一种数据采集端口扩展装置、数据采集系统及方法与流程

本发明涉及电子技术领域，尤其涉及一种数据采集端口扩展装置、数据采集系统及方法。

背景技术：

在工厂的控制设备上，如PLC(可编程逻辑控制器)，对外提供的数据采集端口是有限的，而且通常已经被本地的采集设备占用，如被触摸屏占用。如果控制设备的数据采集端口是串口，如RS-232、RS-422、RS-485等，这类通信端口是独占式的，如果被别的设备占用了，其它设备就无法使用。如果控制设备的数据采集端口是网口，支持的是TCP协议，大部份的控制设备只支持1个TCP链接，如常见的支持标准的Modbus TCP设备。

随着工业互联网的发展，需要对控制设备进行远程数据采集，在数据采集端口被占用的情况下，如果不改变软硬件，就无法同时满足本地和远程数据采集的需求。而在生产领域，由于设备已经稳定运行，通常用户不愿意改变控制设备的软硬件，以免影响系统稳定性。

技术实现要素：

本发明实施例提供的数据采集端口扩展装置、数据采集系统及方法，主要解决的技术问题是现有被采集设备的数据采集端口数量有限不够用。

为了解决以上技术问题，本发明实施例提供的数据采集端口扩展装置包括：

第一通信模块、至少一个第二通信模块，以及至少一个第三通信模块；所述第一通信模块与各第二通信模块、各第三通信模块通信，其中，

第一通信模块还用于与被采集设备的数据采集端口通信；从各第二通信模块获取第一数据请求，将所述第一数据请求传输给所述被采集设备，从所述被采集设备获取根据所述第一数据请求反馈的第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输给对应的第二通信模块；以及，按照预设方式获取第二数据请求，将所述第二数据请求传输给所述被采集设备，从所述被采集设备获取根据所述第二数据请求反馈的第二待采集数据，将所述第二待采集数据传输给至少一个第三通信模块；

各第二通信模块还用于与至少一个第一采集设备通信，从与之通信的第一采集设备获取所述第一数据请求，将所述第一数据请求传输给所述第一通信模块，以及从所述第一通信模块获取所述第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输给对应的第一采集设备；

各第三通信模块还用于与至少一个第二采集设备通信，从所述第一通信模块获取所述第二待采集数据，将所述第二待采集数据传输给对应的第二采集设备。

在一些实施例中，所述第二通信模块用于与至少一个本地采集设备通信；所述第三通信模块用于与至少一个远程采集设备通信。

在一些实施例中，所述第一通信模块用于主动生成所述第二数据请求；或者从各第三通信模块获取第二采集设备发送的所述第二数据请求；或者从各第三通信模块获取第二采集设备发送的第三数据请求，对所述第三数据请求进行变更后生成所述第二数据请求。

在一些实施例中，所述第二数据请求中携带本地采集设备的身份信息。

在一些实施例中，所述第一通信模块支持的通信协议包括：串口链路协议。

在一些实施例中，所述第一通信模块还用于将所述第一待采集数据传输给至少一个第三通信模块；对应的第三通信模块还用于将所述第一待采集数据传输给对应的第二采集设备；

和/或，所述第一通信模块还用于将所述第二待采集数据传输给至少一个第二通信模块；对应的第二通信模块还用于将所述第二待采集数据传输给对应的第一采集设备。

一种数据采集系统，包括：被采集设备、至少一个第一采集设备、至少一个第二采集设备，以及上述任一项所述的数据采集端口扩展装置；所述数据采集端口扩展装置分别与所述被采集设备、各第一采集设备、各第二采集设备通信。

在一些实施例中，所述第一采集设备为本地采集设备；所述第二采集设备为远程采集设备。

在一些实施例中，所述第二采集设备为所述第一采集设备的数据备份设备。

一种数据采集方法，包括：

第二通信模块从外部第一采集设备获取第一数据请求，传输给第一通信模块；

第一通信模块将所述第一数据请求传输给被采集设备，从所述被采集设备获取根据所述第一数据请求反馈的第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输给所述第二通信模块和第三通信模块；

所述第二通信模块将所述第一待采集数据传输给对应的第一采集设备，所述第三通信模块将所述第一待采集数据传输给对应的第二采集设备。

在一些实施例中，上述的数据采集方法，还包括：

所述第一通信模块按照以下方式获取第二数据请求：主动生成所述第二数据请求；或者从第三通信模块获取第二采集设备发送的所述第二数据请求；或者从第三通信模块获取第二采集设备发送的第三数据请求，对所述第三数据请求进行变更后生成所述第二数据请求；

