CN115576279A - 数据信号转换设备以及数据信号转换系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种数据信号转换设备以及数据信号转换系统，该数据信号转换设备包括数据接口、第二数据接口和微处理器；数据接口用于从I/O设备获取串口信号，并将串口信号发送至微处理器；微处理器用于对串口信号进行转换得到以太信号，并将以太信号发送至第二数据接口；第二数据接口用于将以太信号发送至外部控制设备。本发明提供了一种数据信号转换设备，该设备仅需在就地控制柜中安装该数据信号转换设备，相邻厂房间实现以太信号进行数据通信，满足了相邻厂房之间的数据通讯的数据带宽高、延时小、通讯可靠性高的性能要求；本发明中第一数据接口和第二数据接口均配置冗余组，在一个接口故障的情况下不影响设备的正常工作，保证了设备的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及数据信号转换技术领域，具体涉及一种数据信号转换设备以及数据信号转换系统。
背景技术
DCS(Distributed Control System，分布式控制系统)在电厂、化工厂等大型厂区都有相当广泛的应用。在当前市场主流的DCS系统中，数据处理一般为三层架构，分为上位机、控制器和I/O(Input/Output)模块。上位机一般安装在主控制室内，I/O设备和控制器一般安装在就地的控制柜内。I/O设备负责采集各种数字/模拟信号，以及执行控制器下发的指令。I/O设备与控制器之间所需的数据带宽不大，一般采用串行总线的通讯方式，而控制器和上位机以及其他控制器之间的通讯需要的带宽比较大，一般采用以太网通讯方式。
随着处理器芯片的飞速发展，当前主流DCS系统中的控制器处理数据能力非常强大，一个控制器可以挂载多达几百个I/O设备。而在某些应用场景中，比如电厂、化工厂等，厂区面积很大，设备分散，很多厂房需要的I/O设备数量仅为十几个甚至只有几个。在这种场景下，如果每个厂房都配备控制器，一方面会极大浪费控制器的处理能力，另一方面由于控制器属于高价值设备，配备数量对系统硬件成本的影响比较大。
在这种场景下，可以几个厂房共用一个控制器。相邻厂房之间的数据通讯要求数据带宽高、延时小、通讯可靠性高，但是现有的串行总线通讯方式无法满足性能要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中串行总线通讯方式无法满足相邻厂房之间的数据通讯的数据带宽高、延时小、通讯可靠性高的性能要求的缺陷，提供一种数据信号转换设备以及数据信号转换系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
第一方面，本发明提供了一种数据信号转换设备，所述数据信号转换设备包括数据处理模块，所述数据处理模块包括第一数据接口、第二数据接口和微处理单元，所述微处理单元包括微处理器；所述第一数据接口与外部I/O设备通信连接；所述微处理器与所述第二数据接口通信连接；所述第二数据接口与外部控制设备通信连接；
所述第一数据接口用于从所述I/O设备获取第一串口信号，并将所述第一串口信号发送至所述微处理器；
所述微处理器用于对所述第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将所述第一以太信号发送至所述第二数据接口；
所述第二数据接口用于将所述第一以太信号发送至所述外部控制设备。
优选地，所述第二数据接口还用于从所述外部控制设备获取第二以太信号，并将所述第二以太信号发送至所述微处理器；
所述微处理器还用于对所述第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将所述第二串口信号发送至所述第一数据接口；
所述第一数据接口还用于将所述第二串口信号发送至所述I/O设备。
优选地，所述数据信号转换设备还包括供电模块；所述供电模块与所述微处理器电连接；
所述供电模块用于向所述微处理器供电。
优选地，所述第一数据接口和所述第二数据接口的数量为多个，每两个所述第一数据接口配置冗余组；每两个所述第二数据接口配置冗余组。
优选地，所述供电模块与所述第一数据接口电连接；
所述供电模块还用于通过所述第一数据接口向所述外部I/O设备供电。
优选地，所述供电模块包括第一电源接口和第二电源接口，所述第一电源接口和所述第二电源接口分别与外部电源设备电连接，所述第一电源接口和所述第二电源接口配置冗余组；
所述第一电源接口和所述第二电源接口用于接收所述外部电源设备供电。
优选地，所述微处理单元还包括散热器和导热器，所述导热器设置于所述散热器和所述微处理器之间；
所述导热器用于通过热传导的方式，将所述处理器散发出的热量传导到所述散热器。
