一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化通信領(lǐng)域，特別涉及一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，包括處理器單元1、總線接口單元2、第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4，所述處理器單元1通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4分別相連，所述處理器單元1還通過(guò)信號(hào)線與總線接口單元2相連。本發(fā)明的裝置能夠完整地讓中低端嵌入式控制器以主站方式接入雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)，使得嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)全雙工通信并無(wú)需擔(dān)心雙主沖突，還能保持所有通信連接并行地存在。
【專利說(shuō)明】
_種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及工業(yè)自動(dòng)化通信領(lǐng)域，特別涉及一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)電機(jī)勵(lì)磁、發(fā)電機(jī)靜止變頻啟動(dòng)等高級(jí)工業(yè)控制應(yīng)用中，對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性要求非常高。這些工業(yè)控制器一般通過(guò)以太網(wǎng)和其他執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接在一起。為了保證整個(gè)控制系統(tǒng)有較高的可靠性，同時(shí)保證成本適中，一般采用雙以太網(wǎng)雙主站(簡(jiǎn)稱雙網(wǎng)雙主)冗余的解決方案。
[0003]如圖1所示，控制系統(tǒng)中包含2臺(tái)相同的控制器主站I和主站2，二者互為備用，實(shí)現(xiàn)控制器冗余。每臺(tái)控制器還同時(shí)連接到2個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)上，同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余?？刂葡到y(tǒng)中還包含從站I?從站N等若干從站設(shè)備，每個(gè)從站設(shè)備也是同時(shí)接入2個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)中。每個(gè)主站不僅要跟從站交互數(shù)據(jù)，獲取信息和發(fā)出命令，同時(shí)還要和另外一個(gè)主站交互數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)控制數(shù)據(jù)的備份和同步。同時(shí)還要處理來(lái)自兩個(gè)獨(dú)立以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)和異常情況?？梢钥闯觯髡镜木W(wǎng)絡(luò)通信任務(wù)非常復(fù)雜。
[0004]Modbus TCP是一種在工業(yè)控制領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)通信協(xié)議，數(shù)十萬(wàn)計(jì)的設(shè)備使用了該通信協(xié)議。在上述雙主雙以太網(wǎng)冗余的通信解決方案中，也可以使用，并且使整個(gè)控制系統(tǒng)具有良好的兼容性和可擴(kuò)展性。對(duì)于工業(yè)控制領(lǐng)域中的高端控制器，通常都帶有操作系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)通信功能，直接接入Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)并不困難。然而，隨著制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，降低工業(yè)控制器成本的要求也越來(lái)越明顯。目前市面上性價(jià)比較高的工業(yè)控制器均為中低端的嵌入式控制器，如基于單片機(jī)或者數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的控制器等等。這類中低端控制器的主要特征是價(jià)格低廉、軟件簡(jiǎn)單、不帶操作系統(tǒng)、不帶網(wǎng)絡(luò)接口。雖然這類中低端嵌入式控制器接入如RS232，RS485，CAN等現(xiàn)場(chǎng)總線并不困難，但由于硬件資源有限，要實(shí)現(xiàn)以太網(wǎng)的接入十分困難。如果還希望這類中低端嵌入式控制器作為主站接入雙以太網(wǎng)，同時(shí)構(gòu)成雙主站冗余的高可靠性控制系統(tǒng)，就異常困難。
[0005]傳統(tǒng)的解決中低端嵌入式控制器接入以太網(wǎng)的方式包括以下三種。
[0006]1.通過(guò)在板上中低端CPU上直接編程，采用一些輕量級(jí)的TCP/IP協(xié)議棧。該方案的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)需增加硬件成本，但缺點(diǎn)是輕量級(jí)的TCP/IP協(xié)議棧是簡(jiǎn)化的協(xié)議棧，一方面其功能較弱甚至不具備并發(fā)多連接的能力，難以滿足雙網(wǎng)雙主冗余的復(fù)雜應(yīng)用，另一方面簡(jiǎn)化的協(xié)議棧多為非商用版本，不能保證可靠性。
[0007]2.控制器通過(guò)外部現(xiàn)場(chǎng)總線轉(zhuǎn)Modbus TCP以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是中低端嵌入式控制器無(wú)需進(jìn)行軟件升級(jí)即可接入以太網(wǎng)。但缺點(diǎn)一方面是集成度低，要求控制系統(tǒng)中增設(shè)額外的設(shè)備，降低可靠性，另一方面是控制器與外部現(xiàn)場(chǎng)總線通信速率受限制，難以滿足高速大容量的雙網(wǎng)雙主通信應(yīng)用。
[0008]3.采用板載的串行總線如SPI/UART轉(zhuǎn)Modbus TCP以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)模塊。該方案的優(yōu)點(diǎn)是集成度高，中低端嵌入式控制器軟件改動(dòng)小。但缺點(diǎn)是現(xiàn)有報(bào)道產(chǎn)品功能過(guò)于簡(jiǎn)單，沒(méi)有針對(duì)雙網(wǎng)雙主冗余系統(tǒng)進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)?，F(xiàn)有報(bào)道產(chǎn)品而只針對(duì)了單網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)ModbusRTU到Modbus TCP的數(shù)據(jù)包的透明收發(fā)，且其網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)器/客戶端角色固定，雙主機(jī)同時(shí)在線時(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)問(wèn)題，無(wú)法滿足對(duì)雙網(wǎng)雙主絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]為克服上述傳統(tǒng)方案中的種種問(wèn)題，本發(fā)明提出一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，該裝置允許中低端嵌入式控制器以較低的成本和較高的可靠性以主站方式接入雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)。
[0010]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0011]一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:包括處理器單元1、總線接口單元2、第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4，所述處理器單元I通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4分別相連，所述處理器單元I還通過(guò)信號(hào)線與總線接口單元2相連。
