CN113301093A - 一种工业控制器软件远程升级系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种工业控制器软件远程升级系统，包括：无线网络、升级服务端和多个工业控制器；所述升级服务端与所述工业控制器通过所述无线网络能够实现自组网通信；所述升级服务端被配置为执行如下步骤：文件分段步骤、启动报文下发步骤、内容报文下发步骤、轮询步骤、接收成功判定步骤、成功率统计步骤和缺失升级文件段补发步骤；所述工业控制器被配置为执行如下步骤：判断启动报文步骤、应答启动报文步骤、应答轮询步骤、文件段接收判断步骤和升级步骤。以解决现有工业控制器采用烧录器方式进行软件升级，操作不便且对操作人员要求较高，以及现有有线控制线带宽有限且只能用于特定功能通信，不适合作为软件升级的通信线路等问题。

Description

一种工业控制器软件远程升级系统

技术领域

本申请涉及软件远程升级系统，具体涉及一种工业控制器软件远程升级系统。

背景技术

随着大规模集成电路以及计算机网络技术的不断发展，与工业自动化密切相关的控制器应用也越来越广泛，例如，工厂的电机控制器、能源控制器、信号控制器和机械控制器等等。通常，工业控制器的软件需要定期升级，以满足工业制造的不断发展和进步。

然而，现有工业控制器的软件升级一般通过烧录器进行，譬如ISP、JTAG和SWD等下载调试接口，但是很多控制器产品的结构上并没有引出这些端口，从而需要开盖处理，导致操作非常不便。并且，软件升级的过程无法对升级版本进行自动的维护管理，只能依赖人工记录的方式，容易发生错漏，以及大部分工业现场环境恶劣，对人工现场维护和操作的要求极高。另外，工业控制器设备是通过有线的方式进行控制，大部分通过CAN总线、485总线或者PROFIBUS通信线等进行数据交互和信号控制，但是，这类通信方式带宽有限，对实时性要求严格，且只能用于特定功能通信，不适合利用这类数据或控制总线进行额外的升级维护操作。

发明内容

本申请提供一种工业控制器软件远程升级系统，以解决现有工业控制器采用烧录器方式进行软件升级，操作不便且对操作人员要求较高，以及现有有线控制线带宽有限且只能用于特定功能通信，不适合作为软件升级的通信线路等问题。

一种工业控制器软件远程升级系统，包括：无线网络、升级服务端和多个工业控制器；所述升级服务端与所述工业控制器通过所述无线网络能够实现自组网通信；

所述升级服务端被配置为执行如下步骤：

文件分段步骤：将升级文件进行分段处理，并分配段号；

启动报文下发步骤：下发升级文件传输启动报文至所述工业控制器；

内容报文下发步骤：当接收到所述工业控制器应答的第一接收成功报文时，以广播的方式下发所述升级文件的所有段至所述工业控制器；

轮询步骤：下发查询文件报文至所述工业控制器，对所述工业控制器一一轮询文件接收信息，并进行记录；

接收成功判定步骤：根据所述工业控制器发送的文件接收反馈信息，判断每个所述工业控制器是否接收到所述升级文件的所有段；当所述工业控制器接收到所述升级文件的所有段时，判定所述工业控制器接收所述升级文件成功；

