[发明专利]工业控制自动化网络通信协议转换器及通信协议转换方法

说明书

本发明公开一种工业控制自动化网络通信协议转换器及通信协议转换方法，所述通信协议转换器包括微处理器、上端接口拓展电路、下端接口拓展电路、存储器和电源电路；所述上端接口拓展电路包括串行通讯接口、以太网接口、硬件协议栈芯片、软件协议栈芯片以及用于切换所述硬件协议栈芯片和软件协议栈芯片与上位机通信的切换开关，所述串行通讯接口实现所述微处理器与Modbus网络的连接，所述以太网接口实现所述微处理器与工业以太网的连接；所述下端接口拓展电路包括与多个下位机一一对应通信连接的多个串行通讯接口。本发明可以实现自由协议与Modbus RTU协议或TCP/IP协议之间的相互转换，满足现场级控制和远程控制的需求。

技术领域

本发明涉及工业自动化控制技术领域，尤其涉及一种工业控制自动化网络通信协议转换器及通信协议转换方法。

背景技术

随着工业现代化的程度越来越高，现代工业控制系统发展成了一种由各种传感器、控制器、执行器以及各种具有具体功能的子系统构成的具有复杂结构的控制网络,比如，现代工业控制系统中常见的传感模块就由传感器、转换器与发射器(甚至可能会有小型的控制器用于前端数据处理)组成；数据采集与监控系统作为控制系统中的关键子系统，通常又由大量的传感模块、发射器及控制器组成；而现代工业控制系统普遍采用可编程控制器(Programmable Controller,PLC)通常集成了发射器与控制器，用于进行具体工业过程的控制。因此，现代工业控制系统通常以PC机或一台PLC等为上位机，通过网络的连接和通讯协议的支持，对多个如PLC等现场工控子设备(下位机)进行集中管理，以及与之进行实时的数据交换与处理，例如CN105137928A公开的一种全自动化生产线数据采集系统，包括现场数据采集网络单元与远程上位机单元，该数据采集网络单元包括多个底层模块、下位机与中位机，其相互之间通过网络连接并形成三层架构；所述底层模块包括生产设备自身的控制器，所述下位机包括基于PLC控制模块的和网关，其中，所述底层模块通过设定的通信方式对现场生产数据进行实时采集，通过设定的通信方式与一通信转换模块交互通讯；所述网关将各底层模块的通信方式转换成统一的兼容通信方式及数据，并通过该兼容通信方式将生产数据上传至系统；所述中位机对生产数据进行运算和处理，并供远程上位机单元调用。

然而，现代工业控制系统中的不同设备之间的通讯通常需要采用不同的通讯协议来实现，例如上位机(PC)通过网线只能发送TCP/IP协议，而一些子设备(下位机)只能识别自由协议，所以通讯一端的设备传输的数据必须通过协议转换才能被通讯另一端的其他设备接收并识别，为了方便不同设备之间的相互通讯，目前现代工业控制系统中使用的通讯协议转换器通常通过移植协议栈进行网络传输，例如CN104932364A公开的一种Modbus通讯协议的OPC UA转换装置及方法，将OPC UA协议栈移植到Modbus通讯协议的设备中，以将Modbus通讯协议转换为OPC UA协议，将多个基于串行通讯或TCP通讯的Modbus设备封装成一个OPC UA服务器，符合OPC UA协议的OPC UA客户端程序均按照OPC UA规范对这些Modbus设备的数据进行读、写、订阅操作。这种移植OPC UA协议协议栈的通讯协议转换器虽然可以实现一些相应的不同设备之间的通讯，但是却具有不够灵活、误码率较高、传输速率较慢等不足，不能满足现代工业控制系统用于不同应用环境的需求。因此，针对传统通讯协议转换器的不足，急需一种高速、兼容性强且结构简单可靠的通信协议转换器及方法。

发明内容

本发明的一个目的在于设计一种工业控制自动化网络通信协议转换器，具有高速、兼容性强且结构简单可靠的特点，能够实现自由协议与Modbus RTU协议或以太网TCP/IP协议之间的相互转换。

本发明的另一个目的在于设计一种所述工业控制自动化网络通信协议转换器的通信协议转换方法，能够实现自由协议与Modbus RTU协议或以太网TCP/IP协议之间的相互转换，从而使上位机和下位机之间进行高速、实时、可靠的通信，兼容性强。