CN116489015A - 工业交换机的管理方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种工业交换机的管理方法和系统。方法包括：获取每个工业以太网交换机的特征信息和配置信息，以生成各自的交换机文件；基于所述交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；将各所述交换机模型进行编译并输入至PLC控制器，以使所述PLC控制器输出管理报文控制各所述工业交换机；其中，所述管理报文由所述PLC控制器基于所述交换机模型进行处理得到。本申请的管理方法可通过Ethernet/IP总线对工业交换机进行功能和参数管理，有效降低管理成本。
Description
技术领域
本申请涉及通信技术领域，尤其涉及一种工业交换机的管理方法和系统。
背景技术
工业以太网交换机专门为满足灵活多变的工业应用需求而设计，提供一种高性价比工业以太网通讯解决方案。现有的工业交换机一般通过以下几种途径进行管理：
第一，通过串口进行管理。该方式通过串口进行连接，交换机通过串口提供一个菜单驱动的控制台界面或命令行界面，通过对应的按键或者命令行进行交换机的管理。
第二，通过Web进行管理。该方式是通过Web浏览器管理，交换机通过提供一个IP地址，访问IP地址后弹出对应的Web页面来进行交换机的管理。
第三，通过网管软件管。该方式通过SNMP协议(简单网络管理协议)进行交换机管理。只需在一个网络管理站上安装SNMP网络管理软件，就可根据局域网络管理网络上的工业交换机。
发明内容
鉴于上述技术，本申请提出一种工业交换机的管理方法和系统。
本申请实施例提出一种工业交换机的管理方法，应用于上位机，包括：
获取每个工业以太网交换机的特征信息和配置信息，以生成各自的交换机文件；
基于所述交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；
将各所述交换机模型进行编译并输入至PLC控制器，以使所述PLC控制器输出管理报文控制各所述工业交换机；
其中，所述管理报文由所述PLC控制器基于所述交换机模型进行处理得到。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，所述管理报文包括所述工业交换机的版本数据、通讯周期、IP参数、端口模式、温度、冗余、负载、电源和电压的相关数据。
本申请的另一实施例还提出一种工业交换机的管理方法，应用于交换器，所述方法包括：
获取上述的方法中的PLC控制器输出的管理报文，并进行解包以得到管理数据；
判断所述管理数据是否为非过程数据；
若是，则基于所述管理数据对每个连接的应用对象进行配置。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，所述基于所述管理数据对每个连接的应用对象进行配置，包括：
解析所述管理数据，并得到各类的配置信息和所述配置信息对应的ID；
根据所述配置信息的ID，将所述配置信息传输至对应的所述应用对象以进行配置，其中，每个所述应用对象对应一所述ID。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，还包括：
备份所述管理数据和/或所述配置信息，并当异常结束后以通过备份的数据进行后续的重新配置或更新配置操作。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，还包括：
周期性地获取所述管理报文，并进行解包以得到每次的测试数据；
验证每次的所述测试数据的长度是否正确；
若正确，向所述应用对象传输已接收信息；
接收所述应用对象的响应报文；
基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据；
将所述反馈数据进行封包并传输至所述PLC控制器。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，所述基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据，包括：
判断所述测试数据是否为过程数据；
若为过程数据，则判断所述过程数据是否合规；
若合规，则基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，还包括：
存储所述测试数据、所述响应报文和所述反馈数据，以缓冲所述响应报文、所述测试数据和所述反馈数据的输入输出。
进一步地，在上述的工业交换机的管理方法中，还包括：
备份所述测试数据，并当异常结束后直接调用上次备份的数据进行后续的管理步骤。
本申请的另一实施例还提出一种工业交换机管理系统，包括：工业交换机、上位机和PLC控制器；
所述上位机获取每个所述工业交换机的特征信息和配置信息，并生成各自的交换机文件；基于所述交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；将各所述交换机模型进行编译并输入至所述PLC控制器；
所述PLC控制器基于所述交换机模型输出管理报文控制各所述工业交换机。
本申请的实施例具有以下的有益效果：
