CN113885461A - 一种串并转换模块、设备、方法、装置和工业控制系统 - Google Patents

Abstract

本公开实施例提供一种应用于工业控制系统的串并转换模块、设备、方法、装置和工业控制系统。其中，所述串并转换模块，包括：第一收发电路、转换控制模块和第三收发电路；所述第一收发电路设置为，采用并发或流水线工作机制与控制器进行数据交互；所述第三收发电路设置为，采用轮询工作机制与被控制的从站进行数据交互；所述转换控制模块包括：数据转换逻辑，设置为连接所述第一收发电路和所述第三收发电路，实现所述第一收发电路和所述第三收发电路之间的数据链路层数据转发。本公开实施例方案兼容了现有被控制设备的轮询工作机制，有效控制了通信延时，提升了工业控制网络的组网灵活性和重构生产线的灵活性。

Description

一种串并转换模块、设备、方法、装置和工业控制系统

技术领域

本发明涉及但不限于工业控制领域，具体涉及一种应用于工业控制系统的串并转换模块、设备、方法、装置和工业控制系统。

背景技术

当前工业控制系统中特别是DCS(集散控制系统)系统中，存量市场巨大，现场主从站的通信多采用现场总线进行串行轮询式的通信机制，1个控制器主站带约100个从站。现有无线技术中，wifi6通信的典型延迟30ms，5G通信的典型延迟10ms，无线通信的延时远远大于有线通信的近乎零延时，不能简单地把无线技术直接叠加到已有的控制网络技术中去替代有线通信，否则无线通信带来的延时会随着从站数量的增大而线性增加，导致控制网周期数据刷新率过低，控制系统超时无法正常工作。

引入无线通信，是进一步提升工业控制系统建设部署灵活性的方向。如何充分利用无线通信的灵活性便利性，同时有效控制延时，降低存量系统的相关改造成本，是工业控制领域技术发展一直探索并不断优化的方向。

发明内容

本公开实施例提供一种应用于工业控制系统的串并转换模块、设备、方法和工业控制系统，引入了数据转换逻辑，实现采用并发或流水线工作机制与上游控制器之间的交互数据到采用轮询工作机制与下游被控制设备之间的交互数据的数据链路层转发，兼容了现有被控制设备已有的轮询工作机制，有效控制了通信延时，提升了工业控制网络的组网灵活性和重构生产线的灵活性。

本公开实施例提供一种串并转换模块，应用于工业控制系统，包括：

第一收发电路、转换控制模块和第三收发电路；

所述第一收发电路设置为，采用并发或流水线工作机制与控制器进行数据交互；

所述第三收发电路设置为，采用轮询工作机制与被控制的从站进行数据交互；

所述转换控制模块包括：数据转换逻辑，设置为连接所述第一收发电路和所述第三收发电路，实现所述第一收发电路和所述第三收发电路之间的数据链路层数据转发。

本公开实施例还提供一种串并转换设备，应用于工业控制系统，包括：一个如本公开任一实施例所述的串并转换模块。

本公开实施例还提供一种串并转换设备，应用于工业控制系统，包括：至少两个如本公开任一实施例所述的串并转换模块；

所述至少两个串并转换模块的第一收发电路并联，所述至少两个串并转换模块的第三收发电路并联；

每一个所述串并转换模块还包括：冗余接口电路；

每一个所述串并转换模块的转换控制模块还包括：模块冗余逻辑；

每一个所述冗余接口电路设置为，与其他串并转换模块的冗余接口电路连接获取其他串并转换模块的状态信息；

每一个所述模块冗余逻辑设置为，根据所述其他串并转换模块的状态信息确定自身所归属的串并转换模块的工作状态；

所述串并转换模块的工作状态包括主用状态和备用状态。

本公开实施例还提供一种工业控制系统，包括：

控制器、被控制设备和如本公开任一实施例所述的串并转换设备；

所述控制器设置为，通过所述串并转换设备与所述被控制设备进行数据交互。

本公开实施例还提供一种串并转换方法，应用于工业控制系统，其特征在于，包括：

通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自所述控制器的下行数据；

解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

本公开实施例还提供一种串并转换装置，应用于工业控制系统，包括：

下行接收模块，设置为通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自所述控制器的下行数据；

解析模块，设置为解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

下行轮询模块，设置为按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

上行接收模块，设置为接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

上行发送模块，设置为通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

在阅读并理解了附图和详细描述后，可以明白其他方面。

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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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示出的结构获得其他的附图。

