基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用hart網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)。對(duì)于連接在hart儀表上的終端適配器上傳的hart響應(yīng)報(bào)文，網(wǎng)關(guān)對(duì)其進(jìn)行解析，提取hart儀表的地址，并以此為索引，構(gòu)建該hart儀表信息對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并將相關(guān)hart儀表信息保存于該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)于上位機(jī)組態(tài)下發(fā)的hart命令，首先解析出其中的hart儀表地址，以此檢索出對(duì)應(yīng)的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，構(gòu)造響應(yīng)hart報(bào)文，通過串口發(fā)送到上位機(jī)。本發(fā)明可兼容多種hart上位機(jī)軟件和hart儀表，同時(shí)由于采用了無線網(wǎng)絡(luò)，可省去工業(yè)現(xiàn)場的有線連接，并可以遠(yuǎn)程獲取hart儀表的信息，對(duì)上位機(jī)軟件的響應(yīng)速度與有線hart適配器接近。
【專利說明】基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，具體地說明了一種基于WIA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用hart網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)WIA(Wireless Networks for Industrial Automation)技術(shù)是由中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所推出的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高可靠、超低功耗的智能多跳無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)提供一種自組織、自治愈的智能Mesh網(wǎng)絡(luò)路由機(jī)制，能夠針對(duì)應(yīng)用條件和環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化，保持網(wǎng)絡(luò)性能的高可靠性和強(qiáng)穩(wěn)定性。
[0003]HART (Highway Addressable Remote Transducer),可尋址遠(yuǎn)程傳感器高速通道的開放通信協(xié)議，是美國Rosemount公司于1985年推出的一種用于現(xiàn)場智能儀表和控制室設(shè)備之間的通信協(xié)議。HART裝置提供具有相對(duì)低的帶寬，適度響應(yīng)時(shí)間的通信。經(jīng)過10多年的發(fā)展，HART技術(shù)在國外已經(jīng)十分成熟,并已成為全球智能儀表的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，目前廣泛應(yīng)用的hart系統(tǒng)，多為有線連接，上位機(jī)通過適配器與儀表通過有線連接進(jìn)行通信；由于hart儀表的應(yīng)用環(huán)境多為工廠環(huán)境，儀表的安裝位置復(fù)雜多變，進(jìn)行有線連接訪問有很多不便之處。且hart系統(tǒng)的布線對(duì)于原有工廠布局的影響，增加安裝使用和維護(hù)的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服有線hart系統(tǒng)的缺點(diǎn)，本發(fā)明提出了一種基于WIA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用hart網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，配合無線適配器使用，可以兼容多種類型的hart儀表，可在工廠等復(fù)雜環(huán)境使用，具有安裝簡單，維護(hù)方便，不改變工廠原有線路和結(jié)構(gòu)，降低使用成本。
[0006]本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是:一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，包括以下步驟:網(wǎng)關(guān)通過無線網(wǎng)絡(luò)收取儀表發(fā)送的hart報(bào)文，并對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)；如果校驗(yàn)通過，則判斷該報(bào)文是否為包含儀表基礎(chǔ)信息的00號(hào)響應(yīng)報(bào)文；如果是00號(hào)響應(yīng)報(bào)文，則對(duì)所述00號(hào)響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行解析，提取其中的地址，為該儀表創(chuàng)建專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)儀表基本信息和實(shí)時(shí)信息；如果不是00號(hào)響應(yīng)報(bào)文，則網(wǎng)關(guān)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類解析，提取其中的儀表地址，并以此為關(guān)鍵字，在已存儲(chǔ)的hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中搜索該關(guān)鍵字；如果存在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)命令的信息。
[0007]所述對(duì)00號(hào)響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行解析的過程為:根據(jù)前導(dǎo)碼和定界符確認(rèn)hart報(bào)文起始位置，提取輪詢地址、廠商號(hào)、設(shè)備類型和設(shè)備ID信息。
[0008]所述網(wǎng)關(guān)對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析分類的過程為:根據(jù)前導(dǎo)碼和定界符確認(rèn)hart報(bào)文起始位置，提取設(shè)備地址和命令號(hào)，并按該命令的格式提取信息，并依據(jù)命令號(hào)進(jìn)行分類保存。
