[发明专利]一种工业多单元一致通讯网络的控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通讯网络技术领域，是一种工业自动化控制中多单元动作协调一致性的数字化通讯网络结构，属于工业自动化控制领域。

背景技术

在工矿、纺织业等自动化控制和生产中，往往有很多设备需协调一起工作。其中很多工况是在时间上要求有先后动作，但还有一些情况下多台设备的动作被要求在时间上有一致同步的能力。如在纺织工业中，细纺机的机锭是最大量使用的设备。在早期设备中，通过机械齿轮及皮带轮传动，每个机锭的转速都同步于主驱动轴，这样可以保证所有生产的机锭上的细纱都粗细一致，弹性一致，质量一致。在新一代设备改造中机械齿轮传动被发觉笨重，效率低，转速低，导致生产操作者工作环境差等问题，从而有了取代电气驱动来给每个纱锭用微型电机驱动的需要。当纱锭数量庞大时所有锭机的动作一致性问题就显得非常突出。

这是一个典型的工业上多单元一致性问题，中央控制设备通过软件数字化通讯将控制目标，机群的同步速要求，下达给所有锭机单元，同时希望所有锭机单元在完成任务时把自己的工况如工作电流，温升等反馈给自己从而进行分析，综合其他控制因素来决定机群下个时断的工况。这里有一个关键的制约因素就是通讯要花费时间。虽然现代工业的通讯标准已经允许的波特率已经很高了，如SPI同步外设接口通讯标准可达10Mbps(10兆位每秒)，又如RS485理论上可达35Mbps，但在有很多通讯节点并且彼此空间上跨越很长距离时，如200米以上的细纺机车，信息传输延时的问题就比较严重了。一个原因是所有通用的工业通讯标准都是串行方式的，这会导致节点数目乘以传输速度来完成信息的传递，另一个原因是长传输距离会降低可行的传输速度，如RS485在1200米的传输距离大致只有100Kbps。若新型细纺机车锭机数有500个，锭与锭之间有30厘米，相聚150米用RS485和500Kbps波特率为例，主控发令至所有锭机返回转速信息最快需16毫秒。若考虑通用的通讯协议如加含地址字节，节点数1000，这时间会是128毫秒。对于小转动惯量而转速高达25000RPM的锭机而言，以5％的机机转速差来估算这段时间里机机间的转圈差在2.66以上。

如果一个合理的通讯结构或方法能让主控在若干毫秒以内完成一遍机群同主控间的信息传递，主控就可以通过刷新速度目标来控制机机间转差在很小的范围，实现速度一致性。如何来设计这样的结构呢？这是本发明要解决的问题。

发明内容

本发明目的是发明一种工业用，对多单元进行同步一致性的通讯网络控制方法。

本发明将多单元节点分为多层节点布置，每层节点以独立的串口分别连接下一层节点，相同层节点与上一层节点之间在空间上以等角布置，或相同层的各节点之间等距布置在同一直线上；每层节点以由近至远的顺序连续发信给其下的各个下层节点，然后再按由近至远的顺序接收其下的各个下层节点信号。

本发明对所有单元进行分层次通讯管理，从而在大型网络如千点以上实现普通单一串行口通讯难以实现的长距离且高同步性的工控要求，可实现对多单元进行同步一致性控制。

具体方法是用差动式传播的标准如RS485来解决长距离的第一层通讯节点和中央控制间的通讯，每个第一层节点用另一串口标准如SPI来管理其下第二层单元节点们的数据通讯，每个第二层节点用另一串口标准如I2C来管理其下第三层单元节点们的数据通讯。如需要可扩充用其他串口标准如LIN等设置第四层，第五层结构。每一层都可视具体情况来选用标准，如第一层可用CAN或RS442，第二层可用I2C而第三层用LIN等不同组合，这些都在本方法范围内。

附图说明

图1为本发明的一种结构示意图。

具体实施方式

如图1所示将多单元节点分为多层节点布置：每层节点以独立的串口分别连接下一层节点，相同层节点与上一层节点之间在空间上以等角布置，或相同层的各节点之间等距布置在同一直线上。每层节点以由近至远的顺序连续发信给其下的各个下层节点，再按由近至远的顺序接收其下的各个下层节点信号。

第一层各层通讯节点的数目：第一层通讯节点数目N1由系统控制可接受的最小传输回路时间Tdmax和其可行最大传输波特率B1决定。

公式为N1＝(Tdmax*B1/8)/(x+y)，这里x和y分别为主控发信和收信所需字节数，节点位置安排为间隙式安排。

共有三层节点时：

(N2-1)*x/B2+(N3-1)*y/B3＜(N1-1)*y/B1；

N1*N2*N3＝M

共有四层节点时：