CN105721294A - 一种兼容多通信协议plc的智能网关 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种兼容多通信协议PLC的智能网关，涉及通讯设备技术领域，该设备包括下行通讯接口模块、上行通讯接口模块、接口选择模块和主控模块，上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均与接口选择模块相连，上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到接口选择模块，且，下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到接口选择模块，接口选择模块与主控模块相连，接口选择模块将上行信号和下行信号转发给主控模块，主控模块通过设置DMA的工作模式，自动调用封装在主控芯片中的通信协议，从而解决了不同型号的PLC测控终端设备的网络连接问题。

Description

一种兼容多通信协议PLC的智能网关

技术领域

本发明涉及通讯设备技术领域，具体而言，涉及一种兼容多通信协议PLC的智能网关。

背景技术

网关，又叫做网间连接器、协议转化器，网关是一种复杂的网络互连设备，它对收到的信息重新打包，以适应目的系统的需求，在广域网或局域网之间充当转换器的角色，负责网络协议的转发和数据的转发。

我国工控系统以PLC控制系统居多，不同厂家、不同型号、不同类型的测控终端设备还很难统一通信方式。此外，一个大型测控网络通常包含多个异构局域网络，这些问题给测控网络的组网和集中控制与管理带来很大的难题。

目前，工业控制领域的网关设备多数通信方式比较单一，仅能够实现同一种网络内设备之间的通信，无法同时满足异构网络快速接入互联网或同一网络中不同通信方式的终端设备的接入需求。特别是随着ZIGBEE技术的发展，ZIGBEE网络和其他传统网络，例如，以太网、GPRS等无法实现互联互通。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的目的在于提供一种兼容多通信协议PLC的智能网关，通过智能网关支持网线及GPRS向上传递数据，同时，智能网关支持网线，485，ZIGBEE传递方式向PLC及并行设备传递数据，从而解决了不同型号的PLC测控终端设备的网络连接问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种兼容多通信协议PLC的智能网关，包括下行通讯接口模块、上行通讯接口模块、接口选择模块和主控模块；

上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均与接口选择模块相连，上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到接口选择模块，且，下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到接口选择模块；

接口选择模块与主控模块相连，接口选择模块将上行信号和下行信号转发给主控模块。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，下行通讯接口模块包括第一网线接口、485接口和ZIGBEE接口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上行通讯接口模块包括第二网线接口和GPRS接口。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，还包括电源模块，电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，第一供电模块用于向下行通讯接口模块和上行通讯接口模块供电，第二供电模块用于向主控模块供电。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，第一供电模块的电压范围为5V-24V，功率为15W；第二供电模块的电压范围为5V-24V，功率为2W。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均为卡片。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，还包括系统运行指示模块，系统运行指示模块与主控模块相连，系统运行指示模块用于显示PLC或并行设备的运行状态。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，还包括串口一键下载模块，串口一键下载模块用于对主控模块的通讯协议进行下载和配置。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，还包括光电隔离模块，光电隔离模块连接在上行通讯接口模块和下行通讯接口模块之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，主控模块采用STM32F103芯片。

本发明实施例提供的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，包括下行通讯接口模块、上行通讯接口模块、接口选择模块和主控模块，上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到接口选择模块，下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到接口选择模块，接口选择模块与主控模块相连，接口选择模块将上行信号和下行信号转发给主控模块。与现有技术相比，即使PLC测控设备能同时兼容多种通信协议，实现了对异构网络间上行和下行数据进行处理与转发，从而提高了系统的开放性及兼容性。

进一步的，一种兼容多通信协议PLC的智能网关还包括电源模块，电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，第一供电模块用于向下行通讯接口模块和上行通讯接口模块供电，第二供电模块用于向主控模块供电。第一供电模块的电压范围为5V-24V，功率为15W，第二供电模块的电压范围为5V-24V，功率为2W。即在本发明中，这样，通过对通讯模块和主控模块采用独立电源供电，使得整个智能网关的供电独立，避免了相互之间的干扰。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的一种兼容多通信协议PLC的智能网关的系统连接框图。

主要元件符号说明：

1-上行通讯接口模块2-下行通讯接口模块

3-接口选择模块4-主控模块

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例提供了一种兼容多通信协议PLC的智能网关，包括下行通讯接口模块2、上行通讯接口模块1、接口选择模块3和主控模块4；

上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均与接口选择模块3相连，上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到接口选择模块3，且，下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到接口选择模块3；