所述第一通信模块将所述第二数据请求传输给所述被采集设备，从所述被采集设备获取根据所述第二数据请求反馈的第二待采集数据，将所述第二待采集数据传输给第三通信模块；

所述第三通信模块将所述第二待采集数据传输给对应的第二采集设备。

在一些实施例中，上述的数据采集方法，还包括：

所述第一通信模块获取所述第二数据请求的同时，或者所述第一通信模块获取所述第二数据请求之后，到向第二采集设备反馈所述第二待采集数据的过程中，如果所述第一通信模块获取到所述第一数据请求，则还包括：

所述第一通信模块根据所述第一数据请求从所述第二待采集数据中匹配出所述第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输给第二通信模块；

所述第二通信模块将所述第一待采集数据传输给对应的第一采集设备。

在一些实施例中，所述第一采集设备为本地采集设备；所述第二采集设备为远程采集设备。

在一些实施例中，所述第二数据请求中携带本地采集设备的身份信息。

本发明实施例还提供一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的任一项的数据采集端口扩展装置。

本发明实施例提供的数据采集端口扩展装置、数据采集系统及方法，在被采集设备和多个采集设备之间增加一个数据采集端口扩展装置，由这个装置与被采集设备通信，从被采集设备获取资源数据，同时提供多个通讯端口(第二通信模块、第三通信模块)，这些通信端口可以支持多种不同的通信协议，如RS232串行链路协议、RS422串行链路协议、RS485串行链路协议等，通过这些通讯端口与采集设备通信，向采集设备传输待采集数据。这样，对被采集设备没有额外的要求，又满足了接入多个采集设备的需求，同时还可以兼顾多种不同通信协议的采集设备。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的数据采集端口扩展装置的示意图；

图2a为图1提供的数据采集端口扩展装置的一种数据采集方法的流程图；

图2b为图1提供的数据采集端口扩展装置的另一种数据采集方法的流程图；

图3为本发明第二实施例提供的数据采集端口扩展装置的示意图；

图4a为图3提供的数据采集端口扩展装置的一种数据采集方法的流程图；

图4b为图3提供的数据采集端口扩展装置的另一种数据采集方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

下面通过具体实施例对本发明进一步详细说明。

第一实施例

参考图1，图1为本发明第一实施例提供的数据采集端口扩展装置的示意图，该数据采集端口扩展装置连接在被采集设备和至少两个采集设备之间，该数据采集端口扩展装置主要包括：第一通信模块11、至少一个第二通信模块(121至12n)，以及至少一个第三通信模块(131至13n)，第一通信模块11与各第二通信模块(121至12n)、各第三通信模块(131至13n)通信，其中，

第一通信模块11一端与外部被采集设备的数据采集端口通信，另一端与各各第二通信模块(121至12n)、各第三通信模块(131至13n)通信(可以通过走线的方式连接)，主要用于从被采集设备的数据采集端口获取资源数据，将获取的所述资源数据传输至第二通信模块、第三通信模块。具体的，第一通信模块11从第二通信模块获取第一数据请求，将所述第一数据请求传输(可以是透传的方式)给所述被采集设备，从所述被采集设备获取所述被采集设备根据所述第一数据请求反馈的第一待采集数据，将所述第一待采集数据再传回(可以是透传的方式)给对应的第二通信模块；

以及，按照预设方式获取第二数据请求，将所述第二数据请求传输给所述被采集设备，从所述被采集设备获取所述被采集设备根据所述第二数据请求反馈的第二待采集数据，将所述第二待采集数据再传回(可以是透传的方式)至少一个第三通信模块。

被采集设备的数据采集端口的通信协议可以是串口链路协议，串口链路协议包括：RS232串口链路协议、RS422串口链路协议、RS485串口链路协议中的至少一种，因此，第一通信模块11支持以上串口链路协议。

