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行業(yè)資訊

基于通訊管理模塊的工業(yè)控制系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)分析

     在大型的控制系統(tǒng)中，系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)通訊功能幾乎是必須的。通常由大量的帶通訊功能的控制模塊或儀表以及一臺(tái)主控上位機(jī)構(gòu)成這個(gè)控制系統(tǒng)。目前最普及的工業(yè)通訊是基于RS485的通訊，它所帶的模塊通訊個(gè)數(shù)有限，而且當(dāng)個(gè)數(shù)較多時(shí)，系統(tǒng)與上位機(jī)的通訊延時(shí)較長，系統(tǒng)反應(yīng)慢，導(dǎo)致用戶體驗(yàn)差，這種情況下通訊管理模塊應(yīng)運(yùn)而生。

 
    本文以武漢輝達(dá)工控的控制系統(tǒng)為例，介紹武漢輝達(dá)HD-M-DY4000系列通訊管理模塊的作用。實(shí)際項(xiàng)目證明，當(dāng)上位機(jī)需要與較多的控制模塊或儀表進(jìn)行通訊時(shí)，帶通訊管理模塊的控制系統(tǒng)對(duì)用戶的響應(yīng)時(shí)間明顯縮短，優(yōu)勢(shì)明顯。（本文中的通訊協(xié)議均指MODBUS-RTU485協(xié)議。）
 
 
 
 
1.1傳統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)簡介 
 
    傳統(tǒng)的工業(yè)控制系統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)如上圖?？刂颇K作為最底層的通訊對(duì)象，它們各自采集所需的數(shù)據(jù)，等待上位機(jī)來讀取這些信息，同時(shí)接收上位機(jī)發(fā)來的命令信號(hào)，這些模塊不能主動(dòng)的發(fā)送數(shù)據(jù)給上位機(jī)，相鄰模塊之間也不能相互通訊。每個(gè)控制模塊占用一個(gè)通訊地址，系統(tǒng)最多帶32個(gè)控制模塊。上位機(jī)則輪流查詢各個(gè)模塊所采集到的數(shù)據(jù)，同時(shí)接收用戶的命令，并將這些命令進(jìn)行解析，執(zhí)行相應(yīng)的操作。
 
1.2 傳統(tǒng)通訊結(jié)構(gòu)所面臨的問題
 
    當(dāng)控制模塊較多時(shí)，上位機(jī)需要不斷的從每個(gè)控制模塊中讀取數(shù)據(jù)，而由于每個(gè)控制模塊只保存有與自己相關(guān)的部分?jǐn)?shù)據(jù)，上位機(jī)可能只讀了這個(gè)控制模塊中的一個(gè)數(shù)據(jù)，就需要切換到下一個(gè)控制模塊，這時(shí)候上位機(jī)又需要重新發(fā)送下一個(gè)控制模塊的地址，命令等等一系列數(shù)據(jù)，還要為每次發(fā)出的數(shù)據(jù)和接收到的數(shù)據(jù)重新計(jì)算校驗(yàn)，系統(tǒng)開銷很大，不能將MODBUS-RTU協(xié)議的批讀功能發(fā)揮出來，導(dǎo)致上位機(jī)很大部分時(shí)間發(fā)送的都是地址、命令、校驗(yàn)等信息，而真正有用的數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)暮苌?。同時(shí)，由于上位機(jī)軟件在頻繁的切換通訊模塊，頻繁的計(jì)算數(shù)據(jù)校驗(yàn)，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)用戶的響應(yīng)不及時(shí)，系統(tǒng)反應(yīng)慢。
 
    綜上所述，在上位機(jī)需要與很多模塊通訊的大型控制系統(tǒng)中，通訊總線上存在著數(shù)據(jù)流頻繁，但數(shù)據(jù)傳輸效率低下，并且上位機(jī)因通訊開銷過大而對(duì)其他響應(yīng)不及時(shí)的問題。
 
二、 基于通訊管理模塊的通訊結(jié)構(gòu)
 
