CN114625034B - 一种设备控制组网系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种设备控制组网系统，应用于质子交换膜燃料电池系统，包括：控制单元以及至少两个与所述控制单元通讯的下层设备，其中所述下层设备之间共用组网内ID，系统还包括：转换中继单元，所述转换中继单元包括一个一级通讯端口和若干个二级通讯端口，其中一级通讯端口与所述控制单元的控制总线连接构成一级通讯通道，任意二级通讯端口与一个下层设备的通讯端口连接构成二级通讯通道；所述转换中继单元对各二级通讯通道重新分配ID，并将二级通讯通道新分配的ID映射至一级通讯通道。本发明通过对复用ID的设备进行通道映射，并分别分配新的ID，可以将相同帧ID的控制设备区分开，并将控制参数准确分配至目标设备。
Description
技术领域
本发明涉及燃料电池模块设备组网技术领域，具体而言，尤其涉及一种设备控制组网系统。
背景技术
质子交换膜燃料电池(PEMFC)具有能量转化效率高、环境友好、结构简单、操作方便等优点，已经越多的被应用到电动汽车、固定电站等新能源领域。
PEMFC原理上是通入氢气与氧气(空气)进行电化学反应发电，实际系统中围绕燃料电池要布置供氢系统、供氧系统、散热系统、排水系统、电管理系统等，可以说是一个小型化工厂。如此复杂系统中包括多种多样的品牌、各种各样型号的气泵、水泵、DCDC、鼓风机、要控制器等等，由于燃料电池尚没有产业化，没有形成稳定的设备供应商，所以每种设备的控制方法、控制协议都不相同，这在复杂的燃料电池系统中，非常影响控制效果。
燃料电池行业使用的设备普遍采用CAN通讯组网，部分进口气泵要求在控制上有一定速度的控制参数持续写入，而网内速度达不到要求。另外部分气泵采用单一ID组网会造成ID重复，在使用多台气泵进行组网过程中会带来控制问题。
发明内容
根据上述提出由于燃料电池系统ECU控制器的通讯通道通常有限，导致组网内ID重复的技术问题，而提供一种设备控制组网系统。本发明通过对复用ID的设备进行通道映射，并分别分配新的ID，可以将相同帧ID的控制设备区分开，并将控制参数准确分配至目标设备。
本发明采用的技术手段如下：
一种设备控制组网系统，应用于质子交换膜燃料电池系统，包括：控制单元以及至少两个与所述控制单元通讯的下层设备，其中所述下层设备之间共用组网内ID，系统还包括：
转换中继单元，所述转换中继单元包括一个一级通讯端口和若干个二级通讯端口，其中一级通讯端口与所述控制单元的控制总线连接构成一级通讯通道，任意二级通讯端口与一个下层设备的通讯端口连接构成二级通讯通道；
所述转换中继单元对各二级通讯通道重新分配ID，并将二级通讯通道新分配的ID映射至一级通讯通道。
进一步地，系统还包括通讯控制单元，所述通讯控制单元一方面用于接收所述控制单元下发的控制指令并将所述控制指令发送给转换中继单元，另一方面用于接收所述转换中继单元上传的数据信息；
所述通讯控制单元至少包括：
与所述控制单元的控制总线连接构成第一通讯控制通道的第一通讯端口；以及
与所述转换中继单元的一级通讯端口连接构成第二通讯控制通道的第二通讯端口。
进一步地，所述控制单元与所述转换中继单元之间、所述转换中继单元与各下层设备之间均基于CAN方式实现通讯连接。
进一步地，所述控制单元与通讯控制单元之间、所述通讯控制单元与转换中继单元之间、所述转换中继单元与各下层设备之间均基于CAN方式实现通讯连接。
进一步地，所述转换中继单元采用CANhub AS5设备。
进一步地，所述通讯控制单元采用STM32单片机。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明采用CANhub AS5设备解决了组网内ID重复的问题，根据被控设备数量选择CAN口，配置上采用ID映射的方法重新分配ID号，并将控制单元发送的控制帧基于新ID准确、快速地发送到对应的设备上。
