CN113805523B - 一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工业数据采集技术领域，具体公开了一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统，包括4G旁路设备、工业数据云平台、带工业串口PLC和工业串口屏。通过将4G旁路设备安装在带工业串口PLC和工业串口屏之间，用户在带工业串口PLC和工业串口屏之间连接了该装置之后，会被动和主动获取工业数据。它不需要手动地址路由信息，会自动获取，解决了自动化控制系统缺乏数采接口，仅保留PLC与串口屏的接口，无法获取PLC的工艺参数的问题。

Description

一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统

技术领域

本发明涉及工业数据采集技术领域，尤其涉及一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统。

背景技术

目前随着计算机系统的应用和微机网络的发展，通信功能越来越显得重要。无论设备与设备之间的通讯，还是设备与计算机之间的通讯都变得尤为重要。串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。随着通讯技术的发展，经典代表有rs-485，rs-485采用平衡发送和差分接收方式实现通信：发送端将串行口的ttl电平信号转换成差分信号a,b两路输出，经过线缆传输之后在接收端将差分信号还原成ttl电平信号。由于传输线通常使用双绞线，又是差分传输，所以有强大的抗共模干扰的能力，总线收发器灵敏度很高，可以检测到低至200mv电压。故传输信号在千米之外都是可以恢复。rs-485最大的通信距离约为1219m，最大传输速率为10mb/s，传输速率与传输距离成反比，在10kb/s的传输速率下，才可以达到最大的通信距离，如果需传输更长的距离，需要加485中继器。rs-485采用半双工工作方式，支持多点数据通信。rs-485总线网络拓扑一般采用终端匹配的总线型结构。即采用一条总线将各个节点串接起来，不支持环形或星型网络。如果需要使用星型结构，就必须使用485中继器或者485集线器才可以。rs-485总线一般最大支持32个节点，如果使用特制的485芯片，可以达到128个或者256个节点，最大的可以支持到400个节点。随着串口通讯的发展，用户对于数据采集要求越来越高，随即出现了旁路技术。所谓数据旁路就是设置相关专用通路，即不等前一条指令把计算结果写回寄存器组，下一条指令不再读寄存器组，而是直接把前一条指令的计算结果(可能是ALU的计算结果，或者访存得到的结果)作为自己的输入数据开始计算过程，使本来需要暂停的操作变得可以继续执行，这种称为数据定向或数据旁路技术。

现有的自动化控制系统缺乏数采接口，仅保留PLC与串口屏的接口，无法获取PLC的工艺参数的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统，旨在解决现有技术中的自动化控制系统缺乏数采接口，仅保留PLC与串口屏的接口，无法获取PLC的工艺参数的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统，包括4G旁路设备、工业数据云平台、带工业串口PLC和工业串口屏，所述4G旁路设备安装在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间。

所述4G旁路设备包括PLC端串口、屏端串口、串口接收模块和串口发送模块，所述PLC端串口与所述带工业串口连接，所述屏端串口与所述工业串口屏连接，所述串口接收模块用于监听所述PLC端串口，所述串口发送模块用于监听所述屏端串口。

所述4G旁路设备还包括伪终端命令模块，所述伪终端命令模块，用于发送命令至所述PLC端串口。

本发明还提出一种采用上述所述的基于Linux的工业串口数据旁路系统的方法，包括如下步骤：

划分主动模式和被动模式；

在主动模式下，所述伪终端命令模块向串口发送特定命令，所述串口发送模块向所述PLC端串口发送特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据，并将该回复数据通过4G链路成对发送到所述工业数据云平台；

在被动模式下，所述PLC端串口的数据直接从所述屏端串口发出、所述屏端串口上的数据直接从所述PLC端串口发出。

所述特定命令由多种命令与所述回复数据一起构成一个命令数据向量，最后由服务器定义周期为采集周期，形成一个工业时序数据集合。

本发明的一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统，通过将所述4G旁路设备安装在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间，用户在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间连接了该装置之后，会被动和主动获取工业数据。它不需要手动地址路由信息，会自动获取，解决了自动化控制系统缺乏数采接口，仅保留PLC与串口屏的接口，无法获取PLC的工艺参数的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明的基于Linux的工业串口数据旁路系统的原理示意图。

图2为本发明的主动和被动两种模式原理示意图。

图3为本发明的4G旁路设备结构示意图。

图4为本发明的工业数据云平台结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。

请参阅图1至图4，本发明提供了一种基于Linux的工业串口数据旁路系统，包括4G旁路设备、工业数据云平台、带工业串口PLC和工业串口屏，所述4G旁路设备安装在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间；

所述4G旁路设备包括PLC端串口、屏端串口、串口接收模块和串口发送模块，所述PLC端串口与所述带工业串口连接，所述屏端串口与所述工业串口屏连接，所述串口接收模块用于监听所述PLC端串口，所述串口发送模块用于监听所述屏端串口；

