CN113923074A - 一种设备通信系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种设备通信系统及方法；在本方案中，现场设备通过微控制单元及Profinet协议芯片访问Profinet网络，其中，微控制单元用于从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过Profinet协议芯片传输至Profinet网络；微控制单元通过Profinet协议芯片从Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。可见，本方案通过微控制单元进行数据协议转换的方式，可让现场设备与Profinet网络进行数据交互，提高现场设备的兼容性。

Description

一种设备通信系统及方法
技术领域
本发明涉及工业控制领域，更具体地说，涉及一种设备通信系统及方法。
背景技术
目前，Profinet是一种应用在各种工业设备之间相互通讯的新兴主流技术，其作为ProfiBus的升级与拓展，集ProfiBus与以太网的优势于一身，拥有实时性高，拓展网络规模方便，网络结构灵活等特点。作为一种性能优异的总线标准，其具有其它现场总线无法比拟的优势，但目前工业现场中大部分设备等仍使用的仍是RS485、RS422、RS232、CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)等总线标准，因此现场设备无法对应Profinet总线接口，因此现场设备无法接入Profinet网络。
因此，如何使现场设备接入Profinet网络，是本领域技术人员需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种设备通信系统及方法，以使现场设备对接Profinet总线接口，从而使现场设备接入Profinet网络。
为实现上述目的，本发明提供一种设备通信系统，包括：
微控制单元及Profinet协议芯片；
其中，所述微控制单元用于从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将所述第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过所述Profinet协议芯片传输至Profinet网络；通过所述Profinet协议芯片从所述Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将所述第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
其中，所述设备的通讯接口包括：RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口、CAN通讯接口中的至少一者。
其中，所述设备通信系统还包括：
第一转换芯片，用于将所述设备通过RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口中至少一者发送的数据，转换为UART串口数据，并将所述UART串口数据作为所述第一设备数据发送至所述微控制单元。
其中，所述设备通信系统还包括：
第二转换芯片，用于将所述设备通过CAN通讯接口发送的数据转换为CAN通讯接口数据，并将所述CAN通讯接口数据作为所述第一设备数据发送至所述微控制单元。
其中，所述设备通信系统还包括：与所述Profinet协议芯片相连的网口。
其中，所述微控制单元与所述Profinet协议芯片之间通过并口通信。
其中，所述微控制单元为MCU。
其中，所述Profinet协议芯片为TPS-1芯片。
为实现上述目的，本发明进一步提供一种设备通信方法，包括：
微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将所述第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过所述Profinet协议芯片传输至Profinet网络；
所述微控制单元通过所述Profinet协议芯片从所述Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将所述第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
其中，微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据之前，还包括：
对所述微控制单元及Profinet协议芯片进行上电初始化处理；
通过所述微控制单元对所述Profinet协议芯片进行配置。
通过以上方案可知，本发明实施例提供的一种设备通信系统及方法；在本方案中，现场设备通过微控制单元及Profinet协议芯片访问Profinet网络，其中，微控制单元用于从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过Profinet协议芯片传输至Profinet网络；微控制单元通过Profinet协议芯片从Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。可见，本方案通过微控制单元进行数据协议转换的方式，可让现场设备与Profinet网络进行数据交互，提高现场设备的兼容性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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发明的一些实施例，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为本发明实施例公开的一种设备通信系统示意图；
图2为本发明实施例公开的一种具体的设备通信系统示意图；
图3为本发明实施例公开的一种设备通信方法流程示意图；
图4为本发明实施例公开的一种具体的设备通信方法流程示意图。
具体实施方式
需要说明的时，Profinet协议是一种适用于自动化行业的开放、实时工业以太网标准。它是由国际Profibus International组织提出的基于以太网的自动化标准。它可以将Profibus技术和Internet现场总线技术在整个系统中无缝地集成。工业以太网Profinet适用于所有工业控制领域的应用。但是，由于一些设备无对应的Profinet总线接口，使用的仍是RS485,RS422,RS232,CAN总线标准，无法接入Profinet网络。因此，在本方案中，公开了一种设备通信系统及方法，本方案可将RS485,RS422,RS232,CAN等其他类型总线转换为Profinet总线接口，以便于让使用其他总线标准的现场设备能接入Profinet网络。