[0012]第一以太網(wǎng)口單元3通過(guò)一組網(wǎng)線321連接到第一以太網(wǎng)323，第二以太網(wǎng)口單元4通過(guò)另一組網(wǎng)線322連接到第二以太網(wǎng)324，第一以太網(wǎng)323及第二以太網(wǎng)324上采用的通信協(xié)議為Modbus TCP協(xié)議，總線接口單元2通過(guò)總線33與本地嵌入式控制器34相連，本地嵌入式控制器34與網(wǎng)關(guān)裝置31之間應(yīng)用層的通信協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。
[0013]網(wǎng)關(guān)裝置軟件41在功能上位于多層模型的物理層、鏈路層、IP層以及TCP層，本地嵌入式控制器軟件42位于應(yīng)用層，網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)Modbus RTU方式與本地嵌入式控制器軟件42通信；網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)端的設(shè)備軟件43建立Modbus TCP連接;遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43對(duì)本地設(shè)備而言，也可以視為由應(yīng)用層的軟件431以及物理層、鏈路層、IP層以及TCP層的軟件432組成。
[0014]網(wǎng)關(guān)裝置軟件41將收到的本地嵌入式控制器軟件42的ModbusRTU數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus TCP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給相應(yīng)的遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43;同時(shí)將從遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43發(fā)來(lái)的Modbus TCP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus RTU數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給本地嵌入式控制器軟件42;對(duì)本地嵌入式控制器軟件42而言，整個(gè)通信過(guò)程就像是通過(guò)一條虛擬的MODBUS RTU現(xiàn)場(chǎng)總線在與遠(yuǎn)端的MODBUS RTU設(shè)備軟件431在通信。
[0015]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的軟件在結(jié)構(gòu)上具有以下特征:網(wǎng)關(guān)裝置的軟件41在功能上包括服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513和本地控制器通信模塊514;所述服務(wù)器模塊511用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站客戶端建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述主站客戶端模塊512用于與網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主站的服務(wù)器模塊建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述從站客戶端模塊513用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站服務(wù)器建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述本地控制器通信模塊514用于與本地嵌入式控制器通信進(jìn)行Modbus RTU通信;服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512和從站客戶端模塊513同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響;從站客戶端模塊513可以包含一個(gè)或多個(gè)客戶端副本，以便同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)從站服務(wù)器;本地控制器通信模塊514分別與服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，完成Modbus RTU到Modbus TCP的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0016]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的軟件模塊的對(duì)外數(shù)據(jù)的Modbus TCP連接關(guān)系具有以下特征:
(I)在該雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中，包括了兩個(gè)相同的主站(第一主站與第二主站)以及若干從站。對(duì)應(yīng)在軟件上，包括了運(yùn)行在第一主站上的主站軟件61，運(yùn)行在第二主站上的主站軟件62以及運(yùn)行在若干從站上的從站客戶端軟件63、運(yùn)行在若干從站上的從站服務(wù)器軟件64。主站軟件61在功能上由服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊612和從站客戶端模塊613組成。服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊612和從站客戶端模塊613同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響。主站軟件62與主站軟件61完全相同，在功能上也由服務(wù)器模塊621、主站客戶端模塊622和從站客戶端模塊623組成。
[0017](2)在第一主站與第二主站都正常運(yùn)行的情況下，第一主站的主站客戶端模塊612主動(dòng)建立與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))；同時(shí)，第二主站的主站客戶端模塊622也主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))；當(dāng)?shù)谝恢髡净虻诙髡竟收蠒r(shí)，第一主站、第二主站之間無(wú)通信需求；當(dāng)所故障主站恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，上述連接重新建立；由此可以使得雙主站互為熱備份，在任何一個(gè)主站故障的情況下，另一個(gè)主站依然能夠無(wú)縫地切入并繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)。
[0018](3)若干從站客戶端軟件63主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611、以及與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。
[0019](4)第一主站的從站客戶端模塊613、以及與第二主站的從站客戶端模塊623主動(dòng)建立與若干從站服務(wù)器軟件64的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。
[0020](5)上述的Modbus TCP連接關(guān)系同時(shí)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都存在，并且彼此獨(dú)立。
[0021]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置在應(yīng)用層即虛擬ModbusRTU總線上的數(shù)據(jù)連接關(guān)系具有以下特征:系統(tǒng)中包括第一主站71和第二主站72，以及N個(gè)從站731、732、…，73N。每個(gè)主站都包含4個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)，每個(gè)從站都包含2個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)。所有虛擬Modbus RTU站號(hào)在I?255之間進(jìn)行統(tǒng)一編址;虛擬Modbus RTU站號(hào)與數(shù)據(jù)連接(751，752至75k)—一對(duì)應(yīng);第一主站71和第二主站72以及N個(gè)從站均通過(guò)數(shù)據(jù)連接接入到虛擬Modbus RTU總線4，共計(jì)建立起k=8+2N個(gè)數(shù)據(jù)連接;虛擬Modbus RTU總線4上的設(shè)備沒(méi)有主從之分。