成功率统计步骤：统计所有所述工业控制器接收所述升级文件的接收成功率，并判断所述接收成功率是否达到目标值；

缺失升级文件段补发步骤：当所述接收成功率达到目标值时，补发缺失的升级文件段至所述工业控制器；发送完成后，完成此次升级文件发送流程；

所述工业控制器被配置为执行如下步骤：

判断启动报文步骤：接收所述升级文件传输启动报文，并判断所述升级文件传输启动报文是否合法；

应答启动报文步骤：当所述升级文件传输启动报文为合法时，向所述升级服务端应答所述第一接收成功报文；

应答轮询步骤：接收所述查询文件报文，向所述升级服务端发送所述文件接收反馈信息；

文件段接收判断步骤：判断是否接收到所述升级文件的所有段；

升级步骤：当接收到所述升级文件的所有段时，启动升级操作，完成此次升级流程。

由以上技术方案可知，本申请提供的一种工业控制器软件远程升级系统，包括：无线网络、升级服务端和多个工业控制器；所述升级服务端与所述工业控制器通过所述无线网络能够实现自组网通信；所述升级服务端被配置为执行如下步骤：文件分段步骤：将升级文件进行分段处理，并分配段号；启动报文下发步骤：下发升级文件传输启动报文至所述工业控制器；内容报文下发步骤：当接收到所述工业控制器应答的第一接收成功报文时，以广播的方式下发所述升级文件的所有段至所述工业控制器；轮询步骤：下发查询文件报文至所述工业控制器，对所述工业控制器一一轮询文件接收信息，并进行记录；接收成功判定步骤：根据所述工业控制器发送的文件接收反馈信息，判断每个所述工业控制器是否接收到所述升级文件的所有段；当所述工业控制器接收到所述升级文件的所有段时，判定所述工业控制器接收所述升级文件成功；成功率统计步骤：统计所有所述工业控制器接收所述升级文件的接收成功率，并判断所述接收成功率是否达到目标值；缺失升级文件段补发步骤：当所述接收成功率达到目标值时，补发缺失的升级文件段至所述工业控制器；发送完成后，完成此次升级文件发送流程；所述工业控制器被配置为执行如下步骤：判断启动报文步骤：接收所述升级文件传输启动报文，并判断所述升级文件传输启动报文是否合法；应答启动报文步骤：当所述升级文件传输启动报文为合法时，向所述升级服务端应答所述第一接收成功报文；应答轮询步骤：接收所述查询文件报文，向所述升级服务端发送所述文件接收反馈信息；文件段接收判断步骤：判断是否接收到所述升级文件的所有段；升级步骤：当接收到所述升级文件的所有段时，启动升级操作，完成此次升级流程。

通过本申请的工业控制器软件远程升级系统。应用局部无线网络，在升级服务端接入互联网的环境下，可以从公网随时下载需要升级的文件，并启动无线网络中的工业控制器进行升级，无需受限于有线网络的的带宽，实施方便。可以覆盖较大的网络通信范围。在最大限度的保证效率的同时，能够有效的对工业控制器进行可靠的升级，可避免人工现场升级操作较繁琐和安全性差等问题，成本低廉，可适用于大量的工业控制器的环境，提高可维护性和经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种工业控制器软件远程升级系统拓扑图；

图2为图1所示升级服务端执行一次升级文件发送流程的流程图；

图3为图2所示工业控制器执行一次升级流程的流程图。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，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的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。

图1为本申请实施例提供的一种工业控制器软件远程升级系统拓扑图，图2为图1所示升级服务端执行一次升级文件发送流程的流程图，图3为图2所示工业控制器执行一次升级流程的流程图。结合图1-图3，本申请实施例提供的工业控制器软件远程升级系统，包括：无线网络1、升级服务端2和多个工业控制器3；升级服务端2与工业控制器3通过无线网络1能够实现自组网通信。自组网通信可以采用LoRa(Long Range Radio)无线通信，本申请不作具体限定。LoRa通信技术不需要建立基站，并且布网方式较为灵活，可大幅度降低建设成本。基于LoRa物理层能够很容易实现无线自组网，有关Mesh、点对点或者星型网络架构均可参考通用标准。本申请实施例提供的工业控制器软件远程升级系统基于星型网络架构，根据工业现场使用环境，在信号差或距离远的情况下可以增加1-n级中继节点4，n是任意大于1的正整数，中继节点4位于升级服务端2和工业控制器3之间，通过无线网络1分别与升级服务端2和工业控制器3通信连接。每个中继节点4可以通信连接多个工业控制器3，工业控制器3与升级服务端2之间也可以有多级中继节点4。中继节点4可以用于星型网络之间的透明转发，可以自由增加中继节点4的级数，基于LoRa通信技术作为长距离无线通信方案的优势，在工厂实际应用中一般最大用到2级中继即可覆盖大部分场景，升级网络简单可靠。升级服务端2可以是PC主站，也可以是带有升级服务功能的终端设备，例如4G工业网关。在升级服务端2接入互联网的环境下，可以从公网随时下载需要升级的文件，并启动无线网络1中的工业控制器3进行升级，无需受限于有线网络的的带宽，实施方便。本实施例提供的工业控制器软件远程升级系统进行一次完整的升级流程需要包括：升级服务端2完成的一次升级文件发送流程和工业控制器3完成的一次升级流程。

具体的，如图2所示，升级服务端2可以被配置为执行如下步骤：

文件分段步骤：将升级文件进行分段处理，并分配段号。升级服务端2可以从网络服务器上下载升级文件，升级文件通常为二进制文件。可以设定升级文件每段的长度为128字节，另外，可自动计算出升级文件的总段数。

解析文件步骤：解析升级文件；解析可以包括计算升级文件的CRC总校验值和CRC分段校验值，得到发送CRC总校验值和发送CRC分段校验值，以及生成升级文件的文件名称和版本号。CRC校验可以是CRC16校验，本申请不作具体限定。

