一种工业数据传输的系统和方法
【专利摘要】本发明提供了一种工业数据传输的系统和方法。所述系统包括多个第一对象、规约网关和多个第二对象，各个第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与各个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统；所述规约网关包括：分配模块、第一选择模块、数据获取模块、第二选择模块、数据转换模块和数据发送模块。
【专利说明】一种工业数据传输的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及数据通信【技术领域】，特别是涉及一种工业数据传输的系统，以及一种工业数据传输的方法。
【背景技术】
[0002]每一种通讯都对应着一种用作数据传输的协议，也称为规约，对应有承载这种协议的媒介。例如，打开网页需要http协议(Hypertext transfer pro tocol,超文本传输协议)支持，网线就是http协议的一种传输媒介。
[0003]工业领域中，将小设备或系统联合成大系统进行集中管控和统一调度是不可避免的发展趋势，用到的智能设备或是由多个智能设备构建的综合自动化控制系统，基本都是采用私有或部分公开的协议，而这些设备或系统很大可能性不支持同一协议，甚至还可能是虽然支持同一种协议，但是可使用接口有限或协议可扩展能力已经无法再增加等，对应的传输媒介也多种多样，这都是基于协议不同、接口有限或协议扩展能力不足带来的数据不能传输的障碍，使得工业领域中跨系统的数据传输变得困难重重。
[0004]另一方面，各个独立的设备或系统集合到一起时可能会发生网络冲突，由于不同的设备或系统所使用的IP地址可能相同，使得这些设备或系统无法区分而导致无法与外界进行数据交互。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种工业数据传输的系统和方法，以实现跨系统的工业数据传输。
[0006]本发明还提供了一种工业数据传输的系统，包括多个第一对象、规约网关和多个第二对象，各个第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与各个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统；
[0007]所述规约网关包括:
[0008]分配模块，用于规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口/接口的参数；
[0009]第一选择模块，用于选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序;
[0010]数据获取模块，用于调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据；
[0011]第二选择模块，用于分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口/接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口/接口与所述规约网关连接；
[0012]数据转换模块，用于从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取的工业数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式；
[0013]数据发送模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
[0014]优选地，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口/接口。
[0015]优选地，所述装置还包括:
[0016]列表编写模块，用于针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址；
[0017]所述数据获取模块，具体用于根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
[0018]优选地，所述装置还包括:
[0019]通知模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动；
[0020]所述通知模块包括:
[0021]设置子模块，用于设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限；
[0022]配置子模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
[0023]优选地，所述装置还包括:
[0024]通道建立模块，用于所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
[0025]本发明还提供了一种工业数据传输的方法，包括:
[0026]规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口 /接口的参数，各第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与多个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统；
[0027]选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序，调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据；
