本发明涉及上位机与外围设备的通信， 具体地， 涉及一种通信 系统和应用该通信系统的通信方法。 背景技术

在现代的工业生产中通常包括多个进行不同工 序的生产设备

(即， 外围设备） ， 为了了解不同生产设备的生产进度以及生产设 备 自身的参数， 通常需要利用上位机对不同的生产设备进行监 控。 目前 多通过控制柜的串口实现外围设备与上位机之 间的通信。 gp， 控制柜 通过串口与外围设备通信， 以获取外围设备的数据， 并且控制柜通过 串口与上位机通信， 以将从外围设备中获取的数据传送给上位机。

随着工业生产中数据传输的多样性， 控制柜中的串口的个数不 一定能满足该控制柜与上位机以及外围设备之 间传输数据的需求。常 见的解决方案有两种： 第一种， 增加控制柜的串口数量； 第二种， 通 过传输报文协议解析，即控制柜中的一个串口 同时与两个以上的串口 设备（包括上位机和外围设备）通信， 通过不同的报文协议解析对不 同的串口设备加以区别。

第一种解决方案会增加成本和硬件体积， 第二种解决方案容易 出现两种串口设备的数据混在一起的情况，一 旦两种串口设备的数据 混在一起解析错误就会出现乱码。

因此， 如何在不增加设备成本和硬件体积的情况下， 可靠地实 现控制柜与上位机以及外围设备之间的通信成 为本领域亟待解决的 技术问题。 发明内容

本发明的目的在于提供一种通信系统和一种通 信方法， 所述通 信系统中的控制柜可以可靠地与上位机和外围 设备进行通信，且不会 增加通信系统的成本和硬件体积。

为了实现上述目的， 作为本发明的一个方面， 提供一种通信系 统， 所述通信系统包括上位机、 控制柜和外围设备， 所述控制柜包括 用于所述外围设备与所述上位机之间通信的串 口， 其中， 当所述通信 系统处于工作阶段时，所述通信系统的系统周 期包括轮询阶段和自由 通信阶段，在所述轮询阶段所述上位机通过每 个控制柜上的串口向所 述控制柜发送査询指令，在所述自由通信阶段 所述控制柜通过所述串 口与所述外围设备通信。

优选地， 所述上位机包括上位机处理器和与所述上位机 处理器 电连接的上位机数传电台，所述上位机数传电 台与所述控制柜进行通 信，所述上位机处理器通过所述上位机数传电 台获取所述控制柜中的 数据实现对所述外围设备和所述控制柜的监控 。

优选地， 所述控制柜包括控制装置、 能够与所述上位机通信的 控制柜数传电台和能够与所述外围设备通信的 无线收发器，所述控制 柜数传电台和所述无线收发器通过同一个串口 与所述控制装置通信， 所述上位机能够在所述轮询阶段向所述控制柜 数传电台发送所述査 询指令，所述控制装置能够在所述自由通信阶 段通过所述无线收发器 与所述外围设备通信。

优选地， 所述上位机中设置有上级计时器， 所述控制柜中设置 有下级计时器， 在所述轮询阶段， 所述上位机向所述控制柜发送目的 报文， 所述目的报文中包括所述上级计时器的时钟值 ， 所述控制柜能 够将所述上级计时器的时钟值与所述下级计时 器的时钟值比较，并将 所述下级计时器与所述上级计时器同步。

优选地， 在所述通信系统的同步阶段内， 所述上位机能够向所 述控制柜发送握手报文，所述握手报文中包括 所述上级计时器的时钟 值，接收到所述握手报文的控制柜能够将所述 上级计时器的时钟值与 所述下级计时器的时钟值比较，以使所述上级 计时器和所述下级计时 器同步。

优选地， 在一个系统周期内， 所述轮询阶段占 1 个时间片， 所 述自由通信阶段占至少一个时间片。

优选地， 所述上位机中设置有与所述上位机处理器电连 接的第 一运算单元，所述控制柜中设置有与所述控制 装置电连接的第二运算 单元，所述第一运算单元用于计算所述上级计 时器的时钟值除以所述 系统周期所得的第一余数，所述上位机处理器 根据所述第一余数判断 所述上位机是否处于所述轮询阶段，所述第二 运算单元用于计算所述 下级计时器的时钟值除以所述系统周期所得的 第二余数，所述控制装 置根据所述第二余数判断所述控制柜是否处于 所述自由通信阶段。

