CN117452873A - 通信方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通信方法、装置、设备和存储介质，属于工业控制领域。方法包括：获取数据包发送指令，数据包发送指令包含：行为类型和变量信息；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与变量信息对应的数据包，并存储在数据包存储池中；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包存储于数据包存储池中，则在数据包存储池中提取与变量信息对应的数据包；发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收。装置包括：指令获取模块、第一响应模块、第二响应模块和数据包发送模块。通过上述方案节省了计算资源、提高了上位机与PLC之间的通信效率。

Description

通信方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及工业控制技术领域，特别涉及一种通信方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

电力、石化核能、航空、铁路等公共服务领域，涉及国计民生的关键基础设施依靠工业控制系统实现自动化作业。工业控制系统的典型特征是对稳定性有极高的要求，而今随着信息技术的发展，对安全性的要求也逐步提高。PLC是一种用于工业过程控制的数字化电子设备，是工控系统的核心设备，其功能是采集各种仪器、仪表的数据传输至上位机，接收上位机的控制指令进行响应。

现有的技术中上位机将需要采集的数据信息发送给PLC，然后PLC将相应的数据上发至上位机。由于在DCS系统中，上位机对数据的采集比较频繁，因此需要频繁对数据信息进行打包，然后发送给PLC，如此给上位机带来了较大的负载。对于大规模工业现场，还会容易导致通信缓慢。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明一方面提供了一种通信方法，应用于上位机侧，其包括：

获取数据包发送指令，所述数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，所述行为类型包括读取操作，所述变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与所述变量信息对应的数据包，并存储在所述数据包存储池中；响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包存储于所述数据包存储池中，则在所述数据包存储池中提取与所述变量信息对应的数据包；发送与所述变量信息对应的数据包，以使所述PLC接收。

另一方面提供了一种通信装置，其包括：

指令获取模块，用于获取数据包发送指令，所述数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，所述行为类型包括读取操作，所述变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；第一响应模块，用于响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与所述变量信息对应的数据包，并存储在所述数据包存储池中；第二响应模块，用于响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包存储于所述数据包存储池中，则在所述数据包存储池中提取与所述变量信息对应的数据包；数据包发送模块，用于发送与所述变量信息对应的数据包，以使所述PLC接收。

本发明又一方面提供了一种电子设备，其包括：处理器和用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行上述的通信方法。

本发明再一方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述的通信方法。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

获取数据包发送指令，数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，行为类型包括读取操作，变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与变量信息对应的数据包，并存储在数据包存储池中；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包存储于数据包存储池中，则在数据包存储池中提取与变量信息对应的数据包；发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收，从而节省了计算资源、提高了上位机与PLC之间的通信效率。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的一种通信方法的流程示意图；

图2是本发明一实施例提供的一种变量信息的示意图；

图3是本发明一实施例提供的一种数据包存储池的结构示意图；

图4是本发明一实施例提供的一种通信装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1，本发明实施例提供了一种通信方法，应用于上位机侧，用于上位机和PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）之间的通信，即上位机与PLC的通信方法，该方法流程包括以下步骤：

步骤101，获取数据包发送指令。

其中，数据包发送指令用于指示上位机发送数据包，其包含：行为类型和变量信息。行为类型为读取操作。变量信息用于表征与上位机通信连接的PLC的存储地址，即数据包发送指令针对的PLC的存储地址，在该存储地址存储有PLC采集的数据，例如: 温度、压力、流量、速度等。参见图2，变量信息可以包括：PLC编号和存储地址，例如：PLC编号为A的PLC，存储地址为40001、40003、40005、40007、40009的5个变量，这些信息可以以变量列表的形式存在，与上位机通信连接的PLC通常有多个，通过PLC编号可以区分不同的PLC；在其他的实施例中，变量信息可以包括：变量编号，其用于表示与上位机通信连接的PLC的存储地址，其与PLC的存储地址具有对应关系，即变量编号确定后，根据变量编号可以唯一地确定PLC的存储地址，例如：将PLC编号为A的PLC，存储地址为40001、40003、40005、40007、40009的5个变量分别编号为：58、59、60、61、62。可以创建一个变量列表，变量列表中记载有：变量编号、PLC编号、内存地址。当行为类型为读取操作时，数据包发送指令用于指示对存储地址进行读取操作。在其他的实施例中，行为类型可以包含：读取操作和写入操作。当行为类型为读取操作时，数据包发送指令用于指示对存储地址进行读取操作；当行为类型为写入操作时，数据包发送指令用于指示对存储地址进行写入操作。在实际工作中，由于读取操作相对于写入操作比较频繁，在本实施例中，当行为类型包括读取操作和写入操作时，需要判断行为类型是哪种操作，若行为类型为读取操作，则执行后续步骤，否则不执行后续步骤。数据包发送指令可以由工作人员的操作触发，还可以由自动触发，例如：预设时间到达时。数据包发送指令即为DCS（Distributed Control System，集散控制系统）工程的需求，可以由DCS软件的数据采集模块接收。

