CN107168266A - 一种基于i/o总线的数据发送优化方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于I/O总线的数据发送优化方法，在工业现场I/O总线的应用场合中，现场I/O采集单元由I/O管理节点(IOLINK)和各类I/O节点组成，各I/O节点与IOLINK之间采用总线传输数据并完成时钟同步；I/O节点数据按照类型进行分类，分别使用不同策略或独享不同时间片经I/O总线向IOLINK发送数据；数字量输入(DI)节点采用变位结合周期分时上送的方式；模拟量输入(AI)节点采用周期分时发送方式，在同一时刻时仅有一个AI节点向I/O总线发送数据，便于减少多个I/O节点同时工作时的数据帧冲突，降低了I/O总线发生仲裁机率，提高了工业现场I/O总线数据发送稳定性，该方案相对于常规I/O总线数据收发方式，不增加硬件成本，实现过程简单，能够满足一般工业现场实时性要求。

Description

一种基于I/O总线的数据发送优化方法
技术领域
本发明应用于工业自动化技术领域，提出一种基于I/O总线的数据发送优化方法。
背景技术
I/O总线在工业自动化等领域有很广阔的应用，在工业现场I/O总线各类节点当中，AI节点由于其数据连续变化的特性，上送的数据量相对较大，易造成I/O总线数据帧冲突。为尽可能避免此类冲突，降低I/O总线发生数据冲突和仲裁机率，提高工业现场I/O总线数据发送稳定性，提出一种基于I/O总线的数据发送优化方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种总线数据的发送方法，通过对各类型数据发送方式和时机的控制，减少了多个I/O节点同时工作时的数据帧冲突，降低了I/O总线发生仲裁机率，提高工业现场I/O总线数据发送稳定性。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一，在工业现场I/O总线的应用场合中，现场采集单元由IOLINK与各类I/O节点组成，各I/O节点与IOLINK之间采用总线传输数据；
步骤二，IOLINK通过I/O总线与各I/O节点完成时钟同步，保证各I/O节点同一时刻的时间标记相同；
步骤三，I/O节点数据按照类型进行分类，分别使用不同策略或独享不同时间片经I/O总线向IOLINK发送数据；
步骤四，DI节点采用变位结合周期分时上送的方式，当数字量通道产生变位之后，立即上送该变位信号，否则以一定周期(秒级)分时上送所有通道数字量信号；
步骤五，AI节点采用周期分时发送方式，在同一时刻只有其中的一个节点向I/O总线发送数据。
上述步骤一中，I/O节点包括数字量输入节点、模拟量输入节点。
上述步骤二中，各I/O节点均能够识别自身的通讯地址，并保证一个IOLINK管理下的各个I/O节点地址唯一，进而结合同步时钟产生固定的时间递增序列从而为各I/O节点划分独立时间片。
上述步骤三中，IOLINK对各I/O节点运行状态的查询数据可利用IOLINK所在节点的时间片完成发送。
上述步骤四中，各I/O节点的数据处理和主动发送任务由各节点自身处理完成而不依赖于IOLINK。
本方案的有益效果为：采用上述方法后，减少了现场I/O采集单元中多个I/O节点同时工作时的数据帧冲突，降低了I/O总线发生仲裁机率，提高了工业现场I/O总线数据发送稳定性，相对于常规I/O总线数据收发方式，不增加硬件成本，实现过程简单，并且能够满足一般工业现场实时性要求。
附图说明
图1本发明数据发送方案示意图；
图2本发明中AI节点数据发送判断流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
图1描述了本发明数据发送方案，现场I/O采集单元由I/O管理节点(IOLINK)和各类I/O节点组成，各I/O节点与IOLINK之间采用总线传输数据并完成时钟同步；I/O节点数据按照类型进行分类，分别使用不同策略或独享不同时间片经I/O总线向IOLINK发送数据；数字量输入(DI)节点采用变位结合周期分时上送的方式；模拟量输入(AI)节点采用周期分时发送方式，在同一时刻时仅有一个AI节点向I/O总线发送数据。
以现场I/O采集单元为例，每块卡件作为一个I/O节点，IOLINK卡件通讯地址为1，各类I/O卡件通讯地址依次增加，I/O总线带宽按照1Mbps计算，一块I/O卡件的通道数按照8计算，一个通道数据为16bit，发送完成时间小于1ms，考虑可靠发送，单块卡件发送时间按照3ms(Ts)考虑，每块卡件的发送延时计算方法如下：
发送延时(单位ms)＝(通讯地址–2)*3；
若该I/O采集单元最多容纳14块I/O卡件，按照满配AI卡件计算，轮循周期为14×3ms＝42ms，则由此得出每块卡件的发送周期(T)需大于等于42ms，考虑裕量按照50ms设置，IOLINK卡件的查询报文时间片可利用其中剩余空闲的8ms完成。在图2中，针对AI卡件，当每次数据采集任务结束后进入步骤201的数据发送任务，在数据发送前需要满足步骤202的条件：
同步时间标识(单位ms)％50＝(通讯地址–2)*3；
满足上述条件后，进入步骤203进行数据发送，不满足则不进行数据发送。
从实现效果来看：每一轮发送周期开始后，通讯地址为2的AI卡件延时0ms发送，通讯地址为3的AI卡件延时3ms发送，通讯地址为4的AI卡件延时6ms发送，依次类推……直到完成一轮所有AI卡件的数据发送，等待下一周期发送开始。
由于工业现场数字量信号与模拟量信号变化特性不同，数字量信号动作频率较低，采用变位结合秒级周期分时发送方式，兼顾信号上送实时性和I/O总线负荷；而模拟量信号实时发生变化，数据量较大，无论是采用定周期上送还是采用变化上送的方式，卡件均是各自为阵，发送数据无序不定，而采用上述方法后，同一时刻所有AI卡件中仅有一块向I/O总线发送数据；类似的，DI卡件周期性发送数据也参照上述过程。相较现有做法而言，该优化方法减少了多个I/O卡件同时工作时的数据帧冲突，在保证数据发送实时性的同时，降低了I/O总线发生仲裁机率，提高了工业现场I/O总线数据发送稳定性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在工业现场I/O总线的应用场合中，现场采集单元由IOLINK与I/O节点组成，所述I/O节点与IOLINK之间采用总线传输数据；
步骤二，IOLINK通过I/O总线与I/O节点完成时钟同步，使得I/O节点同一时刻的时间标记相同；
步骤三，I/O节点数据按照类型进行分类，对各个分类分别使用不同策略或独享不同时间片，经I/O总线向IOLINK发送数据；
步骤四，DI节点采用变位结合周期分时上送的方式，当数字量通道产生变位之后，上送该变位信号，否则以设定的周期分时上送所有通道数字量信号；
步骤五，AI节点采用周期分时发送方式，在同一时刻只有其中的一个节点向I/O总线发送数据。
2.如权利要求1所述的一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于：所述步骤一中，I/O节点包括数字量输入节点、模拟量输入节点。
3.如权利要求1所述的一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于：所述步骤二中，一个IOLINK管理下的I/O节点地址唯一，I/O节点识别自身的通讯地址，进而结合同步时钟产生固定的时间递增序列从而为各I/O节点划分独立时间片。
4.如权利要求1所述的一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于：所述步骤三中，IOLINK利用其所在节点的时间片，发送I/O节点运行状态的查询报文。
5.如权利要求1所述的一种基于I/O总线的数据发送优化方法，其特征在于：所述步骤四中，I/O节点自行进行数据处理和主动发送任务。
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