CN117234146B - 一种云化plc多协议i/o设备远程控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及远程设备控制技术领域，特别是指一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法及系统，该方法包括：设备扫描模块获取各接口连接设备的设备信息，并发送给设备数据映射模块；设备数据映射模块根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将设备信息与统一映射表发送至云化PLC的设备数据管理模块；设备数据管理模块将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLC IDE，PLC IDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程；设备数据映射模块基于用户选择的中间变量建立内存共享区；云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行业务传输。采用本发明，可以完成对不同协议I/O设备的统一控制，提高数据交换的效率。
Description
技术领域
本发明涉及远程设备控制技术领域，特别是指一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法及系统。
背景技术
PLC是执行工业控制任务的核心部件，近年来，随着计算机和互联网技术的发展，PLC也向着云化和智能化的方向发展。人们在传统硬件的PLC的基础上，开发了新型云化PLC技术。该技术将原本位于生产现场的硬件PLC软件化，并部署在云端服务器中，集中控制资源，提高了工业控制的效率。
然而，云化PLC在工厂中的实际应用却存在问题。为了保证工业控制任务的可靠性传输，位于云端服务器的云化PLC需要通过5G/TSN高性能网络与远程I/O设备通信，然而，现有的绝大多数I/O设备支持的工业以太网协议种类繁多，并且无法与5G/TSN网络协议兼容，难以使用部署在服务器中的云化PLC对不同协议I/O设备进行远程控制。因此，解决不同工业以太网协议与5G/TSN网络的兼容问题，是实现云化PLC对多种I/O设备远程控制的关键。
现有的多协议融合组网方案为：设计一种支持不同工业以太网协议的转换网关，当不同协议（EtherCAT，PROFINET，Ethernet/IP，ZigBee，LoRa）数据帧进入网关后统一储存于共享内存区，设计协议转换规则确定不同协议间数据转换方法，最后使用协议转换模块读取共享内存中的数据根据协议转换规则进行协议转换，实现几种协议数据间的相互转换。
然而，这种方法中，该网关仅支持不同协议数据间的转换，使不同协议数据可经过网关转换后互通，但由于不同工业以太网设备拥有不同定义和规格的过程数据，使得一种协议的控制数据经过网关转换后不能被其他协议的I/O设备完全识别和使用，因此无法实现云化PLC对不同协议I/O设备的远程配置及控制。
发明内容
为了解决现有技术中存在的无法实现云化PLC对不同协议I/O设备的远程配置及控制的问题，本发明实施例提供了一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法及系统。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制方法由云化PLC多协议I/O设备远程控制系统实现，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制系统包括云化PLC、远程控制代理以及I/O设备；
所述云化PLC包括PLC集成开发环境IDE、PLC运行时模块、设备数据管理模块以及第一中间变量收发模块；
所述远程控制代理包括第二中间变量收发模块、设备数据映射模块、设备扫描模块以及工业以太网数据帧收发模块；
所述方法包括：
所述设备扫描模块获取各接口连接设备的设备信息，并发送给所述设备数据映射模块；
所述设备数据映射模块根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将所述设备信息与所述统一映射表发送至所述云化PLC的设备数据管理模块；
所述设备数据管理模块将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLC IDE，PLC IDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程；
所述设备数据映射模块基于用户选择的中间变量建立内存共享区；
云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行业务传输。
另一方面，提供了一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统，该系统应用于云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制系统包括云化PLC、远程控制代理以及I/O设备；