各第二通信模块(121至12n)一端与外部至少一个第一采集设备的通信端口通信，另一端与第一通信模块11通信(可以通过走线的方式连接)，主要用于从与之通信的第一采集设备的通信端口获取上述第一数据请求，将所述第一数据请求传输给第一通信模块11，以及还用于从第一通信模块11获取上述第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输从对应的第一采集设备的通信端口传输给第一采集设备。一个第二通信模块与至少一个第一采集设备通信，第一采集设备的通信端口的通信协议可以是串口链路协议或网口通信协议，串口链路协议包括：RS232串口链路协议、RS422串口链路协议、RS485串口链路协议中的至少一种；网口通信协议包括：TCP通信协议、modbus通信协议、IP通信协议中的至少一种，因此，各第二通信模块(121至12n)支持以上串口链路协议和/或网口通信协议。各第二通信模块(121至12n)支持的通信协议可以不同。

各第三通信模块(131至13n)一端与外部至少一个第二采集设备的通信端口通信，另一端与第一通信模块11通信(可以通过走线的方式连接)，主要用于从第一通信模块11获取上述第二待采集数据，将所述第二待采集数据从对应的第二采集设备的通信端口传输给对应的第二采集设备。一个第三通信模块与至少一个第二采集设备通信，第二采集设备的通信端口的通信协议可以是串口链路协议或网口通信协议，串口链路协议包括：RS232串口链路协议、RS422串口链路协议、RS485串口链路协议中的至少一种；网口通信协议包括：TCP通信协议、modbus通信协议、IP通信协议中的至少一种，因此，各第三通信模块(131至13n)支持以上串口链路协议和/或网口通信协议。各第三通信模块(131至13n)支持的通信协议可以不同。

上述第一采集设备可以为本地采集设备；上述第二采集设备可以为远程采集设备。数据采集端口扩展装置的各第二通信模块(121至12n)与至少一个本地采集设备通信，各第三通信模块(131至13n)与至少一个远程采集设备通信，使得数据采集端口扩展装置兼顾到本地和远程数据采集。

第一通信模块11可以按照如下方式获取第二数据请求：第一通信模块11主动生成第二数据请求；或者从各第三通信模块(131至13n)获取第二采集设备发送的第二数据请求；还或者从各第三通信模块(131至13n)获取第二采集设备发送的第三数据请求，再对所述第三数据请求进行变更后生成所述第二数据请求。

第一数据请求、第二数据请求中可以携带对应采集设备的身份信息，传输到被采集设备后，被采集设备可以根据其携带的身份信息判断是否允许进行数据采集，例如被采集设备可以将数据请求中携带的采集设备的身份信息，与预设的授权采集设备的身份信息进行比较，如果不是授权名单中，则拒绝采集，如果在授权名单中，则允许采集。有些被采集设备通常只允许本地采集设备进行数据采集，为了避免对被采集设备这一端进行软硬件改变，避免影响被采集设备的正常运行，当需要进行远程数据采集时，可以在第二数据请求中携带本地采集设备的身份信息，让被采集设备收到的第二数据请求中携带本地采集设备的身份信息，可以让被采集设备误认为是本地采集，继而允许采集的进行，具体的：

如果是第一通信模块11主动生成的第二数据请求，则在生成过程中添加本地采集设备的身份信息，得到携带本地采集设备的身份信息的第二数据请求；

如果是第一通信模块11从各第三通信模块(131至13n)获取第二采集设备发送的第二数据请求，则第二采集设备生成第二数据请求的过程中添加本地采集设备的身份信息，得到携带本地采集设备的身份信息的第二数据请求，再通过第三通信模块发给第一通信模块11；

如果是第一通信模块11从各第三通信模块(131至13n)获取第二采集设备发送的第三数据请求，再对所述第三数据请求进行变更后生成所述第二数据请求，则对第二采集设备发送的第三数据请求不做要求，第三数据请求中可以携带第二采集设备的身份信息，也可以不携带身份信息，在第一通信模块11对第三数据请求进行变更的过程中，在第三数据请求中添加本地采集设备的身份信息，得到携带本地采集设备的身份信息的第二数据请求。

第一通信模块11从被采集设备获取被采集设备根据第一数据请求反馈的第一待采集数据之后，将所述第一待采集数据传输给对应的第二通信模块的同时，或之后，还可以将所述第一待采集数据传输给至少一个第三通信模块，对应的第三通信模块再将所述第一待采集数据传输给对应的第二采集设备。例如，当第二采集设备为第一采集设备的数据备份设备的情况下，采用这种方式，相当于将第一采集设备采集的数据在第二采集设备上进行备份。

