CN105959123B - 一种集群设备最少布线控制传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种集群设备最少布线控制传输方法，通过控制单元的受控设备与施控的驱动电路、单片机、以太网控制器物理地绑定在一起，通过最多两根连接线与外部相连，布线少，且易于拆卸，方便维护；可使用多台集中控制机对CU现场进行控制，满足设备控制容量扩充或进一步提高数据传输速率要求；用于大量集群设备控制、布线最少、实时性高、使用单一TCP/IP协议，在工业控制领域、设备控制领域、数据传感采样领域、特别是仿真领域，具有重要应用价值。可以很好地解决布线、实时性、通信协议兼容问题。
Description
技术领域
本发明公开一种集群设备最少布线控制传输方法，特别是涉及一种以最少布线实现大量设备控制与数据传输的方法，属于硬件设备控制技术领域。
背景技术
在飞行模拟器仿真、电站仿真等领域，会涉及到对集聚在一起的大量设备的控制。飞机座舱内的大量设备彼此物理距离很近，集聚在一起，对设备进行采样、驱动时，系统布线成为重要工程问题。在此类设备进行采样、驱动方面，目前公开的主要方法有三种：一是使用AD转换电路板，二是使用串口卡，三是使用现场总线CAN。第一种方法，使用AD转换电路板在设备数量少的情形下，可以使用，但当设备数量较大时，布线密集复杂，不宜维护；第二种方法，使用串口卡，可使布线达到最少，但串口传输速率不高且需要分时控制，设备控制的实时性不容易保障；第三种方法，使用现场总线CAN，可使布线达到最少，控制可靠，实时性高，但其使用的协议与仿真系统其它主机使用的TCP/IP协议不兼容，需要进行协议转换。因此，一种可用于大量集群设备控制、布线最少、实时性高、兼容TCP/IP协议的控制传输方法，在工业控制领域、设备控制领域、数据传感采样领域、特别是仿真领域，具有重要应用价值。
发明内容
本发明的目的是公开一种集群设备最少布线控制传输方法，可用于大量集群设备控制，具有布线最少、实时性高、兼容TCP/IP协议的特点，解决了传统的集群设备在采集、驱动、通信传输方式的存在不足。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其技术解决方案如下：
包括若干控制单元CU、若干以太网络交换机E_HUB、若干CU电源转接器PW_HUB、一个或几个集中控制机、一个或几个CU电源；
所述控制单元CU包括受控的设备、施控的驱动电路、运行控制程序的单片机、进行通信的嵌入式以太网控制器；所述嵌入式以太网控制器还可以是硬件实现TCP/IP协议的；
所述以太网络交换机E_HUB为交流以太网络交换机或直流以太网络交换机；以太网络交换机E_HUB之间可以通过以太网线相连；以太网络交换机E_HUB使用市电供电；
所述CU电源转接器PW_HUB为控制单元CU提供CU电源接入；
所述集中控制机对控制单元CU进行集中控制管理、配置有一个或几个以太网控制器的商用PC机、工业控制计算机或其它类型计算机；
所述CU电源为控制单元CU提供电源信号；
控制单元CU通过以太网线EL与以太网络交换机E_HUB相连，通过单路CU电源线PWL与CU电源转接器PW_HUB相连；
当以太网络交换机E_HUB具有提供供电电源信号的功能而且该电源信号满足或经电路变换后可以满足控制单元CU的电源供电要求时，可以采用以太网络交换机E_HUB的电源信号替代单路CU电源线PWL为控制单元CU供电；
集中控制机与以太网络交换机E_HUB通过以太网络、采用TCP/IP协议进行通信，该以太网络是任何可以使集中控制机与以太网络交换机E_HUB互通的以太网络联接，以下是两种最佳构建方式：
a）以太网络交换机E_HUB直接通过以太网线与集中控制机的以太网控制器相连；
b）以太网络交换机E_HUB和集中控制机通过以太网线与同一个以太网交换机相连。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，还包括一个或多个CU电源转接口；所述CU电源转接口通过多路CU电源线PWLs与CU电源相连，实现CU电源接入，通过多路CU电源线PWLs与CU电源转接器PW_HUB相连，多路CU电源线PWLs经CU电源转接器PW_HUB转接为单路CU电源线PWL，为控制单元CU供电。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，还包括一个或多个市电电源转接口，为以太网络交换机E_HUB的供电电源提供转接。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述控制单元CU含插口E、插口F，通过插口E接入单路CU电源线PWL、通过插口F（216）与以太网线EL相连。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述CU电源转接器PW_HUB含有含插口D以方便引出单路CU电源线PWL；还可以含有插口C以方便接入CU电源转接口的多路CU电源线PWLs。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述CU电源转接口含有插口A以方便接入CU电源，含有插口B以方便与CU电源转接器PW_HUB相接。