[0028]分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口 /接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口/接口与所述规约网关连接；
[0029]从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取的工业数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式；
[0030]调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
[0031]优选地，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口/接口。
[0032]优选地，所述方法还包括:
[0033]针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址；
[0034]所述分别从各第一对象获取工业数据包括:
[0035]根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
[0036]优选地，所述方法还包括:
[0037]调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动；
[0038]所述通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动包括:
[0039]设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限；
[0040]调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
[0041]优选地，所述方法还包括:
[0042]所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
[0043]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
[0044]依据本发明实施例，规约网关针对连接的多个第一对象动态分配不同的网口 /接口用于与规约网关同时进行实时通信，规约网关通过选择与第一对象的数据通信协议对应的驱动程序，调用驱动程序通过分配的网口 /接口与之通信，从第一对象采集工业数据并保存在数据库中，规约网关还与多个第二对象连接并进行实时通信，将采集的工业数据通过选择的驱动程序与之通信，并读取存储的第一对象的工业数据同时发送给多个第二对象。
[0045]通过本发明实施例，实现了跨设备或系统之间的通信，采集的工业数据可以同时实时下发给多个不同层级的第二对象，可以使多个设备或系统构成更复杂的网络部署，适用于更复杂的应用环境。
[0046]其中，针对不同的第一对象分配不同的网口 /接口，使得不同的第一对象之间的通信互相不干扰，使用相同IP地址的设备或系统的通信也互相不干扰，避免的网络冲突的同时也无需增加新的设备，同时可以保证传输数据的安全。
[0047]并且，从第一对象中以各种协议格式收集数据，不再局限于只转化成一种协议格式，而是分别转换为各个第二对象的协议格式，这种多协议多渠道多数据选择的多样化渠道相比于传统的只采用一种协议类型向外传输的模式更为方便，适应性更强，对于设备多样化，品种层次特别繁杂的车间尤其有利。转换格式的步骤并不是在获取到数据之后就进行，在向第二对象下发数据之前执行转换格式的操作，这种仅仅转换需要发送的数据的方式可以节约大量的处理资源和处理时间。
[0048]并且，本发明实施例的规约网关可以是采用嵌入式计算机集成的规约转换设备，由于嵌入式系统并没有损失计算机系统的基本功能，所以规约网关进行数据采集调试的问题也得到了很好地解决，调试工具、第三方厂家的设置工具等都可以正常安装在规约网关中，不需要再额外带个调试用的计算机，不仅让调试的过程变得简便，也让运维的工作更加快捷。
【专利附图】
【附图说明】
[0049]图la、图lb、图1c和图1d是【背景技术】的规约转换技术对应的硬件示意图；
[0050]图2是本发明一种工业数据传输的系统实施例的设计方案框图；
[0051]图3是本发明的一种工业数据传输的装置实施例的结构框图；
[0052]图4是本发明实施例的一个示例中规约网关功能简图；
[0053]图5是本发明实施例的一个示例的数据流向示意图
[0054]图6是本发明一种工业数据传输的方法实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0055]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细的说明。
[0056]基于协议不同或协议扩展能力不足带来的数据不能传输的障碍，使得工业领域中跨系统的数据传输变得困难重重。
[0057]以最简单的两个系统为例，A系统想得到B系统的部分数据，需要至少满足以下三个条件:
[0058]1、A和B都支持某一种协议，A做客户端，B做服务端。
[0059]2、A和B都具备支持该协议的接口，用传输媒介将两者连接起来。
[0060]3、B向A提供足够高的访问权限，允许A访问B的部分数据。
[0061]从这三个条件看，如果仅有A和B两个系统，跨系统的数据传输过程并没有多复杂。但以上这些只是基本条件，随着工业自动化中，多设备整合或系统整合，将小设备或系统联合成大系统进行集中管控，统一调度的情况是不可避免的发展趋势。
[0062]在这个过程里，就不是仅有A和B那么简单。加入C和D后，数据可能交错成网状，A需要B⑶的数据，B需要D的数据，C和D都需要A的部分数据。但A、B、C、D很大可能性不支持同一协议，甚至还可能是虽然支持同一种协议，但是可使用接口有限或协议可扩展能力已经无法再增加等。这都是基于协议不同、接口有限或协议扩展能力不足带来的数据不能传输的障碍。