当完成文件分段步骤和解析文件步骤后，继续执行启动报文下发步骤：下发升级文件传输启动报文至工业控制器。升级文件传输启动报文可以包括升级文件的升级信息、文件性质、文件属性、文件总大小、文件总段数、文件段号、发送CRC总校验值、发送CRC分段校验值、文件名称和版本号。

当执行完启动报文下发步骤后，需要通过判断是否接收到工业控制器应答的第一接收成功报文，来判断出工业控制器是否成功接收到升级文件传输启动报文。当升级服务端未接收到工业控制器应答的第一接收成功报文时，则说明工业控制器未能成功接收到升级文件传输启动报文，此时需要重复执行启动报文下发步骤，重复执行次数上限为第一预设次数；第一预设次数可以是3，本申请不作具体限定。

当升级服务端接收到工业控制器应答的第一接收成功报文时，继续执行内容报文下发步骤：以广播的方式下发升级文件的所有段至工业控制器。内容报文下发步骤中，每段升级文件以相同的时间间隔进行下发，时间间隔可以是500ms，即按照段号从0到最后一段按顺序间隔500ms逐一下发。

继续执行文件段发送判断步骤：判断内容报文下发步骤中升级文件的所有段是否全部下发完成；当升级文件的所有段全部下发完成时，继续判断是否接收到工业控制器应答的第二接收成功报文。当升级文件的所有段未全部下发完成时，重新执行内容报文下发步骤。

当未接收到工业控制器应答的第二接收成功报文时，重复执行内容报文下发步骤。

当接收到工业控制器应答的第二接收成功报文时，继续执行轮询步骤：下发查询文件报文至工业控制器，对工业控制器一一轮询文件接收信息，并进行记录。

继续执行接收成功判定步骤：根据工业控制器发送的文件接收反馈信息，判断每个工业控制器是否接收到升级文件的所有段；当工业控制器接收到升级文件的所有段时，判定工业控制器接收升级文件成功；当未接收到工业控制器发送的文件接收反馈信息时，重复执行轮询步骤，重复执行次数上限为第二预设次数，第二预设次数可以是3次，本申请不作具体限定。

轮询步骤和接收成功判断步骤目的是轮流查询每个工业控制器的接收升级文件的情况信息，并和升级服务端自身统计的信息进行比对，直到每个工业控制器返回的文件接收反馈信息中成功接收文件段的数量等于要升级的文件段的总数。

继续执行成功率统计步骤：统计所有工业控制器接收升级文件的接收成功率，并判断接收成功率是否达到目标值；目标值可以根据实际需要进行设定，可以是90％，本申请不作具体限定。当接收成功率未达到目标值时，可重复执行内容报文下发步骤以及之后的所有步骤。需要说明的是，此步骤首先要计算每个工业控制器接收升级文件的接收成功率，还可以根据每个工业控制器接收升级文件的成功率统计出总的接收成功率，总接收成功率＝(接收成功率达到目标值的工业控制器数量/工业控制器总数)*100％。总接收成功率可以作为一个数据实时更新保存，可以作为流程进行的参考。

当接收成功率达到目标值时，继续执行缺失升级文件段补发步骤：补发缺失的升级文件段至工业控制器。

缺失升级文件段补发步骤具体包括：

提取缺失段步骤：根据工业控制器发送的文件接收反馈信息，提取缺失段号；

断点续传步骤：向未完全成功接收升级文件的工业控制器发送缺失段号对应的升级文件段，发送完成后，结束此次升级文件发送流程。在图2中，升级文件段补发步骤未用文字示出，用虚线框表征。

关于相关升级文件和本申请涉及到的报文，作如下举例说明：升级帧数的格式如表1所示，表1为远程升级帧数据格式。表1和表2的内容只是举例说明，本申请不作具体限定。

表1

表2

如图3所示，工业控制器3在进行升级流程之前，可以先进行初始化，本申请不做具体限定。在升级流程中，工业控制器3可以被配置为执行如下步骤：

判断启动报文步骤：接收升级文件传输启动报文，并判断升级文件传输启动报文是否合法。具体包括如下判断步骤：

判断升级文件传输启动报文是否合法包括：

判断传输启动报文的目标发送地址是否为当前工业控制器的地址；

判断升级文件传输启动报文中的文件性质是否与工业控制器适配；

判断升级文件传输启动报文中的文件名称和版本号是否有效。

当上述判断均通过时，判定升级文件传输启动报文为合法，其中任意一项不通过，均判定升级文件传输启动报文为不合法。

当升级文件传输启动报文为合法时，执行应答启动报文步骤：向升级服务端应答第一接收成功报文。第一接收成功报文的内容可以包括判定升级文件传输启动报文为合法的记录等，本申请不作具体限定。