[0009]一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，包括以下步驟:網(wǎng)關(guān)收取上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文，并對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)；如果校驗(yàn)通過，則對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，提取其中的儀表地址，并以此為關(guān)鍵字，在已存儲(chǔ)的hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中搜索該關(guān)鍵字；如果存在該關(guān)鍵字，則根據(jù)提取得到的命令號(hào)，在搜索到的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中找出其中保存的該命令對(duì)應(yīng)的最新信息，按照標(biāo)準(zhǔn)hart協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)報(bào)文，并發(fā)送到上位機(jī)。
[0010]所述網(wǎng)關(guān)收取上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文后，網(wǎng)關(guān)對(duì)上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。
[0011]所述校驗(yàn)的方法為-JMart報(bào)文的定界符開始到最后一位數(shù)據(jù)，按位進(jìn)行異或運(yùn)算，算出校驗(yàn)位。
[0012]所述網(wǎng)關(guān)對(duì)各類儀表的命令進(jìn)行集合。
[0013]所述hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括輪詢地址、儀表地址和hart命令號(hào)；
[0014]所述輪詢地址和儀表地址作為一級(jí)索引，用于定位到該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；
[0015]所述hart命令號(hào)作為二級(jí)索引，用于定位到該hart儀表對(duì)應(yīng)的命令信息。
[0016]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0017]1.本發(fā)明涉及的基于WIA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的HART通用網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，是在深入分析通用HART協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)和工作原理，提出的能兼容各類hart儀表和上位機(jī)hart軟件的通信方法；
[0018]2.本發(fā)明的通用hart網(wǎng)關(guān)為每個(gè)hart儀表建立專有數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，對(duì)于儀表上傳的hart報(bào)文，保存完整的儀表信息和各類hart命令的響應(yīng)到該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；并且使用儀表的輪詢地址和儀表地址作為索引進(jìn)行查找，可迅速找到；
[0019]3.本發(fā)明的通用hart網(wǎng)關(guān)，結(jié)合了無線網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢和特點(diǎn)，去除了上位機(jī)和hart儀表之間的空間限制，布局和管理更加靈活，對(duì)原有設(shè)備和結(jié)構(gòu)影響很小，工廠人員可以方便的在控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控hart儀表的運(yùn)行狀態(tài)和監(jiān)控變量的信息；
[0020]4.本發(fā)明的通用hart網(wǎng)關(guān)，采用了靈活高效的hart專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，方便對(duì)儀表信息的查詢，網(wǎng)關(guān)根據(jù)查詢到的儀表信息，按照標(biāo)準(zhǔn)hart協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)報(bào)文，為上位機(jī)軟件提供快速準(zhǔn)確的響應(yīng)；
[0021]5.本發(fā)明的通用hart網(wǎng)關(guān),可對(duì)各種不同的上位機(jī)hart軟件及hart儀表進(jìn)行靈活擴(kuò)展，只需調(diào)整專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)項(xiàng)，即可方便的支持新加入的hart設(shè)備。
[0022]6.本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)能夠主動(dòng)讀取hart儀表的數(shù)據(jù)并保存，在上位機(jī)需要該數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)時(shí)發(fā)送，網(wǎng)關(guān)作為多個(gè)hart儀表的代理，具有布局靈活，無需物理連接，擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢；
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為無線hart系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；
[0024]圖2為通用hart網(wǎng)關(guān)對(duì)儀表報(bào)文的處理流程；
[0025]圖3為通用hart網(wǎng)關(guān)對(duì)上位機(jī)報(bào)文的處理流程；