[0022]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置在應(yīng)用層即虛擬ModbusRTU站號(hào)與IP地址之間的映射關(guān)系具有以下特征:
(I)第一主站71的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，這兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段為網(wǎng)段I和網(wǎng)段2;第一主站71在網(wǎng)段I上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，S卩IP11。第一主站71在網(wǎng)段2上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，即IP21。
[0023](2)第一主站71在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNolI。
[0024](3)第一主站71在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNol2。
[0025](4)第一主站71在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo21。
[0026](5)第一主站71在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo22。
[0027](6)第二主站72的軟件與第一主站71相同，映射也遵循相同的映射規(guī)則。
[0028](7)其余若干從站也是通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，在每個(gè)網(wǎng)段上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址。每個(gè)從站僅作為客戶端或者服務(wù)器的一種在以太網(wǎng)上進(jìn)行通信。無(wú)論是作為客戶端還是服務(wù)器，每個(gè)從站的每個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的虛擬Modbus RTU總線站號(hào)。
[0029]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
1、功能完備。本發(fā)明的裝置能夠完整地讓中低端嵌入式控制器以主站方式接入雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)，使得嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)全雙工通信并無(wú)需擔(dān)心雙主沖突，還能保持所有通信連接并行地存在。
[0030]2、集成度高，性能高。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置采用載板方式，通過(guò)并行或串行總線與中低端嵌入式控制器接口，集成度更高。同時(shí)載板方式也使得中低端嵌入式控制器能夠以很高的通信速率參與網(wǎng)絡(luò)通信，滿足高性能的雙網(wǎng)雙主冗余通信性能要求。
[0031]3、可靠性好。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置獨(dú)立于中低端嵌入式控制器，能夠?qū)Ｗ⒂诰W(wǎng)絡(luò)通信功能，網(wǎng)關(guān)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入功能，從而保證更高的可靠性。
[0032]4、使控制器開(kāi)發(fā)成本低，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置與中低端嵌入式控制器之間的通信采用Modbus RTU方式，使得中低端嵌入式控制器的軟件開(kāi)發(fā)成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0033]圖1是雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)的典型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
[0034]圖2是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0035]圖3是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例與本地嵌入式控制器及網(wǎng)絡(luò)的連接示意圖。
[0036]圖4是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件功能多層模型。
[0037]圖5是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖6是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件在雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中的Modbus TCP數(shù)據(jù)連接關(guān)系示意圖。
[0039]圖7是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件在雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中的虛擬Modbus RTU總線上的數(shù)據(jù)連接關(guān)系示意圖。
[0040]圖8是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的Modbus站號(hào)/IP地址映射方式示例。
[0041 ]圖9是本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的另一種實(shí)施例的Modbus站號(hào)/IP地址映射方式示例。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 實(shí)施例1一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置包括處理器單元1、總線接口單元
2、第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4，所述處理器單元I通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4分別相連，所述處理器單元I還通過(guò)信號(hào)線與總線接口單元2相連。本發(fā)明的裝置能夠完整地讓中低端嵌入式控制器以主站方式接入雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)，使得嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)全雙工通信并無(wú)需擔(dān)心雙主沖突，還能保持所有通信連接并行地存在。
[0043]實(shí)施例2
一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置包括處理器單元1、總線接口單元
2、第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4，所述處理器單元I通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4分別相連，所述處理器單元I還通過(guò)信號(hào)線與總線接口單元2相連。
[0044]第一以太網(wǎng)口單元3通過(guò)一組網(wǎng)線321連接到第一以太網(wǎng)323，第二以太網(wǎng)口單元4通過(guò)另一組網(wǎng)線322連接到第二以太網(wǎng)324，第一以太網(wǎng)323及第二以太網(wǎng)324上采用的通信協(xié)議為Modbus TCP協(xié)議，總線接口單元2通過(guò)總線33與本地嵌入式控制器34相連，本地嵌入式控制器34與網(wǎng)關(guān)裝置31之間應(yīng)用層的通信協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。
[0045]網(wǎng)關(guān)裝置軟件41在功能上位于多層模型的物理層、鏈路層、IP層以及TCP層，本地嵌入式控制器軟件42位于應(yīng)用層，網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)Modbus RTU方式與本地嵌入式控制器軟件42通信；網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)端的設(shè)備軟件43建立Modbus TCP連接;遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43對(duì)本地設(shè)備而言，也可以視為由應(yīng)用層的軟件431以及物理層、鏈路層、IP層以及TCP層的軟件432組成。
