CN110830566B - 可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统，所述可编程逻辑控制器包括通信接口、数据包转发控制器、网络协议适配器、CODESYS通信组件以及非CODESYS通信组件；数据包转发控制器对CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据进行解析，并将解析后的数据转发到网络协议适配器，网络协议适配器将解析后的数据分发到CODESYS通信组件或者非CODESYS通信组件，最后发送到服务器端。本申请解决了现有基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案，存在的用户需要连接两个以太网接口，操作上不方便的问题；降低了硬件设计成本，便于维护与调试。

Description

可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统。
背景技术
CODESYS是Controlled Development System的缩写，CODESYS是德国3S(SMART，SOFTWARE，SOLUTIONS)公司研发的一款与制造商无关的PLC内核软件。CODESYS系统包含两部分CODESYS Control Runtime System和CODESYS Development System，其中CODESYSControl Runtime System为实时内核(RTS)，运行在PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)内；CODESYS Development System是PC端的集成开发环境(IDE，Integrated Development Environment)，用于IEC App编程，编译、程序下载及调试。
CODESYS Development System和CODESYS Control Runtime System之间利用网络通信进行数据交互，在CODESYS的实时内核(RTS)中，通信组件是一个典型的七层网络分层结构，CODESYS的网络通信模型可参考附图1所示。
通常在PLC设备中，除了需要实现上述CODESYS Development System和CODESYSControl Runtime System之间的网络通信，还需要满足其它网络应用的要求，适应更多的实际场景，例如支持人机交互界面、后台监控软件等。
一般地，基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案有以下两种：
1.如图2所示，采用两个MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)，一个MCU单独运行CODESYS Control Runtime System，负责与CODESYS上位机进行通信，另一个MCU单独运行其它网络协议和应用，两个以太网口完全独立。
若采用这种方案，网络通信在链路上是独立，MCU之间需要进行内部通信，优点在于CODESYS网络通信运行稳定可靠，但是两套MCU间需要实现复杂的通信协议进行交互，并且用户需要连接两个网口，操作上不方便。
2.如图3所示，采用单个MCU并扩展网络接口，将其中一个网口单独用于CODESYS通信，另一个用于其它网络应用。
图3所示方案采用扩展以太网接口，网络通信在链路上也是独立，优点在于成本比方案1低一些，有的MCU支持双网口，无需扩展，但与方案1类似地，用户需要连接两个网口。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统，以解决现有基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案，存在的用户需要连接两个以太网接口，操作上不方便的问题。
本申请解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
根据本申请的一个方面，提供的一种可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器包括通信接口、数据包转发控制器、网络协议适配器、CODESYS通信组件以及非CODESYS通信组件；
所述通信接口用于获取CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据；
所述数据包转发控制器用于对所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据进行第一解析，并将第一解析后的数据转发到所述网络协议适配器；所述网络协议适配器用于将解析后的数据分发到所述CODESYS通信组件或者所述非CODESYS通信组件；
所述CODESYS通信组件用于将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器，所述非CODESYS通信组件用于将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器。
根据本申请的另外一个方面，提供的一种可编程逻辑控制器的处理方法，所述可编程逻辑控制器的处理方法包括：
通信接口获取CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据；
数据包转发控制器对所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据进行解析，并将解析后的数据转发到网络协议适配器；
网络协议适配器将解析后的数据分发到CODESYS通信组件或者非CODESYS通信组件；
CODESYS通信组件将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器和/或非CODESYS通信组件将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器。
根据本申请的另外一个方面，提供的一种单网口多网络通信系统，所述单网口多网络通信系统包括第一方面所述的可编程逻辑控制器，与所述可编程逻辑控制器通信连接的CODESYS通信客户端、非CODESYS通信客户端、CODESYS通信服务器以及非CODESYS通信服务器。
本申请实施例的可编程逻辑控制器及其处理方法、单网口多网络通信系统，解决了现有基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案，存在的用户需要连接两个以太网接口，操作上不方便的问题；降低了硬件设计成本，便于维护与调试。
附图说明
图1为CODESYS的网络通信模型示意图；
图2为多网口多网络通信系统示意图；
图3为另一多网口多网络通信系统示意图；
图4为本申请实施例的单网口多网络通信系统示意图；
