專利名稱：工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及工業(yè)控制通訊領(lǐng)域，特別是一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)控制系統(tǒng)中，一般包括工業(yè)控制器和人機(jī)界面等。其中，控制器可能是專用控制器或工控機(jī)，集成多種總線接口，用于與人機(jī)界面以及其它工業(yè)設(shè)備(如變頻器、智能儀表、PLD等)之間的通訊。人機(jī)界面是用于與控制器之間傳遞或交互信息的媒體，集成有顯示、鼠標(biāo)、鍵盤、I/O、等功能。其中，顯示部分實(shí)時(shí)顯示控制器的各種運(yùn)行狀態(tài)；鼠標(biāo)、鍵盤使各種操作指令能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地發(fā)送到控制器；1/0部分包括一些特殊功能的狀態(tài)指示或按鍵，通過某種總線(如RS485)與控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，其數(shù)據(jù)通信有專用的通信協(xié)議 (例如包括幀頭、幀尾、校驗(yàn)碼、地址等)。根據(jù)工業(yè)現(xiàn)場的實(shí)際應(yīng)用，要求工業(yè)控制器靠近工業(yè)現(xiàn)場的設(shè)備進(jìn)行安裝，而人機(jī)界面放置在便于人員操作的位置。因此，需要工業(yè)控制器與人機(jī)交互設(shè)備之間的通信距離足夠長、響應(yīng)快、抗干擾能力強(qiáng)。目前，工業(yè)現(xiàn)場的工業(yè)控制器與遠(yuǎn)端的人機(jī)界面之間的通信方式為以下兩種
I)第一種方式如圖I所示，工業(yè)控制器與人機(jī)界面之間直接通過LVDS、VGA、DVI等方式進(jìn)行視頻數(shù)據(jù)傳輸，以及直接通過USB、PS2等進(jìn)行鼠標(biāo)、鍵盤的通信。這種方式的缺點(diǎn)在于在工業(yè)控制器與人機(jī)界面距離較遠(yuǎn)的實(shí)際情況下，由于信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)不同，線纜規(guī)格不同，各種總線之間相互影響，抗干擾能力差，布線多且傳輸距離非常有限。2)第二種方式如圖2所示，工業(yè)控制器與人機(jī)界面之間通過RS485/網(wǎng)絡(luò)等總線直接連接進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，工業(yè)控制器將需要更新的數(shù)據(jù)發(fā)送給人機(jī)界面，由人機(jī)界面內(nèi)部處理單元將數(shù)據(jù)顯示在人機(jī)界面，人機(jī)界面通過總線將操作指令發(fā)送給工業(yè)控制器。這種方式的缺點(diǎn)在于
成本高，人機(jī)界面需要處理能力較強(qiáng)的內(nèi)部處理單元(嵌入式計(jì)算機(jī)CPU)進(jìn)行數(shù)據(jù)管
理；
工業(yè)控制器及嵌入式計(jì)算機(jī)需要一套組態(tài)軟件，開發(fā)周期長，工作量大；
靈活性差，不同的應(yīng)用場合，需要通過組態(tài)軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行重新配置；
實(shí)時(shí)性差，總線兩端設(shè)備需要通過軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理；
傳輸距離十分有限?？偟膩碚f，現(xiàn)有技術(shù)存在傳輸距離有限、抗干擾能力差、成本高、靈活性差、實(shí)時(shí)性
差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)和方法，延長數(shù)據(jù)傳輸距離，提高抗干擾能力，降低硬件和軟件成本，并獲得連線少，實(shí)時(shí)性高，使用簡單、靈活的優(yōu)點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元、 人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元和以太網(wǎng)線路；
所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括第一分類數(shù)據(jù)接口和第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊，所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一端通過第一以太網(wǎng)物理層接口連接所述以太網(wǎng)線路，所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊的另一端連接所述第一分類數(shù)據(jù)接口，所述第一分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到所述工業(yè)控制器；
所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括第二分類數(shù)據(jù)接口和第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊，所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一端通過第二以太網(wǎng)物理層接口連接所述以太網(wǎng)線路，所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊的另一端連接所述第二分類數(shù)據(jù)接口，所述第二分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到所述人機(jī)界面的輸入輸出外圍設(shè)備。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述第一分類數(shù)據(jù)接口包括以下至少一者視頻接收模塊、 PS2從設(shè)備接口模塊、第一 USB接口模塊、第一 UART接口模塊和第一 RS485接口模塊；
所述視頻接收模塊通過視頻轉(zhuǎn)換電路經(jīng)VGA/LVDS總線與所述工業(yè)控制器連接，所述 PS2從設(shè)備接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)PS2總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 USB接口模塊通過USB收發(fā)器經(jīng)USB總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 UART接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)UART總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 RS485接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線與所述工業(yè)控制器連接；
所述第二分類數(shù)據(jù)接口包括以下至少一者視頻發(fā)送模塊、PS2主設(shè)備接口模塊、第二 USB接口模塊、第二 UART接口模塊和第二 RS485接口模塊；
所述視頻發(fā)送模塊通過視頻轉(zhuǎn)換電路經(jīng)VGA/LVDS總線與顯示器連接，所述PS2主設(shè)備接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)PS2總線與鍵盤和/或鼠標(biāo)連接，所述第二 USB接口模塊通過USB收發(fā)器經(jīng)USB總線與USE外設(shè)連接，所述第二 UART接口模塊通過觸摸屏控制器經(jīng)UART總線與觸摸屏連接，所述第二 RS485接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485 總線與所述I/O模塊連接。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊用于數(shù)據(jù)收發(fā)處理的部分和所述第一分類數(shù)據(jù)接口通過FPGA建立；和/或
