CN105024899A - 一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及工业控制技术领域，一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，包括管理计算机、控制主站、控制从站及串行网络通信线，所述控制主站，包括解析配置文件模块及与其依次连接的遍历资源信息模块、组装报文模块，还包括解析报文模块及串行通信接口，所述解析配置文件模块、组装报文模块、解析报文模块及串行网络通信线分别与串行通信接口相连，所述串行网络通信线通过串口分别与控制从站中的设备0、1、2、3…N相连，本发明实现了Modbus从设备与西门子PPI从设备的无缝集成。另外，本发明建立了Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机，以Modbus和PPI协议复用实时调度状态机处理机制，保证主从站工作协调一致，使整个网络系统具有自适应性。

Description

一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统
技术领域
本发明涉及一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，属于工业控制技术领域。
背景技术
在工业控制技术领域中，产品品种较多，各厂家支持自己的协议，造成各个设备之间互联困难。RS485串行总线使用较为广泛，串行通信协议种类较多，各种协议具有不同的格式或机制。为了适应不同的控制系统中各种设备的互联需求，需要在设备中内置多种协议，通过报文的组装和解析实现控制主站与不同协议控制从站设备之间的数据交互。目前采用通过不同网关实现各种设备的互联，系统组成复杂，设备品种较多，网络系统管理和系统集成困难。
发明内容
为了克服现有技术中存在的不足，本发明目的是提供一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统。该通信系统具有完备的网络系统管理方案，实现Modbus从设备与西门子PPI从设备的无缝集成。另外，本发明建立了Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机，以Modbus和PPI协议复用实时调度状态机处理机制，实现五种状态变迁，保证系统数据实时处理，设备资源实时刷新，主从站工作协调一致，使整个网络系统具有自适应性。
为了实现上述发明目的，解决现有技术中所存在的问题，本发明采取的技术方案是：一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，包括管理计算机、控制主站、控制从站及串行网络通信线，所述控制主站，包括解析配置文件模块、遍历资源信息模块、组装报文模块、解析报文模块及串行通信接口，所述解析配置文件模块与串行通信接口相连，所述管理计算机通过串行通信接口将配置文件传送给解析配置文件模块，所述解析配置文件模块与遍历资源信息模块相连，所述遍历资源信息模块与组装报文模块相连，所述组装报文模块及解析报文模块分别与串行通信接口相连，所述解析报文模块通过串行通信接口将返回响应数据传送给管理计算机，所述控制从站包括支持Modbus协议或PPI协议的设备0、设备1、设备2、设备3…设备N，所述串行网络通信线通过串口分别与设备0、设备1、设备2、设备3…设备N相连，所述串行网络通信线与串行通信接口相连；所述控制从站根据Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统的完备状态机分为自动扫描状态、握手状态、设备运行状态、错误状态以及掉线状态，所述自动扫描状态根据当前设备协议类型分别与握手状态或设备运行状态连接，所述握手状态根据控制从站响应结果分别与设备运行状态或错误状态连接，若响应结果正确，则握手状态通过状态机与设备运行状态连接，若响应结果错误，则握手状态通过状态机与错误状态连接；所述设备运行状态根据设备协议类型和响应结果分别与握手状态或错误状态连接，若通信错误次数超过3次，则错误状态通过状态机与掉线状态连接；所述掉线状态通过自恢复机制与自动扫描状态连接。