[0026]圖4為hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0028]如圖1所示，本發(fā)明中涉及到的概念如下:[0029]1)WIA:由于WIA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)使用的是時(shí)分復(fù)用通信模式，全網(wǎng)所有設(shè)備都要按照同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間進(jìn)行時(shí)隙操作。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間為網(wǎng)關(guān)的廣播報(bào)文中攜帶的絕對(duì)時(shí)間。節(jié)點(diǎn)通過連續(xù)收到的來自同步時(shí)間源的若干個(gè)廣播報(bào)文，解析出其中絕對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)間，并使用FTSP同步算法完成時(shí)間同步。
[0030]2) HART:射頻模塊發(fā)送無線報(bào)文時(shí)，首先檢測是否存在其他節(jié)點(diǎn)正在發(fā)送報(bào)文，如果已經(jīng)有節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送報(bào)文的過程中，CCA檢測會(huì)反饋沖突。根據(jù)沖突的情況，使用退避機(jī)制進(jìn)行發(fā)送等待。
[0031]本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0032]A.無線收取:通用hart網(wǎng)關(guān)使用無線網(wǎng)絡(luò)通信,收取hart儀表的hart報(bào)文。
[0033]B.專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保存:通用hart網(wǎng)關(guān)為每個(gè)hart儀表建立專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于保存該儀表特有的信息和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并使用輪詢地址和儀表地址作為關(guān)鍵字，用于快速查詢；
[0034]C.構(gòu)造代理響應(yīng):對(duì)于上位機(jī)通過串口發(fā)送的查詢和設(shè)置等hart命令,通用hart網(wǎng)關(guān)解析命令中包含的地址，并快速查詢到該儀表對(duì)應(yīng)的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，按照hart協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)報(bào)文，在此過程中，網(wǎng)關(guān)作為儀表的代理作為迅速響應(yīng)；
[0035]D.通用性的擴(kuò)展:通用hart網(wǎng)關(guān)易于擴(kuò)展，可根據(jù)新增加的hart儀表和上位機(jī)軟件進(jìn)行命令和信息的擴(kuò)展，只需更改專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，就能支持新增的設(shè)備；
[0036]本發(fā)明基于WIA工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，對(duì)hart系統(tǒng)進(jìn)行分析及優(yōu)化，設(shè)計(jì)能夠支持多種hart硬件設(shè)備和上位機(jī)軟件的通用系統(tǒng)。本發(fā)明所述工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的硬件由無線網(wǎng)關(guān)、無線hart適配器構(gòu)成。
[0037]具體實(shí)現(xiàn)步驟:
[0038]1、對(duì)儀表上傳報(bào)文的處理:
[0039]通用hart網(wǎng)關(guān)通過射頻收取適配器發(fā)送的儀表hart報(bào)文，網(wǎng)關(guān)軟件增加一種新的報(bào)文種類，代表hart報(bào)文。網(wǎng)關(guān)軟件的應(yīng)用層協(xié)議獲得標(biāo)準(zhǔn)的hart報(bào)文，對(duì)其進(jìn)行解析，去除報(bào)文前導(dǎo)碼，獲取定界符，如果定界符是06命令號(hào)是00，則根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)hart協(xié)議，解析出儀表的2字節(jié)的輪詢地址和5字節(jié)的儀表地址。并使用這兩個(gè)地址建立屬于該儀表的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；如果定界符是86的其他命令，則解析出該報(bào)文的儀表地址，使用此地址對(duì)已有儀表結(jié)構(gòu)鏈表進(jìn)行搜索，找到該儀表專用的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；使用命令號(hào)找到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)，提取報(bào)文的信息，保存在該結(jié)構(gòu)中，如果結(jié)構(gòu)中已存在該命令的數(shù)據(jù)項(xiàng)，則更新；處理過程如圖2所示。
[0040]2、專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn):
[0041]儀表的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，是為了保存某一個(gè)hart儀表的所有信息而建立的；該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要便于快速搜索定位，保存、更新、提取對(duì)應(yīng)的信息。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的主要關(guān)鍵信息為輪詢地址和儀表地址，作為一級(jí)索引，可以快速定位到該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的次要關(guān)鍵信息為hart命令號(hào)，作為二級(jí)索引，可以快速定位到該hart儀表對(duì)應(yīng)的命令信息；如圖4所示。
[0042]3、對(duì)上位機(jī)報(bào)文的處理:
[0043]通用hart網(wǎng)關(guān)通過串口收取上位機(jī)組態(tài)等軟件發(fā)送的hart命令報(bào)文，傳遞至應(yīng)用層，網(wǎng)關(guān)主任務(wù)對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析提取出其中的地址和hart命令號(hào)，如果地址為輪詢地址，則使用輪詢地址對(duì)儀表信息結(jié)構(gòu)鏈表進(jìn)行搜索，如果地址為儀表地址，則使用儀表地址對(duì)儀表信息結(jié)構(gòu)鏈表進(jìn)行搜索。地址類型有hart報(bào)文的定界符來區(qū)分。找到儀表對(duì)應(yīng)的信息結(jié)構(gòu)后，再使用命令號(hào)進(jìn)行二級(jí)檢索，得到命令對(duì)應(yīng)的響應(yīng)信息，按標(biāo)準(zhǔn)hart協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)報(bào)文，并通過串口回復(fù)給上位機(jī)。如圖3所示。