第二方面，本发明提供了一种数据信号转换系统，所述数据信号转换系统包括：I/O设备、控制设备和至少一个如第一方面所述的数据信号转换设备；所述I/O设备与所述数据信号转换设备通信连接；所述数据信号转换设备与所述控制设备通信连接；
所述I/O设备用于发送第一串口信号至所述数据信号转换设备，并接收所述数据信号转换设备供电；
所述数据信号转换设备用于对所述第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将所述第一以太信号发送至所述控制设备；
所述控制设备用于将第二以太信号发送至所述数据信号转换设备；
优选地，所述数据信号转换设备还用于对所述第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将所述第二串口信号发送至所述I/O设备。
优选地，所述数据信号转换系统还包括主机端；所述主机端与所述控制设备通信连接；
所述控制设备还用于对所述第一以太信号进行处理，并将经过处理后的所述第一以太信号发送至所述主机端；
所述主机端用于根据经过处理后的所述第一以太信号生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制设备；
所述控制设备还用于根据接收的所述控制指令生成第二以太信号，并将所述第二以太信号发送至所述微处理器。
本发明的积极进步效果在于：提供了一种数据信号转换设备和数据信号转换系统，该设备接收外部I/O设备发送的串口信号，并对串口信号行转换处理后得到以太信号，并将以太信号发送至外部控制设备。该设备避免在I/O设备较少的厂房内配备控制设备，仅需在就地控制柜中安装该数据信号转换设备，相邻厂房间实现以太信号进行数据通信；满足了相邻厂房之间的数据通讯的数据带宽高、延时小、通讯可靠性高的性能要求。
附图说明
图1为本发明实施例1的数据信号转换装置的模块示意图。
图2为本发明实施例1的数据信号转换装置的第一示意图。
图3为本发明实施例1的数据信号转换装置的第二示意图。
图4为本发明实施例1的数据信号转换装置的第三示意图。
图5为本发明实施例1的数据信号转换装置的第四示意图。
图6为本发明实施例1的数据信号转换装置的第五示意图。
图7为本发明实施例2的数据信号转换系统的模块示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例提供了一种数据信号转换设备1，如图1所示，数据信号转换设备1包括数据处理模块11，数据处理模块包括第一数据接口111、第二数据接口112和微处理单元113，微处理单元包括微处理器1131，第一数据接口111与外部I/O设备通信连接，微处理器1131与第二数据接口112通信连接，第二数据接口112与外部控制设备通信连接。
第一数据接口111用于从I/O设备获取第一串口信号，并将第一串口信号发送至微处理器1131。具体地，本实施例中第一数据接口111可以使用ATX 6针连接器，也可以使用ATX 2针连接器、ATX 4针连接器，或者其他形式的连接器。
微处理器1131用于对第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将第一以太信号发送至第二数据接口112。
第二数据接口112用于将第一以太信号发送至外部控制设备。
第二数据接口112还用于从外部控制设备获取第二以太信号，并将第二以太信号发送至微处理器1131。
微处理器1131还用于对第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将第二串口信号发送至第一数据接口111。
第一数据接口111还用于将第二串口信号发送至I/O设备。
如图1所示，数据信号转换设备1还包括供电模块12，供电模块与微处理器1131电连接。
供电模块用12于向微处理器1131供电。
第一数据接口111和第二数据接口112的数量为多个，每两个第一数据接口111之间配置冗余组，每两个第二数据接口112之间配置冗余组。每个冗余组中的第一数据接口111型号相同，传输相同的串口信号，一个冗余组中，只要有一个第一数据接口111可以正常工作，就不会影响数据信号转换装置1从外部I/O设备获取第一串口信号，或将第二串口信号发送至外部I/O设备。每个冗余组中的第二数据接口112型号相同，传输相同的以太信号，一个冗余组中，只要有一个第二数据接口112可以正常工作，就不会影响数据信号转换装置1将第一以太信号发送至外部控制设备，或接收外部设备发送的第二以太信号。
供电模块12与第一数据接口111电连接。
供电模块还用于通过第一数据接口111向外部I/O设备供电。具体地，本实施例中的第一数据接口111中融合了串行总线信号通道和直流供电通道。在实际应用中，如果不需要向I/O设备供电，也可以取消第一数据接口111中的直流供电通道。
