专利名称：基于现场总线的工业控制网实验平台及其控制方法
技术领域：
本发明属于现场总线技术领域，涉及一种工业控制网实验平台及其控制方法，尤 其涉及一种基于多种现场总线的工业控制网实验平台及其控制方法。
背景技术：
在工程类高校中，现场总线课程具有很强的实践性，只有通过动手组建工业网络， 实现数据的通信，才能够了解并掌握工业控制网络的整体构架。而目前在各个高校的工业 控制网络实验室都是针对某一种总线搭建，只有同一种总线之间进行数据通信，协议标准 不需要转换，且只能在同一品牌的设备之间进行信息传输，不能够使学生掌握多种现场总 线的特点和不同现场总线之间如何进行互连。如，现有的某一实验系统由16台B&R公司的2003系列PCC (可编程序计算机控制 器)构成，学生能够应用该控制器实现CAN总线传递单变量、CAN总线传递变量表，而当今 工控领域中比较流行的现场总线PR0FIBUS、以太网等并不能够实现。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于多种现场总线的工业控制网实验平 台，能够实现多种现场总线互相通信。另外，本发明还提供上述基于多种现场总线的工业控制网实验平台的控制方法。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种基于现场总线的工业控制网实验平台，其包括实验终端、远程控制终端、通讯 模块。实验终端包括可编程控制器，该控制器控制现场总线传输变量信息；远程控制终端用 以远程控制所述实验终端；通讯模块用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据。 该通讯模块包括至少两种类型的、串联于所述实验终端及远程控制终端之间的现场总线通 讯单元第一现场总线通讯单元、第二现场总线通讯单元；通讯模块还包括现场总线协议 转换模块，该现场总线协议转换模块设置于所述串联的现场总线通讯单元之间，用以把某 一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。作为本发明的一种优选方案，所述通讯模块包括至少两组现场总线通讯单元组； 第一现场总线通讯单元组设置于所述实验终端与现场总线协议转换模块之间，第二现场总 线通讯单元组设置于所述远程控制终端与现场总线协议转换模块之间；各现场总线通讯单 元组包括一个或多个、一种或多种类型的现场总线通讯单元；两组现场总线通讯单元组通 过同一个、或任意多个现场总线协议转换模块连接，实现把某一总线通讯单元可传输的数 据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。作为本发明的一种优选方案，所述通讯模块包括两种类型的现场总线通讯单元， 该两个现场总线通讯单元之间通过现场总线协议转换模块连接。作为本发明的一种优选方案，所述通讯模块包括若干并联的通讯子模块；各通讯 子模块包括至少两种类型的串联于所述实验终端及远程控制终端之间的现场总线通讯单
4元，用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据；在所述串联的不同的现场总线通 讯单元之间设置现场总线协议转换模块。作为本发明的一种优选方案，所述通讯模块包括CAN总线通讯单元、PR0FIBUS总 线通讯单元、以太网总线通讯单元中的两种或多种；所述现场总线协议转换模块将上述任 一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。作为本发明的一种优选方案，所述实验终端上设置的可编程控制器为可编程计算 机控制器PCC，该PCC控制现场总线传输变量信息；所述远程控制终端包括可编程控制器 PLC、及安装有对应PLC编程软件的计算机。一种上述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法，该方法包括如下步 骤在所述实验终端建立工程项目；所述实验终端控制通讯模块中的第一现场总线通讯单元传输变量信息至现场总 线协议转换模块；所述现场总线协议转换模块把上述第一总线通讯单元可传输的数据包转换为第 二总线通讯单元可传输的数据包；上述数据包通过第二总线通讯单元传输至远程控制终端；远程控制终端获取上述数据。一种上述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法，该方法还包括如下 步骤在远程控制终端发送控制信号、以远程控制所述实验终端；所述远程控制终端通过通讯模块中的第二现场总线通讯单元传输上述控制信号 至现场总线协议转换模块；所述现场总线协议转换模块把上述第二总线通讯单元可传输的数据包转换为第 一总线通讯单元可传输的数据包；上述数据包通过第一总线通讯单元传输至实验终端；所述实验终端获取上述数据。本发明的有益效果在于本发明提出的基于多种现场总线的工业控制网实验平台 及其控制方法，通过将现场总线协议转换器实现多种现场总线的协议转换，实现两种现场 总线的数据通信。这样构建的系统可以实现在实验室中构建不同现场总线设备之间的信息 传输，可以让学生接触更多种类的现场总线，以及动手实现不同现场总线数据的互连。