第一通信模块11将第二数据请求传输给被采集设备之后，如果收到第一采集设备发送的第一数据请求，则在第一通信模块11从被采集设备获取被采集设备根据第二数据请求反馈的第二待采集数据之后，还可以将所述第二待采集数据通过对应的第二通信模块传输给第一采集设备。为了避免将不必要的数据传输给第一采集设备，第一通信模块11可以从所述第二待采集数据中根据第一数据请求匹配出对应的数据，将匹配出的数据传输给第一采集设备。

第二通信模块与第三通信模块可以并行工作，这样实现了本地采集设备与远程采集设备对同一被采集设备上的数据进行同时采集。

下面对上述数据采集端口扩展装置的数据采集方法举例说明，可以参见图2a和图2b，主要流程包括：

准备阶段：将上述数据采集端口扩展装置的第一通信模块11与被采集设备的数据采集端口连接，建立通信，被采集设备可以是本地的；将上述数据采集端口扩展装置的各个第二通信模块(121至12n)与对应的第一采集设备的通信端口连接，建立通信，将上述数据采集端口扩展装置的各第三通信模块(131至13n)与对应的第二采集设备的通信端口连接，建立通信。第一通信模块11与被采集设备之间的通信，根据被采集设备支持的通信协义选择。各第二通信模块(121至12n)与第一采集设备之间的通信，根据该第一采集设备支持的通信协义选择。各第三通信模块(131至13n)与第二采集设备之间的通信，根据该第二采集设备支持的通信协义选择。

采集阶段可以包括：

S201a、第二通信模块从外部第一采集设备获取第一数据请求，传输给第一通信模块11；

S202a、第一通信模块11将第一数据请求传输给被采集设备，从所述被采集设备获取根据所述第一数据请求反馈的第一待采集数据，将所述第一待采集数据传输给所述第二通信模块；

可选的，将所述第一待采集数据传输给所述第二通信模块的同时或之后，还可以将所述第一待采集数据传输给至少一个第三通信模块；

S203a、第二通信模块将所述第一待采集数据传输给对应的第一采集设备；

如果步骤S202a中第一通信模块11还将第一待采集数据传输给了至少一个第三通信模块，则还包括：第三通信模块将所述第一待采集数据传输给对应的第二采集设备；

采集阶段还可以包括：

S201b、第一通信模块11按照以下任一方式获取第二数据请求：

第一通信模块11主动生成所述第二数据请求；或者第一通信模块11从第三通信模块获取第二采集设备发送的所述第二数据请求；或者第一通信模块11从第三通信模块获取第二采集设备发送的第三数据请求，对所述第三数据请求进行变更后生成所述第二数据请求；

S202b、第一通信模块11将所述第二数据请求传输给被采集设备，从被采集设备获取根据所述第二数据请求反馈的第二待采集数据，将所述第二待采集数据传输给至少一个第三通信模块；

S203b、第三通信模块将所述第二待采集数据传输给对应的第二采集设备。

可选的，在第一通信模块11将第二数据请求传输给被采集设备之后，如果收到第一采集设备发送的第一数据请求，则在第一通信模块11从被采集设备获取被采集设备根据第二数据请求反馈的第二待采集数据之后，还可以将所述第二待采集数据通过对应的第二通信模块传输给第一采集设备。为了避免将不必要的数据传输给第一采集设备，第一通信模块11可以从所述第二待采集数据中根据第一数据请求匹配出对应的数据，将匹配出的数据传输给第一采集设备。

在一些实施例中，上述数据采集端口扩展装置，还可以包括：控制模块14，与第一通信模块11、各第二通信模块(121至12n)，以及各第三通信模块(131至13n)通信(图中未示出)，用于控制第一通信模块11、各第二通信模块(121至12n)、各第三通信模块(131至13n)之间的逻辑调度。例如，控制第一通信模块11、各第二通信模块(121至12n)、各第三通信模块(131至13n)的开启和关闭，控制各第二通信模块(121至12n)、各第三通信模块(131至13n)的并行工作，或串行工作等等。

第二实施例

参考图3，图3为本发明第二实施例提供的数据采集端口扩展装置的示意图，该实施例中，数据采集端口扩展装置包括：第一通信模块、第二通信模块、第三通信模块33，以及控制模块34，其中，

本实施例中进一步细化了第一通信模块的内部结构，第一通信模块包括第一处理模块312，以及与第一处理模块312连接的第一通信端口311、第一modbus协议栈313和第一modbus串行链路协议栈314，第一通信端口311还与外部被采集设备的数据采集端口通信，第一处理模块312还与第二通信模块、第三通信模块33，以及控制模块34通信；

