TWI469579B - Modbus數據採集器 - Google Patents

Description

Modbus數據採集器

本發明是有關於一種數據採集設備，且特別是有關於一種Modbus數據採集器。

在現代的工業現場內，往往存在著數以百計的設備散佈在廠房的各個角落。為了集中管理工業現場中許多設備，則必須對各個設備進行數據採集與交換，此時則需要大量使用Modbus數據採集器。

一般而言，Modbus數據採集器通常具有1、2、4、8、或16組RS485連接埠，每個連接埠最多可連接32台設備，使用者可視其需求自行選擇具有多少連接埠之Modbus數據採集器。

在生產成本日益提升的今日，成本控制越來越受關注。然而，現有的Modbus數據採集器之連接埠總數量不能由使用者自行增加，故倘若需要進行連接埠的擴充時，則必須重新購買一台數據採集器。因此，若使用者僅需擴充少數連接埠時，卻因為只能選擇增加整台數據採集器，而必須為額外冗餘的連接埠買單。對於使用者而言，無疑地會造成一種成本上的負擔及資源上的浪費。

由此可知，在現有的數據採集機制當中，仍存在部分改良空間，以待克服。

有鑑於此，本發明之一技術態樣是在提供一種Modbus數據採集器，其主要目的在於供使用者依照實際需求自行擴充數據傳輸埠，而不必為了少量的數據傳輸埠再購買一台數據採集器，故可有效解決以上先前技術所遭遇到的困難。

依據本發明之一實施方式，一種Modbus數據採集器包含一主機及至少一擴充模組。主機包含至少一主機數據傳輸埠、至少一網路連接埠、及至少一擴充埠，其中，主機數據傳輸埠係用以通訊連接至少一第一電子裝置，而網路連接埠係用以通訊連接一網路集線器。擴充模組包含至少一擴充數據傳輸埠及至少一擴充埠，其中，擴充數據傳輸埠係用以通訊連接至少一第二電子裝置，而擴充埠係用以通訊連接主機之擴充埠，藉此透過主機之網路連接埠、主機之擴充埠、擴充模組之擴充埠與擴充模組之擴充數據傳輸埠而建立網路集線器與第二電子裝置之間的通訊連接。

依據本發明之一或多個實施方式，主機之擴充埠與擴充模組之擴充埠符合串列周邊介面(Serial Peripheral Interface,SPI)之協定。

依據本發明之一或多個實施方式，主機具有一專屬的網際網路協定位址。

依據本發明之一或多個實施方式，主機包含一讀寫模組、一請求回覆模組、一偵錯模組、一延後讀寫模組、一檢測指令模組、以及一恢復讀寫模組。讀寫模組係用以讀 寫第一電子裝置。請求回覆模組係用以傳送至少一請求回覆指令至第一電子裝置。偵錯模組係用以在第一電子裝置無回覆請求回覆指令至請求回覆模組時，判定其為一故障裝置。延後讀寫模組係用以命令讀寫模組延後讀寫故障裝置。檢測指令模組係用以發送一檢測指令至故障裝置。恢復讀寫模組係用以在故障裝置回覆檢測指令至檢測指令模組時，命令讀寫模組恢復讀寫故障裝置。

依據本發明之一或多個實施方式，擴充模組包含一讀寫模組、一請求回覆模組、一偵錯模組、一延後讀寫模組、一檢測指令模組、以及一恢復讀寫模組。讀寫模組係用以讀寫第二電子裝置。請求回覆模組係用以傳送至少一請求回覆指令至第二電子裝置。偵錯模組係用以在第二電子裝置無回覆請求回覆指令至請求回覆模組時，判定其為一故障裝置。延後讀寫模組係用以命令讀寫模組延後讀寫故障裝置。檢測指令模組係用以發送一檢測指令至故障裝置。恢復讀寫模組係用以在故障裝置回覆檢測指令至檢測指令模組時，命令讀寫模組恢復讀寫故障裝置。