[0063]针对这种障碍，一种通过对协议扩展，将规约转换，使数据集中起来统一管理和调度的方案应运而生。这种方案把不同协议的各系统的数据，使用它们对应的接口和协议采集到一个新的实时数据库中，再将实时数据库的数据，使用相应的接口和协议发放给需要的用户。
[0064]目前，与本方案类似的规约转换技术对应的设备分三类:
[0065]1、无操作系统的小型规约转换器。
[0066]2、以工控机为主体，扩展板卡和交换机为接口的规约转换系统。
[0067]3、使用嵌入式计算机集成的规约转换设备。
[0068]这三种设备各有利弊，每种设备都有各自最适宜的使用环境，参考图la、图lb、图1c和图1d是【背景技术】的规约转换技术对应的硬件示意图。
[0069]参考图1a示出了第一种是规约转换器，特点是:
[0070]1、体积小，只有巴掌大，不需专门为它配一个机柜或控制箱。
[0071]2、接口数量少，功能简单，一般只针对一种协议向另一种协议转换，无存储功能，传输的数据量也不大，接线简单，一旦程序定型，运行起来稳定可靠。
[0072]3、编程手段较原始，有的只用命令行编程下载程序，多为针对总线型的协议设计，一台规约转换设备可以采集多台下级设备的信号。
[0073]因此，这种转换器适合在小型、设备类型单一的系统的集成项目中使用，或者作为一类设备的专用采集器，成为一个大型系统集成项目的分支子系统。
[0074]参考图1b示出了第二种以工控机为中心，接插板卡和增加交换机为接口的规约转换系统，特点是:
[0075]1、接口数量可以通过增加板卡扩展。
[0076]2、元器件数量多，需要兼顾各元件兼容性，系统涉及驱动和配置软件很多。
[0077]3、系统庞大，需要配专用机柜或操作台等。
[0078]4、能耗大，其续航能力对不间断电源的要求高。
[0079]5、需要人为干预的因素多，出故障后非专业人士无法维护。
[0080]6、软件功能强悍，可集成的系统数量多，传输的数据量大。
[0081]7、可形成历史数据库并作为服务器进行网络发布等更强大的功能。
[0082]从上可以看出，该类形态的规约转换系统的应用范围多是大型集成化项目，昂贵的造价和零碎的系统配置使得它也需要配备多个维护人员。
[0083]参考图1c示出了第三种采用嵌入式计算机集成的规约转换设备，特点有:
[0084]1、一体式设备，外形针对网络机柜设计，安装方便，体积小。
[0085]2、接口数量多，接口间相互隔离，但接口数量无法扩展。
[0086]3、使用嵌入式操作系统，有操作系统的各项基本功能，便于进行网络维护和远程修改网关内的程序和配置。
[0087]4、操作系统中可安装各种基础的配置、调试软件，支持软件可扩展类设备。
[0088]5、功耗小，对不间断电源的要求不高。
[0089]参考图1d示出了规约转换的应用思路，A系统分别通过规约网关和冗余网关与B系统和C系统进行通信。从上可以看出，这种设备即有充分的接口数量，又有操作系统，而且体型较小，并且软件能力也相当强大。
[0090]有鉴于前两种方案存在的问题，本发明实施例的核心构思之一在于提供一种新的嵌入式计算机集成的规约转换机制，以实现跨系统的数据传输。
[0091 ] 本发明实施例的设计思路如下:
[0092]针对工业领域中用到的智能设备，这种设备可以从三个角度来分析。
[0093]a、工业自动化中采用的协议复杂多样,接口类型也各不相同,造成数据传输协议的局限性。
[0094]b、规约转换设备的硬件接口要求，和软件性能要求。
[0095]C、规约转换设备的集成度水平。
[0096]为了达到这个思路的目的，需要硬件和软件同时支持。
[0097]为了收集各系统的数据，必须要有每个系统需要的接口，这是硬件必须具备的基础，但也有接口相同的情况，那就要同一种接口有多个，而考虑到安全问题，就需要接口之间是隔离的，这样任何一个出问题不会影响到其他的接口。有的接口比如以太网口，可以随意扩展，但考虑到有的系统限于很多因素，连接到一起会造成网络冲突，这种问题虽然可以用路由来解决，不过采集设备本身具备多个隔离的网口 /接口，就不需要再增加新的设备了。
[0098]协议报文的打包收发和解析毕竟都是由软件来完成的。对软件的要求有:
[0099]1、采集驱动多样化、可编程、可开发。这些驱动像内存条一样，需要那种驱动，就把相应的驱动文件插到软件中即可使用，不需要的可以拔掉，没有的可以按照相应的格式编写代码后生成。
[0100]2、实时数据库管理。采集到的数据需要暂存在实时数据库中，实时数据库的数据随着采集频率和扫描周期不断更新。
[0101]3、数据四则运算。为了方便数据传输，在数据发送侧经常将数据进行简化处理，比如含小数点的定点数或浮点数简化成无小数点的整形数。这就要求在数据接收侧解析数据完毕后要还原小数点。
[0102]4、转发驱动和采集驱动道理相同。这样方便有需求的用户将数据通过自己支持的接口和协议，从实时数据库中把数据读到自己的系统中。
[0103]5、同一数据可以通过多个接口和协议转发给多个用户。比如B⑶三个系统都需要A系统的变量I这种情况。
[0104]6、为了安全考虑，采集部分和转发部分都需要相应的安全权限进行约束。
[0105]最后，实现这些功能的硬件和软件同时具备了，还要考虑设备的集成度水平。
[0106]相应的，根据上述设计思路，参考图2给出了本发明一种数据传输的系统实施例的设计方案框图，以下结合上述设计方案框图，描述设计方案流程:
[0107]1、根据上文的思路，进行硬件架构和软件需求设计，确定嵌入式计算机的硬件结构，和对应的嵌入式系统，并针对软件需求对系统进行裁剪设计。
[0108]2、搭建嵌入式计算机，并测试接口、系统兼容性和稳定性。
[0109]3、开发可以在嵌入式系统环境下运行的程序界面。包括数据库开发、驱动运行环境开发、二次编程界面开发。
[0110]4、经过代码编写、单元测试、系统测试等各项编程和测试过程。
[0111]5、完成规约网关的开发过程。
[0112]6、搭建规约网关的运行环境，继续测试网关的数据承载能力和运行稳定性可靠性。
