一种基于光纤环网为介质的分布式IO组网方法及系统与流程

一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法及系统
技术领域
1.本发明涉及启闭机的网络控制领域，特别是一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法及系统。


背景技术：

2.ethercat用户在编写程序时，默认下，主站是按照从站的网络电缆链接顺序自动进行编址和寻址，这种寻址方式的优点是，用户无需关心设备的命名与重名问题，只需按照用户程序中的总线网络配置来进行外部配线，主站自动检查网络，实现快速连接和发现硬件连接错误。缺点是网络硬件连接不允许有错乱，一进一出的方向性要求严格，在远距离传输中，组建多站式光纤环网传输受到限制。另外ethercat数据传输为串行连接结构，前端从站出现网络故障，将中断与所有后端从站的通讯，使故障范围扩大，系统的可靠性、实用性降低。
3.本发明的目的在于，在桥(门)式起重机中的光纤环网传输技术中，引入ethercat分支器进行分节点网络控制，将一部分重要网络的串行连接结构改为星型连接结构，解决了因为前面的从站故障，而中断与后面从站的通讯的问题，有效地解决ethercat在光纤传输中不能组建环网的问题。优化了网络配置，采用具有管理功能的交换机，利用独立的多渠道传输技术，将通讯控制信号和其他信号进行分离，避免了信号相互干扰。设置主站断网自动检测和重连功能，用硬件按钮进行网络故障复位，使故障复位方式更为科学，网络控制更为安全


技术实现要素：

4.鉴于上述存在的问题，提出了本发明。
5.因此，本发明所要解决的问题在于：ethercat在远距离传输中，组建多站式光纤环网传输受到限制。
6.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法，其包括，采集指令信号，将指令信号发送至光纤环网中；小车光纤环网交换机与电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，分别将指令信息与预设的地址信息进行对比判断，根据判断结果进行相应的动作；在指令信号成功执行后，传感器实时检测门式启闭机的运行状态与桥式启闭机的运行状态，根据运行状态判断执行的状况，并根据不同的状况进行相应的告警，将告警信息反馈至控制系统对风险进行去除。
7.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述采集指令信号包括，控制系统接收指令，通过变频器形成为数字信号，将数字信号发送至plc生成各机构变频器地址及控制信息，将变频器地址和控制信息发送至司机室光纤环网交互机转换为光信号输入至光纤环网中。
8.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述小车光纤环网交换机包括，小车光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信
号，小车光纤环网交换机将接收到的指令信号转化为数字控制信号发送至地址信息为小车ethercat从站判断是否含有小车地址信息，若含有则将控制信号发送至小车ethercat从站接受控制信息并执行，若不含有则将信号返回小车光纤环网交换机中再次转化为光信号打入光纤环网中。
9.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述电气梁光纤环网交换机包括，电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，电气梁光纤环网交换机将接收到的指令信号转化为数字控制信号发送至地址信息为电气梁ethercat从站判断是否含有电气梁ethercat地址信息，若含有则将控制信号发送至电气梁ethercat从站接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至ethercat分支器中转机，分支器中转机将接收到的控制信号发送至地址信息为主起升的变频器判断是否含有主起升变频器地址信息，若含有则主起升变频器接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为第一大车的变频器判断是否含有第一大车地址信息，若含有则第一大车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为第二大车的变频器判断是否含有第二大车的地址信息，若含有则第二大车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为小车的变频器判断是否含有小车地址信息，含有则小车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至光纤环网。
10.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述桥式与门式启闭机的运行状态包括，当指令信号完成控制后，检测桥式或门式启闭机是否运行，若无法运行，则检测电机电流信息、三相电压信息、制动器打开信息、检测荷重传感器的受力状况、轨道状态和变频器输出驱动力，若电机电流大于所设阈值则判定为电机卡顿或超载，控制系统关停门式启闭机，增派人员对机械结构和负载进行检查；若三相电压信息小于所设阈值则判定为电源电压不足，控制系统反馈至配电网对电力进行加压，若三相电压信息大于所设阈值则判定为电源电压过压，控制系统反馈至配电网对电力进行减压，直至电压处于规范所允许的范围内；若制动器打开信号未能正常到位，操作人员需进行制动器检查直至启闭机开始运行，若荷重传感器的表面受力大于所设阈值，则判定为负载过大，操作人员进行卸货直至启闭机开始运行，若轨道内出现阻碍物则对轨道进行清洁，若变频器输出驱动力小于所设阈值则判定为变频器驱动力不足，控制系统关停启闭机，操作人员对变频器进行检查。
