报文。
在一个实施例中，所述从处理器3还包括划分多个存储区段的存储单元(图上未示出)，其至少包括区段一、区段二和区段三，将所述两次组件数据报文分别存放在区段二和区段三中，将两次组件数据报文校对一致后得到的待解析报文存放于区段一中，若校对不一致导致上位机重发组件数据报文，则将重发的组件数据报文替换区段二或区段三中的组件数据报文。
所述存储单元例如可以为非易失性存储器，例如FLASH(闪存)，FLASH为分段存储，配置其中三段分别设为区段一、区段二和区段三。
进一步的，在步骤S4’中，当两次组件数据报文校对一致并存入区段一中之后，从处理器将已存储于区段一中的待解析报文装入内存中，并清空所述区段二和区段三，以供其他数据进行存储，之后所述组件数据单元从内存中获取并解析所述待解析报文形成所述模块组件，模块组件可采用实施例一中的模块组件，在此不赘述。
在本实施例中，初始化数据报文分成多个数据包进行发送，最后在主处理器2和从处理器3端重组获取其中信息，每一次的组件数据报文在上位机1端分成多个包发送，在从处理器3端重组成一个组件数据报文，在从处理器3端分析组件数据报文的头部确定组件数据长度，从处理器3根据长度接收包总数后，报文响应单元31发送结束报文给上位机1，重复发送两次组件数据报文。
在本实施例中，通过从处理器的报文响应单元31接收初始化数据报文后回复确认报文以及接收组件数据报文后回复结束报文，实现报文交互，从而确保数据传送的完整性，此外，组件数据报文经过两次发送并在从处理器3端进行校验，确保正确后上位机1才停止发送，保证了安全控制系统控制信号的可靠性，避免误动作。
输入组件和开关组件的连接关系，多路输入连接至一个开关中，开关仅通过输入信号为高的信号，换言之，开关未对输入信号做改动仅起传输的作用，多组输入信号通过逻辑组件的转换得到输出信号，逻辑组件中例如是与门、或门、非门、异或门、同或门、选择器等的一种或几种的结合，逻辑组件对输入信号进行相应的逻辑转换由输出组件输出输出信号。由于输入信号的变动，在每个工作时钟中模块组件可对所述输出信号进行更新，此处的输出信号表示从处理器3根据模块组件得到的状态信息。
将对输入信号的处理模块以模块组件的方式创建，实现了模块组件的可配置，方便用户的使用，此外，模块组件可配置给其他多个安全控制系统，实现了模块组件的可复用，有利于降低成本。
对于模块组件各组件的连接可以是有条件的，所述从处理器3具备模块组件并收到所述输入信号后，所述从处理器3对各组件的相应部位进行状态扫描并确定相应部位间的连接关系，所述相应部位包括输入组件的多个输出端子、开关组件的多个输入端子和输出端子、逻辑组件的多个输入端子和输出端子、输出组件的多个输入端子，各组件通过相应端子连接之前，各端子的连接状态显示两个部位匹配连接时其间可传输相应信息，防止信号传输出错。
本发明的上位机与从处理器之间的通信通过主处理器协调控制，主处理器可以统一控制多个从处理器的工作以及寻址上位机需通信的相应处理器，多处理器的控制使得安全控制系统更可靠，上位机与从处理器间通过初始化数据报文建立用于报文交互的通信链路，主处理器和从处理器切换至USB(Universal Serial Bus，通用串行总线)下载模式并在建立的通信链路中下载传输组件数据报文，USB下载模式为处理器处于调试状态(非工作状态)，在该状态中传输数据出错率低，即使出错也可重新上电传输，且采用报文交互方式，使得上位机分包发送的报文在传送结束后均得到从处理器的响应，确保数据传输的完整性、可靠性。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
Claims (6)
1.一种用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，所述安全控制系统包括：上位机，其具备用于生成组件数据报文的配置单元、传输所述组件数据报文的发送单元和响应控制单元；主处理器，其具备用于寻址并转发所述组件数据报文的转发单元；以及至少两个从处理器，其具备报文响应单元、组件数据单元及输出控制单元；
所述主处理器和从处理器首先处于工作模式中，该方法包括：
步骤S1：所述上位机的配置单元生成初始化数据报文，发送单元发送初始化数据报文至所述主处理器，主处理器根据初始化数据报文头部和尾部校验之后切换至USB下载模式并进行初始化，主处理器的转发单元根据初始化数据报文头部寻址并将所述初始化数据报文转发至寻址的从处理器；
步骤S2：所述从处理器接收主处理器转发的初始化数据报文、根据初始化数据报文头部确定初始化数据长度、校验报文头部和尾部之后切换至USB下载模式并进行初始化，从处理器的报文响应单元根据初始化数据长度确定需接收的初始化数据报文总数并在传输结束后生成确认报文通过主处理器应答给上位机；
步骤S3：所述上位机的响应控制单元响应所述确认报文，并通知发送单元将配置单元中的组件数据报文发送至主处理器，主处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文并将其转发至所述从处理器；
步骤S4：所述从处理器在USB下载模式中下载所述组件数据报文，所述组件数据单元解析所述组件数据报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出。
2.如权利要求1所述的用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S3中，上位机的发送单元相继发送两次组件数据报文至主处理器，每次组件数据报文分多个包发送，主处理器依次转发至从处理器，步骤S4中，从处理器在USB下载模式中依次下载所述组件数据报文，对两次组件数据报文进行校对，若一致则确定为待解析报文，所述组件数据单元解析所述待解析报文形成模块组件，所述输出控制单元根据所述模块组件控制所述安全控制系统的输出，若不一致则通知上位机重发组件数据报文。
3.如权利要求2所述的用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，所述从处理器还包括划分多个存储区段的存储单元，其至少包括区段一、区段二和区段三，将所述两次组件数据报文分别存放在区段二和区段三中，将所述待解析报文存放于区段一中，若上位机重发组件数据报文，则将重发的组件数据报文替换区段二或区段三中的组件数据报文。
4.如权利要求3所述的用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，步骤S4中，从处理器将已存储于区段一中的待解析报文装入内存中，并清空所述区段二和区段三，所述组件数据单元从内存中获取并解析所述待解析报文形成所述模块组件。
5.如权利要求1-4中任意一项所述的用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，
所述模块组件包括：
输入组件，具备多个输入端，用于输入信号的输入；
开关组件，具备多个开关，其连接所述输入组件并根据所述输入信号控制其相应开关的导通并传输所述输入信号；
逻辑组件，连接所述开关组件，其根据输入信号、开关组件、以及自身逻辑组成的配合得到输出信号；
输出组件，连接所述逻辑组件，用于所述输出信号的输出；
所述输出信号用于所述从处理器的输出控制单元对继电器的控制。
6.如权利要求1或2所述的用于安全控制系统的数据通信方法，其特征在于，所述组件数据报文在主机端分成多个包发送，在从处理器端重组成一个组件数据报文，在从处理器端分析组件数据报文的头部确定组件数据长度，从处理器根据长度接收包总数后，报文响应单元发送结束报文给上位机。
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