下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
参见图1，本发明实施例提供的一种设备通信系统示意图，包括：
微控制单元10及Profinet协议芯片20；
在本实施例中，微控制单元10用于从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过Profinet协议芯片20传输至Profinet网络；微控制单元10通过Profinet协议芯片20从Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
具体来说，本实施例中的微控制单元10为MCU(Microcontroller Unit)，该MCU可使用GD32F303CCT6，使用ARM Cortex-M4内核的32位处理器，带有3072KB的片内闪存和96KB的SRAM内存。本实施例中的Profinet协议芯片20具体为TPS-1芯片，该芯片接口相对ERTEC200P芯片引脚更少，接口更简单，更方便开发，成本也相对更低。其中，本实施例中的第一设备数据为现场设备通过对应的接口协议向Profinet网络发送的数据，第二设备数据为微控制单元10接收到Profinet网络发送的第二Profinet协议数据后，通过协议转换后生成的与现场设备的接口协议相对应的数据；本实施例中的第一Profinet协议数据为符合Profinet协议的数据，只有符合Profinet协议的数据才能传输至Profinet网络，因此本申请接收现场设备发送的第一设备数据后，需要将其转换为第一Profinet协议数据；同理，Profinet网络向现场设备发送的数据在本方案中称为第二Profinet协议数据，为了让现场设备能识别Profinet网络发送的第二Profinet协议数据，微控制单元10还需要将第二Profinet协议数据转换为符合现场设备的接口协议的第二设备数据。
本实施例中的现场设备所使用的总线接口是除Profinet总线接口之外的其他接口，如：RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口、CAN通讯接口中的至少一者。因此本申请为了实现现场设备与Profinet网络之间的交互，设置微控制单元10进行协议转换，如：现场设备反馈的数据，需要经过微控制单元10进行对应的协议解析以及数据协议转换后，通过Profinet协议芯片20发送到Profinet网络。微控制单元10还可以通过Profinet协议芯片20从Profinet网络获取数据后，进行协议转换后发送至对应的现场设备。
参见图2，为本发明实施例提供的一种具体的设备通信系统示意图，通过图2可以看出，该系统还包括第一转换芯片31和第二转换芯片32，第一转换芯片31用于将设备通过RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口中至少一者发送的数据，转换为UART串口数据，并将UART串口数据作为第一设备数据发送至微控制单元10。第二转换芯片32用于将设备通过CAN通讯接口发送的数据转换为CAN通讯接口数据，并将CAN通讯接口数据作为第一设备数据发送至微控制单元10。本方案还包括与Profinet协议芯片20相连的网口40，该网口40具体可以为RJ45网口，Profinet协议芯片20通过网口40和网线从Profinet网络获取数据或者发送数据。也即：本方案通过第一转换芯片31将其他设备通过RS485、RS422、RS232等其他类型总线发送的数据转换为UART串口数据，通过对应的第二转换芯片32将其他设备通过CAN通讯总线发送的数据转换为CAN通讯接口数据，并将UART串口数据及CAN通讯接口数据输入微控制单元10，微控制单元10进行协议转换后与Profinet协议芯片20之间通过并口通信，最后数据经Profinet协议芯片20处理后输出到网口40，通过网线连接即可将设备接入Profinet网络，与Profinet网络中的Profinet主站进行数据交换。
其中，若现场设备为通过RS485通讯接口和RS422通讯接口进行通信，则总线转串口的第一转换芯片31可使用TI的SN65HVD3088EDR；若现场设备为通过RS232通讯接口进行通信，则总线转串口的第一转换芯片31可使用MAXIM的MAX3232CSE+；若现场设备为通过CAN通讯接口进行通信，则总线转串口的第二转换芯片32可使用TI的SN65HVD251DRG4。并且，本申请中的微控制单元10通过Profinet协议芯片20读取profinet主站发送的数据时，具体可周期性的从Profinet协议芯片20读取，以便及时发现profinet主站发送的数据，从而将该该数据转化成对应接口的协议数据发送给现场设备。
综上可见，本方案通过微控制单元10进行数据协议转换的方式，可让现场设备与Profinet网络进行数据交互，提高现场设备的兼容性。
下面对本发明实施例提供的设备通信方法进行介绍，下文描述的设备通信方法与上文描述的设备通信系统可以相互参照。
参见图3，为本发明实施例提供的一种设备通信方法流程示意图，包括：
S101、微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过Profinet协议芯片传输至Profinet网络；
其中，本实施例中的微控制单元为MCU，Profinet协议芯片具体为TPS-1芯片；本实施例中的第一设备数据为现场设备通过对应的接口协议向Profinet网络发送的数据，第一Profinet协议数据为符合Profinet协议的数据，由于只有符合Profinet协议的数据才能传输至Profinet网络，因此本申请接收现场设备发送的第一设备数据后，需要将其转换为第一Profinet协议数据；本实施例中的现场设备所使用的总线接口是除Profinet总线接口之外的其他接口，如：RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口、CAN通讯接口中的至少一者。因此本申请为了实现现场设备与Profinet网络之间的交互，通过设置微控制单元进行协议转换，如：现场设备反馈的数据，需要经过微控制单元进行对应的协议解析以及数据协议转换后，通过Profinet协议芯片发送到Profinet网络。微控制单元还可以通过Profinet协议芯片从Profinet网络获取数据后，进行协议转换后发送至对应的现场设备。
S102、微控制单元通过Profinet协议芯片从Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