本发明所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述市电电源转接口含有插口G以方便市电供电线接入，含有插口H以方便220V，50Hz市电接入以太网络交换机E_HUB。
所述采样集中操作过程是，通过以太网控制器接收各控制单元CU发来的局部采样值，对各局部采样值进行集中，可获取该集中控制机所控范围内的全部采样值信息（以下称集中采样值）；集中控制机获取其所控范围内的全部驱动值信息（以下称集中驱动值），依据集中驱动值确定各控制单元CU的局部驱动值，通过以太网控制器向各控制单元CU发送局部驱动值；
所述集中采样值通常经过主网络发往应用主机；
所述集中驱动值通常经过主网络来自应用主机；
所述应用主机是指使用采样值和/或产生驱动值、通常完成特定领域应用任务的计算机或设备。
本发明的积极效果在于：一、控制单元CU的受控设备与施控的驱动电路、单片机、以太网控制器物理地绑定在一起，通过最多两根连接线与外部相连，布线少，且易于拆卸，方便维护；二、控制单元CU与以太网络交换机E_HUB、CU电源转接器PW_HUB物理距离上可以很近，连接线可以较短；三、以太网络交换机E_HUB通过互连后，可以使用一根连接线与CU现场外部相连，布线少；四、以太网络交换机E_HUB可以使用多根连接线与CU现场外部相连，提高数据传输速率；五、可使用多台集中控制机对CU现场进行控制，满足设备控制容量扩充或进一步提高数据传输速率要求；六、集中控制机或CU现场可通过以太网与外部进行通信传输，传输距离远，需要时可进行远程传输；七、控制单元CU的以太网控制器采用TCP/IP协议进行通信，适用范围广；八、当控制单元CU的以太网控制器采用硬件实现TCP/IP协议时，可使单片机程序开发极大地简化，并会尽一步通信效率；九、当以太网络交换机E_HUB采用直流以太网络交换机时，其本身会传输电源信号，当该电源信号的功能满足或经电路变换后可以满足控制单元CU的电源供电要求时，可以采用以太网络交换机E_HUB的电源信号替代单路CU电源线PWL为控制单元CU供电，可进一步减少布线；十、以太网络通信速率高，可达每秒100MB/1000MB以上。
附图说明：
图1是本发明的整体连接图；
图2是本发明的控制单元CU的组成和端口连接关系图。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。
如图1、图2所示的集群设备最少布线控制传输方法，包括若干控制单元CU（111，112，113，114）、若干以太网络交换机E_HUB（131，132）、若干CU电源转接器PW_HUB（121，122）、一个或几个集中控制机（180）、一个或几个CU电源（140）；
所述控制单元CU（111，112，113，114）包括受控的设备（214）、施控的驱动电路（213）、运行控制程序的单片机（212）、进行通信的嵌入式以太网控制器（211）；
所述嵌入式以太网控制器（211）还可以是硬件实现TCP/IP协议的；
所述以太网络交换机E_HUB（131，132）为交流以太网络交换机或直流以太网络交换机；以太网络交换机E_HUB（131，132）之间可以通过以太网线（175）相连；以太网络交换机E_HUB（131，132）使用市电供电（163，164）；
所述CU电源转接器PW_HUB（121，122）为控制单元CU（111，112，113，114）提供CU电源接入；
所述集中控制机（180）对控制单元CU（111，112，113，114）进行集中控制管理、配置有一个或几个以太网控制器（181，182）的商用PC机、工业控制计算机或其它类型计算机；
所述CU电源（140）为控制单元CU（111，112，113，114）提供电源信号；
控制单元CU（111，112，113，114）通过以太网线EL（171，172，173，174）与以太网络交换机E_HUB（131，132）相连，通过单路CU电源线PWL（151，152，153，154）与CU电源转接器PW_HUB（121，122）相连；
当以太网络交换机E_HUB（131，132）具有提供供电电源信号的功能而且该电源信号满足或经电路变换后可以满足控制单元CU（111，112，113，114）的电源供电要求时，可以采用以太网络交换机E_HUB（131，132）的电源信号替代单路CU电源线PWL（151，152，153，154）为控制单元CU（111，112，113，114）供电；
集中控制机（180）与以太网络交换机E_HUB（131，132）通过以太网络、采用TCP/IP协议进行通信，该以太网络是任何可以使集中控制机（180）与以太网络交换机E_HUB（131，132）互通的以太网络联接。以太网络交换机E_HUB（131，132）直接通过以太网线（177，178）与集中控制机（180）的以太网控制器（181，182）相连；
