基于点对点的通讯网络系统的制作方法

本实用新型属于工业控制与安全通讯技术领域，特别涉及一种基于点对点的通讯网络系统。

背景技术：

PLC(Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器)因其可靠性和可扩展性，目前已广泛应用于工业控制领域。一般来说，PLC由I/O(输入输出)模块和CPU(中央处理单元)构成，现场信号经过输入模块调理后，送到中央处理单元进行逻辑或算术运算，并根据相应的控制功能和算法，将输出结果经输出模块调理后，送到现场控制设备。随着通讯技术的迅速发展，PLC的网络通讯能力大大加强，不仅提供RS422/485(串行通信协议)串口通信，还提供了各种以太网接口，从而实现了分散控制功能和数据共享，以满足现代工业控制的发展需要。值得注意的是，PLC技术(源于上世纪70年代)自其创立以来，基本架构并未改变，从而带来了三个潜在的技术瓶颈。

瓶颈一、PLC技术不能实现单元控制功能，其输入输出单元是单独的模块，需要经过背板和中央处理单元进行数据交换。换言之，要实现最基本的控制功能，现有PLC技术至少需要三个模块，即输入模块、处理单元和输出模块，同时由于输入输出模块通常为多I/O点(16/32点)配置，对于基本的控制实现(可能仅需要几个I/O点)，PLC的架构显得较复杂。此外，对于一些高可靠性的控制，比如核电站反应堆保护，控制功能的分散显得尤为重要，因为基于核心处理的控制方式，只要中央处理单元失效，就会造成相关的系列控制功能丧失。

瓶颈二、传统PLC及DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)系统的处理单元与输入模块，输出模块往往通过内部总线进行信息交互。对于该通讯总线结构，存在3个不足：①实时性差：在某时刻，只能有一个输入输出模块与处理器模块进行信息交互；②可靠性差：由于处理单元只通过该一条通讯总线与输入模块，输出模块进行信息交互，当该通讯总线发生异常时，可能导致丧失整个输入与输出模块，PLC及DCS系统将完全崩溃；③可扩展性差：采用总线的通讯方式，其总线可承受的通讯站点数目受总线驱动能力的限制。

瓶颈三、申请号为CN201410733701.6的发明专利公开了一种数字化控制系统，包括多个通用逻辑卡、多个信号后传输模块，及用于通讯格式转换的背板，每个通用逻辑卡均通过数据线与背板互联，每个信号后传输模块均通过数据线与背板互联的通讯网络结构。该结构中的每个通用逻辑卡既可以作为逻辑处理器模块，又可以作为通讯模块与I/O模块，各模块之间没有主次关系。该结构的灵活性强，但通讯结构复杂，成本高，在一些特定工控领域实际应用中实用性不佳。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中数字化控制系统中的通讯网络系统的复杂度及成本高以及可靠性及扩展能力有待提高的缺陷，提供一种在兼顾通讯网络的灵活性以及系统的可靠性的前提下，能够优化通讯网络结构从而降低了系统的复杂程度与成本的基于点对点的通讯网络系统。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

本实用新型提供了一种基于点对点的通讯网络系统，包括背板、通讯模块、和多组序列；

每组所述序列包括多个输入输出模块和一块可复用为所述输入输出模块的处理器模块；

所述处理器模块、所述输入输出模块以及所述通讯模块均分别通过数据线与所述背板互联；

每块所述处理器模块与所在序列中的每个所述输入输出模块以点对点通讯方式互联，每块所述处理器模块也与其它序列中的所述处理器模块以点对点通讯方式互联；

被复用为所述输入输出模块的所述处理器模块为复合模块；

每块所述处理器模块通过其它序列中的所述复合模块与所述复合模块所在的序列中的所述输入输出模块进行通信；

所述通讯模块与每块所述处理器模块通过冗余的点对点通讯方式互联。

本方案中，处理器模块以点对点的方式控制序列中的输入输出模块，对于序列内的通讯网络，处理器模块和每一个序列内的输入输出模块之间既可以是单路连接，也可以是冗余方式的多路连接。根据系统配置需求，为了扩展单个序列内的输入输出模块的数目，单个序列的处理器模块可以被输入输出模块代替，即处理器模块可以复用为输入输出模块，其它处理器模块可以通过被复用为输入输出模块的处理器模块控制被复用的处理器模块所在序列中的输入输出模块。序列间的通讯网络也是既可以是单路连接，也可以是冗余方式的多路连接。

本方案中，通讯网络系统中还有包括冗余的通讯模块，通讯模块与各序列中的处理器模块通过冗余的点对点通讯方式互联，实现各序列间的信息共享。此处冗余的点对点通讯方式互联既可以是两路冗余也可以是大于两路的多路冗余。