11.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述桥式与门式启闭机的运行状态还包括，若桥式或门式启闭机正在运行，则传感器检测启闭机的振动状态、行走机构偏斜、运动速度、轨道开档尺寸、行程距离和电机速度反馈状态，若振动的上下峰值大于所设阈值，则判定电机或者减速机存在损坏并发出电机与减速机异常告警，若行走机构存在两侧偏斜的上下峰值大于所设阈值，则判断为行走机构存在偏斜并发出偏斜告警，若运行速度小于所设阈值，则判断为行走受阻并发出受阻告警，若轨道开档尺寸大于所设阈值则判断为轨道偏离并发出轨道偏离告警，若小车无法从轨道一端到另一端则判断为轨道内出现异物并发出行程告警，若电机速度反馈出现波动则判断为扰动过大并发出干扰告警。
12.作为本发明所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的一种优选方案，其中：所述告警包括，当出现干扰告警、行程告警、电机与减速机异常告警中任一告警时输
出为一级告警，出现任二或全部时输出为二级告警，当出现受阻告警时输出为二级告警，若出受阻告警和干扰告警、行程告警、电机与减速机异常告警中任一告警时，输出为三级告警，若出现偏斜告警和轨道偏离告警时，输出为三级告警；所述反馈包括，将告警信息反馈至控制终端，若为一级告警则判断当前工作状态，若工作状态处于饱和则先进行工作，工作完毕后对设备进行检修，若工作处于亏空则将当前工作转入其他轨道或启闭机，对问题处进行检修，若为二级告警则增派技术人员进行检修，若为三级告警则关停启闭机，操作人员对启闭机轨道进行全面审查，若没出现告警信息则设备正常运行。
13.本发明的另外一个目的是提供一种基于光纤环网为介质的分布式io组网系统，此系统利用光纤交换机的vlan配置与传输技术，有效地解决ethercat在光纤传输中不能环网的问题。
14.为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的系统，包括：包括指令获取模块、运行驱动模块和启闭机状态检测模块；所述指令获取模块用于接收指令，控制系统接收指令，通过变频器形成为数字信号，将数字信号发送至plc生成各机构变频器地址及控制信息，将变频器地址和控制信息发送至司机室光纤环网交互机转换为光信号输入至光纤环网中；所述运行驱动模块用控制主起升、大小车动作，小车光纤环网交换机与电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，将指令信号与各部分的地址信息进行比对，为指令信号找到所要控制的地址并对地址进所在的单元行控制；所述启闭机状态检测模块用于检测状态以及规避风险，若启闭机无法工作，则检测启闭机参数判断无法工作的原因并进行检修，若启闭机开始工作则实时检测启闭机运行过程中的参数，将运行参数与预设值进行比对，对危险的运行参数进行告警。
15.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的步骤。
16.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的步骤。
17.本发明有益效果为：本发明组建的多站式光纤环网传输，可以增强通信的稳定性与后备性，当一路光缆中断后，环网中的另一路光缆将立即进行通讯切换，恢复通讯传输，并且本发明加入了检测模块可以有效地解决运行异常的问题以及对风险进行规避。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
19.图1为实施例1中一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的流程图。
20.图2为实施例1中一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的ethercat网络1设备连接图。
21.图3为实施例1中一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法的其他以太网络连接图。
22.图4为实施例3中一种基于光纤环网为介质的分布式io组网系统的结构图。
具体实施方式
23.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
24.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
25.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
26.实施例1
27.参照图1-图3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法如图1所示：
28.步骤1：采集指令信号，将指令信号发送至光纤环网中，控制系统接收指令，通过变频器形成为数字信号，将数字信号发送至plc生成各机构变频器地址及控制信息，将变频器地址和控制信息发送至司机室光纤环网交互机转换为光信号输入至光纤环网中。