本发明有益效果是：一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，包括管理计算机、控制主站、控制从站及串行网络通信线，所述控制主站，包括解析配置文件模块、遍历资源信息模块、组装报文模块、解析报文模块及串行通信接口，所述解析配置文件模块与串行通信接口相连，所述管理计算机通过串行通信接口将配置文件传送给解析配置文件模块，所述解析配置文件模块与遍历资源信息模块相连，所述遍历资源信息模块与组装报文模块相连，所述组装报文模块及解析报文模块分别与串行通信接口相连，所述解析报文模块通过串行通信接口将返回响应数据传送给管理计算机，所述控制从站包括支持Modbus协议或PPI协议的设备0、设备1、设备2、设备3…设备N，所述串行网络通信线通过串口分别与设备0、设备1、设备2、设备3…设备N相连，所述串行网络通信线与串行通信接口相连；所述控制从站根据Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统的完备状态机分为自动扫描状态、握手状态、设备运行状态、错误状态以及掉线状态，所述自动扫描状态根据当前设备协议类型分别与握手状态或设备运行状态连接，所述握手状态根据控制从站响应结果分别与设备运行状态或错误状态连接，若响应结果正确，则握手状态通过状态机与设备运行状态连接，若响应结果错误，则握手状态通过状态机与错误状态连接；所述设备运行状态根据设备协议类型和响应结果分别与握手状态或错误状态连接，若通信错误次数超过3次，则错误状态通过状态机与掉线状态连接；所述掉线状态通过自恢复机制与自动扫描状态连接。与现有技术相比，本发明具有完备的网络系统管理方案，实现Modbus从设备与西门子PPI从设备的无缝集成。另外，本发明建立了Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机，以Modbus和PPI协议复用实时调度状态机处理机制，实现五种状态变迁，保证系统数据实时处理，设备资源实时刷新，主从站工作协调一致，使整个网络系统具有自适应性。
附图说明
图1是本发明总体示意框图。
图2是本发明系统管理示意框图。
图3是本发明状态机状态转换图。
图4是本发明实时调度状态机处理机制示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，包括管理计算机、控制主站、控制从站及串行网络通信线，所述控制主站，包括解析配置文件模块、遍历资源信息模块、组装报文模块、解析报文模块及串行通信接口，所述解析配置文件模块与串行通信接口相连，所述管理计算机通过串行通信接口将配置文件传送给解析配置文件模块，所述解析配置文件模块与遍历资源信息模块相连，所述遍历资源信息模块与组装报文模块相连，所述组装报文模块及解析报文模块分别与串行通信接口相连，所述解析报文模块通过串行通信接口将返回响应数据传送给管理计算机，所述控制从站包括支持Modbus协议或PPI协议的设备0、设备1、设备2、设备3…设备N，所述串行网络通信线通过串口分别与设备0、设备1、设备2、设备3…设备N相连，所述串行网络通信线与串行通信接口相连。所述控制从站根据Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统的完备状态机分为自动扫描状态、握手状态、设备运行状态、错误状态以及掉线状态，所述自动扫描状态根据当前设备协议类型分别与握手状态或设备运行状态连接，所述握手状态根据控制从站响应结果分别与设备运行状态或错误状态连接，若响应结果正确，则握手状态通过状态机与设备运行状态连接，若响应结果错误，则握手状态通过状态机与错误状态连接；所述设备运行状态根据设备协议类型和响应结果分别与握手状态或错误状态连接，若通信错误次数超过3次，则错误状态通过状态机与掉线状态连接；所述掉线状态通过自恢复机制与自动扫描状态连接。首先管理计算机将设备参数、通信参数、映射通道参数以及变量管理参数存储在数据结构中并形成配置文件；主站接收到配置文件后，对其进行解析，以便主程序依次遍历每个从站的每条资源映射信息，以Modbus和PPI协议实时调度状态机处理机制完成对从站设备的状态分析、自动连接、握手交互、通信服务、设备运行错误和掉线的管理。通过Modbus和PPI协议复用的完备状态机将不同协议的用户数据封装并存储在内存变量区中，当串口处于空闲状态时将用户数据通过物理串口发送出去，待从设备响应后，解析响应数据并将信息存储在主站内存变量缓存区中，完成网络系统五种状态的变迁，同时定时比较并刷新内存变量区和变量缓存区的值，将系统数据处理、资源输入输出刷新和数据交互分时调度，实现主从站的数据交互。
如图2所示，多协议复用串行通信主站同时支持Modbus和PPI两种通信协议，为实现整个系统的无缝集成，设计了完备的网络系统管理方案，通过设备参数、通信参数、映射通道参数以及变量管理参数管理实时串行通信主站。控制主站通过发送扫描报文查询设备是否在线，统计设备在线数量并记录设备通信参数，包括设备地址、支持的串口协议以及映射通道数量，实现主从站的自动连接；根据管理计算机配置的映射通道参数，将映射报文信息存储在内存中，以便主站依次遍历每个从站的每条资源映射信息，实现主从站的有序通信，其中包括映射通道读写类型、读写命令号、扩展命令号以及主从站的变量管理参数；通过变量管理参数组装相应的读写报文，包括主站地址，从站地址，变量类型以及读写变量大小，实现主从站的数据交互；根据从站的响应，实现对从站的状态分析、运行错误和掉线管理。