CN109787800B - 一种工业总线的分层网络网关控制器 - Google Patents
一种工业总线的分层网络网关控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种工业总线的分层网络网关控制器，包括负责该工业总线上数据运算的运算单元，以及每一层网络网关控制的网络控制模块、设备监控模块、数据存储模块及路由模块；设备监控模块在实时监控和网络诊断过程中，当检查的设备都是正常使用的，将设备的数据信息和地址均存储在对应的数据存储模块，而当该设备通讯状态为数据包丢失或网络中断时，自动将此信息存储于数据存储模块中，并通过运算单元将信号实时反馈到路由模块和网络控制模块；本发明能够解决工业总线中，使用RS485，RS422，can总线进行分层网络组网问题，相比于传统的单层总线网络+TCP/IP协议组网，本发明能有效降低分层网络成本，提高网络响应速度。
Description
技术领域
本发明涉及一种网关控制器，特别涉及一种工业总线的分层网络网关控制器。
背景技术
现在工业生产中，通过控制器局域网解决工业生产中设备控制端和测试仪器之间的数据交换而应用开发的一种通讯协议；将采用现场总线的方式控制连接；但是现在基本上都是一种机械设备通过一种现场总线连接测试监控端，而其通讯可靠性更高，纠错能力强，抗干扰性能好；故障诊断方便。
而目前基本上采用的现场总线，基本上是在总线的某个节点上增加一路收发器，在该节点的控制程序里加入两个网络间的协议转换子程序， 实现两条现场总线的通讯。这样虽然实现了总线间通讯功能，但功能简单，转发过程中如果接收数据的总线正被其他节点占用就可能导致数据丢失，且无法实时监控总线上各个节点地通讯状态、无法存储各个节点的通讯记录。
因此需要一个网关控制器，通过RS485，RS422或者CAN总线，组成一个通信网络，网关负责该通信网络内部的地址分配、通信管理、设备管理等。同时，此网关控制器作为另外一个网络控制器所组网络的一个通信节点，以此类推，从而形成分层网络结构，从而解决现有控制器局域网的一些弊端。
发明内容
针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够解决工业总线中，分层网络通信、网络演示、网络组网等问题的分层网络网关控制器，能够有效的降低工业网络成本。
为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供一种工业总线的分层网络网关控制器，包括负责该工业总线上数据运算的运算单元，以及每一层网络网关控制的网络控制模块、设备监控模块、数据存储模块及路由模块；
网络控制模块包括数据缓冲器、I/O控制器、状态控制表和地址锁存器，其中运算单元与I/O控制器之间通过数据缓冲器相连，数据缓冲器IO口收发的数据进行存储；且运算单元将运算的网络控制信号及时传递给状态控制表中，状态控制表与I/O控制器对IO口的状态的控制实时显示在状态控制表上，而状态控制表将接收到运算单元上的信号传递给I/O控制器，而IO口的地址通过I/O控制器和运算单元及时反馈到地址锁存器，并通过运算单元存储在数据缓冲器中；
设备监控模块包括记录当前控制器下的所有设备信息的设备控制表、以及所有的设备当前状态的设备状态控制表和设备状态映射的设备状态映射表，设备控制表和设备状态控制表之间通过设备状态映射表相互连接，并通过设备控制表和设备状态控制表将信息传递给运算单元，由运算单元将接收的所有设备信息存储在数据存储模块中；
数据存储模块包括读写控制器、设备数据映射表、地址控制器和存储矩阵；运算单元将接收的数据信息通过读写控制器解读数据后，将设备的地址信号通过地址控制器存储在存储矩阵中，而设备自身的数据信号通过设备数据映射表存储在存储矩阵中；存储矩阵与运算单元相连；
路由模块包括路由地址读写器、路由映射表和路由地址锁存器，运算单元通过设备监控模块监控的地址数据通过内部运算传输给路由地址读写器；通过路由地址读写器对地址信号进行运算提取，一方面发送给路由地址映射的路由映射表中，另一方面将路由地址锁存在路由地址锁存器中。
作为本发明的一种优选技术方案，网络控制模块、设备监控模块、数据存储模块及路由模块内部信号均采用双线传输，可实时更新其内部信号。
作为本发明的一种优选技术方案，所有的网络控制模块网络间通过现场总线和运算单元相互配合通信，现场总线传输方式包括但不局限于通过RS485，RS422或者CAN总线。