本申请实施例提出一种工业交换机管理方法，可通过Ethernet/IP现场总线(工业以太网)对工业交换机进行功能和参数管理，如IP地址、端口参数、设备信息等。不仅如此，还可以使传统工业交换机原本的应用场景扩展到Ethernet/IP现场总线(工业以太网)领域，实现对机器人、机械臂、智能制造设备的组网。另外，由于本方法通过软件协议栈的方式实现，符合市场利用软件方式实现管理的主流，有效降低管理成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对本申请保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
图1示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的第一模块示意图；
图2示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的第一流程示意图；
图3示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的应用场景示意图；
图4示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的第二流程示意图；
图5示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的第二模块示意图；
图6示出了本申请一些实施方式的工业交换机的管理方法的第三流程示意图；
图7示出了本申请一些实施方式的工业交换机管理的方法的第三模块示意图；
图8示出了本申请一些实施方式的工业交换机管理系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。
通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下文中，可在本申请的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本申请的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本申请的各种实施例中被清楚地限定。
下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。
通常地，几种出现较早、应用较多的现场总线，如控制器局域网总线(ControllerArea Network，CAN)、RS485总线等，这些总线传输速度慢、每帧传输的数据包小。随着工业自动化由低速向高速、由低精度向高精度、由集中式控制向分布式控制的发展，对现场总线的传输速度和数据量都提出了新的要求。
因此，本申请提出新的工业交换机的管理方法来实现对工业交换机的管理。
请参照图1，为本申请实施例提出的工业交换机的管理方法的一种模块示意图。示范性地，该工业交换机的管理方法应用于通过Ethernet/IP协议进行管理和配置的交换机中。
在一些实施方式中，如图2所示，一种工业交换机的管理方法，应用于上位机，包括：
S110，获取每个工业以太网交换机的特征信息和配置信息，以生成各自的交换机文件。
S120，基于交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型。
Ethernet/IP是一个现代化标准的工业以太网协议。Ethernet/IP是基于通用工业协议(Common Industrial Protocol，CIP)的。工业交换机也称工业以太网交换机，即应用于工业控制领域的以太网交换机设备，由于采用的网络标准其开放性好、应用广泛以及价格低廉、使用的是透明而统一的TCP/IP协议，以太网已经成为工业控制领域的主要通讯标准。工业以太网交换机与普通以太网交换机的应用场合有很大的区别，工业以太网交换机主要应用于工业场合、工况恶劣，抗干扰性要求较高等场合。
具体地，上位机中存有编写电子数据表格(Electronic Data Sheet，EDS)的文件，该文件主要用来对设备进行建模，并描述设备的特征，并将其形成一定形式的表格；同时上位机中还包括有Studio5000的软件，它是一款集可编程逻辑控制器(Programmable LogicController，PLC)及相关设备调试、告警、编程于一体的编程组态软件。
当上位机获取到工业以太网交换机的特征信息和配置信息后，利用EDS文件将特征信息和配置信息形成对应的EDS表格文件，然后将EDS表格文件传输至Studio5000软件中，Studio5000软件基于EDS表格文件对工业交换机进行仿真建模生成对应的交换机模型。其中，特征信息和配置信息包括工业交换机的端口模式、IP参数和带宽等。
S130，将各交换机模型进行编译并输入至PLC控制器，以使PLC控制器输出管理报文控制各工业交换机。其中，管理报文由PLC控制器基于交换机模型进行处理得到。
具体地，PLC控制器具有学习MAC地址、转发数据帧、连接不同网络和划分局域网等作用。这样就可以将PLC控制器和Studio5000软件生成的交换机模块进行组态。其中，管理报文包括工业交换机的版本数据、通讯周期、IP参数、端口模式、温度、冗余、负载、电源和电压的相关数据。
进一步地，如图3所示，还可以将工业交换机通过连接机械臂、人机交互界面、伺服驱动器、IO控制设备等进行组态，拓展本申请方法的应用场景。
本申请的另一实施例还提出一种工业交换机的管理方法，如图4所示，应用于交换器，方法包括：
S210，获取上述的方法中的PLC控制器输出的管理报文，并进行解包以得到管理数据。
S220，判断管理数据是否为非过程数据。
S230，若是，则基于管理数据对每个连接的应用对象进行配置。