本实施例中进一步细化了第二通信模块的内部结构，第二通信模块包括第二处理模块322，以及与第二处理模块322连接的第二通信端口321、第二modbus协议栈323和第二modbus串行链路协议栈324，第二通信端口321还与外部本地采集设备的通信端口通信，第二处理模块322还与第一通信模块、控制模块34通信；

本实施例中第三通信模块33仅为一个可以起到数据远程传输作用的模块，对内部结构不做细化。第三通信模块33与第一通信模块、控制模块34、外部远程采集设备的通信端口通信；

控制模块34与第一处理模块312、第二处理模块322、第三通信模块33通信(图中未示出)；

下面对上述数据采集端口扩展装置的数据采集方法举例说明，可以参见图4a和图4b，主要流程包括：

准备阶段：将上述数据采集端口扩展装置的第一通信端口311与被采集设备的数据采集端口连接，建立通信，被采集设备是本地的；将上述数据采集端口扩展装置的第二通信端口321与一本地采集设备的通信端口连接，建立通信，第三通信模块33与一远程采集设备的通信端口连接，建立通信。本实施例中，被采集设备可以是PLC，本地采集设备可以是触摸屏，远程采集设备可以是服务器。

采集阶段可以包括：

S401a、第二通信端口321接收本地采集设备发送的第一数据请求，传输给第二处理模块322，第二处理模块322通过第二modbus协议栈323从Modbus协议中解析出所述第一数据请求的内容，包括本地采集设备的身份标识等，第二处理模块322将该第一数据请求的内容发送给第一处理模块312；

S402a、第一处理模块312读取该第一数据请求中的本地采集设备的身份标识，将第一数据请求透传给本地采集设备；

S403a、第一通信端口311接收被采集设备的数据采集端口传输来的被采集设备根据第一数据请求反馈的第一待采集数据；第一通信端口311将第一待采集数据传输给第一处理模块312，第一处理模块312透传给第二处理模块322，同时第一处理模块312将第一待采集数据通过第一modbus协议栈313封装到Modbus协议中，传输给第三通信模块33；

S404a、第二处理模块322通过第二modbus协议栈323将第一待采集数据封装到Modbus协议中，传输给对应的本地采集设备；第三通信模块33将第一待采集数据传输给对应的远程采集设备。

采集阶段还可以包括：

S401b、第三通信模块33接收远程采集设备发送的第三数据请求，传输给第一处理模块312，第一处理模块312通过第二modbus协议栈323从Modbus协议中解析出所述第三数据请求的内容，并添加本地采集设备的身份标识(该本地采集设备的身份标识可以通过上述步骤S402a得到)得到第二数据请求；

S402b、第一处理模块312通过第一通信端口311将第二数据请求发送给被采集设备；

S403b、第一通信端口311接收被采集设备的数据采集端口传输来的被采集设备根据第二数据请求反馈的第二待采集数据；第一通信端口311将第二待采集数据传输给第一处理模块312，第一处理模块312将第二待采集数据通过第一modbus协议栈313封装到Modbus协议中，传输给第三通信模块33；

S404b、第三通信模块33将第二待采集数据传输给对应的远程采集设备。

在步骤S401b至S404b之间，如果第一处理模块312收到第一数据请求，则还包括：第一处理模块312将所述第二待采集数据通过对应的第二通信模块传输给第一采集设备。为了避免将不必要的数据传输给第一采集设备，第一处理模块312可以从所述第二待采集数据中根据第一数据请求匹配出对应的数据，将匹配出的数据传输给第一采集设备。

如果应用层协议不是modbus协议，是其他协议或私有协议，上述方案同样适用。

本发明还提供一种数据采集系统，包括：被采集设备、至少一个第一采集设备、至少一个第二采集设备，以及上述任一实施例所述的数据采集端口扩展装置，数据采集端口扩展装置分别与所述被采集设备、各第一采集设备、各第二采集设备通信，从所述被采集设备获取资源数据，传输给对应的采集设备。具体实现方式参见上述实施例对数据采集端口扩展装置的描述。所述被采集设备包括但不局限于PLC，第一采集设备可以为本地采集设备，第二采集设备可以为远程采集设备，第二采集设备可以为第一采集设备的数据备份设备。

本发明在被采集设备和多个采集设备之间增加一个数据采集端口扩展装置，对被采集设备没有额外的要求，又满足了接入多个采集设备的需求，同时还可以兼顾多种不同通信协议的采集设备。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。