CN115857420A

CN115857420A - 一种工控设备之间io互控的方法

Info

Publication number: CN115857420A
Application number: CN202310196316.1A
Authority: CN
Inventors: 高纯
Original assignee: Shenzhen Comprehensive Science Intelligent Control Technology Development Co ltd
Current assignee: Shenzhen Comprehensive Science Intelligent Control Technology Development Co ltd
Priority date: 2023-03-03
Filing date: 2023-03-03
Publication date: 2023-03-28
Anticipated expiration: 2043-03-03
Also published as: CN115857420B

Abstract

本发明公开了一种工控设备之间IO互控的方法，包括用户调用接口API模块、IO互控逻辑内核模块以及IO互控协议模块，用户通过调用本发明中的接口API来向IO互控逻辑内核模块传送工作参数；IO互控逻辑内核模块运转，完成IO互控的主流程任务及分支流程任务，建立各个设备之间的IO互控关系；IO互控协议模块完成IO互控通信报文的打包和解包工作，并和IO互控逻辑内核模块相互协作完成IO互控通信报文的接收和发送任务；本发明不需要依赖中心节点就可实现IO设备之间一对一、一对多、多对一、多对多这些复杂的IO互控操作，任意一个参与互控的IO设备故障时都不会影响其他IO设备之间的互控，极大提高了系统的健壮性、稳定性和可扩展性。

Description

一种工控设备之间IO互控的方法

技术领域

本发明涉及工控设备之间IO互控相关技术领域，具体为一种工控设备之间IO互控的方法。

背景技术

伴随着工控物联网的兴起，工控设备之间相互传递IO信号从而实现IO互控的需求不断增加，现有主流做法是通过中心化的节点搜集汇总后再转发到各个IO设备上，这些做法存在以下几种严重缺陷：一是所有的IO模块都依赖于中心节点，大大增加了信号传递的延时，不能满足那些需要实时控制的场合；二是一旦中心节点瘫痪，则整个系统不可用；三是这些方法往往和具体的硬件或操作系统以及编程语言绑定，换一种平台架构就需要重新投入人力物力开发，导致项目成本和周期大幅增加；四是这些方法不能让各个参与IO互控的设备自由决定要传输的IO信号类型及数量，系统自由性和可扩展性差。

专利号CN105426562A提出了一种多IO模块与多通讯模块之间的UART通讯方法及装置，通过该方法我们知道了利用FPGA来解决通讯模块与IO模块的UART收发端口选择的问题，从而实现IO模块与通讯模块多对多通讯，但该方法主要是实现IO模块和通讯模块之间的多对多通讯，并不是IO模块之间的互控操作，和本方法有本质上的不同；其次该专利中的方法只针对uart和fpag硬件，不具备通用性；另外该专利中，也未能实现各个io模块自由选择io信号类型和数量。

专利号CN114384849A提出了一种安全仪表系统，该专利公开了一种安全仪表系统，利用网关交换机作为中间管理者进行数据的双向发送，实现了各个IO模块以及多个控制器之间的数据通信，但该方法主要是实现IO模块和多个控制器之间的数据通讯，并不是IO模块之间的互控操作，和本方法有本质上的不同；其次该专利中的方法受限于一个中心型网关，一旦该网关故障，则整个系统将面临不可用的风险；另外该专利中的方法依赖于以太网这种通信方式，不支持其他类型的通信方式，实际应用中存在较大限制，另外该专利也未能实现各个io模块自由选择io信号类型及数量。

发明内容

为解决现有技术存在一是所有的IO模块都依赖于中心节点，大大增加了信号传递的时间，不能满足那些需要实时控制的场合；二是一旦中心节点瘫痪，则整个系统不可用；三是这些方法往往和具体的硬件或操作系统以及编程语言绑定，换一种平台架构就需要重新投入人力物力开发，导致项目成本和周期大幅增加；四是这些方法不能让各个参与IO互控的设备自由决定要传输的IO信号类型及数量，系统自由性和可扩展性差的缺陷，本发明提供一种工控设备之间IO互控的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明是一种工控设备之间IO互控的方法，包括用户调用接口API模块、IO互控逻辑内核模块以及IO互控协议模块，具体包括以下步骤，