所述云化PLC包括PLC集成开发环境IDE、PLC运行时模块、设备数据管理模块以及第一中间变量收发模块；
所述远程控制代理包括第二中间变量收发模块、设备数据映射模块、设备扫描模块以及工业以太网数据帧收发模块；其中：
所述设备扫描模块，用于获取各接口连接设备的设备信息，并发送给所述设备数据映射模块；
所述设备数据映射模块，用于根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将所述设备信息与所述统一映射表发送至所述云化PLC的设备数据管理模块；基于用户选择的中间变量建立内存共享区；
所述设备数据管理模块，用于将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLC IDE；
所述PLC IDE，用于获取用户选择的中间变量进行PLC编程；
云化PLC与远程控制代理、I/O设备，用于根据内存共享区进行业务传输。
另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器和存储器，所述存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述处理器加载并执行以实现上述云化PLC多协议I/O设备远程控制方法。
另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述云化PLC多协议I/O设备远程控制方法。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例提出了一种云化PLC对多协议I/O设备远程控制方法，在该方法中新增了远程控制代理，使云化PLC通过远程控制代理对不同协议I/O设备进行远程控制。远程控制代理中的设备数据映射模块能够将不同协议过程数据统一映射为中间变量并建立统一映射表，通过5G/TSN高性能网络传输中间变量，将中间变量作为云化PLC与远程控制代理间的传输变量，使PLC用户能够将不同协议设备的各类过程数据划分为不同中间变量的集合体，便于云化PLC对不同协议设备进行统一控制。并且设备扫描模块能够自动扫描设备信息，并将其通过设备数据映射模块发送至云化PLC中的设备数据管理模块，设备数据管理模块根据设备信息建立和维护设备树与变量信息，完成对不同协议I/O设备的统一控制，提高了数据交换的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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是本发明实施例提供的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种业务配置信令图；
图4是本发明实施例提供的一种下行业务传输信令图；
图5是本发明实施例提供的一种上行业务传输信令图。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供了一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统，该系统用于实现云化PLC多协议I/O设备远程控制方法。如图1所示，云化PLC多协议I/O设备远程控制系统至少包括云化PLC、远程控制代理以及I/O设备，下面对云化PLC以及远程控制代理进行具体介绍：
1、云化PLC
云化PLC至少包括PLC集成开发环境IDE、PLC运行时模块、设备数据管理模块以及第一中间变量收发模块。其中：
（1）PLC集成开发环境IDE：PLC IDE是用于提供程序开发环境的应用程序，一般包括代码编辑器、编译器、调试器和图形用户界面等工具。集成了代码编写功能、分析功能、编译功能、调试功能等一体化的开发软件服务套。用户可以在该程序中选择中间变量。
（2）设备数据管理模块：该模块能够接收设备数据映射模块上传的映射表，并将映射表中的各个中间变量展示给PLC IDE，使PLC IDE能够使用中间变量进行程序编写.
（3）中间变量收发模块：云化PLC和远程控制代理中各有一个中间变量收发模块，该模块用于中间变量的传输，为了便于区分，将云化PLC的中间变量收发模块称为第一中间变量收发模块，将远程控制代理的中间变量收发模块称为第二中间变量收发模块。下行业务传输时，云化PLC中的中间变量收发模块能够周期性读取PLC运行时模块中的中间变量，并将其通过5G/TSN网络发送至远程控制代理中的中间变量收发模块；远程控制代理中的中间变量收发模块接收到中间变量后，将其存入共享内存区。上行业务传输时，远程控制代理中的中间变量收发模块从共享内存区读取中间变量，将其发送至云化PLC中的中间变量收发模块；云化PLC中的中间变量收发模块接收到中间变量后，将其写入PLC运行时模块中。
2、远程控制代理
远程控制代理使云化PLC通过远程控制代理对不同协议I/O设备（如EtherCAT、PROFINET、POWERLINK等）进行远程控制，至少包括第二中间变量收发模块、设备数据映射模块、设备扫描模块以及工业以太网数据帧收发模块。