2、本发明的通讯控制单元，起到承上启下的作用可以不受上层总线速率的限制，接收控制单元的命令下发给下层设备，并接收下层设备的数据信息上传给控制单元。
本发明的方案解决了组网内ID重复以及要求高速持续写入参数的特殊设备控制问题。
基于上述理由本发明可在质子交换膜燃料电池控制系统中广泛推广。
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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1中设备控制组网系统结构示意图。
图2为实施例2中设备控制组网系统结构示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
本发明公开了一种设备控制组网系统，应用于质子交换膜燃料电池系统，包括：控制单元以及至少两个与所述控制单元通讯的下层设备，其中所述下层设备之间共用组网内ID，系统还包括：转换中继单元，所述转换中继单元包括一个一级通讯端口和若干个二级通讯端口，其中一级通讯端口与所述控制单元的控制总线连接构成一级通讯通道，任意二级通讯端口与一个下层设备的通讯端口连接构成二级通讯通道；所述转换中继单元对各二级通讯通道重新分配ID，并将二级通讯通道新分配的ID映射至一级通讯通道。
基于上述实施方式，优选地，系统还包括通讯控制单元，所述通讯控制单元一方面用于接收所述控制单元下发的控制指令并将所述控制指令发送给转换中继单元，另一方面用于接收所述转换中继单元上传的数据信息；所述通讯控制单元至少包括：与所述控制单元的控制总线连接构成第一通讯控制通道的第一通讯端口；以及与所述转换中继单元的一级通讯端口连接构成第二通讯控制通道的第二通讯端口。
在上述实施方式中，所述控制单元与通讯控制单元之间、所述通讯控制单元与转换中继单元之间、所述转换中继单元与各下层设备之间均基于CAN方式实现通讯连接。
下面通过具体的应用实例，对本发明的方案做进一步说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种用于PEMFC系统特殊要求设备控制组网示意图。设备1-设备4分别代表ID重复的四台设备，其通讯协议要求控制参数以50ms周期持续写入设备。转换中继单元(CANhub)有5个控制CAN口，为了分别控制四台设备，采用CANhub设备位于上一级控制层，该CANhub将四个设备通道映射到第五路通道上并重新分配新ID。CANhub第五路CAN与控制单元(ECU)的控制总线连接。
系统ECU控制器的控制总线任务繁重，负责整体系统各种设备的采集数据与指令下发，应用此方法可以控制速度响应要求不是特别高，但是却要求高控制速率的设备，并且此设备还需要多台重复ID组网。本实施例中采用CANhub AS5设备。根据被控设备数量选择CAN口，配置上采用ID映射的方法重新分配ID号，具体将重复ID根据相应的端口重新分配新ID。相应的，各个设备的数据信息上传到CANhub后经过帧ID映射后重新分配新ID，然后按照ECU总线上的合理速率向总线发送数据。
实施例2
如图2所示，在实施例1的基础上，本实施例提供的组网系统还包括通讯控制单元，所述通讯控制单元一方面用于接收所述控制单元下发的控制指令并将所述控制指令发送给转换中继单元，另一方面用于接收所述转换中继单元上传的数据信息。通讯控制单元至少包括：与所述控制单元的控制总线连接构成第一通讯控制通道的第一通讯端口；以及与所述转换中继单元的一级通讯端口连接构成第二通讯控制通道的第二通讯端口。
本实施例中，通讯控制单元采用STM32单片机，其拥有两路以上的CAN口，起到承上启下的作用可以不受上层总线速率的限制，接收ECU的命令下发给CANhub，接收CANhub的数据上传给ECU。ECU下发指令可以根据数据总量计算速率，单片机接收数据后按照50ms的速率周期向第二路CAN也就是CANhub发送相应设备的控制帧，经过CANhub重新映射分配到各个通道的CAN设备上。CANhub设备内有映射表，可以根据新ID发送到对应的设备上。同理各个设备的数据信息上传到CANhub后经过帧ID映射后重新分配新ID，发送到单片机处理，然后按照ECU总线上的合理速率向总线发送数据。