[0113]7、最终形成稳定可靠运行的规约网关设备。
[0114]参考图2，示出了本发明的一种工业数据传输的系统实施例的结构框图，该系统包括:
[0115]多个第一对象101、规约网关102和多个第二对象103，各个第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与各个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统。
[0116]例如，仪表为电表测试设备或系统的用电情况，单个生产设备为产品包装机，负责产品打包，多个包装机构成一条包装生产线，多个生产线构成一整套负责包装的生产系统。
[0117]工业领域中的生产设备或生产系统通信存在两方面的问题，一个问题是不同的设备或系统采用的数据通信协议不同，从而导致无法实现不同的设备或系统之间的通信。有鉴于此，本发明实施例核心构思之一在于，实现跨设备或系统之间的通信，重点在于，实现将采集的工业数据同时实时下发给多个不同层级的第二对象，以适用于多个生产设备或生产系统构成更复杂的网络部署。
[0118]所述规约网关102具体可以包括以下模块:
[0119]分配模块1021，用于规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口 /接口的参数。
[0120]本发明实施例采用的规约网关有多个隔离的网口 /接口，有些生产设备使用网口与网关软件实现通讯，有些生产设备通过接口转换后与网关软件实现通讯，连接到各个网口 /接口之间的数据通信互相不干扰，针对各个生产设备或生产系统分配不同的网口 /接口，从而使得各个生产设备或生产系统与规约网关之间的数据通信相互独立，互不干扰。
[0121]具体而言，可以提前针对各个第一对象手动分配网口 /接口，也可以临时动态分配网口 /接口。以接口为例，第一对象先通过接口(例如电缆)与网关连接，两者可以互相识别，网关向连接的第一对象发起配置请求，第一对象将通信协议的各种接口参数封装在一个文件中发送给网关，网关接收到文件后将接口参数写入接口的相关配置文件中，若接口通信成功，则向第一对象反馈成功的消息，若接口通信失败，则向第一对象反馈失败的消肩、O
[0122]此处，不同的网口 /接口是指针对不同的第一对象分配了不同的网口 /接口，SP各个第一对象都有自己单独使用的一个网口 /接口，针对不同的第一对象分配不同的网口/接口，使得不同的第一对象之间的通信互相不干扰，避免的网络冲突的同时也无需增加新的设备，同时可以保证传输数据的安全。
[0123]本发明实施例中，优选地，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口 /接口。
[0124]在分配网口 /接口时，设备或系统使用的网口 /接口与其采用的数据通信协议相关，可以根据数据通信协议分配对应的网口，一种数据通信协议可能对应不同类型的多个网口 /接口，也可能仅仅对应一个类型的网口 /接口，不同种类的数据通信协议可能对应相同类型的网口。相应可以理解的是，采用相同数据通信协议的第一对象使用的可能是相同类型的网口 /接口，也可能是不同类型的网口 /接口，采用不同数据通信协议的第一对象使用的可能是不同类型的网口 /接口，也可能是相同类型的网口 /接口。
[0125]例如，tcp、udp、http、dhcp、IEC103/104等协议通过网络接口即网口与网卡进行通信，modbus、dlt/645、IEClOU can、MBUS等协议通过接口 (例如rs485接口 )与网关软件实现通信。
[0126]针对存在不同的设备或系统采用了相同的通讯地址(例如IP地址)，则会导致因无法区分而无法与外界通信的问题。本发明实施例中，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口 /接口，使用相同IP地址的设备或系统的通信也互相不干扰。
[0127]第一选择模块1022，用于选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序。
[0128]数据获取模块1023，用于调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据。
[0129]规约网关通过网口 /接口与各个第一对象进行通信，网关采用的驱动程序与通信的第一对象所采用的数据通信协议对应，因此，规约网关与第一对象通信时，首先确定与第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序，然后调用第一驱动程序与第一对象通信，从各个第一对象采集工业数据保存在预置的数据库中。在预置的数据库中，针对各个第一对象分别分配了不同的存储地址，用于存放从各第一对象采集的工业数据。
[0130]工业数据可以包括仪表等测试的用能数据，也可以包括设备或系统的生产状态数据，例如温度，液位，流量，压力等。
[0131]第二选择模块1024，用于分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口 /接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口 /接口与所述规约网关连接。
[0132]针对各个第二对象分配不同的接口或网口，并通过针对各个第二对象分别配置的数据通信协议通道进行实时通信，从而可以避免数据传输之间的干扰，同时可以保证传输数据的安全。并且，选择与第二对象的数据通信协议网口/接口和第二驱动程序进行通信。
[0133]数据转换模块1025，用于从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取工业的数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式。