作为本发明的一种优选技术方案，设备监控模块在实时监控和网络诊断过程中，当检查的设备都是正常使用的，将设备的数据信息和地址均存储在对应的数据存储模块，而当该设备通讯状态为数据包丢失或网络中断时，自动将此信息存储于数据存储模块中，并通过运算单元将信号实时反馈到路由模块和网络控制模块。
本发明所达到的有益效果是：本发明能够解决工业总线中，使用RS485，RS422，can总线进行分层网络组网问题，相比于传统的单层总线网络+TCP/IP协议组网，本发明能有效降低分层网络成本，提高网络响应速度。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1是本发明网络网关系统控制图；
图2是本发明网络控制模块组成示意图；
图3是本发明设备监控模块组成示意图；
图4是本发明数据存储模块组成示意图；
图5是本发明路由模块连接示意图；
图中标号：1、运算单元；2、网络控制模块；201、数据缓冲器；202、I/O控制器；203、状态控制表；204、地址锁存器；3、设备监控模块；301、设备控制表；302、设备状态控制表；303、设备状态映射表；4、数据存储模块；401、读写控制器；402、设备数据映射表；403、地址控制器；404、存储矩阵；5、路由模块；501、路由地址读写器；502、路由映射表；503、路由地址锁存器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例：如图1-5所示，本发明公开一种技术方案：一种工业总线的分层网络网关控制器，包括负责该工业总线上数据运算的运算单元1，以及每一层网络网关控制的网络控制模块2、设备监控模块3、数据存储模块4及路由模块5；
网络控制模块2包括数据缓冲器201、I/O控制器202、状态控制表203和地址锁存器204，其中运算单元1与I/O控制器202之间通过数据缓冲器201相连，数据缓冲器201IO口收发的数据进行存储；且运算单元1将运算的网络控制信号及时传递给状态控制表203中，状态控制表203与I/O控制器202对IO口的状态的控制实时显示在状态控制表203上，而状态控制表203将接收到运算单元1上的信号传递给I/O控制器202，而IO口的地址通过I/O控制器202和运算单元1及时反馈到地址锁存器204，并通过运算单元1存储在数据缓冲器201中；
设备监控模块3包括记录当前控制器下的所有设备信息的设备控制表301、以及所有的设备当前状态的设备状态控制表302和设备状态映射的设备状态映射表303，设备控制表301和设备状态控制表302之间通过设备状态映射表303相互连接，并通过设备控制表301和设备状态控制表302将信息传递给运算单元1，由运算单元1将接收的所有设备信息存储在数据存储模块4中；
数据存储模块4包括读写控制器401、设备数据映射表402、地址控制器403和存储矩阵404；运算单元1将接收的数据信息通过读写控制器401解读数据后，将设备的地址信号通过地址控制器403存储在存储矩阵404中，而设备自身的数据信号通过设备数据映射表402存储在存储矩阵404中；存储矩阵404与运算单元1相连；
路由模块5包括路由地址读写器501、路由映射表502和路由地址锁存器503，运算单元1通过设备监控模块3监控的地址数据通过内部运算传输给路由地址读写器501；通过路由地址读写器501对地址信号进行运算提取，一方面发送给路由地址映射的路由映射表502中，另一方面将路由地址锁存在路由地址锁存器503中。
网络控制模块2、设备监控模块3、数据存储模块4及路由模块5内部信号均采用双线传输，可实时更新其内部信号。
所有的网络控制模块2网络间通过现场总线和运算单元1相互配合通信，现场总线传输方式包括但不局限于通过RS485，RS422或者CAN总线。
设备监控模块3在实时监控和网络诊断过程中，当检查的设备都是正常使用的，将设备的数据信息和地址均存储在对应的数据存储模块4，而当该设备通讯状态为数据包丢失或网络中断时，自动将此信息存储于数据存储模块4中，并通过运算单元1将信号实时反馈到路由模块5和网络控制模块2。
具体的：结合上述对分层网络网关控制器的实施例，实现该实施例主要包括如下步骤：
S1：首先由设备监控模块3实时的提取设备的控制参数和状态参数；
S2：根据该控制参数存储该设备监控模块3的地址数据；并通过运算单元1实时的将地址数据存储在网络控制模块2和路由模块5中，如果该处地址数据因为设备本身的原因发生变化，设备监控模块3实时的将数据通过运算单元1反馈到网络控制模块2和路由模块5中，从而得到及时的更改；若因为网络地址发生变化，运算单元1首先与网络控制模块2中数据缓冲器201进行配对，一旦发现问题，有运算单元1重新调整该处设备的地址；