本方案中，每个处理器模块都是一个独立的控制单元，有信息处理和控制功能，并可通过序列内通讯网络控制本序列内的I/O模块，也可通过序列间的通讯网络控制其它序列的I/O模块。处理器模块分别通过冗余的点对点网络与冗余的通讯模块进行连接，处理器模块之间可以实现数据共享和级联控制，克服了现有系统由于通讯能力有限而导致的系统复杂化的问题，具有通讯能力及通讯可靠性好的特点。

本方案在申请号为CN201410733701.6的发明专利的基础之上进行优化改进，将原有的通用逻辑卡区分为具有各自功能的处理器模块、输入输出模块以及通讯模块，确定了各个模块之间的通讯方式，从而在兼顾通讯网络的灵活性以及系统的可靠性的前提下，能够优化通讯网络结构从而降低了系统的复杂程度与成本。

较佳地，所述处理器模块与所述输入输出模块采用相同的通讯接口。

本方案中，处理器模块与输入输出模块采用同样的通讯接口，从而在需要扩展序列内的输入输出模块时，可通过输入输出模块替换另外一个序列的处理器模块，并由所需扩展序列的处理器模块直接控制另外一个序列的输入输出模块。

较佳地，所述通讯网络系统包括多块所述通讯模块。

本方案中，通讯网络系统包括多块通讯模块，每块通讯模块与每块所述处理器模块均通过冗余的点对点通讯方式互联，能够实现在一块通讯模块异常时还可以通过其他通讯模块保证整个系统的正常通讯。

较佳地，所述通讯模块的数量为两块。

本方案中，通讯网络系统采用两块通讯模块，既能保证一块通讯模块异常时还可以通过另外一块通讯模块保证整个系统的正常通讯，还能够平衡系统的复杂性和成本。

较佳地，所述通讯网络系统还包括两块通讯扩展模块，各所述通讯模块分别与各所述通讯扩展模块以点对点通讯方式互联，所述通讯扩展模块间通过点对点通讯方式互联。

本方案中，通讯扩展模块只与通讯模块通过点对点通讯方式互联，可用于通讯模块的扩展，以及非安全通讯接口与通讯协议的转换接口。

本方案中，通过一组冗余的通讯模块与通讯扩展模块，通讯模块与各序列的处理器模块通过冗余的点对点通讯方式互联，实现各序列间的信息共享；另外通讯模块且与各通讯扩展模块也以点对点通讯方式互联，通讯扩展模块间通过多路点对点通讯方式互联。

本方案中，通讯扩展模块独立于所述序列，可用于通讯模块接口的扩展，非安全通讯接口隔离与通讯协议的转换接口，由于该部分功能在物理上与所述序列实现实体分离，从而确保通讯扩展模块不影响所述序列的运行。

较佳地，所述点对点通讯方式为以广播的形式发送信息包。

本方案中，点对点通讯链路以广播的形式发送信息包，不需要握手和确认。信息包具有固定的长度，内容大小也是确定的，每个模块所发信息包的目的地址都是预先定义好的，每个模块所接收的信息包的源地址都是预先定义好的，这样的协议使得通讯具有高度的确定性，处理器模块发送的信息包格式为：起始码+帧长度+目的地址+帧内容+结束码+源地址；在帧长度、目的地址、源地址中，每个字节均采用高四位为特定ECC(Error Correcting Code，错误检查和纠正)校验码，低四位为有效数据的编码方式，帧内容包括两个CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验)校验字节。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的基于点对点的通讯网络系统在传统的数字化仪控系统技术的基础之上进行优化改进，在兼顾通讯网络的灵活性和系统的可靠性的前提下，优化通讯网络结构，区分各个模块功能，从而降低了系统的复杂程度与成本。

附图说明

图1为本实用新型一较佳实施例的基于点对点的通讯网络系统的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图来更清楚完整地说明本实用新型。

如图1所示，本实施例提供了一种基于点对点的通讯网络系统，包括背板(图中未示出)、两块通讯模块CM1和CM2、两块通讯扩展模块CME1和CME2和多组序列1。

每组序列包括多个输入输出模块和一块可复用为所述输入输出模块的处理器模块。所述处理器模块与所述输入输出模块采用相同的通讯接口。处理器模块、输入输出模块以及通讯模块均分别通过数据线与所述背板互联。每块处理器模块与所在序列中的每个输入输出模块以点对点通讯方式互联，每块处理器模块也与其它序列中的处理器模块以点对点通讯方式互联。其中点对点通讯方式互联既可以通过单根信号线互联实现，也可以通过多路冗余的信号线实现。被复用为输入输出模块的处理器模块为复合模块；每块处理器模块通过其它序列中的复合模块与该复合模块所在的序列中的其它输入输出模块进行通信。