29.步骤2：小车光纤环网交换机与电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，分别将指令信息与预设的地址信息进行对比判断，根据判断结果进行相应的动作。
30.本专利以8个电口和2个光口来举例说明，每个光纤交换机设置的参数都相同，都设置了5个vlan，id编号分别为1、10、20、30、40、50。其中id编号为1的vlan用于用户登录光纤交换机进行参数管理，id编号为10、30的vlan为ethercat网络1的传输电口，id编号为20、40的vlan为ethercat网络2的传输电口，id编号为50的vlan为其他通讯网络的传输电口。每个交换机配置的5个vlan id与8个电口配置关系如下：1#电口配置为vlan为10的id编号，2#电口配置为vlan为20的id编号，3#电口配置为vlan为30的id编号，4#电口配置为vlan为40的id编号，5#、6#、7#电口配置为vlan为50的id编号，8#电口配置为vlan为1的id编号。光纤网络传输中，不同交换机中id编号相同的电口才能进行数据连接交换。
31.ethercat网络1中设备连接主路径为：plc主站1ethercat
→
光纤交换机1的1#电口
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光纤环网
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光纤交换机2的1#电口
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ethercat从站通讯模块1-1的进口
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ethercat从站通讯模块1-1的出口
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ethercat分支器1的进口
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ethercat分支器1的1#出口
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光纤交换机2的3#电口
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光纤环网
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光纤交换机3的3#电口
→
ethercat从站通讯模块1-2。如图2所示。
32.其他以太网络采用国际通用性的协议，数据交换不像ethercat协议一样有一进一出的方向性要求，其可以在交换机中不受限制地随意接入。人机交互1和人机交互2可以接入工业5口交换机中任一电口，工业5口交换机中任一电口接入光纤交换机1的5#/6#/7#任一电口，plc主站1ethernet电口和plc主站2ethernet电口接入光纤交换机1的5#/6#/7#任一电口，大车编码器1和大车编码器2接入光纤交换机2的5#/6#/7#任一电口，高度编码器接入光纤交换机3的5#/6#/7#任一电口。光纤交换机1、光纤交换机2、光纤交换机3之间采用光纤环网进行数据连接。如图3所示。
33.具体的控制方法如下：小车光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，小
车光纤环网交换机将接收到的指令信号转化为数字控制信号发送至地址信息为小车ethercat从站判断是否含有小车地址信息，若含有则将控制信号发送至小车ethercat从站接受控制信息并执行，若不含有则将信号返回小车光纤环网交换机中再次转化为光信号打入光纤环网中。
34.电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，电气梁光纤环网交换机将接收到的指令信号转化为数字控制信号发送至地址信息为电气梁ethercat从站判断是否含有电气梁ethercat地址信息，若含有则将控制信号发送至电气梁ethercat从站接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至ethercat分支器中转机，分支器中转机将接收到的控制信号发送至地址信息为主起升的变频器判断是否含有主起升变频器地址信息，若含有则主起升变频器接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为第一大车的变频器判断是否含有第一大车地址信息，若含有则第一大车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为第二大车的变频器判断是否含有第二大车的地址信息，若含有则第二大车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至地址信息为小车的变频器判断是否含有小车地址信息，含有则小车接受控制信息并执行，若不含有则将控制信号发送至光纤环网。
35.步骤3：在指令信号成功执行后，传感器实时检测桥式与门式启闭机的运行状态，根据运行状态判断执行的状况，并根据不同的状况进行相应的告警，将告警信息反馈至控制系统对风险进行去除。
