CN108289050A - 一种变送器环网控制系统及控制方法 - Google Patents

一种变送器环网控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变送器环网控制系统及控制方法，该控制系统提出了一种环型的变送器总线组网方式，其具备两个网关可以互为冗余，由于不存在网络结构的分支，因此能够实现在一个网关故障时，保证整个系统中变送器的测量数据不丢失；同时提供了控制方法解决了总线上断点位置之后的变送器的测量数据续传的问题。本发明的技术方案为：系统包括上位机、两个网关以及多个具备总线通信协议输出的变送器。网关中具备2个以上的互相独立的串口。两个网关中串口数量相同，且一一对应组合形成多组总线串口对。每组总线串口对中两个串口之间通过一条总线相连。多个具备总线通信协议输出的变送器接在总线上。两个网关均通过以太网连接上位机。

Description

一种变送器环网控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及工业过程控制技术领域，具体涉及一种变送器环网控制系统及控制方法。
背景技术
在工业过程控制领域，对前端的数据采集环节的技术要求是智能化和集约化。智能化是指整个网络的工作状态、单体变送器的工作状态以及设备和网络的健康状态等信息，上层监控系统都能监测。集约化是指相对于传统的点对点的通讯模式，MODBUS/CANBUS总线环网形式的变送器采集系统具有简化通讯线路与信号采集系统的功能。
工业过程控制领域在数字总线采集系统中常用的总线形式有FoundationFieldbus、Profibus、Modbus、Canbus等。
目前针对变送器的传统的总线组网方式多采用树型网络或者星型网络，对于传统组网方式下的变送器总线网络，若网关出现故障，对于无冗余结构设计的网络，该故障网关下的所有变送器测量数据均无法传送给上位机系统。而对于有冗余结构设计的网络，其冗余结构也只能设计在树型分支或者星型分支结构内，因此只能保证无故障此树形分支/星型分支结构内的变送器测量数据不丢失，无法保证其它分支内网关故障时变送器测量数据不丢失。
传统的总线组网方式在数据传输路径上多采用逐级上传的模式，如果数据传输路径上出现断点，则断点位置之后的变送器的测量数据将无法传送给上位机。且传统组网方式下，无法判断数据传输线路上断点的具体位置，只能逐段排查，耗费人力与时间。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变送器环网控制系统及控制方法，该控制系统提出了一种环型的变送器总线组网方式，其具备两个网关可以互为冗余，由于不存在网络结构的分支，因此能够实现在一个网关故障时，保证整个系统中变送器的测量数据不丢失；同时提供了控制方法解决了总线上断点位置之后的变送器的测量数据续传的问题。
本发明的技术方案为：
本发明的第一方面的实施例提供了一种变送器环网控制系统，该系统包括上位机、两个网关以及多个具备总线通信协议输出的变送器。
网关中具备2个以上的互相独立的串口。
两个网关中串口数量相同，且一一对应组合形成多组总线串口对。
每组总线串口对中两个串口之间通过一条总线相连。
多个具备总线通信协议输出的变送器接在总线上。
两个网关均通过以太网连接上位机。
在本发明第一方面的一个或多个实施例中，变送器采集获得的测量数据，包括如下数据中的一种或多种：
压力值、差压值、温度值、流量值以及液位值。
在本发明第一方面的一个或多个实施例中，系统具备如下工作模式：
两个网关之间随机选取一个作为主网关，另外一个作为从网关。
主网关，设定其串口工作在主动模式；主网关通过其串口发送数据采集指令给总线上连接的多个变送器。
变送器，接收到数据采集指令后做出响应，并将自身采集获得的测量数据通过总线发送给主网关。
从网关，设定其串口工作在被动模式；从网关通过其串口监测主网关获得的所有的变送器的测量数据作为备份。
两个网关均将获得的测量数据组成报文信息，通过以太网上传至上位机。
在本发明第一方面的一个或多个实施例中，从网关，还用于：
监测所述主网关上传至上位机的报文信息的中断时间，若中断时间超过预先设定的阈值，从网关切换为主网关。
在本发明第一方面的一个或多个实施例中，总线为符合MODBUS或者CANBUS通讯协议的总线。
在本发明第一方面的一个或多个实施例中，主网关，还用于：
针对一条总线上各变送器进行地址编码。
建立针对一条总线上各变送器的通讯状态参数，通讯状态参数用于指示变送器的通讯状态为正常或者故障。