[0134]规约网关调用第二驱动程序通过上步选择的网口 /接口与第二对象进行通信，并根据第二对象的需求，从预置数据库中读取工业数据，具体为从第一对象的数据存储地址，读取第一对象的工业数据。
[0135]由于各个第二对象可能采用不同的通信协议，在向各个第二对象发送数据之前需要将工业数据转换为与接收数据的第二对象的数据通信协议的格式。
[0136]本发明实施例的规约网关与现有技术相比较，区别之一在于规约转换后一侧的协议，现有技术中几乎所有设备在形成数据库后，都统一为一种规约形式向外发送数据，而本方案中，并非统一为一种规约形式，而是分别转换为各个第二对象的协议格式，是发散式的，像一棵树一样开枝散叶。数据库中的数据以各种规约形式保存，好处在于多样的数据传输通道带来的更强的适应性。通过各个网口 /接口获取的各个第一对象的数据，存放在数据库中，将原来分块存储统一传输的数据打散成单个数据可以独立传输的灵活机动的体系，第二对象请求访问数据时，而是直接根据第二对象的规约形式，提取对应的数据，而不是首先考核第二对象是否能接受网关传输数据的协议。这种多协议多渠道多数据选择的多样化渠道相比于传统的只采用一种协议类型向外传输的模式更为方便，适应性更强，对于设备多样化，品种层次特别繁杂的车间尤其有利。
[0137]并且，转换格式的步骤并不是在获取到工业数据之后就进行，在向第二对象下发工业数据之前执行转换格式的操作，这种仅仅转换需要发送的工业数据的方式可以节约大量的处理资源和处理时间。
[0138]例如，abc三种设备，分别来自美国、日本和国产，美国的设备能用123这三种协议，日本的设备能使用234这三种协议，而国产设备只能使用4 一种协议，现在abc三种设备都需要网关为他们提供数据，网关可以使用123456等方式向外发送数据，和网关只能使用3方式向外发送数据的优势自然显现出来，只采用一种协议类型向外发送的模式明显不如这种多协议多渠道多数据选择的多样化渠道方便和适应性强。
[0139]数据发送模块1026，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
[0140]规约网关采集数据后，第二对象可以从规约网关采集的数据中提取所需的数据，并发送给第二对象，从而实现了第一对象和第二对象之间的数据传输。
[0141]通过本发明实施例，实现了跨设备或系统之间的通信，采集的工业数据可以同时实时下发给多个不同层级的第二对象，可以使多个设备或系统构成更复杂的网络部署，适用于更复杂的应用环境。
[0142]当代工业自动化系统中使用的设备都是高度模块化、集成化的设备，多采用机柜安装的方式。而本发明实施例的规约网关可以是采用嵌入式计算机集成的规约转换设备，为计算机软件和硬件的结合体，为了满足模块化、集成化的要求，在一体式计算机中使用嵌入式系统环境搭建软件环境。同时，由于嵌入式系统并没有损失计算机系统的基本功能，所以在规约转换设备中进行数据采集调试的问题也得到了很好地解决。调试工具、第三方厂家的设置工具等都可以正常安装在规约网关中，不需要再额外带个调试用的计算机，不仅让调试的过程变得简便，也让运维的工作更加快捷。
[0143]本发明实施例中，优选地，所述装置还包括:
[0144]列表编写模块，用于针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址。
[0145]针对每个第一对象，编写有数据地址列表，数据地址列表中包括多个存储地址，用于分别存放从第一对象中获取的工业数据。
[0146]本发明实施例中，规约网关从第一对象采集数据可以采用多种方式，例如同时采集所有第一对象的数据，或是分批采集，还可以循环采集各个第一对象的数据，优选地，所述数据获取模块，具体用于根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
[0147]可以预先设置从各个第一对象采集数据的顺序和采集的时间间隔，按照预设的顺序和时间间隔，在各个第一对象之间循环采集数据。
[0148]本发明实施例中，所述装置还可以包括:
[0149]通知模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动。
[0150]由于第二对象也有自己的数据通信协议，第二对象访问规约网关时，通过某个网口 /接口与规约网关进行通信，可以根据数据通信协议选择对应的网口 /接口，并确定与数据通信协议对应的驱动程序，并通知第二对象安装相应的驱动程序以与规约网关进行通?目。
[0151]优选地，所述通知模块包括:
[0152]设置子模块，用于设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限；
[0153]配置子模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
[0154]规约网关根据选择的第二驱动程序设置于第二驱动程序相关的驱动参数，基于安全考虑，第二对象访问规约网关的数据需要相应的安全权限进行约束，可以进一步设置第二对象的访问权限，将驱动参数和访问权限发送给第二对象，由第二对象据此配置驱动。
[0155]在具体的实现中，基于安全考虑，可以对采集部分和转发部分的安全权限均进行约束。
[0156]本发明实施例中，优选地，所述装置还可以包括:
[0157]通道建立模块，用于所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
[0158]综上所述，本发明实施例提供的工业数据传输的方法，可以实现在系统集成项目中，保证原系统安全的前提下，从原系统中以各种协议形式调试、收集工业数据，并以多种协议形式转发给需要工业数据的多个设备或系统的技术要求。
[0159]为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过具体的示例对本发明实施例所述的一种工业数据传输的系统进行说明。
[0160]本实例为明芳现场规约网关的使用实例。