 
    上圖是在傳統(tǒng)工業(yè)通訊結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上添加了通訊管理模塊的實(shí)現(xiàn)方法。通過以上兩張圖我們可以發(fā)現(xiàn)，在添加了通訊管理模塊后，通訊系統(tǒng)由兩級(jí)結(jié)構(gòu)變成了三級(jí)結(jié)構(gòu)。上位機(jī)直接控制的對(duì)象由控制模塊變成了通訊管理模塊，通訊管理模塊再控制控制模塊。
添加通訊管理模塊后，上位機(jī)與通訊管理模塊這一級(jí)的485總線上數(shù)據(jù)傳輸效率得到了大大提高。因?yàn)楣芾砟K中保存著下面多個(gè)控制模塊的數(shù)據(jù)信息，上位機(jī)在需要這些信息的時(shí)候就可以一次性的讀取到這些信息，因?yàn)樗鼈冊(cè)谕粋€(gè)模塊中，擁有同一個(gè)協(xié)議地址，從而將通訊協(xié)議的批讀功能發(fā)揮起來。
 
    在通訊管理模塊與控制模塊這一級(jí)的485總線上，數(shù)據(jù)的傳輸和傳統(tǒng)工業(yè)通訊系統(tǒng)是一樣的，這一級(jí)總線上同樣存在著數(shù)據(jù)傳輸效率低下的問題，但由于通訊管理模塊的任務(wù)單一，只需處理通訊數(shù)據(jù)，不用向上位機(jī)一樣處理大量的其他任務(wù)，因此這個(gè)問題在整個(gè)系統(tǒng)中是可以接受的。
 
    對(duì)上位機(jī)而言，上位機(jī)不知道系統(tǒng)中有多少控制模塊，它只需要和少量的幾個(gè)通訊管理模塊通訊即可，這樣上位機(jī)程序就不必為數(shù)據(jù)通訊花費(fèi)太多的開銷，從而提高對(duì)用戶的響應(yīng)速度和整個(gè)系統(tǒng)的效率。同時(shí)，上位機(jī)可接多個(gè)通訊管理模塊，每個(gè)通訊管理模塊又可接多個(gè)控制模塊，不同通訊管理模塊下控制模塊，由于它們不在一條通訊總線上，因此它們的通訊地址可以一樣，這樣整個(gè)系統(tǒng)就可接更多的控制模塊，為更大型的通訊系統(tǒng)提供了可能。
 
 
三、 實(shí)際通訊管理模塊簡介
 
 
    武漢輝達(dá)工控的HD-M-DY4000系列通訊管理模塊是根據(jù)自身項(xiàng)目需求而自主研發(fā)的一款產(chǎn)品。它通過485總線連接其它設(shè)備，符合標(biāo)準(zhǔn)MODBUS-RTU通訊協(xié)議。它具備2路RS485接口，每路串口可分別設(shè)置波特率。
 
    對(duì)上位機(jī)來說，HD-M-DY4000系列通訊管理模塊作為從機(jī)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，對(duì)底層的控制模塊來說，通訊管理模塊作為主機(jī)與底層控制模塊進(jìn)行通訊。如下圖：
 
 
    在具體實(shí)現(xiàn)上，通訊管理模塊選用了一個(gè)雙串口的單片機(jī)來作為主控器件，其中串口1作為與上位機(jī)通訊的接口，工作在RS485從站模式；串口2 作為與底層模塊通訊的接口，工作在RS485主站模式。單片機(jī)實(shí)時(shí)的讀取底層模塊的數(shù)據(jù)，當(dāng)上位機(jī)向自己讀取數(shù)據(jù)時(shí)，就把這些數(shù)據(jù)發(fā)送給上位。
 
    同時(shí)該HD-M-DY4000系列通訊管理模塊還配備了其它功能，可以定制一系列指令，向指定的模塊發(fā)送一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)，從而完成相應(yīng)的功能。模塊自身帶有ＤＣ２４Ｖ饋電輸出，方便用戶外接其它需要供電的設(shè)備。模塊帶有一路繼電器抱緊，可配置成不同模式，用于不同場(chǎng)合的抱緊繼電器輸出。模塊帶有兩個(gè)八位的ＬＥＤ顯示屏幕及４個(gè)按鍵，用戶可通過菜單修改一系列的內(nèi)部參數(shù)。
 
 
 
四、小結(jié)
 
    本文主要對(duì)傳統(tǒng)工業(yè)控制通訊系統(tǒng)和添加HD-M-DY4000系列通訊管理模塊后的通訊管理系統(tǒng)做了比較，并對(duì)武漢輝達(dá)工控的一款通訊管理模塊做了簡單介紹。在實(shí)際項(xiàng)目中證明，添加了通訊管理模塊的系統(tǒng)反應(yīng)更靈敏，能更快的相應(yīng)用戶的操作。