本发明第二方面的实施例还提供了一种变送器环网控制系统控制方法，该方法针对第一方面的一个或多个实施例所提供的变送器环网控制系统执行，该方法包括如下步骤：
主网关，判断若一条总线上设定位置后的1个以上地址编码连续的变送器的通讯状态参数指示为故障，即该条总线出现断点，将该条总线记为故障总线，将设定位置记为断点位置。
从网关，将故障总线连接的工作在被动模式的串口修改为工作在主动模式；从网关通过该修改为工作在主动模式的串口发送数据采集指令给故障总线上的变送器。
断点位置之后的1个以上地址编码连续的变送器接收到数据采集指令后作出响应，并将自身采集获得的测量数据通过故障总线发送至从网关，由修改为工作在主动模式的串口接收。
有益效果：
1、本发明提供了一种变送器环网控制系统，是一种环型的变送器总线组网方式，其具备两个网关可以互为冗余，由于不存在网络结构的分支，因此能够实现在一个网关故障时，保证整个系统中变送器的测量数据不丢失；相比于传统组网方式在网络故障状态与变送器故障状态时系统监控能力的不足，环型组网方式只使用两个网关就能保障网络上的所有变送器的测量数据不丢失，网络结构简单，数据传送效率高。
2、本发明还提供了针对上述环网控制系统的控制方法，能根据环网中变送器的通讯状态判断出断点的位置或者单台变送器的故障，以便定位断点和发生故障的变送器，及时进行修复。在网络接线存在断点的情况下，主网关将采集不到断点后变送器的测量数据，这时从网关将改变数据端口主从模式，采集断点后变送器的测量数据并上传给控制系统，从而保证传感器测量数据不丢失。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种变送器环网控制系统组成框图。
图2为本发明实施例提供的控制方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
请参考图1，图1示出了本发明实施例提供的一种变送器环网控制系统，该系统包括上位机、两个网关以及多个具备总线通信协议输出的变送器。
网关中具备2个以上的互相独立的串口；如图1所示，其中包括两个网关，每个网关中均具有2个以上的串口，且同一个网关内的串口之间相互独立。他图1中仅给出了3个串口的情况，实际串口数量在2个以上时均可以实现。
两个网关中串口数量相同，两个网关中的串口一一对应组合形成多组总线串口对。一组总线串口对对中两个串口之间通过一条总线相连；则该系统对应多组总线串口对具有多条总线，总线与总线之间构成环型结构，因此是一种环型的组网方式。
上述多个具备总线通信协议输出的变送器接在总线上；本发明实施例中总线可以为符合MODBUS或者CANBUS通讯协议的总线。变送器的数量可以根据需要进行设置，在本发明实施例中，变送器需要进行测量数据的采集，所采集的测量数据，包括如下数据中的一种或多种：压力值、差压值、温度值、流量值以及液位值。因此在具体的实施过程中，每条总线上可以根据需要采集的测量数据的种类与数量连接不同数量、不同种类的变送器。
本发明中两个网关均通过以太网连接上位机。网关可以通过总线获取变送器的测量数据，上位机则通过以太网获取网关中已得到的测量数据。同时上位机也可以获取网关的状态信息，例如可以获知网关的工作模式，网关中串口的工作模式等。
本发明实施例提供的一种变送器环网控制系统，是一种环型的变送器总线组网方式，其具备两个网关可以互为冗余。
本发明所提供的系统，为了实现冗余的测量数据备份设置，可设置系统的工作模式如下：
两个网关之间随机选取一个作为主网关，另外一个作为从网关；主网关和从网关是两种工作模式。
其中主网关，设定其串口工作在主动模式；主网关通过其串口发送数据采集指令给总线上连接的多个变送器；
变送器，接收到数据采集指令后做出响应，并将自身采集获得的测量数据通过总线发送给主网关；
从网关，设定其串口工作在被动模式；从网关通过其串口监测主网关获得的所有的变送器的测量数据作为备份；
两个网关均将获得的测量数据组成报文信息，通过以太网上传至上位机。其中报文信息中还可以加入网关工作模式数据、网关中各串口的主被模式数据，便于上位机对该组网中的各设备的工作状态判别。
为了实现在一个网关故障时，保证整个系统中变送器的测量数据不丢失。本发明实施例中从网关，还用于：
监测所述主网关上传至上位机的报文信息的中断时间，若中断时间超过预先设定的阈值，从网关切换为主网关。本发明实施例中，预先设定的阈值可以根据经验值进行设定，本发明实施例中可以设置为30秒。
本发明实施例中主网关，还用于：针对一条总线上各变送器进行地址编码；建立针对一条总线上各变送器的通讯状态参数，通讯状态参数用于指示变送器的通讯状态为正常或者故障。本发明实施例中可以在主网关中设置专门的寄存器用于存储每条总线上各变送器的地址编码以及通讯状态参数，其中通讯状态参数可以采用“0”指示故障，使用“1”指示正常。