所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊中用于數(shù)據(jù)收發(fā)處理的部分和所述第二分類數(shù)據(jù)接口通過 FPGA建立。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述第一分類數(shù)據(jù)接口中各接口模塊按對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)輸入及輸出模塊中至少一者以及數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸入模塊從所述工業(yè)控制器接收的數(shù)據(jù)分別緩沖在相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，F(xiàn)PGA中設(shè)立有數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊用于按照預(yù)定優(yōu)先級(jí)從數(shù)據(jù)緩沖池對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇和讀取，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊用于對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行編碼，編碼后的數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至第一以太網(wǎng)物理層接口，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊用于接收從第一以太網(wǎng)物理層接口通過GMII接口發(fā)送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過解碼及校驗(yàn)，得到有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)類型分類并輸送至各相應(yīng)
6的數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸出模塊在相應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)被檢測(cè)到有效時(shí)，按照相應(yīng)的總線協(xié)議將數(shù)據(jù)輸出至所述工業(yè)控制器；和/或
所述第二分類數(shù)據(jù)接口中各接口模塊按對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)輸入及輸出模塊中至少一者以及數(shù)據(jù)緩沖池，當(dāng)所述人機(jī)界面的外圍設(shè)備被操作時(shí)，各數(shù)據(jù)輸入模塊從外圍設(shè)備接收的數(shù)據(jù)分別緩沖在相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，F(xiàn)PGA中設(shè)立有數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊用于按照預(yù)定優(yōu)先級(jí)從數(shù)據(jù)緩沖池對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇和讀取，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊用于對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行編碼，編碼后的數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至第二以太網(wǎng)物理層接口，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊用于接收從第二以太網(wǎng)物理層接口通過GMII接口發(fā)送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過解碼及校驗(yàn)，得到有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)類型分類并被輸送至各相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸出模塊在相應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)被檢測(cè)到有效時(shí)，按照相應(yīng)的總線協(xié)議將數(shù)據(jù)輸出至相應(yīng)的外圍設(shè)備。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元中，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊優(yōu)先讀取視頻數(shù)據(jù)，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊將每行視頻數(shù)據(jù)編為一幀進(jìn)行發(fā)送，非視頻數(shù)據(jù)在視頻數(shù)據(jù)幀與幀之間的間隔時(shí)間發(fā)送。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述視頻數(shù)據(jù)包括RGB數(shù)據(jù)和垂直同步信號(hào)，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在檢測(cè)到所述垂直同步信號(hào)的有效沿時(shí)，通過以太網(wǎng)向人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元發(fā)送表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在接收到表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀時(shí)生成有效的垂直同步信號(hào)，并根據(jù)接收到的每行視頻數(shù)據(jù)幀生成水平同步信號(hào)和DEN信號(hào)。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元與所述人機(jī)界面的外圍輸入輸出設(shè)備一起集成在所述人機(jī)界面中。一種使用前述任一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法，包括第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程和第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程；
所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第一分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與工業(yè)控制器連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第一以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第二以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第二分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第二分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至人機(jī)界面的外圍設(shè)備；