依據本發明之一或多個實施方式，網路連接埠為一乙太網路連接埠。

依據本發明之一或多個實施方式，主機數據傳輸埠為一RS485介面。

依據本發明之一或多個實施方式，擴充數據傳輸埠為一RS485介面。

依據本發明之一或多個實施方式，網路連接埠符合位址解析協定、網際網路協定、傳輸層通訊協定、及用戶資 料元協定。

依據本發明之一或多個實施方式，數據傳輸埠及擴充數據傳輸埠之波特率(baud rate)約介於2400至115200bps之間。

藉由上述技術手段，本發明實施方式所述之Modbus數據採集器可利用至少一個擴充模組來提供擴充數據傳輸埠，藉此使用者可依據實際需求選擇擴充模組之數量，以增加或減少Modbus數據採集器之數據傳輸埠。另外，本發明實施方式所揭露之主機及擴充模組可藉由讀寫模組、請求回覆模組、偵錯模組、延後讀寫模組、檢測指令模組、以及恢復讀寫模組以監控其所連接的第一電子裝置與第二電子裝置之狀態，並在第一電子裝置或第二電子裝置故障時，延後其讀寫順序，以免影響其他電子裝置之數據採集。

以上所述僅係用以闡明本發明之目的、達成此目的之技術手段、其所產生的功效以及本發明之其他優點等等，本發明之具體細節將於下文中的實施方式及相關圖式中詳細介紹。

以下將以圖式揭露本發明之複數實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。換言之，在本發明部分實施方式中，這些細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

第1圖繪示依據本發明一實施方式之Modbus數據採集器之示意圖。如圖所示，Modnus數據採集器100包含一主機110及三個擴充模組112a、112b及112c。主機110包含至少一主機數據傳輸埠120、至少一網路連接埠130、及至少一擴充埠150，其中，主機數據傳輸埠120係用以通訊連接至少一第一電子裝置210，而網路連接埠130係用以通訊連接一網路集線器(未示於本圖中)。擴充模組112a、112b、112c分別包含至少一擴充數據傳輸埠122a、122b、122c及至少一擴充埠160a、160b、160c。擴充數據傳輸埠122a、122b、122c係分別用以通訊連接至少一第二電子裝置220a、220b及220c。擴充模組112a之擴充埠160a通訊連接主機110之擴充埠150；擴充模組112b之擴充埠160b通訊連接擴充模組之擴充埠160a；擴充模組112c之擴充埠160c通訊連接至擴充模組112b之擴充埠160b，藉此，透過主機110之網路連接埠130、主機110之擴充埠150、擴充模組112a、112b、112c之擴充埠160a、160b、及160c與擴充模組112a、112b、112c之擴充數據傳輸埠122a、122b、及122c而建立網路集線器(未示於本圖中)與第二電子裝置220a、220b、220c之間的通訊連接。

藉由以上技術手段，本發明實施方式所述之Modbus數據採集器可利用至少一個擴充模組來提供擴充數據傳輸埠，藉此使用者可依據實際需求選擇擴充模組之數量，以增加或減少Modbus數據採集器之數據傳輸埠。舉例而言，使用者可在本實施方式之擴充模組112c相對於擴充模組112b之另一側額外連接單一或多個擴充模組，而所需增加 的擴充模組數量可由使用者自行決定。另一方面，倘若使用者僅需使用一個擴充模組時，亦可將擴充模組112b及112c卸下，留下擴充模組112a。藉此，本發明實施方式所揭露之Modbus數據採集器可提供使用者自由地選擇所需的數據傳輸埠數量，而無須為了增加少量的數據傳輸埠添購另一台數據採集器。

依據本發明之一或多個實施方式，主機110之擴充埠150與擴充模組112a、112b、112c之擴充埠160a、160b、及160c符合串列周邊介面(Serial Peripheral Interface,SPI)之協定。因此，主機之擴充埠150與擴充模組112a之擴充埠160a之間可利用一SPI介面140a相連接；相似地，擴充模組112a之擴充埠160a與擴充模組112b之擴充埠160b可利用一SPI介面140b相連接；又相似地，擴充模組112b之擴充埠160b與擴充模組112c之擴充埠160c可利用一SPI介面140c相連接。

於本實施方式中，SPI介面為一種同步序列資料協定之介面，一般具有四條線路，用以傳輸四種邏輯訊號，分別為SCLK(Serial Clock)訊號、MOSI/SIMO(Master Output,Slave Input)訊號、MISO/SOMI(Master Input,Slave Output)訊號、及SS(Slave Select)訊號，其中SCLK訊號係從SPI介面所連接之主要(master)裝置輸出至從屬(slave)裝置；MOSI/SIMO訊號係從SPI介面所連接之主要裝置輸出至從屬裝置；MISO/SOMI訊號係從SPI介面所連接之從屬裝置輸出至主要裝置；SS訊號係由SPI介面所連接之主要裝置輸出至從屬裝置。