图1为本公开实施例中一种串并转换模块的结构示意图；

图2为本公开实施例中另一种串并转换模块的结构示意图；

图3为本公开实施例中一种串并转换设备的结构示意图；

图4为本公开实施例中另一种串并转换设备的结构示意图；

图5为本公开实施例中另一种串并转换设备的结构示意图；

图6为本公开实施例中一种工业控制系统的结构示意图；

图7为本公开实施例中另一种工业控制系统的结构示意图；

图8为本公开实施例中另一种工业控制系统的结构示意图；

图9为本公开实施例中另一种工业控制系统的结构示意图；

图10为本公开实施例中另一种工业控制系统的结构示意图；

图11为本公开实施例中另一种工业控制系统的结构示意图；

图12为本公开实施例中一种串并转换方法流程图；

图13为本公开实施例中另一种串并转换方法流程图；

图14为本公开实施例中一种串并转换装置的结构示意图。

本发明目的的实现、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

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

传统的工业控制领域为了有效控制通信时延，保障业务可用性，大多采用有线通信方案。相比之下，无线通信也具有组网灵活性的天然优势。近年来，高速发展的无线通信技术朝着大带宽、高可靠、低时延等方向发展，例如5G技术，相比于过往移动通信技术，5G在速率、时延、可靠性等关键能力指标上都有较大地提升，这使得以5G为代表的无线通信技术面向工业控制领域的推广成为一种可能方向。

相关工业控制系统中，现场主从站的通信多采用现场总线进行串行轮询式的通信机制，1个控制器主站带约100个从站。相关无线通信技术中，wifi6通信的典型延迟30ms，5G通信的典型延迟10ms，无线通信的延时远远大于有线通信的近乎零延时，因此，对于工业控制系统的无线化改造，并不是简单地把无线技术直接叠加到已有的控制网络技术中去替代有线通信。这样简单的替代，其无线通信带来的延时会随着从站数量的增大而线性增加，导致控制网周期数据刷新率过低，控制系统超时无法正常工作。

同时，考虑到被控制设备(从站)的改造成本，以及相关无线通信模块的引入成本问题。在工业控制网络的相关改造过程中，为了减小对被控制设备(从站设备)的改造，保持其已有通信机制，有效控制新增无线通信模块的使用数量，本公开实施例提供的工业控制系统中，把控制器的主站协议栈设计采用并发或流水线工作机制，以降低整体控制系统中的数据传输总时间，引入数据转换逻辑让这种并发(或流水线)的工作机制在从站侧能快速转换到传统的串行轮询式工作机制。在应用于工业控制网的无线化改造时，既解决控制网络无线化后的实时传输问题，也能让从站侧保持已有的成熟的总线连接拓扑结构，降低引入技术新缺陷风险，同时也大大减少无线通信模块/终端的使用数量以降低成本。

需要说明的是，本公开实施例中控制所述工业控制系统中的被控制设备中的“控制”，不仅仅指控制指令的下达和执行，还包括数据采集上报、设备诊断等，泛指工业控制领域中的数据交互和控制动作。本公开实施例中涉及的“串”是指“串行轮询工作机制”，“并”是指“并发(或流水线)工作机制”。来自控制器(主站)方向的数据称为“下行数据”，需下发至被控制设备(从站)，来自底层被控制设备(从站)的数据称为“上行数据”，需要上报至控制器(主站)。一些示例性实施例中，对于串并转换模块而言，控制器及无线通信模块均处于其上游，控制网从站处于其下游。

本公开实施例提供一种串并转换模块，应用于工业控制系统，如图1所示，包括：

第一收发电路101、转换控制模块110和第三收发电路121；

所述第一收发电路101设置为，采用并发或流水线工作机制与控制器进行数据交互；

所述第三收发电路121设置为，采用轮询工作机制与被控制的从站进行数据交互；

所述转换控制模块110包括：数据转换逻辑1101，设置为连接所述第一收发电路101和所述第三收发电路121，实现所述第一收发电路和所述第三收发电路之间的数据链路层数据转发。