作为本发明的另一个方面， 提供一种利用本发明所提供的上述 的通信系统的通信方法， 其中， 所述通信方法包括在工作阶段内进行 的査询步骤， 该査询步骤包括：

S2、 判断所述通信系统的时间状态；

当所述通信系统处于轮询阶段时， 则执行步骤 S32: 上位机向控 制柜发送査询指令；

当所述通信系统处于自由通信阶段时， 则执行步骤 S33 : 控制柜 与外围设备通信。

优选地， 所述步骤 S32之前还包括：

S31、 所述上位机向所述控制柜发送空闲监测指令， 当监测到所 述控制柜空闲时， 则执行步骤 S32; 当监测到所述控制柜繁忙时， 重 复所述步骤 S31 , 直至监测到所述控制柜空闲为止。

优选地， 当所述通信系统处于所述轮询阶段时， 所述步骤 S32 包括：

S32a、 所述上位机向所述控制柜发送目的报文， 所述控制柜接 收到所述目的报文后，根据所述目的报文中的 上级计时器的时钟值更 新下级计时器， 以使所述上级计时器与所述下级计时器同步； 和

S32b、 所述控制柜向所述上位机发送目标数据。

优选地， 所述步骤 S2包括：

S21、 所述上位机获取上级计时器中的时钟值， 所述控制柜获取 下级计时器中的时钟值；

S22、第一运算单元计算所述上级计时器中的时 钟值除以系统周 期所得的第一余数， 当该第一余数小于所述轮询阶段所需的时间时 ， 则判定所述上位机处于所述轮询阶段，当所述 第一余数大于所述轮询 阶段所需的时间时， 则判定所述上位机处于所述自由通信阶段； 第二 运算单元计算所述下级计时器中的时钟值除以 系统周期所得的第二 余数， 当所述第二余数小于所述轮询阶段所需的时间 时， 则判定所述 控制柜处于所述轮询阶段，当所述第二余数大 于所述轮询阶段所需的 时间时， 则判定所述控制柜处于所述自由通信阶段。

优选地， 所述通信系统还包括辅助设备， 所述辅助设备与所述 控制柜的所述控制装置相连， 向所述控制装置提供辅助的参数。

优选地， 所述通信方法还包括在所述査询步骤之前进行 的同步 步骤， 该同步步骤在同步阶段进行， 并且所述同步步骤包括：

511、 所述上位机向所述控制柜发送握手报文；

512、所述控制柜根据所述握手报文中的时钟值 更新所述控制柜 中的下级计时器的时钟值，使得所述控制柜中 的所述下级计时器与上 级计时器一致。

优选地， 所述同步步骤还包括：

S10、 所述上位机启动后， 在第一预定时间内监测所述控制柜是 否空闲； 当监测到所述控制柜空闲时， 执行所述步骤 Sl l。

优选地， 所述同步步骤所需的时间为系统周期的 1至 5倍。 优选地， 当所述控制柜未能在所述同步阶段接收到所述 握手报 文时， 所述控制柜执行所述步骤 S33。

本发明提供的通信系统和通信方法， 在所述轮询阶段内， 上位 机向控制柜发送査询指令， 以向控制柜索取所需的数据； 在自由通信 阶段内， 控制柜与外围设备组成对等通讯链路， 在自由通信阶段， 控 制柜与外围设备都可以主动发起通信。 由此可知， 在同一时间， 只有 一种数据通过所述控制柜的串口。 例如， 在所述轮询阶段， 只有上位 机发送的査询指令通过所述串口传递至控制柜 ， 在所述自由通信阶 段， 只有外围设备和控制柜之间的通信数据通过所 述串口， 因而， 在 同一时间， 通过所述串口的数据不会受到干扰。 所以， 控制柜可以利 用同一个串口与外围设备和上位机进行通信， 从而在不增加通信系统 的成本和硬件体积的情况下，可靠地实现控制 系统中的控制柜与上位 机和外围设备之间的通信。 附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解， 并且构成说明书的一 部分， 与下面的具体实施方式一起用于解释本发明， 但并不构成对本 发明的限制。 在附图中：

