一種基于iec60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的plc通信模塊的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[00011 本發(fā)明涉及工業(yè)通信領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種基于IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的PLC 通信模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] IEC60870-5-104規(guī)約是由國(guó)際電工委員會(huì)（IEC)于1998年8月制定，我國(guó)于2002年 也制定了相應(yīng)的配套標(biāo)準(zhǔn)DL/T634.5104-2002。它是基于現(xiàn)代電子技術(shù)和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)， 應(yīng)用遠(yuǎn)程通信技術(shù)，對(duì)在遠(yuǎn)方變電站或者電廠的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視和控制，主要實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程測(cè) 量、遠(yuǎn)程信號(hào)、遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)的各項(xiàng)功能。該規(guī)約目前在電力領(lǐng)域已經(jīng)得到了比較廣 泛的應(yīng)用。
[0003] 當(dāng)前，中國(guó)經(jīng)濟(jì)進(jìn)入新的發(fā)展階段。美國(guó)正致力于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)，德國(guó)積極推進(jìn) 工業(yè)4.0,我國(guó)提出"中國(guó)制造2025"、"互聯(lián)網(wǎng)+"等發(fā)展理念。所有這些新需求的基礎(chǔ)都離不 開網(wǎng)絡(luò)化控制領(lǐng)域的技術(shù)和產(chǎn)品。在工業(yè)控制領(lǐng)域，PLC憑借它功能強(qiáng)大、應(yīng)用簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn) 越來(lái)越受到大家的歡迎，又因?yàn)镮EC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約具有可靠性高、實(shí)時(shí)性好、數(shù)據(jù)流 量充足、支持網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)戎T多優(yōu)點(diǎn)，基于該規(guī)約的PLC通信模塊將在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域發(fā)揮重 要作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的PLC通信 模塊，用于對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，尤其是設(shè)備分布較廣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的采集、處理和控制。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種基于IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的PLC通信模塊，包括規(guī)約邏輯控制器通過以 太網(wǎng)端口與IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約主站連接，通過socket通信技術(shù)進(jìn)行通信，接收到 IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約主站數(shù)據(jù)指令后進(jìn)行解析；
[0007] 規(guī)約邏輯控制器連接模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，將解析后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)；
[0008] 數(shù)據(jù)鏡像連接模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，將模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)中的數(shù)據(jù)與PLC控制器中的緩 沖區(qū)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。
[0009] 所述模塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)包括存儲(chǔ)輸入?yún)^(qū)和存儲(chǔ)輸出區(qū)；
[0010]所述數(shù)據(jù)鏡像包括輸入數(shù)據(jù)鏡像和輸出數(shù)據(jù)鏡像；
[0011] 所述緩沖區(qū)包括輸入緩沖區(qū)和輸出緩沖區(qū)。
[0012] 所述存儲(chǔ)輸入?yún)^(qū)通過輸入數(shù)據(jù)鏡像與PLC的輸入緩沖區(qū)，根據(jù)地址偏移量進(jìn)行對(duì) 應(yīng)；
[0013] PLC的輸入緩沖區(qū)還連接PLC的狀態(tài)信息存儲(chǔ)區(qū)和輸入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，分別進(jìn)行狀態(tài) 信息和輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；
[0014] 所述存儲(chǔ)輸出區(qū)通過輸出數(shù)據(jù)鏡像與PLC的輸出緩沖區(qū)，根據(jù)地址偏移量進(jìn)行對(duì) 應(yīng)；
[0015] PLC的輸出緩沖區(qū)還連接PLC的輸出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，讀取輸出數(shù)據(jù)。
[0016] 所述對(duì)應(yīng)過程為通過配置工具和PLC組態(tài)軟件將需求的數(shù)據(jù)類型和點(diǎn)號(hào)配置生成 JS0N文件，所述模塊讀取該JS0N文件，配置系統(tǒng)參數(shù)，并完成模塊與PLC數(shù)據(jù)地址的對(duì)應(yīng)。 [0017] 所述模塊包括ARM7內(nèi)核的嵌入式控制器AT91M40800和10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)控制 器LAN9218i-MT。
