CN221575411U - 基于工业现场总线的多协议转换网关设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，包括：主控单元模块、电源模块、多个Modbus RTU通信接口模块、Proifbus‑DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及Modbus TCP通信接口模块；所述电源模块、Modbus RTU通信接口模块、Proifbus‑DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及Modbus TCP通信接口模块分别与所述主控单元模块连接。该设备具备多路串口，一次可以连接大量的仪表、I/O设备，便于进行协议转换；各协议接口可以同时工作，互不影响，提高了仪表、I/O设备的扩展能力，提高了设备的轮询速度。

Description

基于工业现场总线的多协议转换网关设备

技术领域

本实用新型涉及网关设备技术领域，具体涉及一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备。

背景技术

工业现场往往根据PLC品牌的不同，会使用不同的现场总线来连接设备，如西门子的Profibus-DP、罗克韦尔的Devicenet、施耐德的Modbus等。工业现场大量的仪表、I/O等设备出于成本考虑，往往只会加入Modbus RTU协议，对融入其他家的现场总线产生了障碍。为了实现不同总线协议间的互通，往往需要加入昂贵的协议转换模块、总线桥等设备进行协议转换。

然而，现有协议转换模块存在以下问题：单协议转换，只能将一种协议转换为另一种协议。接口扩展数量不足，如市面常见的Profibus-DP转Modbus RTU网关转换模块，往往只具有一个Modbus RTU接口，如果现场设备较多，需要采购多个网关模块，使用成本高，同时也需要更多的安装空间。因此，有必要提出一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，以解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，以解决现有技术接口扩展数量不足的问题。

本实用新型提供一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，包括：主控单元模块、电源模块、多个Modbus RTU通信接口模块、Proifbus-DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及Modbus TCP通信接口模块；所述电源模块、Modbus RTU通信接口模块、Proifbus-DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及Modbus TCP通信接口模块分别与所述主控单元模块连接。

进一步地，所述主控单元模块为i.MX RT1062处理器。

进一步地，基于工业现场总线的多协议转换网关设备还包括信号指示灯模块，所述信号指示灯模块包括分别用于指示电源模块、Modbus RTU通信接口模块、Proifbus-DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及Modbus TCP通信接口模块工作状态的电源灯、Modbus RTU信号灯、Profibus-DP网络信号灯、Devicenet网络信号灯以及Modbus TCP信号灯，所述信号指示灯模块通过电源模块供电。

进一步地，所述电源模块包括控制器、与所述控制器连接的TLM2596R-5.0电源芯片、与所述TLM2596R-5.0电源芯片连接的HLK-B0505S电源模块以及与所述HLK-B0505S电源模块连接的TPS54302DDCR电源芯片。

进一步地，所述Modbus RTU通信接口模块包括RS485接口以及带有集成电源的隔离式芯片CA-IS3092W。

进一步地，所述Proifbus-DP通信接口模块包括RS485接口以及隔离式芯片ADM2486BRW。

进一步地，所述Devicenet通信接口模块基于CAN总线，采用TJA1051T芯片与设备连接，同时搭配数字隔离器CA-IS3722HS。

进一步地，所述Modbus TCP通信接口模块基于以太网通信，采用KSZ8081RNBIA以太网芯片，通过RMII接口与所述主控单元模块连接。

本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供的一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，集成了Modbus TCP通信接口模块、Proifbus-DP通信接口模块、Devicenet通信接口模块以及多个Modbus RTU通信接口模块，该设备具备多路串口，一次可以连接大量的仪表、I/O设备，便于进行协议转换；各协议接口可以同时工作，互不影响，提高了仪表、I/O设备的扩展能力，提高了设备的轮询速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的基于工业现场总线的多协议转换网关设备硬件系统框图；

图2是本实用新型的基于工业现场总线的多协议转换网关设备的运行架构图。

图示说明：1-主控单元模块；2-电源模块；3-信号指示灯模块；4-Modbus RTU通信接口模块；5-Proifbus-DP通信接口模块；6-Devicenet通信接口模块；7-Modbus TCP通信接口模块。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

请参阅图1，本实用新型实施例提供本实用新型提供一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，包括主控单元模块1、电源模块2、多个Modbus RTU通信接口模块4、Proifbus-DP通信接口模块5、Devicenet通信接口模块6以及Modbus TCP通信接口模块7；电源模块2、Modbus RTU通信接口模块4、Proifbus-DP通信接口模块5、Devicenet通信接口模块6以及Modbus TCP通信接口模块7分别与主控单元模块1连接。

在本实施例中，所述主控单元模块1为i.MX RT1062处理器，集微控制器的低功耗、易用性与应用处理器的高性能、高扩展性于一体，主频高达800MHz，足以处理复杂的工业现场总线网络协议。可通过主控单元模块1进行现场设备的信息采集和逻辑判断处理，灌溉策略的实施。主控单元模块1外设接口丰富，可引出UART、Ethernet、USB、CAN、CANFD、HS_GPIO、PWM、ADC等功能，支持裸机，FreeRTOS等实时系统。能满足多协议转换网关设备对处理能力的要求，主控单元模块1是多协议转换网关设备的核心元件。