图1为实施例一中基于现场总线的工业控制网实验平台的组成示意图。图2为实施例一中基于现场总线的工业控制网实验平台的组成示意图。图3为实施例一中实验平台控制方法的流程图。图4A至图4D为实施例二中基于现场总线的工业控制网实验平台的组成示意图。图5为实施例三中基于现场总线的工业控制网实验平台的组成示意图。图6为实施例五中基于现场总线的工业控制网实验平台的组成示意图。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一请参阅图1，本发明揭示了一种基于现场总线的工业控制网实验平台，其包括依次 连接的实验终端10、通讯模块30、远程控制终端20。实验终端10包括可编程控制器、及装有相应开发软件的计算机，通过上述开发软 件可建立终端的工程项目。本实施例中所述可编程控制器为可编程计算机控制器PCC，该控 制器PCC控制现场总线传输变量信息。远程控制终端20用以远程控制所述实验终端；所述 远程控制终端20包括可编程控制器PLC、及安装有对应PLC编程软件的计算机。通讯模块 30用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据。如图1所示，通讯模块30包括至少两种类型的串联的现场总线通讯单元、及现 场总线协议转换模块33 ；本实施例中，通讯模块30包括两个不同类型的现场总线通讯单 元——第一现场总线通讯单元31、第二现场总线通讯单元32。其中，第一现场总线通讯单 元31连接实验终端10及现场总线协议转换模块33，第二现场总线通讯单元32连接远程控 制终端20及现场总线协议转换模块33。现场总线协议转换模块33用以把某一总线通讯单 元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。上述两个不同类型的现场总线通讯单元31、32可包括CAN总线通讯单元、 PR0FIBUS总线通讯单元、以太网总线通讯单元中的两种或多种；所述现场总线协议转换模 块33将上述任一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据 包。请参阅图2，具体地，本实施例中，第一现场总线通讯单元31为CAN总线通讯单元 31’，第二现场总线通讯单元32为PR0FIBUS总线通讯单元32’。现场总线协议转换模块33 将CAN总线通讯单元31’可传输的数据包转换为PR0FIBUS总线通讯单元32’可传输的数 据包；也可以将PR0FIBUS总线通讯单元32’可传输的数据包转换为CAN总线通讯单元31’ 可传输的数据包。如此，实现两种不同类型现场总线的数据通信。以上介绍了本发明基于现场总线的工业控制网实验平台的组成，以下通过图3介 绍本发明实验平台的控制方法；该方法包括如下步骤步骤①、在所述实验终端10建立工程项目；所述实验终端10控制CAN总线通讯单 元31’传输变量信息至现场总线协议转换模块33 ；步骤②、所述现场总线协议转换模块33把CAN总线通讯单元31’可传输的数据包 转换为PR0FIBUS总线通讯单元32’可传输的数据包；步骤③、上述数据包通过第二总线通讯单元传输至远程控制终端；步骤④、远程控制终端获取上述数据。步骤⑤、在远程控制终端20发送控制信号、以远程控制所述实验终端10 ；步骤⑥、所述远程控制终端20通过PR0FIBUS总线通讯单元32’传输上述控制信 号至现场总线协议转换模块33 ；步骤⑦、所述现场总线协议转换模块33把PR0FIBUS总线通讯单元32’可传输的 数据包转换为CAN总线通讯单元31’可传输的数据包；步骤⑧、上述数据包通过CAN总线通讯单元31’传输至实验终端10 ；所述实验终
6端10获取上述数据。综上所述，本发明提出的基于多种现场总线的工业控制网实验平台及其控制方 法，通过将现场总线协议转换器实现多种现场总线的协议转换，实现两种现场总线的数据 通信。这样构建的系统可以实现在实验室中构建不同现场总线设备之间的信息传输，可以 让学生接触更多种类的现场总线，以及动手实现不同现场总线数据的互连。实施例二本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，所述通讯模块30包括至少两组现 场总线通讯单元组310、320 ；第一现场总线通讯单元组310设置于所述实验终端与现场总 线协议转换模块之间，第二现场总线通讯单元组320设置于所述远程控制终端与现场总线 协议转换模块之间。各现场总线通讯单元组310、320包括一个或多个、一种或多种类型的现场总线通 讯单元。两组现场总线通讯单元组通过现场总线协议转换模块组330连接，现场总线协议 转换模块组330包括一个、或任意多个现场总线协议转换模块。请参阅图4A，图4A中，第一现场总线通讯单元组310包括若干一种类型或多种类 型的现场总线通讯单元311、312、313 ；第二现场总线通讯单元组320包括若干一种类型或 多种类型的现场总线通讯单元321、322、323、324。现场总线协议转换模块组330包括一个 现场总线协议转换模块；第一现场总线通讯单元组310与第二现场总线通讯单元组320中 的各通讯单元通过该同一个现场总线协议转换模块进行协议转换。现场总线通讯单元组310、320中的通讯单元数量可以一致，也可以不同；其中的 一个现场总线通讯单元可对应另一组中的一个或多个现场总线通讯单元。请参阅图4B，图4B中，现场总线协议转换模块组330包括多个现场总线协议转换 模块331、332，当然也可以包括更多个。第一现场总线通讯单元组310与第二现场总线通讯 单元组320中的各通讯单元通过多个现场总线协议转换模块进行协议转换。