[0046]網(wǎng)關(guān)裝置軟件41將收到的本地嵌入式控制器軟件42的ModbusRTU數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus TCP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給相應(yīng)的遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43;同時(shí)將從遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43發(fā)來(lái)的Modbus TCP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus RTU數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給本地嵌入式控制器軟件42;對(duì)本地嵌入式控制器軟件42而言，整個(gè)通信過(guò)程就像是通過(guò)一條虛擬的MODBUS RTU現(xiàn)場(chǎng)總線在與遠(yuǎn)端的MODBUS RTU設(shè)備軟件431在通信。
[0047]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的軟件在結(jié)構(gòu)上具有以下特征:網(wǎng)關(guān)裝置的軟件41在功能上包括服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513和本地控制器通信模塊514;所述服務(wù)器模塊511用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站客戶端建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述主站客戶端模塊512用于與網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主站的服務(wù)器模塊建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述從站客戶端模塊513用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站服務(wù)器建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述本地控制器通信模塊514用于與本地嵌入式控制器通信進(jìn)行Modbus RTU通信;服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512和從站客戶端模塊513同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響;從站客戶端模塊513可以包含一個(gè)或多個(gè)客戶端副本，以便同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)從站服務(wù)器;本地控制器通信模塊514分別與服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，完成Modbus RTU到Modbus TCP的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0048]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的軟件模塊的對(duì)外數(shù)據(jù)的Modbus TCP連接關(guān)系具有以下特征:
在該雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中，包括了兩個(gè)相同的主站(第一主站與第二主站)以及若干從站。對(duì)應(yīng)在軟件上，包括了運(yùn)行在第一主站上的主站軟件61，運(yùn)行在第二主站上的主站軟件62以及運(yùn)行在若干從站上的從站客戶端軟件63、運(yùn)行在若干從站上的從站服務(wù)器軟件64。主站軟件61在功能上由服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊612和從站客戶端模塊613組成。服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊612和從站客戶端模塊613同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響。主站軟件62與主站軟件61完全相同，在功能上也由服務(wù)器模塊621、主站客戶端模塊622和從站客戶端模塊623組成。
[0049]在第一主站與第二主站都正常運(yùn)行的情況下，第一主站的主站客戶端模塊612主動(dòng)建立與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))；同時(shí)，第二主站的主站客戶端模塊622也主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))；當(dāng)?shù)谝恢髡净虻诙髡竟收蠒r(shí)，第一主站、第二主站之間無(wú)通信需求；當(dāng)所故障主站恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，上述連接重新建立；由此可以使得雙主站互為熱備份，在任何一個(gè)主站故障的情況下，另一個(gè)主站依然能夠無(wú)縫地切入并繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)。
[0050]若干從站客戶端軟件63主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611、以及與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。
[0051 ]第一主站的從站客戶端模塊613、以及與第二主站的從站客戶端模塊623主動(dòng)建立與若干從站服務(wù)器軟件64的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。
[0052]上述的Modbus TCP連接關(guān)系同時(shí)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都存在，并且彼此獨(dú)立。
[0053]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置在應(yīng)用層即虛擬ModbusRTU總線上的數(shù)據(jù)連接關(guān)系具有以下特征:系統(tǒng)中包括第一主站71和第二主站72，以及N個(gè)從站731、732、…，73N。每個(gè)主站都包含4個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)，每個(gè)從站都包含2個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)。所有虛擬Modbus RTU站號(hào)在I?255之間進(jìn)行統(tǒng)一編址;虛擬Modbus RTU站號(hào)與數(shù)據(jù)連接(751，752至75k)—一對(duì)應(yīng);第一主站71和第二主站72以及N個(gè)從站均通過(guò)數(shù)據(jù)連接接入到虛擬Modbus RTU總線4，共計(jì)建立起k=8+2N個(gè)數(shù)據(jù)連接;虛擬Modbus RTU總線4上的設(shè)備沒(méi)有主從之分。
[0054]本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置在應(yīng)用層即虛擬ModbusRTU站號(hào)與IP地址之間的映射關(guān)系具有以下特征:
第一主站71的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，這兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段為網(wǎng)段I和網(wǎng)段2;第一主站71在網(wǎng)段I上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，S卩IPll。第一主站71在網(wǎng)段2上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，即IP21。
[0055]第一主站71在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNolI。
[0056]第一主站71在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNol2。
