CN114697155A - 一种多设备数据交互方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种多设备数据交互方法与装置，所述方法包括：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。本发明提供的多设备数据交互方法，基于标准以太网组织数据驱动建立了主设备和从设备之间的数据链路，减少了设备之间的硬件布线；采用CANopen通讯协议实现了主设备和从设备之间的通讯数据搬运，进一步的提高了主设备的管理效率。
Description
技术领域
本发明涉及数据通讯技术领域，尤其涉及一种多设备数据交互方法与装置。
背景技术
随着制造业大环境的改变，各种自动化产线逐渐增多，通过采用软PLC提供的自动化方案平台可以做单个机器人的管理，灵活接入各种设备，实现一个小型生产线单元的多轴插补、单轴运动以及外围IO数据和设备管理内容。
但是现有的设备间数据交互方法存在弊端，生产线单元(从设备)之间进行通讯采用电气IO接口导致布线异常繁琐，在某生产线单元(从设备)出现问题需要更换零部件时，需要将生产线单元(从设备)全部停止，从而导致生产和管理效率低下。
发明内容
本发明提供一种多设备数据交互方法与装置，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明提供一种多设备数据交互方法，包括：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
根据本发明提供的一种多设备数据交互方法，所述基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路，包括：接收第一请求接入数据帧，以建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二监控接口利用UDP数据包发送至第一监控接口的；反馈第一应答接入数据帧至所述第二监控接口；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包发送的；接收第二请求接入数据帧；所述第二请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；反馈第二应答接入数据帧至所述第二数据接口，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包发送的。
根据本发明提供的一种多设备数据交互方法，在反馈第二应答接入数据帧至所述第二数据接口，以建立所述数据链路之后，还包括：接收心跳报文；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议实现与所述从设备的数据交互。
根据本发明提供的一种多设备数据交互方法，所述CANopen通讯协议为标准CANopen通讯协议或非标CANopen通讯协议。
本发明提供一种多设备数据交互方法，包括：基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
根据本发明提供的一种多设备数据交互方法，所述基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路，包括：发送第一请求接入数据帧至所述主设备的第一监控接口，以供所述主设备建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由第二监控接口利用UDP数据包发送的；接收第一应答接入数据帧；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包反馈的；发送第二请求接入数据帧至所述第一数据接口；所述第二请求接入数据帧是由第二数据接口利用UDP数据包发送的；接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包反馈的。
根据本发明提供的一种多设备数据交互方法，在接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路之后，还包括：发送心跳报文至所述第一数据接口；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送的；根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述多设备数据交互方法。
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述多设备数据交互方法。
本发明提供的多设备数据交互方法与装置，基于标准以太网组织数据驱动建立了主设备和从设备之间的数据链路，减少了设备之间的硬件布线；采用CANopen协议实现了主设备和从设备之间的通讯数据搬运，进一步的提高了主设备的管理效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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一简单地介绍，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的多设备数据交互方法的流程示意图；
图2是本发明提供的主设备和从设备的数据交互示意图；
图3是本发明提供的标准以太网组织数据驱动的示意图；
图4是本发明提供的多设备数据交互装置的结构示意图；
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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发明一部分实施例，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。
下面结合图1-图5描述本发明的多设备数据交互方法与装置。
图1是本发明提供的多设备数据交互方法的流程示意图，如图1所示，从主设备侧对本发明提供的多设备数据交互方法进行说明，所述方法包括但不限于以下步骤：
步骤101：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路。
本发明提供的多设备数据交互方法，可以设置一个主设备和多个从设备，并且采取标准以太网的用户数据报协议(User Datagram Protocol，UDP)组织主设备和从设备之间的数据驱动。
具体地，可以通过UDP数据包的方式实现主设备和从设备之间的数据传输，并建立主设备和从设备之间的数据链路。
步骤102：基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
需要说明的是，CANopen通讯协议可以为标准CANopen通讯协议或非标CANopen通讯协议。
当采用非标CANopen通讯协议时，本发明可以将主设备作为非标CANopen协议栈主站，将从设备作为非标CANopen协议栈从站。在主设备和从设备均以标准以太网组织数据驱动的基础上，运行非标CANopen协议栈，通过非标CANopen协议栈管理并搬运从设备通讯的实时数据，从而实现主设备与从设备的数据交互。