所述第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第二分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與人機(jī)界面的外圍設(shè)備連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第二以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第一以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第一分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第一分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至工業(yè)控制器。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，在所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程中，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元優(yōu)先讀取視頻數(shù)據(jù)，并將每行視頻數(shù)據(jù)編為一幀進(jìn)行發(fā)送，非視頻數(shù)據(jù)在視頻數(shù)據(jù)幀與幀之間的間隔時(shí)間發(fā)送。在優(yōu)選的實(shí)施方案下，所述視頻數(shù)據(jù)包括RGB數(shù)據(jù)和垂直同步信號(hào)，在所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程中，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在檢測(cè)到所述垂直同步信號(hào)的有效沿時(shí)，通過以太網(wǎng)向人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元發(fā)送表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在接收到表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀時(shí)生成有效的垂直同步信號(hào)，并根據(jù)接收到的每行視頻數(shù)據(jù)幀生成水平同步信號(hào)和DEN信號(hào)。雙向數(shù)據(jù)傳輸方法的其它優(yōu)選方案可根據(jù)工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)不同實(shí)施例的具體設(shè)置來相應(yīng)執(zhí)行其具體步驟。本發(fā)明有益的技術(shù)效果在于
本發(fā)明突破了對(duì)于工業(yè)控制通信的數(shù)據(jù)傳輸方式的傳統(tǒng)認(rèn)識(shí)，提出了對(duì)工業(yè)控制器與人機(jī)界面采用基于以太網(wǎng)的方式來實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，通過在工業(yè)控制器端與人機(jī)界面端分別設(shè)置適應(yīng)通過以太網(wǎng)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)收發(fā)單元，而以太網(wǎng)收發(fā)單元之間用以太網(wǎng)網(wǎng)線(如千兆網(wǎng)雙絞線/光纖)連接，可將工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元、人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元以及連接兩個(gè)收發(fā)單元的千兆網(wǎng)雙絞線/光纖視為透明傳輸?shù)难娱L線，這樣，工業(yè)控制器與人機(jī)界面的LCD、鍵盤、觸摸屏、I/O模塊等外圍設(shè)備相當(dāng)于無縫連接，由于人機(jī)界面與工業(yè)控制器無需像傳統(tǒng)的總線直連那樣需要運(yùn)行額外的組態(tài)軟件，因此大大減少了軟件開發(fā)成本，且顯著提高了使用的靈活性，可以用于任何應(yīng)用場合而不需要對(duì)工業(yè)控制器做任何的更改；
同時(shí)，相對(duì)于人機(jī)界面通過RS485等總線與工業(yè)控制器通訊的傳統(tǒng)方案，本發(fā)明中的工業(yè)控制器端/人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元適用基于FPGA的設(shè)計(jì)，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于總線直連方式所采用的基于嵌入式計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)；而且，本發(fā)明利用以太網(wǎng)，在VGA/LVDS、PS2、 UART, RS485、USB總線基礎(chǔ)上使傳輸距離顯著延長，距離延長通?？蛇_(dá)百米以上的，而如果以光纖為傳輸介質(zhì)，則其傳輸距離可以更長，大大提高了原有總線的傳輸距離；由于各總線的時(shí)序、數(shù)據(jù)幀格式按照本發(fā)明的通信方式均能夠保持不變，因此使用起來簡單靈活；由于工業(yè)控制器與人機(jī)界面之間的連接線減化為網(wǎng)線，例如一根CAT5網(wǎng)線，因此大大減少了長距離布線的布線量；由于工業(yè)控制器端/人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的數(shù)據(jù)處理可以基于FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，結(jié)合以太網(wǎng)(如千兆網(wǎng))所能達(dá)到的高速數(shù)據(jù)吞吐能力，從而能夠確?？刂破髋c人機(jī)界面之間的高實(shí)時(shí)性；由于工業(yè)控制器與人機(jī)界面通過以太網(wǎng)完全電氣隔離，利用以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)本身的抗干擾特性，并可進(jìn)一步借助于FPGA良好的數(shù)據(jù)傳輸重發(fā)機(jī)制，因而能顯著提高工業(yè)通信系統(tǒng)的抗干擾能力。


圖I為控制器與人機(jī)界面總線直連方式；
圖2為控制器與人機(jī)界面數(shù)據(jù)通信方式；
圖3為本發(fā)明一種實(shí)施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明一種實(shí)施例控制器與人機(jī)界面之間的透明傳輸示意圖5為本發(fā)明一種實(shí)施例工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的結(jié)構(gòu)框圖6為本發(fā)明一種實(shí)施例人機(jī)界面以太網(wǎng)收發(fā)單元的結(jié)構(gòu)框圖7為本發(fā)明的工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在一種實(shí)施例中的數(shù)據(jù)收發(fā)控制流程
圖8為本發(fā)明的人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在一種實(shí)施例中的數(shù)據(jù)控制流程9為本發(fā)明一種實(shí)施例的千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明。在一個(gè)實(shí)施例里，工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)包括工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元以及人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元，如圖3所示，優(yōu)選地，其中
1)工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括視頻接收模塊、PS2從設(shè)備接口模塊、第一 UART接口模塊、第一 RS485接口模塊、第一 USB接口模塊、第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊；
2)人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括視頻發(fā)送模塊、PS2主設(shè)備接口模塊、第二 UART 接口模塊、第二 RS485接口模塊、第二 USB接口模塊、第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊；