本实施例中，每块通讯模块与各处理器模块通过冗余的点对点通讯方式互联，也即通过至少两根信号线互联，其中一个信号线异常时另外一根冗余的信号线还能够保证正常的通信。每块通讯模块还分别与各通讯扩展模块以点对点通讯方式互联，两块通讯扩展模块间通过点对点通讯方式互联。本实施例中，所述点对点通讯方式采用广播的形式发送信息包。具体实施时，也可以采用其他的点对点通讯方式。例如，至少可以包括两种通讯机制，一种是安全通讯，不需要反馈，但内容大小是可变的，但有最大限制。较佳的方式是周期发送，如果接收模块定期未收到发送数据，将进行报警。另外一种是非安全通讯(如诊断命令)，是需要反馈响应的，但会有超时机制，响应小于某个时间窗口，一旦超过预设时间窗口，会放弃本命令，并进行反馈报错。

本实施例中，每个序列中均有n个通用I/O模块，且1≤n；在序列中，每块处理器模块均与同一序列中的各I/O模块以点对点通讯方式互联，并与其它序列中的处理器模块也以点对点通讯方式互联；并根据系统配置需求，扩展本序列的I/O模块数目，序列的处理器模块可以被I/O模块代替，且该序列的I/O模块可以由其它序列的处理器模块控制。系统中还有两块通讯模块与两块通讯扩展模块，通讯模块与各序列的处理器模块通过冗余的点对点通讯方式互联，且与各通讯扩展模块也以点对点通讯方式互联；通讯扩展模块间通过m路点对点通讯方式互联，且1≤m。

图1中的一个序列中有1个处理器模块MPA，n个I/O模块IOA1-IOAn，其中一个序列中有1个处理器模块MPB，n个I/O模块IOB1-IOBn，其中一个序列中有1个处理器模块MPC，n个I/O模块IOC1-IOCn；MPA分别与IOA1-IOAn点对点通讯，MPB分别与IOB1-IOBn点对点通讯，MPC分别与IOC1-IOCn点对点通讯，MPA，MPB与MPC互相之间分别通过点对点通讯。另外图1中有通讯模块CM1与通讯模块CM2，MPA，MPB与MPC分别通过冗余的点对点通讯链路与通讯模块CM1与通讯模块CM2进行互联。另外，图1中有通讯扩展模块CME1与通讯扩展模块CME2，通讯模块CM1与通讯模块CM2分别通过点对点通讯链路与通讯扩展模块CME1和通讯扩展模块CME2进行互联。通讯扩展模块CME1和通讯扩展模块CME2间通过m路通讯链路进行互联，实现CM1，CME1与CM2，CME2间的信息共享。

本实施例中，所述的点对点通讯链路以广播的形式发送信息包，不需要握手和确认。信息包具有固定的长度，内容大小也是确定的，每个模块所发信息包的目的地址都是预先定义好的，每个模块所接收的信息包的源地址都是预先定义好的，这样的协议使得通讯具有高度的确定性，所述通用逻辑卡发送的信息包格式为：

起始码+帧长度+目的地址+帧内容+结束码+源地址。

在帧长度、目的地址、源地址中，每个字节均采用高四位为特定ECC校验码，低四位为有效数据的编码方式，帧内容包括两个CRC校验字节。

本实施例中，处理器模块与I/O模块应采用同样的通讯接口，从而在需要扩展序列内的I/O模块时，可通过I/O模块替换另外一个序列的处理器模块，并由所需扩展序列的处理器模块直接控制另外一个序列的I/O模块。

本实用新型区别于现有数字化仪控系统之处在于处理器模块与I/O模块间采用点对点通讯，没有采用总线，并且一个处理器模块与多个I/O模块构成一组最小序列，一个系统(机箱内)将由多个序列构成，多个序列内的处理器模块可以通过序列间的点对点通讯进行序列内I/O模块的扩展。与申请号为CN201410733701.6的发明专利的区别在于，区分了通用逻辑模块，本实用新型中通用逻辑模块分为控制器模块，I/O模块，通讯模块与通讯扩展模块。对于序列内的通讯网络，既可以是单路连接，也可以是大于等于两路的冗余方式连接。序列间的通讯网络也类似。本实用新型将申请号为CN201410733701.6的发明专利中的S序列固化为两路通讯模块以及两路通讯扩展模块，本实用新型中每组序列分别通过冗余的点对点通讯方式与两路通讯模块实现互联，从而使每个通讯模块都可以通过冗余通讯的方式获得序列的信息，并且也可以进行信息的交互。而通讯扩展模块独立于序列，可用于通讯模块接口的扩展，非安全通讯接口隔离与通讯协议的转换接口，由于该部分功能在物理上与序列实现实体分离，从而确保通讯扩展模块不影响序列的运行。

本实用新型提供的基于点对点的通讯网络系统在传统的数字化仪控系统技术的基础之上进行优化改进，在兼顾通讯网络的灵活性和系统的可靠性的前提下，优化通讯网络结构，区分各个模块功能，从而降低了系统的复杂程度与成本。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。