请参阅图4C、及图4D，图4C中，现场总线通讯单元组310仅包括一个现场总线通 讯单元311，现场总线通讯单元311对应现场总线通讯单元组320中的多个现场总线通讯 单元321、322、323、324。图4D中，现场总线通讯单元组320仅包括一个现场总线通讯单元 321，现场总线通讯单元321对应现场总线通讯单元组310中的多个现场总线通讯单元311、 312,313ο此外，本实施例中，多个现场总线通讯单元311、312、313可连接在同一个实验终 端10，也可以连接不同的实验终端10 ；现场总线通讯单元321、322、323、324可连接在同一 个远程控制终端20，也可以连接不同的远程控制终端20。实施例三本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，所述通讯模块包括若干并联的 通讯子模块；各通讯子模块包括至少两种类型的串联于所述实验终端及远程控制终端之间 的现场总线通讯单元，用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据；在所述串联的 不同的现场总线通讯单元之间设置现场总线协议转换模块。如图5所示，本实施例中，通讯模块30包括三个并联的通讯子模块300，各通讯子 模块300包括两种不同类型的现场总线通讯单元31、32，在所述两串联的现场总线通讯单 元31、32之间设置现场总线协议转换模块33。
实施例四本实施例中，基于现场总线的工业控制网实验平台包括依次连接的实验终端10、 通讯模块30、远程控制终端20 ；通讯模块30包括现场总线通讯单元、及现场总线协议转换 模块。上述实验终端10包括电源、B&R 2003系列PCC和装有B&R AutomationStudio软 件的计算机，PCC与计算机之间进行RS232通信，通过软件可建立终端的工程项目。上述远程控制终端20 包括电源、Simens S7-300PLC、装有 STEP7_SIMATICManager 软件的计算机以及操作按钮，主要功能是远程遥控在另外一台装有B&R2003系列PCC的实
验台ο上述现场总线通讯单元包括总线终端器和总线专用传输线，主要负责传输转换后 的数据包。上述现场总线协议转换模块主要由多协议转换器构成，可将CAN总线要传输的数 据包经过转换变为PR0FIBUS (或者以太网)能够传输的数据包，或者将PR0FIBUS要传输的 数据包经过转换变为CAN(或者以太网)能够传输的数据包，或者进行其他总线数据包的转换。本发明的实验平台控制方法可包括以下工作步骤(1)终端项目的建立在装有B&R 2003系列PCC的实验台上，利用软件B&R Automation Studio建立本地工程项目；(2)现场总线协议的转换将CAN总线要传输的数据包经过转换变为 PR0FIBUS(或者以太网)能够传输的数据包；(3)通信模块将转换后的数据包通过专用的现场总线通信线传输；(4)远程控制终端在装有Simens S7-300PLC的实验台上，利用软件STEP7_ SIMATIC Manager或者操作按钮实现远程控制。本发明的优点在于1、本发明是电气控制PLC、计算机、网络通信等多学科的交叉，改善了大学工业控 制网的实验条件，可扩展性好，研究的内容更加丰富；2、利用本发明的实验室建设实现了多种现场总线的集成，使得实验室的利用率有 了充分的提高，并且是属于实验室改造项目，为大学实验室建设提供一条新的思路；3、本发明经过适当扩展，可以广泛应用到其它学科实验教学，大大提高实验环境 的实用效率。实施例五本实施例与以上实施例的区别在于，本实施例中，通讯模块还可以包括三种类型 以上的现场总线通讯单元，其串联在实验终端10、程控制终端20之间，每两个现场总线通 讯单元之间通过现场总线协议转换模块33连接，如图6所示。此种技术方案也在本发明的 范围之内。这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例 中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实 施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明 的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、
8材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进 行其它变形和改变。
权利要求
一种基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于，其包括实验终端，其包括可编程控制器，该控制器控制现场总线传输变量信息；远程控制终端，用以远程控制所述实验终端；通讯模块，用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据；该通讯模块包括至少两种类型的、串联于所述实验终端及远程控制终端之间的现场总线通讯单元第一现场总线通讯单元、第二现场总线通讯单元；及现场总线协议转换模块，设置于所述串联的现场总线通讯单元之间，用以把某一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。