（1）设备数据映射模块：该模块用于建立中间变量与过程数据的映射表，将其通过5G/TSN网络发送至设备数据管理模块；将各个接口的设备信息发送至设备数据管理模块；建立内存共享区，并将所需中间变量种类及地址发送至中间变量收发模块，将所需过程数据种类及地址发送至工业以太网数据帧收发模块。
（2）设备扫描模块：该模块能够周期性向各个接口广播设备扫描命令，收集各个接口所连接I/O设备的信息，如设备类型，支持协议种类，过程数据等，并且根据设备信息通知工业以太网数据帧收发模块建立对应数量和协议类型主站。
（3）工业以太网数据帧收发模块：该模块能够根据所连接设备建立对应数量和协议种类主站，下行业务传输时，能够从共享内存区读取过程数据值，并将其通过对应主站转化为数据帧下发至I/O设备；上行业务传输时，能够将主站接收到的I/O设备返回数据帧转化为过程数据值，并将其写入共享内存区。
本发明实施例提出了一种云化PLC对多协议I/O设备远程控制方法，在该方法中新增了远程控制代理，使云化PLC通过远程控制代理对不同协议I/O设备进行远程控制。远程控制代理中的设备数据映射模块能够将不同协议过程数据统一映射为中间变量并建立统一映射表，通过5G/TSN高性能网络传输中间变量，将中间变量作为云化PLC与远程控制代理间的传输变量，使PLC用户能够将不同协议设备的各类过程数据划分为不同中间变量的集合体，便于云化PLC对不同协议设备进行统一控制。并且设备扫描模块能够自动扫描设备信息，并将其通过设备数据映射模块发送至云化PLC中的设备数据管理模块，设备数据管理模块根据设备信息建立和维护设备树与变量信息，完成对不同协议I/O设备的统一控制，提高了数据交换的效率。
本发明实施例提供了一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，该方法由云化PLC多协议I/O设备远程控制系统实现。该方法整体可以分为两个阶段：业务配置阶段和业务传输阶段。在进行业务配置时，设备数据映射模块根据设备扫描模块获取的设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，并将设备信息与映射表发送至设备数据管理模块用以进行PLC编程，编程完成后设备数据映射模块根据编程所用中间变量建立内存共享区，用于中间变量和过程数据间的映射。业务传输阶段又分为下行业务传输以及上行业务传输。
如图2所示的云化PLC多协议I/O设备远程控制方法流程图，参照图3的业务配置信令图，S1-S4均为业务配置阶段的步骤。参照图4的下行业务传输信令图，S5为下行业务传输阶段的步骤，参照图5的上行业务传输信令图， S6为上行业务传输阶段的步骤，该方法的处理流程可以包括如下的步骤：
S1、设备扫描模块获取各接口连接设备的设备信息，并发送给设备数据映射模块。
可选地，S1的具体操作可以包括下述步骤S11-S13：
S11、设备扫描模块广播扫描命令，获取各接口连接设备的设备信息，设备信息包括所支持工业以太网类型以及过程数据。
S12、设备扫描模块通知工业以太网数据帧收发模块，建立所需数量及类型的工业以太网主站，并将各个主站绑定到对应接口。
S13、设备扫描模块将包括过程数据的设备信息发送给设备数据映射模块。
S2、设备数据映射模块根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将设备信息与统一映射表发送至云化PLC的设备数据管理模块。
可选地，S2的具体操作可以如下：
设备数据映射模块根据设备信息中的过程数据名和设备编号，建立中间变量名，读取过程数据的数据类型和功能描述，确定中间变量的位数和功能，建立对应中间变量描述。
一种可行的实施方式中，如下表1所示为一种可行的过程数据与中间变量的统一映射表。设备数据映射模块将统一映射表的中间变量部分和变量描述部分通过5G/TSN网络发送给PLC侧的设备数据管理模块
表1
S3、设备数据管理模块将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLC IDE，PLC IDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程。
一种可行的实施方式中，用户在PLC开发环境中选择需要的中间变量，与PLC内部变量绑定。
可选地，PLC IDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程之后，方法还包括：
设备数据管理模块确定用户选择的中间变量对应的记录，将记录发送给第一中间变量收发模块和设备数据映射模块。
设备数据映射模块收到记录后，根据记录中的中间变量对应的过程数据，通知设备扫描模块给各个I/O设备配置后续需要传输的过程数据。
设备扫描模块完成配置。
S4、设备数据映射模块基于用户选择的中间变量建立内存共享区。
一种可行的实施方式中，设备数据映射模块根据用户选择记录，针对选中的中间变量和对应的过程数据建立内存共享区。
设备数据映射模块通知中间变量收发模块后续需要收发的中间变量，以及各过程数据在内存共享区中的地址；
设备数据映射模块通知工业以太网数据帧收发模块中各个主站后续需要收发哪些过程数据，以及各过程数据在内存共享区中的地址。