於本發明之實施方式中，上述『通訊連接』一詞係表示兩個相互連接的裝置之間存在著資料的傳輸。上述『Modbus』一詞代表一種串列通信協議，其允許多個設備連接在同一個網路上進行通信，故可用於多個設備的數據採集與交換。具體而言，Modbus協議是一個種主/從(master/slave)架構的協議。有一個節點是主要(master)節點，其他使用Modbus協議參與通信的節點是從屬(slave)節點。每一個從屬設備都有一個唯一的地址。

第2圖繪示第1圖中Modbus數據採集器所應用之數據採集系統之示意圖。如圖所示，本實施方式所應用的數據採集系統可包含三台Modbus數據採集器100、複數第一電子裝置210、複數第二電子裝置220、一網路集線器300及一控制電腦400。為了簡化圖式起見，於本實施方式中，三台Modbus數據採集器100係以一台主機及一擴充模組做為示例，而非用以限制本發明。如圖所示，三台Modbus數據採集器100均係透過各自的網路連接埠130通訊連接至網路集線器300，並透過其各自的主機110及擴充模組112分別連接至第一電子裝置210與第二電子裝置220。網路集線器300係通訊連接至控制電腦400。藉此，Modbus數據採集器100可透過網路集線器300將其由第一電子裝置210及第二電子裝置220所採集到的數據傳送至控制電腦400統一管理。

於部分實施方式中，三台主機110均具有一專屬的網際網路協定位址，上述『專屬』一詞代表每台主機110之網際網路協定位址互不相同，以便控制電腦400根據網際 網路協定位址控制來操控對應的主機110。

第3圖繪示第1圖所示之主機之一功能方塊圖。如圖所示，主機110包含一讀寫模組512、一請求回覆模組502、一偵錯模組504、一延後讀寫模組506、一檢測指令模組508、以及一恢復讀寫模組510。讀寫模組512係用以讀寫第一電子裝置210(可參閱第2圖)。請求回覆模組502係用以傳送至少一請求回覆指令至第一電子裝置210。偵錯模組504係用以在其中一第一電子裝置210無回覆請求回覆指令至請求回覆模組502時，判定其為一故障裝置224(可參閱第2圖)。延後讀寫模組506係用以命令讀寫模組512延後讀寫故障裝置224。檢測指令模組508係用以發送一檢測指令至故障裝置224。恢復讀寫模組510係用以在故障裝置224回覆檢測指令至檢測指令模組508時，命令讀寫模組512恢復讀寫故障裝置224。

於本實施方式中，主機110可利用請求回覆模組502週期性地發送請求回覆指令至複數個第一電子裝置210並請求這些第一電子裝置210回覆，若其中一個第一電子裝置210無回應時，則由偵錯模組504判定其為故障裝置224，並由延後讀寫模組506延緩故障裝置224之讀寫功能。接著由檢測指令模組508發送檢測指令至故障裝置224，若故障裝置224回覆檢測指令，則由恢復讀寫模組510命令讀寫模組512恢復讀寫故障裝置224。

藉由上述方式，主機110可有效地偵測其所連接的多個第一電子裝置210中是否存在任何故障裝置224，並可在故障發生後即時地延後故障裝置224之讀寫功能，從而 避免影響主機110對其他第一電子裝置210之讀寫功能。

於部分實施方式中，當偵錯模組504標記一第一電子裝置210為一故障裝置224時，主機110可同時利用網路連接埠130並透過網路集線器300通知控制電腦400該第一電子裝置210為故障。

第4圖繪示第1圖所示之擴充模組之一功能方塊圖。如圖所示，擴充模組112包含一讀寫模組612、一請求回覆模組602、一偵錯模組604、一延後讀寫模組606、一檢測指令模組608、以及一恢復讀寫模組610。讀寫模組612係用以讀寫第二電子裝置220(可參閱第2圖)。請求回覆模組602係用以傳送至少一請求回覆指令至第二電子裝置220。偵錯模組604係用以在其中一第二電子裝置220無回覆請求回覆指令至請求回覆模組602時，判定其為一故障裝置226(可參閱第2圖)。延後讀寫模組606係用以命令讀寫模組612延後讀寫故障裝置226。檢測指令模組608係用以發送一檢測指令至故障裝置226。恢復讀寫模組610係用以在故障裝置226回覆檢測指令至檢測指令模組608時，命令讀寫模組612恢復讀寫故障裝置226。

