CN108364454A - 一种智能协议转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能协议转换装置，用于解决不同计量仪表通信协议不同，不能进行统一的远程信息采集的问题。同时提供一种RS‑485接口或M‑Bus接口到PLC接口或微功率无线接口的通信接口转换装置和控制该装置的方法。它由控制电路21、存储单元23、时钟电路22、M‑Bus接口电路24、RS‑485接口电路25、PLC模块27、微功率无线模块27、电源和电池电路26等组成。能够识别DL/T 645‑1997、DL/T 645‑2007、DL/T 698、CJ/T 188‑2004、MODBUS和IEC62056等标准的数据帧结构，并按照给定的设置或者自动学习的结果，转换成其它一种上述标准的数据帧结构。
Description
技术领域
本发明属于仪器仪表通信领域，具体地说涉及一种计量仪表通信的智能协议转换装置。
背景技术
计量仪表在我们的日常生产和生活中大量使用，主要包括电能表、水表、燃气表、热（冷）量表等。其中电能表用来计量电能，我国的应用量达到四、五亿只，目前的通信协议主要为电力行业DL/T 645-2007标准及其备案文件，同时还有部分为电力行业DL/T 645-1997标准，预计未来将转向电力行业DL/T 698标准；水表用来计量用水量，应用量超过4亿只，大部分为速度式水表，尚不是电子式仪表，通过光电或电阻直读完成数字化的抄读。主要支持的通信协议为城镇建设行业CJ/T 188-2004标准；燃气表用来计量燃气用量，其应用量超过4亿只，目前大部分都是膜式机械仪表，其电子式仪表主要为预付费式，不支持远程通信功能，少数支持远程通信的仪表通信协议主要为城镇建设行业CJ/T 188-2004标准；热（冷）量表主要用来计量供热（冷）量，潜在应用量较大，但实际应用数据量较少，电子式的仪表也不多，应用原理与水表类似，主要支持的通信协议为城镇建设行业CJ/T 188-2004标准。此外还有少量智能水表和燃气表支持MODBUS协议标准。
数据远程采集方面，当前采集器仅提供采集信道方式的转变，比如I型电能采集器和II型电能采集器，提供RS-485转PLC、RS-485转微功率无线互连互通，一些水表采集器提供RS-485转Zigbee等。专利申请号201210206412.1公开了一种自适应多协议转换器，支持通过RS232、RS485、CAN、以太网四种接口方式，在通信方式方面提供了较多了选择，但没有提供通信协议方面的转换；专利申请号201310365150.8公开了一种协议转换器，可以实现RS485接口到以太网接口的隔离转换，主要应用于进口电力微机与保护装置之间的配套通信，但在通信协议方面也没有提供转换；专利申请号201510795833.6公开了一种协议转换器，可以实现RS485到以太网、Wi-Fi、紫蜂协议、RF920和RS232接口的转换，其主要应用于智能家庭能源管理系统，提供Modbus协议与ECHONET Lite协议之间的转换。上述几项方案都不能解决我国家庭用电、用水、用气以及冷热量的统一远程采集问题。
目前计量仪表市场上的四大类仪表通信协议较多，市场上的产品通信协议包括DL/T 645-1997、DL/T 645-2007、DL/T 698、CJ/T 188-2004、MODBUS和IEC62056国际标准等，未来建设统一的信息采集系统需要统一的通信协议标准，不同计量仪表无法实现统一的信息采集，从节约建设成本的角度考虑，需要一种实现多种协议转换的装置。本发明就是为了解决不同计量仪表通信协议不同而不能实现统一的信息采集的问题，同时本发明也提供了RS485或M-Bus到PLC或微功率无线的通信接口转换。
发明内容
本发明的一个目的是解决不同计量仪表通信协议不同，不能进行统一的远程信息采集的问题。
本发明的另一个目的是提供一种RS-485接口或M-Bus接口到PLC接口或微功率无线接口的通信接口转换装置和控制该装置的方法。
