CN110673552B - 一种实时工业物联网信令方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时工业物联网信令方法和系统。其中的方法实施例，包括了以下步骤：S10，对生产线的控制点进行分类规划，确定执行驱动器数量、位置、控制指令的格式、总信道数；S20，根据总信道数，确定若干备用信道，确定各信道的频率点；S30，设置各信道的信道频率、通信方式、信道速率；S40，确定每个执行控制器控制指令的数量，对生产线的控制指令建立指令编码分配表；S50，中央控制器向各执行控制器发送控制指令，各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作。本发明有效解决生产线控制系统布线复杂的问题，同时还能确保系统的性能，提供了一种适用于实时控制的无线信令通信方法和系统。
Description
技术领域
本发明属于工程控制领域，特别涉及一种实时工业物联网信令方法和系统。
背景技术
在大量的生产线和大型设备控制系统中，由于生产线的体量很大，通常一条生产线短则几十米，长则上百米，控制点多并且分散。执行机构远离中央控制器，控制信号要通过很长的信号线来连接。对于一条生产线而言，大量信号线需要采用各种布线技术，投入大量的人力和物力，不但提高了成本，还影响了系统的可靠性。因此，有必要研发一种施工方便、成本低、功能灵活、适应生产线控制系统的实时性强、可靠性高的通信方式，无线通信当仁不让将成为首选。如何让无线通信达到生产线控制系统所需的实时性、可靠性要求，采用哪些技术手段来解决实用性的问题，这是物联网技术能否在工业中广泛应用首要解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种实时工业物联网信令方法和系统，有效解决生产线控制系统布线复杂的问题，同时还能确保系统的性能，将中央控制器的执行指令通过8比特编码形成指令码，中央控制器采用无线模块发送，同一信道下的所有执行控制器同时收到来自中央控制器的指令码，执行控制器根据指令码驱动相应的执行驱动器，进而使运动机构动作，从而实现整个生产线的有序控制。
为达到上述目的，本发明提供了一种实时工业物联网信令方法，包括以下步骤：
S10，对生产线的控制点进行分类规划，确定执行驱动器数量、位置、控制指令的格式、总信道数；
S20，根据总信道数，确定若干备用信道，确定各信道的频率点；
S30，设置各信道的信道频率、通信方式、信道速率；
S40，确定每个执行控制器控制指令的数量，对生产线的控制指令建立指令编码分配表；
S50，中央控制器向各执行控制器发送控制指令，各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作。
优选地，所述控制指令的许用码采用偶校验码。
优选地，所述偶校验码采用8比特的偶校验码，最小码距为2。
优选地，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用无线数据通信方式。
优选地，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用无线广播通信方式。
优选地，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式。
基于上述目的，本发明还提供了采用上述一种实时工业物联网信令方法的系统，包括：中央控制器、若干信道、若干执行控制器、若干执行驱动器和若干运动机构，其中，
中央控制器，通过若干信道向各执行控制器发送控制指令；各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作；
若干运动机构位于生产线上，一个运动机构由一个执行驱动器驱动；一个执行控制器控制若干个执行驱动器，一个信道向若干个执行控制器传输中央控制器发送的控制指令。
优选地，所述中央控制器通过若干信道向各执行控制器发送控制指令，采用无线数据通信方式。
优选地，所述中央控制器通过若干信道向各执行控制器发送控制指令，采用无线广播通信方式。
优选地，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式。
本发明的有益效果至少在于：
1、提供的信道分配方法，信道的总容量为256个，每个信道采用无线通信方式，每个信道可驱动111个开关量执行驱动器和15个数字量执行驱动器，简洁的无线广播通信方式提高系统的运行效率，确保实时性的要求；充足的可用信道不用担心系统的容量问题，而充足的可用信道可以实现以容量换实时性的能力，即，增加信道数可以减少通信的延时，提高实时性；