当升级文件传输启动报文为不合法时，继续接收升级文件传输启动报文。

执行完应答启动报文步骤后，继续接收升级文件的所有段，之后继续执行断点续传数组建立步骤：根据升级文件传输启动报文中的文件总段数和文件段号，建立内部断点续传信息数组；内部断点续传信息数组的每个bit位表示一个文件段是否接收成功，内部断点续传信息数组的字节数最大为：所述文件总段数/8+1。在内部断点续传信息数组内，代表每个文件段号的bit位可以初始化为0。当某个文件段号对应的升级文件内容接收成功时，对应的bit位置1，未接收成功则对应的bit位仍然保持为0。

继续执行分段校验值计算步骤：计算接收到的每段升级文件段的CRC分段校验值，得到对应的接收CRC分段校验值。接收CRC分段校验值与发送CRC分段校验值的计算方式相同，得到的校验值形式也相同，以方便后续的校验步骤。

继续执行分段校验步骤：对比接收到的发送CRC分段校验值与接收CRC分段校验值是否相同；最后可以得到接收到的所有升级文件段对应的CRC分段校验值的对比结果。

当接收到的每个发送CRC分段校验值与对应的接收CRC分段校验值分别相同时，执行应答内容报文步骤：向升级服务端应答第二接收成功报文；第二接收成功报文可以包括CRC分段校验值的校验结果。同时更新内部断点续传信息数组，将CRC分段校验值相同的对应升级文件段的bit置1，否则仍然保持为0，并保存更新后的内部断点续传信息数组。

继续接收查询文件报文，当接收到查询文件报文时，继续执行应答轮询步骤：向升级服务端发送文件接收反馈信息；文件接收反馈信息可以包括：所述升级文件的文件属性、接收到的所述升级文件段数和段号、缺失段号、所述内部断点续传信息数组。

继续执行文件段接收判断步骤：判断是否接收到升级文件的所有段。

当未接收到升级文件的所有段时，继续接收升级服务端发送的缺失段号对应的升级文件段，之后重复执行分段校验值计算步骤及之后的所有步骤。

当接收到升级文件的所有段时，继续执行总校验值计算步骤：根据接收到的升级文件的所有段，计算接收到的升级文件所有段的CRC总校验值，得到接收CRC总校验值。

继续执行总校验步骤：对比接收到的发送CRC总校验值与接收CRC总校验值是否相同。

当发送CRC总校验值与接收CRC总校验值相同时，继续执行升级步骤：启动升级操作，完成此次升级流程。

当发送CRC总校验值与接收CRC总校验值不相同时，继续接收升级服务端发送的缺失段号对应的升级文件段，之后重复执行分段校验值计算步骤及之后的所有步骤。

本申请实施例提供的工业控制器软件远程升级系统，应用局部无线网络，在升级服务端接入互联网的环境下，可以从公网随时下载需要升级的文件，并启动无线网络中的工业控制器进行升级，无需受限于有线网络的的带宽，实施方便。通过设置中继节点可以覆盖较大的网络通信范围。在最大限度的保证效率的同时，能够有效的对工业控制器进行可靠的升级，可避免人工现场升级操作较繁琐和安全性差等问题，成本低廉，可适用于大量的工业控制器的环境，提高可维护性和经济效益。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

Claims (10)

1.一种工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，包括：无线网络、升级服务端和多个工业控制器；所述升级服务端与所述工业控制器通过所述无线网络能够实现自组网通信；

所述升级服务端被配置为执行如下步骤：

文件分段步骤：将升级文件进行分段处理，并分配段号；

启动报文下发步骤：下发升级文件传输启动报文至所述工业控制器；

内容报文下发步骤：当接收到所述工业控制器应答的第一接收成功报文时，以广播的方式下发所述升级文件的所有段至所述工业控制器；

轮询步骤：下发查询文件报文至所述工业控制器，对所述工业控制器一一轮询文件接收信息，并进行记录；

接收成功判定步骤：根据所述工业控制器发送的文件接收反馈信息，判断每个所述工业控制器是否接收到所述升级文件的所有段；当所述工业控制器接收到所述升级文件的所有段时，判定所述工业控制器接收所述升级文件成功；