人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元可以是集成在人機(jī)界面中的，即人機(jī)界面除了可以包括顯示器、觸摸屏、鍵盤及I/O模塊等輸入輸出外圍設(shè)備之外，還包括向這些輸入輸出設(shè)備提供信號(hào)收發(fā)功能的人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元。在一些實(shí)施例中，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元和人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元分別包括USB接口模塊，從而可以通過通用串行總線發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，如鍵盤、鼠標(biāo)以及其他 USB外設(shè)等的信號(hào)。在另一些實(shí)施例中，也可以用USB接口模塊直接代替PS2接口模塊。工業(yè)控制器與人機(jī)界面的通信過程如下
A.工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的視頻接收模塊通過VGA/LVDS接口接收控制器視頻數(shù)據(jù)，視頻數(shù)據(jù)通過第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)上傳至千兆網(wǎng)4對(duì)雙絞線或光纖(經(jīng)光電信號(hào)轉(zhuǎn)換后)。人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊將接收的視頻信號(hào)傳輸至視頻發(fā)送模塊，按照顯示時(shí)序輸出至LCD顯示；
B.工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的PS2從設(shè)備接口模塊接收控制器sp2總線的數(shù)據(jù)， 第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊將數(shù)據(jù)上傳千兆網(wǎng)雙絞線或光纖，人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊從千兆網(wǎng)接收sp2數(shù)據(jù)，PS2主設(shè)備接口模塊將數(shù)據(jù)按照PS2總線時(shí)序輸出至鍵盤。人機(jī)界面的鍵盤數(shù)據(jù)將依次通過人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的PS2主設(shè)備接口模塊和第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊、千兆網(wǎng)、工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊和PS2從設(shè)備接口模塊，最后上傳至控制器；
C.人機(jī)界面集成觸摸屏模塊，觸摸屏模塊通過UART總線與第二UART接口模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。與B中的通信過程類似，通過人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第二 UART接口模塊和第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊、千兆網(wǎng)、工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊和第二 UART接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)觸摸屏模塊與控制器之間的數(shù)據(jù)交互；
D.人機(jī)界面集成有I/O模塊，I/O模塊通過RS485總線與第二RS485接口模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。與B中的通信過程類似，通過人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第二 RS485接口模塊和第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊、千兆網(wǎng)、工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊和第一 RS485接口模塊，可以實(shí)現(xiàn)I/O模塊與控制器之間的數(shù)據(jù)交互。如圖4所示，按照本發(fā)明的實(shí)施例，可將工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元、人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元以及連接兩個(gè)收發(fā)單元的千兆網(wǎng)雙絞線/光纖視為透明傳輸?shù)难娱L線， 這樣，工業(yè)控制器與人機(jī)界面的IXD、鍵盤、觸摸屏、I/O模塊為無縫連接，從而人機(jī)界面與工業(yè)控制器不需要運(yùn)行一套組態(tài)軟件，減少了開發(fā)成本，且使用靈活，可用于任何應(yīng)用場合而不需要對(duì)控制器做任何的更改。相對(duì)于傳統(tǒng)的人機(jī)界面通過RS485等總線與工業(yè)控制器通訊，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元/人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元優(yōu)選可以采用基于FPGA 的設(shè)計(jì)，其成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于采用嵌入式計(jì)算機(jī)的方式。同時(shí)，本發(fā)明將VGA/LVDS、PS2、UART, RS485總線的傳輸距離延長，可以實(shí)現(xiàn)幾百米的距離延長，如果以光纖為傳輸介質(zhì)，其傳輸距離可以更長，大大提高了原有總線的傳輸距離；各總線的時(shí)序、數(shù)據(jù)幀格式均保持不變， 使用簡單靈活；控制器與人機(jī)界面之間的連接線減化為網(wǎng)線，例如一根CAT5網(wǎng)線(內(nèi)含4對(duì)雙絞線)，減少了布線；工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元/人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的數(shù)據(jù)可以基于FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，結(jié)合例如千兆以太網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)吞吐能力，能夠確保控制器與人機(jī)界面之間的高實(shí)時(shí)性；工業(yè)控制器與人機(jī)界面的完全電氣隔離、網(wǎng)絡(luò)的抗干擾特性、FPGA 的數(shù)據(jù)傳輸重發(fā)機(jī)制(在采用FPGA的設(shè)計(jì)時(shí))，將提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖5展示了工業(yè)控制器和工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)，在此實(shí)施例里，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元主要包括視頻轉(zhuǎn)換電路、總線/電平轉(zhuǎn)換電路、 USB收發(fā)器、FPGA、千兆以太網(wǎng)物理層接口以及網(wǎng)絡(luò)連接器。其中，F(xiàn)PGA內(nèi)部包含視頻數(shù)據(jù)接收模塊、PS2從設(shè)備接口模塊、第一 UART接口模塊、第一 USB接口模塊、第一 RS485接口模塊和千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊為前文所述的第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一個(gè)例子。工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的所有數(shù)據(jù)處理均由FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，具有響應(yīng)及時(shí)、處理速度快等優(yōu)勢(shì)。