图 1为本发明所提供的通信系统的示意图；

图 2为系统周期的划分图；

图 3为本发明所提供的通信方法中同步步骤的流� �图； 图 4为本发明所提供的通信方法中査询步骤的流� �图； 图 5为上位机通信处理流程图；

图 6为控制器通信处理流程图。 附图标记说明

100： 上位机 110： 上位机数传电台

120： 上位机处理器 130： 上级计时器

140： 第一运算单元 200： 控制柜

210： 控制装置 220： 控制柜数传电台

230： 无线收发器 240： 下级计时器

250： 第二运算单元 300： 外围设备

400： 辅助设备 具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详 细说明。 应当理 解的是， 此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释 本发明， 并不 用于限制本发明。

如图 1 所示， 作为本发明的一个方面， 提供一种通信系统， 该 通信系统包括上位机 100、 控制柜 200和外围设备 300， 控制柜 200 包括用于外围设备 300与上位机 100之间通信的串口 （未示出） ， 其 中， 当所述通信系统处于工作阶段时， 所述通信系统的系统周期包括 轮询阶段和自由通信阶段，上位机 100可以在所述轮询阶段通过控制 柜 200的串口向控制柜 200发送査询指令，控制柜 200可以在所述自 由通信阶段通过相同的串口与外围设备 300通信。

该通信系统， 在所述轮询阶段内， 上位机向控制柜发送査询指 令， 以向控制柜索取所需的数据； 在自由通信阶段内， 控制柜与外围 设备组成对等通讯链路， 这个自由通信阶段， 控制柜与外围设备都会 主动发起通信。 由此可知， 在同一时间， 只有一种数据通过所述控制 柜的串口。 例如， 在所述轮询阶段， 只有上位机发送的査询指令通过 所述串口传递至控制柜， 在所述自由通信阶段， 只有外围设备和控制 柜之间的通信数据通过所述串口， 因而， 在同一时间， 通过所述串口 的数据不会受到干扰。所以， 控制柜可以利用同一个串口与外围设备 和上位机进行通信，从而在不增加通信系统的 成本和硬件体积的情况 下， 可靠地实现控制系统中的控制柜与上位机和外 围设备之间的通 信。

作为本发明的一种具体实施方式， 上位机 100包括上位机处理 器 120和与该上位机处理器 120电连接的上位机数传电台 110， 上位 机数传电台 110与控制柜 200进行通信。上位机处理器 120通过上位 机数传电台 110获取控制柜 200 中的数据， 以实现对外围设备 300 和控制柜 200的监控。

如上文中所述， 所述通信系统的工作周期即外围设备进行正常 作业， 上位机通过控制柜对外围设备的作业情况进行 监控的阶段， 所 述通信系统的工作周期包括轮询阶段和自由通 信阶段。在所述轮询阶 段内，上位机处理器 120通过上位机数传电台 110向控制柜 200发送 査询指令， 以向控制柜 200索取所需的数据。 在自由通信阶段内， 控 制柜 200与外围设备 300组成对等通讯链路， 在这个自由通信阶段， 控制柜 200与外围设备 300都可以主动发起通信。 由此可知， 在同一 时间， 只有一种数据通过所述串口。 例如， 在所述轮询阶段， 只有上 位机 100发送的査询指令通过所述串口传递至控制柜 200， 在所述自 由通信阶段，只有外围设备 300的参数或控制柜 200的数据通过所述 串口， 因而， 在同一时间， 通过所述串口的数据不会受到干扰。所以， 控制柜 200可以利用同一个串口与外围设备 300和上位机 100进行通 信， 从而减小了所述通信系统的物理体积。

应当理解的是， 在所述通信系统的工作周期内， 上位机 100通 过控制柜 200获取外围设备 300的数据以及控制柜 200本身的数据， 并且控制柜 200获取外围设备 300的数据。一个上位机 100可以对应 于多个控制柜 200 (图 1中仅示出了其中的两个控制柜） ， 每个控制 柜 200 都与相应的外围设备相对应。 在所述通信系统的运行的过程 中， 各个控制柜 200中所存储的数据是不同的， 在不同的时间段， 上 位机 100需要不同控制柜 200中的数据， 因此， 上位机 100周期性地 轮询不同控制柜 200。 上位机处理器 120中设置有监测程序， 当监测 程序需要特定控制柜中的数据时，则在所述轮 询阶段通过上位机数传 电台 110与该控制柜通信， 以获取所需的数据。