所述4G旁路设备还包括伪终端命令模块，所述伪终端命令模块，用于发送命令至所述PLC端串口；

所述工业数据云平台包括数据接收模块和数据存储模块；

所述数据接收模块，用于接收所述4G旁路设备的数据，所述数据存储模块用于对接收到的数据进行转译后保存；

所述数据接收模块还包括命令发送模块，所述命令发送模块用于向所述4G旁路设备发送指令。

在本实施方式中，所述基于Linux的工业串口数据旁路系统应用于工业数据的采集，所述4G旁路设备包含串口接收模块、串口发送模块、伪终端命令模块；所述工业数据云平台包含数据接收模块、数据存储模块、命令发送模块，其中所述带工业串口PLC、工业串口屏是系统已有设备，所述4G旁路设备安装在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间。旁路方法由串口接收模块监听Uart_plc接口，串口发送模块监听所述PLC端串口(Uart_plc接口)，所述串口接收模块监听所述屏端串口(Uart_screen接口)。

所述4G旁路设备的特征在于能对任何协议数据获取，该旁路方法分为2种模式，分别为主动模式和被动模式。传统的设备只能被动获取数据，在所述带工业串口PLC和工业串口屏之间进行通讯时，传统设备才能把数据进行备份获取，而该4G旁路设备新增主动模式，在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间没有数据通讯时，该设备会向带工业串口PLC模拟发送命令，获取所要数据。所以该设备能对任何协议数据数据获取。

所述4G旁路设备采用双串口网关硬件，无接口数采；传统的设备在获取数据时，都会新增加一个接口，在该接口进行数据获取。该设备较传统设备在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间直接联机一个盒子，没有新增接口。该设备自动获取网关信息，不需要PLC地址表和协议。有非常强的设备通用性。

另外采用无干扰数据传输，新增3条逻辑链路；因为该设备和PLC端和串口屏之间直接连接，所以该设备进行数据获取时没有任何干扰，提高了数据的准确性。该设备会把发送给串口屏和PLC端的数据直接发送给工业数据云平台，提高了数据的安全性和可靠性。所述带工业串口PLC与所述4G旁路设备、工业串口屏，云端组成3条逻辑链路。

在所述工业数据云平台向所述4G旁路设备发送指令，所述伪终端模块收到指令后，伪终端命令模块向串口发送特定命令Command_ab，串口发送模块向Uart_plc接口发送特定命令Command_ab，然后从Uart_plc接口等待回复数据Data_ab，并将该数据{Command_ab,Data_ab}通过4G链路成对发送到工业数据云平台。Command_ab一般由数十种命令，与回复的数据Data_ab一起构成一个命令数据向量CD_ab＝{(C_ab1,D_ab1),(C_ab2,D_ab2),...(C_abn,D_abn)}，最后由服务器定义周期为τ采集周期，形成一个工业时序数据集合Ω＝{ω₁,ω₂,...},ω₂∈n(τ)。工业数据云平台接收到{Command_ab,Data_ab}后，对该数据进行解析编译，然后对接受的数据进行储存，用户可以随时查看获取的数据，另外如图1所示，为该系统的具体结构示图：

1为4G数据旁路设备与工业数据云平台的命令发送与数据接收，2为工业串口屏与Uart_screen接口之间的数据通信，3为Uart_plc接口之间的数据通讯。当这两个接口之间进行数据通讯时，该装置会对通讯的数据进行获取备份，发送给工业数据云平台。搭配该装置的两种模式，在PLC与串口屏进行通讯和没有通讯时，都能获取数据，两种模式示意图为图2。

连接所述4G旁路设备后，所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间只要进行数据通信，该设备就会捕捉到，对该数据进行采集，把该数据进行特殊编码加密后会传送到工业数据云平台，工业数据云平台对该数据进行转译后进行保存，该旁路方法分为2种模式，分别为主动模式和被动模式，这两种模式保证了能更快的获取数据，能精准的获取需要的数据。PLC端与串口屏之间进行数据通信时，被动模式就会传回数据，当两个端口没有数据进行通信时，我们想要获取数据，该装置就会模拟发送信息，得到回应，进而获取数据这就是本系统的主动模式，该系统较比传统装置显然更加方便，获取数据更加快捷，便利。

本发明还提出一种采用上述所述的基于Linux的工业串口数据旁路系统的方法，包括如下步骤：

划分主动模式和被动模式；

在主动模式下，所述伪终端命令模块向串口发送特定命令，所述串口发送模块向所述PLC端串口发送特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据，并将该回复数据通过4G链路成对发送到所述工业数据云平台；

在被动模式下，所述PLC端串口的数据直接从所述屏端串口发出、所述屏端串口上的数据直接从所述PLC端串口发出。

其中，所述特定命令由多种命令与所述回复数据一起构成一个命令数据向量，最后由服务器定义周期为采集周期，形成一个工业时序数据集合。

在主动模式下，所述伪终端命令模块向串口发送特定命令，所述串口发送模块向所述PLC端串口发送特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据，并将该回复的特定数据通过4G链路成对发送到所述工业数据云平台的具体步骤为：

