基于rs-422的工业总线网络装置、系统及通信方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业网络通信领域，更具体地说，涉及一种基于RS-422的工业总线网络装置、系统及通信方法。
【背景技术】
[0002]在工业控制领域，工控系统都是由控制器和外围设备构成，其中外围设备主要包括驱动器、HMI (人机交互)、扩展模块(例如10、AD转换器、DA转换器、编码器等模块)等。控制器通过各种总线和外围设备通信，如:CAN Bus，Modbus，Prof ibus，Prof inet，Ethercat等。
[0003]RS-422/RS-485作为工业总线的一种，在自动化控制领域有着广泛的应用，很多协议开发都是基于422/485PHY层的基础上进行，如modbus、Profibus、MII等。
[0004]传统的RS-422网络拓扑结构如图1所示，在该网络拓扑结构中，主节点11 (即主设备)通过节点寻址的方式逐个访问各个从节点12(即从设备)。在一个通信周期中，每访问一个从节点12都要发一次帧头、帧尾、校验码、地址信息等。因此，在上述传统的RS-422网络拓扑结构中，波特率的大小受限于所挂载从节点12的多少；并且随着从节点12的增多，遍历所有从节点12所消耗的时间会大幅度提高。这样不仅拉长了系统的通信周期，也降低了系统的带宽利用率。
[0005]此外，上述RS-422网络拓扑结构中，对于某些实时协议，主节点11发送数据包后必须等待每个从设备完成对数据的解析和复制。然而，这种确定性状态很难维持，因为主节点11必须添加并管理一定量的处理时间及每个从节点的抖动。并且上述RS-422通信方案中，物理层不能自动的检测链路通信的失效和建立，在链路失效的情况下，不能自动的将通信帧环回到主设备，保证系统通信不被阻断。
[0006]对于基于以太网或是基于专用芯片的工业总线网络，则成本相对较高。
【发明内容】
[0007]本发明要解决的技术问题在于，针对上述工业总线网络通信效率低、稳定性不高或成本较高的问题，提供一种基于RS-422的工业总线网络装置、系统及通信方法。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种基于RS-422的工业总线网络装置，包括链路层控制单元和至少两个物理层控制单元，所述链路层控制单元用于实现数据收发处理并包括环路控制子单元，每一所述物理层控制单元用于实现与一个RS-422收发器的接口功能并包括链路检测子单元；其中:所述链路检测子单元，用于在总线空闲时监听来自连接的RS-422收发器的诊断脉冲，并在预设时间内连续接收到所述诊断脉冲时确认连接建立、否则确认连接断开；所述环路控制子单元仅在链路检测子单元确认连接建立时将对应的物理层控制单元所连接的下一级节点加入链路。
[0009]在本发明所述的基于RS-422的工业总线网络装置中，每一所述物理层控制单元还包括总线状态侦听子单元和特征脉冲发送单元，其中所述总线状态侦听子单元，用于在总线状态空闲时向连接的RS-422收发器发送空闲码；所述特征脉冲发送单元，用于在接收到空闲码时向连接的RS-422收发器反馈诊断脉冲。
[0010]本发明还提供一种基于RS-422的工业总线网络系统，包括主节点和多个从节点，其特征在于:所述主节点和从节点分别包括上述的网络装置，且所述主节点和多个从节点的网络装置经由RS-422收发器连接成菊花链；所述主节点的网络装置通过读取各个从节点的网络装置的环路控制子单元的链路状态获取链路的拓扑结构。
[0011]在本发明所述的基于RS-422的工业总线网络系统中，所述主节点和从节点的网络装置的链路层控制单元包括数据收发子单元；所述主节点的数据收发子单元将发送给所有从节点的周期性交互数据封装到同一数据帧并发送到链路中，且发送给每一从节点的周期性交互数据分别位于该数据帧中的预设位置；所述从节点的数据收发子单元接收到数据帧后，从预设位置读取周期性交互数据或写入周期性交互数据到数据帧的预设位置，并将数据帧转发到链路中的其他从节点。
[0012]在本发明所述的基于RS-422的工业总线网络系统中，所述主节点和从节点的网络装置具有一个数据缓冲区，且该主节点和从节点的数据收发子单元通过握手机制实现非周期性数据的交互。
[0013]在本发明所述的基于RS-422的工业总线网络系统中，所述主节点和从节点的网络装置分别包括状态管理单元，所述从节点的状态管理单元用于完成本节点的链路状态管理；所述主节点的状态管理单元通过自增寻址方式设置各个从节点的节点地址并根据各个从节点的特征信息配置各个从节点的通信参数。
[0014]本发明还提供一种基于RS-422的工业总线通信方法，包括以下步骤:
[0015](a)主节点和多个从节点的物理层分别在总线空闲时监听来自连接的RS-422收发器的诊断脉冲，并在预设时间内连续接收到所述诊断脉冲时确认连接建立、否则确认连接断开，所述主节点和从节点经由RS-422收发器连接成菊花链；
[0016](b)所述主节点和从节点的物理层在确认连接建立时将所连接的下一级节点加入链路；
[0017](c)所述主节点通过读取各个从节点的链路状态获取链路的拓扑结构。
[0018]在本发明所述的基于RS-422的工业总线通信方法中，所述步骤(C)之后包括:
[0019]所述主节点将发送给所有从节点的周期性交互数据封装到同一数据帧并发送到链路中，且发送给每一从节点的周期性交互数据分别位于该数据帧中的预设位置；
[0020]所述从节点在接收到数据帧后从预设位置读取周期性交互数据或写入周期性交互数据到数据帧的预设位置，并将数据帧转发到链路中的其他从节点。
[0021]在本发明所述的基于RS-422的工业总线通信方法中，所述主节点和从节点分别具有一个数据缓冲区，且该主节点和从节点通过握手机制实现非周期性数据的交互。
[0022]在本发明所述的基于RS-422的工业总线通信方法中，所述步骤(C)之后包括:
[0023]所述多个从节点分别完成本节点的链路状态管理；
[0024]所述主节点通过自增寻址方式设置各个从节点的节点地址并根据各个从节点的特征信息配置各个从节点的通信参数。
[0025]本发明基于RS-422的工业总线网络装置、系统及通信方法，通过RS-422收发器向上、下游节点发送诊断脉冲来确认连接，从而进行链路管理，不仅成本较低，而且可保证通信的稳定性。并且，本发明通过共用数据帧来进行周期性数据交互，可相对缩短通信周期、提高通信效率。
【附图说明】
[0026]图1是现有基于RS-422的工业总线网络拓扑结构。
[0027]图2是本发明基于RS-422的工业总线网络装置实施例的示意图。
[0028]图3是本发明基于RS-422的工业总线网络系统实施例的拓扑结构。
[0029]图4是本发明基于RS-422的工业总线网络通信方法实施例的流程示意图。
[0030]图5是本发明应用到机器人控制系统的示意图。
[0031]图6是图5中系统的通信过程状态机。
【具体实施方式】
[0032]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。
[0033]如图2所示，是本发明基于RS-422的工业总线网络装置实施例的示意图，该网络装置具体可由FPG