CN114944968A - 同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，包括采集通信模块，其包括微处理器、第一信号转换模块和第二信号转换模块，微处理器实时采集若干仪表设备的数据信号，第一信号转换模块通过采集端口连接于微处理器，第二信号转换模块转换后的数据传输至中控室设备。本发明的有益效果是：使得在加氢站自动化控制系统中，对仪表设备类与控制器之间的通讯网络框架不再错乱复杂，简化了其之间的通信系统，减少了网关硬件开发和生产成本，提高了数据通信交换效率和设备利用率，还减少了大量的通讯线缆与采集设备等成本，减少了因设备过多时，系统之间连接时出现的故障点以及建设时大量的施工量，使得运行维护变得简单方便。
Description
技术领域
本发明涉及加氢站领域，尤其涉及一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统。
背景技术
现行的加氢站自动化控制系统中，一般大、中、小、微型控制器与仪表设备类之间的数据交互通讯方式多采用MODBUS_RTU RS485，在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机，RS485是一种串行异步半双工通信协议，RS485多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。现行阶段这一跟总线上要求通讯协议和波特率必须一致，否则处于无法通信连接状态。然而有很多仪表设备类因生产制造商不同，仪表设备类出厂后波特率和通信协议是都不一致的，在通讯总线会导致通讯数据无法交互，或只能对波特率和通信协议一致的仪表设备类进行数据交互，若要对全部的仪表设备类进行通信数据交互，这就要在自动化控制系统中敷设多根通讯总线电缆来实现正常通信；这样使相同波特率和通信协议的仪表设备类连接在同一总线上，大大的增加了总线电缆、通信采集设备成本，同时还增加了很多故障点，还需要耗费大量的施工量和运行维护时间。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，主要包括：该系统主要应用于加氢站，包括现场设备及中控室设备，所述现场设备包括若干仪表设备和控制箱，该控制箱中包含有采集通信模块，采集通信模块用于采集各个仪表设备实时检测的数据，以便进行内部处理与转换存储，所述采集通信模块包括微处理器、第一信号转换模块和第二信号转换模块，微处理器通过采集端口实时采集若干仪表设备的数据信号，第一信号转换模块通过采集端口连接于微处理器，微处理器电信连接第二信号转换模块，所述第一信号转换模块用于把上位机总线上的差分信号转换成TTL电平，所述第二信号转换模块用于将TTL电平转换成差分信号，第二信号转换模块转换后的数据传输至中控室设备。
进一步地，所述第一信号转换模块采用MAX485芯片。
进一步地，所述第二信号转换模块采用PCA820250芯片。
进一步地，所述采集通信模块还包括电源模块、时钟模块、存储模块和光耦隔离模块，电源模块、时钟模块和存储模块均电性连接于微处理器，光耦隔离模块连接采集端口和微处理器。。
进一步地，所述微控制器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的介质访问控制子层，其工作原理为：首先是节点发信号到线路，采集端口采集接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，微控制器接收信号后需要将衰减的信号整形放大，最后微控制器将放大的信号通过PCA820250芯片转换成CAN接口传输给网关。
进一步地，所述微控制器采用载波帧听多路访问/冲突检测协议。
进一步地，所述微控制器作为一种特殊的多端口中继器，在连网中继扩展中遵循5-4-3规则：一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有3个子网段含有PC。
进一步地，所述中控室设备包括控制处理器，用于将采集通信模块采集到的数据进行处理并存储。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：通过本发明提供的技术方案，使得在加氢站自动化控制系统中，对仪表设备类与控制器之间的通讯网络框架不再错乱复杂，简化了其之间的通信系统，极大的减少了网关硬件开发和生产成本，最大化的提高了数据通信交换效率和设备利用率，还减少了大量的通讯线缆与采集设备等成本，减少了因设备过多时，系统之间连接时出现的故障点，还减少了建设时大量的施工量，更使运行维护变得简单方便。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例中一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统的框架图。
图2是本发明实施例中采集通信模块的结构图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明的实施例提供了同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，主要应用于加氢站，一般加氢站自动化控制系统中MODBUS_RTU RS485采集通信接线连接方式如图1所示，当加氢站自动化控制系统采集现场带有多个RS485通信协议仪表设备类的数据时，通常采用MODBUS_RTU RS485通信方式。如图1所示，现场的多个仪表设备(1,2,...,n,n+1)通过双绞屏蔽通讯线缆集中连接在现场的仪表控制箱中，RS485多采用的是两线制接线方式，这种接线方式为总线式拓扑结构，在同一总线上最多可以挂接32个节点。仪表控制箱中的采集通信模块用于采集各个仪表设备实时检测的数据，以便进行内部处理与转换存储，可通过通信线缆直接把采集转换后的数据传输到中控室设备，或者传输距离较远时，采用带有GPRS模块的无线网络采集通信模块，通过无线网络把采集转换后的数据传输到中控室设备。中控室设备中的控制处理器通过网关与现场的采集通信模块进行连接，控制处理器用于将采集通信模块采集到的数据再进行处理(根据加氢站实际需求进行处理，发送控制指令等)并存储(归档记录等)。
