CN106130965A - 工业总线与电信网互联方法及网关控制器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种工业总线与电信网互联的网关控制器，包括有MCU微处理单元、电源接口电路、与仪表I/O设备数据端连接的工业总线AnyBus接口电路、与电信网通讯的全网通接口电路以及协议转换程序模块，AnyBus接口电路与MCU微处理单元连接，MCU微处理单元与全网通接口电路连接，MCU微处理单元还与协议转换程序模块连接，电源接口为AnyBus接口电路、MCU微处理单元和全网通接口电路供电。本发明集成Anybus和全网通两项技术，提供标准化的硬件和软件与自动化设备接口，最大化地减少了总线设备连接云端大数据之间的开发工作量，并能够确保完全遵循工业总线行规标准，同时利用电信、移动、联通覆盖无线网络，实现远程互联。

Description

工业总线与电信网互联方法及网关控制器

技术领域

本发明涉及一种网关控制技术领域，特别是工业总线与电信网互联方法及网关控制器。

背景技术

工业总线是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

它主要解决工业现场的智能化仪器仪表、控制器、执行机构等现场设备间的数字通信以及这些现场控制设备和上级系统之间的信息传递问题。

其最大特点是数据通信标准公开、一致，使系统具备开放性；功能块与结构的规范化，致相同功能的设备间具有互换性；以及允许现场仪表直接从通信线上，摄取能量的通信线供电方式。

近年来，随着微机电系统(Micro-Electro-Mechanism System,MEMS)、片上系统(System on Chip,SoC)、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成了无线传感器网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。

利用无线传感器网络能够更加容易地部署传感器节点，增大覆盖的监测区域。然而，为了满足自组织通信，自调度网络功能以及自管理网络等基本要求，需要汇编软件加载到传感节点中去，即针对每一个具体应用来定制传感器网络技术，这是传感器网络设计不同于工业总线的差异化特征。

表1无线传感器网络与工业总线部分性能比较

通俗讲，无线传感器网络使用的自配置编程是在统一框架下，量身定制——按功能要求用软件写“命题作文”式程序，即一家公司一套专有构网通讯方案。

工业总线标准规范是按国标工业总线通信规约执行——似法律文书“填空”式申报，通讯方式都强制归一。

当前，随着云端大数据下的智慧城市、美丽乡村、海绵城市、管廊监控等分散型工程的涌现，寻找可规模化设计应用和延续工业经验传承的信息互联互通方式，显得越来越有必要。

比如在海绵城市项目中，在所监控广大区域窨井盖下背面，安装液位计，检测窨井内水位；晴天，表示淤泥堆积程度；雨天，显示积水高度。

选择成熟的、支持工业总线的液位计，而不必将自配置软件程序加载到每台液位计当中，可以大幅节省资源，易于规模化设计和安装；依赖工业总线经验传承，如同工业测控流程一样方便可靠；最后融入移动通讯网中，拓展数据传递空中链路，利用云端大数据平台，方便实现远距离感知与调控双向互动功能。

同时，流程上包括支持总线测控仪表设备、工业总线与电信网互联网关控制器等装置进行标准化设计，方便选型与整改，大幅减少调试工作、几乎免维护量(标配替换)等不言而喻好处。

需要说明，工业总线针对恶劣应用环境，抗干扰防护能力较强，而信息网(如标准以太网等)通常防护能力一般。

很多情况下对网络的选择，决定了系统和设备的选型。为此许多全球性的仪器仪表大公司都投入巨大的资源进行总线的开发和市场推广，目的是使自己的系统，在激烈的市场竞争中处于有利位置。例如西门子主推Profibus和Profinet；罗克韦尔提出CIP概念，包括以太网/IP、ControlNet、DeviceNet三层网络；施耐德电气的“透明就绪”解决方案是基于Modbus和Modbus-TCP以太网实现数据在系统之中的透明传输。它们共同构成了高效的解决方案，同时也形成了“高成本”的系列产品。

这些成熟公司都拥有齐全的产品线，在特定的地域和行业上各具优势，虽然相互之间的竞争激烈，但第三方向其购买封装后的通讯编译程序，普遍要价很高，这将会直接导致应用成本翻番；案例表明：光通讯费一项，就占通讯设备硬件制造总成本的一半左右。