[0057]第一主站71在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo21。
[0058]第一主站71在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo22。
[0059]第二主站72的軟件與第一主站71相同，映射也遵循相同的映射規(guī)則。
[0060]其余若干從站也是通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，在每個(gè)網(wǎng)段上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址。每個(gè)從站僅作為客戶端或者服務(wù)器的一種在以太網(wǎng)上進(jìn)行通信。無(wú)論是作為客戶端還是服務(wù)器，每個(gè)從站的每個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的虛擬ModbusRTU總線站號(hào)。
[0061]本發(fā)明的功能完備。本發(fā)明的裝置能夠完整地讓中低端嵌入式控制器以主站方式接入雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus TCP網(wǎng)絡(luò)，使得嵌入式控制器實(shí)現(xiàn)全雙工通信并無(wú)需擔(dān)心雙主沖突，還能保持所有通信連接并行地存在。
[0062]集成度高，性能高。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置采用載板方式，通過(guò)并行或串行總線與中低端嵌入式控制器接口，集成度更高。同時(shí)載板方式也使得中低端嵌入式控制器能夠以很高的通信速率參與網(wǎng)絡(luò)通信，滿足高性能的雙網(wǎng)雙主冗余通信性能要求。
[0063]可靠性好。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置獨(dú)立于中低端嵌入式控制器，能夠?qū)Ｗ⒂诰W(wǎng)絡(luò)通信功能，網(wǎng)關(guān)裝置采用標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)接入功能，從而保證更高的可靠性。
[0064]使控制器開(kāi)發(fā)成本低，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置與中低端嵌入式控制器之間的通信采用Modbus RTU方式，使得中低端嵌入式控制器的軟件開(kāi)發(fā)成本低，易于實(shí)現(xiàn)。
[0065]實(shí)施例3
如圖2所示。本發(fā)明一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置由處理器單元
1、總線接口單元2、第一以太網(wǎng)口單元3、第二以太網(wǎng)口單元4組成。處理器單元I是本裝置的核心，由它上面運(yùn)行的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)Modbus RTU與Modbus TCP協(xié)議間的轉(zhuǎn)換。處理器單元I通常包括了最核心的數(shù)字信號(hào)處理芯片及其必須的外設(shè)如電源等。處理器單元I中的數(shù)字信號(hào)處理芯片通常要擅于進(jìn)行較為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)通信，如ARM系列芯片等。總線接口單元2通常由板上總線接口芯片及其周邊電路組成。總線接口單元2可以是典型的串行總線(UART、SPI)接口等，也可以是并行總線接口。第一以太網(wǎng)口單元3和以太網(wǎng)網(wǎng)口單元2是完全相同但彼此獨(dú)立的模塊。以太網(wǎng)口單元通常由以太網(wǎng)的物理層接口芯片和網(wǎng)口接口電路組成，但也有以太網(wǎng)的物理層接口芯片集成到處理器單元I的情況，這時(shí)以太網(wǎng)口單元就只包含網(wǎng)口的接口電路。處理器單元I一方面通過(guò)板上獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元3和2分別相連，以此保證雙網(wǎng)絡(luò)的完全獨(dú)立性，另一方面通過(guò)板上信號(hào)線與總線接口單元2相連。
[0066]如圖3所示。本發(fā)明一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置31的第一以太網(wǎng)口單元3通過(guò)一組網(wǎng)線321連接到第一以太網(wǎng)323，第二以太網(wǎng)口單元4通過(guò)另一組網(wǎng)線322連接到第二以太網(wǎng)324。第一以太網(wǎng)323及第二以太網(wǎng)324上采用的通信協(xié)議為ModbusTCP協(xié)議。第一以太網(wǎng)口單元3和第二以太網(wǎng)口單元4獨(dú)立工作，互不影響。第一以太網(wǎng)口單元3相關(guān)的通信故障對(duì)第二以太網(wǎng)口單元4沒(méi)有影響，反之亦然，如此使得本發(fā)明裝置具有支持雙網(wǎng)絡(luò)冗余的能力。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置31的總線接口單元2通過(guò)總線33與本地嵌入式控制器34相連，本地嵌入式控制器34與本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置31之間應(yīng)用層的通信協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。值得指出，板上總線在物理層上可以是典型的串行總線，如UART、SP1、IIC等，也可以是并行總線，如地址數(shù)據(jù)總線等。但無(wú)論物理層實(shí)現(xiàn)如何，本地嵌入式控制器與本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)之間的應(yīng)用層通信協(xié)議為Modbus RTU協(xié)議。
[0067]如圖4所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件功能用多層模型來(lái)描述。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置軟件41在功能上位于多層模型的物理層、鏈路層、IP層以及TCP層。本地嵌入式控制器軟件42位于應(yīng)用層。本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)Modbus RTU方式與本地嵌入式控制器軟件42通信。同時(shí)，本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置軟件41通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)端的設(shè)備軟件43建立Modbus TCP連接。遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43對(duì)本地設(shè)備而言，也可以視為由應(yīng)用層的軟件431以及物理層、鏈路層、IP層以及TCP層的軟件432組成。
[0068]通過(guò)本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置軟件41將收到的本地嵌入式控制器軟件42的ModbusRTU數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus TCP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給相應(yīng)的遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43;同時(shí)將從遠(yuǎn)端設(shè)備軟件43發(fā)來(lái)的Modbus TCP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus RTU數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給本地嵌入式控制器軟件42。對(duì)本地嵌入式控制器軟件42而言，底層的網(wǎng)絡(luò)通信過(guò)程完全透明，整個(gè)通信過(guò)程就像是通過(guò)一條虛擬的MODBUS RTU現(xiàn)場(chǎng)總線在與遠(yuǎn)端的MODBUS RTU設(shè)備軟件431在通信。而這對(duì)于本地嵌入式控制器的通信軟件開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)非常直觀和方便。
