一种基于通信的输入输出数据共享的系统及方法与流程

本发明涉及工业自动化控制领域，尤其涉及一种基于通信的输入输出数据共享的方法及系统及方法。

背景技术：

现代控制系统大多采用面向对象的分布式控制结构，将系统控制任务分解为面向设备的若干个单元控制任务由相对独立的单元控制装置去完成。而单元控制装置各自的输入输出设备与控制器组成完整而独立的单元控制装置，无论输入输出设备距离控制器多远，都需要通过外部接线接入本单元控制装置的控制器。两个独立的单元控制装置的输入和输出数据之间不实现跨单元的共享、交换和利用。

同时，如两个不同的单元控制装置a和b需要同时采集同一个模拟量信号时，现有技术包含以下两种方式：（1）采用两个相同的传感器检测同一个信号，一个传感器信号送给单元控制装置a，另一个传感器信号送给单元控制装置b；（2）采用一个模拟量扩展隔离装置，实现一个模拟量传感器分离出两个输出信号的方式并分别接入两个独立的单元控制装置，但这种方式除增加设备和接线外，依然存在还需要处理二者之间模拟信号参考地、二者之间电气隔离和抗干扰的问题。

因此，由于传统的控制系统采用面向对象的分布式控制结构，存在着如下问题：

1、每个单元控制装置为了控制需要，都需要建立自己的完整输入输出设备和每个单元控制装置只能依靠自身检测的数据来实现控制，而不考虑相关单元控制装置的信息，因而无法实现关联控制、共享控制和基于数据的智能控制。

2、由于工业现场特点，控制系统的输入信号和输出控制的可能分布在较远的地方，需要布设较长的控制电缆。另一方面，即使相距很近的两个独立单元控制装置需要监测同一模拟量数据时，还得另外增加传感器和控制系统模拟量的采集模块的配置，造成结构的复杂和配置的增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于通信的输入输出数据共享的系统及方法，以克服现有技术中由于各个控制装置需要设置完整而独立的输入输出设备以及大量信号控制电缆进行传输的缺陷，可实现其他控制装置或远程数据服务的应用，加大了现场输入输出数据的应用范围和利用程度，实现基于数据的而非仅仅基于信号的控制方式。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于通信的输入输出数据共享的控制系统，包括通过网络连接的多个单元控制装置，所述的单元控制装置包括具有网络通信接口的控制器和与控制器连接的用于工业控制现场输入输出数据的输入输出设备，所述的控制器包括存储单元或者所述的控制器外接有存储单元；

所述的存储单元包括至少一个共享数据区域sda和至少一个接收数据区域rda，所述的共享数据区域sda用于存放供其它单元控制装置共享的本单元控制装置的输入输出数据，所述的接收数据区域rda用于存放来自其它单元控制装置共享的输入输出数据；

所述的单元控制装置将共享数据区域sda中的相关输入输出数据通过主动方式传输至其它单元控制装置的接收数据区域rda；或者在接收到其它单元控制装置的请求后，将自身共享数据区域sda中的输入输出数据传送给发出请求的单元控制装置，发出请求的单元控制装置将获得的输入输出数据存放在自己的接收数据区域rda；或者主动接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在接收数据区域rda；或者向其它单元控制装置发送数据共享请求后，接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在接收数据区域rda。

优选地，所述的共享数据区域sda和接收数据区域rda根据输入输出数据的类型分为多个，在输入输出数据传输过程中根据需求的数据类型进行数据的传输和存储。

优选地，所述的输入输出数据包括但不限于开关量数据和模拟量数据。

优选地，所述的系统还包括一个共享数据服务器，所述的共享数据服务器与单元控制装置进行通信；所述的共享数据服务器用于获取并保存单元控制装置每次传输的输入输出数据；同时还对各个单元控制装置的权限进行控制，包括限定某个单元控制装置是否可以与其它单元控制装置进行输入输出数据的传输、以及限定某个单元控制装置与其他单元控制装置通过主动方式或发送请求方式的进行输入输出数据的传输。

一种基于通信的输入输出数据共享的控制系统，所述的单元控制装置之间通过网络连接，所述的单元控制装置包括具有网络通信接口的控制器和与控制器连接的用于采集工业控制现场输入输出数据的输入输出设备，所述的控制器包括存储单元或者所述的控制器外接有存储单元；所述的控制方法包括数据获取步骤和数据共享步骤；所述的数据获取步骤包括以下子步骤：

s11：各个单元控制装置的控制器分别获取各自的输入输出设备的输入输出数据；

s12：控制器将步骤s11中的输入输出数据保存至存储单元的接收数据区域rda；

所述的数据共享步骤包括其中一个或者多个子步骤：

（1）单元控制装置将共享数据区域sda中的相关输入输出数据通过主动方式传输至其它单元控制装置的接收数据区域rda；

（2）在接收到其它单元控制装置的请求后，将自身共享数据区域sda的输入输出数据传送给发出请求的单元控制装置，发出请求的单元控制装置将获得的输入输出数据存放在自己的接收数据区域rda；