2.根据权利要求1所述的基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于 所述通讯模块包括至少两组现场总线通讯单元组；第一现场总线通讯单元组设置于所述实验终端与现场总线协议转换模块之间，第二现 场总线通讯单元组设置于所述远程控制终端与现场总线协议转换模块之间；各现场总线通讯单元组包括一个或多个、一种或多种类型的现场总线通讯单元； 两组现场总线通讯单元组通过同一个、或任意多个现场总线协议转换模块连接，实现 把某一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。
3.根据权利要求1所述的基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于所述通讯模块包括两种类型的现场总线通讯单元，该两个现场总线通讯单元之间通过 现场总线协议转换模块连接。
4.根据权利要求1所述的基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于 所述通讯模块包括若干并联的通讯子模块；各通讯子模块包括至少两种类型的、串联于所述实验终端及远程控制终端之间的现场 总线通讯单元，用以传输所述实验终端及远程控制终端之间的数据；在所述串联的不同的现场总线通讯单元之间设置现场总线协议转换模块。
5.根据权利要求1至4任一所述的基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于所述通讯模块包括CAN总线通讯单元、PR0FIBUS总线通讯单元、以太网总线通讯单元 中的两种或多种；所述现场总线协议转换模块将上述任一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总 线通讯单元可传输的数据包。
6.根据权利要求1至4任一所述的基于现场总线的工业控制网实验平台，其特征在于所述实验终端上设置的可编程控制器为可编程计算机控制器PCC，该PCC控制现场总线传输变量信息；所述远程控制终端包括可编程控制器PLC、及安装有对应PLC编程软件的计算机。
7.一种权利要求1至6任一所述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法， 其特征在于，该方法包括如下步骤所述实验终端控制通讯模块中的第一现场总线通讯单元传输变量信息至现场总线协 议转换模块；所述现场总线协议转换模块把上述第一总线通讯单元可传输的数据包转换为第二总线通讯单元可传输的数据包；上述数据包通过第二总线通讯单元传输至远程控制终端； 远程控制终端获取上述数据。
8.根据权利要求7所述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法，其特征在于所述通讯模块包括至少两组现场总线通讯单元组；第一现场总线通讯单元组设置于所述实验终端与现场总线协议转换模块之间，第二现 场总线通讯单元组设置于所述远程控制终端与现场总线协议转换模块之间；各现场总线通讯单元组包括一个或多个、一种或多种类型的现场总线通讯单元； 两组现场总线通讯单元组通过同一个、或任意多个现场总线协议转换模块连接，实现 把某一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。
9.一种权利要求1至6任一所述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法， 其特征在于，该方法包括如下步骤在远程控制终端发送控制信号、以远程控制所述实验终端；所述远程控制终端通过通讯模块中的第二现场总线通讯单元传输上述控制信号至现 场总线协议转换模块；所述现场总线协议转换模块把上述第二总线通讯单元可传输的数据包转换为第一总 线通讯单元可传输的数据包；上述数据包通过第一总线通讯单元传输至实验终端； 所述实验终端获取上述数据。
10.根据权利要求9所述的基于现场总线的工业控制网实验平台的控制方法，其特征 在于所述通讯模块包括至少两组现场总线通讯单元组；第一现场总线通讯单元组设置于所述实验终端与现场总线协议转换模块之间，第二现 场总线通讯单元组设置于所述远程控制终端与现场总线协议转换模块之间；各现场总线通讯单元组包括一个或多个、一种或多种类型的现场总线通讯单元； 两组现场总线通讯单元组通过同一个、或任意多个现场总线协议转换模块连接，实现 把某一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。
全文摘要
本发明揭示一种基于现场总线的工业控制网实验平台及其控制方法，所述实验平台包括实验终端、远程控制终端、通讯模块。实验终端包括可编程控制器，该控制器控制现场总线传输变量信息；远程控制终端用以远程控制所述实验终端。通讯模块包括至少两种类型的现场总线通讯单元、及现场总线协议转换模块；该现场总线协议转换模块设置于所述串联的现场总线通讯单元之间，用以把某一总线通讯单元可传输的数据包转换为其他总线通讯单元可传输的数据包。本发明通过将现场总线协议转换模块实现多种现场总线的协议转换，实现两种现场总线的数据通信；可以实现在实验室中构建不同现场总线设备之间的信息传输，让学生接触更多种类的现场总线。
文档编号H04L29/06GK101924733SQ20091005281
公开日2010年12月22日 申请日期2009年6月9日 优先权日2009年6月9日
发明者王志刚, 王芳 申请人:上海电机学院