在所述通信系统进行通信时，上位机 100的上位机数传电台 110 仅在所述轮询阶段向控制柜 200发送査询指令，并且控制柜 200仅在 所述自由通信阶段与外围设备 300通信，避免了控制柜 200与上位机 100和外围设备 300同时通信的情况， 从而可以避免产生解析错误的 风险。 因此， 利用本发明所提供的通信系统可以确保控制柜 200与上 位机 100和外围设备 300通信时的可靠性。而且， 本发明所提供的通 信系统并没有增加控制柜 200中的串口的数量，从而避免了通信系统 的物理体积增加以及避免了通信系统的成本增 加。

在本发明中， 外围设备 300 为执行具体生产工艺的设备， 外围 设备 300与控制柜 200进行通信， 以将外围设备 300的数据 （例如， 工艺参数、 外围设备 300 自身的运行参数等） 传输给控制柜 200， 在 所述轮询阶段，控制柜 200将外围设备 300的数据发送给上位机 100。

容易理解的是， 在自由通信阶段， 上位机 100 不发送指令， 但 可以接收数据。

在轮询阶段， 控制柜 200通过串口与上位机数传电台 110通信， 在自由通信阶段， 控制柜 200通过串口与外围设备 300通信。为了实 现上述功能， 优选地， 控制柜 200可以包括控制装置 210、 可以与上 位机 100通信的控制柜数传电台 220和可以与外围设备 300通信的无 线收发器 230， 控制柜数传电台 220和无线收发器 230通过同一个串 口与控制装置 210通信， 在所述轮询阶段， 控制装置 210通过控制柜 数传电台 220 与上位机通信， 在所述自由通信阶段， 控制装置 210 通过无线收发器 230与外围设备 300通信。容易理解的是， 外围设备

300可以包括用于发送数据的遥控器， 通过遥控器将外围设备 300中 的数据发送给控制柜 200的无线收发器 230。

在所述通信系统的工作周期中，上位机 100的时间与控制柜 200 的时间应当是同步的，从而可以确保控制柜 200和上位机 100同时处 在所述轮询阶段， 并且还可以确保轮询阶段过后， 控制柜 200可以进 入自由通信阶段， 以及上位机 100在自由通信阶段不会向控制柜 200 发送命令。 可以通过多种实施方式来实现上述目的， 例如， 可以在上 位机 100和控制柜 200 中分别设置精确的时钟， 以确保上位机 100 和控制柜 200的时间精确同步。应当理解的是，虽然在自 由通信阶段， 上位机 100不向控制柜 200发送命令，但是上位机 100可以接收到控 制柜 200与外围设备 300的通信过程数据，并对该通信过程数据做记 录。

为了降低成本， 优选地， 上位机 100 中可以设置有上级计时器 130， 每个控制柜 200中均可以设置有下级计时器 240。

在所述轮询阶段， 上位机 100的上位机处理器 120通过上位机 数传电台 110向控制柜 200发送目的报文，该目的报文中包括上级计 时器 130的时钟值，控制柜 200可以将所述上级计时器的时钟值与下 级计时器 240的时钟值比较，并根据比较结果将下级计时 器 240与上 级计时器 130同步。

应当理解的是， 只有在控制柜 200 空闲时 （即， 未与外围设备

300进行通信时） ， 方可接收上位机数传电台 110发送的目的报文。

所述目的报文的目的在于査询所述控制柜 200 中的数据。 具体 地，所述控制柜 200中的数据可以包括控制柜 200 自身的运行参数以 及该控制柜 200对应的外围设备 300 的运行参数以及相应的工艺参 数。 通常， 控制柜 200 的串口为小端模式， 为了数据处理方便， 所 有的数值类型都采用小端格式数据。 目的报文的定义如表 1所示： 表 1

( 1 ) 同步码 （lByte) ： 其值为常量 0x3A (即， 字符"： " ) ， 便于解析命令时判断命令起始位置；

( 2) 目的地址 （lByte) ： 设备通讯地址 2-16， 保留地址 0作 为广播地址， 1为主站地址；

( 3 ) 命令码 （lByte) ： 功能编号；

( 4 ) 参数长度 （2Byte ) ： 表示报文中数据的字节数目， 假设 为 N;