步骤1、用户通过调用本发明中的接口API来向IO互控逻辑内核模块传送工作参数；

步骤2、IO互控逻辑内核模块开始启动运转，完成IO互控的主流程任务及分支流程任务，建立各个设备之间的IO互控关系；

步骤3、IO互控协议模块完成IO互控通信报文的打包和解包工作，并和IO互控逻辑内核模块相互协作完成IO互控通信报文的接收和发送任务。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的设备是指具有开关量、模拟量、脉冲、通信接口的工控设备或物联网终端设备。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的IO互控关系指的是各个设备可将采集的开关量、模拟量、脉冲、数据自由的发送给其他一个或多个设备后输出出来。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的用户调用接口API模块包括开关量操作API回调接口、模拟量操作API回调接口、脉冲量操作API回调接口、数据读写API回调接口、IO互控配置API接口和IO互控逻辑内核驱动引擎API接口。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的IO互控协议模块用来完成IO互控通信报文的打包和解包工作。

作为本发明的一种优选技术方案，所述的IO互控逻辑内核模块工作流程为先检查各个API接口是否已被用户正确配置，如果没有正确配置则返回错误码告知用户，如果已经正确配置则直接进入IO互控逻辑内核入口开始循环运行，内核首先判断是否需要发送IO互控协议报文，如果需要则开始IO互控协议报文的组装工作，具体流程为，装填报文序列号到IO互控协议的PktSqu字段、根据当前协议版本装填IO互控协议的ProtoVer字段、根据当前系统时钟装填IO互控协议的SysClk字段、根据当前IO模块站号装填IO互控协议的SrcAddr字段、根据当前IO模块的IO资源类型装填IO互控协议的PayloadMask字段、读取用户层的开关量输入并装填到PayloadDigNum和PayloadDig字段、读取用户层的模拟量输入并装填到PayloadAnaNum和PayloadAna字段、读取用户层的脉冲量输入并装填到PayloadPwmNum和PayloadPwm字段、读取用户层的数据输入并装填到PayloadDataNum和PayloadData字段、计算总共要发送的报文长度然后装填IO互控协议的PktLen字段、计算CRC校验码并装填IO互控协议的Crc字段、最后就是调用通信收发API回调接口发送IO互控协议报文，发送完毕后重新再进入IO互控逻辑内核入口开始下一次的任务循环；

如果内核判断不需要发送IO互控协议报文，则需要判断是否需要接收IO互控协议报文，如果不需要则返回内核入口，如果需要则开始收取IO互控协议报文并比较实际接收的数据长度和报文中的PktLen字段是否一致，如果不一致则说明报文不完整，此时需要继续接收剩余报文，但如果在超时时间内仍然无法接收完整报文时，内核会丢弃该报文并重新返回内核入口；

如果内核收取到了完整报文，则需要按以下顺序判断实际接收的报文序列号PktSqu是否正确，协议版本号ProtoVer是否正确，系统时钟SysClk是否正确，报文的校验码Crc是否正确，如果以上条件有任意一个不满足，则内核仍然会丢弃报文后重新返回内核入口；如果以上条件都满足，则内核会读取报文中PayloadMask字段并根据该字段的值决定是否提取PayloadDigNum和PayloadDig字段并驱动用户层的开关量输出、是否提取PayloadAnaNum和PayloadAna字段并驱动用户层的模拟量输出、是否提取PayloadPwmNum和PayloadPwmN字段并驱动用户层的脉冲输出、是否提取PayloadDataNum和PayloadData字段并驱动用户层的数据输出，完成以上逻辑流程，内核会重新转到入口继续运行，如此周而复始。