於本實施方式中，擴充模組112可利用請求回覆模組602週期性地發送請求回覆指令至複數個第二電子裝置220並請求這些第二電子裝置220回覆，若其中一個第二電子裝置220無回應時，則由偵錯模組604判定其為故障裝置226，並由延後讀寫模組606延緩故障裝置226之讀寫功能。接著由檢測指令模組608發送檢測指令至故障裝置226，若故障裝置226回覆檢測指令，則由恢復讀寫模 組610命令讀寫模組612恢復讀寫故障裝置226。

藉由上述方式，擴充模組112可有效地偵測其所連接的多個第二電子裝置220中是否存在任何故障裝置226，並可在故障發生後即時地延後故障裝置226之讀寫功能，從而避免影響擴充模組112對其他第二電子裝置220之讀寫功能。

於部分實施方式中，當偵錯模組604標記一第二電子裝置220為一故障裝置226時，擴充模組112可同時將此資訊傳送至主機110，並由主機110利用網路連接埠130並透過網路集線器300通知控制電腦400該第二電子裝置220為故障。

於本發明之一或多個實施方式中，主機110之網路連接埠130為一乙太網路連接埠，舉例而言，可為10M/100M並遵循IEEE 802.3協定之乙太網路連接埠。IEEE 802.3為乙太網路的技術標準，其係由電子電機工程師學會(Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE)所規範，制訂了包括物理層的連線、電訊號和介質存取層協定等內容。於本發明之一或多個實施方式中，網路連接埠130符合位址解析協定(ARP)、網際網路協定(IP)、傳輸層通訊協定(TCP)、及用戶資料元協定(UDP)。

於本發明之一或多個實施方式中，主機110之主機數據傳輸埠120及擴充模組112a、112b、112c之擴充數據傳輸埠122a、122b、122c為RS485介面，其中主機數據傳輸埠120與擴充數據傳輸埠122a、122b、122c之傳輸訊號相互獨立，互不影響。RS485為隸屬於OSI模型物理層的標 準，其係用纜線兩端的電壓差值來表示傳遞訊號。一端的電壓標識為邏輯1，另一端標識為邏輯0。兩端的電壓差最小為0.2V以上時有效，任何不大於12V或者不小於-7V的差值對接收設備都被認為是正確的。

於本發明之一或多個實施方式中，主機數據傳輸埠120及擴充數據傳輸埠122a、122b、122c之波特率(baud rate)約介於2400至115200bps之間。

於本發明之一或多個實施方式中，第一電子裝置210及第二電子裝置220之數據係以微軟公司(Microsoft®)所提供的Excel格式進行讀取與保存，故可利於在控制電腦400的螢幕上以表格的方式呈現。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧Modbus數據採集器

110‧‧‧主機

112‧‧‧擴充模組

112a‧‧‧擴充模組

112b‧‧‧擴充模組

112c‧‧‧擴充模組

120‧‧‧主機數據傳輸埠

122a‧‧‧擴充數據傳輸埠

122b‧‧‧擴充數據傳輸埠

122c‧‧‧擴充數據傳輸埠

130‧‧‧網路連接埠

140a‧‧‧SPI介面

140b‧‧‧SPI介面

140c‧‧‧SPI介面

150‧‧‧擴充埠

160a‧‧‧擴充埠

160b‧‧‧擴充埠

160c‧‧‧擴充埠

210‧‧‧第一電子裝置

220‧‧‧第二電子裝置

220a‧‧‧第二電子裝置

220b‧‧‧第二電子裝置

220c‧‧‧第二電子裝置

224‧‧‧故障裝置

226‧‧‧故障裝置

502‧‧‧請求回覆模組

504‧‧‧偵錯模組

506‧‧‧延後讀寫模組

508‧‧‧檢測指令模組

510‧‧‧恢復讀寫模組

512‧‧‧讀寫模組

602‧‧‧請求回覆模組

604‧‧‧偵錯模組

606‧‧‧延後讀寫模組

608‧‧‧檢測指令模組

610‧‧‧恢復讀寫模組

612‧‧‧讀寫模組

為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：第1圖繪示依據本發明一實施方式之Modbus數據採集器之示意圖。