设备控制传输过程如下：
a）每个控制单元CU（111，112，113，114）对设备（214）执行采样操作和/或驱动操作；
参见图2所示，所述采样操作过程是，单片机（212）通过驱动电路（213）对设备（214）进行采样获取采样值，以下称局部采样值，通过以太网控制器（211）将局部采样值发送给集中控制机（180）；所述驱动操作过程是，通过以太网控制器（211）接收集中控制机（180）的驱动值，以下称局部驱动值，根据局部驱动值，通过驱动电路（213）对设备（214）进行驱动；
b）集中控制机（180）执行采样集中操作和/或驱动分发操作；
所述采样集中操作过程是，通过以太网控制器（181，182）接收各控制单元CU（111，112，113，114）发来的局部采样值，对各局部采样值进行集中，可获取该集中控制机（180）所控范围内的全部采样值信息（以下称集中采样值）；集中控制机（180）获取其所控范围内的全部驱动值信息（以下称集中驱动值），依据集中驱动值确定各控制单元CU（111，112，113，114）的局部驱动值，通过以太网控制器（181，182）向各控制单元CU（111，112，113，114）发送局部驱动值；
所述集中采样值，通常经过主网络（190）发往应用主机（191，192）；
所述集中驱动值，通常经过主网络（190）来自应用主机（191，192）；
所述应用主机（191，192）是指使用采样值和/或产生驱动值、通常完成特定领域应用任务的计算机或设备。
Claims (7)
1.一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，包括若干控制单元CU、若干以太网络交换机E_HUB、若干CU电源转接器PW_HUB、一个或几个集中控制机、一个或几个CU电源；
所述控制单元CU包括受控的设备、施控的驱动电路、运行控制程序的单片机、进行通信的嵌入式以太网控制器；所述嵌入式以太网控制器是硬件实现TCP/IP协议的；
所述以太网络交换机E_HUB为交流以太网络交换机或直流以太网络交换机；以太网络交换机E_HUB之间通过以太网线相连；以太网络交换机E_HUB使用市电供电；
所述CU电源转接器PW_HUB为控制单元CU提供CU电源接入；
所述集中控制机对控制单元CU进行集中控制管理、配置有一个或几个以太网控制器的商用PC机、工业控制计算机或其它类型计算机；
所述CU电源为控制单元CU提供电源信号；
控制单元CU通过以太网线EL与以太网络交换机E_HUB相连，通过单路CU电源线PWL与CU电源转接器PW_HUB相连；
当以太网络交换机E_HUB具有提供供电电源信号的功能而且该电源信号满足或经电路变换后满足控制单元CU的电源供电要求时，采用以太网络交换机E_HUB的电源信号替代单路CU电源线PWL为控制单元CU供电；
集中控制机与以太网络交换机E_HUB通过以太网络、采用TCP/IP协议进行通信，该以太网络是任何使集中控制机与以太网络交换机E_HUB互通的以太网络联接。
2.根据权利要求1所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，还包括一个或多个CU电源转接口；所述CU电源转接口通过多路CU电源线PWLs与CU电源相连，实现CU电源接入，通过多路CU电源线PWLs与CU电源转接器PW_HUB相连，多路CU电源线PWLs经CU电源转接器PW_HUB转接为单路CU电源线PWL，为控制单元CU供电。
3.根据权利要求1所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，还包括一个或多个市电电源转接口，为以太网络交换机E_HUB的供电电源提供转接。
4.根据权利要求1所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述控制单元CU含插口E、插口F，通过插口E接入单路CU电源线PWL、通过插口F（216）与以太网线EL相连。
5.根据权利要求1所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述CU电源转接器PW_HUB含有含插口以方便引出单路CU电源线PWL；含有插口C以方便接入CU电源转接口的多路CU电源线PWLs。
6.根据权利要求2所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述CU电源转接口含有插口A以方便接入CU电源，含有插口B以方便与CU电源转接器PW_HUB相接。
7.根据权利要求3所述的一种集群设备最少布线控制传输方法，其特征在于，所述市电电源转接口含有插口G以方便市电供电线接入，含有插口H以方便220V，50Hz市电接入以太网络交换机E_HUB。
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