CN114124852A - 一种基于工业制造的数据交换机 - Google Patents

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刘琼
廖宁平
顾兵兵
司登科
韩彩亮
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Abstract

本发明公开了一种基于工业制造的数据交换机，其包括有外部壳体，所述壳体上设置有数控显示屏，还包括以太网交换模块、串口通信模块、工业现场总线通信模块、电源模块、API接口模块、边缘计算模块组成，以太网交换模块汇接串口通信模块与工业现场总线通信模块，工业以太网交换机之间通过以太网交换模块进行通信与组网，上述电路安装在一个外壳里。本发明的交换机体积小、接口丰富、集成度高，能够强化各节点高速信号交换传输资源共享，实现适应多协议多接口进行工业制造领域的数据交换。

Description

一种基于工业制造的数据交换机
技术领域
本发明涉及工业控制技术领域，具体涉及一种基于工业制造的数据交换机。
背景技术
以太网以其成熟、可靠、廉价、兼容性好的特点已经成为工业自动化系统组网的主要技术方式与发展趋势，而工业以太网交换机是工业自动化系统中负责通信与组网传输功能的核心设备。工业现场的特点是现场设备的种类众多，通信接口与通信方式各异，为了形成统一的自动化系统网络，往往需要在工业现场增加各种协议或接口转换设备，甚至在许多工业场合需要重复建设多个自动化通信网络，导致人力或物力上的浪费与低效。而目前国内外市场上的工业以太网交换机多为单一的以太网交换机，只提供以太网的接口或串行通信接口，而连接现场受控设备往往通过额外的协议或接口转换设备。
中国发明专利CN108737295A公开了一种工业以太网交换机，包括以太网交换芯片、处理器、及蓝牙收发器；所述以太网交换芯片的第一端与所述处理器的第一端连接，所述处理器的第二端与所述蓝牙收发器的第一端连接，所述蓝牙收发器的第二端连接有天线。虽然本发明能够有效地摆脱工业以太网交换机的有线束缚，但其接口和协议接入限制扔无法满足现有工业制造领域的数据交换需求。
发明内容
为解决工业制造领域数据交换机的面临现场设备种类众多，需要增加接口和协议的适用，使数据交换机具备一定的数据处理交换功能，并能够实现一定的边缘计算能力，解决上述背景技术中存在的问题，本发明特提出了一种基于工业制造的数据交换机，其技术方案是这样的：
一种基于工业制造的数据交换机，其包括有外部壳体，所述壳体上设置有数控显示屏，还包括以太网交换模块、串口通信模块、工业现场总线通信模块、电源模块、API接口模块、边缘计算模块组成，以太网交换模块汇接串口通信模块与工业现场总线通信模块，工业以太网交换机之间通过以太网交换模块进行通信与组网，上述电路安装在一个外壳里。
其中所述的太网交换模块以接口形式设置在外壳上，包括有以太网PHY接口芯片、以太网交换芯片Switch、以太网接口变压器、以太网RJ45接口和SFP光模块接口。
作为本发明的进一步改进，所述的串口通信模块接口包括MII接口、GMII接口、RGMII接口、SGMII接口，连接至以太网PHY接口芯片，以太网PHY接口芯片分别连接至以太网接口变压器和SFP光模块接口，以太网接口变压器连接至以太网RJ45接口，以太网RJ45接口和SFP光模块接口分别连接至端口组。所述以太网PHY接口芯片设置有BR PORT0-PORT7共10个接口。
作为本发明的进一步改进，所述的SFP光模块接口还连接至电源模块。
作为本发明的进一步改进，所述的工业现场总线通信模块内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块，转发模块，所述通道矩阵模块，用于PRP/HSR模块，转发模块与以太网PHY接口芯片之间建立通信桥梁，将以太网PHY接口芯片的映射到PRP/HSR模块或转发模块上，通过网络接口分别与若干片以太网PHY接口芯片相连接。
作为本发明的进一步改进，所述PRP/HSR模块为若干组，用于实现PRP/HSR协议，并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联；各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道。
作为本发明的进一步改进，所述转发模块为若干组，用于实现以太网PHY接口芯片与多口以太网交换芯片Switch的桥接，用于报文形式数据传输的转发，通过API接口模块分别与多口以太网交换芯片 Switch实现互联。
作为本发明的进一步改进，所述边缘计算模块包括数据中心和边缘服务器，所述边缘服务器包括PCIe Switch，CPU节点和PCIe加速装置，其中PCIe Switch分别与CPU节点和PCIe加速装置相连接。
本发明的有益效果是：
1.解决了现有工业以太网交换机只提供以太网接口或串行通信接口的接口种类少，接入方式单一，需要增加额外的协议或接口转换设备的问题。
2.该工业以太网交换机体积小、接口丰富、集成度高，解决了现有设备体积大、组件多、内部连线复杂的问题。
3.通过安置PCIe Switch在边缘服务器内部进行PCIe的沟通，能够强化各节点高速信号交换传输资源共享，实现提升运算能力的目的。
附图说明
图1是本发明的原理结构框架图。
图2是本发明的PRP/HSR模块的系统框图。
图3是本发明边缘服务器的内部架构示意图。
具体实施方式
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。
请参阅图1-3，本发明提出了一种基于工业制造的数据交换机，其包括有外部壳体，所述壳体上设置有数控显示屏，还包括以太网交换模块、串口通信模块、工业现场总线通信模块、电源模块、API接口模块、边缘计算模块组成，以太网交换模块汇接串口通信模块与工业现场总线通信模块，工业以太网交换机之间通过以太网交换模块进行通信与组网，上述电路安装在一个外壳里。
