[发明专利]记录工业网络通信周期过程数据的通信网关和工作方法

说明书

一种记录工业网络通信周期过程数据的通信网关和工作方法，该通信网关包括：输入模块，用于接收工业生产控制器提供的通信周期过程数据，将每个通信周期过程数据标注时间戳，再将标注时间戳的通信周期过程数据发送至缓存模块；缓存模块，用于根据缓冲机制，将输入模块发来的通信周期过程数据按时间戳顺序写入缓存模块；缓存模块分为多个缓存单元，每个缓存单元能存储多个通信周期过程数据；缓存模块还包括计数器，用于根据缓冲机制，更新计数器的值；输出模块，用于实时监控计数器，根据缓冲机制和计数器的值，提取通信周期过程数据，将提取的通信周期过程数据发送至数据采集上位机。本发明能缓存多周期通信过程数据，实现数据采集的完整和一致性。

技术领域

本发明涉及工业数据通信技术领域，尤其涉及一种记录工业网络通信周期过程数据的通信网关和工作方法。

背景技术

在工业生产中，广泛使用工业网络协议(如，Profibus、Profinet、Ethercat等)进行数据通信，以保证控制系统的实时性和可靠性以及满足分布式系统控制。对于时间要求比较高的控制系统通常需要毫秒级的通信周期过程数据交换。若要分析系统故障和性能等问题，就要知道这些数据是否正确和合理，因此就需要快速、完整地记录这些数据。

现有的工业通信网关主要应用于工业控制系统的数据交换或协议转换，其特点是：①缓存中只有当前周期过程数据，一个系统写入，另一个系统读取，如果写入快于读取，则写入数据将丢失；②交换数据周期快，到毫秒级，系统读取侧如果是工业生产控制系统，则可以适应这么快的速率，但如果数据采集上位机是计算机，速率匹配上就存在问题，因为用于数据采集和存储的上位计算机一般都采用非实时系统，如Windows系统，不能满足这么快速率的数据交换，也不能保证稳定性。

目前，市面上有一种基于工业通信网关的通信周期过程数据采集方案是：增加一个中间件，该中间件与工业通信网关连接，实时读取并缓存工业通信网关的周期通信过程数据，然后再与数据采集上位机通信，将缓存的数据发送给数据采集上位机。

首先，这种方案的缺点在于成本较高。在工业通信网关的基础上再增加一个中间件，目的是能实时读取出工业通信网关的数据并做多周期缓存，因为现有的工业通信网关不对通信数据做多周期缓存，这就要求中间件具有实时性和缓存机制，因此，成本相对较高。

还有，这种方案不能保证数据采集的一致性。当工业生产的通信过程正在进行时，中间件提取的通信周期过程数据有可能不是同一周期的通信周期过程数据。对于非常关键的控制，一个周期的差错，就会导致控制结果完全不同，因此，完整的提取原始通信周期过程数据，对于采集系统尤为关键。

发明内容

本发明实施例提供一种记录工业网络通信周期过程数据的通信网关，采用独立通信网关的形式，在其内部建立缓冲机制，缓存多周期通信过程数据，实现工业网络通信周期过程数据采集的一致性，能够完整的提取原始通信周期过程数据，该通信网关包括：

输入模块，用于接收工业生产控制器提供的通信周期过程数据，将每个通信周期过程数据标注时间戳，再将标注时间戳的通信周期过程数据发送至缓存模块；

缓存模块，用于根据缓冲机制，将输入模块发来的通信周期过程数据按时间戳顺序写入缓存模块；缓存模块分为多个缓存单元，每个缓存单元能存储多个通信周期过程数据；

缓存模块还包括计数器，用于根据缓冲机制，更新计数器的值；

输出模块，用于实时监控计数器，根据缓冲机制和计数器的值，提取通信周期过程数据，将提取的通信周期过程数据发送至数据采集上位机；

其中，缓冲机制包括半满缓冲机制；

在半满缓冲机制时，所有缓存单元平均分为两个分区：第一分区和第二分区；