圖6展示了人機(jī)界面的一種結(jié)構(gòu)，在此實(shí)施例里，人機(jī)界面包括輸入輸出外圍設(shè)備和人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元，具體包括IXD及視頻轉(zhuǎn)換電路、PS2鍵盤及電平轉(zhuǎn)換電路、USB外設(shè)及USB收發(fā)器、觸摸屏及觸摸屏控制器、I/O模塊及電平轉(zhuǎn)換電路、FPGA、千兆以太網(wǎng)物理層接口以及網(wǎng)絡(luò)連接器。FPGA內(nèi)部包含視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、PS2主設(shè)備接口模塊、第二 UART接口模塊、第二 USB接口模塊、第二 RS485接口模塊和千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊。千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊為前文所述的第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一個(gè)例子。人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的所有數(shù)據(jù)處理均由FPGA硬件實(shí)現(xiàn)，具有響應(yīng)及時(shí)、處理速度快等優(yōu)勢(shì)。圖7為一種實(shí)施例的工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元數(shù)據(jù)控制流程圖。工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元從工業(yè)控制器接收的總線數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù)、PS2數(shù)據(jù)、UART數(shù)據(jù)、USB 數(shù)據(jù)、RS485數(shù)據(jù)。視頻數(shù)據(jù)接收模塊包括數(shù)據(jù)輸入模塊，而PS2從設(shè)備接口模塊、第一UART 接口模塊、第一 USB接口模塊和第一 RS485接口模塊各自包括數(shù)據(jù)輸入模塊和輸出模塊。從工業(yè)控制器接收的數(shù)據(jù)分別緩沖在各模塊的數(shù)據(jù)緩沖池。FPGA中設(shè)立的數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊(作為千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的一部分)按照優(yōu)先級(jí)對(duì)幾種數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇。千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊對(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)按照幀格式進(jìn)行編碼，編碼后的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至千兆網(wǎng)物理層接口。同時(shí)，千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊中的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀接收模塊接收人機(jī)界面發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過數(shù)據(jù)解碼接校驗(yàn)，得到有效的數(shù)據(jù)。接收的數(shù)據(jù)可能是UART數(shù)據(jù)、PS2數(shù)據(jù)、USB數(shù)據(jù)或RS485數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)類型分類，輸送至各相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池。PS2數(shù)據(jù)輸出模塊檢測(cè)到緩沖池?cái)?shù)據(jù)有效后，啟動(dòng)PS2從設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送動(dòng)作，將PS2鍵盤數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)控制器；UART數(shù)據(jù)輸出模塊檢測(cè)到緩沖池?cái)?shù)據(jù)有效后，啟動(dòng)UART數(shù)據(jù)發(fā)送動(dòng)作，將觸摸屏數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)控制器；USB數(shù)據(jù)輸出模塊檢測(cè)到緩沖池?cái)?shù)據(jù)有效后，啟動(dòng)UART數(shù)據(jù)發(fā)送動(dòng)作，將USB外設(shè)數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)控制器； RS485數(shù)據(jù)輸出模塊檢測(cè)到緩沖池?cái)?shù)據(jù)有效后，啟動(dòng)RS485從設(shè)備數(shù)據(jù)發(fā)送動(dòng)作，將人機(jī)界面的I/O數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)控制器。
10
圖8為一種實(shí)施例的人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元數(shù)據(jù)控制流程圖。人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元從千兆網(wǎng)接收的總線數(shù)據(jù)包括視頻數(shù)據(jù)、PS2數(shù)據(jù)、UART數(shù)據(jù)、USB數(shù)據(jù)、 RS485數(shù)據(jù)。視頻數(shù)據(jù)發(fā)送模塊包括數(shù)據(jù)輸出模塊，而PS2主設(shè)備接口模塊、第二 UART接口模塊、第二USB接口模塊和第二 RS485接口模塊各自包括數(shù)據(jù)輸入模塊和輸出模塊。人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的以太網(wǎng)物理層接口從千兆網(wǎng)接收數(shù)據(jù)，通過GMII接口輸送至FPGA 的千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊，該模塊對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解碼及校驗(yàn)，校驗(yàn)錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)幀丟棄，校驗(yàn)通過的數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)類型標(biāo)志分類輸出至相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸出模塊檢測(cè)到數(shù)據(jù)緩沖池有效數(shù)據(jù)后，將按照各總線協(xié)議將數(shù)據(jù)輸出至外圍設(shè)備。同時(shí)，當(dāng)觸摸屏有被操作時(shí)，UART數(shù)據(jù)輸入模塊接收操作數(shù)據(jù)，并保存在數(shù)據(jù)緩沖池；iPS2鍵盤有鍵按下時(shí)，PS2 主設(shè)備模塊接收鍵值數(shù)據(jù)，并保存在數(shù)據(jù)緩沖池；I/O輸入掃描模塊實(shí)時(shí)掃描I/O的輸入狀態(tài)，狀態(tài)值按照RS485時(shí)序發(fā)送至RS485模塊，RS485數(shù)據(jù)輸入模塊將接收到的數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)緩沖池。