步骤102，响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与变量信息对应的数据包，并将构建的数据包存储在数据包存储池中。

当行为类型为读取操作时，判断与变量信息对应的数据包是否存储于预先创建的数据包存储池中，若数据包存储池中不存在该数据包，则构建与变量信息对应的数据包，然后将构建的数据包存储在数据包存储池中。

在步骤构建与变量信息对应的数据包之前，还包括：

按顺序对与上位机通信连接的PLC的与读取操作相关的存储地址进行编号，得到变量编号；基于预设间隔对变量编号进行划分，得到变量编号组。

通常在工业控制网络中，会有多个PLC与上位机通信连接。PLC的存储地址有时会针对行为类型进行区分，例如：有的地址仅允许进行读取操作，有的地址仅允许进行写入操作，则可以按顺序对与上位机通信连接的PLC的与读取操作相关的存储地址进行编号，得到变量编号；也可以按顺序对与上位机通信连接的PLC的存储地址进行编号，实现对与读取操作相关的存储地址进行编号，得到变量编号；在其他的实施例中，PLC的存储地址有时不会针对行为类型进行区分，则可以按顺序对与上位机通信连接的PLC的存储地址进行编号，实现对与读取操作相关的存储地址进行编号，得到变量编号。

该变量编号用于作为该存储地址的唯一编号，用于区分不同的PLC的不同的存储地址。存储地址都会有对应的变量编号，每个变量编号可以对应一个存储地址，也可以对应两个存储地址，如图2所示，本实施例对此不进行限定。然后按照预设间隔对变量编号进行划分，得到变量编号组。预设间隔根据实际使用情况进行限定，例如可以是5。当与上位机通信连接的所有PLC对应有10000个变量编号时，按照5进行划分，可以划分为2000个变量编号组。该变量编号组用于在数据包构建时，作为构建单位，即以变量编号组为单位进行数据包的构建，此时构建后的数据包包含变量编号组所对应的存储地址。

相应地，步骤构建与变量信息对应的数据包包括：

判断变量信息属于哪些变量编号组，根据判断结果以变量编号组为单位进行数据包构建，得到与变量信息对应的数据包。

变量信息中含有存储地址，变量编号组对应着存储地址，通过两者的比对，可以判断出该变量信息中的存储地址对应着哪些变量编号组中的存储地址。在其他的实施例中，变量信息还包括变量编号，变量编号组由多个变量编号组成，通过将变量信息的变量编号与多个变量编号组中的变量编号进行比对，将比对相同的变量编号所属的变量编号组作为判断结果。例如：变量信息包括的变量编号分别为58、60、62、80，变量编号58、60、62都属于同一个变量编号组，根据前述的预设间隔5为例进行划分的话，则该一个变量编号组还包括的变量编号有59、61。变量编号80属于另一个变量编号组，根据前述的预设间隔5为例进行划分的话，则该另一个变量编号组还包括的变量编号有78、79、81、82。则该一个变量编号组和该另一个变量编号组为判断结果。

得到判断结果后，若判断结果包括一个变量编号组，则以该变量编号组为单位进行数据包构建，以使构建后的数据包包括该变量编号组对应的存储地址。若判断结果包括多个变量编号组，则以变量编号组为单位分别对多个变量编号组进行数据包构建，构建后的数据包包括该变量编号组对应的存储地址，从而使得构建后的多个数据包包括变量信息对应的存储地址。构建后的数据包所包含的其他信息基于上位机和PLC的通信协议的不同会有所不同，本实施例不对上位机与PLC的通信协议进行具体限定。为了实现通信的安全，还会对数据包进行加密处理，得到加密后的数据包（或称密文），从而使得构建后的数据包为加密后的数据包。本实施例不对具体的加密算法进行限定。

