【技术实现步骤摘要】
工业控制环网系统、环网控制协议及其实现方法
本专利技术属于工业控制环网
，特别涉及一种基于工业控制环网系统的环网控制协议实现方法。
技术介绍
随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。控制系统的结构从最初的CCS（计算机集中控制系统），到第二代的DCS（分散控制系统），发展到现在流行的FCS（现场总线控制系统）。随着工业环境对工业控制网络的可靠性、实时性和保护能力要求越来越高，工业控制网开始采用环网组网的方式以提高网络的可靠性；现有的环网控制协议存在以下几点不足：存在收敛时间过长；链路发生多点断路时无法继续工作；增减节点设备时会影响整个环网系统正常工作；无法同时一次性获取环网上所有节点设备的结果数据等问题，节点无法主动发起通信，只能响应主站的访问等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于工业控制环网系统的环网控制协议实现方法，解决现有工业控制环网系统中以上不足之处；本方法能够提高工业控制环网系统的实时性以及系统容错性和可拓展性且易于工程实现。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：第一方面本专利技术实施例提供一种工业控制环网系统，包括：包括一套主站设备和若干套节点设备，主站设备和节点设备均包含一个主数据收发端口和一个从数据收发端口，主站设备的主数据收发端口通过通信介质与第一套节点设备的主数据收发端口相连，第一套节点设备的从数据收发端口与第二套节点设备的主数据收发端口相连，如此...
【技术保护点】
1.一种工业控制环网系统，包括：一套主站设备和若干套节点设备，主站设备和节点设备均包含一个主数据收发端口和一个从数据收发端口，所述主站设备的主数据收发端口通过通信介质与第一套节点设备（1）的主数据收发端口相连，第一套节点设备（1）的从数据收发端口与第二套节点设备（2）的主数据收发端口相连，如此顺序相连，形成一个闭合的环形网络系统结构；主站设备还设有一个上层控制设备数据收发端口，用于接收上层控制设备给工业控制环网系统下发的控制数据以及工业控制环网系统给上层控制设备发送结果数据；其特征在于：/n所述主站设备和节点设备内部均包含报文管理模块，报文打包模块，报文解析模块，报文接收模块，报文发送模块；/n报文管理模块，用于对来自工业控制环网系统中的各种报文进行管理与处理，并产生相应的命令，以及控制报文发送的方向；/n报文打包模块，用于将报文管理模块产生的命令按照一定的格式打包成不同的报文；/n报文发送模块，用于将报文打包模块产生的报文从相应的端口发送出去；/n报文接收模块，用于从端口上接收报文，并将报文完整的发送给报文解析模块；/n报文解析模块，用于解析从报文接收模块接收到的报文，并将解析出的报...
【技术特征摘要】
1.一种工业控制环网系统，包括：一套主站设备和若干套节点设备，主站设备和节点设备均包含一个主数据收发端口和一个从数据收发端口，所述主站设备的主数据收发端口通过通信介质与第一套节点设备（1）的主数据收发端口相连，第一套节点设备（1）的从数据收发端口与第二套节点设备（2）的主数据收发端口相连，如此顺序相连，形成一个闭合的环形网络系统结构；主站设备还设有一个上层控制设备数据收发端口，用于接收上层控制设备给工业控制环网系统下发的控制数据以及工业控制环网系统给上层控制设备发送结果数据；其特征在于：
所述主站设备和节点设备内部均包含报文管理模块，报文打包模块，报文解析模块，报文接收模块，报文发送模块；
报文管理模块，用于对来自工业控制环网系统中的各种报文进行管理与处理，并产生相应的命令，以及控制报文发送的方向；
报文打包模块，用于将报文管理模块产生的命令按照一定的格式打包成不同的报文；
报文发送模块，用于将报文打包模块产生的报文从相应的端口发送出去；
报文接收模块，用于从端口上接收报文，并将报文完整的发送给报文解析模块；
报文解析模块，用于解析从报文接收模块接收到的报文，并将解析出的报文命令发送给报文管理模块；
所述主站设备内部还包含节点设备结果数据存储模块，用于存储从工业控制环网系统中的节点设备获取到的各节点设备结果数据；
所述节点设备内部还包含IO设备数据收发模块，用于节点设备与IO设备之间的数据交互。
2.一种基于如权利要求1所述的工业控制环网系统的环网控制协议，其特征在于：包括如下报文：
IP地址扫描报文，用以获取工业控制环网上所有节点设备IP地址；
链路建立报文，用以告诉某节点设备的上一个节点设备和下一个节点设备的IP地址以及当前节点设备是否为链路的终点；
链路建立回应报文，用以通知主站设备目的节点设备已收到链路建立报文，形成一次握手确认；
数据扫描报文，用以获取工业控制环网上所有节点设备的结果数据，包含每个节点设备需要上报的结果数据；
数据主动上送报文，用以节点设备在需要主动上送结果数据时所用的报文；
点对点获取数据报文，用以以点对点的方式只获取某一节点设备的结果数据；
链路检测报文及链路检测回应报文，用以相邻两个节点设备完成一次链路检测握手；
链路断路通知报文，用以某节点设备告诉主站设备发生断路的环网位置；
链路断路通知回应报文，用以告诉发送链路断路通知报文的节点设备，主站设备已经收到链路断路通知报文；
链路恢复通知报文，用以某节点设备告诉主站设备断路恢复环网位置，包含断路恢复信息；