成功率统计步骤：统计所有所述工业控制器接收所述升级文件的接收成功率，并判断所述接收成功率是否达到目标值；

缺失升级文件段补发步骤：当所述接收成功率达到目标值时，补发缺失的升级文件段至所述工业控制器；发送完成后，完成此次升级文件发送流程；

所述工业控制器被配置为执行如下步骤：

判断启动报文步骤：接收所述升级文件传输启动报文，并判断所述升级文件传输启动报文是否合法；

应答启动报文步骤：当所述升级文件传输启动报文为合法时，向所述升级服务端应答所述第一接收成功报文；

应答轮询步骤：接收所述查询文件报文，向所述升级服务端发送所述文件接收反馈信息；

文件段接收判断步骤：判断是否接收到所述升级文件的所有段；

升级步骤：当接收到所述升级文件的所有段时，启动升级操作，完成此次升级流程。

2.根据权利要求1所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述升级服务端还被配置为执行如下步骤：

解析文件步骤：解析所述升级文件；所述解析包括计算所述升级文件的CRC总校验值和CRC分段校验值，得到发送CRC总校验值和发送CRC分段校验值，以及生成所述升级文件的文件名称和版本号；

完成所述解析文件步骤后，继续执行启动报文下发步骤，所述升级文件传输启动报文包括所述升级文件的升级信息、文件性质、文件属性、文件总大小、文件总段数、文件段号、所述发送CRC总校验值、所述发送CRC分段校验值、文件名称和版本号；

所述工业控制器还被配置为执行如下步骤：

分段校验值计算步骤：计算接收到的升级文件段的CRC分段校验值，得到对应的接收CRC分段校验值；

分段校验步骤：对比接收到的所述发送CRC分段校验值与所述接收CRC分段校验值是否相同；

应答内容报文步骤：当接收到的所述发送CRC分段校验值与所述接收CRC分段校验值相同时，向所述升级服务端应答第二接收成功报文，继续执行所述应答轮询步骤；

当所述升级服务端接收到所述第二接收成功报文时，继续执行所述轮询步骤。

3.根据权利要求2所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述内容报文下发步骤中，每段所述升级文件以相同的时间间隔进行下发。

4.根据权利要求2所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，当所述升级服务端未接收到所述工业控制器应答的所述第一接收成功报文时，重复执行所述启动报文下发步骤，重复执行次数上限为第一预设次数；

所述升级服务端执行完所述轮询步骤后，当未接收到所述工业控制器发送的所述文件接收反馈信息时，重复执行所述轮询步骤，重复执行次数上限为第二预设次数。

5.根据权利要求2所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述升级服务端还被配置为执行文件段发送判断步骤：判断所述内容报文下发步骤中所述升级文件的所有段是否全部下发完成；当所述升级文件的所有段全部下发完成时，继续执行所述轮询步骤。

6.根据权利要求2所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述工业控制器还被配置为执行断点续传数组建立步骤：根据所述升级文件传输启动报文中的所述文件总段数和所述文件段号，建立内部断点续传信息数组；所述内部断点续传信息数组的每个bit位表示一个文件段是否接收成功，所述内部断点续传信息数组的字节数最大为：所述文件总段数/8+1；建立完所述内部断点续传信息数组后，继续执行所述分段校验值计算步骤；

所述文件接收反馈信息包括：所述升级文件的文件属性、接收到的所述升级文件段数和段号、缺失段号、所述内部断点续传信息数组。

7.根据权利要求6所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述缺失升级文件段补发步骤包括：

提取缺失段步骤：根据所述工业控制器发送的文件接收反馈信息，提取所述缺失段号；

断点续传步骤：向未完全成功接收所述升级文件的所述工业控制器发送所述缺失段号对应的升级文件段，发送完成后，完成此次升级文件发送流程。

8.根据权利要求7所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述工业控制器还被配置为执行如下步骤：

总校验值计算步骤：当接收到所述升级文件的所有段时，计算接收到的升级文件所有段的CRC总校验值，得到接收CRC总校验值；

总校验步骤：对比接收到的所述发送CRC总校验值与所述接收CRC总校验值是否相同；

当所述发送CRC总校验值与所述接收CRC总校验值相同时，继续执行所述升级步骤。

9.根据权利要求2所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，所述判断启动报文步骤中，判断所述升级文件传输启动报文是否合法包括：

判断所述传输启动报文的目标发送地址是否为当前所述工业控制器的地址；

判断所述升级文件传输启动报文中的文件性质是否与所述工业控制器适配；

判断所述升级文件传输启动报文中的文件名称和版本号是否有效。

10.根据权利要求1所述的工业控制器软件远程升级系统，其特征在于，还包括1-n级中继节点，n为大于1的正整数；所述中继节点位于所述升级服务端和所述工业控制器之间，通过所述无线网络分别与所述升级服务端和所述工业控制器通信连接。

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