一些示例性实施例中，被控制的从站也称为被控制设备，或从站。

一些示例性实施例中，如图2所示，所述串并转换模块还包括：

还包括：第二收发电路102；所述转换控制模块110还包括：上游链路冗余逻辑1102；

所述第二收发电路102设置为，采用并发或流水线工作机制与控制器进行数据交互；

所述上游链路冗余逻辑1102设置为，连接所述第一收发电路101和所述第二收发电路102，连接所述数据转换逻辑1101；

所述上游链路冗余逻辑1102还设置为，根据从所述第一收发电路接收到的来自所述控制器的下行数据和从所述第二收发电路接收到的来自所述控制器的下行数据，确定无冗余的第一下行数据，并将第一下行数据发送给所述数据转换逻辑；根据从所述数据转换逻辑接收到的来自所述被控制的从站的上行数据，确定第一上行数据，分别通过所述第一收发电路和所述第二收发电路发送给所述控制器；

和/或，

还包括：第四收发电路122；所述转换控制模块110还包括：下游链路冗余逻辑1103；

所述第四收发电路122设置为，采用轮询工作机制与被控制的从站进行数据交互；

所述下游链路冗余逻辑1103设置为，连接所述第三收发电路121和所述第四收发电路122，连接所述数据转换逻辑1101；

所述下游链路冗余逻辑1103还设置为，根据从所述第三收发电路接收到的来自所述被控制的从站的上行数据和从所述第四收发电路接收到的来自所述被控制的从站的上行数据，确定无冗余的第二上行数据，并将第二上行数据发送给所述数据转换逻辑；根据从所述数据转换逻辑接收到的来自所述控制器的下行数据，确定第二下行数据，分别通过所述第三收发电路和所述第四收发电路发送给所述被控制的从站。

图2所示的串并转换模块中，包括了：连接上游设备/模块的第一收发电路和第二收发电路；以及连接下游设备/模块的第三收发电路和第四收发电路。其中，第一收发电路和第二收发电路互为冗余，分别与上游设备/模块连接。发送上行数据时，上游链路冗余逻辑同时往第一收发电路和第二收发电路发送相同的上行数据；接收下行数据时，来自上游的设备/模块的下行数据，通过第一收发电路和第二收发电路均进入上游链路冗余逻辑，由上游链路冗余逻辑的内部诊断及切换逻辑选择其中一路下行数据进行接收，并进一步发送给数据转换逻辑。第三收发电路和第四收发电路互为冗余，分别与下游设备/模块连接。发送下行数据时，下游链路冗余逻辑同时往第三收发电路和第四收发电路发送相同的下行数据；接收上行数据时，来自下游的设备/模块的上行数据，通过第三收发电路和第四收发电路均进入下游链路冗余逻辑，由下游链路冗余逻辑的内部诊断及切换逻辑选择其中一路上行数据进行接收，并进一步发送给数据转换逻辑。

需要说明的是，上游或下游的收发电路冗余也可以选择单侧冗余，不限于必须双侧冗余。一些示例性实施例中，所述串并转换模块包括：第一收发电路，第二收发电路，第三收发电路，所述转换控制模块包括：数据转换逻辑和上游链路冗余逻辑。一些示例性实施例中，所述串并转换模块包括：第一收发电路，第三收发电路，第四收发电路，所述转换控制模块包括：数据转换逻辑和下游链路冗余逻辑。本领域技术人员可以根据系统环境或需求，采用如图1所示的无冗余链路的串并转换模块，或者，采用单侧冗余链路或双侧链路冗余的串并转换模块。根据图2所示的方案，本领域技术人员可以知晓其他实施例，在此不一一示例。

一些示例性实施例中，所述数据转换逻辑1101设置为，连接所述第一收发电路101和所述下游链路冗余逻辑1103，实现所述第一收发电路101和所述下游链路冗余逻辑1103之间的数据链路层数据转发；或者，

所述数据转换逻辑1101设置为，连接所述第三收发电路121和所述上游链路冗余逻辑1102，实现所述第三收发电路121和所述上游链路冗余逻辑1102之间的数据链路层数据转发；或者，

所述数据转换逻辑1101设置为，连接所述下游链路冗余逻辑1103和所述上游链路冗余逻辑1102，实现所述下游链路冗余逻辑1103和所述上游链路冗余逻辑1102之间的数据链路层数据转发。