接口选择模块3与主控模块4相连，接口选择模块3将上行信号和下行信号转发给主控模块4。

目前，工业控制领域多使用PLC，PLC即可编程逻辑控制器，是一种可编程的控制器，该控制器能够执行逻辑运算、顺序控制、定时等，并且，通过数字或模拟式输入/输出来控制各种类型的机械或者生产过程。

当涉及到对外界网络设备进行控制时，PLC多配备网关设备，通过网关设备在PLC与上位机、以太网或者测控设备之间进行数据格式的转换，进而实现PLC及其外围设备的网络互连。

但是，在实际情况中，工业控制领域的网关设备通信方式都比较单一，即仅能够实现同一种网络内的测控终端的通信。当PLC的外围设备为异构网络或者同一种网络中的不同通信模式时，例如，外围设备的传输协议、接口方式和数据类型不统一，则无法满足多种上述外围设备的同时接入，更无法实现PLC与多种外围设备之间的通信。以上这些情况给测控网络的组网和集中控制与管理带来很大的难题。

在本实施例一种兼容多通信协议PLC的智能网关中，上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均与接口选择模块3相连，上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到接口选择模块3，且，下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到接口选择模块3，接口选择模块3将上行信号和下行信号发送到主控模块4，例如，上行信号和下行信号是异构网络间的信号，则主控模块4对上行信号和下行信号进行处理和转发，以实现数据的透明传输，并且，同时可以实现对数据的存储。

进一步的，下行通讯接口模块包括第一网线接口、485接口和ZIGBEE接口。

常见的网线接口可以插入双绞线、同轴电缆和光缆三种，其中，双绞线因为价格便宜而应用广泛，双绞线是由多对线组成的数据传输线，其外围包裹RJ45水晶头。使用时，将水晶头插入接口中，即通过网线可实现传输点的接触。

485接口采用RS-485串行总线标准，RS-485采用平衡发送和差分接收的原理，因此，具有抑制共模干扰的能力。485接口采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送的状态，传输线有二线和四线两种方式，常见的485接口适用于多主机/驱动器工业环境。

ZIGBEE是一种短距离、低功耗的无线通信技术，多用于传感控制应用。其通信距离从标准的75米到几百米、几公里，并且，支持无限扩展。在整个网络范围内，每一个ZIGBEE网络数传模块之间可以相互通信，ZIGBEE网络为工业现场自动化控制数据传输而建立，工作可靠，使用方便。

进一步的，上行通讯接口模块包括第二网线接口和GPRS接口。

GPRS是无线网络通信的一种技术，是以封包形式来传输的，GPRS的传输速率可提升到56到114Kbps。GPRS充分利用现有的网络、资源利用率高、传输速率高，在很多远程突发性数据实时传输中占据优势，特别适合频发小数据量的实时传输。

基于以上的论述和实际使用情况来看，目前，网线、485、ZIGBEE和GPRS在PLC中都有应用。不同厂家、不同型号、不同类型的测控终端设备还很难统一通信方式。

进一步的，一种兼容多通信协议PLC的智能网关还包括电源模块，电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，第一供电模块用于向下行通讯接口模块和上行通讯接口模块供电，第二供电模块用于向主控模块4供电。

进一步的，第一供电模块的电压范围为5V-24V，功率为15W；第二供电模块的电压范围为5V-24V，功率为2W。

在本实施例中，有单独为下行通讯接口模块和上行通讯接口模块供电的第一电压模块，该模块为直流5V-24V，功率为15W，另外，还有单独为主控模块4供电的第二电压模块，该模块为直流5V-24V，功率为2W。设立单独的供电电源，使得主控模块4的电源供电稳定，干扰较小，同时，也保证了各个通讯接口的功率足够大，避免了功率不足导致的通讯接口不能工作的情况出现。

此外，本智能网关中还包括24V直流输入过压保护电路。由于，主控模块4和通讯接口的某些电子元器件容易损坏，加入24V直流输入过压保护电路能限制整个设备的电压值不超过24V，这样，避免了一些电子元器件烧毁的现象出现。

而且，本智能网关中还包括防反插保护电路，这样，上行通讯接口模块和下行通讯接口模块的接口在反插时，如果错将接口引脚电平的地线接到了电源线口上，会造成接口烧损的现象，通过防反插保护电路的设置，能对接口的引脚电平起到保护的作用。

