[发明专利]输出优先实现最短报文的HEBus高效现场总线系统及通信方法

摘要

本发明涉及工业控制技术领域，一种输出优先实现最短报文的HEBus高效现场总线系统及通信方法，所述通信方法，包括以下步骤：步骤1、初始化设置，系统上电后，主站对各从站进行初始化设置，若初始化不成功进行步骤2故障处理，若初始化成功进行步骤3环网通信，通信过程中只需一次帧传输可完成主站与各从站的数据交换，若出现故障，则切换通信方式进行步骤4点对点通信，用于辅助环网通信，通信过程中可自动恢复为环网通信；当通信过程中遇到不可恢复故障时，进行步骤5终止通信。本发明的通信过程采用输出优先实现最短报文递推传输，数据区采用动态分配方式，主站根据净输出值的降序排列为从站重新编址，提供了最优的数据传输路径，减少了传输过程的时间浪费，可大大提高数据传输效率。

主权项

1.一种输出优先实现最短报文的HEBus高效现场总线系统通信方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、初始化设置，现场总线系统上电后，共享总线上连接的各站点开始工作，主站对共享总线上的各从站进行初始化设置，至少包括从站扫描，节点地址配置和参数配置；主站扫描总线上的所有从站，获取从站的设备类型和物理资源，确认网络拓扑结构，所述网络拓扑结构中的从站均称为有效从站；若初始化设置成功，则进行步骤3，开始数据通信；若初始化过程中有故障，则进行步骤2，进行故障处理；所述步骤1中的初始化设置具体包括以下子步骤：(a)从站扫描：系统上电后，主站会对总线上的所有从站进行全地址扫描，按照设备地址从小到大的顺序依次对指定地址的从站发送扫描帧，获取从站的设备类型和物理资源，确认网络拓扑结构；主站有两种扫描方式：首次扫描和自恢复扫描，若为首次扫描即主站中没有存储历史从站信息时，主站会根据扫描上的所有从站确认网络拓扑结构；若为自恢复扫描即主站中已存储历史从站信息时，主站会对重新扫描上的从站进行信息比对：扫描上的从站的设备类型和设备地址与主站中存放的历史从站信息相同，则为有效从站，否则为无效从站；若为无效从站，则记录故障码，说明网络拓扑结构有异常，待扫描完毕后进行步骤2，进行故障处理；(b)节点地址配置：主站按子步骤(a)所确定的网络拓扑结构对连接到总线上的各从站进行节点地址配置，主站会根据各从站的I/O资源计算各从站的净输出值，所述净输出值是指各从站的物理输出与物理输入的差值进行降序排列，以净输出值的排列顺序为各从站配置节点地址，此外，主站也为自己分配了一个节点地址即最后一个从站的节点地址加1；在节点地址配置过程中，若有配置超时或负响应，则进行步骤2，进行故障处理；否则，完成节点地址配置并进行下一子步骤；(c)参数配置：主站会根据自身的参数信息对共享总线上所有从站进行统一的参数配置，配置参数均为系统的公共参数；主站会按照节点地址从小到大的顺序依次对指定地址的从站发送参数设置帧，完成总线上所有从站的参数配置，配置参数中分为两类，一类是立即生效参数，另一类是系统重新上电生效参数；若参数配置失败，则进行步骤2，进行故障处理；否则，完成参数配置并进行下一子步骤；(d)初始化设置成功，进行步骤3，各个站点之间进行环网通信；步骤2、故障处理，主站会根据通信过程中记录的故障码，判别故障类型，处理故障，并发送报警信息；在通信过程中，主站的通信管理模块会根据主站的故障检测模块记录的故障码，判别故障类型，对现场总线系统进行故障处理，若故障可恢复，则通过步骤4继续通信，若故障不可恢复，则进行步骤5，停止通信；步骤3、环网通信，主站会周期性的发送环网通信帧，并通过环网通信帧完成主站和从站、从站和从站之间的数据交换，由于采用环网通信方式，一条数据帧要装载系统中所有站点的映射信息，系统中从站的数量越多，数据帧的长度就越大，为减少报文传输时间，本系统中主站利用重新编址后的从站顺序组装通信数据，采用输出优先的方式，在数据区中只装载需要写给各从站的物理输出资源的映射信息，保证只传输有效数据信息，最后将组装好的数据校验打包发送给第一个从站；所述环网通信帧会依次被每个从站接收处理，从站接收后会裁剪数据帧，截取自身物理输出的映射信息，添加物理输入的映射信息，并将重组后的数据帧发送给下一个从站或主站，整个传输过程数据帧长度会因各从站的信息需求自动的变化，减少了传输过程中的冗余信息；在环网通信过程中，若出现故障，则返回步骤2进行故障处理，若经故障处理确认环网通信中断，则进行步骤4，切换为点对点通信，保证网络的可靠性；步骤4、点对点通信，用于辅助环网通信完成主站和从站之间的数据交换，通信过程中，主站会采用轮询方式按照节点地址从小到大的顺序依次对有效从站发送点对点通信帧，通信过程中一次帧传输可以完成主站与其中一个从站的数据交换；主站会根据有效从站的设备地址组装点对点通信数据，并将数据校验打包生成点对点通信帧发送到共享总线上；所述点对点通信帧将会被总线上的所有从站接收，各从站对接收到的数据帧进行过滤，若数据帧的目标地址不是该从站的设备地址则丢弃，否则接收，从数据区中提取自身物理输出的映射信息并将物理输入的映射信息写入数据区中，对数据重新校验打包，生成响应数据帧，发送至共享总线待主站接收；主站接收到目标从站的响应数据帧后，会以轮询方式和下一个从站通信；所述点对点通信过程中，主站会周期性的检测网络状态，若网络恢复则返回步骤1中的子步骤(a)，扫描共享总线上的所有从站，若所有从站都为有效从站，并且历史从站全部在线，则切换到步骤3恢复环网通信，否则返回到步骤2进行故障处理；步骤5、通信终止，当通信过程中遇到不可恢复故障时，主站将切换为空闲状态，不发送任何数据帧，整个通信系统停止工作；在空闲状态中，主站会通过人机交互模块等待上位机的启动命令，接收到启动命令后返回步骤1，重新进行初始化工作。