图5为本申请实施例的单网口多网络通信系统的数据接收流程示意图；
图6为本申请实施例的单网口多网络通信系统的数据发送流程示意图；
图7-图8为本申请实施例的单网口多网络通信系统实施方式一示意图；
图9-图10为本申请实施例的单网口多网络通信系统实施方式二示意图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语中“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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申请和简化描述，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申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
第一实施例
请参考图4所示，本申请第一实施例提供一种可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器10包括通信接口101、数据包转发控制器102、网络协议适配器103、CODESYS通信组件104以及非CODESYS通信组件105；
所述通信接口101用于获取CODESYS通信客户端201和/或非CODESYS通信客户端202的通信数据；
所述数据包转发控制器102用于对所述CODESYS通信客户端201和/或所述非CODESYS通信客户端202的通信数据进行第一解析，并将第一解析后的数据转发到所述网络协议适配器103；所述网络协议适配器103用于将解析后的数据分发到所述CODESYS通信组件104或者所述非CODESYS通信组件105；
所述CODESYS通信组件104用于将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器301，所述非CODESYS通信组件105用于将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器302。
在本实施例中，所述通信接口为以太网通信接口。
在本实施例中，所述数据包转发控制器102和所述网络协议适配器103均在数据链路层或者TCP/IP协议应用层实现。
在一种实施方式中，所述可编程逻辑控制器还包括客户端通信数据缓存区；所述客户端通信数据缓存区用于存储所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据。
在一种实施方式中，所述CODESYS通信组件104用于封装所述CODESYS通信服务器301的通信数据；所述非CODESYS通信组件105用于封装所述非CODESYS通信服务器302的通信数据；
所述网络协议适配器103用于获取所述CODESYS通信组件104和/或所述非CODESYS通信组件105封装后的通信数据；
所述数据包转发控制器102还用于对述CODESYS通信组件104和/或所述非CODESYS通信组件105封装后的通信数据进行第二解析，并将第二解析后的数据通过所述通信接口发送到所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端。
在该实施方式中，所述可编程逻辑控制器还包括服务器通信数据缓存区；所述服务器通信数据缓存区用于存储第二解析后的数据。
进一步地，本申请实施例还提供一种单网口多网络通信系统。
在本实施例中，可编程逻辑控制器10、客户端20、服务器30构成单网口多网络通信系统。若客户端20软件运行不同PC上，单网口多网络通信系统还包括路由器或交换机(图中40所示)，客户端20通过路由器或交换机与可编程逻辑控制器10通信连接。
以下结合图5-图6对单网口多网络通信系统的数据接收和数据发送过程进行说明：
如图5所示的数据接收流程示意图。首先，以太网通信接口101接收客户端20的通信数据，并将接收到的通信数据缓存到Buffer缓存区。
接着数据包转发控制器102对客户端20的通信数据进行解析，根据协议类型将数据包转发到网络协议适配器103。网络协议适配器103分类管理不同的网络应用协议，并将以太网数据包发送到上层应用的API接口，完成网络数据的传递与拆包。网络协议适配器103可以根据实际的应用需求进行裁剪，实现特定的功能需求。
若解析后的数据为CODESYS通信数据，网络协议适配器103将解析后的数据分发到CODESYS通信组件104，由CODESYS通信组件104将CODESYS通信数据发送到CODESYS通信服务器301。
若解析后的数据为非CODESYS通信数据，网络协议适配器103将解析后的数据分发到非CODESYS通信组件105，由非CODESYS通信组件105将CODESYS通信数据发送到非CODESYS通信服务器302。
最后，清除Buffer缓存区的数据。
如图6所示的数据发送流程示意图。首先，应用层发送数据时，需要对网络数据进行封包处理，该过程一般在不同的通讯协议组件中进行处理，即由通信组件封装服务器30的通信数据。
数据封装后形成以太网数据包并转发到网络协议适配器103，网络协议适配器103采用阻塞方式查询并获取发送信号，当以太网通信接口101发送端口空闲时，则占用之(设置以太网通信接口被占用标志)；否则，CPU切换到其它任务执行。
以太网通信接口101发送端口空闲时，数据包转发控制器102解析数据并将数据缓存到数据发送缓存区，启动DMA(Direct Memory Access，直接存储器访问)发送数据。
以下以不同实施方式对单网口多网络通信系统进行说明：
实施方式1
如图7-图8所示，当客户端发出类型1网络通讯请求1，以太网模块接口接收数据后，数据包在数据链路层进行解析，并由数据链路层进行转发。类型1网络通讯请求1被推送到CODESYS通信组件，最后由CODESYS服务器端响应请求1，将数据返回到CODESYS上位机。
由于该方案在以太网的数据链路层进行了网络协议的解析与转发(图中虚线框所示)，因此单MCU单网口可以实现CODESYS与其它客户端的多网络通信需求，从而大大节约了硬件成本。
实施方式2
如图9-图10所示，当网络客户端发出类型1网络通讯请求1，以太网接口接收数据后，数据包在TCP/IP协议中进行封包/解包处理，并由TCP/IP协议应用层进行数据解析与转发。在应用层类型1网络通讯请求1被传递给CODESYS通信组件，最后由CODESYS服务器端响应请求1，将数据返回到CODESYS上位机。
由于该方案在TCP/IP协议应用层进行了网络协议的解析与转发(图中虚线框所示)，因此单MCU单网口可以实现CODESYS与其它客户端的多网络通信需求，从而大大节约了硬件成本。
本申请实施例的可编程逻辑控制器，解决了现有基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案，存在的用户需要连接两个以太网接口，操作上不方便的问题；降低了硬件设计成本，便于维护与调试。