[0069]如圖5所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例的軟件41在功能上由服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513和本地控制器通信模塊514組成。其中服務(wù)器模塊511用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站客戶端建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù)。主站客戶端模塊512用于與網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主站的服務(wù)器模塊建立ModbusTCP連接和交互數(shù)據(jù)。從站客戶端模塊513用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站服務(wù)器建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù)。本地控制器通信模塊514用于與本地嵌入式控制器通信進(jìn)行Modbus RTU通信。服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512和從站客戶端模塊513同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響，例如它們運(yùn)行在操作系統(tǒng)獨(dú)立的線程或者進(jìn)程中。從站客戶端模塊513可以包含一個(gè)或多個(gè)客戶端副本，以便同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)從站服務(wù)器。本地控制器通信模塊514分別與服務(wù)器模塊511、主站客戶端模塊512、從站客戶端模塊513進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，完成ModbusRTU到Modbus TCP的協(xié)議轉(zhuǎn)換。
[0070]如圖6所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例示意了在雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中，本發(fā)明網(wǎng)關(guān)裝置的軟件模塊的對(duì)外數(shù)據(jù)的Modbus TCP連接關(guān)系。在該雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中，包括了兩個(gè)相同的主站(第一主站與第二主站)以及若干從站。對(duì)應(yīng)在軟件上，包括了運(yùn)行在第一主站上的主站軟件61，運(yùn)行在第二主站上的主站軟件62以及運(yùn)行在若干從站上的從站客戶端軟件63、運(yùn)行在若干從站上的從站服務(wù)器軟件64。主站軟件61在功能上由服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊512和從站客戶端模塊513組成。服務(wù)器模塊611、主站客戶端模塊512和從站客戶端模塊513同時(shí)存在，并彼此獨(dú)立，互不影響。主站軟件62與主站軟件61完全相同，在功能上也由服務(wù)器模塊621、主站客戶端模塊622和從站客戶端模塊623組成。
[0071]在第一主站與第二主站都正常運(yùn)行的情況下，第一主站的主站客戶端模塊612主動(dòng)建立與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))；同時(shí)，第二主站的主站客戶端模塊622也主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)(例如備份控制數(shù)據(jù))。當(dāng)?shù)谝恢髡净虻诙髡竟收蠒r(shí)，第一主站、第二主站之間無(wú)通信需求。當(dāng)所故障主站恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，上述連接重新建立。由此可以使得雙主站互為熱備份，在任何一個(gè)主站故障的情況下，另一個(gè)主站依然能夠無(wú)縫地切入并繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)，進(jìn)而提高整個(gè)控制系統(tǒng)的可靠性。
[0072]若干從站客戶端軟件63主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊611、以及與第二主站的服務(wù)器模塊621的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。這使得第一主站、第二主站能夠響應(yīng)從站客戶端的一些操作指令、并回傳反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0073]第一主站的從站客戶端模塊613、以及與第二主站的從站客戶端模塊623主動(dòng)建立與若干從站服務(wù)器軟件64的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換。這使得第一主站、第二主站能夠?qū)Ω鱾€(gè)從站下發(fā)一些操作指令、并獲得其反饋的狀態(tài)數(shù)據(jù)。
[0074]上述的Modbus TCP連接關(guān)系同時(shí)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都存在，并且彼此獨(dú)立。
[0075]如圖7所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置在應(yīng)用層即虛擬Modbus RTU總線上的數(shù)據(jù)連接關(guān)系。系統(tǒng)中包括第一主站71和第二主站72，以及N個(gè)從站731、732、...，73Ν。每個(gè)主站都包含4個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)，每個(gè)從站都包含2個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào)。所有虛擬Modbus RTU站號(hào)在I?255之間進(jìn)行統(tǒng)一編址。虛擬Modbus RTU站號(hào)與數(shù)據(jù)連接(751，752至75k)——對(duì)應(yīng)。第一主站71和第二主站72以及N個(gè)從站均通過(guò)數(shù)據(jù)連接接入到虛擬Modbus RTU總線4，共計(jì)建立起k=8+2N個(gè)數(shù)據(jù)連接。虛擬Modbus RTU總線4上的設(shè)備沒(méi)有主從之分，這與標(biāo)準(zhǔn)的Modbus RTU總線不同。本發(fā)明網(wǎng)關(guān)的這一設(shè)計(jì)使得所有本地嵌入式控制器都可以同時(shí)發(fā)起虛擬Modbus RTU通信，并且不必?fù)?dān)心會(huì)發(fā)生雙主機(jī)沖突問(wèn)題。
[0076]如圖8所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例在虛擬Modbus RTU站號(hào)與IP地址之間建立映射關(guān)系。該映射關(guān)系保存在本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置的內(nèi)部軟件中。接入雙網(wǎng)雙主系統(tǒng)的主站設(shè)備的虛擬Modbus RTU站號(hào)與IP地址之間的映射關(guān)系按照以下規(guī)則來(lái)設(shè)計(jì):
(I)第一主站71的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，這兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段為網(wǎng)段I和網(wǎng)段2。第一主站71在網(wǎng)段I上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，S卩IP11。第一主站71在網(wǎng)段2上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，即IP21。
[0077](2)第一主站71在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNolI。
[0078](3)第一主站71在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNol2。
[0079](4)第一主站71在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo21。
[0080](5)第一主站71在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo22。
[0081](6)第二主站72的軟件與第一主站71相同，映射也遵循相同的映射規(guī)則。