( 5 ) 命令参数： 执行命令码时必须的参数， 长度为 N* lByte; 当 N等于 0时， 报文中将没有该数据项；

( 6 ) 校验码 （lByte) ： 用于对从 Address到 Data之间的所有 数据进行验证。

校验算法是将所有目的地址到命令参数之间的 数据按字节求 和， 然后除以 256所得余数即为校验码。 校验码的计算公式如下： 校验码 = (目的地址 +命令码 +参数长度 +Data[0] + ...+Data[N- l] ) MOD256。

在所述通信系统的整个工作周期中可以包括同 步阶段和工作阶 段。所述通信系统启动（包括上位机 100刚刚启动和控制柜 200以及 外围设备 300刚刚启动） 后的一段时间为所述通信系统的同步阶段。 在所述同步阶段内， 控制柜 200和外围设备 300初次上电， 控制柜 200中的下级计时器 240开始计时，通常下级计时器 240以 1ms步进 计时。在所述同步阶段内， 上位机 100通过上位机数传电台 110向控 制柜 200发送握手报文，该握手报文中也包括上级计 时器 130的时钟 值，接收到所述握手报文的控制柜 200可以将上级计时器 130的时钟 值与下级计时器 240的时钟值进行比较，以使上级计时器 130与下级 计时器 240同步。如上文中所述， 每个上位机 100对应有多个控制柜 200， 因此， 优选地， 在所述同步阶段内， 所有控制柜 200都可以完 成与上位机 100的同步， 然后可以进入工作阶段。

如果在所述同步阶段内， 并非所有的控制柜 200 都接收到了上 位机 100的握手报文，则未接收到握手报文的控制柜 200进入直接自 由通信阶段， 与外围设备 300进行通信。 当进入自由通信阶段的控制 柜 200接收到上位机 100发出的目的报文时，该控制柜 200根据目的 报文中的上级计时器 130中的时钟值更新自身的下级计时器 240， 使 上位机 100与控制柜 200同步。

经过上述同步阶段之后， 所述通信系统进入工作阶段， 上位机 100的上位机处理器 120判断此时处于通信系统的轮询阶段还是自由 通信阶段。如果上位机处理器 120判断此时处于所述通信系统的轮询 阶段，则向预定的控制柜 200发送目的报文，并接受相应的目标数据。 如果上位机处理器 120判断此时处于所述通信系统的自由通信阶段 ， 则等待下一个轮询阶段。 等待期间， 上位机 100仅接收数据， 但不发 出指令。

在本发明中， 对每个系统工作周期内轮询阶段与自由通信阶 段 各自所占的时间并不做限定。通常， 所述轮询阶段可以占 1个时间片 T， 而所述自由通信阶段可以占 η个时间片 Τ， 其中 η为不小于 1 的 整数。 当外围设备 300向控制柜 200中传输的数据达到一定值之后， 上位机 100与控制柜 200进行通信，从而获取外围设备 300和控制柜

200的数据。 例如， 在图 2中所示的具体实施方式中， 每个周期的长 度为 5Τ。 轮询阶段的时间为 1Τ， 而自由通信阶段的时间为 4Τ。

可以根据具体的串口通信情况来确定每个时间 片 Τ 的具体时 间。 假设通信设置波特率为 9600bps， 起始位 1位、 数据位 8位、 奇 偶校验位 1位、 停止位 2位， 传送一个字符需要 12位， 因此每秒理 论传送 800字节， 每个字符所需的传送时间为 1000ms/800=1.25ms。 假定协议报文最大长度为 100 字节 ， 理论时间 片 即 为 T=1.25msxl00=125ms _o 考虑通信延迟， 还需预留一定余量。 实际时 间片可以为理论时间片的 2 至 4 倍， 假定时间片选为 T=125msx4=500ms , 则系统周期为 2500ms， 轮询阶段为 500ms， 自 由通信阶段为 2000ms。

如上文中所述， 在本发明中， 控制柜 200可以包括通过串口相 连的控制装置 210、 控制柜数传电台 220和无线收发器 230， 外围设 备 300可以包括遥控器，控制柜数传电台 220与上位机 100的上位机 数传电台 110通信， 无线收发器 230与外围设备 300的遥控器通信。