此外，多协议转换网关设备还包括信号指示灯模块3，信号指示灯模块3包括分别用于指示电源模块2、Modbus RTU通信接口模块4、Proifbus-DP通信接口模块5、Devicenet通信接口模块6以及Modbus TCP通信接口模块7工作状态的电源灯、Modbus RTU信号灯、Profibus-DP网络信号灯、Devicenet网络信号灯以及Modbus TCP信号灯，信号指示灯模块3通过电源模块2供电。本设备中的信号指示灯模块主要显示采集数据和下发指令在传输中的反馈状况，便于使用者及时了解设备的工作状态，有利于设备调试和检修，通过指示灯常亮或规律闪烁表现设备的工作状态。

其中，Modbus RTU通信接口模块4包括RS485接口以及带有集成电源的隔离式芯片CA-IS3092W。Proifbus-DP通信接口模块5包括RS485接口以及隔离式芯片ADM2486BRW。Devicenet通信接口模块6基于CAN总线，采用TJA1051T芯片与设备连接，同时搭配数字隔离器CA-IS3722HS，起到较好的电气隔离。Modbus TCP通信接口模块7基于以太网通信，采用KSZ8081RNBIA以太网芯片，通过RMII接口与主控单元模块1连接。

具体地，电源模块2包括控制器、与控制器连接的TLM2596R-5.0电源芯片、与TLM2596R-5.0电源芯片连接的HLK-B0505S电源模块以及与HLK-B0505S电源模块连接的TPS54302DDCR电源芯片。控制器采用24V DC供电，采用TLM2596R-5.0电源芯片降压得到5VDC电压，通过HLK-B0505S电源模块得到隔离5V DC电压。5V电压经过TPS54302DDCR电源芯片降压得到3.3V电压。其中，5V电压为i.MX RT1062处理器供电，隔离5V电压为CAN芯片供电，3.3V电压为RS485接口、以太网芯片、信号指示灯模块3供电。

请参阅图2，本设备的主要功能是物理上将各种支持总线协议的PLC 8、仪表9、I/O设备10等设备通过物理接口连接在一起，逻辑上是通过数据映射将各个总线连接在一起，从而实现多种工业现场总线的协议转换。

图2示出了该产品的运行架构图，描述了本设备在工业控制系统应用中的连接方式和数据传输方式。支持Modbus TCP、Profibus DP或Devicenet协议的PLC通过本网关，能够方便地采集各个Modbus RTU总线上的设备数据，或者实现PLC之间的数据互通功能。本设备集多种总线协议于一体，将该设备应用于多协议工业控制系统中，能够降低使用成本，提高总线数据传输效率，加快仪表、I/O的轮询速度，为使用者提供便利。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，包括：主控单元模块(1)、电源模块(2)、多个Modbus RTU通信接口模块(4)、Proifbus-DP通信接口模块(5)、Devicenet通信接口模块(6)以及Modbus TCP通信接口模块(7)；

所述电源模块(2)、Modbus RTU通信接口模块(4)、Proifbus-DP通信接口模块(5)、Devicenet通信接口模块(6)以及Modbus TCP通信接口模块(7)分别与所述主控单元模块(1)连接。

2.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述主控单元模块(1)为i.MX RT1062处理器。

3.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，还包括信号指示灯模块(3)，所述信号指示灯模块(3)包括分别用于指示电源模块(2)、Modbus RTU通信接口模块(4)、Proifbus-DP通信接口模块(5)、Devicenet通信接口模块(6)以及ModbusTCP通信接口模块(7)工作状态的电源灯、Modbus RTU信号灯、Profibus-DP网络信号灯、Devicenet网络信号灯以及Modbus TCP信号灯，所述信号指示灯模块(3)通过电源模块(2)供电。

4.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述电源模块(2)包括控制器、与所述控制器连接的TLM2596R-5.0电源芯片、与所述TLM2596R-5.0电源芯片连接的HLK-B0505S电源模块以及与所述HLK-B0505S电源模块连接的TPS54302DDCR电源芯片。

5.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述Modbus RTU通信接口模块(4)包括RS485接口以及带有集成电源的隔离式芯片CA-IS3092W。

6.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述Proifbus-DP通信接口模块(5)包括RS485接口以及隔离式芯片ADM2486BRW。

7.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述Devicenet通信接口模块(6)基于CAN总线，采用TJA1051T芯片与设备连接，同时搭配数字隔离器CA-IS3722HS。

8.如权利要求1所述的基于工业现场总线的多协议转换网关设备，其特征在于，所述Modbus TCP通信接口模块(7)基于以太网通信，采用KSZ8081RNBIA以太网芯片，通过RMII接口与所述主控单元模块(1)连接。