本发明的作用及连接关系可由图1直观说明。上位机设备11通过PLC接口或者微功率无线接口与本智能协议转换装置12相连，使用第一协议与智能协议转换装置12通信；智能协议转换装置12再通过RS-485接口或者M-Bus接口与计量仪表13相连，使用第二协议与计量仪表13通信。从而实现上位机设备11与计量仪表13虽然通信协议不同，接口有别，但可以通信的目的。
所述的第一协议、第二协议分别为DL/T 645-1997、DL/T 645-2007、DL/T 698、CJ/T 188-2004、MODBUS和IEC62056中的一种。
为了实现上述目标，本发明采用的技术方案由控制电路21、存储单元23、时钟电路22、M-Bus接口电路24、RS-485接口电路25、PLC模块27、微功率无线模块27、电源和电池电路26组成。
所述的电源和电池电路26为其它部分提供电源，其中电池部分主要提供掉电情况下数据的正确存储和时钟电路22的正常运行。
所述的PLC模块和微功率无线模块27为即插即用的插拔式模块，二者与控制电路的连接接口相同，可任选一种与控制电路相连接。
所述的M-Bus接口电路24、RS-485接口电路25分别以电气隔离的方式与控制电路21相连接。
所述的存储单元23、时钟电路22分别与控制电路21相连接。
作为本发明的进一步改进，能够解析DL/T 645-1997、DL/T 645-2007、DL/T 698、CJ/T 188-2004、MODBUS和IEC62056数据通信协议，智能识别上述标准规定的数据帧结构。
作为本发明的进一步改进，可以按照给定的设置或者自动识别学习的结果，将第一协议数据帧结构转换成第二协议数据帧结构，或将第二协议数据帧结构转换成第一协议数据帧结构。
作为本发明的进一步改进，具备一个默认协议扫描表，可以记录通信接口、通信协议、接口配置参数项目。
作为本发明的进一步改进，分别为M-Bus接口电路24、RS-485接口电路25、PLC模块或微功率无线模块27的接口设置一个地址协议映射表，可以记录序号、通信地址、通信协议、接口配置参数项目。
作为本发明的进一步改进，可以自动识别通信协议的类型，分析学习通信数据帧结构和内容，并将结果自动维护到对应接口的地址协议映射表中。
作为本发明的进一步改进，各通信接口的地址协议映射表可以人工维护，可以包括人工添加、人工修改、人工单项删除、人工全部删除。
作为本发明的进一步说明，电源和电池电路26为其它部分提供电源， PLC模块和微功率无线模块27与控制电路21相连接， M-Bus接口电路24以电气隔离的方式与控制电路21相连接，RS-485接口电路25以电气隔离的方式与控制电路21相连接，存储单元23与控制电路21相连接，时钟电路22控制电路21相连接。其工作流程示意可由图3说明，其工作的原理为：上位机设备11通过PLC模块和微功率无线模块27接口，以第一协议数据帧形式向本发明发送抄收数据帧。本发明装置解析数据帧结构，识别出数据帧对应的协议类型，并做记录。根据数据帧包含的地址内容，分别搜索M-Bus接口电路24、RS-485接口电路25、PLC模块或微功率无线模块27的接口地址协议映射表。第一种情况，当查找到相同的地址记录后，按记录条目内记录的协议类型转换第一协议数据帧为第二协议数据帧，并按记录条目内的接口配置参数，从对应的接口将转换后的第二协议数据帧转发给计量仪表13。然后进行定时，如果在定时结束前接收到计量仪表13返回的第二协议数据帧，则结束定时，解析返回的第二协议数据帧，根据第一次协议解析识别的结果，将返回的第二协议数据帧转换为第一协议数据帧，再从PLC模块和微功率无线模块27接口转发给上位机设备11，并取消第一次协议解析时所做的记录，完成本次通信和协议转换工作，进入下一次通信转换准备好状态。如果在定时结束后仍未接收到计量仪表13返回的数据，则结束定时，取消第一次协议解析时所做的记录，完成本次通信和协议转换工作，进入下一次通信转换准备好状态；第二种情况，当查找完M-Bus接口电路24、RS-485接口电路25、PLC模块或微功率无线模块27的接口地址协议映射表的所有记录，没有查找到与第一协议数据帧包含的地址相同的记录时，则根据默认协议扫描表逐条记录内的通信接口、通信协议、接口配置参数，将第一协议数据帧转换为第二协议数据帧，按照记录条目内的通信接口和接口配置参数，将第二协议数据帧转发给计量仪表13，并开始定时。