[0161]明芳钢铁现场有DCS系统(Distributed Control System,分布式控制系统)、plc设备(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)、各种带RS485通信协议的仪表、电力系统104规约和电表，需要将所有的数据转成opc协议一起上发给服务器做处理。
[0162]该示例中克服的技术问题包括:
[0163]1.1、接入的各种设备和系统大小不一，层次关系复杂。比如DCS系统和一台带RS485通讯的智能仪表要接入一个规约网关中。一个是大型综合自动化系统，一个是一台仪表，但是在数据面前，各个设备都是一样的。
[0164]1.2、各设备或系统携带的协议多种多样。比如炼钢分厂内，电表使用了 DLT-1997和DLT-2007两种版本的协议，DCS系统使用了 OPC通讯协议，电力系统使用的IEC104协议，部分智能仪表使用了 modbus-rtu通讯协议，这些数据都需要被采集到规约网关中。
[0165]1.3、各独立系统联合到一起的时候极有可能发生网络冲突。例如，炼铁I厂和炼铁2厂是同一家公司为明芳钢铁制作的DCS系统，这家公司使用了 I厂的部分程序用到2厂中，导致两个厂的下级和上级系统的IP —样，如果直接将两个厂做网络互通，这两个厂会因为IP冲突使得上位机无法采集DCS系统的数据而瘫痪。现有技术中，解决这个问题需要给I厂和2厂分别增加I个路由器，或者在原有路由器的基础上，配置一条IP映射信息，让路由器到隔离的作用。本发明实施例中，由于规约网关上有多个相互隔离的网口和接口，I厂和2厂分别使用不同的网口或接口，这个问题就解决了。
[0166]1.4、系统建设中不能以停止生产为代价。为了建设能源管理系统，不能让高炉、转炉停产，所以数据采集过程中不能影响生产过程正常进行。规约网关的调试过程不需要对方停车等，也不会在采集数据的时候影响到原系统。
[0167]1.5、主系统的故障不能影响原系统的正常运行。系统建立后，当数据采集设备故障了，不能导致其采集的下级设备或系统出现瘫痪等故障。
[0168]针对上述问题，采用本发明实施例的工业数据传输方法，各个设备可以通过规约网关进行通信，参考图4给出了本发明实施例的一个示例中规约网关功能简图，数据传输过程如下，参考图5，给出了本发明实施例的一个示例的数据流向示意图。
[0169]其中，设备I为智能仪表，包括通信管理机和综保，设备2为电度表，设备3为电力后台，设备4为opc服务器，设备5为PLC，又名可编程逻辑控制器。2.1、设备I和设备2通过RS485接口，使用modbus-rtu协议和DLT/645-1997与规约网关交换数据。RS485接口本身没有需要注意的安全问题，故从设备I和设备2分别直接连接到网关的RS485接口上即可。网关中建立通道I和通道2，根据各自的协议，选择相应的驱动程序，编制数据地址列表，设置好相应的参数和时间间隔，循环读取设备I和设备2的相应数据。
[0170]2.2、设备3和设备4通过以太网口连接给网关，它们各自占I个网口，保证两者的独立性。在网关中建立通道3和通道4，利用各自的协议，选择相应的驱动程序，编制数据地址列表，循环收发报文，采集设备3和设备4的数据。
[0171]2.3、设备5是一台PLC，PLC的接口可能是RS232/RS422/RS485串口类的，也可能是USB接口的编程电缆，还有可能是以太网接口。这三种接口方式网关都能接受，物理连接完毕后，根据PLC使用的协议(比如西门子PLC使用的profinet协议，AB pic使用的Devicenet协议等)，选择相应的驱动程序，编制数据地址表，循环读取PLC的相应数据
[0172]在建立规约网关与设备或系统的连接关系后，规约网关把所有收集到的实时数据暂存在实时数据库里，实时数据库的数据根据循环扫描周期更新。当其他方需要数据库里的数据的时候，根据对方支持的协议，通过相应的端口连接，选择转发驱动，设定好驱动参数和访问权限，将驱动参数和访问权限交给数据需求方做驱动配置，便可将数据共享给对方。
[0173]其中，当由于更换仪表、设备重启、设备故障等问题导致的连接失败出现时，网关会每隔一段时间尝试重新连接，直到对方状态恢复并成功连接。
[0174]从上述示例可以看出，实现不同设备或系统通信的规约网的规约网关，集成化程度高，规约网关将接口、软件、操作系统集于一身；灵活性好，可远程操作，系统内可调试，并且可以进一步安装个显示器和鼠标键盘可作后台机；编程简单，无论调试还是运维都没有技术难点；稳定可靠，系统成型，程序定型后，可无人值守；电力消耗低，续航能力好；多台设备相联合，可以构成更复杂的网络部署。
[0175]参考图6，示出了本发明的一种工业数据传输的方法实施例的流程图，具体可以包括以下步骤:
[0176]步骤201、规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口 /接口的参数，各第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与多个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统。
[0177]步骤202、选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序，调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据。
[0178]步骤203、分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口 /接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口/接口与所述规约网关连接。
