一种工业4.0环境下可配置的多协议数据接入方法及装置与流程

本发明涉及多协议数据接入方法和装置，尤其涉及一种工业4.0环境下可配置的多协议数据接入方法及装置。

背景技术：

通信协议是指双方实体完成通信或服务所必须遵循的规则和约定。通过通信信道和设备互连起来的多个不同地理位置的数据通信系统，要使其能协同工作实现信息交换和数据传输，必须要有一种通信协议。传统制造环境下数据传输方式基本都是固定的，一种制造设备对应一种通信协议，即一种设备接入后，只能按该设备的协议和固定协议参数进行数据传输，不能动态更改。

在工业4.0环境下，制造设备和接线种类繁多，新出现的网络协议和接口情况也复杂多变。多网络协议有不能直接通信的优点，所以数据传输的安全性大大增加，因此，多种网络协议通信技术在生产生活中得到广泛使用。但制造环境中，设备利用多种类多数量的单一通信协议的数据接入卡，这就增加了硬件架构的复杂性，安装和更改也变得更加困难，众多硬件设备也会增加能量消耗。此外，当有新的协议接入时，此接口只能在该设定参数进行数据传输，不能按照制造现场实际情况配置，实时性和可重构性差，不能实现远程配置和优化设备资源。

随着技术的发展，硬件设备也在不断更新，现在的硬件设备其网络接口越来越多，而且还可以支持多种应用层协议。现有制造设备和协议众多，可以选择支持多应用层协议的数据接入卡能很好地满足其数据传输的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种工业4.0环境下可配置的多协议数据接入方法及装置。旨在应用层上多种协议的制造设备能更方便地接入，满足生产过程对设备数据传输的需求。

本发明通过下述技术方案实现：

一种工业4.0环境下可配置的多协议数据接入装置，包括终端配置软件模块、配置文件模块和由部署在制造现场的应用层多协议接入设备组成；

终端配置软件模块包括：可编辑应用层协议信息库模块、人机交互界面和安全模块；

所述可编辑应用层协议信息库模块：包括接入卡上可接入的协议类型，接入协议地址，接口工作状态和该类型协议当前的数据传输参数；

所述人机交互界面：当新的制造设备要接入时，操作人员会根据该设备数据传输的应用层协议信息及需求动态配置协议参数，完成新的协议接入；配置任务完成后会更新协议库信息，供操作人员查询，实现实时监测；

所述安全模块：要求对的协议数据库的信息进行安全保护。

多协议接入设备包括：

微处理器；用于运行配置文件和协议切换程序；

多种协议接口；

存储模块；用于在传输的数据流量(较大)时，为了避免微处理器过载，将部分数据暂时缓存；存储模块分为flashrom和缓存块两部分；其中，flashrom用于存放接收到的配置文件及协议切换程序和各协议的地址及相关参数，新协议接入并执行后存放更新信息；

通用异步传输器(uart)；用于设备接口与微处理器间数据传输的串并行转换；

无线收发器；用于接收配置文件，并给终端反馈配置后的信息；

配置文件格式分四个部分：协议类型段、地址段、功能段和参数段；

协议类型段内包含协议的名称及该协议的标识符，如rs-232、rs-485、zigbee、工业以太网等；

接入地址段是某协议接入时设置的地址，它与接入卡内协议切换程序地址及接口形成一对一映射；

配置功能段是决策该接口的工作选择，如接入协议开始和终止传输；

参数段是配置参数如波特率、数据位、起始位等。

当新的设备接入时，操作人员根据该设备的应用层协议类型与数据传输的需要配置特定的参数，配置文件通过无线网下发至接入卡，由无线收发器接收后保存在flashrom中，微处理器读取flashprom内的文件地址，根据其地址调用相应的协议切换程序，使用该协议完成制造设备的接入，由配置参数确定数据传输和协议远程配置过程。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明可以针对新制造设备接入的需求，利用多应用层协议接入卡，对系统硬件结构更改较小，节省了硬件设备资源和能量消耗，提高了资源利用率，也减少了工作量。