2、提供的8比特指令码，融合了通信技术中的检错码技术，8比特指令码采用偶校验码的编码方式，偶校验码的最小码距为2，可以有效防止通信中单比特误码产生误控制；8比特偶校验码共有128个码组，0x00和0xFF不用，剩下有126个许用码，为满足非开关量控制的需要，大于等于0xE0的编码共计15个，用于多比特的数据传输，这样，单个信道可供开关量传输的许用码有111个，可以满足小于100个开关量执行驱动器的生产线控制系统应用；当生产线控制系统规模增大时，可以通过增加不同信道的无线模块来扩容，这样，系统的通信能力和控制点容量将成倍增加。
3、提供的多比特的数据传输方式，采用引导字节和地址合用一个8比特码的方法，大于等于0xE0的编码用作多比特的数据传输的引导字节，不同的15个引导字节还可以对应15个不同的地址，实现一码两用的功能，提高编码效率。而在引导字节后面传输数据的数量可以根据实际需要任意定义；
4、提供的3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式，单工发送大大简化了控制指令的传输，效率高，但可靠性低，为了提高控制指令传输的可靠性，中央控制器发送每条控制指令时，采用连续3次重复发送，这样能够减少传输的延时，同时又能提高可靠性。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例的实时工业物联网信令方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的实时工业物联网信令系统的结构示意图；
图3为本发明实施例的实时工业物联网信令方法或系统中信道分配示意图；
图4为本发明实施例的实时工业物联网信令方法或系统中控制指令编码示意图；
图5为本发明实施例的实时工业物联网信令方法或系统中控制指令编码许用码表；
图6为本发明实施例的实时工业物联网信令方法或系统中控制指令编码分配示意图；
图7为本发明实施例的实时工业物联网信令方法或系统中数值型控制指令编码示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
参见图1，所示为本发明实施例的实时工业物联网信令方法的步骤流程图，包括以下步骤：
S10，对生产线的控制点进行分类规划，确定执行驱动器数量、位置、控制指令的格式、总信道数；
S20，根据总信道数，确定若干备用信道，确定各信道的频率点；
S30，设置各信道的信道频率、通信方式、信道速率；
S40，确定每个执行控制器控制指令的数量，对生产线的控制指令建立指令编码分配表；
S50，中央控制器向各执行控制器发送控制指令，各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作。
参见图2，为系统的结构示意图，包括：中央控制器、若干信道、若干执行控制器、若干执行驱动器和若干运动机构，其中，
中央控制器，通过若干信道向各执行控制器发送控制指令；各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作；
若干运动机构位于生产线上，一个运动机构由一个执行驱动器驱动；一个执行控制器控制若干个执行驱动器，一个信道向若干个执行控制器传输中央控制器发送的控制指令。
这里把一条生产线按功能或结构分成若干个部套，一个部套中有一个执行控制器，对应一个单一信道；一个执行控制器可以控制多个执行驱动器，所有执行控制器的执行驱动器总和就是生产线的总控制点数；中央控制器完成各种控制算法的运行。
具体实施例中，信道的总容量为256个，每个信道采用广播通信方式，每个信道可驱动111个开关量执行驱动器和15个数字量执行驱动器，简洁的广播通信方式能提高系统的运行效率，确保实时性的要求；充足的可用信道不用担心系统的容量问题，而充足的可用信道可以实现以容量换实时性的能力，即，增加信道数可以减少通信的延时，提高实时性。根据生产线的需要，合理分配信道，使得信道间隔足够远，同时考虑扩容的需要，本例中留有5个备用信道。实际中是有的信道数很少的，一般不会超过5个。参见图3，为了减少相邻信道的干扰，尽可能扩大相邻信道的频率间隔，信道的数据速率选用40kbps，信道的频率间隔选择0.1MHz，可用信道从900MHz至925.5MHz，共计256个。例如系统需要Q个信道，考虑备用信道5个，这样需要分配的总信道数为Q+5个，各信道频率为900MHz+((INT(255/(Q+5))/10)*i)，i＝0，1，2，…，Q-4。
控制指令的许用码采用8比特的偶校验码，最小码距为2，可以有效防止通信中单比特误码产生误控制。参见图4，21代表编码的高4位，对应于16进制的X；22代表低4位的前三位，与高4位构成7位信息位，总共有128组编码；23代表编码的最后1位，对应于偶校验码的校验位，与22一起构成后4位，对应于16进制的Y；24代表8比特编码对应的2位16进制码0xXY；小于0xE0的用于开关量控制指令，大于0xE0的用于数据传输，数值型控制指令码有15个，25代表开关量控制指令码；26代表数值型控制指令码8比特偶校验码。共有128个码组，0x00和0xFF不用，剩下有126个许用码。为满足非开关量控制的需要，大于等于0xE0的编码共计15个，用于多比特的数据传输。这样，单个信道可供开关量传输的许用码有111个，可以满足小于100个开关量控制点的生产线控制系统应用，当生产线控制系统规模增大时，可以通过增加不同信道的无线模块来扩容，这样，系统的通信能力和控制点容量将成倍增加。