FPGA中的數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊(作為千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊的一部分)實(shí)時(shí)檢測(cè)上述3個(gè)數(shù)據(jù)緩沖池內(nèi)是否有數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到有數(shù)據(jù)后，對(duì)該緩沖池的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，并由千兆以太網(wǎng)數(shù)據(jù)收發(fā)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)編碼，編碼后的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至千兆網(wǎng)物理層接口。如果同時(shí)幾個(gè)緩沖池都有數(shù)據(jù)，則數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊按照設(shè)定順序先讀取某個(gè)緩沖池的數(shù)據(jù)，編碼、發(fā)送。然后，按照順序讀取、編碼、發(fā)送其它數(shù)據(jù)池的數(shù)據(jù)。在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例里，以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式包括幀頭、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)值、幀尾。“數(shù)據(jù)類型”字用于區(qū)別不同類型(視頻、PS2、UART、RS485、USB)的數(shù)據(jù)。 幀格式中的“數(shù)據(jù)長度”字根據(jù)緩沖池中數(shù)據(jù)塊的大小可變。視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量最大，其它幾種非視頻數(shù)據(jù)均為慢速總線數(shù)據(jù)。為了提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕且曨l數(shù)據(jù)采用短幀 /多次發(fā)送方式，在短時(shí)間內(nèi)連續(xù)多次發(fā)送同一個(gè)數(shù)據(jù)幀，只要有2幀以上的數(shù)據(jù)幀校驗(yàn)通過，則判定數(shù)據(jù)幀有效。由于視頻數(shù)據(jù)量很大，而千兆以太網(wǎng)吞吐能力余量有限，視頻數(shù)據(jù)按照長幀/單次發(fā)送方式操作，每行數(shù)據(jù)編碼為一幀，每幀數(shù)據(jù)只發(fā)送一次。圖9為千兆網(wǎng)數(shù)據(jù)幀時(shí)序圖，在優(yōu)選的實(shí)施例里，由于視頻數(shù)據(jù)量最大，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在進(jìn)行數(shù)據(jù)選擇及讀取處理時(shí)，定義視頻數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)最高。在視頻信號(hào)每行有效期間，將視頻數(shù)據(jù)保存在緩沖池中，在每行結(jié)束時(shí)，啟動(dòng)當(dāng)前行視頻數(shù)據(jù)的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼及發(fā)送，當(dāng)前行視頻數(shù)據(jù)幀I發(fā)送結(jié)束后再傳輸非視頻數(shù)據(jù)2、3、4、5，非視頻數(shù)據(jù)2、3、4、5插在視頻幀I之間的間隔時(shí)間進(jìn)行編碼及發(fā)送。視頻部分除了每行的RGB視頻數(shù)據(jù)外，還對(duì)視頻控制信號(hào)進(jìn)行特殊處理。視頻控制信號(hào)中，V-sync為視頻垂直同步信號(hào)，表征每屏的起始。在優(yōu)選的實(shí)施例里，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的視頻處理模塊檢測(cè)到該信號(hào)有效沿后，通過以太網(wǎng)發(fā)送V-sync有效數(shù)據(jù)幀。人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在接收到V-sync有效數(shù)據(jù)幀后，自動(dòng)生成有效的 V-sync信號(hào)。此外，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元可以不對(duì)另外兩個(gè)控制信號(hào)H-sync和 Den進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸處理，由人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元根據(jù)接收到的每行視頻數(shù)據(jù)幀自動(dòng)生成H-sync和Den信號(hào)。根據(jù)本發(fā)明另一方面，還提供一種使用前述任一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法包括第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程和第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程；所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第一分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與工業(yè)控制器連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第一以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第二以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第二分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第二分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至人機(jī)界面的外圍設(shè)備；
所述第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第二分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與人機(jī)界面的外圍設(shè)備連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第二以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第一以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第一分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第一分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至工業(yè)控制器。對(duì)于雙向數(shù)據(jù)傳輸方法的其它優(yōu)選實(shí)施例，其可根據(jù)工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)前述各種實(shí)施例的具體設(shè)置來相應(yīng)執(zhí)行其更優(yōu)選的步驟。綜上所述，本發(fā)明利用以太網(wǎng)尤其是千兆網(wǎng)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力，提出了一種新型的工業(yè)控制器與人機(jī)界面通信方案，相對(duì)于基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)思想的慣用通信方案，本發(fā)明具有抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)及時(shí)、布線少、傳輸距離遠(yuǎn)、成本低、對(duì)于任何總線數(shù)據(jù)幀格式兼容、透明傳輸以及使用方便靈活等顯著優(yōu)點(diǎn)。