需要说明的是，数据转换逻辑1101实现链路层的数据转发交换，不涉及协议转换，转换速度快。

一些示例性实施例中，所述转换控制模块所包含的各逻辑功能，由现场可编程逻辑门阵列FPGA实现；这时，所述转换控制模块也称为FPGA芯片。

一些示例性实施例中，实现所述转换控制模块的FPGA也可以由ASIC芯片或MCU替代，当使用MCU替代时，FPGA内各逻辑功能由嵌入式软件编程实现。

一些示例性实施例中，所述第一收发电路包括：串行总线接口或以太网接口。

一些示例性实施例中，所述第二收发电路包括：串行总线接口或以太网接口。

一些示例性实施例中，所述第三收发电路包括：串行总线接口。

一些示例性实施例中，所述第三收发电路包括：RS-485串行总线接口或多点低电压差分信令MLVDS接口。

一些示例性实施例中，所述第四收发电路包括：串行总线接口。

一些示例性实施例中，所述第四收发电路包括：RS-485串行总线接口或多点低电压差分信令MLVDS接口。

本公开实施例还提供一种串并转换设备，应用于工业控制系统，包括：一个如本公开任一实施例所述的串并转换模块，如图3所示。

公开实施例还提供一种串并转换设备，应用于工业控制系统，包括：至少两个如本公开任一实施例所述的串并转换模块；

所述至少两个串并转换模块的第一收发电路并联，所述至少两个串并转换模块的第三收发电路并联；

每一个所述串并转换模块还包括：冗余接口电路131；

每一个所述串并转换模块的转换控制模块还包括：模块冗余逻辑1104；

每一个所述冗余接口电路131设置为，与其他串并转换模块的冗余接口电路连接获取其他串并转换模块的状态信息；

每一个所述模块冗余逻辑1104设置为，根据所述其他串并转换模块的状态信息确定自身所归属的串并转换模块的工作状态；

所述串并转换模块的工作状态包括主用状态和备用状态。

需要说明的是，模块冗余方案下，主用状态的串并转换模块处于工作状态，进行上下行数据的转发，备用状态的串并转换模块处于备份状态，不进行上下行数据的转发。当主用串并转换模块出现故障，备用串并转换模块切换为主用状态后，进行上下行数据的转发。

一些示例性实施例中，所述至少两个串并转换模块的第二收发电路并联；和/或，所述至少两个串并转换模块的第四收发电路并联。即所述串并转换设备中的所包含的串并转换模块包括第二收发电路，和/或第四收收发电路，每个串并转换模块所包含的第二收发电路并联，每个串并转换模块所包含的第四收发电路也并联。

一些示例性实施例中，所述串并转换设备如图4所示，包括两个所述串并转换模块。

需要说明的是，本公开实施例中每一个串并转换模块内的收发电路的冗余，称为链路冗余；串并转换设备内串并转换模块的冗余，称为模块冗余。

一些示例性实施例中，所述串并转换设备如图5所示，包括两个串并转换模块，记为第一模块和第二模块，其中的转换控制模块为FPGA实现，也称为FPGA芯片；所述两个串并转换模块的第二收发电路并联；所述两个串并转换模块的第四收发电路并联。

如图5所示的串并转换设备中，每一个串并转换模块以FPGA为核心构成，有2组总线接口，分别用于连接上游的控制器(或者，连接无线通信模块以实现与上游控制器的交互)，和下游从站所属的控制网络总线，上下游接口各有两个用于链路冗余通信的收发电路。串并转换模块还包含模块冗余接口电路用于支撑模块级冗余。模块的冗余功能由FPGA的模块冗余逻辑及冗余接口电路实现，两个串并转换模块的上游链路并联在一起(若选用串行总线接口)或通过交换机在逻辑上并连在一起(若选用以太网接口)，下游485链路分成两组并联在一起使用。冗余接口电路中包含通用输入与输出GPIO(General-purposeinput/output)同步链路和全双工422总线链路，受控于FPGA逻辑。串并转换模块的同步链路每周期发送一次脉冲，另一个串并转换模块根据捕获到的信号用于判断对方是否正常工作。全双工422总线链路交互双机诊断及状态信息，模块冗余逻辑中依据以上信息判断是否需要发生切换，可保证所述系统只有一个主机在工作，不会出现双主情况，避免造成两个模块同时在上游或下游输出冲突数据。

