CN116668567A - 基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统及其通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统及其通信方法。基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，包括：至少一个上位机，上位机包括：虚拟驱动模块和参数配置模块；至少一个监控分站，与上位机通信连接，监控分站包括RS485模块，RS485模块包括多个物理端口，对每个物理端口进行虚拟映射，上位机与物理端口之间形成至少一组通信链路，每组通信链路相互独立，以实现数据通信和数据双向交互。本发明的一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，监控分站的物理端口能够开放和兼容，系统部署线缆少、设置的监控分站少、便于管理维护以及实现成本小。

Description

基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统及其通信方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统及其通信方法。

背景技术

我国金属与非金属矿山行业井下设备通信一般通过RS485数字总线传输，而随着数字化与智能化矿山建设，主干传输网络基本都采用高速以太网，地面上位机监控软件通过监控分站与井下传感设备通信时，监控分站采用RS485总线通信终端设备需要物理物理端口转换，物理物理端口转换可以是串口转以太网通信设备，也可以是集成RS485总线物理端口，实现RS485端口数据转以太网。监控分站一般同时具备以太网通信和RS485总线通信物理端口，通过物理接线方式实现。

随着金属与非金属矿山开采规模的扩大以及对金属与非金属矿山安全生产要求的不断提高，煤矿井下人员、设备、环境监控、视频监控、自动化以及信息化等各类子系统也在不断增加，由于监控分站的物理端口不能开放和兼容，接入的各个业务系统的实现需要配备与该业务的对应监控分站，以实现地面上位机监控软件与井下传感设备之间通信。如图1所示，当业务系统采用标准协议时，RS485总线上的Modbus传感器通过透传通信分站实现与地面上位机通信，系统中往往包含多个Modbus传感器和多个透传通信分站，以实现数据分布式采集和通信传输。如图2所示，当业务系统采用私有协议时，监控分站虽然可以与连接多个总线传感器连接，减少了连接线缆，但监控分站的物理端口由于不能开放和兼容，若是上位机要获取Modbus传感器采集的数据时，需要部署透传通信分站，以实现多种协议传感数据的传输，同时也会导致系统部署带来的线缆多、设置的分站种类多、管理维护难以及实现成本大的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有监控分站的物理端口不能开放和兼容的问题，本发明提供一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，监控分站的物理端口能够开放和兼容，系统部署带来的线缆少、设置的监控分站少、便于管理维护以及实现成本小。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，包括：

至少一个上位机，所述上位机包括：虚拟驱动模块和参数配置模块；

至少一个监控分站，与所述上位机通信连接，所述监控分站包括RS485模块，所述RS485模块包括多个物理端口，对每个所述物理端口进行虚拟映射，所述上位机与所述物理端口之间形成至少一组通信链路，每组所述通信链路相互独立，以实现数据通信和数据双向交互。

进一步，具体地，对每个所述物理端口进行虚拟映射包括以下流程：

每个所述物理端口设置有唯一的编号，根据所述物理端口的编号和所述物理端口的数量，通过所述参数配置模块分别对每个所述物理端口的通信参数进行配置，并形成对应的配置文件；

所述监控分站上电后读取所述配置文件，根据所述配置文件，每个所述物理端口创建至少两组TCP服务器，将每组所述TCP服务器与对应的所述物理端口绑定。

进一步，具体地，所述上位机的数量为一个，通过所述虚拟驱动模块驱动所述上位机的IP地址创建多个虚拟串口，所述虚拟串口的数量与所述物理端口的数量相同；

根据所述虚拟串口创建至少两组TCP客户端，所述TCP客户端与所述TCP服务器一一对应，且所述TCP客户端与对应的所述TCP服务器连接。

进一步，具体地，所述上位机的数量至少为两个，每个所述上位机创建多组TCP客户端，所述TCP客户端与所述TCP服务器一一对应，且所述TCP客户端与对应的所述TCP服务器连接。

进一步，具体地，每个所述物理端口创建至少两组TCP服务器中，第一组TCP服务器与第一组TCP客户端连接用以实现所述上位机与所述物理端口之间通信与数据传输，第二组TCP服务器与第二组TCP客户端连接用以实现对所述上位机与所述物理端口之间心跳监听。

进一步，具体地，所述通信参数包括：物理端口编号、通信波特率、传输协议和校验方式，在对物理端口的所述通信参数进行配置时，将物理端口的所述通信参数与连接所述物理端口的井下传感设备的通信参数配置为相同。

进一步，具体地，所述物理端口的传输协议为标准协议或自定义协议。

进一步，具体地，所述监控分站还包括通信模块和控制模块，所述通信模块和所述RS485模块均与所述控制模块连接。

进一步，具体地，所述RS485模块包括多个RS485芯片，所述物理端口与所述RS485芯片一一对应，且所述物理端口与对应的所述RS485芯片连接。

一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法，所述基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法采用如上所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，所述基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法包括：

