CN205829666U - 一种工业物联网智能网关 - Google Patents

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郑瑞琦
钱邦永
周元斌
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祁国虎
罗震
李启军
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Abstract

本实用新型提供了一种工业物联网智能网关,包括微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块、FLASH电子盘、通信串口选择拨码开关、电源模块以及至少一根PC/PPI电缆。该工业物联网智能网关作为核心的数据采集系统,在不影响现场生产的情况下,低成本的解决现有老设备的改造,具有智能协议分析、功耗低、可以以有线以太网、WIFI、3G/4G等通讯方式将采集到的数据上送到数据服务器。

Description

一种工业物联网智能网关
技术领域
本实用新型涉及一种网关,尤其是一种用于工业物联网的智能网关。
背景技术
当前,全球正在掀起以智能制造为核心的新一轮工业革命,我国制造业也正在加速向智能制造转型。未来五年,我国的智能生产设施、数字化车间/工厂的升级改造速度将进一步加快,制造业对智能制造核心信息设备的需求也将大幅度增长。预计我国智能制造核心信息设备市场规模将以30%左右的增速持续增长。工厂中很多设备控制器为PLC,大部分带有串行通讯接口用于和触摸屏(HMI)通讯,只有少数设备为以太网,随着中国制造智能工厂的发展,原有的车间需要改造为数字化车间,老设备需要将生产过程中的数据传输到制造执行系统、ERP系统等,因此需要将老设备以一种低成本、易实施的方式进行数据的采集。
目前在产生产线设备数据采集的实现方式主要有以下几种类型:
(1)更换为以太网PLC,具有通讯接口,通过通讯接口实时读取设备状态;优点:提高设备自动化程度,缺点:改造成本高。
2)使用IO模块连接设备的状态开关,实时读取设备状态;优点:通用性高,适用于各种设备状态采集,缺点:改造比较麻烦。
(3)不进行改造,人工输入工作状态。优点:改造成本低,缺点:人工输入不能确保实时性与正确性。
因此原有的实现方式存在改造成本高、比较麻烦的问题,在改造过程中很有可能较长时间影响生产。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是现有的实现方式存在改造成本高、比较麻烦的问题,在改造过程中很有可能较长时间影响生产。
为了解决上述技术问题,本实用新型提供了一种工业物联网智能网关,包括微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块、FLASH电子盘、通信串口选择拨码开关、电源模块以及至少一根PC/PPI电缆;电源模块分别为微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块以及FLASH电子盘供电;微处理器的四路串口通信端分别与第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口以及第四通信串口相连;微处理器的网络通信端与以太网接口相连;微处理器的显示信号端与LCD显示屏接口相连;微处理器的数据存取端与SD卡接口相连;微处理器的外部中断输入端与复位按钮相连;微处理器的3G数据通信端与3G模块相连;微处理器的WIFI数据通信端与WIFI模块相连;微处理器的FLASH数据通信端与FLASH电子盘相连;微处理器的信号输入端与通信串口选择拨码开关相连;PC/PPI电缆用于将第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口和/或第四通信串口连接至工控机。
采用本实用新型的网管设备无需将现有设备更换为以太网PLC,避免采用IO模块连接设备的复杂施工,具有较好的自动化传输性能,降低了改造成本、改造过程简单,不会耽误较长时间;采用四路通信串口能够同时与多台工控机进行连接通信,有效增强了网关的利用率,同时也使得通信串口具有冗余设计,增强网关的可靠性;采用以太网接口、SD卡接口、3G模块、WIFI模块以及FLASH电子盘能够方便数据的远程传输和存储;采用复位按钮能够有助于用于快速恢复以太网IP;采用LCD显示屏接口能方便连接LCD显示屏,增强网关使用的便捷性;采用PC/PPI电缆能够方便信号转换传输,增强网关的普适性能;采用通信串口选择拨码开关来选择启用相应的通信串口,从而避免启用不必要的通信串口,降低网管的功耗。