[0179]步骤204、从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取的工业数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式。
[0180]步骤205、调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
[0181]本发明实施例中还本发明实施例中，进一步优选地，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口 /接口。
[0182]在此之前，还可以包括针对第一对象分配存储地址的步骤，具体而言，所述方法还可以包括:
[0183]针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址。
[0184]进一步优选地，所述分别从各第一对象获取工业数据包括:
[0185]子步骤2021、根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
[0186]其中，第一对象与规约网关进行通信时，通过规约网关的网口 /接口与第一对象之间构建的数据传输通道进行通信，所述方法还可以包括:
[0187]所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
[0188]本发明实施例中，所述方法还可以包括:
[0189]调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动。
[0190]进一步优选地，所述通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动包括:
[0191]子步骤2031、设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限。
[0192]子步骤2032、调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
[0193]依据本发明实施例，规约网关针对连接的多个第一对象动态分配不同的网口 /接口用于与规约网关同时进行实时通信，规约网关通过选择与第一对象的数据通信协议对应的驱动程序，调用驱动程序通过分配的网口 /接口与之通信，从第一对象采集工业数据并保存在数据库中，规约网关还与多个第二对象连接并进行实时通信，将采集的工业数据通过选择的驱动程序与之通信，并读取存储的第一对象的工业数据同时发送给多个第二对象。
[0194]通过本发明实施例，实现了跨设备或系统之间的通信，采集的工业数据可以同时实时下发给多个不同层级的第二对象，可以使多个设备或系统构成更复杂的网络部署，适用于更复杂的应用环境。
[0195]其中，针对不同的第一对象分配不同的网口 /接口，使得不同的第一对象之间的通信互相不干扰，使用相同IP地址的设备或系统的通信也互相不干扰，避免的网络冲突的同时也无需增加新的设备，同时可以保证传输数据的安全。
[0196]并且，从第一对象中以各种协议格式收集数据，不再局限于只转化成一种协议格式，而是分别转换为各个第二对象的协议格式，这种多协议多渠道多数据选择的多样化渠道相比于传统的只采用一种协议类型向外传输的模式更为方便，适应性更强，对于设备多样化，品种层次特别繁杂的车间尤其有利。转换格式的步骤并不是在获取到数据之后就进行，在向第二对象下发数据之前执行转换格式的操作，这种仅仅转换需要发送的数据的方式可以节约大量的处理资源和处理时间。
[0197]并且，本发明实施例的规约网关可以是采用嵌入式计算机集成的规约转换设备，由于嵌入式系统并没有损失计算机系统的基本功能，所以规约网关进行数据采集调试的问题也得到了很好地解决，调试工具、第三方厂家的设置工具等都可以正常安装在规约网关中，不需要再额外带个调试用的计算机，不仅让调试的过程变得简便，也让运维的工作更加快捷。
[0198]综上所述，本发明实施例提供的工业数据传输的方法，可以实现在系统集成项目中，保证原系统安全的前提下，从原系统中以各种协议形式调试、收集数据，并以多种协议形式转发给需要数据的多个设备或系统的技术要求。
[0199]对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。
[0200]由于上述方法实施例基本相应于前述所不的系统实施例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此就不赘述了。
[0201]本发明可用于众多通用或专用的计算系统环境或配置中。例如:个人计算机、服务器计算机、手持设备或便携式设备、平板型设备、多处理器系统、基于微处理器的系统、置顶盒、可编程的消费电子设备、网络PC、小型计算机、大型计算机、包括以上任何系统或设备的分布式计算环境等等。
[0202]本发明可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本发明，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。
[0203]在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0204]以上对本发明所提供的一种工业数据传输的系统，以及，一种工业数据传输的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在【具体实施方式】及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
【权利要求】