36.所述桥式与门式启闭机的运行状态包括，当指令信号完成控制后，检测桥式或门式启闭机是否运行，若无法运行，则检测电机电流信息、三相电压信息、制动器打开信息、检测荷重传感器的受力状况、轨道状态和变频器输出驱动力，若电机电流大于所设阈值则判定为电机卡顿或超载，控制系统关停门式启闭机，增派人员对机械结构和负载进行检查；若三相电压信息小于所设阈值则判定为电源电压不足，控制系统反馈至配电网对电力进行加压，若三相电压信息大于所设阈值则判定为电源电压过压，控制系统反馈至配电网对电力进行减压，直至电压处于规范所允许的范围内；若制动器打开信号未能正常到位，操作人员需进行制动器检查直至启闭机开始运行，若荷重传感器的表面受力大于所设阈值，则判定为负载过大，操作人员进行卸货直至启闭机开始运行，若轨道内出现阻碍物则对轨道进行清洁，若变频器输出驱动力小于所设阈值则判定为变频器驱动力不足，控制系统关停启闭机，操作人员对变频器进行检查。
37.所述桥式与门式启闭机的运行状态还包括，若桥式或门式启闭机正在运行，则传感器检测启闭机的振动状态、行走机构偏斜、运动速度、轨道开档尺寸、行程距离和电机速度反馈状态，若振动的上下峰值大于所设阈值，则判定电机或者减速机存在损坏并发出电机与减速机异常告警，若行走机构存在两侧偏斜的上下峰值大于所设阈值，则判断为行走机构存在偏斜并发出偏斜告警，若运行速度小于所设阈值，则判断为行走受阻并发出受阻告警，若轨道开档尺寸大于所设阈值则判断为轨道偏离并发出轨道偏离告警，若小车无法从轨道一端到另一端则判断为轨道内出现异物并发出行程告警，若电机速度反馈出现波动则判断为扰动过大并发出干扰告警。
38.当出现干扰告警、行程告警、电机与减速机异常告警中任一告警时输出为一级告警，出现任二或全部时输出为二级告警，当出现受阻告警时输出为二级告警，若出受阻告警
和干扰告警、行程告警、电机与减速机异常告警中任一告警时，输出为三级告警，若出现偏斜告警和轨道偏离告警时，输出为三级告警。
39.反馈包括，将告警信息反馈至控制终端，若为一级告警则判断当前工作状态，若工作状态处于饱和则先进行工作，工作完毕后对设备进行检修，若工作处于亏空则将当前工作转入其他轨道或启闭机，对问题处进行检修，若为二级告警则增派技术人员进行检修，若为三级告警则关停启闭机，操作人员对启闭机轨道进行全面审查，若没出现告警信息则设备正常运行。
40.实施例2
41.本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：一种基于光纤环网为介质的分布式io组网方法还包括，为对本方法中采用的技术效果加以验证说明，本实施例采用传统技术方案与本发明发放进行对比测试，以科学论证的手段对比试验结果，以验证本方法所具有的真实效果。
42.将传统控制方法与本发明发进行实验对比，所得的实验数据如下表：
43.表1：实验数据对比表
[0044] 前端从站故障是否可以运行事故发生率传统方法无法运行1.87％本发明方法可以运行0.56％
[0045]
由上述对比不难看出，我方发明在前端从站故障时仍可运行，传统控制方法发为串联连接网络硬件连接不允许有错乱，一进一出的方向性要求严格，在远距离传输中，前端故障后端也无法运行，为客户带来不好的体验，而我方发明的方法将串联连接改为星型连接，即使前端从站发生故障也可以通过更改频道进行运行，有效保证施工效率。
[0046]
而且我方发明的事故发生率也远小于传统方法，传统方法监测时多为人工检测或运行前检测，由于员工间的技术能力和经验存在差异，导致很容易出现错报的情况发生，而运行前检测无法对运行时的参数进行测量，无法有效规避可能出现的风险，而我方发明方法是通过系统对参数进行检测，而且即使在运行时也实时进行测量，可有效地发现问题以及规避风险，具有极高的实用性，可提高电厂涉网保护的运行稳定性和可靠性。
[0047]
实施例3
[0048]
参照图4，为本发明第三个实施例，其不同于前两个实施例的是：一种基于光纤环网为介质的分布式io组网系统包括指令获取模块、运行驱动模块和启闭机状态检测模块；指令获取模块用于接收指令，控制系统接收指令，通过变频器形成为数字信号，将数字信号发送至plc生成各机构变频器地址及控制信息，将变频器地址和控制信息发送至司机室光纤环网交互机转换为光信号输入至光纤环网中；运行驱动模块用控制主起升、大小车动作，小车光纤环网交换机与电气梁光纤环网交换机无差别接收光纤网中的指令信号，将指令信号与各部分的地址信息进行比对，为指令信号找到所要控制的地址并对地址所在的单元进行控制；启闭机状态检测模块用于检测状态以及规避风险，若启闭机无法工作，则检测启闭机参数判断无法工作的原因并进行检修，若启闭机开始工作则实时检测启闭机运行过程中的参数，将运行参数与预设值进行比对，对危险的运行参数进行告警。
[0049]
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说
对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0050]
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0051]
计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)、便携式计算机盘盒(磁装置)、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)、光纤装置以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
[0052]
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0053]
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。