管理计算机将设备参数、通信参数、映射通道参数以及变量管理参数存储在数据结构中并形成配置文件，由配置文件统一管理。其中，在映射通道信息中添加扩展命令号，目的在于当读写类型为写命令时，第一次通信时先执行扩展命令，将从站信息读回，避免因突然改变从站的状态造成不必要的损失，保证串行通信的正确性。串行通信主站支持Modbus以及PPI协议，其中Modbus协议完成一次读写操作由两条报文组成，分别为请求报文和响应报文；而PPI协议完成一次读写操作需要4条报文组成，分别为握手报文，握手响应报文，执行命令报文和信息响应报文，两种协议具有完全不同的格式与机制，要实现一个串口同时支持两种协议的设备，建立了Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机，以Modbus和PPI协议复用实时调度状态机处理机制实现对从站设备的状态分析、自动连接、握手交互、通信服务、设备运行错误和掉线的管理，完成网络系统五种状态的变迁，保证系统数据实时处理，设备资源实时刷新，主从站工作协调一致，使整个网络系统具有自适应性。
Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机将从站状态分为自动扫描状态，握手状态，设备运行状态，设备运行错误状态以及设备掉线状态，对于这5种状态的具体描述，如表1所示：
表1
本发明状态机状态转换图，如图3所示，图中：实线代表Modbus协议的状态切换过程，虚线代表PPI协议的状态切换过程。在每个状态下，获取存储在内存中当前设备的协议类型，将通信参数组装为相应报文并发送，等待从站响应。若从站响应正确，从接收报文中解析变量信息并存储在内存中，从站在线标志置为1；若从站响应错误或在超时时间内未响应，串行主站切换错误状态，当错误次数大于3时，将设备状态切换为掉线状态，从站在线标志置为0，待自恢复时间到后，自动切换设备状态为自动扫描状态，以便设备运行正常后可立即通信，而不需要重新配置，实现主从站的自动连接，保证整个网络系统通信的自适应性。
本发明实时调度状态机处理机制示意图，如图4所示，由于在串口操作中处理数据并完成资源的刷新耗时时间过长，在主站内存中为开辟了两片区域，变量区和变量缓存区；将主站要写入从站的数据存储在变量区中，定时刷新到相应的变量缓存区，待串口空闲时经状态机将数据封装成对应协议格式并发送出去；状态机接收从站的响应数据并进行解析，将数据存储在相应的变量缓存区中，定时刷新到变量区；将状态机数据处理，资源输入刷新，资源输出刷新分时调度，保证整个通信系统的实时性。
本发明优点在于：一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统具有完备的网络系统管理方案，实现Modbus从设备与西门子PPI从设备的无缝集成。另外，本发明建立了Modbus和PPI协议复用串行通信系统的完备状态机，以Modbus和PPI协议复用实时调度状态机处理机制，实现五种状态变迁，保证系统数据实时处理，设备资源实时刷新，主从站工作协调一致，使整个网络系统具有自适应性。

Claims (1)

1.一种支持Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统，包括管理计算机、控制主站、控制从站及串行网络通信线，其特征在于：所述控制主站，包括解析配置文件模块、遍历资源信息模块、组装报文模块、解析报文模块及串行通信接口，所述解析配置文件模块与串行通信接口相连，所述管理计算机通过串行通信接口将配置文件传送给解析配置文件模块，所述解析配置文件模块与遍历资源信息模块相连，所述遍历资源信息模块与组装报文模块相连，所述组装报文模块及解析报文模块分别与串行通信接口相连，所述解析报文模块通过串行通信接口将返回响应数据传送给管理计算机，所述控制从站包括支持Modbus协议或PPI协议的设备0、设备1、设备2、设备3…设备N，所述串行网络通信线通过串口分别与设备0、设备1、设备2、设备3…设备N相连，所述串行网络通信线与串行通信接口相连；所述控制从站根据Modbus和PPI协议复用的实时串行通信系统的完备状态机分为自动扫描状态、握手状态、设备运行状态、错误状态以及掉线状态，所述自动扫描状态根据当前设备协议类型分别与握手状态或设备运行状态连接，所述握手状态根据控制从站响应结果分别与设备运行状态或错误状态连接，若响应结果正确，则握手状态通过状态机与设备运行状态连接，若响应结果错误，则握手状态通过状态机与错误状态连接；所述设备运行状态根据设备协议类型和响应结果分别与握手状态或错误状态连接，若通信错误次数超过3次，则错误状态通过状态机与掉线状态连接；所述掉线状态通过自恢复机制与自动扫描状态连接。
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