以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，包括工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元、人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元和以太網(wǎng)線路；所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括第一分類數(shù)據(jù)接口和第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊，所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一端通過第一以太網(wǎng)物理層接口連接所述以太網(wǎng)線路，所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊的另一端連接所述第一分類數(shù)據(jù)接口，所述第一分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到所述工業(yè)控制器；所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元包括第二分類數(shù)據(jù)接口和第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊，所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊的一端通過第二以太網(wǎng)物理層接口連接所述以太網(wǎng)線路，所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊的另一端連接所述第二分類數(shù)據(jù)接口，所述第二分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到所述人機(jī)界面的輸入輸出外圍設(shè)備。
2.如權(quán)利要求I所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一分類數(shù)據(jù)接口包括以下至少一者視頻接收模塊、PS2從設(shè)備接口模塊、第一USB接口模塊、第一 UART接口模塊和第一 RS485接口模塊；所述視頻接收模塊通過視頻轉(zhuǎn)換電路經(jīng)VGA/LVDS總線與所述工業(yè)控制器連接，所述 PS2從設(shè)備接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)PS2總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 USB接口模塊通過USB收發(fā)器經(jīng)USB總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 UART接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)UART總線與所述工業(yè)控制器連接，所述第一 RS485接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485總線與所述工業(yè)控制器連接；所述第二分類數(shù)據(jù)接口包括以下至少一者視頻發(fā)送模塊、PS2主設(shè)備接口模塊、第二 USB接口模塊、第二 UART接口模塊和第二 RS485接口模塊；所述視頻發(fā)送模塊通過視頻轉(zhuǎn)換電路經(jīng)VGA/LVDS總線與顯示器連接，所述PS2主設(shè)備接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)PS2總線與鍵盤和/或鼠標(biāo)連接，所述第二 USB接口模塊通過USB收發(fā)器經(jīng)USB總線與USB外設(shè)連接，所述第二 UART接口模塊通過觸摸屏控制器經(jīng)UART總線與觸摸屏連接，所述第二 RS485接口模塊通過總線/電平轉(zhuǎn)換電路經(jīng)RS485 總線與所述I/O模塊連接。
3.如權(quán)利要I或2所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊用于數(shù)據(jù)收發(fā)處理的部分和所述第一分類數(shù)據(jù)接口通過FPGA建立；和/或所述第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊中用于數(shù)據(jù)收發(fā)處理的部分和所述第二分類數(shù)據(jù)接口通過 FPGA建立。
4.如權(quán)利要求3所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于， 所述第一分類數(shù)據(jù)接口中各接口模塊按對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)輸入及輸出模塊中至少一者以及數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸入模塊從所述工業(yè)控制器接收的數(shù)據(jù)分別緩沖在相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，F(xiàn)PGA中設(shè)立有數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊用于按照預(yù)定優(yōu)先級(jí)從數(shù)據(jù)緩沖池對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇和讀取，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊用于對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行編碼，編碼后的數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至第一以太網(wǎng)物理層接口，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊用于接收從第一以太網(wǎng)物理層接口通過GMII接口發(fā)送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過解碼及校驗(yàn)，得到有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)類型分類并輸送至各相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸出模塊在相應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)被檢測(cè)到有效時(shí)，按照相應(yīng)的總線協(xié)議將數(shù)據(jù)輸出至所述工業(yè)控制器；和/或所述第二分類數(shù)據(jù)接口中各接口模塊按對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)輸入及輸出模塊中至少一者以及數(shù)據(jù)緩沖池，當(dāng)所述人機(jī)界面的外圍設(shè)備被操作時(shí)，各數(shù)據(jù)輸入模塊從外圍設(shè)備接收的數(shù)據(jù)分別緩沖在相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，F(xiàn)PGA中設(shè)立有數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊和以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊用于按照預(yù)定優(yōu)先級(jí)從數(shù)據(jù)緩沖池對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇和讀取，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊用于對(duì)待發(fā)送的數(shù)據(jù)按照以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行編碼，編碼后的數(shù)據(jù)幀通過GMII接口發(fā)送至第二以太網(wǎng)物理層接口，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀解碼模塊用于接收從第二以太網(wǎng)物理層接口通過GMII接口發(fā)送來的以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，經(jīng)過解碼及校驗(yàn)，得到有效的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)根據(jù)類型分類并被輸送至各相應(yīng)的數(shù)據(jù)緩沖池，各數(shù)據(jù)輸出模塊在相應(yīng)數(shù)據(jù)緩沖池的數(shù)據(jù)被檢測(cè)到有效時(shí)，按照相應(yīng)的總線協(xié)議將數(shù)據(jù)輸出至相應(yīng)的外圍設(shè)備。