因此，大多数底层仪表或基础驱动装置，较多受成本等因素的影响，不得不依然保留着RS232、RS485、Mbus、C-Mbus等串行通讯接口，来维持设备“低成本”架构，这为“一网到底”的实施和推广带来了一定的障碍。

仅针对一种先进高效的工业总线开发解决方案所涉及的时间、金钱和资源已是相当可观了，要开发多种工业总线适配解决方案，同时维护技术升级与确保可靠性，是非常困难的事。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一是提供一种工业总线与电信网互联方法，本发明的目的之二是提供一种工业总线与电信网互联的网关控制器。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，一种工业总线与电信网互联方法，具体步骤为：1)支持工业总线测控仪表、设备传送的符合行规的数据格式；2)实现步骤1)传送的数据通过调用协议转换程序转换为符合电信网要求的协议格式；3)提供支持工业总线的测控仪表、设备与云端大数据平台或服务器之间进行双向信息交换。

本发明的目的之二是通过以下技术方案来实现的，工业总线与电信网互联的网关控制器，包括有MCU微处理单元、电源接口电路、与仪表I/O设备数据端连接的工业总线AnyBus接口电路、与电信网通讯的全网通接口电路以及协议转换程序模块，AnyBus接口电路与MCU微处理单元连接，MCU微处理单元与全网通接口电路连接，MCU微处理单元还与协议转换程序模块连接，电源接口为AnyBus接口电路、MCU微处理单元和全网通接口电路供电。

进一步，还包括以太网及RS232接口电路，所述以太网及RS232接口电路与MCU微处理单元连接。

进一步，所述MCU微处理单元为单片微型计算机。

进一步，AnyBus接口电路包括有Anybus-CC即插式接口模块。

进一步，电信网通讯接口电路包括有全网通模块。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：

本发明为支持工业总线上测控仪表设备和云端大数据平台或服务器之间提供了数据交换与协议转换方法与装置，即将接收到的、总线测量仪表能够识别的、符合Anybus行规的数据格式，调用内置自动处理命令和参数管理的协议转换程序，再利用全网通接口，将数据向上传递、输出到云端大数据平台或服务器。同时，经云端大数据平台发出的指令，向下传达、输入到底层总线控制仪表中，实现了测控仪表设备和云端大数据或服务器间，一网到底的双向数据传输和管理。另外，兼顾现场仪表供电，具有设计简单、标准化易于实现、抗干扰能力强和价格低廉的特点。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的网关控制器输入输出关系示意框图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述；应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

支持工业总线与电信网互联方法，具体步骤为：

1)支持工业总线测控仪表、设备传送的符合行规的数据格式；

2)实现步骤1)传送的数据通过调用协议转换程序转换为符合电信网要求的协议格式；

3)提供支持工业总线的测控仪表、设备与云端大数据平台或服务器之间进行双向信息交换。

当底层仪表I/O设备需要向云端大数据平台传送数据时，设备数据端的原始数据符合AnyBus行规数据格式，传送来的数据通过调用协议转换程序转换为符合电信网要求的协议格式，在数据转换时，也可以满足多接口数据转换功能需求。反之，云端大数据平台需要向仪表I/O设备下达控制指令时，只需要将数据进行逆向协议转换即可。

图1为本发明的结构示意图所示，工业总线与电信网互联的网关控制器，所述装置包括有MCU微处理单元、电源接口电路、与仪表I/O设备数据端连接的工业总线AnyBus接口电路、与电信网通讯的全网通接口电路，以及协议转换程序模块，AnyBus接口电路与MCU微处理单元连接，MCU微处理单元与全网通接口电路连接，MCU微处理单元还与协议转换程序模块连接，电源接口为AnyBus接口电路、MCU微处理单元和全网通接口电路供电。

全网通接口电路能够同时兼容中国电信、中国移动、中国联通，这三种网络的语音和数据业务，即在当前4G时代的7模18频间自由组合。具体应用场合下，既可选取所覆盖区域内信号最优的任意二家运营商，采取双网双待，双通道并行上网下载工作方式；也可仅选择一家运营商，采取单网冗余工作模式。运营商的电信服务器与云端大数据平台相连。

