CN112596484A - 一种通信系统及工业控制系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种通信系统及工业控制系统，该通信系统包括主控底板、网关底板及连接主控底板和网关底板的以太网总线，主控底板包括主控背板总线，主控背板总线上挂接有控制模块、转接模块及n个主控功能模块，网关底板包括网关背板总线，网关背板总线上挂接有网关模块和m个从控功能模块，其中：控制模块，用于按主控背板总线协议发送初始报文至主控功能模块或转接模块；转接模块，用于将初始报文转换为与以太网协议对应的中间报文；网关模块，用于将接收到的中间报文转换为与网关背板总线协议对应的目标报文，并将目标报文发送到对应的从控功能模块。本申请使控制器所带功能模块的数量大幅增加，进而使得系统通信容量也得到大幅度提升。

Description

一种通信系统及工业控制系统
技术领域
本申请涉及工业控制领域，特别涉及一种通信系统及工业控制系统。
背景技术
随着工业现场自动化的发展，在设计总线拓扑结构时，需要综合考虑实时性、容量、可靠性等多重因素，根据不同的应用场合选择最优的总线拓扑结构。目前常用的总线拓扑结构为通过以太网总线连接主控底板中和网关底板，在进行控制时，由主控底板中的控制器输出以太网协议对应的报文直接对网关底板进行控制，考虑到背板内部总线与现场总线(如以太网总线)分别对应不同的通信协议，因此，采用现有的总线拓扑结构，仅可在网关底板上进行功能模块的扩展，从而导致控制器所带功能模块数量较少，无法满足各种各样的工业现场需求。
因此，如何提供一种解决上述技术问题的方案是本领域技术人员目前需要解决的问题。
发明内容
本申请的目的是提供一种通信系统及工业控制系统，使控制器所带功能模块的数量大幅增加，进而使得系统通信容量也得到大幅度提升。
为解决上述技术问题，本申请提供了一种通信系统，包括主控底板、网关底板及连接所述主控底板和所述网关底板的以太网总线，所述主控底板包括主控背板总线，所述主控背板总线上挂接有控制模块、转接模块及n个主控功能模块，所述网关底板包括网关背板总线，所述网关背板总线上挂接有网关模块和m个从控功能模块，m和n均为正整数，其中：
所述控制模块，用于按主控背板总线协议发送初始报文至所述主控功能模块或所述转接模块；
所述转接模块，用于将所述初始报文转换为与以太网协议对应的中间报文；
所述网关模块，用于将接收到的所述中间报文转换为与网关背板总线协议对应的目标报文，并将所述目标报文发送到对应的从控功能模块。
优选的，所述以太网总线以星形网络结构或树状网络结构进行拓扑。
优选的，所述主控背板总线和所述以太网总线的链路层和应用层的通信协议相同，所述主控背板总线和所述以太网总线的物理层的通信协议不同；
所述转接模块，具体用于对所述初始报文进行物理层协议转换操作，得到与以太网协议对应的中间报文。
优选的，所述控制模块包括互为热备的第一控制器和第二控制器。
优选的，所述主控底板包括两条主控背板总线，所述控制模块通过两条所述主控背板总线与n个所述主控功能模块连接。
优选的，所述转接模块包括与两条所述主控背板总线分别连接的第一转接设备和第二转接设备。
优选的，每一所述网关底板包括两条网关背板总线，所述网关模块通过两条所述网关背板总线与m个所述从控功能模块连接。
为解决上述技术问题，本申请还提供了一种工业控制系统，包括如上文任意一项所述的通信系统。
本申请提供了一种通信系统，在主控底板上设置转接模块，通过该转接模块将背板总线协议格式的报文转换为以太网总线协议格式的报文，从而使控制器既可以通过主控背板总线向主控底板上的主控功能模块传输报文，也可以通过转接模块和以太网总线向网关底板传输报文，保证主控底板和网关底板均可以进行扩展，从而使控制器所带功能模块的数量大幅增加，进而使得系统通信容量也得到大幅度提升。本申请还提供了一种工业控制系统，具有和上述通信系统相同的有益效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请所提供的一种通信系统的结构示意图。
具体实施方式
本申请的核心是提供一种通信系统及工业控制系统，使控制器所带功能模块的数量大幅增加，进而使得系统通信容量也得到大幅度提升。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参照图1，图1为本申请所提供的一种通信系统的结构示意图，该通信系统包括主控底板1、网关底板2及连接主控底板1和网关底板2的以太网总线3，主控底板1包括主控背板总线11，主控背板总线11上挂接有控制模块12、转接模块14及n个主控功能模块13，网关底板2包括网关背板总线21，网关背板总线21上挂接有网关模块22和m个从控功能模块23，m和n均为正整数，其中：