[0082](7)其余若干從站也是通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，在每個(gè)網(wǎng)段上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址。每個(gè)從站僅作為客戶端或者服務(wù)器的一種在以太網(wǎng)上進(jìn)行通信。無(wú)論是作為客戶端還是服務(wù)器，每個(gè)從站的每個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的虛擬Modbus RTU總線站號(hào)。
[0083]如圖9所示。本發(fā)明支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置的一種實(shí)施例在虛擬Modbus RTU站號(hào)與IP地址之間建立映射關(guān)系。該映射關(guān)系保存在本發(fā)明的網(wǎng)關(guān)裝置的內(nèi)部軟件中。該實(shí)施例中接入雙網(wǎng)雙主系統(tǒng)的主站設(shè)備的虛擬Modbus RTU站號(hào)與IP地址之間的映射關(guān)系設(shè)計(jì)如下:
(I)第一主站71的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，這兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段為網(wǎng)段I和網(wǎng)段2。第一主站71在網(wǎng)段I上的IP為192.168.1.1，在網(wǎng)段2上的IP為192.168.2.1ο
[0084](2)第一主站71在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為I。第一主站71在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為2。
[0085](3)第一主站71在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為21。第一主站71在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為22。
[0086](4)第二主站72的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上。第二主站72在網(wǎng)段I上的IP為192.168.1.3，在網(wǎng)段2上的IP為192.168.2.3。
[0087](5)第二主站72在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為3。第一主站71在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為4。
[0088](6)第二主站72在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為23。第一主站71在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為24。
[0089](7)第一從站731在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.1.5，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為5。在網(wǎng)段2上為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.2.5，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為25。
[0090](8)第二從站732在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.1.6，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為6。在網(wǎng)段2上為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.2.6，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為26。
[0091](9)第三從站733在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信，IP為192.168.1.7，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為7。在網(wǎng)段2上為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.2.7，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為27。
[0092](10)第四從站734在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信，IP為192.168.1.8，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為8。在網(wǎng)段2上為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.2.8，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為28。
[0093](11)第五從站735在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信，IP為192.168.1.9，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為9。在網(wǎng)段2上為客戶端進(jìn)行通信，IP為192.168.2.9，對(duì)應(yīng)在虛擬Modbus RTU總線上的站號(hào)為29。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的Modbus RTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:包括處理器單元(I)、總線接口單元(2)、第一以太網(wǎng)口單元(3)和第二以太網(wǎng)口單元(4)，所述處理器單元(I)通過(guò)獨(dú)立的信號(hào)線與第一以太網(wǎng)口單元(3)和第二以太網(wǎng)口單元(4)分別相連，所述處理器單元(I)還通過(guò)信號(hào)線與總線接口單元(2)相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:第一以太網(wǎng)口單元(3)通過(guò)一組網(wǎng)線(321)連接到第一以太網(wǎng)(323)，第二以太網(wǎng)口單元(4)通過(guò)另一組網(wǎng)線(322)連接到第二以太網(wǎng)(324)，第一以太網(wǎng)(323)及第二以太網(wǎng)(324)上采用的通信協(xié)議為Modbus TCP協(xié)議，總線接口單元(2)通過(guò)總線(33)與本地嵌入式控制器(34)相連，本地嵌入式控制器(34)與網(wǎng)關(guān)裝置(31)之間應(yīng)用層的通信協(xié)議為ModbusRTU協(xié)議。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:還包括網(wǎng)關(guān)裝置軟件(41)，所述網(wǎng)關(guān)裝置軟件(41)在功能上位于多層模型的物理層、鏈路層、IP層以及TCP層，本地嵌入式控制器軟件(42)位于應(yīng)用層，網(wǎng)關(guān)裝置軟件(41)通過(guò)Modbus RTU方式與本地嵌入式控制器軟件(42)通信；網(wǎng)關(guān)裝置軟件(41)通過(guò)以太網(wǎng)與網(wǎng)絡(luò)上遠(yuǎn)端的設(shè)備軟件(43)建立Modbus TCP連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:網(wǎng)關(guān)裝置軟件(41)將收到的本地嵌入式控制器軟件(42)的Modbus RTU數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus TCP數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給相應(yīng)的遠(yuǎn)端設(shè)備軟件(43);同時(shí)將從遠(yuǎn)端設(shè)備軟件(43)發(fā)來(lái)的Modbus TCP數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換為Modbus RTU數(shù)據(jù)包，并發(fā)送給本地嵌入式控制器軟件(42)。