S5、云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行下行业务传输。
可选地，S5的具体操作可以包括下述步骤S51-S53：
S51、PLC 运行时模块中输出刷新后，第一中间变量收发模块读取待传输的中间变量，通过5G/TSN网络发送给第二中间变量收发模块。
S52、第二中间变量收发模块收到待传输的中间变量后，根据用户选择的中间变量及内存共享区指定的地址，将待传输的中间变量写入内存共享区指定的地址。
S53、工业以太网数据帧收发模块调用对应主站，根据业务配置过程中获取到的对应I/O设备的过程数据及内存地址，从内存共享区指定地址读取过程数据值，封装为工业以太网数据帧，根据传输协议发送给I/O设备。
S6、云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行上行业务传输。
可选地，S6的具体操作可以包括下述步骤S61-S64：
S61、I/O设备返回设备过程数据后，将过程数据封装成数据帧，通过工业以太网数据帧发送至远程控制代理。
S62、远程控制代理接收数据帧并解析出过程数据，根据业务配置过程获取的过程数据及内存地址，将过程数据值写入内存共享区指定的地址。
S63、根据业务配置过程中获取到的中间变量及内存地址，第二中间变量收发模块从内存共享区指定地址读取中间变量值，通过5G/TSN网络发送给第一中间变量收发模块。
S64、第一中间变量收发模块接收到中间变量后，将中间变量写入PLC运行时模块，PLC运行时模块进行运算。
本发明实施例提出了一种云化PLC对多协议I/O设备远程控制方法，在该方法中新增了远程控制代理，使云化PLC通过远程控制代理对不同协议I/O设备进行远程控制。远程控制代理中的设备数据映射模块能够将不同协议过程数据统一映射为中间变量并建立统一映射表，通过5G/TSN高性能网络传输中间变量，将中间变量作为云化PLC与远程控制代理间的传输变量，使PLC用户能够将不同协议设备的各类过程数据划分为不同中间变量的集合体，便于云化PLC对不同协议设备进行统一控制。并且设备扫描模块能够自动扫描设备信息，并将其通过设备数据映射模块发送至云化PLC中的设备数据管理模块，设备数据管理模块根据设备信息建立和维护设备树与变量信息，完成对不同协议I/O设备的统一控制，提高了数据交换的效率。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由终端中的处理器执行以完成上述中文文本拼写检查方法。例如，所述计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器（RAM）、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
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 (10)
1.一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制方法由云化PLC多协议I/O设备远程控制系统实现，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制系统包括云化PLC、远程控制代理以及I/O设备；
所述云化PLC包括PLC集成开发环境IDE、PLC运行时模块、设备数据管理模块以及第一中间变量收发模块；
所述远程控制代理包括第二中间变量收发模块、设备数据映射模块、设备扫描模块以及工业以太网数据帧收发模块；
所述方法包括：
所述设备扫描模块获取各接口连接设备的设备信息，并发送给所述设备数据映射模块；
所述设备数据映射模块根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将所述设备信息与所述统一映射表发送至所述云化PLC的设备数据管理模块；
所述设备数据管理模块将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLCIDE，PLCIDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程；
所述设备数据映射模块基于用户选择的中间变量建立内存共享区；
云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行业务传输。
2.根据权利要求1所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述设备扫描模块获取各接口连接设备的设备信息，并发送给所述设备数据映射模块，包括：
所述设备扫描模块广播扫描命令，获取各接口连接设备的设备信息，所述设备信息包括所支持工业以太网类型以及过程数据；
所述设备扫描模块通知工业以太网数据帧收发模块，建立所需数量及类型的工业以太网主站，并将各个工业以太网主站绑定到对应接口；
所述设备扫描模块将包括过程数据的设备信息发送给设备数据映射模块。
3.根据权利要求1所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述设备数据映射模块根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，包括：