如果在定时结束前接收到计量仪表13返回的第二协议数据帧，则结束定时，解析返回的第二协议数据帧，根据当前对应的默认协议扫描表的记录，和解析的返回的第二协议数据帧结果，形成一条接口地址协议映射记录，记录到对应的接口的接口地址协议映射表中，并根据第一次协议解析识别的结果，将返回的第二协议数据帧转换为第一协议数据帧，再从PLC模块和微功率无线模块27接口转发给上位机设备11，并取消第一次协议解析时所做的记录，完成本次通信和协议转换工作，进入下一次通信转换准备好状态。如果在定时结束后，仍未接收到计量仪表13返回的数据，则结束定时，读取默认协议扫描表的下一条记录，重复上述第二种情况的操作。如果读取完默认协议扫描表内的所有记录条目和重复执行上述第二种情况的操作后，仍未接收到来自计量仪表13返回的数据，则取消第一次协议解析时所做的记录，完成本次通信和协议转换工作，进入下一次通信转换准备好状态。
附图说明
图1是本发明的应用连接图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是本发明的工作流程示意图。
具体实施方式
结合附图和实施例对本发明进一步说明如下：
实施例1
如图2所示，选用高性能8位单片机为控制电路21的核心；时钟电路22由时钟芯片及外围电路组成，通过IIC总线与控制电路21相连；存储单元23由EEPROM芯片及外围电路构成，通过IIC总线与控制电路21相连；M-Bus接口电路24由M-Bus收发芯片及外围电路构成，通过光耦隔离，连接到控制电路21的一路UART接口；RS-485接口电路25由RS-485收发芯片及外围电路构成，通过光耦隔离，连接到控制电路21的另一路UART接口；PLC模块或微功率无线模块27为即插即用的插拔式模块，二者与控制电路的连接接口相同，选择满足国网电网要求的低压电力线载波模块与控制电路21相连接。
如图1所示，上位机设备11通过PLC接口与本发明智能协议转换装置12相连接，再通过RS-485接口与计量仪表13相连接，实现本发明的应用。
上位机设备11通过PLC接口，向智能协议转换装置12发送符合IEC62056规定的协议帧。智能协议转换装置12接收该协议帧后，分析帧结构，识别出这是一个IEC62056协议帧，并在PLC接口缓冲区记录该协议类型。之后从IEC62056协议帧中取出通信对象的地址，到M-Bus接口电路24和RS-485接口电路25对应的地址协议映射表表2中查找。在未发现匹配项后，查询默认协议扫描表1，将接收到的IEC62056协议帧的内容按表1中的协议重新组织，并从表1中对应的接口发送出去，并等待一定时间。依次按表1中的项重复上述发送、等待过程，直到收到计量仪表13回复，或者测试完表1中的所有项。默认协议扫描表1的内容样式如下：
表1. 默认协议扫描表
| 接口 | 协议类型 | 接口配置参数 |
| M-Bus | MODBUS | 2400,e,8,1 |
| RS-485 | DL/T 645-1997 | 1200,e,8,1 |
| RS-485 | DL/T 645-2007 | 2400,e,8,1 |
| RS-485 | CJ/T 188-2004 | 2400,e,8,1 |
| RS-485 | DL/T 698 | 2400,e,8,1 |
| RS-485 | IEC62056 | 2400,e,8,1 |
例如在RS-485接口、DL/T 645-2007协议尝试通信过程中，收到计量仪表13的回复，智能协议转换装置12自动将对应的地址、协议映射维护到对应的RS-485接口电路25相应的地址协议映射表表2中。地址协议映射表2的内容样式如下：
表2. 地址协议映射表
| 序号 | 地址 | 协议类型 | 接口配置参数 |
| 1 | XXXXXX | DL/T 645-1997 | 2400,e,8,1 |
| 2 | 111111111111 | DL/T 645-2007 | 2400,e,8,1 |
| … | … | … | … |
同时，智能协议转换装置12按PLC接口缓冲区记录的协议类型IEC62056协议，重新组织计量仪表13回复的数据，再通过PLC模块27将数据返回给上位机设备11，完成整个通信过程。
