基于RS422接口的備份測試系統設計

1、引言

在復雜現場(chǎng)工業(yè)環(huán)境中，有時(shí)需要對現場(chǎng)工作設備進(jìn)行備份，提供一套與工作設備完全相同的設備，提高設備的應急處理能力和工作任務(wù)完成的的靠性。在這種備份方式中，主輔兩臺設備同時(shí)開(kāi)機，同時(shí)接收終端設備數據，根據需求采用通信協(xié)議簡(jiǎn)單、容錯能力強、安全性好以及成本較低的RS422總線(xiàn)方式實(shí)現。RS422總線(xiàn)是一種點(diǎn)對點(diǎn)傳輸總線(xiàn)，它定義了一種平衡通信接口，將傳輸速率提高到10Mb/s，在傳輸速率低于100kb/s時(shí)，其傳輸距離可達1200米。RS422傳輸協(xié)議屬于單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規范，只對接口電氣特性做出規定，不涉及接插件、電纜或協(xié)議，可在此基礎上建立高層通信協(xié)議進(jìn)行通信。

2、系統接口設計

為使主輔設備互為備份，需要主輔設備同時(shí)接收數據、主設備應答終端設備信號命令，而輔設備不應答終端設備信號命令。主輔設備與終端設備通過(guò)RS422端口連接方式如圖1所示。

圖1 系統接口設計小標

3、系統工作流程

主輔設備同時(shí)工作時(shí)，系統工作流程如圖2所示：

圖2 系統工作流程框圖

4、軟件設計

通信過(guò)程中，終端設備通過(guò)RS422端口按查詢(xún)通信方式和中斷通信方式與主輔設備進(jìn)行通信。

4.1 數據幀格式設計

4.1.1 查詢(xún)通信幀格式

查詢(xún)通信幀格式如表1所示，按照單字節握手方式進(jìn)行數據傳輸：終端設備按照單字節信號傳輸方式發(fā)送信號命令到主輔設備，主設備在接收到每個(gè)字節后返回到終端設備，輔設備則無(wú)應答。終端設備在確認接收字節與發(fā)送字節無(wú)誤后繼續發(fā)送幀中下一字節數據到主輔設備。

表1 查詢(xún)通信數據幀格式

幀格式

幀頭

數據長(cháng)度

識別符

代碼

幀尾

字節數

3

2

2

1

1

4.1.2 中斷通信數據幀格式

中斷通信數據幀格式如表2所示，按照中斷方式進(jìn)行數據傳輸：設備通過(guò)數據幀格式將每一個(gè)字節順序發(fā)出，接收方以中斷方式進(jìn)行接收，根據幀格式判斷是否收到完整數據幀。

表2 中斷通信數據幀格式

幀格式

幀頭

識別符

數據區

校驗和

數據長(cháng)度

幀尾

字節數

2

7

200

1

2

2

4.2 設計考慮

4.2.1 數據幀判別

設置后臺監視線(xiàn)程，主輔設備同時(shí)不間斷接收終端設備傳輸信號，接收到信號后，判斷是否為單字節，若是單字節則延時(shí)20毫秒繼續接收。20毫秒后若沒(méi)有接收到數據則進(jìn)入查詢(xún)通信格式進(jìn)行單字節握手接收，否則進(jìn)入中斷通信方式進(jìn)行數據接收。

4.2.2 通信同步

4.2.2.1 主輔設備與終端設備數據接收同步

主輔設備與終端設備通信時(shí)需在發(fā)送和接收數據時(shí)間間隔上進(jìn)行限制，當接收和發(fā)送時(shí)間超過(guò)時(shí)間間隔，就認為本次通信失敗。程序立即回到通信程序開(kāi)始，并清空緩沖區的數據繼續查詢(xún)接收;終端設備若在規定時(shí)間未收到返回確認信號，也立即返回到通信程序開(kāi)始，并清空緩沖區中的數據,重新發(fā)送數據，接收雙方重新同步。

4.2.2.2 主設備與輔設備接收同步

主設備與輔設備同時(shí)接收終端設備傳輸數據，因為接收線(xiàn)程都是程序子線(xiàn)程，因此當主設備接收并應答終端設備信號時(shí)，輔設備接收線(xiàn)程可能存在未同步接收的情況，當主設備與終端設備通信到一定時(shí)間時(shí)，輔設備才開(kāi)始接收數據。此時(shí)，輔設備接收線(xiàn)程進(jìn)入中斷通信方式。

因此在程序設計中接收線(xiàn)程采用中斷查詢(xún)混合接收方式，判別幀格式不屬于中斷通信幀格式后，采用單字節格式繼續進(jìn)行數據接收。

4.2.3 丟幀處理

主輔設備同時(shí)接收終端設備中斷數據幀格式時(shí)，需考慮到主輔設備間接收線(xiàn)程同步性，判別接收數據時(shí)是否存在丟幀現象。

4.3 接收工作線(xiàn)程

軟件接收參數工作線(xiàn)程如圖3所示。

圖3 軟件接收工作線(xiàn)程

4.3.1 查詢(xún)通信流程

查詢(xún)通信工作流程如圖4所示。

圖4 查詢(xún)通信工作流程

4.3.2 中斷查詢(xún)混合通信流程

中斷查詢(xún)混合通信工作流程如圖5所示。

圖5 中斷查詢(xún)混合通信工作流程

5、結論

經(jīng)過(guò)實(shí)驗驗證，通信時(shí)，通過(guò)主設備單獨應答終端設備信號命令，主輔設備能很好的同時(shí)接收終端設備數據并存儲備份。經(jīng)過(guò)分析，這種按照RS422總線(xiàn)方式進(jìn)行連接的備份測試方法雖然降低了總線(xiàn)輸出電平差值，但輸出電平仍然遠大于RS422規定的200mv門(mén)限電平值。因此，這種連接設計的主輔備份測試系統很好的滿(mǎn)足了數據備份和數據通信傳輸要求,而其結構簡(jiǎn)單、構造方便、成本較低的優(yōu)點(diǎn)更具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢。

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