在本发明中， 对所述串口的类型并不做具体限定， 例如， 所述 串口可以为 RS-485总线。

容易理解的是， 控制柜 200 的下级计时器 240与控制装置 210 电连接。

上位机 100 中设置有第一运算单元 140， 该第一运算单元 140 与所述上位机处理器 120电连接，控制柜 200中设置有第二运算单元 250， 该第二运算单元 250与控制装置 210电连接。

第一运算单元 140用于计算上级计时器 130的时钟值除以系统 周期所得的第一余数 tl， 上位机处理器 120根据第一余数 tl判断所 述上位机 100是否处于所述轮询阶段。 具体地， 当第一余数 tl小于 所述轮询阶段所占用的时间时，则说明所述上 位机 100处于所述轮询 阶段，上位机处理器 120通过上位机数传电台 110与控制柜 200进行 通信。

第二运算单元 250用于计算下级计时器 240的时钟值除以所述 系统周期所得的第二余数 t2， 控制装置 210根据所述第二余数判断 所述控制柜 200是否处于所述自由通信阶段。 当 t2大于所述轮询阶 段所占的时间时， 则说明所述控制柜 200处于所述自由通信阶段， 控 制柜 200可以与外围设备 300之间进行通信， 当 t2小于所述轮询阶 段所占的时间时， 则说明所述控制柜 200处于轮询阶段， 所述控制柜 200可以接收上位机 100的査询指令。

在上位机 100与控制柜 200 同步的情况下， 第一运算单元 140 计算得出的第一余数 tl与第二运算单元 250计算得出的第二余数 t2 是相等的。

所述通信系统还可以包括辅助设备 400，该辅助设备 400与控制 柜 200的控制装置 210相连，可以向控制装置 210提供辅助的参数（例 如， 环境温度等） 。 辅助设备 400可以与控制柜 200通信， 并且控制 柜 200可以根据需求将辅助设备 400提供的数据发送至上位机 100。

辅助设备 400可以通过其他串口与控制柜 200通信， gp， 辅助 设备 400不与上位机 100以及外围设备 300共用串口。

作为本发明的另一个方面， 如图 4所示， 提供上述通信系统的 通信方法， 其中， 该通信方法包括在工作阶段内进行的査询步骤 ， 该 査询步骤包括：

S2、 判断所述通信系统的时间状态。

如上文中所述， 在所述通信系统处于工作阶段时， 所述系统周 期包括轮询阶段和自由通信阶段。 因此， 在工作阶段内， 所述的通信 系统的时间状态包括所述通信系统处于所述轮 询阶段以及所述通信 系统处于所述自由通信阶段两种时间状态。

当所述通信系统处于所述轮询阶段时， 则执行步骤 S32: 所述上 位机向所述控制柜发送査询指令；

当所述通信系统处于所述自由通信阶段时， 则执行步骤 S33 : 所 述控制柜与所述外围设备通信。

通过步骤 S32, 上位机可以向所述控制柜索取数据（包括所述 控 制柜自身的数据以及该控制柜采集的外围设备 的数据） ； 通过步骤

S33 , 控制柜可以获取外围设备的数据。

在所述通信方法中， 所述上位机仅可以在系统周期的轮询阶段 向所述控制柜发送査询指令 （步骤 S32 ) ， 并且所述控制柜仅在所述 系统周期的自由通信阶段与外围设备通信 （步骤 S33 ) ， 避免了上位 机和外围设备同时与控制柜通信时所产生的解 析错误的风险，从而确 保了控制柜通过同一个串口与上位机和外围设 备通信时的可靠性。而 且， 本发明所提供的通信系统中， 所述控制柜中并没有增加串口的数 量， 从而避免了通信系统的物理体积增加， 因此避免了通信系统的成 本增加。

只有当所述控制柜空闲时， gP， 所述控制柜并未与对应的外围 设备通信时， 方可与所述上位机进行通信。 由于上位机仅能判断该上 位机本身是否处于轮询阶段，而控制柜也只能 判断该控制柜本身是否 处于轮询阶段。上位机与控制柜有可能不同步 ， 当上位机进入轮询阶 段时， 而控制柜尚未进入轮询阶段。 在这种情况中， 为了避免控制柜 中发生数据混合的情况， 优选地， 可以在步骤 S32 之前进行判断控 制柜是否空闲的步骤， 具体地， 所述步骤 S32之前还可以包括： S31、 所述上位机向所述控制柜发送空闲监测指令， 当监测到所 述控制柜空闲时， 则执行步骤 S32; 当监测到所述控制柜繁忙时（即， 正与所述外围设备通信） ， 则重复所述步骤 S31 , 直至监测到所述控 制柜空闲为止。