（3）主动接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在自己的接收数据区域rda；

（4）向其它单元控制装置发送数据共享请求后，接收来自其他单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在自己的接收数据区域rda。

优选地，所述的共享数据区域sda和接收数据区域rda根据输入输出数据的类型分为多个，在数据传输过程中根据需求的数据类型进行数据传输。

优选地，所述的输入输出数据包括但不限于开关量数据和模拟量数据。

优选地，所述的控制系统还包括一个共享数据服务器，所述的共享数据服务器与单元控制装置进行通信；所述的方法还包括一个共享数据服务器的数据存储步骤和数据权限设置步骤；

所述的共享数据服务器的数据存储步骤包括：数据服务器获取并保存单元控制装置每次传输的输入输出数据；

所述的数据权限设置步骤包括：数据服务器对各个单元控制装置的权限进行控制，包括限定某个单元控制装置是否可以与其他单元控制装置进行数据的传输，以及限定某个单元控制装置与其他单元控制装置通过主动方式或发送请求方式的进行数据的传输。

本发明的有益效果是：

（1）控制系统的设置原则不再仅仅基于被控对象完整而独立的原则设置，而还可以基于设备位置的原则进行设置，突破控制系统封闭的控制方式和输入输出数据的孤立性。

（2）不仅实现两个关联的单元控制装置之间的输入输出数据共享与交换，同时可实现第三方或远程数据利用，加大了现场输入输出数据的利用范围和利用程度。

（3）各个单元控制装置通过网络实现彼此输入输出数据共享，不仅提高了实时性和可靠性，还可以实现不同单元控制装置之间的关联控制，满足了自动化控制技术发展的要求和实现基于数据的智能控制方式。

（4）不同单元控制装置之间需要共享输入输出数据时，可以通过通信实现，这样可以避免通过硬接线来实现输入输出数据采集；同时可以减少整个系统的单元控制装置设置的数量，包括输入输出设备的数量，进一步简化结构、降低系统成本。

（5）有效实现输入输出数据的共享，不仅简化系统和设备，并且进一步地，在有条件的情况下还可以通过相关数据分析，提高了单元控制装置的故障诊断能力，提高系统可靠性。

附图说明

图1为本发明系统框图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案：

本实施例中的单元控制装置采用高速通信方式连接在一个高速网络中，当某个单元控制装置需要其它单元控制装置的相关输入信号和输出控制数据时，可通过通信实现，如通过以太网（但不局限于以太网）。目前的控制器具有较强的网络通信接口，支持高速通信功能和与不同控制器之间数据交换的功能，不同单元控制装置之间可以通过通信实现输入和输出数据交换、共享和利用。（在另外一个实施例中，可以连接在低速网络中）

具体地，如图1所示，一种基于通信的输入输出数据共享的系统及方法，包括通过网络连接的多个单元控制装置，所述的单元控制装置包括具有网络通信接口的控制器和与控制器连接的用于采集工业控制现场输入输出数据的输入输出设备，所述的控制器包括存储单元或者所述的控制器外接有存储单元；在其中一个实施例中，存储单元为控制器自带的存储器或者缓存区，而在另外一个实施例中，存储单元为控制器外接的存储器。

所述的存储单元包括至少一个共享数据区域sda（sharedataarea）和至少一个接收数据区域rda（receivedataarea），所述的共享数据区域sda用于存放供其它单元控制装置共享的本单元控制装置的输入输出数据，所述的接收数据区域rda用于存放来自其它单元控制装置共享的输入输出数据；

所述的单元控制装置将共享数据区域sda中的相关输入输出数据通过主动方式传输至其它单元控制装置的接收数据区域rda；或者在接收到其它单元控制装置的请求后，将自身共享数据区域sda中的输入输出数据传送给发出请求的单元控制装置，发出请求的单元控制装置将获得的输入输出数据存放在自己的接收数据区域rda；或者主动接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在接收数据区域rda；或者向其它单元控制装置发送数据共享请求后，接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在接收数据区域rda。

由于实现了不同单元控制装置之间输入输出数据共享，每个单元控制装置不再是一个独立而完整的控制系统，每个单元控制装置可以通过通信获得其它相关单元控制装置的输入输出数据，可以实现工业控制现场输入输出数据的合理分布、分工明确、高效共享、协调控制，使整个控制系统更为简单、有效、关联，满足了现代控制技术发展的要求。