控制模块12，用于按主控背板总线协议发送初始报文至主控功能模块13或转接模块14；
转接模块14，用于将初始报文转换为与以太网协议对应的中间报文；
网关模块22，用于将接收到的中间报文转换为与网关背板总线协议对应的目标报文，并将目标报文发送到对应的从控功能模块23。
具体的，本实施例中主控底板1上包括主控背板总线11，主控背板总线11上挂接有控制模块12和n个主控功能模块13，控制模块12可以通过主控背板总线11和n个主控功能模块13进行数据交互，完成控制模块12对主控功能模块13的控制，由于控制模块12可以按主控背板总线协议发送报文，因此，可以在主控底板1上设置n个主控功能模块13，这里的主控功能模块13具体可以为重要优先级比较高的功能模块，从而保证控制的高效性、可靠性。这里的功能模块包括但不限于采集模块、模拟量输出模块等。
具体的，主控底板1和网关底板2之间通过以太网总线3连接，本实施例中，网关底板2的个数可以为一个也可以为多个，本实施例在此不做限定。考虑到在实际应用中，背板总线和现场总线采用不同的通信协议，因此，本实施例中，主控底板1上的主控背板总线11上还挂接有转接模块14，用于进行协议转换操作，将控制模块12按主控背板总线协议发送的初始报文，按以太网总线协议的格式进行转换，得到中间报文，传输给网关底板2上的网关模块22，网关模块22通过网关背板总线21与网关底板2上的m个从控功能模块23连接，网关模块22在接收到中间报文后，按网关背板总线协议的格式进行转换，得到目标报文，然后通过网关背板总线21将该目标报文发送给对应的从控功能模块23，从而实现控制模块12对网关底板2上的从控功能模块23的控制。可以理解的是，本实施例中的报文可以包括数据、配置、指令、地址等内容。可以理解的是，本实施例通过在主控底板1的主控背板总线11上挂接转接模块14，以及在网关底板2的网关背板总线21上挂接网关模块22，并利用以太网总线3连接转接模块14和网关模块22，实现了在单一背板内各模块可基于背板总线进行高速通信的基础上，还能够实现不同背板间基于以太网总线3的高速通信。
进一步的，本实施例中，可以分为两层网络，第一层为实时控制网络，控制模块12(主站)通过主控背板总线11与主控功能模块13(从站)进行高速通信，通信速率达到百兆以上，主控底板1上设置有转接模块14可以将主控背板总线协议的报文转换为以太网协议的报文，从而实现主控底板1与其他网关底板2上的网关模块22的高速通信，其中，以太网总线3以星形网络结构或树状网络结构实现拓扑，主控背板总线11具体可以选用高速背板总线，如MLVDS(Multipoint low Voltage Differential Signaling，多点低压差分信号)总线。第二层网络为网关后端IO总线网络，物理层使用背板串行总线(如MLVDS、485总线等)通信连接各IO模块，链路及应用层可以选用Profibus-DP、Modbus等协议。网关模块22作为第一层网络和第二层网络的连接点，负责两层网络的协议转换和数据转换。网关模块22作为第一层网络协议的从站，受控制模块12(主站)的总线调度，同时它又作为第二层网络协议的主站，控制着它下级网络的各从站模块进行网络通信。采用上述两层网络的设计可以提高系统通信的可靠性，一个网关底板2内的模块间通信故障不会扩散到其他网关底板2内的模块间的通信，实现了通信网络的背板间故障隔离，同时，两层网络的拓扑结构可以让控制模块12所带模块的数量大幅增加，系统通信容量也得到大幅提升。
可见，本实施例中，在主控底板1上设置转接模块14，通过该转接模块14将背板总线协议格式的报文转换为以太网总线协议格式的报文，从而使控制器既可以通过主控背板总线11向主控底板1上的主控功能模块13传输报文，也可以通过转接模块14和以太网总线3向网关底板2传输报文，保证主控底板1和网关底板2均可以进行扩展，从而使控制器所带功能模块的数量大幅增加，进而使得系统通信容量也得到大幅度提升。
在上述实施例的基础上：
作为一种优选的实施例，主控背板总线11和以太网总线3的链路层和应用层的通信协议相同，主控背板总线11和以太网总线3的物理层的通信协议不同；
转接模块14，具体用于对初始报文进行物理层协议转换操作，得到与以太网协议对应的中间报文。