如图1所示，供电模块12包括第一电源接口121和第二电源接口122。
第一电源接口121和第二电源接口122分别与外部电源设备电连接，第一电源接口和第二电源接口之间配置冗余组。第一电源接口121和第二电源接口122型号相同，第一电源接口121和第二电源接口122中只要有一个能正常工作，就不影响数据信号转换设备1正常工作。第一电源接口121不能正常工作不会影响第二电源接口122正常工作，第二电源接口122不能正常工作也不会影响第一电源接口121正常工作。
第一电源接口121和第二电源接口122用于接收外部电源设备供电。
如图1所示，微处理单元113还包括散热器1132和导热器1133。具体地，本实施中的导热器1133设置于散热器1132和微处理器1131之间。
导热器用于通过热传导的方式，将处理器的散发出的热量传导到散热器。
图2为本实施例中数据信号转换设备1的第一示意图，如图2所示，本实施例中第一数据接口111的数量可以为6个，分为3组，每组内两个第一数据接口111配置冗余组。数据信号转换设备1具备同时接入3路串行总线数据的能力。在实际应用中，本实施例中第一数据接口111的数量也可以为2、4或任何偶数。本实施例中第二数据接口112的数量可以为2个。在实际应用中，本实施例中第二数据接口112的数量也可以为4、6或任何偶数。
如图2所示，具体地，本实施例中为每个第一数据接口111配备了两个LED指示灯，用来显示该第一数据接口111的通信状态。LED指示灯分为信号发送指示灯(T)和信号接受指示灯(R)，方便维护人员快速发现故障并进行维护。
如图2所示，具体地，本实施例中还为两个第二数据接口112分别配备了LED指示灯CNET1、CNET2，用来显示对应第二数据接口112的通信状态，方便维护人员快速发现故障并进行维护。
如图2所示，具体地，本实施例中在第一电源接口121和第二电源接口122处分别设置有可插拔式保险丝FUSE A、FUSE B,任一路插拔式保险丝损坏不影响数据信号转换装置1运行。而且可插拔式保险丝非常容易检查和更换。在每一路可插拔式保险丝后设计了LED指示灯，用于显示该路电源是否正常。在本实施例中，第一电源接口121和第二电源接口122均为直流24V电源接口。在实际应用中，第一电源接口121和第二电源接口122也可以为交流电源接口。
如图2所示，具体地，本实施例中数据信号转换装置1还包括外壳13，在本实施例中，为了保证微处理器1131的良好散热，外壳13可以使用铝合金板材，散热器1132可以使用铝合金型材。根据产品的量产规模变化，也可以使用注塑外壳。
图3为本实施例中数据信号转换设备1的第二示意图。如图3所示，具体地，本实施例中数据信号转换装置1还包括接口板14。第一数据接口111、第二数据接口112、第一电源接口121和第二电源接口122设置于接口板14上。
图4为本实施例中数据信号转换设备1的第三示意图。
图5为本实施例中数据信号转换设备1的第四示意图。
图6为本实施例中数据信号转换设备1的第五示意图。
本实施例提供了一种数据信号转换设备，该设备接收外部I/O设备发送的串口信号，并对串口信号行转换处理，得到以太信号，将以太信号发送至外部控制设备。该设备避免在I/O设备较少的厂房内配备控制设备，仅需在就地控制柜中安装该数据信号转换设备，相邻厂房间实现以太信号进行数据通信，满足了相邻厂房之间的数据通讯的数据带宽高、延时小、通讯可靠性高的性能要求；该设备中的第一数据接口和第二数据接口均配置冗余组，在一个接口故障的情况下不影响设备的正常工作，保证了设备的稳定性。
实施例2
本实施例提供了一种数据信号转换系统，如图7所示，数据信号转换系统包括：I/O设备2、控制设备3和实施例1中的数据信号转换设备1。I/O设备2与数据信号转换设备1通信连接。数据信号转换设备1与控制设备3通信连接。
I/O设备2用于发送第一串口信号至数据信号转换设备1，并接收数据信号转换设备1供电。
数据信号转换设备1用于对第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将第一以太信号发送至控制设备3。
控制设备3用于发送第二以太信号至数据信号转换设备1。
具体地，本实施例中的数据信号转换设备1还用于对第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将第二串口信号发送至I/O设备2。
如图7所示，具体地，本实施中的数据信号转换系统还包括主机端4。主机端4与控制设备3通信连接。
控制设备3还用于对第一以太信号进行处理，并将经过处理后的第一以太信号发送至主机端4。