本公开实施例还提供一种工业控制系统，如6所示，包括：

控制器601、被控制设备603和本公开任一实施例所述的串并转换设备602；

所述控制器601设置为，通过所述串并转换设备602与所述被控制设备603进行数据交互。

一些示例性实施例中，所述控制器也称为主站，所述被控制设备也称为从站。

一些示例性实施例中，如图7所示，所述控制器601包括第一无线通信模块6011；

所述串并转换设备602还包括第二无线通信模块6021；

所述控制器601设置为，通过所述第一无线通信模块6011与所述串并转换设备的第二无线通信模块6021通信，以实现与所述被控制设备603之间的数据交互。

一些示例性实施例中，所述第一无线通信模块为5G通信模块；所述第二无线通信模块为5G通信模块。

一些示例性实施例中，所述第一无线通信模块为wifi6通信模块；所述第二无线通信模块为wifi6通信模块。

可选地，还可以选择其他无线通信模块，不限于上述示例的方面。

一些示例性实施例中，如图8所示，基于串并转换的非冗余(单模块单链路)5G传输方案。控制器中的控制器模块中含有控制网主站协议。一对5G通信模块及5G基站无线配套系统实现控制网报文的无线传输，在有上下行数据同时需要传输时优先保证下行数据的发送。控制器模块与第一5G模块接口采用串行总线或以太网连接。串并转换设备中的串并转换模块与第二5G接口采用串行总线或以太网实现。串并转换模块与N个控制网从站(N≥1)采用485总线连接。

一些示例性实施例中，单模块链路冗余时，基于串并转换的工业控制网络链路冗余5G通信方案如图9所示。控制器模块与第一5G模块接口采用冗余的串行总线或以太网连接。串并转换模块与第二5G模块接口采用冗余的串行总线或以太网实现。串并转换模块通过冗余的下游485链路连接N个控制网从站(N≥1)。链路冗余的逻辑实现在串并转换模块中处理，5G模块只需要实现数据透传，在有上下行数据同时需要传输时优先保证下行数据的发送。

一些示例性实施例中，为提高系统的可靠性，在链路冗余的基础上，再叠加模块冗余，如图5所示。第一5G模块与第三5G模块组成一条无线传输路径，第二5G模块与第四5G模块组成另一条无线传输路径，两对5G模块及5G基站无线配套系统实现控制网报文的无线传输。控制器模块与第一5G模块、第二5G模块接口采用冗余的串行总线或以太网连接，2个5G模块的有线链路并联在一起(若选用串行总线接口)或通过交换机在逻辑上并连在一起(若选用以太网接口)。2个串并转换模块分别与第三5G模块、第四5G模块接口采用冗余的串行总线或以太网连接。串并转换模块的下游485链路分成两组并联在一起，连接N个控制网从站(N≥1)。模块及链路冗余的逻辑实现在串并转换模块中处理，5G模块只需要实现透传，在有上下行数据同时需要传输时优先保证下行数据的发送。系统上电默认选择自检状态更优的模块及链路进行传输，在工作状态下的切换原则为优先链路切换，当双链路均有问题时再进行模块级别的冗余切换。

一些示例性实施例中，为提高系统的可靠性，在链路冗余、模块冗余的基础上，再叠加5G基站无线配套系统的冗余，如图11所示。第一5G模块与第三5G模块及第一5G基站无线配套系统组成一条无线传输路径，第二5G模块与第四5G模块及第二5G基站无线配套系统组成另一条无线传输路径，其余工作原理同图10。

需要说明的是，引入上述无线通信模块后的工业控制器中，可以实现部分控制网链路的无线化改造。进一步利用串并转换设备，对上游设备(控制器/主站)采用并发或流水线工作机制进行数据交互，提高了并发性，缩短了整体收发数据的延时，对下游设备(被控制设备/从站)采用轮询工作机制进行数据交互，保持了被控制设备原有的被轮询工作模式，无须进一步改造。也就是说，基于串并转换模块的无线化改造，利用了无线通信的部署灵活性和便利性，通过并发或流水线方式与串并转换设备/模块交换，有效控制了整体数据收发延时，一个串并转换设备/模块采用已有的轮询工作机制与多个被控制设备交互，在减小被控制设备的改造成本，保持接口稳定性的同时，有效节约了无线通信模块的部署数量。由此可以看到，基于本公开实施例提供的串并转换模块/设备进一步提出的工业控制系统的无线化改造方案，是在确保业务可用性的前提下，获得了最优的成本优势和稳定性优势。