其中，控制器采用高速、通用、标准的通信接口，支持通信功能，整个分布式控制系统中的各单元控制装置之间采用通信方式连接在一起，实现有高速通信网络连接的各个控制器之间输入输出数据共享的功能。当某个单元控制装置需要其它单元控制装置的相关输入输出数据时，可通过通信实现，如通过以太网（但不仅局限于以太网）。

并且，在本实施例中，所述的共享数据区域sda和接收数据区域rda根据数据的类型分为多个，在数据传输过程中根据需求的数据类型进行数据传输。比如，在控制器可以实现数据区分功能时，可以将正常数据和异常数据进行分开存储与分开传输，或者将不同器件的数据存放于不同的存储区。

进一步地，在本实施例，所述的输入输出数据包括但不限于开关量数据和模拟量数据；

同时，单元控制装置根据就近原则设置于工业控制现场，

由于现场特点，传统的控制系统在输入信号和输出的控制可能分布在较远的地方时，需要布设较长的控制电缆；另一方面，即使相距很近的两个独立单元控制装置需要监测同一模拟量数据时，还得另外增加模拟量传感器和控制系统模拟量的采集模块的配置。而采用本实施例中的控制方法，控制系统的设置原则不再仅仅基于被控对象独立的原则设置，而还可以基于设备位置的原则进行设置，突破控制系统封闭的控制方式和输入输出数据的孤立性。

可选地，在本实施例中，所述的控制系统还包括一个共享数据服务器，所述的数据服务器通过网络与单元控制装置连接；所述的数据服务器用于获取并保存单元控制装置每次传输的数据；同时还对各个单元控制装置的权限进行控制，包括限定某个单元控制装置是否可以与其他单元控制装置进行数据的传输，以及限定某个单元控制装置与其他单元控制装置通过主动方式或发送请求方式的进行数据的传输，加大了现场输入输出数据的利用范围和利用程度。

基于上述控制系统的实现，如图2所示，本实施例还提供了一种基于通信的输入输出数据共享的方法，方法基于输入输出数据共享的控制系统，所述的控制系统包括多个单元控制装置，所述的单元控制装置之间通过网络连接，所述的单元控制装置包括具有网络通信接口的控制器和与控制器连接的用于工业控制现场输入输出数据的输入输出设备，所述的控制器包括存储单元或者所述的控制器外接有存储单元；所述的方法包括数据获取步骤和数据共享步骤；所述的数据获取步骤包括以下子步骤：

s11：各个单元控制装置的控制器分别获取各自的输入输出设备的输入输出数据；

s12：控制器将步骤s11中的输入输出数据保存至存储单元的接收数据区域rda；

所述的数据共享步骤包括其中一个或者多个子步骤：

（1）单元控制装置将共享数据区域sda中的相关数据通过主动方式传输至其它单元控制装置的接收数据区域rda；

（2）在接收到其它单元控制装置的请求后，将自身共享数据区域sda的输入输出数据传送给发出请求的单元控制装置，发出请求的单元控制装置将获得的数据存放在自己的接收数据区域rda；

（3）主动接收来自其它单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在自己的接收数据区域rda；

（4）向其它单元控制装置发送数据共享请求后，接收来自其他单元控制装置发送的输入输出数据，并存放在自己的接收数据区域rda。

对应地，所述的共享数据区域sda和接收数据区域rda根据数据的类型分为多个，在数据传输过程中根据需求的数据类型进行数据传输和存储。

对应地，所述的输入输出数据包括但不限于开关量数据和模拟量数据；单元控制装置根据就近原则设置于工业控制现场。

对应地，所述的控制系统还包括一个共享数据服务器，所述的数据服务器通过网络与单元控制装置连接；所述的方法还包括一个数据服务器数据存储步骤和数据权限设置步骤；

对应地，所述的数据服务器的数据存储步骤包括：数据服务器获取并保存单元控制装置每次传输的数据；

对应地，所述的数据权限设置步骤包括：数据服务器对各个单元控制装置的权限进行控制，包括限定某个单元控制装置是否可以与其他单元控制装置进行数据的传输、以及限定某个单元控制装置与其他单元控制装置通过主动方式或发送请求方式进行数据的传输。

本实施例以两个单元控制装置a和b为例，如图2所示，二者之间通过通信共享输入输出数据原理如下：当单元控制装置a需要单元控制装置b中的输入输出数据时，有两种方式实现：（1）单元控制装置a的控制器主动通过网络发出去请求，获得单元控制装置b的sda中的输入输出数据，并存放在单元控制装置a的rda区中；（2）或者按照预先约定，单元控制装置b的控制器主动将自己sda区中的输入输出数据通过通信传输至单元控制装置a的rda中。实现了两个单元控制装置a和b之间输入输出数据共享。