当用户想要获取想要的数据后，但是串口之间没有正在进行数据通讯，所述工业数据云平台就会向4G旁路器设备发送获取数据指令；

所述伪终端命令模块向所述PLC端串口发送所述特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据；

获取到想要的数据后，所述4G旁路器设备把获取到的所述回复数据进行打包后将该数据通过4G链路成对发送到服务器；

服务器对数据进行编辑和特殊方式编译后，对数据备份和采集。

在被动模式下，所述PLC端串口的数据直接从所述屏端串口发出、所述屏端串口上的数据直接从所述PLC端串口发出的具体步骤为：

所述带工业串口PLC和所述工业串口屏进行通讯时，会把数据发送到所述4G旁路器设备的所述PLC端串口和所述PLC屏端串口，待接收到数据后进行加工后发给工业数据云平台；

所述工业数据云平台接收数据，并编译该数据，把数据进行采集和备份。

其中，旁路方法由串口接收模块监听Uart_plc接口，串口发送模块监听Uart_screen接口，方法分为2种模式，分别为主动模式和被动模式。具体流程图与工作流程如下(结构图和原理示意图见图1和图2)：

(一)主动模式

在主动模式下，伪终端命令模块向串口发送命令Command_ab，串口发送模块向Uart_plc接口发送命令Command_ab，然后从Uart_plc接口等待回复数据Data_ab，并将该数据{Command_ab,Data_ab}通过4G链路成对发送到工业数据云平台。

步骤(1)：当用户想要获取想要的数据后，但是串口之间没有正在进行数据通讯。工业数据云平台就会向4G旁路器设备发送获取数据指令。

步骤(2)：伪终端命令模块向Uart_plc接口发送命令Command_ab，然后从Uart_plc接口等待回复数据Data_ab。

步骤(3)：获取到想要的数据后，4G旁路设备把获取到的数据进行打包后将该数据{Command_ab,Data_ab}通过4G链路成对发送到服务器。

步骤(4)：服务器对数据进行编辑和特殊方式编译后，对数据备份和采集。

(二)被动模式

在被动模式下，串口Uart_plc上的数据直接从串口Uart_screen发出、串口Uart_screen上的数据直接从串口Uart_plc发出。

步骤(1)：PLC端和串口端进行通讯时，会把数据发送到4G旁路器设备的Uart_plc和Uart_screen，该设备接收到数据后进行加工后发给工业数据云平台。

步骤(2)：工业数据云平台接收数据，并编译该数据，把数据进行采集和备份。

Command_ab命令组成与方法介绍：

Command_ab一般由数十种命令，与回复的数据Data_ab一起构成一个命令数据向量CD_ab＝{(C_ab1,D_ab1),(C_ab2,D_ab2),...(C_abn,D_abn)}，最后由服务器定义周期为τ采集周期。

综上所述，本发明提供的一种基于Linux的工业串口数据旁路方法及系统，解决了自动化控制系统缺乏数采接口，仅保留PLC与串口屏的接口，无法获取PLC的工艺参数的问题，该实例是在PLC和串口屏之间加了本装置，他不需要额外的接口，是直连在PLC和串口屏之间。用户在PLC和串口屏之间连接了该装置之后，会被动和主动获取工业数据。它不需要手动地址路由信息，会自动获取。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (2)

1.一种基于Linux的工业串口数据旁路系统，其特征在于，

包括4G旁路设备、工业数据云平台、带工业串口PLC和工业串口屏，所述4G旁路设备安装在所述带工业串口PLC和所述工业串口屏之间；

所述4G旁路设备包括PLC端串口、屏端串口、串口接收模块和串口发送模块，所述PLC端串口与所述带工业串口连接，所述屏端串口与所述工业串口屏连接，所述串口接收模块用于监听所述PLC端串口，所述串口发送模块用于监听所述屏端串口；

所述4G旁路设备还包括伪终端命令模块，所述伪终端命令模块，用于发送命令至所述PLC端串口；

其旁路方法包括如下步骤：

划分主动模式和被动模式；

在主动模式下，所述伪终端命令模块向串口发送特定命令，所述串口发送模块向所述PLC端串口发送特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据，并将该回复数据通过4G链路成对发送到所述工业数据云平台，包括：

当用户想要获取想要的数据后，但是串口之间没有正在进行数据通讯，所述工业数据云平台就会向4G旁路器设备发送获取数据指令；

所述伪终端命令模块向所述PLC端串口发送所述特定命令，然后从所述PLC端串口等待回复数据；

获取到想要的数据后，所述4G旁路器设备把获取到的所述回复数据进行打包后将该数据通过4G链路成对发送到服务器；

服务器对数据进行编辑和特殊方式编译后，对数据备份和采集；

在被动模式下，所述PLC端串口的数据直接从所述屏端串口发出、所述屏端串口上的数据直接从所述PLC端串口发出。

2.如权利要求1所述的基于Linux的工业串口数据旁路系统，其特征在于，

所述特定命令由多种命令与所述回复数据一起构成一个命令数据向量，最后由服务器定义周期为采集周期，形成一个工业时序数据集合。