进一步的，上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均为卡片。

在本实施例中，下行通讯接口模块的第一网线接口、485接口和ZIGBEE接口，上行通讯接口模块中的第二网线接口和GPRS接口，均为卡片的形式。在该智能网关中留有统一的接口，第一网线接口、485接口、ZIGBEE接口、第二网线接口和GPRS接口都可以直接插到网关上，即卡片插到网关上即可实现与网关的通讯连接，上行信号和下行信号送入接口中便自动进行发送，而无需其他的配置。

进一步的，一种兼容多通信协议PLC的智能网关还包括系统运行指示模块，系统运行指示模块与主控模块4相连，系统运行指示模块用于显示PLC或并行设备的运行状态。

由于某些PLC连接的终端设备较多，各个终端设备的工作状态不一致，需要同时对其进行监控。这时，由系统运行指示模块与主控模块4相连，通过点亮不同颜色的指示灯，或者响起不同的警报声来提醒人们各个设备的实时工作状态。

以上，仅以举例进行说明，系统运行指示模块的安装位置、显示状态可依据实际情况进行设定。

进一步的，一种兼容多通信协议PLC的智能网关还包括串口一键下载模块，串口一键下载模块用于对主控模块4的通讯协议进行下载和配置。

进一步的，一种兼容多通信协议PLC的智能网关还包括光电隔离模块，光电隔离模块连接在上行通讯接口模块和下行通讯接口模块之间。

由于，PLC的终控设备多是强电工作，在与终控设备进行连通的过程中，难免会有高频电磁干扰，而这些高频电磁干扰会严重影响主控模块4的工作，严重时，甚至，会导致主控模块4发出错误的控制指令，无法使终端设备继续工作。

进一步的，主控模块4采用STM32F103芯片。

考虑到PLC各个终端设备需要稳定可靠的信号，加上，环境条件的限制，例如，90％以上的空气湿度，强电磁干扰等。在本实施例主控模块4中选用STM32F103芯片，接口选择模块3通过设置DMA的工作模式，自动调用封装在主控芯片STM32F103芯片的通信协议，这样，实现该智能网关对多种通信方式的兼容、协议转换、数据存储和人机交互等。

实施例一

使用时，将第一供电模块和第二供电模块的电压均设置为12V，用第一供电模块给上行通讯接口模块和下行通讯接口模块供电，用第二供电模块给主控模块4供电。上行通讯接口模块通过第二网线接口将上位机的上行信号传送到接口选择模块3，下行通讯接口模块通过ZIGBEE接口将并行设备的下行信号传送到接口选择模块3，接口选择模块3将上行信号和下行信号转发给主控模块4，主控模块4通过设置DMA的工作模式，自动调用通信协议，实现异构网络间上行信号和下行信号之间的通信连接。

本实施例提供的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，该实施例的技术效果是：通过设置下行通讯接口模块2、上行通讯接口模块1、接口选择模块3和主控模块4，使得PLC测控设备能同时兼容多种通信协议，实现了对异构网络间上行和下行数据进行处理与转发。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，包括下行通讯接口模块、上行通讯接口模块、接口选择模块和主控模块；

所述上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均与所述接口选择模块相连，所述上行通讯接口模块将上位机或以太网的上行信号传送到所述接口选择模块，且，所述下行通讯接口模块将PLC或并行设备的下行信号传送到所述接口选择模块；

所述接口选择模块与所述主控模块相连，所述接口选择模块将所述上行信号和下行信号转发给所述主控模块。

2.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，所述下行通讯接口模块包括第一网线接口、485接口和ZIGBEE接口。

3.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，所述上行通讯接口模块包括第二网线接口和GPRS接口。

4.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块包括第一供电模块和第二供电模块，所述第一供电模块用于向所述下行通讯接口模块和上行通讯接口模块供电，所述第二供电模块用于向所述主控模块供电。

5.根据权利要求4所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，所述第一供电模块的电压范围为5V-24V，功率为15W；所述第二供电模块的电压范围为5V-24V，功率为2W。

6.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，所述上行通讯接口模块和下行通讯接口模块均为卡片。

7.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，还包括系统运行指示模块，所述系统运行指示模块与所述主控模块相连，所述系统运行指示模块用于显示所述PLC或并行设备的运行状态。

8.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，还包括串口一键下载模块，所述串口一键下载模块与所述主控模块相连，用于对所述主控模块进行通讯协议的下载和配置。

9.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，还包括光电隔离模块，所述光电隔离模块连接在所述上行通讯接口模块和下行通讯接口模块之间。

10.根据权利要求1所述的一种兼容多通信协议PLC的智能网关，其特征在于，所述主控模块采用STM32F103芯片。