[发明专利]一种低成本高速通信总线及其传输控制方法

说明书

本发明公开了一种低成本高速通信总线，包括主控设备和从设备，主控设备和从设备之间通过串行数据传输总线连接；串行数据传输总线有两路，一路用于传输所述主控设备向所述从设备发送的指令，另一路用于传输所述从设备向所述主控设备发送的应答数据；主控设备和从设备中均包括核心微控制单元，核心微控制单元连接两个RS485控制器实现全双工数据收发。设备中无需采用专用高速通信芯片，绝大部分现有设备在原有基础上再扩一个RS485控制器即可实现高速通信，改造成本低。还公开了一种低成本高速通信总线传输控制方法，通过在传输报文中设计特定转义字符以及增加补偿字节，使报文适合采用DMA方式进行传输，大幅提升总线传输速率。并设计了总线自恢复机制。

技术领域

本发明属于应用PLC的自动化监控领域，具体涉及一种低成本高速通信总线及其传输控制方法。

背景技术

目前在应用PLC的自动化监控领域，针对实时高精度运动控制的需求日益增加，这要求主控设备和IO设备之间具备极高的数据传输速度，尽可能减少传输时间，从而降低数据传输延时带来的控制误差。而传统的中小型PLC采用的低速通信总线已不能满足高精度运动控制的需求；部分大型PLC采用专用的通信器件满足主控和IO设备之间的高速通信，但专用器件价格高昂，并且很多专用器件是定制开发的，通用性较差，不能很方便的集成到其它设备中。

在一些对控制精度要求较高的工控系统中，主控设备和IO设备之间必须具有极低的数据传输延时，才能确保主控设备能够快速应答外部输入信号的变化，并以极短的时间将控制信号输出到控制机构，以确保控制对象的动作误差满足系统需求。在这种工控系统中，要求主控设备轮询IO设备的周期小于5ms，因此一般采用大型PLC作为核心设备，主要是由于大型PLC的主控设备和IO设备之间一般采用专用的串行通信总线，传输速度极高。国际知名 PLC厂商如施耐德、GE、贝加莱等的高端产品，其主控设备和IO设备之间都是基于其独立研制的串行总线通信，并且采用了独立研制的通信芯片，总线通信速率高达一般高达 20～50Mbps。这些总线的通信协议是不对外公开的，并且通信芯片也不对外销售。而另外一些PLC厂商的产品则采用公开的Profibus总线作为主控设备和IO设备之间的通信方式，这种通信总线是由西门子公司主导研发的，主控设备和IO设备都需要集成Profibus通信芯片，通信速率最高可达12Mbps，一般也能满足高精度运动控制的需求。

无论是采用专用的通信总线或是公开的Profibus总线，这两种通信总线在本质上是基本相同的，其通信架构如图4所示，其主要工作流程如下：

1)主控设备或IO设备的MCU和专用的通信芯片之间通过并行总线进行交互；

2)通信芯片负责将主控设备或IO设备发送的数据封装为符合串行总线传输协议的数据包，并发送到串行总线上；

3)通信芯片负责接收串行总线上的协议数据包并进行解析，若数据包中的地址与自身节点地址一致，则将协议数据包还原为发送端的原始数据包，并通过并行总线发送给自身节点的MCU。

Profibus通信芯片的价格已经接近低端PLC IO设备的物理成本，为PLC主控设备和所有配套的IO设备增加一块Profibus芯片，设备总体成本预计要增加。近50％～80％左右，价格方面的竞争力将大幅降低。

Profibus对外提供的接口是并行总线，需要PLC主控设备和IO设备的处理器具备并行接口，而低端PLC IO设备的核心处理器一般采用较低端的单片机或ARM处理器，本身硬件资源有限，无法提供多余的引脚用于并行通信，因此大多数IO设备要兼容Profibus的通信方式需要更换资源更丰富的处理器，并且还需要对设备的嵌入式软件进行较为复杂的调整。因此产品升级所需的时间和物理、人力成本都不菲。

发明内容

本发明提供了一种低成本高速通信总线及其传输控制方法，解决了通信速度和成本的技术问题。