所述设备数据映射模块根据设备信息中的过程数据名和设备编号，建立中间变量名，读取过程数据的数据类型和功能描述，确定中间变量的位数和功能，建立对应的中间变量描述。
4.根据权利要求1所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述PLCIDE获取用户选择的中间变量进行PLC编程之后，所述方法还包括：
所述设备数据管理模块确定用户选择的中间变量对应的记录，将所述记录发送给第一中间变量收发模块和设备数据映射模块；
所述设备数据映射模块收到记录后，根据记录中的中间变量对应的过程数据，通知设备扫描模块给各个I/O设备配置后续需要传输的过程数据；
所述设备扫描模块完成配置。
5.根据权利要求1所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行业务传输，包括：
云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行下行业务传输；和/或，
云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行上行业务传输。
6.根据权利要求5所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行下行业务传输，包括：
PLC 运行时模块中输出刷新后，第一中间变量收发模块读取待传输的中间变量，通过5G/TSN网络发送给第二中间变量收发模块；
第二中间变量收发模块收到待传输的中间变量后，根据用户选择的中间变量及内存共享区指定的地址，将待传输的中间变量写入内存共享区指定的地址；
工业以太网数据帧收发模块调用对应的工业以太网主站，获取对应的I/O设备的过程数据的内存地址，从内存共享区读取过程数据值，封装为工业以太网数据帧，根据传输协议发送给I/O设备。
7.根据权利要求5所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，其特征在于，所述云化PLC与远程控制代理、I/O设备根据内存共享区进行上行业务传输，包括：
I/O设备返回过程数据后，将过程数据封装成数据帧，通过工业以太网数据帧发送至远程控制代理；
所述远程控制代理接收数据帧并解析出过程数据，获取过程数据的内存地址，将过程数据值写入内存共享区的指定地址；
获取中间变量及内存地址，第二中间变量收发模块从内存共享区的指定地址读取中间变量值，通过5G/TSN网络发送给第一中间变量收发模块；
第一中间变量收发模块接收到中间变量后，将中间变量写入PLC运行时模块，PLC运行时模块进行运算。
8.一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统，其特征在于，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制系统用于实现云化PLC多协议I/O设备远程控制方法，所述云化PLC多协议I/O设备远程控制系统包括云化PLC、远程控制代理以及I/O设备；
所述云化PLC包括PLC集成开发环境IDE、PLC运行时模块、设备数据管理模块以及第一中间变量收发模块；
所述远程控制代理包括第二中间变量收发模块、设备数据映射模块、设备扫描模块以及工业以太网数据帧收发模块；其中：
所述设备扫描模块，用于获取各接口连接设备的设备信息，并发送给所述设备数据映射模块；
所述设备数据映射模块，用于根据设备信息建立过程数据与中间变量的统一映射表，将所述设备信息与所述统一映射表发送至所述云化PLC的设备数据管理模块；基于用户选择的中间变量建立内存共享区；
所述设备数据管理模块，用于将收到的设备信息与统一映射表暴露给PLCIDE；
所述PLCIDE，用于获取用户选择的中间变量进行PLC编程；
云化PLC与远程控制代理、I/O设备，用于根据内存共享区进行业务传输。
9.根据权利要求8所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统，其特征在于，所述设备扫描模块，用于：
所述设备扫描模块广播扫描命令，获取各接口连接设备的设备信息，所述设备信息包括所支持工业以太网类型以及过程数据；
所述设备扫描模块通知工业以太网数据帧收发模块，建立所需数量及类型的工业以太网主站，并将各个工业以太网主站绑定到对应接口；
所述设备扫描模块将包括过程数据的设备信息发送给设备数据映射模块。
10.根据权利要求8所述的一种云化PLC多协议I/O设备远程控制系统，其特征在于，所述设备数据映射模块，用于：
所述设备数据映射模块根据设备信息中的过程数据名和设备编号，建立中间变量名，读取过程数据的数据类型和功能描述，确定中间变量的位数和功能，建立对应的中间变量描述。
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2023
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