主机端4用于根据经过处理后的第一以太信号生成控制指令，并将控制指令发送至控制设备3。控制设备3还用于对控制指令进行处理得到第二以太信号，并将第二以太信号发送至微处理器1131。
本实施例提供了一种数据信号转换系统，该系统通过数据信号转换设备接收I/O设备发送的第一串口信号，并对第一串口信号行转换处理，得到第一以太信号，将第一以太信号发送至外部控制设备，再通过控制设备将第一以太信号发送至上位机，通过上位机根据第一以太信号生成控制指令，并将控制指令发送至控制设备，再通过控制设备根据控制指令生成第二以太信号，将第二以太信号发送至数据信号转换设备，通过数据信号转换设备对第二以太进行转换得到第二串口信号，将第二串口信号发送至I/O设备该系统避免在I/O设备较少的厂房内配备控制设备，仅需在就地控制柜中安装该数据信号转换设备，可以几个厂房共用一个控制设备，降低了对控制设备的处理能力的浪费，降低了系统的硬件成本。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种数据信号转换设备，其特征在于，所述数据信号转换设备包括数据处理模块，所述数据处理模块包括第一数据接口、第二数据接口和微处理单元，所述微处理单元包括微处理器；所述第一数据接口与外部I/O设备通信连接；所述微处理器与所述第二数据接口通信连接；所述第二数据接口与外部控制设备通信连接；
所述第一数据接口用于从所述I/O设备获取第一串口信号，并将所述第一串口信号发送至所述微处理器；
所述微处理器用于对所述第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将所述第一以太信号发送至所述第二数据接口；
所述第二数据接口用于将所述第一以太信号发送至所述外部控制设备。
2.如权利要求1所述的数据信号转换设备，其特征在于，
所述第二数据接口还用于从所述外部控制设备获取第二以太信号，并将所述第二以太信号发送至所述微处理器；
所述微处理器还用于对所述第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将所述第二串口信号发送至所述第一数据接口；
所述第一数据接口还用于将所述第二串口信号发送至所述I/O设备。
3.如权利要求1所述的数据信号转换设备，其特征在于，所述数据信号转换设备还包括供电模块；所述供电模块与所述微处理器电连接；
所述供电模块用于向所述微处理器供电。
4.如权利要求2所述的数据信号转换设备，其特征在于，所述第一数据接口和所述第二数据接口的数量为多个，每两个所述第一数据接口配置冗余组；每两个所述第二数据接口配置冗余组。
5.如权利要求3所述的数据信号转换设备，其特征在于，所述供电模块与所述第一数据接口电连接；
所述供电模块还用于通过所述第一数据接口向所述外部I/O设备供电。
6.如权利要求5所述的数据信号转换设备，其特征在于，所述供电模块包括第一电源接口和第二电源接口，所述第一电源接口和所述第二电源接口分别与外部电源设备电连接，所述第一电源接口和所述第二电源接口配置冗余组；
所述第一电源接口和所述第二电源接口用于接收所述外部电源设备供电。
7.如权利要求6所述的数据信号转换设备，其特征在于，所述微处理单元还包括散热器和导热器，所述导热器设置于所述散热器和所述微处理器之间；
所述导热器用于通过热传导的方式，将所述处理器散发出的热量传导到所述散热器。
8.一种数据信号转换系统，其特征在于，所述数据信号转换系统包括：I/O设备、控制设备和至少一个如权利要求1-7中任意一项所述的数据信号转换设备；所述I/O设备与所述数据信号转换设备通信连接；所述数据信号转换设备与所述控制设备通信连接；
所述I/O设备用于发送第一串口信号至所述数据信号转换设备，并接收所述数据信号转换设备供电；
所述数据信号转换设备用于对所述第一串口信号进行转换得到第一以太信号，并将所述第一以太信号发送至所述控制设备；
所述控制设备用于将第二以太信号发送至所述数据信号转换设备。
9.如权利要求8所述的数据信号转换系统，其特征在于，所述数据信号转换设备还用于对所述第二以太信号进行转换得到第二串口信号，并将所述第二串口信号发送至所述I/O设备。
10.如权利要求9所述的数据信号转换系统，其特征在于，所述数据信号转换系统还包括主机端；所述主机端与所述控制设备通信连接；
所述控制设备还用于对所述第一以太信号进行处理，并将经过处理后的所述第一以太信号发送至所述主机端；
所述主机端用于根据经过处理后的所述第一以太信号生成控制指令，并将所述控制指令发送至所述控制设备；
所述控制设备还用于根据接收的所述控制指令生成第二以太信号，并将所述第二以太信号发送至所述微处理器。
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