依据上述实施例给出的环网控制系统，相比于传统组网方式在网络故障状态与变送器故障状态时系统监控能力的不足，环型组网方式只使用两个网关就能保障网络上的所有变送器的测量数据不丢失，网络结构简单，数据传送效率高。
请参考图2，图2示出了本发明提供的针对环网控制系统的控制方法流程图。其中该方法包括如下步骤：
S1、主网关，判断若一条总线上设定位置后的1个以上地址编码连续的变送器的通讯状态参数指示为故障，即该条总线出现断点，将该条总线记为故障总线，将设定位置记为断点位置。其中设定位置可以设定在上述指示故障的变送器的第一个地址编码的前一个变送器后方。
S2、从网关，将故障总线连接的工作在被动模式的串口修改为工作在主动模式；从网关通过该修改为工作在主动模式的串口发送数据采集指令给故障总线上的变送器；
S3、断点位置之后的1个以上地址编码连续的变送器接收到数据采集指令后作出响应，并将自身采集获得的测量数据通过故障总线发送至从网关，由修改为工作在主动模式的串口接收。
本发明实施例提供的该控制方法，能根据环网中变送器的通讯状态判断出断点的位置或者单台变送器的故障，以便定位断点和发生故障的变送器，及时进行修复。在网络接线存在断点的情况下，主网关将采集不到断点后变送器的测量数据，这时从网关将改变数据端口主从模式，采集断点后变送器的测量数据并上传给控制系统，从而保证传感器测量数据不丢失。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种变送器环网控制系统，其特征在于，所述系统包括上位机、两个网关以及多个具备总线通信协议输出的变送器；
所述网关中具备2个以上的互相独立的串口；
两个网关中串口数量相同，且一一对应组合形成多组总线串口对；
每组总线串口对中两个串口之间通过一条总线相连；
所述多个具备总线通信协议输出的变送器接在所述总线上；
两个网关均通过以太网连接所述上位机。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述变送器采集获得的测量数据，包括如下数据中的一种或多种：
压力值、差压值、温度值、流量值以及液位值。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统具备如下工作模式：
所述两个网关之间随机选取一个作为主网关，另外一个作为从网关；
所述主网关，设定其串口工作在主动模式；所述主网关通过其串口发送数据采集指令给总线上连接的多个所述变送器；
所述变送器，接收到所述数据采集指令后做出响应，并将自身采集获得的测量数据通过总线发送给所述主网关；
所述从网关，设定其串口工作在被动模式；所述从网关通过其串口监测所述主网关获得的所有的变送器的测量数据作为备份；
两个网关均将获得的测量数据组成报文信息，通过以太网上传至所述上位机。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述从网关，还用于：
监测所述主网关上传至所述上位机的报文信息的中断时间，若所述中断时间超过预先设定的阈值，所述从网关切换为主网关。
5.如权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，所述总线为符合MODBUS或者CANBUS通讯协议的总线。
6.如权利要求1～4任一所述的系统，其特征在于，所述主网关，还用于：
针对一条总线上各变送器进行地址编码；
建立针对一条总线上各变送器的通讯状态参数，所述通讯状态参数用于指示变送器的通讯状态为正常或者故障。
7.一种变送器环网控制系统控制方法，其特征在于，针对如权利要求5所述的变送器环网控制系统，该方法包括如下步骤：
所述主网关，判断若一条总线上设定位置后的1个以上地址编码连续的变送器的通讯状态参数指示为故障，即该条总线出现断点，将该条总线记为故障总线，将所述设定位置记为断点位置；
所述从网关，将所述故障总线连接的工作在被动模式的串口修改为工作在主动模式；所述从网关通过该修改为工作在主动模式的串口发送数据采集指令给所述故障总线上的变送器；
所述断点位置之后的1个以上地址编码连续的变送器接收到数据采集指令后作出响应，并将自身采集获得的测量数据通过所述故障总线发送至所述从网关，由所述修改为工作在主动模式的串口接收。
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