其中所述的太网交换模块以接口形式设置在外壳上，包括有以太网PHY接口芯片、以太网交换芯片Switch、以太网接口变压器、以太网RJ45接口和SFP光模块接口。
其中，所述的串口通信模块接口包括MII接口、GMII接口、RGMII接口、SGMII接口，连接至以太网PHY接口芯片，以太网PHY接口芯片分别连接至以太网接口变压器和SFP光模块接口，以太网接口变压器连接至以太网RJ45接口，以太网RJ45接口和SFP光模块接口分别连接至端口组。所述以太网PHY接口芯片设置有BR PORT0-PORT7共10个接口。
其中，所述的SFP光模块接口还连接至电源模块。
其中，所述的工业现场总线通信模块内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块，转发模块，所述通道矩阵模块，用于PRP/HSR模块，转发模块与以太网PHY接口芯片之间建立通信桥梁，将以太网PHY接口芯片的映射到PRP/HSR模块或转发模块上，通过网络接口分别与若干片以太网PHY接口芯片相连接。所述通道矩阵模块能够识别以太网物理层接口芯片发送的报文头、报文类型、并在接收时刻打时标T1和发送报文的时刻打时标T2，根据T2和T1的时间差，计算报文的总驻留时间，实现自动测量报文的总驻留延时。
其中，所述PRP/HSR模块为若干组，各PRP/HSR模块均包括冗余处理子单元、协议转换子单元、内部互联单元，所述冗余处理子单元用于外接对应的以太网物理层接口芯片，并在数据链路层实现
IEC62439-3规范中的PRP/HSR标准冗余协议，实现报文信息的存储、查询、老化、更新；所述协议转换子单元用于实现网络件的协议转换，并通过网络接口与多口以太网交换芯片Switch互联；所述内部互联单元，用于实现两组PRP/HSR模块的互联。
其中，所述转发模块为若干组，用于实现以太网PHY接口芯片与多口以太网交换芯片Switch的桥接，用于报文形式数据传输的转发，通过API接口模块分别与多口以太网交换芯片 Switch实现互联。
其中，所述边缘计算模块包括数据中心和边缘服务器，所述边缘服务器包括PCIeSwitch，CPU节点和PCIe加速装置，其中PCIe Switch分别与CPU节点和PCIe加速装置相连接。可见，该系统中边缘服务器的节点不仅可以为CPU，还可以让部分节点变成PCIe加速装置。通过安置PCIe Switch在边缘服务器内部进行PCIe的沟通，能够强化各节点高速信号交换传输资源共享，实现提升运算能力的目的。
上面所述只是为了说明本发明，应该理解为本发明并不局限于以上实施例，符合本发明思想的各种变通形式均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于工业制造的数据交换机，其包括有外部壳体，所述壳体上设置有数控显示屏，其特征在于还包括以太网交换模块、串口通信模块、工业现场总线通信模块、电源模块、API接口模块、边缘计算模块组成，以太网交换模块汇接串口通信模块与工业现场总线通信模块，工业以太网交换机之间通过以太网交换模块进行通信与组网，上述电路安装在一个外壳里。
2.根据权利要求1所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述的太网交换模块以接口形式设置在外壳上，包括有以太网PHY接口芯片、以太网交换芯片Switch、以太网接口变压器、以太网RJ45接口和SFP光模块接口。
3.根据权利要求2所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述的串口通信模块接口包括MII接口、GMII接口、RGMII接口、SGMII接口，连接至以太网PHY接口芯片，以太网PHY接口芯片分别连接至以太网接口变压器和SFP光模块接口，以太网接口变压器连接至以太网RJ45接口，以太网RJ45接口和SFP光模块接口分别连接至端口组，所述以太网PHY接口芯片设置有BR PORT0-PORT7共10个接口。
4.根据权利要求3所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述的SFP光模块接口还连接至电源模块。
5.根据权利要求4所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述的工业现场总线通信模块内设置有通道矩阵模块、PRP/HSR模块，转发模块，所述通道矩阵模块，用于PRP/HSR模块，转发模块与以太网PHY接口芯片之间建立通信桥梁，将以太网PHY接口芯片的映射到PRP/HSR模块或转发模块上，通过网络接口分别与若干片以太网PHY接口芯片相连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述PRP/HSR模块为若干组，用于实现PRP/HSR协议，并通过网络接口分别与多口以太网交换芯片Switch实现互联；各PRP/HSR模块之间还设置有内部互联通道。
7.根据权利要求6所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述转发模块为若干组，用于实现以太网PHY接口芯片与多口以太网交换芯片Switch的桥接，用于报文形式数据传输的转发，通过API接口模块分别与多口以太网交换芯片 Switch实现互联。
8.根据权利要求7所述的一种基于工业制造的数据交换机，其特征在于所述边缘计算模块包括数据中心和边缘服务器，所述边缘服务器包括PCIe Switch，CPU节点和PCIe加速装置，其中PCIe Switch分别与CPU节点和PCIe加速装置相连接。
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