实施例2
如图2所示，选用高性能32位单片机为控制电路21的核心；时钟电路22由时钟芯片及外围电路组成，通过IIC总线与控制电路21相连；存储单元23由EEPROM芯片及外围电路构成，通过IIC总线与控制电路21相连；M-Bus接口电路24由M-Bus收发芯片及外围电路构成，通过光耦隔离，连接到控制电路21的一路UART接口；RS-485接口电路25由RS-485收发芯片及外围电路构成，通过光耦隔离，连接到控制电路21的另一路UART接口；PLC模块或微功率无线模块27为即插即用的插拔式模块，二者与控制电路的连接接口相同，选择满足国网电网要求的微功率无线模块与控制电路21相连接。
如图1所示，上位机设备11通过微功率无线接口与本发明智能协议转换装置12相连接，再通过RS-485接口与计量仪表13相连接，实现本发明的应用。
通过人工设置方式，向智能协议转换装置12的RS-485接口电路25对应的地址协议映射表添加一条记录，如下表3中第3个记录行所示。
表3. RS-485接口电路地址协议映射表样例
| 序号 | 地址 | 协议类型 | 接口配置参数 |
| 1 | XXXXXX | DL/T 645-1997 | 2400,e,8,1 |
| 2 | 111111111111 | DL/T 645-2007 | 2400,e,8,1 |
| 3 | 123456789012 | DL/T 645-2007 | 2400,e,8,1 |
上位机设备11通过微功率无线接口，向智能协议转换装置12发送符合DL/T 698规定的协议帧。智能协议转换装置12接收该协议帧后，分析帧结构，识别出这是一个DL/T 698协议帧，并在微功率无线接口缓冲区记录该协议类型。之后从DL/T 698协议帧中取出通信对象的地址，到M-Bus接口电路24和RS-485接口电路25对应的地址协议映射表表2中查找。例如发现RS-485接口电路25对应的地址协议映射表（如表3）中的第3个记录项与接收到的DL/T698协议帧中取出的通信对象的地址相同，则以第3个记录项记录的DL/T 645-2007协议重新组织接收到的数据，并以对应的“2400,e,8,1”接口配置参数，从RS-485接口电路25转发数据帧。收到计量仪表13的回复后，智能协议转换装置12直接按微功率无线接口缓冲区记录的协议类型DL/T 698协议，重新组织计量仪表13回复的数据，再通过微功率无线模块27将数据返回给上位机设备11，完成整个通信过程。
Claims (6)
1.一种智能协议转换装置，由控制电路(21)、存储单元(23)、时钟电路(22)、M-Bus接口电路(24)、RS-485接口电路(25)、PLC模块(27)、微功率无线模块(27)、电源和电池电路(26)组成。其特征在于它能够识别与上位机设备（11）通信的第一协议类型，和与计量仪表（13）通信的第二协议类型，并完成上述第一协议与第二协议的转换。
2.根据权利要求1所述的智能协议转换装置，其特征是可以连接通信协议不同的上位机设备（11）和计量仪表（13），实现上位机设备（11）和计量仪表（13）之间的通信。
3.根据权利要求1所述的智能协议转换装置，其特征是第一协议或第二协议包括DL/T645-1997、DL/T 645-2007、DL/T 698、CJ/T 188-2004、MODBUS和IEC62056通信协议。
4.根据权利要求1所述的智能协议转换装置，其特征是M-Bus接口电路(24)、RS-485接口电路(25)、PLC模块或微功率无线模块(27)分别具备一个地址协议映射表，记录内容包括序号、通信地址、通信协议、接口配置参数。
5.根据权利要求1或3或4所述的智能协议转换装置，其特征是可以自动识别通信协议的类型，并将结果自动维护到对应接口的地址协议映射表中。
6.根据权利要求1或4所述的智能协议转换装置，其特征是地址协议映射表可以人工维护，包括人工添加、人工修改、人工单项删除、人工全部删除。
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