S3：数据存储模块4中的读写控制器401及时读取运算单元1反馈的信息，并根据该层设备监控模块3中显示的状态参数对数据存储模块4中的设备数据映射表进行配比，并存储；
S4：综上S1-S3，将所有的信息配对后，由运算单元1通过现场总线将所有的分层网络网关控制器联系在一起，并及时输入终端。
本发明将工业生产上需要使用网络的地方分成若干层网络网关控制器，相当于现场总线上的若干个节点，一个节点代表一层网络网关控制器，而所有的网络网关控制器之间的网络通信都通过运算单元1控制连接；而对于每一层上的网络网关控制器处于打开的状态，每一层的网络网关控制器中的设备监控模块3的信息通过运算单元1运算转换后，将数据信息存储在数据存储模块4中，地址信号存储在该层路由模块5和网络控制模块2中的地址锁存器中；因此外部操作者跳过中间中转站，可直接通过外接终端直接提取生产设备的信息，而且信息来源还来至原来的设备，没发生任何变化，直接简化中间转换过程，降低分层网络成本，提高网络响应速度。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (4)
1.一种工业总线的分层网络网关控制器，其特征在于，包括负责该工业总线上数据运算的运算单元（1），以及每一层网络网关控制的网络控制模块（2）、设备监控模块（3）、数据存储模块（4）及路由模块（5）；
网络控制模块（2）包括数据缓冲器（201）、I/O控制器（202）、状态控制表（203）和地址锁存器（204），其中运算单元（1）与I/O控制器（202）之间通过数据缓冲器（201）相连，数据缓冲器（201）IO口收发的数据进行存储；且运算单元（1）将运算的网络控制信号及时传递给状态控制表（203）中，状态控制表（203）与I/O控制器（202）对IO口的状态的控制实时显示在状态控制表（203）上，而状态控制表（203）将接收到运算单元（1）上的信号传递给I/O控制器（202），而IO口的地址通过I/O控制器（202）和运算单元（1）及时反馈到地址锁存器（204），并通过运算单元（1）存储在数据缓冲器（201）中；
设备监控模块（3）包括记录当前控制器下的所有设备信息的设备控制表（301）、以及所有的设备当前状态的设备状态控制表（302）和设备状态映射的设备状态映射表（303），设备控制表（301）和设备状态控制表（302）之间通过设备状态映射表（303）相互连接，并通过设备控制表（301）和设备状态控制表（302）将信息传递给运算单元（1），由运算单元（1）将接收的所有设备信息存储在数据存储模块（4）中；
数据存储模块（4）包括读写控制器（401）、设备数据映射表（402）、地址控制器（403）和存储矩阵（404）；运算单元（1）将接收的数据信息通过读写控制器（401）解读数据后，将设备的地址信号通过地址控制器（403）存储在存储矩阵（404）中，而设备自身的数据信号通过设备数据映射表（402）存储在存储矩阵（404）中；存储矩阵（404）与运算单元（1）相连；
路由模块（5）包括路由地址读写器（501）、路由映射表（502）和路由地址锁存器（503），运算单元（1）通过设备监控模块（3）监控的地址数据通过内部运算传输给路由地址读写器（501）；通过路由地址读写器（501）对地址信号进行运算提取，一方面发送给路由地址映射的路由映射表（502）中，另一方面将路由地址锁存在路由地址锁存器（503）中。
2.根据权利要求1的一种工业总线的分层网络网关控制器，其特征在于，网络控制模块（2）、设备监控模块（3）、数据存储模块（4）及路由模块（5）内部信号均采用双线传输，可实时更新其内部信号。
3.根据权利要求1的一种工业总线的分层网络网关控制器，其特征在于，所有的网络控制模块（2）网络间通过现场总线和运算单元（1）相互配合通信，现场总线传输方式包括但不局限于通过RS485，RS422或者CAN总线。
4.根据权利要求1的一种工业总线的分层网络网关控制器，其特征在于，设备监控模块（3）在实时监控和网络诊断过程中，当检查的设备都是正常使用的，将设备的数据信息和地址均存储在对应的数据存储模块（4），而当该设备通讯状态为数据包丢失或网络中断时，自动将此信息存储于数据存储模块（4）中，并通过运算单元（1）将信号实时反馈到路由模块（5）和网络控制模块（2）。
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