本发明的有益效果是：

该种工控设备之间IO互控的方法用于实现工控设备或物联网终端设备之间进行一对一、一对多、多对一、多对多IO互控。本方法将IO互控过程中的复杂逻辑和通信协议进行整体封装并通过API接口开放给用户，用户只需要按照API接口要求操作即可实现IO设备之间的IO信号采集、传递、输出。本方法具备通用性，不受限于CPU硬件和通信硬件类型也不受限于具体的操作系统和编程语言, 为用户节省了大量的开发成本和调试时间；本方法不需要依赖中心节点就可实现IO设备之间一对一、一对多、多对一、多对多这些复杂的IO互控操作，任意一个参与互控的IO设备故障时不会影响其他设备间的互控，极大提高了系统的健壮性和稳定性；本方法中，参与IO互控的各个设备可以自由决定要采集或输出的信号类型以及数量，可以是单一的开关量、模拟量、脉冲、数据，也可以是混合的开关量、模拟量、脉冲、数据，极大提高了使用过程中的自由性和可扩展性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是设备间IO互控的方法的总体框图；

图2是设备间IO互控的方法的用户调用接口API框图；

图3 是设备间IO互控的方法的IO互控逻辑内核工作流程图；

图4是设备间IO互控的方法的实际应用组网图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例：如图1-图4所示，本发明一种设备间IO互控的方法，包括用户调用接口API模块、IO互控逻辑内核模块以及IO互控协议模块，具体包括以下步骤，

步骤3、IO互控协议模块完成IO互控通信报文的打包和解包工作，并和IO互控逻辑内核模块相互协作完成IO互控通信报文的接收和发送任务；

其中，所述的设备是指具有开关量、模拟量、脉冲、通信接口的工控设备或物联网终端设备。

其中，所述的IO互控关系指的是各个设备可将采集的开关量、模拟量、脉冲、数据自由的发送给其他一个或多个设备后输出出来。

其中，所述的IO互控协议用来完成IO互控通信报文的打包和解包工作。

其中，如图2所示，所述的用户调用接口API模块包括开关量操作API回调接口、模拟量操作API回调接口、脉冲量操作API回调接口、数据读写API回调接口、IO互控配置API接口和IO互控逻辑内核驱动引擎API接口；让O互控逻辑内核能够拥有操作用户设备上的开关量、模拟量、脉冲量、数据输入输出这些硬件接口的权限；然后用户需要再调用IO互控配置API接口用来告知IO互控逻辑内核工作的参数，配置设备站号，协议版本号，系统时钟，以及决定要单一传输还是要混合传输开关量、模拟量、脉冲量、数据；接下来用户需要调用通信收发API回调接口，这样做的目的是让我们的IO互控逻辑内核能够拥有操作用户设备上的硬件通信接口的权限；最后，用户需要调用IO互控逻辑内核驱动引擎API接口，用来给IO互控逻辑内核分配CPU运行资源，这样内核就会持续不间断运行。

如图3所示，所述的IO互控逻辑内核模块工作流程为先检查各个API接口是否已被用户正确配置如果没有正确配置则返回错误码告知用户，如果已经正确配置则直接进入IO互控逻辑内核入口开始循环运行，内核首先判断是否需要发送IO互控协议报文，如果需要则开始IO互控协议报文的组装工作，具体流程为，装填报文序列号到IO互控协议的PktSqu字段、根据当前协议版本装填IO互控协议的ProtoVer字段、根据当前系统时钟装填IO互控协议的SysClk字段、根据当前IO模块站号装填IO互控协议的SrcAddr字段、根据当前IO模块的IO资源类型装填IO互控协议的PayloadMask字段、读取用户层的开关量输入并装填到PayloadDigNum和PayloadDig字段、读取用户层的模拟量输入并装填到PayloadAnaNum和PayloadAna字段、读取用户层的脉冲量输入并装填到PayloadPwmNum和PayloadPwm字段、读取用户层的数据输入并装填到PayloadDataNum和PayloadData字段、计算总共要发送的报文长度然后装填IO互控协议的PktLen字段、计算CRC校验码并装填IO互控协议的Crc字段、最后就是调用通信收发API回调接口发送IO互控协议报文，发送完毕后重新再进入IO互控逻辑内核入口开始下一次的任务循环；