预先创建数据包存储池，用于存储构建后的数据包。步骤存储在数据包存储池中包括：

对构建后的数据包进行编号，得到数据包编号；以变量编号为键，数据包编号为值对构建后的数据包进行存储。

数据包编号与数据包具有对应关系，数据包编号确定后，即可确定相应的数据包，数据包编号的大小可以按照数据包构建的先后顺序确定，此时并不与变量编号的大小一致。参见图3，以键值对的形式对数据包进行存储，键值对中键为变量编号，值为数据包编号，从而形成键-值映射关系，该映射关系是多对一的映射关系，即多个变量编号对应着同一个数据包，不同的数据包对应着不同的变量编号，通过以变量编号至数据包的多对一映射关系进行存储，存储到数据包存储池中，提高了数据包的复用性，极大程度减少数据包的计算过程。可以将数据包存储池中存储的数据包称之为静态数据包，其是一次构建（或生成）长期使用，而非每次重复计算，生成之后存储到数据包存储池中，需要发送时优先从数据包存储池中提取，以避免重复计算。

实际应用中，可以将数据包存储池中的数据包固化到磁盘，从而可以显著缩短上位机软件奔溃后重启、上位机与PLC设备的断线重连的时间。

步骤103，响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包存储于数据包存储池中，则在数据包存储池中提取与变量信息对应的数据包。

当行为类型为读取操作时，判断与变量信息对应的数据包是否存储于预

先创建的数据包存储池中，若数据包存储池中已有该数据包，则从数据包存储池中提取出来。

例如：变量信息中的变量编号为58、60、62、80，目前数据包存储池中有三个数据包，分别为：数据包1、数据包2、数据包3，数据包1对应着变量编号：58、59、60、61、62，数据包3对应着变量编号：78、79、80、81、82，则变量编号58、60、62的变量信息对应于数据包1，变量编号80的变量信息对应着数据包3，则从数据包存储池中提取出数据包1和数据包3即得到与变量信息对应的数据包。

若变量信息中的变量编号为58、60、62、85，目前数据包存储池中有三个数据包，分别为：数据包1、数据包2、数据包3，数据包1对应着变量编号：58、59、60、61、62，数据包2对应着变量编号：68、69、70、71、72，数据包3对应着变量编号：78、79、80、81、82，则变量编号58、60、62的变量信息对应于数据包1，变量编号85的变量信息没有对应的数据包，则构建数据包，关于数据包的构建过程请参见上述步骤的相关描述，此处不再一一赘述。

步骤104，发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收。

得到与变量信息对应的数据包之后，对其进行串行化，即生成与变量信息对应的数据包的有序队列，然后发送数据包有序队列。有时变量信息对应着一个数据包，有时变量信息对应着多个数据包，此时，通过对其进行串行化，使得数据包有序发送，不遗漏。

在步骤发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收之后，还包括：

上位机接收PLC发送的数据包，该数据包为PLC响应上位机发送的与变量信息对应的数据包而构建，然后对接收的PLC发送的数据包进行解析，得到与变量信息对应的存储地址存储的数据。由于解析后得到的数据可能多于实际DCS工程需要的数据，可以从中提取DCS工程需要的数据，即提取与变量信息对应的存储地址存储的数据。

通过获取数据包发送指令，数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，行为类型包括读取操作，变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与变量信息对应的数据包，并存储在数据包存储池中；响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包存储于数据包存储池中，则在数据包存储池中提取与变量信息对应的数据包；发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收。由于对工业控制系统中上位机与PLC通信的发送数据构建数据包后，将其存储到数据包存储池，对于相同变量编号组的采集可以有效避免数据报文的重复计算以及当数据包为加密数据包时，加密报文的计算，节省计算机的CPU资源，提高了采集速度。待发送的数据包直接从数据包存储池中提取，较少了计算报文（或数据包）、加密报文（或数据包）的过程，可以显著提高上位机与PLC设备的通信速率。

参见图4，本发明实施例提供了一种通信装置，该装置包括：指令获取模块401、第一响应模块402、第二响应模块403和数据包发送模块404。

其中，指令获取模块401用于获取数据包发送指令，数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，行为类型包括读取操作，变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址。第一响应模块402用于响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与变量信息对应的数据包，并存储在数据包存储池中。第二响应模块403用于响应于行为类型为读取操作，若与变量信息对应的数据包存储于数据包存储池中，则在数据包存储池中提取与变量信息对应的数据包。数据包发送模块404用于发送与变量信息对应的数据包，以使PLC接收。

