[发明专利]基于以太网的实时数据采集与通讯系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据采集与通讯系统及方法，特别是涉及基于以太网的分布式、网络化、可扩展的实时数据采集与通讯系统及方法，适用于复杂工业监控中对温度、压力、液位等模拟量信号的快速采集与可靠传输。

背景技术

控制领域对实时性的要求越来越高，通讯能力的好坏是数据采集系统是否具有实时性的重要标志。传统的485或232通讯速度有限，限制了数据采集系统的实时性，越来越难以满足对实时性要求高的控制系统。以太网通讯传输速度快，传输距离远，抗干扰能力强，越来越得到重视。

随着以太网的普及，越来越多的设备都支持以太网通讯，然而不同厂家设备之间通讯协议不一定兼容。如果所采用的PLC和数据采集模块不是同一个厂家生产，且分别采用不同的通讯协议，就会导致PLC无法直接访问数据采集模块。

现代控制系统中除了PLC和数据采集模块外，还有上位机，设备比较多。采用以太网进行TCP/IP通讯，一个网络中有时几对节点在同一时刻进行数据传输，这样就有可能造成节点冲突，网络因重负载而延迟数据传输。

有一些控制系统，PLC自身可以扩展模拟量采集模块，但是中小型PLC的单个CPU模块所能扩展的模块总数是有限的，且大多数控制系统都要扩展大量的数字量输入模块和数字量输出模块，因此所能扩展的模拟量采集模块就更加有限了，可能会因为所能扩展的模拟量模块数量不足而不能满足系统需要。选择大型PLC又会增加成本。PLC自身扩展模拟量采集模块，将整个系统的控制过于集中到PLC，一旦PLC在运行过程中出现故障，就可能导致整个系统瘫痪。

发明内容

本发明的目的是提供基于以太网的实时数据采集与通讯系统及方法，其通讯速度快、传输距离远、抗干扰能力强，可解决不同厂家通讯设备以太网通讯过程中应用层协议不兼容的问题，可避免网络中各节点之间通讯冲突，优化通讯过程。

为了达到上述目的，本发明的一个技术方案是提供了一种基于以太网的实时数据采集与通讯系统，其特征在于：包括通过集线器连接在同一网络的上位机、数据采集与控制模块及PLC，其中：

上位机作为客服机，基于TCP/IP协议读取数数据采集与控制模块中的数字量信号并做数据处理，然后将处理后的数据传输到PLC；

数据采集与控制模块作为服务器，同时承担数据采集工作及简单控制工作，用于实时采集现场传感器的模拟量信号，并将其转换成数字量信号；

PLC作为服务器；

由上位机、数据采集与控制模块及PLC组成单客服机、多服务器的通讯系统。

优选地，具有N个数据采集与控制模块和m个PLC，m≥1，N＝n×m，n为正整数，将N个数据采集与控制模块分成m组，第m组数据采集与控制模块对应第m个PLC，并经由所述上位机作为中转与第m个PLC建立通讯。

本发明的另一个技术方案是提供了一种采用上述基于以太网的实时数据采集与通讯系统的实时数据采集与通讯方法，其特征在于，步骤为：

第一步、为上位机、数据采集与控制模块及PLC分配独立的IP地址，至少上位机进行初始化；

第二步、自任意一组数据采集与控制模块开始，由上位机作为中转依次进行各组数据采集与控制模块与对应PLC之间的数据通讯，第m组数据采集与控制模块与对应第m个PLC之间数据通讯的具体步骤为：

步骤2.1、上位机依次读取第m组数据采集与控制模块中各数据采集与控制模块给出的数字量信号；

步骤2.2、由上位机将读取的所有数字量信号进行处理并合并；

步骤2.3、上位机将合并后的数据集中发送给与第m组数据采集与控制模块对应的第m个PLC；

第三步、判断是否存在停止信号，若有，则退出整个步骤，若无，则返回第二步继续执行。

优选地，在各组数据采集与控制模块与对应PLC之间进行数据通讯过程中，由每个数据采集与控制模块自身判断其所采集到的信号是否超过设定的阈值，若是，则由每个数据采集与控制模块自身给出告警或进行相应动作。

本发明采用以上技术方案的优点为：

(1)通讯过程中，用上位机做中转，上位机程序用VB开发，可以根据不同设备所支持的不同协议编制接口程序，很好地解决了设备应用层协议不兼容的问题。

(2)通讯系统是单客服机、多服务器的系统，任一时刻，系统中只有一对节点在进行以太网通讯，避免了网络中多对节点同时通讯造成冲突。