具体地，非过程数据指非实时性的，只在特定的场合使用，例如，参数配置，或者数据显示。这种数据没有通讯周期的要求，例如，PLC控制器发送一个非过程数据报文给交换机，但是不需要关心数据包什么时候进行回复。应用对象指的是交换机连接的外部自动化设备等，例如机器人、传感器等。
在一些实施方式中，工业交换机的管理方法中，基于管理数据对每个连接的应用对象进行配置，包括：
解析管理数据，并得到各类的配置信息和配置信息对应的ID。
根据配置信息的ID，将配置信息传输至对应的应用对象以进行配置，其中，每个应用对象对应一ID。
具体地，得到管理数据后，对管理数据进行解析，得到各种应用对象的配置信息和对应的ID，通过ID将对应的配置信息传输到对应的应用对象中以进行配置操作。其中，配置信息包括温度、IP地址和端口模式等。
在一些实施方式中，工业交换的管理方法还包括：
备份管理数据和/或配置信息，并当异常结束后以通过备份的数据进行后续的重新配置或更新配置操作。
具体地，一般工业交换机在工作过程中，会遇到故障，或停电等异常，所以需要通过备份数据，在恢复正常工作后重新进行配置或更新配置等操作。
示范性地，如图5所示，交换机程序方面包括套接字接口231、数据处理单元232、数据路由单元233、若干应用对象234和备份单元235。
数据处理单元232用于通过套接字接口231获取上述PLC控制器输出的管理报文，并进行解包以得到管理数据，并传输至数据路由单元233。其中，数据处理单元232的作用包括对报文解包和对数据封包。
数据路由单元233首先对接收到的管理数据进行验证是否为非过程数据，然后解析后，找到每个配置数据对应的ID，并根据ID将对应的配置数据传输至每个对应的应用对象234。
应用对象234对接收到的配置信息进行读取、写入和处理等操作，然后基于配置信息进行配置，并将产生的第一响应报文传输至数据处理单元232以得到封装后的第一响应报文，并通过套接字接口231反馈至PLC控制器。其中，第一响应报文包括应用对象234已配置完等信息，以通知PLC控制器已配置完。备份单元235用于备份数据处理单元232中的数据。
在一些实施方式中，如图6所示，工业交换的管理方法还包括：
S310，周期性地获取管理报文，并进行解包以得到每次的测试数据。
S320，验证每次的测试数据的长度是否正确。
S330，若正确，向应用对象传输已接收信息。
S340，接收应用对象的响应报文。
S350，基于解包后的响应报文和测试数据，得到反馈数据。
S360，将反馈数据进行封包并传输至PLC控制器。
具体地，本方法主要是检测整个链路是否正常工作，因此需要PLC控制器不断的向交换机发送测试数据和接收反馈数据。通过反馈数据来判断整个链路是否正常。其中，周期时间可以为10ms，还可以为其他值，这里不做限定。
在一些实施方式中，工业交换机的管理方法中，基于解包后的响应报文和测试数据，得到反馈数据，包括：
判断测试数据是否为过程数据。
若为过程数据，则判断过程数据是否合规。
若合规，则基于解包后的响应报文和测试数据，得到反馈数据。
具体地，过程数据为周期性的进行请求响应，例如设定的10ms通讯周期，那么PLC控制器会每10ms进行指定数据的发送，相应的应用对象也需要在10ms内给予回复，在工控领域通常可以理解为实时的通信。其中，响应报文为应用对象向工业交换机发出的回复。
在一些实施方式中，工业交换机的管理方法还包括：
存储测试数据、响应报文和反馈数据，以缓冲响应报文、测试数据和反馈数据的输入输出。
具体地，由于处理数据时有的模块既要输入又要输出相应的数据，为了减少冲突，需要将数据暂时缓存，依次进行输入/输出，减小冲突，提高效率。
在一些实施方式中，工业交换机的管理方法还包括：
备份测试数据，并当异常结束后直接调用上次备份的数据进行后续的管理步骤。
具体地，工业交换机在工作过程中，会遇到故障，或停电等异常，所以需要通过备份数据，在恢复正常工作后重新进行配置或更新配置等操作。
示范性地，如图7所示，交换机程序方面还可以包括界面接口361、I/O数据单元362、功能集合单元363、通知单元364、用户层365、用户返回接口366、转接器367、维护单元368和缓冲单元369；
I/O数据单元362用于通过界面接口361周期性获取上述的PLC控制器输出的管理报文，并进行解包以得到管理数据。
通知单元364用于当I/O数据单元362接收到管理数据时，验证管理数据的长度是否正确，若正确则发送已接收信息至用户层365，以表示已接收到管理数据，并且将管理数据还传输至功能集合单元363。
用户层365用于当接收到已接收信息时通过返回接口传输用户数据至转接器367。转接器367用于将用户数据进行封装得到响应报文，并传输至功能集合单元363。功能集合单元363对来自I/O数据单元362的管理数据进行判断是否为过程数据，若是，则继续判断是否合规，若合规，则基于管理数据和解包后的响应报文得到反馈数据，并传输至I/O数据单元362以得到封装后的反馈数据，并通过界面接口361反馈至PLC控制器。维护单元368用于备份I/O数据单元362中的数据，并当异常结束后以通过I/O数据单元362直接调用上次备份的数据进行后续处理。缓冲单元369用于存储功能集合单元363接收到数据。
本申请实施例提出一种工业交换机管理方法，可通过Ethernet/IP现场总线(工业以太网)融入传统的交换机，使对工业交换机通过Studio5000、RSLinx Classic等软件进行功能和参数管理，如IP地址、端口参数、设备信息等。不仅如此，还可以使传统工业交换机原本的应用场景扩展到Ethernet/IP现场总线(工业以太网)领域，实现对机器人、机械臂、智能制造设备的组网。另外，由于本方法通过软件协议栈的方式实现，符合市场利用软件方式实现管理的主流，有效降低管理成本。