AnyBus接口电路包括有Anybus-CC即插式接口模块，目前支持所有工业现场网络产品组有19种工业网络协议：BACnet/IP、BACnet MS/TP、CANopen、CC-Link、CompoNet、ControlNet、DeviceNet、EtherCAT、以太网/IP、Modbus RTU、Modbus TCP、Powerlink、Profibus DPV1、Profinet IO、Sercos III，以及Bluetooth、RS-232、RS-485/422、USB。满足目前在售的绝大部分工业产品通讯连接要求。

所述MCU微处理单元为单片微型计算机。MCU微处理器单元与AnyBus总线接口电路作为主通信单元，构成一个方便、快速接入的总线通信节点。通过简单地互换Anybus可选模块，就可以支持多种工业网络协议；包括：Siemens，Allen Bradley，Schneider Electric，Mitsubishi，ABB，Omron，Hitachi，Beckhoff，Phoenix Contact，Bosch Rexroth等公司产品。

随后利用通信覆盖网，借助全网通技术，实现支持总线的仪表和云端大数据间的信息交换。MCU微处理单元控制着整个主板的运行，主要完成各通讯接口的驱动、通讯状态的控制、系统运行状态指示、系统参数运行、参数管理，以及协议转换程序的调用。

协议转换程序模块中预置有19种工业网络协议与电信全网通之间的转换规约程序。AnyBus接口电路接收总线上符合行规的传输数据，依据插入Anybus具体模块的型号，通过外设激活19种工业网络协议中对应规约程序块，随后MCU微处理单元自动处理命令和参数管理协议转换，实现指定的工业网络协议转换为符合电信网要求的全网通协议格式。

图2为本发明的网关控制器输入输出关系示意框图所示，AnyBus接口电路接收总线上符合行规的传输数据，MCU微处理单元的调用规约，自动处理命令和参数管理协议转换程序，梳理数据发送至全网通接口电路进行数据发送与接收。

本发明集成Anybus和全网通两项技术，提供标准化的硬件和软件与自动化设备接口，最大化地减少了总线设备连接云端大数据之间的开发工作量，并能够确保完全遵循工业总线行规标准，同时利用电信、移动、联通覆盖无线网络，实现远程互联。设计制造过程中，借助嵌入化技术，构建了一种简捷化、智能化、机电一体化产品应用链。

实用价值体现在：融合工业总线和电信全网通成熟技术，支持现场仪表执行成熟工业标准，尤其方便云端大数据链接互动，实现“测传控”短流程；适用于新兴领域的远程信息交换。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.工业总线与电信网互联方法，其特征在于：具体步骤为：

1)支持工业总线测控仪表、设备传送的符合行规的数据格式；

2)实现步骤1)传送的数据通过调用协议转换程序转换为符合电信网要求的协议格式；

3)提供支持工业总线的测控仪表、设备与云端大数据平台或服务器之间进行双向信息交换。

2.工业总线与电信网互联的网关控制器，其特征在于：包括有MCU微处理单元、电源接口电路、与仪表I/O设备数据端连接的工业总线AnyBus接口电路、与电信网通讯的全网通接口电路以及协议转换程序模块，AnyBus接口电路与MCU微处理单元连接，MCU微处理单元与全网通接口电路连接，MCU微处理单元还与协议转换程序模块连接，电源接口为AnyBus接口电路、MCU微处理单元和全网通接口电路供电。

3.根据权利要求2所述的工业总线与电信网互联的网关控制器，其特征在于：还包括以太网及RS232接口电路，所述以太网及RS232接口电路与MCU微处理单元连接。

4.根据权利要求1所述的工业总线与电信网互联的网关控制器，其特征在于：所述MCU微处理单元为单片微型计算机。

5.根据权利要求1所述的工业总线与电信网互联的网关控制器，其特征在于：AnyBus接口电路包括有Anybus-CC即插式接口模块。

6.根据权利要求1所述的工业总线与电信网互联的网关控制器，其特征在于：电信网通讯接口电路包括有全网通模块。