具体的，在第一层网络中，主控背板总线11和以太网总线3除了物理层不一样，链路层及应用层以上使用同一种通信协议，如可以选用Powerlink、EtherCAT等协议，通信协议从转接模块14透传过去，转接模块14不作为协议栈的一个站点存在，也不需要对协议报文进行深度解析。当主控底板1上的控制模块12向任一网关底板2上的网关模块22发送报文时，该报文会经由转接模块14以仅改变物理层通信协议的方式，通过以太网总线3传输至该网关模块22，该网关模块22会对接收到的报文进行通信协议转换，使转换后得到的报文能够在该网关底板2的网关背板总线21中传输。
作为一种优选的实施例，控制模块12包括互为热备的第一控制器和第二控制器。
具体的，控制模块12中包括互为热备的第一控制器和第二控制器，两个控制器的控制输出端均与从控功能模块23连接，从控功能模块23内部预设有数据接收逻辑，选择接收哪一个控制器发送的报文。
具体的，两个控制器互相监控对方的状态，假设从控功能模块23当前默认接收第一控制器发送的报文，当第一控制器异常时，可以通过第二控制器调整从控功能模块23的数据接收逻辑，使从控功能模块23接收第二控制器发送的报文，从而提高通信系统的可靠性。
作为一种优选的实施例，主控底板1包括两条主控背板总线11，控制模块12通过两条主控背板总线11与n个主控功能模块13连接。
作为一种优选的实施例，转接模块14包括与两条所述主控背板总线11分别连接的第一转接设备和第二转接设备。
作为一种优选的实施例，每一网关底板2包括两条网关背板总线21，网关模块22通过两条网关背板总线21与m个从控功能模块23连接。
具体的，主控底板1与网关底板2中的背板总线均采用双路冗余、且主控底板1与各网关底板2间的以太网总线3也采用双路冗余，进一步提高通信的可靠性。
另一方面，本申请还提供了一种工业控制系统，包括如上文任意一项的通信系统。
对于本申请所提供的一种工业控制系统的介绍请参照上述实施例，本申请在此不再赘述。
本申请所提供的一种工业控制系统具有和上述通信系统相同的有益效果。
还需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的状况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种通信系统，其特征在于，包括主控底板、网关底板及连接所述主控底板和所述网关底板的以太网总线，所述主控底板包括主控背板总线，所述主控背板总线上挂接有控制模块、转接模块及n个主控功能模块，所述网关底板包括网关背板总线，所述网关背板总线上挂接有网关模块和m个从控功能模块，m和n均为正整数，其中：
所述控制模块，用于按主控背板总线协议发送初始报文至所述主控功能模块或所述转接模块；
所述转接模块，用于将所述初始报文转换为与以太网协议对应的中间报文；
所述网关模块，用于将接收到的所述中间报文转换为与网关背板总线协议对应的目标报文，并将所述目标报文发送到对应的从控功能模块。
2.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述以太网总线以星形网络结构或树状网络结构进行拓扑。
3.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述主控背板总线和所述以太网总线的链路层和应用层的通信协议相同，所述主控背板总线和所述以太网总线的物理层的通信协议不同；
所述转接模块，具体用于对所述初始报文进行物理层协议转换操作，得到与以太网协议对应的中间报文。
4.根据权利要求1所述的通信系统，其特征在于，所述控制模块包括互为热备的第一控制器和第二控制器。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的通信系统，其特征在于，所述主控底板包括两条主控背板总线，所述控制模块通过两条所述主控背板总线与n个所述主控功能模块连接。
6.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，所述转接模块包括与两条所述主控背板总线分别连接的第一转接设备和第二转接设备。
7.根据权利要求5所述的通信系统，其特征在于，每一所述网关底板包括两条网关背板总线，所述网关模块通过两条所述网关背板总线与m个所述从控功能模块连接。
8.一种工业控制系统，其特征在于，包括如权利要求1-7任意一项所述的通信系统。
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