当进行所述通信方法时， 上位机的时间与控制柜的时间应当是 一致的。 可以通过多种方法确保上位机的时间与控制柜 的时间一致， 例如，可以在同一时刻同时启动上位机和所述 控制柜以及与该控制柜 对应的外围设备。

为了降低对操作者的要求， 优选地， 可以通过如下方法使得上 位机的时间与所述控制柜的时间保持一致：

当所述通信系统处于所述轮询阶段时， 所述步骤 S32可以包括：

S32a、 所述上位机向所述控制柜发送目的报文， 所述控制柜接 收到所述目的报文后，根据所述目的报文中的 所述上级计时器的时钟 值更新所述下级计时器， 以使所述上级计时器与所述下级计时器同 步； 和

S32b、 所述控制柜向所述上位机发送目标数据。 该目标数据为 所述目的报文中所要求的数据。

进行步骤 S32a的优点在于， 可以随着通信的进行， 不断的对控 制柜的下级计时器进行更新，确保在整个通信 过程中控制柜与上位机 都是同步的。

下面介绍如何判断所述通信系统的时间状态， 所述步骤 S2具体 包括：

521、 所述上位机获取所述上级计时器中的时钟值， 所述控制柜 获取所述下级计时器中的时钟值；

522、所述上位机的第一运算单元计算所述上级 计时器中的时钟 值除以系统周期所得的第一余数 tl， 当该第一余数 tl 小于所述轮询 阶段所需的时间时， 则判定所述上位机处于所述轮询阶段， 当所述第 一余数大于所述轮询阶段所需的时间时，则判 定所述上位机处于所述 自由通信阶段；所述第二运算单元计算所述下 级计时器中的时钟值除 以系统周期所得的第二余数，当所述第二余数 小于所述轮询阶段所需 的时间时， 则判定所述控制柜处于所述轮询阶段， 当所述第二余数大 于所述轮询阶段所需的时间时，则判定所述控 制柜处于所述自由通信 阶段。

由于上位机和控制柜通常是同步的， 因此， 上位机和控制柜中 的任意一者的时间状态均可以表示所述通信系 统的工作状态。

为了降低对操作者的操作精度的要求， 优选地， 如图 3 所示， 所述通信方法还可以包括在所述査询步骤之前 进行的同步步骤，该同 步步骤在所述同步阶段进行， 并且该同步步骤包括：

511、 所述上位机向所述控制柜发送握手报文；

512、所述控制柜根据所述握手报文中的时钟值 更新所述控制柜 中的下级计时器的时钟值，使得所述控制柜中 的所述下级计时器与所 述上级计时器一致。

经过同步步骤之后， 控制柜与上位机的时间同步， 从而可以使 通信过程更加可靠。

如上文中所述， 每个上位机可以对应有多个控制柜， 因此， 作 为本发明的一种实施方式， 所述同步步骤还可以包括：

S10、 所述上位机启动后， 在第一预定时间内监测所述控制柜是 否空闲； 当监测到所述控制柜空闲时， 则执行所述步骤 S l l。 第一预 定时间可以为 1个系统周期 （5T) 或者 3个系统周期 （15T) 。

经过同步阶段后， 至少大部分控制柜的时间与上位机的时间同 步。

当所述上位机和所述控制柜上电时， gP， 所述通信系统刚刚启 动时， 进行上述同步步骤， 从而可以确保在进行第一次进行所述査询 步骤时， 所述上位机的时间和所述控制柜的时间是同步 的。

在本发明中， 对同步步骤所需的时间并没有特殊的限制， 可以 从启动上位机和控制柜开始，直至所述控制柜 与所述上位机时间同步 为止， 例如， 所述同步步骤所需的时间可以为系统周期的 1至 5倍。 在所述步骤 S 1 1中，所述控制柜中的上级计时器以 1ms步进（即， 启动 1ms 时钟中断） 。 在下级计时器的步进计时阶段内， 控制柜等 待上位机发送的握手报文， 如果接收到了所述握手报文， 则根据所述 握手报文中所述上位机的时钟值更新所述控制 柜中的下级计时器，使 该下级计时器与所述上级计时器同步。