本公开实施例还提供一种串并转换方法，应用于工业控制系统，如图12所示，包括，

步骤1201，通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自控制器的下行数据；

步骤1202，解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

步骤1203，按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

步骤1204，接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

步骤1205，通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

需要说明的是，步骤1201和1205中通过并发或流水线工作机制，接收来自控制器的下行数据或发送上行数据给控制器，根据相关方案实现即可，具体方面不属于本公开保护或限定的范围；步骤1203和1204中通过轮询工作机制轮询及应答，也根据相关方案实现即可，具体方面不属于不属于本公开保护或限定的范围。

本公开实施例还提供一种串并转换方法，如图13所示，包括，

1)串并转换模块中的“数据转换逻辑”被触发唤醒，进行初始化设置，状态机跳转到待接收下行数据状态。

2)串并转换模块中的“数据转换逻辑”接收来自上游控制器并发(或流水线)通信的下行数据，并按接收顺序缓存好此下行数据报文。

3)串并转换模块中的“数据转换逻辑”解析接收到来自上游控制器的数据报文，获取报文中的“源地址”及“目的地址”，以此来累计需要转发的下行报文条数和/或需要本模块串行轮询下游链路从站的个数。

4)按照通信协议格式(例如Profibus-DP协议周期数据中的最后一帧为广播报文)判断来自上游控制器的下行并发通信报文(或流水线报文)是否发送完成，若是则进入步骤5，否则继续跳转到步骤2。

5)串并转换模块中的与下游链路从站的进行串行轮询式数据交互，按串行轮询机制(一问一答)发送出其缓存的控制器下行数据报文，统计已经发送的下行数据报文条数，并接收从站回复数据报文。

6)串并转换模块中的“数据转换逻辑”按接收顺序缓存来自下游链路从站回复的数据报文，并累计需要往上游链路发送报文的条数。

7)通过比较步骤5和步骤3的报文条数来判断模块与下游从站的串行轮询式通信是否完成，若是则进入步骤8，否则继续跳转到步骤5。

8)串并转换模块中的“数据转换逻辑”把缓存的从站回复数据报文通过并发(或流水线)通信的方式往上游链路控制器方向进行发送。

9)串并转换模块中的“数据转换逻辑”实时统计已经发送的上行数据报文条数。

10)通过比较步骤9和步骤6的报文条数来判断发送上行数据通信是否完成，若是则结束，等待下一次被触发唤醒，否则继续跳转到步骤8。

本公开实施例还提供一种串并转换装置，应用于工业控制系统，如图14所示，包括，

下行接收模块1401，设置为通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自控制器的下行数据；

解析模块1402，设置为解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

下行轮询模块1403，设置为按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

上行接收模块1404，设置为接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

上行发送模块1405，设置为通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统、装置中的功能模块/单元可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。在硬件实施方式中，在以上描述中提及的功能模块/单元之间的划分不一定对应于物理组件的划分；例如，一个物理组件可以具有多个功能，或者一个功能或步骤可以由若干物理组件合作执行。某些组件或所有组件可以被实施为由处理器，如数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种串并转换模块，应用于工业控制系统，其特征在于，包括：

第一收发电路、转换控制模块和第三收发电路；

所述第一收发电路设置为，采用并发或流水线工作机制与控制器进行数据交互；

所述第三收发电路设置为，采用轮询工作机制与被控制的从站进行数据交互；

所述转换控制模块包括：数据转换逻辑，设置为连接所述第一收发电路和所述第三收发电路，实现所述第一收发电路和所述第三收发电路之间的数据链路层数据转发。

2.如权利要求1所述的串并转换模块，其特征在于，

还包括：第二收发电路；所述转换控制模块还包括：上游链路冗余逻辑；

所述第二收发电路设置为，采用并发或流水线工作机制与所述控制器进行数据交互；

所述上游链路冗余逻辑设置为，连接所述第一收发电路和所述第二收发电路，连接所述数据转换逻辑；

所述上游链路冗余逻辑还设置为，根据从所述第一收发电路接收到的来自所述控制器的下行数据和从所述第二收发电路接收到的来自所述控制器的下行数据，确定无冗余的第一下行数据，并发送给所述数据转换逻辑；根据从所述数据转换逻辑接收到的来自所述被控制的从站的上行数据，确定第一上行数据，分别通过所述第一收发电路和所述第二收发电路发送给所述控制器；