第2圖繪示第1圖中Modbus數據採集器所應用之數據採集系統之示意圖。

第3圖繪示第1圖所示之主機之一功能方塊圖。

第4圖繪示第1圖所示之擴充模組之一功能方塊圖。

100‧‧‧Modbus數據採集器

110‧‧‧主機

112a‧‧‧擴充模組

112b‧‧‧擴充模組

112c‧‧‧擴充模組

120‧‧‧主機數據傳輸埠

122a‧‧‧擴充數據傳輸埠

122b‧‧‧擴充數據傳輸埠

122c‧‧‧擴充數據傳輸埠

130‧‧‧網路連接埠

140a‧‧‧SPI介面

140b‧‧‧SPI介面

140c‧‧‧SPI介面

150‧‧‧擴充埠

160a‧‧‧擴充埠

160b‧‧‧擴充埠

160c‧‧‧擴充埠

210‧‧‧第一電子裝置

220a‧‧‧第二電子裝置

220b‧‧‧第二電子裝置

220c‧‧‧第二電子裝置

Claims (9)

1. 一種Modbus數據採集器，包含：一主機，包含：至少一主機數據傳輸埠，用以通訊連接至少一第一電子裝置；至少一網路連接埠，用以通訊連接一網路集線器；至少一擴充埠；至少一擴充模組，包含：至少一擴充數據傳輸埠，用以通訊連接至少一第二電子裝置；至少一擴充埠，用以通訊連接該主機之該擴充埠，藉此透過該主機之該網路連接埠、該主機之該擴充埠、該擴充模組之該擴充埠與該擴充模組之該數據傳輸埠而建立該網路集線器與該第二電子裝置之間的通訊連接；其中該主機更包含：一讀寫模組，用以讀寫該第一電子裝置；一請求回覆模組，用以傳送至少一請求回覆指令至該第一電子裝置；一偵錯模組，用以在該第一電子裝置無回覆該請求回覆指令至該請求回覆模組時，判定其為一故障裝置；一延後讀寫模組，用以命令該讀寫模組延後讀寫該故障裝置；一檢測指令模組，用以發送一檢測指令至該故障裝 置；以及一恢復讀寫模組，用以在該故障裝置回覆該檢測指令至該檢測指令模組時，命令該讀寫模組恢復讀寫該故障裝置。
2. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該主機之該擴充埠與該擴充模組之該擴充埠符合串列周邊介面(Serial Peripheral Interface,SPI)之協定。
3. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該主機具有一專屬的網際網路協定位址。
4. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該網路連接埠為一乙太網路連接埠。
5. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該主機數據傳輸埠為一RS485介面。
6. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該擴充數據傳輸埠為一RS485介面。
7. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該網路連接埠符合位址解析協定、網際網路協定、傳輸層通訊協定、及用戶資料元協定。
8. 如請求項1所述之Modbus數據採集器，其中該數據傳輸埠及該擴充數據傳輸埠之波特率(baud rate)約介於2400至115200bps之間。
9. 一種Modbus數據採集器，包含：一主機，包含：至少一主機數據傳輸埠，用以通訊連接至少一第一電子裝置；至少一網路連接埠，用以通訊連接一網路集線器；至少一擴充埠；至少一擴充模組，包含：至少一擴充數據傳輸埠，用以通訊連接至少一第二電子裝置；至少一擴充埠，用以通訊連接該主機之該擴充埠，藉此透過該主機之該網路連接埠、該主機之該擴充埠、該擴充模組之該擴充埠與該擴充模組之該數據傳輸埠而建立該網路集線器與該第二電子裝置之間的通訊連接；一讀寫模組，用以讀寫該第二電子裝置；一請求回覆模組，用以傳送至少一請求回覆指令至該第二電子裝置；一偵錯模組，用以在該第二電子裝置無回覆該請求回覆指令至該請求回覆模組時，判定其為一故障裝 置；一延後讀寫模組，用以命令該讀寫模組延後讀寫該故障裝置；一檢測指令模組，用以發送一檢測指令至該故障裝置；以及一恢復讀寫模組，用以在該故障裝置回覆該檢測指令至該檢測指令模組時，命令該讀寫模組恢復讀寫該故障裝置。