第二实施例
本申请第二实施例提供一种可编程逻辑控制器的处理方法，所述可编程逻辑控制器的处理方法包括：
通信接口获取CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据；
数据包转发控制器对所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据进行解析，并将解析后的数据转发到网络协议适配器；
网络协议适配器将解析后的数据分发到CODESYS通信组件或者非CODESYS通信组件；
CODESYS通信组件将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器和/或非CODESYS通信组件将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器。
在一种实施方式中，所述可编程逻辑控制器的处理方法还包括：
CODESYS通信组件封装所述CODESYS通信服务器的通信数据和/或非CODESYS通信组件封装所述非CODESYS通信服务器的通信数据；
网络协议适配器获取所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据；
数据包转发控制器对所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据进行解析，并将解析后的数据通过通信接口发送到CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端。
本申请实施例的可编程逻辑控制器的处理方法，解决了现有基于CODESYS软内核的PLC设备常用的多网络通信方案，存在的用户需要连接两个以太网接口，操作上不方便的问题；降低了硬件设计成本，便于维护与调试。
以上参照附图说明了本申请的优选实施例，并非因此局限本申请的权利范围。本领域技术人员不脱离本申请的范围和实质内所作的任何修改、等同替换和改进，均应在本申请的权利范围之内。

Claims (10)

1.一种可编程逻辑控制器，其特征在于，所述可编程逻辑控制器包括通信接口、数据包转发控制器、网络协议适配器、CODESYS通信组件以及非CODESYS通信组件；
所述通信接口用于获取CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据；
所述数据包转发控制器用于对所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据进行第一解析，并将第一解析后的数据转发到所述网络协议适配器；所述网络协议适配器用于将解析后的数据分发到所述CODESYS通信组件或者所述非CODESYS通信组件；
所述CODESYS通信组件用于将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器，所述非CODESYS通信组件用于将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器。
2.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，
所述CODESYS通信组件用于封装所述CODESYS通信服务器的通信数据；所述非CODESYS通信组件用于封装所述非CODESYS通信服务器的通信数据；
所述网络协议适配器用于获取所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据；
所述数据包转发控制器还用于对所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据进行第二解析，并将第二解析后的数据通过所述通信接口发送到所述CODESYS通信客户端或所述非CODESYS通信客户端。
3.根据权利要求2所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括服务器通信数据缓存区；所述服务器通信数据缓存区用于存储第二解析后的数据。
4.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述数据包转发控制器和所述网络协议适配器均在数据链路层或者TCP/IP协议应用层实现。
5.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述可编程逻辑控制器还包括客户端通信数据缓存区；所述客户端通信数据缓存区用于存储所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据。
6.根据权利要求1所述的可编程逻辑控制器，其特征在于，所述通信接口为以太网通信接口。
7.一种可编程逻辑控制器的处理方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器的处理方法包括：
通信接口获取CODESYS通信客户端和/或非CODESYS通信客户端的通信数据；
数据包转发控制器对所述CODESYS通信客户端和/或所述非CODESYS通信客户端的通信数据进行解析，并将解析后的数据转发到网络协议适配器；
网络协议适配器将解析后的数据分发到CODESYS通信组件或者非CODESYS通信组件；
CODESYS通信组件将解析后的数据发送到CODESYS通信服务器和/或非CODESYS通信组件将解析后的数据发送到非CODESYS通信服务器。
8.根据权利要求7所述的可编程逻辑控制器的处理方法，其特征在于，所述可编程逻辑控制器的处理方法还包括：
CODESYS通信组件封装所述CODESYS通信服务器的通信数据和/或非CODESYS通信组件封装所述非CODESYS通信服务器的通信数据；
网络协议适配器获取所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据；
数据包转发控制器对所述CODESYS通信组件和/或所述非CODESYS通信组件封装后的通信数据进行解析，并将解析后的数据通过通信接口发送到CODESYS通信客户端或非CODESYS通信客户端。
9.一种单网口多网络通信系统，其特征在于，所述单网口多网络通信系统包括权利要求1-3任一所述的可编程逻辑控制器，与所述可编程逻辑控制器通信连接的CODESYS通信客户端、非CODESYS通信客户端、CODESYS通信服务器以及非CODESYS通信服务器。
10.根据权利要求9所述的单网口多网络通信系统，其特征在于，所述单网口多网络通信系统还包括路由器或交换机；
所述CODESYS通信客户端和所述非CODESYS通信客户端通过所述路由器或所述交换机与所述可编程逻辑控制器通信连接。
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