和/或，

还包括：第四收发电路；所述转换控制模块还包括：下游链路冗余逻辑；

所述第四收发电路设置为，采用轮询工作机制与所述被控制的从站进行数据交互；

所述下游链路冗余逻辑设置为，连接所述第三收发电路和所述第四收发电路，连接所述数据转换逻辑；

所述下游链路冗余逻辑还设置为，根据从所述第三收发电路接收到的来自所述被控制的从站的上行数据和从所述第四收发电路接收到的来自所述被控制的从站的上行数据，确定无冗余的第二上行数据，并发送给所述数据转换逻辑；根据从所述数据转换逻辑接收到的来自所述控制器的下行数据，确定第二下行数据，分别通过所述第三收发电路和所述第四收发电路发送给所述被控制的从站。

3.如权利要求2所述的串并转换模块，其特征在于，

所述数据转换逻辑设置为，连接所述第一收发电路和所述下游链路冗余逻辑，实现所述第一收发电路和所述下游链路冗余逻辑之间的数据链路层数据转发；

或者，

所述数据转换逻辑设置为，连接所述第三收发电路和所述上游链路冗余逻辑，实现所述第三收发电路和所述上游链路冗余逻辑之间的数据链路层数据转发；

或者，

所述数据转换逻辑设置为，连接所述下游链路冗余逻辑和所述上游链路冗余逻辑，实现所述下游链路冗余逻辑和所述上游链路冗余逻辑之间的数据链路层数据转发。

4.如权利要求1-3任一项所述的串并转换模块，其特征在于，

所述第一收发电路和/或第二收发电路包括：串行总线接口或以太网接口；

所述第三收发电路和/或第四收发电路包括：串行总线接口。

5.一种串并转换设备，应用于工业控制系统，其特征在于，包括：

所述串并转换设备包括：一个如权利要求1-4任一项所述的串并转换模块；

或者，

所述串并转换设备包括：至少两个如权利要求1-4任一项所述的串并转换模块；

所述至少两个串并转换模块的第一收发电路并联，所述至少两个串并转换模块的第三收发电路并联；

每一个所述串并转换模块还包括：冗余接口电路；

每一个所述串并转换模块的转换控制模块还包括：模块冗余逻辑；

每一个所述冗余接口电路设置为，与其他串并转换模块的冗余接口电路连接获取其他串并转换模块的状态信息；

每一个所述模块冗余逻辑设置为，根据所述其他串并转换模块的状态信息确定自身所归属的串并转换模块的工作状态；

所述串并转换模块的工作状态包括主用状态和备用状态。

6.如权利要求5所述的串并转换设备，其特征在于，

所述至少两个串并转换模块的第二收发电路并联；和/或，所述至少两个串并转换模块的第四收发电路并联。

7.一种工业控制系统，其特征在于，包括：

控制器、被控制设备和如权利要求5-6任一项所述的串并转换设备；

所述控制器设置为，通过所述串并转换设备与所述被控制设备进行数据交互。

8.如权利要求7所述的工业控制系统，其特征在于，

所述控制器包括第一无线通信模块；

所述串并转换设备还包括第二无线通信模块；

所述控制器设置为，通过所述第一无线通信模块与所述串并转换设备的第二无线通信模块通信，以实现与所述被控制设备之间的数据交互。

9.一种串并转换方法，应用于工业控制系统，其特征在于，包括：

通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自所述控制器的下行数据；

解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

10.一种串并转换装置，应用于工业控制系统，其特征在于，包括：

下行接收模块，设置为通过并发或流水线工作机制与控制器通信，接收来自所述控制器的下行数据；

解析模块，设置为解析所述下行数据，获取需要轮询的至少一条下行报文；

下行轮询模块，设置为按照串行轮询机制发送所述至少一条下行报文到被控制设备；

上行接收模块，设置为接收所述控制设备的轮询应答上行报文；

上行发送模块，设置为通过并发或流水线工作机制与所述控制器通信，将所述上行报文发送给所述控制器。

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