[0018] 模塊通過104規(guī)約主邏輯線程，實(shí)現(xiàn)IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約，滿足可靠性通訊、 傳輸控制、連接有效性監(jiān)測(cè)的要求。
[0019] 所述模塊采用嵌入式實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度。
[0020] 本發(fā)明具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)：
[0021] 1.可以對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)分布較廣的設(shè)備進(jìn)行控制。IEC60870-5-104規(guī)約是遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約， 最早用于電力系統(tǒng)，是對(duì)分布較廣的變電站進(jìn)行監(jiān)視和控制的規(guī)約，該規(guī)約用在工業(yè)領(lǐng)域， 可以監(jiān)視和控制分布較廣的設(shè)備。
[0022] 2.系統(tǒng)獨(dú)立。本發(fā)明作為PLC的擴(kuò)展模塊，具有獨(dú)立的硬件平臺(tái)與操作系統(tǒng)，不干 擾PLC的正常運(yùn)行。
[0023] 3.通訊穩(wěn)定。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的可靠性通訊要求，同時(shí)，增 加了系統(tǒng)狀態(tài)信息反饋，錯(cuò)誤修復(fù)等功能。
[0024] 4.互操作性強(qiáng)。本發(fā)明在設(shè)計(jì)時(shí)開發(fā)了配置工具，可以針對(duì)不同主站設(shè)備、不同應(yīng) 用環(huán)境，進(jìn)行系統(tǒng)參數(shù)的配置。
[0025] 5.可靠性高。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了 IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約中對(duì)可靠性的要求，同時(shí)，設(shè) 計(jì)增加了系統(tǒng)狀態(tài)信息反饋，錯(cuò)誤修復(fù)等功能。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1是本發(fā)明的總體架構(gòu)圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖3是本發(fā)明的網(wǎng)絡(luò)線程狀態(tài)機(jī)圖；
[0029] 圖4是本發(fā)明的104規(guī)約主邏輯狀態(tài)機(jī)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 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(shuō)明。
[0031] 本發(fā)明通過設(shè)計(jì)了一種基于IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的PLC通信模塊，解決了 IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約在工業(yè)通信領(lǐng)域的應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案 如下：
[0032]本發(fā)明涉及以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：
[0033] (1)如圖1所示為本發(fā)明的總體架構(gòu)圖，硬件平臺(tái)主要由ARM7內(nèi)核的AT91M40800作 為系統(tǒng)的主控制器和10/100M自適應(yīng)以太網(wǎng)控制器LAN9218i-MT作為系統(tǒng)的以太網(wǎng)控制器 組成。通過背板總線技術(shù)與PLC進(jìn)行通信，通過以太網(wǎng)接口與IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約主站 進(jìn)行通信。
[0034] PLC通信模塊采用Nucleus PLUS操作系統(tǒng)進(jìn)行多任務(wù)調(diào)度，分為配置文件讀取線 程、網(wǎng)絡(luò)線程、數(shù)據(jù)線程、104規(guī)約主邏輯線程；
[0035] 模塊的參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求的不同進(jìn)行配置；
[0036] 模塊數(shù)據(jù)排列可以連續(xù)也可以離散；
[0037] 模塊能滿足IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約的要求。
[0038] (2)如圖2所示為本發(fā)明的協(xié)議結(jié)構(gòu)圖，IEC60870-5-104規(guī)約底層采用的是TCP/IP 的協(xié)議子集，通過用戶到TCP的接口連接到應(yīng)用層，該規(guī)約的應(yīng)用層分為應(yīng)用規(guī)約控制信息 (APCI)和應(yīng)用服務(wù)數(shù)據(jù)單元(ASDU)。其中APCI包括可靠性通訊、傳輸控制、連接有效性監(jiān) 測(cè)。ASDU包括IEC60870-5-104遠(yuǎn)動(dòng)規(guī)約中的部分?jǐn)?shù)據(jù)類型。
[0039] (3)配置文件讀取線程，根據(jù)不同的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的需求，配置不同的功能和不同數(shù)量 的點(diǎn)，并通過PLC的組態(tài)軟件完成模塊與PLC控制器數(shù)據(jù)地址的對(duì)應(yīng)，生成一個(gè)JS0N配置文 件，通過背板通信技術(shù)傳送給104通信模塊，模塊對(duì)其解析，完成一系列參數(shù)的配置。
[0040] (4)網(wǎng)絡(luò)線程，通過socket通信技術(shù)，完成與IEC60870-5-104主站的通信；網(wǎng)絡(luò)線 程狀態(tài)機(jī)圖如圖3和表1所示： Γ ΠΠ 411 LUU4Z」 衣丄
[0043] IEC60870-5-104規(guī)約是基于TCP/IP的規(guī)約，故需要將TCP/IP協(xié)議棧移植到系統(tǒng)平 臺(tái)。在初始化線程與配置文件讀取線程完成以后，初始化TCP/IP協(xié)議棧，并啟動(dòng)網(wǎng)絡(luò)線程。
[0044] (5)數(shù)據(jù)線程，