本发明提供的多设备数据交互方法，基于标准以太网组织数据驱动建立了主设备和从设备之间的数据链路，减少了设备之间的硬件布线；采用CANopen通讯协议实现了主设备和从设备之间的通讯数据搬运，进一步的提高了主设备的管理效率。
图2是本发明提供的主设备和从设备的数据交互示意图，如图2所示，将主设备作为CANopen协议栈主站；将从设备1、从设备2、从设备30作为CANopen协议栈从站，通过交换机使用UDP协议进行数据传输。
需要说明的是，主设备和从设备均预先设置好各自的IP地址，并且IP地址必须在一个网段内。
可选地，在建立主设备和从设备的数据链路之前，可以对主设备和从设备之间进行通讯的数据地址和数据长度进行设置。其中，主设备的输入点的数据长度等于从设备的输出点数据长度；主设备输出点的数据长度等于从设备输入点的数据长度。
主设备和从设备的数据地址和数据长度可以分别各自映射到各自的初始化配置参数中，然后根据初始化配置参数配置相关对象字典的字典项，作为CANopen通讯数据的管理数据使用。
其中，主设备需要配置对应的所有从设备的数据地址和数据长度。
图3是本发明提供的标准以太网组织数据驱动的示意图，现结合图3对建立主设备和从设备之间的数据链路的过程进行说明。
可选地，从设备预先建立第二监控接口320和第二数据接口340，主设备预先建立第一监控接口310。从设备的第二监控接口320用于发送第一请求接入数据帧、接收第一应答接入数据帧、接收主设备发送来的主站管理数据和同步数据。从设备的第二数据接口340用于发送第二请求接入数据帧和CANopen的服务数据对象(Service Data Objects，SDO)和过程数据对象(Process Data Object，PDO)数据，接收第二应答接入数据帧、CANopen的SDO数据和PDO数据、定向管理数据。主设备的第一监控接口310用于发送第一应答接入数据帧、管理数据和同步数据，接收任一从设备的第一请求接入数据帧。
从主设备侧对本发明建立数据链路的过程进行说明，基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路，包括：接收第一请求接入数据帧，以建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二监控接口利用UDP数据包发送至第一监控接口的；反馈第一应答接入数据帧至所述第二监控接口；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包发送的；接收第二请求接入数据帧；所述第二请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；反馈第二应答接入数据帧至所述第二数据接口，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包发送的。
具体地，从设备通过第二监控接口320利用UDP数据包发送第一请求接入数据帧至主设备的第一监控接口310；主设备的第一监控接口310接收UDP数据包所包含的第一请求接入数据帧后，可以根据第一请求接入数据帧获取从设备数据信息，并通过设备记录表记录下从设备数据信息。从设备数据信息包括从设备的IP地址等信息。
主设备可以根据从设备数据信息，动态分配与对应从设备通讯的第一数据接口330，同时把建立第一数据接口330时产生的数据存储到设备记录表中，主设备的第一监控接口310把建立第一数据接口330时产生的数据利用UDP数据包发送第一应答接入数据帧给从设备的第二监控接口320。
从设备的第二监控接口320接收主设备的第一监控接口310的第一应答接入数据帧，从设备根据第一应答接入数据帧填充从设备预先分配的第二数据接口340的通讯对象信息，此通讯对象信息为主设备的第一数据接口330的信息。
从设备的第二数据接口340利用UDP数据包发送第二请求接入数据帧给主设备的第一数据接口330，第二请求接入数据帧中包含CANopen协议栈需要使用的从设备号信息，主设备的第一数据接口330接收第二请求接入数据帧后，主设备分析第二请求接入数据帧并记录第二请求接入数据帧中的从设备号信息，方便主设备后续通过从设备号信息实现与对应从设备的CANopen通讯。
主设备用对应从设备的第一数据接口330发送第二应答接入数据帧给从设备的第二数据接口340，从设备的第二数据接口340接收到第二应答接入数据帧数据之后，进入数据链路建立完成状态。
可选地，在建立数据链路之后，还包括：接收心跳报文；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议实现与所述从设备的数据交互。
具体地，主设备可以根据从设备发送的心跳报文确认主设备和从设备是否已经建立了正常的数据链路连接，主设备可以根据配置信息判断没有进入数据链路建立完成状态的从设备是否满足启动CANopen协议栈的条件。
等待所有从设备均满足启动CANopen协议栈的条件，在数据链路为正常连接状态时，主设备用服务数据对象数据逐一读取建立了正常的数据链路连接的从设备对象字典信息；然后，主设备根据自身配置用服务数据对象数据检查从设备相应对象字典信息；然后，主设备根据自身配置用服务数据对象数据配置从设备对象字典信息；最后，主设备启动过程数据对象通讯。
需要说明的是，为了满足从设备通讯数据量需求，本发明可以修改标准CANopen2.0A协议栈11位CAN标志符来扩充所述从设备通讯数据量，目前从设备最多支持58个过程数据对象。每个过程数据对象支持8个字节数据。
主设备和从设备的功能实现代码采用同一套程序框架实现，均采用标准以太网UDP协议，内部通过标志区分主设备和从设备。主设备和从设备的实现代码封装在一个静态库中，采用类形式进行封装，在类内部用主从标志进行区分是主设备和从设备运行。
本发明提供的多设备数据交互方法，通过主设备搬运所述从设备数据可以实现生产线单元的IO数据同步处理，进一步减少生产线单元之间IO信号布线，达到简化电气设计和节约成本的目的，并且可以实现监控生产线单元的状态以保证生产线单元之间协同工作。
在从设备出现故障需要进行停机维修时，本发明的主设备可以在不影响其余从设备数据通讯情况下，直接删除故障从设备的数据通讯，从而使故障从设备成为独立设备，进一步故障从设备可以进行停机维修。
在从设备故障维修完毕或者需要在通讯设备中增加新从设备(主设备已配置此从设备)时，本发明的主设备可以在不影响其余从设备数据通讯情况下，直接添加从设备的数据通讯，新添加的从设备可以和主设备进行正常数据通讯，进一步主设备可以监控从设备状态，而且从设备可以执行主设备的指令。
综上所述，本发明提供的多设备数据交互方法与现有的数据交互方法相比，降低了设计复杂度和成本；在监控生产线单元的运行状态以及灵活处理现场异常情况等方面也具有更加有益效果。
当在从设备侧对本发明提供的多设备数据交互方法进行说明时，本发明提供的多设备数据交互方法的实现过程如下，具体的实施方式可以参照上述实施例，这里不再赘述。
基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路，包括：发送第一请求接入数据帧至所述主设备的第一监控接口，以供所述主设备建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由第二监控接口利用UDP数据包发送的；接收第一应答接入数据帧；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包反馈的；发送第二请求接入数据帧至所述第一数据接口；所述第二请求接入数据帧是由第二数据接口利用UDP数据包发送的；接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包反馈的。