每个上位机可以对应有多个控制柜， 当控制柜数量较多时， 可 能会出现所述同步阶段已经结束， 但仍有控制柜没有接收到握手报 文。如果控制柜未能在所述同步阶段接收到所 述握手报文， 则该未接 收到握手报文的控制柜进入所述自由通信阶段 ， 执行所述步骤 S33 , 与外围设备进行通信。当所述控制柜在所述工 作阶段接收到所述上位 机发送的目的报文时， 再与所述上位机进行同步。

下面结合图 5和图 6介绍在进行本发明所提供的优选实施方式 时， 上位机和控制柜的操作流程。

在同步阶段内， 当上位机启动时， 上位机等待第一预定时间， 在第一预定时间内， 上位机监测控制柜是否空闲， 当监测到空闲的控 制柜时， 则向该空闲的控制柜发送握手报文。 当控制柜和外围设备上 电后 （如图 6中的虚线框内所示） ， 以 1ms步进 （即， 启动 1ms时 钟中断） ， 并等待上位机发送的握手报文。 在所述同步阶段内， 当空 闲的控制柜接收到所述握手报文之后， 更新该控制柜中的下级计时 器， 使得该控制柜与所述上位机同步， 进入工作阶段。 如果在同步阶 段内， 控制柜未能接受到所述握手报文， 则直接进入工作阶段的自由 通信阶段， 与外围设备进行通信。

当所述通信系统进入工作阶段时， 执行所述査询步骤。 如图 5 所示， 首先， 第一运算单元计算上级计时器中的时钟值 T1除以系统 周期 5T之后的第一余数 tl，如果第一余数 tl小于轮询阶段所占的时 间 T， 则说明此时上位机处于轮询阶段， 上位机监测预定的控制柜是 否空闲， 当预定的控制柜空闲时， 上位机向该空闲的控制柜发送目的 报文。 如果第一余数 tl 大于轮询阶段所站的时间 T， 则说明此时上 位机处于自由通信阶段， 上位机重复监测预定控制柜是否空闲， 在此 时间内， 上位机只接收数据， 不发送数据。 当预定的控制柜繁忙时， 上位机重复监测预定控制柜是否空闲， 在此时间内， 上位机只接收数 据， 不发送数据。

如图 6所示，第二运算单元计算下级计时器中的时� �值 T2除以 系统周期 5T之后的余数 t2，如果第二余数 t2小于轮询阶段所占的时 间 T， 则说明所述控制柜处于轮询阶段， 不与外围设备通信， 而是接 收所述目的报文。 如果第二余数 t2大于轮询阶段所占的时间 Τ， 则 说明所述控制柜处于自由通信阶段， 则与外围设备发送信息， 并接收 外围设备的数据。

随后， 当所述控制柜接收到所述目的报文之后， 如图 6 所示， 处理所述目的报文， 确定所述上位机所需的数据， 并判断所述目的报 文是否是所述上位机发出的， 如果为所述上位机发出的， 则更新所述 下级计时器，并向上位机发出目标数据；如果 不是所述上位机发出的， 则重新计算 t2 _; 同时， 如图 5 所示， 当所述上位机接收到目标数据 之后对该目标数据进行处理，处理完毕后重新 检测另一预定的控制柜

(不同于上文中的预定的控制柜） 是否空闲， 并且重新开始计算 tl。

容易理解的是， 在图 6 中的 "接收信息" 中接收的信息可以是 在自由通信阶段外围设备 300发送给控制柜 200的信息，也可以是轮 询阶段上位机 100发送给控制柜 200的信息。在对信息进行处理之后， 还可以判断所述信息是否是上位机报文， 如果是上位机报文， 则控制 柜更新自身的下级计时器， 如果不是上位机报文， 则返回计算 t2 的 步骤。

可以理解的是， 以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而 采用 的示例性实施方式， 然而本发明并不局限于此。 对于本领域内的普通技术 人员而言， 在不脱离本发明的精神和实质的情况下， 可以做出各种变型和 改进， 这些变型和改进也视为本发明的保护范围。