进一步地，设备1-设备4分别代表ID重复的四台设备，其通讯协议要求控制参数以50ms周期持续写入设备。CANhub有5个控制CAN口，为了分别控制四台设备，采用CANhub设备位于上一级控制层，该CANhub将四个设备通道映射到第五路通道上并重新分配新ID。CANhub第五路CAN与单片机的CAN2连接。使用新ID，单片机就可以识别四台设备，分别接受四台设备上传的数据和分别下发四台设备的命令。CANhub在设置时可以根据上下层网络的不同特征配置不同的参数，比如波特率、帧类型等。
单片机居于中间位置，其目的是中转数据，达到增加数据速率的目的。单片机的CAN1与ECU的CAN总线相连。单片机的CAN2为设备端的快速总线，其为设备的专用总线，数据量较少。单片机的CAN1为系统ECU的控制总线，速率比较慢，以此达成慢速总线控制快速总线的目的。当然，慢总线数据速率传输慢制约了整体的数据传输速率，CAN设备无法及时更新控制参数，但是如此可以达成快速向CAN设备发送控制参数的目的，满足了设备的特殊要求。由此，在ECU控制器CAN通道有限的情况下，共用控制总线，ECU就可以将控制参数发送给特殊通讯协议的设备，并可以将相同帧ID的控制设备区分开。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (3)
1.一种设备控制组网系统，应用于质子交换膜燃料电池系统，包括：控制单元以及至少两个与所述控制单元通讯的下层设备，其中所述下层设备之间共用组网内ID，其特征在于，系统还包括：
转换中继单元，所述转换中继单元包括一个一级通讯端口和若干个二级通讯端口，其中一级通讯端口与所述控制单元的控制总线连接构成一级通讯通道，任意二级通讯端口与一个下层设备的通讯端口连接构成二级通讯通道；
所述转换中继单元对各二级通讯通道重新分配ID，并将二级通讯通道新分配的ID映射至一级通讯通道；
通讯控制单元，所述通讯控制单元一方面用于接收所述控制单元下发的控制指令并将所述控制指令发送给转换中继单元，另一方面用于接收所述转换中继单元上传的数据信息；
通讯控制单元采用STM32单片机，其拥有两路以上的CAN口，不受上层总线速率的限制；接收ECU的命令下发给CANhub，接收CANhub的数据上传给ECU；
ECU下发指令，根据数据总量计算速率，单片机接收数据后按照50ms的速率周期向第二路CAN也就是CANhub发送相应设备的控制帧，经过CANhub重新映射分配到各个通道的CAN设备上；
CANhub设备内有映射表，根据新ID发送到对应的设备上；同理，各个设备的数据信息上传到CANhub后经过帧ID映射后重新分配新ID，发送到单片机处理，然后按照ECU总线上的合理速率向总线发送数据；
所述通讯控制单元至少包括：
与所述控制单元的控制总线连接构成第一通讯控制通道的第一通讯端口；以及与所述转换中继单元的一级通讯端口连接构成第二通讯控制通道的第二通讯端口；
所述控制单元与通讯控制单元之间、所述通讯控制单元与转换中继单元之间、所述转换中继单元与各下层设备之间均基于CAN方式实现通讯连接；
根据被控设备数量选择CAN口，配置上采用ID映射的方法重新分配ID号，具体将重复ID根据相应的端口重新分配新ID，相应的，各个设备的数据信息上传到转换中继单元后经过帧ID映射后重新分配新ID，然后按照控制单元总线上的合理速率向总线发送数据。
2.根据权利要求1所述的设备控制组网系统，其特征在于，所述控制单元与所述转换中继单元之间、所述转换中继单元与各下层设备之间均基于CAN方式实现通讯连接。
3.根据权利要求1所述的设备控制组网系统，其特征在于，所述转换中继单元采用CANhub AS5设备。
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