参见图5，列出了所有的许用码，许用码采用偶校验码,码距＝2，8比特，0x00和0xFF弃用，许用码总数为128-2＝126个，大于0xE0的用于数据传输，数值型控制指令码有15个，开关量指令许用码有126-15＝111个。
参见图6，所示的指令编码分配表中，中央控制器和执行控制器的程序可以通过这张指令编码分配表分别完成程序设计，执行控制器的程序根据接收的指令编码来驱动或终止运动机构的运动，不用考虑控制算法，所以执行控制器对处理器的要求较低。中央控制器采用高端的处理器，其主要任务是完成各种控制算法，配置比较高，因不需要太多的执行控制，对端口的需求减少，控制算法的执行效率更高。
参见图7，所示的数值型指令编码方法中，数值型指令分为8比特和16比特两种，图中标示为27和28。引导字节为0xE0～0xEF的为8比特偶校验编码的数值型指令，总共有8个引导字节，结合图5所示的指令编码许用码表，对应于8个地址，可实现对8个单字节数值型执行驱动器的控制。引导字节为0xF0～0xFE的为16比特偶校验编码的数值型指令，总共有7个引导字节，对应于7个地址，可实现对7个双字节数值型执行驱动器的控制。数值型指令主要用于对实时性要求不高的配置数据的传输、阀值控制、运行数据的传输等场合。
本发明提供的3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式，单工发送大大简化了控制指令的传输，效率高，但可靠性低，为了提高控制指令传输的可靠性，中央控制器发送每条控制指令时，采用连续3次重复发送，这样能够减少传输的延时，同时又能提高可靠性。而对于高可靠性要求的系统，采用双工确认重发的双工检错重发方式。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (8)
1.一种实时工业物联网信令方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10，对生产线的控制点进行分类规划，确定执行驱动器数量、位置、控制指令的格式、总信道数；
S20，根据总信道数，确定若干备用信道，确定各信道的频率点；
S30，设置各信道的信道频率、通信方式、信道速率；
S40，确定每个执行控制器控制指令的数量，对生产线的控制指令建立指令编码分配表；
S50，中央控制器向各执行控制器发送控制指令，各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作；
所述控制指令的许用码采用偶校验码；
所述偶校验码采用8比特的偶校验码，最小码距为2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用无线数据通信方式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用无线广播通信方式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式。
5.一种实时工业物联网信令系统，其特征在于，包括：中央控制器、若干信道、若干执行控制器、若干执行驱动器和若干运动机构，其中，
中央控制器，通过若干信道向各执行控制器发送控制指令；各执行控制器再根据控制指令驱动执行驱动器，执行驱动器使运动机构动作；
若干运动机构位于生产线上，一个运动机构由一个执行驱动器驱动；一个执行控制器控制若干个执行驱动器，一个信道向若干个执行控制器传输中央控制器发送的控制指令；
所述控制指令的许用码采用偶校验码，所述偶校验码采用8比特的偶校验码，最小码距为2。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中央控制器通过若干信道向各执行控制器发送控制指令，采用无线数据通信方式。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中央控制器通过若干信道向各执行控制器发送控制指令，采用无线广播通信方式。
8.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述中央控制器向各执行控制器发送控制指令采用3次重复单工发送和双工检错重发相结合的方式。
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