为了实现同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯方式，本发明中采用的采集通信模块如图2所示，内部集成安装有微型控制处理器，与仪表设备连接的采集端口，通过双绞屏蔽通信线缆采集仪表设备数据，用MAX485芯片实现RS485接口数据采集传输到微控制器，整个采集通信模块还集成有电源模块、时钟模块、存储模块、光耦隔离模块等，电源模块、时钟模块和存储模块均电性连接于微处理器，光耦隔离模块连接采集端口和微处理器，所述电源模块用于为采集通信模块提供电源动力支持，所述时钟模块用于标定时间，以确定数据的收发时间点，所述存储模块用于对采集数据进行缓冲。PCA820250芯片可使微控制器处理后的数据通过发送端口传输至中控室设备。
微控制器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的MAC(介质访问控制)子层。物理层定义了电气信号，符号，线的状态和时钟要求，数据编码和数据传输用的连接器。因为只对信号进行整形、放大后再重发，不进行编码，所以微控制器是物理层的设备，用于响应对上游PLC数据请求，回应对采集的数据进行处理发送。
微控制器采用了CSMA/CD(载波帧听多路访问/冲突检测)协议，CSMA/CD为MAC层协议，所以微控制器也含有数据链路层的内容。微控制器作为一种特殊的多端口中继器，它在连网中继扩展中要遵循5-4-3规则，即：一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有3个子网段含有PC。微控制器的工作原理是非常简单的：首先是节点发信号到线路，采集端口采集接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，微控制器接收信号后需要将衰减的信号整形放大，最后微控制器将放大的信号通过PCA820250芯片转换成CAN接口传输给网关。
RS485总线基于平衡发送和差分接收，具有很强的抗共模干扰能力，在远程有线数字通信领域使用非常广泛。但它也存在一些缺点，如一个节点故障会引起整个总线瘫痪、不能星型布线等。但在经过本发明公开的采集通信模块后可以弥补这些缺陷，同时延长通信距离。
采集通信模块利用MAX485芯片把上位机总线上的差分信号转换成TTL电平，首先微处理器将采集到的数据传输至MAX485芯片，MAX485芯片将差分信号转换为TTL电平，然后再传输至微处理器，然后微处理器以广播方式分配给其它各支路，最后通过PCA820250芯片再转换为差分信号发送到各分支总线上。
所有分支信号与主站信号之间都采用光耦隔离模块进行隔离，用于实现各分支之间、各分支与主站之间的全部隔离。
所有总线出口都采用防雷管和TVS管构成两级保护。总线感应到雷击等高压大能量信号时，先通过防雷管提供的线线间、线地间防雷保护功能，使雷击过电压被迅速泄放，泄放过程中产生的瞬态大电流会在电路中感应出一个尖峰电压，次级保护使用的TVS管可以将上述尖峰电压吸收。如果有较大的电流，可以通过热敏电阻的高阻值来降压。
图2所示的采集通信模块的设计原理是用模拟开关串接在各分支路的接收数据线上，通过单片机监测这些接收数据，判断是否出现故障，当出现故障时使能端断开该路模拟开关，同时LED报警指示灯显红色，待故障恢复后再使其自动接入，报警指示灯恢复位呈绿色状态。
本发明的有益效果是：通过本发明提供的技术方案，使得在加氢站自动化控制系统中，对仪表设备类与控制器之间的通讯网络框架不再错乱复杂，简化了其之间的通信系统，极大的减少了网关硬件开发和生产成本，最大化的提高了数据通信交换效率和设备利用率，还减少了大量的通讯线缆与采集设备等成本，减少了因设备过多时，系统之间连接时出现的故障点，还减少了建设时大量的施工量，更使运行维护变得简单方便。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：该系统主要应用于加氢站，包括现场设备及中控室设备，所述现场设备包括若干仪表设备和控制箱，该控制箱中包含有采集通信模块，所述采集通信模块包括微处理器、第一信号转换模块和第二信号转换模块，微处理器通过采集端口实时采集若干仪表设备的数据信号，第一信号转换模块通过采集端口连接于微处理器，微处理器电信连接第二信号转换模块，所述第一信号转换模块用于把上位机总线上的差分信号转换成TTL电平，所述第二信号转换模块用于将TTL电平转换成差分信号，第二信号转换模块转换后的数据传输至中控室设备。
2.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述第一信号转换模块采用MAX485芯片。
3.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述第二信号转换模块采用PCA820250芯片。
4.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述采集通信模块还包括电源模块、时钟模块、存储模块和光耦隔离模块，电源模块、时钟模块和存储模块均电性连接于微处理器，光耦隔离模块连接采集端口和微处理器。
5.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述微控制器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的介质访问控制子层，其工作原理为：首先是节点发信号到线路，采集端口采集接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，微控制器接收信号后需要将衰减的信号整形放大，最后微控制器将放大的信号通过PCA820250芯片转换成CAN接口传输给网关。
6.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述微控制器采用载波帧听多路访问/冲突检测协议。
7.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述微控制器作为一种特殊的多端口中继器，在连网中继扩展中遵循5-4-3规则：一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有3个子网段含有PC。
8.如权利要求1所述的一种同一线路实现多个不同频率、通讯协议的串口通讯系统，其特征在于：所述中控室设备包括控制处理器，用于将采集通信模块采集到的数据进行处理并存储。
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