IO互控协议的报文格式，参与IO互控的所有模块均按此协议进行通信收发工作：发送方按此协议发送请求报文，接收方按此协议接收报文。PktLen字段占用2字节用来指示此次报文的总长度；PktSqu字段占用4字节用来指示报文序列号；ProtoVer字段占用1字节用来指示当前协议版本号;SysClk字段占用4字节用来指示当前系统时钟；SrcAddr字段占用2字节用来指示数据源站号，取值范围1~65535；PayloadMask字段占用4字节用来指示报文携带的数据类型掩码，从而允许各个IO设备可以自由决定要传输的IO信号类型；PayloadDigNum字段占用0或2字节用来指示所携带的开关量路数，如果不携带开关量则占用0字节；PayloadDig字段占用0或可变字节用来指示所携带的开关量具体值，如果不携带开关量，则占用0字节，如果携带开关量，则占用PayloadDigNum/8个字节；PayloadAnaNum字段占用0或2字节用来指示所携带的模拟量路数，如果不携带模拟量则占用0字节；PayloadAna字段占用0或可变字节用来指示所携带的模拟量具体值，如果不携带模拟量，则占用0字节，如果携带模拟量，则占用PayloadAnaNum*2个字节；PayloadPwmNum字段占用0或2字节用来指示所携带的脉冲量路数，如果不携带脉冲量则占用0字节；PayloadPwm字段占用0或可变字节用来指示所携带的脉冲量具体值，如果不携带脉冲量，则占用0字节，如果携带脉冲量，则占用PayloadPwmNum*4个字节；PayloadDataNum字段占用0或2字节用来指示所携带的用户数据长度，如果不携带用户数据则占用0字节；PayloadData字段占用0或可变字节用来指示所携带的用户数据的具体值，如果不携带用户数据，则占用0字节，如果携带用户数据，则占用PayloadDataNum个字节；最后的Crc字段占用2个字节，为整个报文的CRC校验和，用来做报文的正确性校验。

请参阅图4，该图4为本发明在实际应用中的组网模式，参与IO互控的各个设备将自身的开关量、模拟量、脉冲量、数据按照本方法中的流程和协议进行打包，然后发送到通信网络中，其他IO模块收取后再按照自身需求本地输出这些都开关量、模拟量、脉冲量和数据。可以1对1组网，也可以1对多、多对1、多对多组网。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。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

1.一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，包括用户调用接口API模块、IO互控逻辑内核模块以及IO互控协议模块，具体包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，所述的设备是指具有开关量、模拟量、脉冲、通信接口的工控设备或物联网终端设备。

3.根据权利要求1所述的一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，所述的IO互控关系指的是各个设备可将采集的开关量、模拟量、脉冲、数据自由的发送给其他一个或多个设备后输出出来。

4.根据权利要求1所述的一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，所述的用户调用接口API模块包括开关量操作API回调接口、模拟量操作API回调接口、脉冲量操作API回调接口、数据读写API回调接口、IO互控配置API接口和IO互控逻辑内核驱动引擎API接口。

5.根据权利要求1所述的一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，所述的IO互控逻辑内核模块工作流程为先检查各个API接口是否已被用户正确配置如果没有正确配置则返回错误码告知用户，如果已经正确配置则直接进入IO互控逻辑内核入口开始循环运行，内核首先判断是否需要发送IO互控协议报文，如果需要则开始IO互控协议报文的组装工作，具体流程为，装填报文序列号到IO互控协议的PktSqu字段、根据当前协议版本装填IO互控协议的ProtoVer字段、根据当前系统时钟装填IO互控协议的SysClk字段、根据当前IO模块站号装填IO互控协议的SrcAddr字段、根据当前IO模块的IO资源类型装填IO互控协议的PayloadMask字段、读取用户层的开关量输入并装填到PayloadDigNum和PayloadDig字段、读取用户层的模拟量输入并装填到PayloadAnaNum和PayloadAna字段、读取用户层的脉冲量输入并装填到PayloadPwmNum和PayloadPwm字段、读取用户层的数据输入并装填到PayloadDataNum和PayloadData字段、计算总共要发送的报文长度然后装填IO互控协议的PktLen字段、计算CRC校验码并装填IO互控协议的Crc字段、最后就是调用通信收发API回调接口发送IO互控协议报文，发送完毕后重新再进入IO互控逻辑内核入口开始下一次的任务循环；

6.根据权利要求1所述的一种工控设备之间IO互控的方法，其特征在于，所述的IO互控协议模块用来完成IO互控通信报文的打包和解包工作。