可选地，第一响应模块402在构建与变量信息对应的数据包之前，本装置还用于：

按顺序对与上位机通信连接的PLC的与读取操作相关的存储地址进行编号，得到多个变量编号；基于预设间隔对多个变量编号进行划分，得到变量编号组；

相应地，第一响应模块在构建与变量信息对应的数据包时：判断变量信息属于哪些变量编号组；根据判断结果以变量编号组为单位进行数据包构建，得到与变量信息对应的数据包。

可选地，变量信息包括：变量编号。

可选地，第一响应模块402的存储在数据包存储池中，具体用于：

对构建后的数据包进行编号，得到数据包编号；以变量编号为键，数据包编号为值对构建后的数据包进行存储。

可选地，数据包发送模块404具体用于：对与变量信息对应的数据包进行串行化，得到数据包有序队列；发送数据包有序队列。

可选地，本装置还包括：数据包接收模块和数据包解析模块。数据包接收模块用于接收PLC发送的数据包，该数据包为PLC响应上位机发送的与变量信息对应的数据包而构建。数据包解析模块用于对数据包进行解析，得到与变量信息对应的存储地址存储的数据。

可选地，与变量信息对应的数据包为与变量信息对应的加密数据包，即对数据包进行加密计算后得到加密数据包。

需要说明的是：上述实施例提供的通信装置在通信时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的通信装置与通信方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

本发明实施例提供了一种设备，设备为电子设备，其包括：存储器和处理器。处理器与存储器连接，被配置为基于存储在存储器中的指令，执行上述通信方法。处理器的数量可以为一个或多个，处理器可以是单核或多核。存储器可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器（RAM）和/或非易失性内存等形式，如只读存储器（ROM）或闪存（flash RAM），存储器包括至少一个存储芯片。存储器可以是下述的计算机可读介质的示例。

本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现上述通信方法。计算机可读存储介质包括：永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括但不限于：相变内存（PRAM）、静态随机存取存储器（SRAM）、动态随机存取存储器（DRAM）、其他类型的随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘-只读存储器（CD-ROM）、数字多功能光盘（DVD）或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种通信方法，应用于上位机侧，其特征在于，所述方法包括：

获取数据包发送指令，所述数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，所述行为类型包括读取操作，所述变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；

响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与所述变量信息对应的数据包，并存储在所述数据包存储池中；

响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包存储于所述数据包存储池中，则在所述数据包存储池中提取与所述变量信息对应的数据包；

发送与所述变量信息对应的数据包，以使所述PLC接收。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述构建与所述变量信息对应的数据包之前，还包括：

按顺序对与所述上位机通信连接的PLC的与所述读取操作相关的存储地址进行编号，得到多个变量编号；

基于预设间隔对多个所述变量编号进行划分，得到变量编号组；

所述构建与所述变量信息对应的数据包包括：

判断所述变量信息属于哪些变量编号组；

根据判断结果以所述变量编号组为单位进行数据包构建，得到与所述变量信息对应的数据包。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述变量信息包括：变量编号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述存储在数据包存储池中包括：

对构建后的数据包进行编号，得到数据包编号；

以所述变量编号为键，所述数据包编号为值对构建后的数据包进行存储。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送与所述变量信息对应的数据包包括：

对与所述变量信息对应的数据包进行串行化，得到数据包有序队列；

发送所述数据包有序队列。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发送与所述变量信息对应的数据包，以使所述PLC接收之后，还包括：

接收所述PLC发送的数据包，该数据包为所述PLC响应所述上位机发送的与变量信息对应的数据包而构建；

对所述PLC发送的数据包进行解析，得到与所述变量信息对应的存储地址存储的数据。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述与所述变量信息对应的数据包为与所述变量信息对应的加密数据包。

8.一种通信装置，其特征在于，所述装置包括：

指令获取模块，用于获取数据包发送指令，所述数据包发送指令包含：行为类型和变量信息，所述行为类型包括读取操作，所述变量信息用于表征读取操作所针对的PLC的存储地址；

第一响应模块，用于响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包未存储于预先创建的数据包存储池中，则构建与所述变量信息对应的数据包，并存储在所述数据包存储池中；

第二响应模块，用于响应于所述行为类型为读取操作，若与所述变量信息对应的数据包存储于所述数据包存储池中，则在所述数据包存储池中提取与所述变量信息对应的数据包；

数据包发送模块，用于发送与所述变量信息对应的数据包，以使所述PLC接收。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：处理器和用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为执行权利要求1-7中任一项所述的一种通信方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由处理器加载并执行以实现权利要求1-7中任一项所述的一种通信方法。