5.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元中，所述數(shù)據(jù)選擇及讀取模塊優(yōu)先讀取視頻數(shù)據(jù)，所述以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀編碼模塊將每行視頻數(shù)據(jù)編為一幀進(jìn)行發(fā)送，非視頻數(shù)據(jù)在視頻數(shù)據(jù)幀與幀之間的間隔時(shí)間發(fā)送。
6.如權(quán)利要求4所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述視頻數(shù)據(jù)包括RGB數(shù)據(jù)和垂直同步信號(hào)，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在檢測(cè)到所述垂直同步信號(hào)的有效沿時(shí)，通過以太網(wǎng)向人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元發(fā)送表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在接收到表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀時(shí)生成有效的垂直同步信號(hào)，并根據(jù)接收到的每行視頻數(shù)據(jù)幀生成水平同步信號(hào)和DEN信號(hào)。
7.如權(quán)利要求I或2所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，其特征在于，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元與所述人機(jī)界面的外圍輸入輸出設(shè)備一起集成在所述人機(jī)界面中。
8.一種使用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，包括第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程和第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程；所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第一分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與工業(yè)控制器連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第一以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第二以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第二分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第二分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至人機(jī)界面的外圍設(shè)備；所述第二方向數(shù)據(jù)傳輸過程包括第二分類數(shù)據(jù)接口中的各接口模塊從與人機(jī)界面的外圍設(shè)備連接的總線輸入總線數(shù)據(jù)，通過第二以太網(wǎng)收發(fā)模塊轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并由第二以太網(wǎng)物理層接口傳送到以太網(wǎng)線路，第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊從第一以太網(wǎng)物理層接口接收以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，并轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的總線數(shù)據(jù)后傳送至第一分類數(shù)據(jù)接口相應(yīng)的接口模塊，第一分類數(shù)據(jù)接口將總線數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)總線輸出至工業(yè)控制器。
9.如權(quán)利要求8所述的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，在所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程中，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元優(yōu)先讀取視頻數(shù)據(jù)，并將每行視頻數(shù)據(jù)編為一幀進(jìn)行發(fā)送，非視頻數(shù)據(jù)在視頻數(shù)據(jù)幀與幀之間的間隔時(shí)間發(fā)送。
10.如權(quán)利要求8或9所述的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述視頻數(shù)據(jù)包括RGB 數(shù)據(jù)和垂直同步信號(hào)，在所述第一方向數(shù)據(jù)傳輸過程中，所述工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元在檢測(cè)到所述垂直同步信號(hào)的有效沿時(shí)，通過以太網(wǎng)向人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元發(fā)送表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀，所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元在接收到表示所述垂直同步信號(hào)有效的數(shù)據(jù)幀時(shí)生成有效的垂直同步信號(hào)，并根據(jù)接收到的每行視頻數(shù)據(jù)幀生成水平同步信號(hào)和DEN信號(hào)。
全文摘要
一種工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，包括工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元、人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元和以太網(wǎng)線路；其中，工業(yè)控制器端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第一以太網(wǎng)收發(fā)模塊連接以太網(wǎng)線路和所述第一分類數(shù)據(jù)接口，所述第一分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到工業(yè)控制器；所述人機(jī)界面端以太網(wǎng)收發(fā)單元的第二分類數(shù)據(jù)接口連接以太網(wǎng)線路和所述第二分類數(shù)據(jù)接口，所述第二分類數(shù)據(jù)接口通過總線連接到人機(jī)界面的輸入輸出外圍設(shè)備。在此還揭示使用該工業(yè)控制器與人機(jī)界面雙向數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的雙向數(shù)據(jù)傳輸方法。本發(fā)明能夠延長工業(yè)控制器與人機(jī)界面之間的數(shù)據(jù)傳輸距離，提高抗干擾能力，降低成本，且具有連線少，實(shí)時(shí)性高，使用簡單、靈活等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G05B19/418GK102591291SQ201210045810
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者劉超, 呂恕, 吳宏, 夏禹, 龔小云 申請(qǐng)人:固高科技(深圳)有限公司