所述监控分站实时接收各井下传感设备的信息；

将所述信息发送至上位机，以通过上位机查看信息；

所述上位机对所述信息处理，生成控制信号；

将所述控制信号发送至监控分站，经所述监控分站对所述控制信号进行处理或传输。

本发明的有益效果是，本发明的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统通过对每个物理端口进行虚拟映射，监控分站的物理端口能够开放和兼容，多个业务系统可以只设置一个监控分站，设置的监控分站变少，进而整个系统部署带来的线缆少，便于管理维护，实现成本小，另外由于监控分站的物理端口能够开放和兼容，避免因为井下传感设备的通信参数与监控分站物理端口参数不一致而导致井下传感设备不能与监控分站连接，通过对每个物理端口的独立设置，能够实现物理端口的共享，物理端口能够充分被使用，能够进一步减少系统的布线，使得结构简单、适用性广，可拓展性好。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是现有一结构示意图。

图2是现有另一结构示意图。

图3是本发明实施例一的结构示意图。

图4是本发明实施例一数据通信结构示意图。

图5是本发明实施例一监控分站硬件结构示意图。

图6是本发明实施例二的结构示意图。

图7是本发明实施例二数据通信结构示意图。

图8是本发明实施例三的流程示意图。

图中1、上位机；2、监控分站；21、RS485模块；22、控制模块；23、电源模块；24、通信模块。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例1

如图3-5所示，是本发明实施例一，一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，包括：至少一个上位机1，上位机1包括：虚拟驱动模块和参数配置模块；至少一个监控分站2，与上位机1通信连接，监控分站2包括RS485模块21，RS485模块21包括多个物理端口，对每个物理端口进行虚拟映射，上位机1与物理端口之间形成至少一组通信链路，每组通信链路相互独立，以实现数据通信和数据双向交互。

如图4所示，对每个物理端口进行虚拟映射包括以下流程：

(1)每个物理端口设置有唯一的编号，根据物理端口的编号和物理端口的数量，通过参数配置模块分别对每个物理端口的通信参数进行配置，并形成对应的配置文件；通信参数包括：物理端口编号、通信波特率、传输协议和校验方式，在对物理端口的通信参数进行配置时，将物理端口的通信参数与连接物理端口的井下传感设备的通信参数配置为相同，以确保井下传感设备与监控分站之间数据能够被有效传输。物理端口的传输协议为标准协议或自定义协议，其中，标准协议为Modbus协议，标准协议通用性好，使用安全性低，自定义协议为根据井下传感设备需求自定义的私有协议，不具有通用性，使用安全性高，数据能够被快速、有效传输。

需要说明的是，现有监控分站的通信协议均采用标准协议，为此，目前市场上通用的井下传感设备，也就是图3中的Modbus传感器均采用标准协议，用以实现与现有监控分站之间实现数据通信；为了提高安全性，会对井下传感设备的传输协议进行自定义，也就是图3中的总线传感器均采用自定义的私有协议，与其连接的监控分站也会定制化设计，设置的传输协议为自定义协议，Modbus传感器由于传输协议为标准协议，由于不能开放，以及不兼容的问题，需要单独再设置一个传输协议为标准协议的监控分站，以实现所有井下传感设备能够将数据传输至上位机1。在本实施例中，通过参数配置模块对传输协议的设置，根据业务系统选用不同的传输协议能够提高系统的适用性，物理端口能够开放和兼容，能够实现共享。

具体的，以一个监控分站具有五个物理端口为例详细说明，通过参数配置模块将其中一个物理端口设置为标准协议，其他四个物理端口设置为自定义协议，此处仅为示例，在本实施例汇总，也可以将其中两个物理端口设置为标准协议，其他三个物理端口设置为自定义协议，通过参数配置模块使得物理端口能够开放、兼容，使得一个监控分站既可以连接Modbus传感器，也可以连接总线传感器，进一步的还提高了物理端口的利用率。

(2)监控分站2上电后读取配置文件，根据配置文件，每个物理端口创建至少两组TCP服务器，并与对应的物理端口绑定。每组TCP服务器具有TCP通信服务端口，将TCP通信服务端口与物理端口一一对应，且TCP通信服务端口和对应的物理端口绑定，即将TCP服务器与对应物理端口绑定，每个TCP服务器对应建立有一组独立的通信链路，多组TCP服务器建立有多组通信链路，每组通信链路相互独立。