[0044]4、通用性擴(kuò)展方法:
[0045]通用hart網(wǎng)關(guān)便于擴(kuò)展，可提高對(duì)不同儀表廠商生產(chǎn)的不同種類的hart和儀表和上位機(jī)軟件的兼容性。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中新增加的儀表，網(wǎng)關(guān)會(huì)為其分配專屬的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，保存其地址信息和數(shù)據(jù)信息。對(duì)于儀表命令的擴(kuò)展，只需在該儀表的專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中，增加一個(gè)命令信息子結(jié)構(gòu)即可。
【權(quán)利要求】
1.一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，包括以下步驟:網(wǎng)關(guān)通過無線網(wǎng)絡(luò)收取儀表發(fā)送的hart報(bào)文，并對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)；如果校驗(yàn)通過，則判斷該報(bào)文是否為包含儀表基礎(chǔ)信息的OO號(hào)響應(yīng)報(bào)文；如果是00號(hào)響應(yīng)報(bào)文，則對(duì)所述00號(hào)響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行解析，提取其中的地址，為該儀表創(chuàng)建專用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于存儲(chǔ)儀表基本信息和實(shí)時(shí)信息；如果不是00號(hào)響應(yīng)報(bào)文，則網(wǎng)關(guān)對(duì)報(bào)文進(jìn)行分類解析，提取其中的儀表地址，并以此為關(guān)鍵字，在已存儲(chǔ)的hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中搜索該關(guān)鍵字；如果存在該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，則更新數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中對(duì)應(yīng)命令的信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述對(duì)00號(hào)響應(yīng)報(bào)文進(jìn)行解析的過程為:根據(jù)前導(dǎo)碼和定界符確認(rèn)hart報(bào)文起始位置，提取輪詢地址、廠商號(hào)、設(shè)備類型和設(shè)備ID信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析分類的過程為:根據(jù)前導(dǎo)碼和定界符確認(rèn)hart報(bào)文起始位置，提取設(shè)備地址和命令號(hào)，并按該命令的格式提取信息，并依據(jù)命令號(hào)進(jìn)行分類保存。
4.一種基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，包括以下步驟:網(wǎng)關(guān)收取上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文，并對(duì)所述報(bào)文進(jìn)行校驗(yàn)；如果校驗(yàn)通過，則對(duì)報(bào)文進(jìn)行解析，提取其中的儀表地址，并以此為關(guān)鍵字，在已存儲(chǔ)的hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中搜索該關(guān)鍵字；如果存在該關(guān)鍵字，則根據(jù)提取得到的命令號(hào)，在搜索到的信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中找出其中保存的該命令對(duì)應(yīng)的最新信息，按照標(biāo)準(zhǔn)hart協(xié)議構(gòu)造響應(yīng)報(bào)文，并發(fā)送到上位機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)收取上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文后，網(wǎng)關(guān)對(duì)上位機(jī)組態(tài)發(fā)送的hart報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述校驗(yàn)的方法為:從hart報(bào)文的定界符開始到最后一位數(shù)據(jù)，按位進(jìn)行異或運(yùn)算，算出校驗(yàn)位。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述網(wǎng)關(guān)對(duì)各類儀表的命令進(jìn)行集合。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的基于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)的通用HART網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述hart儀表信息數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括輪詢地址、儀表地址和hart命令號(hào)； 所述輪詢地址和儀表地址作為一級(jí)索引，用于定位到該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； 所述hart命令號(hào)作為二級(jí)索引，用于定位到該hart儀表對(duì)應(yīng)的命令信息。
【文檔編號(hào)】H04L12/40GK103888328SQ201210556006
【公開日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月19日
【發(fā)明者】鄭軍, 曾鵬, 趙雪峰, 牛澤田, 徐洪垚 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所