在接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路之后，还包括：发送心跳报文至所述第一数据接口；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送的；根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
本发明提供的多设备数据交互方法，基于标准以太网组织数据驱动建立了主设备和从设备之间的数据链路，减少了设备之间的硬件布线；采用CANopen协议实现了主设备和从设备之间的通讯数据搬运，进一步的提高了主设备的管理效率。
下面对本发明提供的多设备数据交互装置进行描述，下文描述的多设备数据交互装置与上文描述的多设备数据交互方法可相互对应参照。
图4是本发明提供的多设备数据交互装置的结构示意图，如图4所示，所述装置包括：数据链路建立模块401、数据交互模块402。
其中，数据链路建立模块401，用于基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；
数据交互模块402，用于基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
本发明提供的多设备数据交互装置，基于标准以太网组织数据驱动建立了主设备和从设备之间的数据链路，减少了设备之间的硬件布线；采用CANopen通讯协议实现了主设备和从设备之间的通讯数据搬运，进一步的提高了主设备的管理效率。
图5是本发明提供的电子设备的结构示意图，如图5所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)510、通信接口(Communications Interface)520、存储器(memory)530和通信总线540，其中，处理器510，通信接口520，存储器530通过通信总线540完成相互间的通信。处理器510可以调用存储器530中的逻辑指令，以执行多设备数据交互方法，该方法包括：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
此外，上述的存储器530中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的多设备数据交互方法，该方法包括：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的多设备数据交互方法，该方法包括：基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种多设备数据交互方法，其特征在于，包括：
基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；
基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
2.根据权利要求1所述的多设备数据交互方法，其特征在于，所述基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路，包括：
接收第一请求接入数据帧，以建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二监控接口利用UDP数据包发送至第一监控接口的；
反馈第一应答接入数据帧至所述第二监控接口；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包发送的；
接收第二请求接入数据帧；所述第二请求接入数据帧是由所述任一从设备的第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；
反馈第二应答接入数据帧至所述第二数据接口，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包发送的。
3.根据权利要求2所述的多设备数据交互方法，其特征在于，在反馈第二应答接入数据帧至所述第二数据接口，以建立所述数据链路之后，还包括：
接收心跳报文；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送至所述第一数据接口的；
根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；
在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议实现与所述从设备数据交互。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多设备数据交互方法，其特征在于，所述CANopen通讯协议为标准CANopen通讯协议或非标CANopen通讯协议。
5.一种多设备数据交互方法，其特征在于，包括：
基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路；
基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
6.根据权利要求5所述的多设备数据交互方法，其特征在于，所述基于以太网的数据传输方式，建立与主设备的数据链路，包括：
发送第一请求接入数据帧至所述主设备的第一监控接口，以供所述主设备建立第一数据接口；所述第一请求接入数据帧是由第二监控接口利用UDP数据包发送的；
接收第一应答接入数据帧；所述第一应答接入数据帧是由所述第一监控接口利用UDP数据包反馈的；
发送第二请求接入数据帧至所述第一数据接口；所述第二请求接入数据帧是由第二数据接口利用UDP数据包发送的；
接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路；所述第二应答接入数据帧是由所述第一数据接口利用UDP数据包反馈的。
7.根据权利要求6所述的多设备数据交互方法，其特征在于，在接收第二应答接入数据帧，以建立所述数据链路之后，还包括：
发送心跳报文至所述第一数据接口；所述心跳报文是由所述第二数据接口利用UDP数据包发送的；
根据所述心跳报文判断所述数据链路的连接状态；
在确定所述数据链路处于正常连接状态的情况下，基于所述数据链路采用CANopen通讯协议以供所述主设备进行数据交互。
8.一种多设备数据交互装置，其特征在于，包括：
数据链路建立模块，用于基于以太网的数据传输方式，建立与任一从设备的数据链路；
数据交互模块，用于基于所述数据链路，采用CANopen通讯协议实现与所述任一从设备的数据交互。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至4任一项所述多设备数据交互方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述多设备数据交互方法。
Priority Applications (1)
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