在本实施例中，为了实现上位机1与监控分站2之间通信连接，通过虚拟驱动模块驱动上位机1的IP地址创建多个虚拟串口，虚拟串口的数量与物理端口的数量相同；根据虚拟串口创建至少两组TCP客户端，TCP客户端与TCP服务器一一对应，且TCP客户端与对应的服务器连接。其中，每个物理端口创建至少两组TCP服务器中，第一组TCP服务器与第一组TCP客户端连接用以实现上位机1与物理端口之间通信与数据传输，第二组TCP服务器与第二组TCP客户端连接用以实现对上位机1与物理端口之间心跳监听。

在本实施例中，上位机1设置在井上，上位机1能够对数据进行处理、查询、显示、储存、打印等功能，同时井下设备的控制信号以及其他指令也是通过上位机1完成。由于上位机创建多个虚拟串口，且根据虚拟串口创建TCP客户端，以实现与监控分站的TCP服务器之间建立通信，本实施例的上位机上可以安装多个应用软件，多个应用软件为第一监测软件、第二监测软件和配置软件，每个应用软件均为模块化结构，具有良好的实时响应速度和可扩充性，如：配置软件包括虚拟驱动模块和参数配置模块。另外，由于第一监测软件和第二监测软件的数据通过虚拟串口进行传输，再经过TCP客户端和TCP服务器传输至对应的物理端口，再由物理端口下发数据传输至对应井下传感设备，井下传感设备也可将数据传输对应的监测软件。进一步，如第一监测软件基于总线传感器的数据进行监控，第二监测软件基于Modbus传感器的数据进行监控，由于每组通信链路相互独立，监测软件单独下发控制指令控制器对应的井下传感设备开始数据采集，并将其采集的数据经对应的通信链路上传至对应的监测软件。通过一台上位机上安装多个软件，能够降低了系统成本，且便于井上设备的管理，适合在工业设备的应用，兼容性好，结构简单，便于设备的调试和维护。

上位机1和监控分站2之间通过工业以太网交换机通信连接。

监控分站2设置在井下，监控分站2与井下传感设备连接，用以实时接收井下传感设备的信息，如图5所示，监控分站2还包括电源模块23、通信模块24和控制模块22，电源模块23用于给监控分站2的各个模块提供电能；通信模块24和RS485模块21均与控制模块22连接。

控制模块22安装有Linux操作系统，控制模块22通过通信模块24连接工业以太网交换机，以实现上位机1与监控分站2之间数据的传输，以及对数据的分析，如当一井下传感设备采集的参数超过一定阈值时，生成一报警信号，当参数进一步升高时进行断电处理。

通信模块24可以是以太网模块或光纤模块，用以与工业以太网交换机连接。

RS485模块21包括多个RS485芯片，物理端口与RS485芯片一一对应，且物理端口与对应的RS485芯片连接，物理端口通过RS485芯片连接控制模块22。

进一步的，监控分站2还包括液晶显示模块以及红外传感模块等，液晶显示模块和红外传感模块均与控制模块22连接。液晶显示模块用于显示监控分站2的名称、地址以及当前的状态信号。当网络异常、IP地址冲突导致上位机无法远程对监控分站控制以及参数设置时，通过其他设备与红外传感模块之间通信，基于红外信号对监控分站控制以及参数设置。

需要说明的是，通信系统在金属与非金属矿山行业(非煤矿山)应用时，监控分站2和工业以太网交换机还取得KA(矿安)产品认证，以提高系统的普遍应用，适用范围广。

本实施例，通过对每个物理端口进行虚拟映射，监控分站2的物理端口能够开放和兼容，多个业务系统可以只设置一个监控分站2，设置的监控分站2的数量少，进而整个系统部署带来的线缆少，便于管理维护，实现成本小，另外由于监控分站2的物理端口能够开放和兼容，避免因为井下传感设备的通信参数与监控分站2物理端口参数不一致而导致井下传感设备不能与监控分站2连接，通过对每个物理端口的独立设置，能够实现物理端口的共享，物理端口能够充分被使用，能够进一步减少系统的布线，使得结构简单、适用性广，可拓展性好，另外，通过一台上位机上安装多个软件，能够降低了系统成本，且便于井上设备的管理，适合在工业设备的应用，兼容性好，结构简单，便于设备的调试和维护。

实施例2

如图6-7所示，是本发明实施例二，与实施例一的不同之处在于，上位机的数量至少为两个，以上位机的数量为两个具体说明，第一上位机安装有配置软件和第一监测软件，第二上位机安装有第二监测软件。第一上位机的配置软件用于对每个物理端口进行虚拟映射，该步骤与实施例一相同，此处为了说明书简洁不在赘述。

本实施例中，第一上位机和第二上位机均创建多组TCP客户端，每组客户端与服务器一一对应，且与对应的服务器之间通信连接，具体的，第一上位机的第一组TCP客户端和第二上位机的第一组TCP客户端均与第一组TCP服务器连接，第一上位机的第二组TCP客户端和第二上位机的第二组TCP客户端均与第二组TCP服务器连接，以此类推，实现数据通信和数据双向交互。由于TCP服务器支持并发数据处理，数据传输速度快，应用范围广，但是需要多台上位机实现成本高。