本申请的另一实施例还提出一种工业交换机管理系统400，如图8所示，系统400包括：工业交换机410、上位机420和PLC控制器430。
上位机420获取每个工业交换机410的特征信息和配置信息，并生成各自的交换机文件；基于交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；将各交换机模型进行编译并输入至PLC控制器430。PLC控制器430基于交换机模型输出管理报文控制各工业交换机410。
可以理解，本实施例的方法步骤对应于上述实施例中的工业交换机管理方法，其中，上述工业交换机管理方法的可选项同样适用于本实施例，这里不再重复描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
所述功能如果以软件功能模块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，本申请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(可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本申请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。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种工业交换机的管理方法，其特征在于，应用于上位机，包括：
获取每个工业以太网交换机的特征信息和配置信息，以生成各自的交换机文件；
基于所述交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；
将各所述交换机模型进行编译并输入至PLC控制器，以使所述PLC控制器输出管理报文控制各所述工业交换机；
其中，所述管理报文由所述PLC控制器基于所述交换机模型进行处理得到。
2.根据权利要求1所述的工业交换机的管理方法，其特征在于，所述管理报文包括所述工业交换机的版本数据、通讯周期、IP参数、端口模式、温度、冗余、负载、电源和电压的相关数据。
3.一种工业交换机的管理方法，其特征在于，应用于交换器，所述方法包括：
获取权利要求1～2任一项所述的方法中的PLC控制器输出的管理报文，并进行解包以得到管理数据；
判断所述管理数据是否为非过程数据；
若是，则基于所述管理数据对每个连接的应用对象进行配置。
4.根据权利要求3所述的工业交换机的管理方法，其特征在于，所述基于所述管理数据对每个连接的应用对象进行配置，包括：
解析所述管理数据，并得到各类的配置信息和所述配置信息对应的ID；
根据所述配置信息的ID，将所述配置信息传输至对应的所述应用对象以进行配置，其中，每个所述应用对象对应一所述ID。
5.根据权利要求3所述的工业交换的管理方法，其特征在于，还包括：
备份所述管理数据和/或所述配置信息，并当异常结束后以通过备份的数据进行后续的重新配置或更新配置操作。
6.根据权利要求3所述的工业交换的管理方法，其特征在于，还包括：
周期性地获取所述管理报文，并进行解包以得到每次的测试数据；
验证每次的所述测试数据的长度是否正确；
若正确，向所述应用对象传输已接收信息；
接收所述应用对象的响应报文；
基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据；
将所述反馈数据进行封包并传输至所述PLC控制器。
7.根据权利要求6所述的工业交换机的管理方法，其特征在于，所述基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据，包括：
判断所述测试数据是否为过程数据；
若为过程数据，则判断所述过程数据是否合规；
若合规，则基于解包后的所述响应报文和所述测试数据，得到反馈数据。
8.根据权利要求6所述的工业交换机的管理方法，其特征在于，还包括：
存储所述测试数据、所述响应报文和所述反馈数据，以缓冲所述响应报文、所述测试数据和所述反馈数据的输入输出。
9.根据权利要求6所述的工业交换机的管理方法，其特征在于，还包括：
备份所述测试数据，并当异常结束后直接调用上次备份的数据进行后续的管理步骤。
10.一种工业交换机管理系统，其特征在于，包括：工业交换机、上位机和PLC控制器；
所述上位机获取每个所述工业交换机的特征信息和配置信息，并生成各自的交换机文件；基于所述交换机文件进行交换机建模，以生成对应的交换机模型；将各所述交换机模型进行编译并输入至所述PLC控制器；
所述PLC控制器基于所述交换机模型输出管理报文控制各所述工业交换机。
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| CN (1) | CN116489015A (zh) |
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2023
- 2023-04-14 CN CN202310438245.1A patent/CN116489015A/zh active Pending
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