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:軟件為網(wǎng)關(guān)裝置的軟件(41)在功能上包括服務(wù)器模塊(511)、主站客戶端模塊(512)、從站客戶端模塊(513)和本地控制器通信模塊(514);所述服務(wù)器模塊(511)用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站客戶端建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述主站客戶端模塊(512)用于與網(wǎng)絡(luò)上的另一個(gè)主站的服務(wù)器模塊建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述從站客戶端模塊(513)用于與網(wǎng)絡(luò)上的從站服務(wù)器建立Modbus TCP連接和交互數(shù)據(jù);所述本地控制器通信模塊(514)用于與本地嵌入式控制器通信進(jìn)行Modbus RTU通信;服務(wù)器模塊(511)、主站客戶端模塊(512)和從站客戶端模塊(513)同時(shí)存在;從站客戶端模塊(513)包含一個(gè)或多個(gè)客戶端副本，以便同時(shí)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)上的多個(gè)從站服務(wù)器;本地控制器通信模塊(514)分別與服務(wù)器模塊(511)、主站客戶端模塊(512)、從站客戶端模塊(513 )進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交互，完成ModbusRTU到Modbus TCP的協(xié)議轉(zhuǎn)換。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:網(wǎng)關(guān)裝置的軟件(41)的對(duì)外數(shù)據(jù)的Modbus TCP連接關(guān)系具有以下特征:在該雙網(wǎng)雙主控制系統(tǒng)中，包括了兩個(gè)相同的第一主站和第二主站以及若干從站;對(duì)應(yīng)在軟件上，包括了運(yùn)行在第一主站上的主站軟件(61)，運(yùn)行在第二主站上的主站軟件(62)以及運(yùn)行在若干從站上的從站客戶端軟件(63)、運(yùn)行在若干從站上的從站服務(wù)器軟件(64);主站軟件(61)在功能上包括服務(wù)器模塊(611)、主站客戶端模塊(612)和從站客戶端模塊(613);服務(wù)器模塊(611)、主站客戶端模塊(612)和從站客戶端模塊(613)同時(shí)存在;主站軟件(62)與主站軟件(61)完全相同，在功能上也包括服務(wù)器模塊(621)、主站客戶端模塊(622)和從站客戶端模塊(623)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:在第一主站與第二主站都正常運(yùn)行的情況下，第一主站的主站客戶端模塊(612)主動(dòng)建立與第二主站的服務(wù)器模塊(621)的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)；同時(shí)，第二主站的主站客戶端模塊(622)也主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊(611)的連接，二者可雙向交換數(shù)據(jù)；當(dāng)?shù)谝恢髡净虻诙髡竟收蠒r(shí)，第一主站、第二主站之間無(wú)通信需求；當(dāng)所故障主站恢復(fù)運(yùn)行時(shí)，上述連接重新建立；由此可以使得雙主站互為熱備份，在任何一個(gè)主站故障的情況下，另一個(gè)主站依然能夠無(wú)縫地切入并繼續(xù)執(zhí)行控制任務(wù)； 若干從站客戶端軟件(63)主動(dòng)建立與第一主站的服務(wù)器模塊(611)、以及與第二主站的服務(wù)器模塊(621)的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換； 第一主站的從站客戶端模塊(613)、以及與第二主站的從站客戶端模塊(623)主動(dòng)建立與若干從站服務(wù)器軟件(64)的連接，并且進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換； 上述的Modbus TCP連接關(guān)系同時(shí)在兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)中都存在，并且彼此獨(dú)立。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:在應(yīng)用層即虛擬Modbus RTU總線上的數(shù)據(jù)連接關(guān)系具有以下特征:系統(tǒng)中包括第一主站(71)和第二主站(72)，以及N個(gè)從站(731、732、...，73Ν;每個(gè)主站都包含4個(gè)虛擬ModbusRTU站號(hào)，每個(gè)從站都包含2個(gè)虛擬Modbus RTU站號(hào);所有虛擬Modbus RTU站號(hào)在I?255之間進(jìn)行統(tǒng)一編址;虛擬Modbus RTU站號(hào)與數(shù)據(jù)連接(751、752、."75k)——對(duì)應(yīng);第一主站(71)和第二主站(72)以及N個(gè)從站均通過(guò)數(shù)據(jù)連接接入到虛擬Modbus RTU總線(4)，共計(jì)建立起k=8+2N個(gè)數(shù)據(jù)連接;虛擬Modbus RTU總線(4)上的設(shè)備沒(méi)有主從之分。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:在應(yīng)用層即虛擬Modbus RTU站號(hào)與IP地址之間的映射關(guān)系具有以下特征:第一主站(71)的網(wǎng)關(guān)裝置通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，這兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段為網(wǎng)段I和網(wǎng)段2;第一主站(71)在網(wǎng)段I上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，S卩IPll; 第一主站(71)在網(wǎng)段2上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址，S卩IP21; 第一主站(71)在網(wǎng)段I上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬ModbusRTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNol I; 第一主站(71)在網(wǎng)段I上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬ModbusRTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNol2; 第一主站(71)在網(wǎng)段2上作為客戶端進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬ModbusRTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo21 ； 第一主站(71)在網(wǎng)段2上作為服務(wù)器進(jìn)行通信時(shí)，其本地嵌入式控制器在虛擬ModbusRTU總線上有且僅有一個(gè)唯一的站號(hào)StNo22 ； 第二主站(72 )的軟件與第一主站(71)相同，映射也遵循相同的映射規(guī)則。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種支持雙網(wǎng)雙主冗余的ModbusRTU/TCP網(wǎng)關(guān)裝置，其特征在于:其余若干從站通過(guò)兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)口連接到網(wǎng)段I和網(wǎng)段2上，在每個(gè)網(wǎng)段上有且僅有一個(gè)唯一的IP地址;每個(gè)從站僅作為客戶端或者服務(wù)器的一種在以太網(wǎng)上進(jìn)行通信；無(wú)論是作為客戶端還是服務(wù)器，每個(gè)從站的每個(gè)IP地址對(duì)應(yīng)一個(gè)唯一的虛擬Modbus RTU總線站號(hào)。
【文檔編號(hào)】H04L12/24GK105897574SQ201610359185
【公開(kāi)日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年5月27日
【發(fā)明人】周宏林, 凌樂(lè), 劉靜波
【申請(qǐng)人】中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司