本发明通过无线网在远程端发送配置命令，只需预先编辑好应用层协议库和协议切换程序，配置文件编写简单，能实现对制造设备的集成管理，大大提高了配置效率，满足配置实时性要求。

本发明中应用层多协议多接口设备易获得，且装置基于模块化设计，容易对其进行扩展和更改，在工业4.0的多种设备多种协议环境下实用性很强。

附图说明

图1是软件结构图。

图2配置文件格式图。

图3硬件结构图。

图4配置流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1～图4；本发明工业4.0环境下可配置的多协议数据接入装置，包括终端配置软件，配置文件和由部署在制造现场的应用层多协议接入卡组成；终端配置软件包括可编辑的应用层协议信息库模块，人机交互界面，安全模块；多协议接入设备包括微处理器，应用层多协议接入口，存储模块，协议切换程序，通用异步传输器(uart)，无线收发模块。

如图1；终端配置软件包括根据制造现设备协议特点按分布式架构编辑的应用层通信协议库；

协议库包括：接入卡上可接入的协议类型、协议接入地址、某接口上该协议的工作状态和该类型协议当前的数据传输参数等。制造车间有新协议的设备加入或者移除时，在协议库内可编辑修改该协议。

人机交互界面：当新的制造设备要接入时，操作人员会根据该设备数据传输的应用层协议信息以及数据传输的需求，可动态地配置协议参数，完成新的协议接入；当制造设备完成数据传输时，操作人员又可配置文件，结束该协议传输工作，腾出资源和空间。配置任务完成后会生成该协议的工作数据报表，协议库信息更新，供操作人员查询，实现对配置执行情况的实时跟踪监测；而且操作人员通过监控信息，在接下来的配置工作中可以更加灵活选择，大大减少了工作量，使配置任务变得更为简单。

安全模块：要求对的协议数据库的信息进行安全保护要求对的协议数据库的信息进行安全保护，以防协议数据库出现问题或者被侵入而导致信息丢失、泄露、被更改等；也要保护配置模块以免因操作错误或者其他问题而造成配置紊乱，影响协议配置和数据传输过程。

如图2；应用层协议配置文件格式分四个部分：协议类型段、地址段、功能段和数据传输参数。协议类型段内包含协议的名称及该协议的标识符，如rs-232、rs-485、zigbee、工业以太网等；接入地址段是某协议接入时设置的地址，它与接入卡内协议切换程序地址形成一对一映射，即一种应用层协议在接入时，配置文件能驱动对应的协议切换程序并启动该对应协议的接口，非协议库内的设备协议不能接入。配置功能段是决策该接口的工作选择，如新接入协议开始传输数据，传输任务完成后终止，避免网络资源被过多占用；配置参数段是根据当前环境合理定义和配置该接入协议能传输数据的参数，如数据格式的起始位、数据位和停止位及说明数据传送快慢的波特率等。

如图3，是本发明硬件架构；其包括微处理器、多种协议接入口、存储模块、uart、无线收发器。工业4.0环境下制造设备协议类型众多，算法复杂多变，而且数据流量通常都比较大，因此选择运算速度较快的处理器来运行配置文件和协议切换程序，一块协议接入卡可以接入四种类型的应用层协议。无线收发器的功能是接收远程发送来的配置文件，并为终端发送执行情况信息。存储模块分flashrom和缓存块两部分，flashrom用于存放接收到的配置文件及协议切换程序和各协议的地址及相关参数，新协议接入并执行后存放更新信息。缓存模块用于在传输的数据流量很大时，为了避免微处理器过载，将部分数据暂时缓存。uart用于设备接口与微处理器间数据传输的串并行转换。

如图4，是本发明配置流程图；当新的设备接入时，操作人员根据该设备的应用层协议类型与数据传输的需要配置特定的参数，配置文件通过无线网下发至接入卡，由无线收发器接收后保存在flashrom中，微处理器读取flashprom内的文件地址，根据其地址调用相应的协议切换程序，使用该协议完成制造设备的接入，由配置参数确定数据传输和协议远程配置过程。此设备能在远程配置协议数据的接入，配置波特率等参数。此外，可以根据具体网络情况，通过编写以循环语句的多协议切换程序，实现对各协议设备数据的分时传输。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。