链路恢复通知回应报文，用以告诉发送链路恢复通知报文的节点设备，主站设备已经收到链路恢复通知报文；
节点控制命令报文，所述报文为上层控制设备向环网系统中节点设备下发控制命令的报文。
3.一种如权利要求2所述的基于工业控制环网系统的环网控制协议实现方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：主站设备从主数据收发端口给节点设备发送IP地址扫描报文；各节点设备收到该报文后将各自的IP地址按照收到报文的顺序依次填充到该报文对应位置并转发给下一个节点设备，该报文经过环网一圈后回传给主站设备的从数据收发端口，若一定时间内主站设备的从数据收发端口没有收到环网上从节点设备发过来的IP扫描报文则视为环网故障，主站设备继续从主数据收发端口给节点设备发送IP地址扫描报文，直到主站设备的从数据收发端口收到IP地址扫描报文为止；主站设备的从数据收发端口接收到IP地址扫描报文后对其进行解析，根据解析到的IP地址先后顺序，建立节点IP和节点顺序序号的关联映射表，并将该关联映射存储在内存中；
步骤二：主站设备根据节点IP和节点顺序序号从主数据收发端口依次给各节点设备以点对点的方式发送链路建立报文，该链路建立报文用以告诉该节点设备的上一个节点设备和下一个节点设备的IP地址以及当前节点设备是否为链路的终点；节点设备收到该报文首先根据IP地址判断是否为发送给自己的链路建立报文，若是则将上一个节点设备和下一个节点设备的IP地址以及当前节点设备是否为链路的终点存储下来，并向主站设备发送链路建立回应报文用以告诉主站设备，节点设备已收到链路建立报文，形成一次握手；若不是则该报文直接转发给下一个节点设备；
步骤三：当所有节点设备的链路关系都建立后，主站设备从主数据收发端口给节点设备发送数据扫描报文，各节点设备收到数据扫描报文后，节点设备按照收到报文的顺序依次将需要上送的结果数据填充到该报文对应位置，并将填充后的数据扫描报文发送给下一个节点设备；该数据扫描报文经过环网一圈后发送给主站设备的从数据收发端口，主站设备对该报文进行解析以获得各节点设备的结果数据并将其根据IP地址分别存储在不同的存储区中，等待上层控制设备从存储区获取各节点设备的结果数据；主站设备等待一定时间重复发送数据扫描报文；节点设备在需要主动上送结果数据时，其向主站设备发送数据主动上送报文，主站设备收到后对其进行解析并根据IP地址存储在对应的存储区中；
步骤四：在链路关系建立之后，各节点设备之间间隔一定时间互相发送链路检测报文，当某一节点设备收到上一节点设备发送过来的链路检测报文后马上返回一条链路检测回应报文，该上一节点设备收到链路检测回应报文后算是完成一次链路检测握手；若上一节点设备在一定时间内未收到链路检测回应报文则表示链路检测确认失败，并继续发送链路检测报文，当连续一定次数的链路建立失败后，该上一节点设备标记该链路为断路状态；同时该上一节点设备向主站设备发送链路断路通知报文，所述报文用以通知主站设备发生断路的位置；
步骤五：当主站设备收到该上一节点设备发送过来的链路断路通知报文后立即返回一条链路断路通知回应报文，同时主站设备根据从链路断路通知报文解析到的断路位置重新对各节点设备进行链路建立；
步骤六：当链路重新建立后，主站设备从主数据收发端口和从数据收发端口依次根据各节点设备的IP给各节点设备发送点对点获取数据报文，所述报文为点对点报文，用以获取节点设备的结果数据；当节点设备收到该报文后先根据报文里的IP地址与自身IP地址是否一致判断是否为给当前节点设备，若是则该节点设备将自身的结果数据填充到该报文相应位置中，并将填充后的报文按原路发送给主站设备，若不是则将该报文转发给下一个节点设备；主站设备收到点对点获取数据报文后对其进行解析，并将解析获得的结果数据存储到对应IP的结果数据存储区中；
步骤七：当发生断路的两个节点设备之间再次连续互相多次完成链路检测确认之后，该节点设备标记该链路为恢复状态，同时该节点设备向主站设备发送链路恢复通知报文，所述报文用以通知主站设备链路恢复的位置；主站设备收到节点设备发来的链路恢复通知报文后马上返回一条链路恢复通知回应报文；主站设备重新从步骤一开始执行后续步骤；
步骤八：当上层控制设备需要通过主站设备给工业控制环网中节点设备下发命令数据时，主站设备在接收到上层控制设备下发的节点控制命令报文后，根据控制流程实时将该报文转发到环网系统中；所述报文为广播报文，当工业控制环网处于环网状态时，主站设备从主数据收发端口下发节点控制命令报文，当环网处于断网状态时，主站设备从数据收发主端口和从数据收发端口分别下发节点控制命令报文；节点设备在收到该报文后对其进行解析，同时将该报文转发给下一个节点设备；节点设备根据解析到的结果判断该条节点控制命令报文是否有发送给自己的报文命令，若有则根据命令来对IO设备执行控制命令，若没有则将该条命令丢弃。
4.如权利要求3所述的基于工业控制环网系统的环网控制协议实现方法，其特征在于：所述步骤一通过以下子步骤实现：
步骤1.1主站设备发出IP地址扫描报文时，只包含报文头部，数据区，等待每个节点设备填充各自的结果数据...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘星宇，张奕，杨汶佼，吴立其，张汝云，张兴明，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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