实施例3

如图8所示，是本发明实施例三，一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法，基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法采用如上的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法包括：

S1，监控分站2实时接收各井下传感设备的信息；

S2，将信息发送至上位机1，以通过上位机1查看信息；

S3，上位机1对信息处理，生成控制信号；

S4，将控制信号发送至监控分站2，经监控分站2对控制信号进行处理或传输。

监控分站2实时接收各井下传感设备的信息前，上位机1发送一开始采集指令至监控分站2，通过第一组TCP服务器接收上位机开始采集指令，收到开始采集指令后，向绑定的物理端口发送开始采集指令，物理端口开始实时接收井下传感设备的信息，将接收井下传感设备的信息发送至上位机1，即通过第一组TCP服务器转发回复连接客户端信息，实现物理端口与上位机软件第一组TCP客户端的通信与数据传输。

另外，上位机还实时监听监控分站的通信链路，第二组TCP服务器周期性回复心跳数据到上位机的第二组客户端，当通信链路上长时间没有数据传输时，上位机无法判断是否有数据还是链路中断，周期性回复心跳主要用来表明通信链路维持正常，链路上是否有通信数据的收发，若没有，则自动断开TCP客户端，上位机重启系统，当监听到有心跳数据回复时，TCP客户端恢复正常，再次检测是否有心跳回应，以保证数据能够有效传输。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，包括：

至少一个上位机(1)，所述上位机(1)包括：虚拟驱动模块和参数配置模块；

至少一个监控分站(2)，与所述上位机(1)通信连接，所述监控分站(2)包括RS485模块(21)，所述RS485模块(21)包括多个物理端口，对每个所述物理端口进行虚拟映射，所述上位机(1)与所述物理端口之间形成至少一组通信链路，每组所述通信链路相互独立，以实现数据通信和数据双向交互。

2.如权利要求1所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，对每个所述物理端口进行虚拟映射包括以下流程：

每个所述物理端口设置有唯一的编号，根据所述物理端口的编号和所述物理端口的数量，通过所述参数配置模块分别对每个所述物理端口的通信参数进行配置，并形成对应的配置文件；

所述监控分站(2)上电后读取所述配置文件，根据所述配置文件，每个所述物理端口创建至少两组TCP服务器，将每组所述TCP服务器与对应的所述物理端口绑定。

3.如权利要求2所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述上位机的数量为一个，通过所述虚拟驱动模块驱动所述上位机(1)的IP地址创建多个虚拟串口，所述虚拟串口的数量与所述物理端口的数量相同；

根据所述虚拟串口创建至少两组TCP客户端，所述TCP客户端与所述TCP服务器一一对应，且所述TCP客户端与对应的所述TCP服务器连接。

4.如权利要求2所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述上位机的数量至少为两个，每个所述上位机创建多组TCP客户端，所述TCP客户端与所述TCP服务器一一对应，且所述TCP客户端与对应的所述TCP服务器连接。

5.如权利要求3或4所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，每个所述物理端口创建至少两组TCP服务器中，第一组TCP服务器与第一组TCP客户端连接用以实现所述上位机(1)与所述物理端口之间通信与数据传输，第二组TCP服务器与第二组TCP客户端连接用以实现对所述上位机(1)与所述物理端口之间心跳监听。

6.如权利要求2所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述通信参数包括：物理端口编号、通信波特率、传输协议和校验方式，在对物理端口的所述通信参数进行配置时，将物理端口的所述通信参数与连接所述物理端口的井下传感设备的通信参数配置为相同。

7.如权利要求6所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述物理端口的传输协议为标准协议或自定义协议。

8.如权利要求1所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述监控分站(2)还包括通信模块(24)和控制模块(22)，所述通信模块(24)和所述RS485模块(21)均与所述控制模块(22)连接。

9.如权利要求8所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，其特征在于，所述RS485模块(21)包括多个RS485芯片，所述物理端口与所述RS485芯片一一对应，且所述物理端口与对应的所述RS485芯片连接。

10.一种基于物理端口虚拟映射的矿用通信方法，其特征在于，所述矿用通信方法采用如权利要求1至9中任一项所述的基于物理端口虚拟映射的矿用通信系统，所述矿用通信方法包括：

所述监控分站(2)实时接收各井下传感设备的信息；

将所述信息发送至上位机(1)，以通过上位机(1)查看信息；

所述上位机(1)对所述信息处理，生成控制信号；

将所述控制信号发送至监控分站(2)，经所述监控分站(2)对所述控制信号进行处理或传输。