1.一种工业数据传输的系统，其特征在于，包括多个第一对象、规约网关和多个第二对象，各个第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与各个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统； 所述规约网关包括: 分配模块，用于规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口/接口的参数； 第一选择模块，用于选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序；数据获取模块，用于调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据； 第二选择模块，用于分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口/接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口/接口与所述规约网关连接； 数据转换模块，用于从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取的工业数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式； 数据发送模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口 /接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口 /接口。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置还包括: 列表编写模块，用于针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址； 所述数据获取模块，具体用于根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置还包括: 通知模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口/接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动；所述通知模块包括: 设置子模块，用于设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限； 配置子模块，用于调用所述第二驱动程序通过选择的网口/接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装置还包括: 通道建立模块，用于所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
6.一种工业数据传输的方法，其特征在于，包括: 规约网关采用不同的网口 /接口与各第一对象连接，并根据各第一对象采用的数据通信协议设置所述网口 /接口的参数，各第一对象分别与所述规约网关连接并同时进行实时通信，所述规约网关与多个第二对象分别连接并同时进行实时通信，所述第一对象或第二对象为仪表、单个生产设备、多个生产设备构成的生产设备总线或多个生产设备总线构成的生产系统； 选择与所述第一对象采用的数据通信协议对应的第一驱动程序，调用所述第一驱动程序通过对应的网口 /接口与所述第一对象通信，分别从各第一对象获取工业数据并保存到预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，所述工业数据包括用能数据和/或生产状态数据； 分别配置各个第二对象采用的数据通信协议通道，针对各个第二对象，通过所述第二对象采用的数据通信协议选择相应的网口 /接口和第二驱动程序，不同的第二对象采用不同的网口/接口与所述规约网关连接； 从所述预置数据库针对各第一对象分配的存储地址，读取至少一个第一对象的工业数据，在向各个第二对象发送工业数据之前，针对各第二对象，将所读取的工业数据转换为符合所述第二对象采用的数据通信协议的格式； 调用所述第二驱动程序通过选择的网口/接口分别与各个第二对象通信，将经过格式转换后的工业数据分别发送给各个第二对象。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，针对使用相同通讯地址的第一对象，分配相同类型的不同网口 /接口，使各第一对象单独使用一个网口 /接口。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 针对各第一对象，编写数据地址列表，其中记录用于保存从所述第一对象获取的工业数据的存储地址； 所述分别从各第一对象获取工业数据包括: 根据预先设置的获取顺序和时间间隔，分别从各第一对象循环读取工业数据。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 调用所述第二驱动程序通过选择的网口/接口分别与各个第二对象同时进行实时通信，通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动； 所述通知所述第二对象根据所述第二驱动程序配置驱动包括: 设置所述第二驱动程序的驱动参数和访问权限； 调用所述第二驱动程序通过选择的网口/接口分别与各个第二对象通信，将所述驱动参数和所述访问权限发送给所述第二对象，以由所述第二对象按照所述驱动参数和所述访问权限配置驱动。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括: 所述规约网关中分别建立相应的数据传输通道，用于各网口 /接口与所述第一对象之间的工业数据传输。
【文档编号】H04L12/40GK104135533SQ201410397853
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年8月13日 优先权日:2014年8月13日
【发明者】张椿意, 张定恩, 刘宝林, 杨滨, 李智滨, 孙弥 申请人:北京金鸿泰科技有限公司