在本实施例中，Profinet网络向现场设备发送的数据在本方案中称为第二Profinet协议数据，为了让现场设备能识别Profinet网络发送的第二Profinet协议数据，微控制单元还需要将第二Profinet协议数据转换为符合现场设备的接口协议的第二设备数据。微控制单元与Profinet协议芯片之间通过并口通信，Profinet协议芯片通过相连的网口向Profinet网络发送或者获取数据。
需要说明的是，微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据的过程具体包括：通过第一转换芯片将所述设备通过RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口中至少一者发送的数据，转换为UART串口数据，并将UART串口数据作为第一设备数据发送至微控制单元。或者，通过第二转换芯片将设备通过CAN通讯接口发送的数据转换为CAN通讯接口数据，并将CAN通讯接口数据作为第一设备数据发送至微控制单元。
可以理解的是，本方案在通讯之前，还需要对微控制单元MCU及Profinet协议芯片TPS-1进行上电初始化处理；并通过微控制单元对Profinet协议芯片进行配置。具体来说，微控制单元的初始化处理包括：微控制单元上电后配置系统时钟，中断，引脚状态，UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)、CAN等外设接口，以及与TPS-1协议芯片的通讯接口等。TPS-1初始化处理，包括TPS-1协议芯片上电后加载配置文件进行初始化，对设备数据/类型，工作模式等信息进行初始化配置。微控制单元对TPS-1协议芯片的配置包括对用户数据的配置，如配置TPS-1设备信息，如槽、子槽、API(Application Programming Interface，应用程序接口)等用于与Profinet主站进行组态的信息。
通过上述操作完成相应的配置后，即可通过微控制单元及Profinet协议芯片进行协议转换及数据传输。其中，TPS-1协议芯片提供了接口函数，通过调用相应的函数可对芯片进行配置以及正常的通讯。Profinet总线上的数据传输至TPS-1协议芯片，微控制单元通过接口函数与TPS-1进行数据交互，将经过TPS-1协议芯片处理过的通讯数据从DPRAM(DualPort Random Access Memory，双端口随机存储器)读取至微控制单元侧，并在微控制单元内部进行协议转换，然后输出至对应的通讯接口。同样，从RS485,RS422,CAN,RS232等接口发送至微控制单元的数据，由微控制单元进行协议转换后传输至TPS-1芯片，最后传输至Profinet总线上。
参见图4，为本发明实施例提供的一种具体的设备通信方法流程示意图，通过图4可以看出，MCU及TPS-1芯片上电初始化后，配置TPS-1芯片的设备信息，MCU周期性读取Profinet主站的Profinet数据，解析Profinet数据，并转换为对应通讯接口的协议数据，通过通讯接口发送给现场设备；MCU通过通讯接口读取现场设备的数据，根据通讯接口类型解析数据，并转换为Profinet协议数据，经由TPS-1芯片发送至Profinet主站。
综上可以看出，本方案将RS485,RS422,RS232等通讯总线通过对应的转换芯片转成串口与微控制单元进行UART通信，将CAN通讯总线通过对应转换芯片转换后与微控制单元进行CAN通讯，然后再使用微控制单元与TPS-1进行并口通信，最终通过RJ45网口输出，通过该方式，可将其他各类通讯总线转化为Profinet通讯总线，实现现场设备与Profinet网络的交互。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种设备通信系统，其特征在于，包括：
微控制单元及Profinet协议芯片；
其中，所述微控制单元用于从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将所述第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过所述Profinet协议芯片传输至Profinet网络；通过所述Profinet协议芯片从所述Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将所述第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
2.根据权利要求1所述的设备通信系统，其特征在于，所述设备的通讯接口包括：RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口、CAN通讯接口中的至少一者。
3.根据权利要求2所述的设备通信系统，其特征在于，所述设备通信系统还包括：
第一转换芯片，用于将所述设备通过RS485通讯接口、RS422通讯接口、RS232通讯接口中至少一者发送的数据，转换为UART串口数据，并将所述UART串口数据作为所述第一设备数据发送至所述微控制单元。
4.根据权利要求2所述的设备通信系统，其特征在于，所述设备通信系统还包括：
第二转换芯片，用于将所述设备通过CAN通讯接口发送的数据转换为CAN通讯接口数据，并将所述CAN通讯接口数据作为所述第一设备数据发送至所述微控制单元。
5.根据权利要求1所述的设备通信系统，其特征在于，所述设备通信系统还包括：与所述Profinet协议芯片相连的网口。
6.根据权利要求1所述的设备通信系统，其特征在于，所述微控制单元与所述Profinet协议芯片之间通过并口通信。
7.根据权利要求6所述的设备通信系统，其特征在于，所述微控制单元为MCU。
8.根据权利要求6所述的设备通信系统，其特征在于，所述Profinet协议芯片为TPS-1芯片。
9.一种设备通信方法，其特征在于，包括：
微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据，并将所述第一设备数据转换为第一Profinet协议数据后，通过所述Profinet协议芯片传输至Profinet网络；
所述微控制单元通过所述Profinet协议芯片从所述Profinet网络获取第二Profinet协议数据，将所述第二Profinet协议数据转换为对应通讯接口的第二设备数据后发送至对应的设备。
10.根据权利要求9所述的设备通信方法，其特征在于，所述微控制单元从设备的通讯接口获取第一设备数据之前，还包括：
对所述微控制单元及Profinet协议芯片进行上电初始化处理；
通过所述微控制单元对所述Profinet协议芯片进行配置。
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