作为本实用新型的进一步限定方案,还包括一个4G模块;微处理器的4G数据通信端与4G模块相连。采用4G模块能够实现4G通信,具有较高的传输速率。
作为本实用新型的进一步限定方案,PC/PPI电缆上设有用于调节波特率的波特率设置拨码开关。采用波特率设置拨码开关来调节波特率,能够根据现场数据传输需要进行调节,使用方便。
本实用新型的有益效果在于:(1)采用本实用新型的网管设备无需将现有设备更换为以太网PLC,避免采用IO模块连接设备的复杂施工,具有较好的自动化传输性能,降低了改造成本、改造过程简单,不会耽误较长时间;(2)采用四路通信串口能够同时与多台工控机进行连接通信,有效增强了网关的利用率,同时也使得通信串口具有冗余设计,增强网关的可靠性;(3)采用以太网接口、SD卡接口、3G模块、WIFI模块以及FLASH电子盘能够方便数据的远程传输和存储;(4)采用复位按钮能够有助于用于快速恢复以太网IP;(5)采用LCD显示屏接口能方便连接LCD显示屏,增强网关使用的便捷性;(6)采用PC/PPI电缆能够方便信号转换传输,增强网关的普适性能;(7)采用通信串口选择拨码开关来选择启用相应的通信串口,从而避免启用不必要的通信串口,降低网管的功耗。
附图说明
图1为本实用新型的网管结构示意图。
具体实施方式
如图1所示,本实用新型提供了一种工业物联网智能网关,包括微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、4G模块、WIFI模块、FLASH电子盘、通信串口选择拨码开关、电源模块以及至少一根PC/PPI电缆;电源模块分别为微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块以及FLASH电子盘供电;微处理器的四路串口通信端分别与第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口以及第四通信串口相连;微处理器的网络通信端与以太网接口相连;微处理器的显示信号端与LCD显示屏接口相连;微处理器的数据存取端与SD卡接口相连;微处理器的外部中断输入端与复位按钮相连;微处理器的3G数据通信端与3G模块相连;微处理器的WIFI数据通信端与WIFI模块相连;微处理器的FLASH数据通信端与FLASH电子盘相连;微处理器的信号输入端与通信串口选择拨码开关相连;第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口和/或第四通信串口通过PC/PPI电缆与工控机相连;微处理器的4G数据通信端与4G模块相连;在PC/PPI电缆上设有用于调节波特率的波特率设置拨码开关。
本实用新型的工业物联网智能网关具有能获取串行通讯协议的通讯接口,通过通讯接口实时读取设备状态,并通过以太网、3G、4G或WIFI等将生产过程中的数据上传到制造执行系统、ERP系统等。提供设备与设备之间、设备与系统之间协议互操作整体框架、协议互操作服务接口定义,支持异构协议设备的互联互通与协同工作。是制造过程各个环节实现信息获取、实时通信和动态交互及决策分析和控制的关键基础设备。本实用新型的网关通常与工业现场设备和上位机软件协同工作,组成数据采集系统,并具备控制能力,能有效监测设备运行、生产管理、能耗状况,使经营管理活动自动化、智能化,提高企业单位运营效益。
若现场PLC具有1路串行通讯口,并且与触摸屏通讯。那么采用的数据采集方案为:增加工业物联网智能网关,PLC通讯口接工业物联网智能网关的第一通信串口,触摸屏接工业物联网智能网关的第二通信串口。通过智能分析,将PLC数据采集到工业物联网智能网关,并且不影响原触摸屏的使用。根据现场控制柜的情况,每台PLC仅需增加工业物联网智能网关1台,PC/PPI电缆1根,安装支架1个,根据设备情况选配开关电源1个。
若现场PLC具有2路串行通讯口,并且与触摸屏通讯。那么采用的数据采集方案为:增加工业物联网智能网关,PLC通讯口1接触摸屏串口,PLC通讯口2接工业物联网智能网关的第一通信串口。通过智能分析,将PLC数据采集到工业物联网智能网关。根据现场控制柜的情况,每台PLC仅需增加工业物联网智能网关1台,PC/PPI电缆1根,安装支架1个,根据设备情况选配开关电源1个。
根据现场PLC具有的串行通讯口数量合理配置连接网关,通过通信串口选择拨码开关设置相应的编码信号发送给微处理器,由微处理器控制启用相应的通信串口进行通信,使现场PLC数据能够完整快速地进程远程传输。
本实用新型的微处理器采用ARM9嵌入式低功耗CPU,主频400MHz,同时融合了S3C2416处理器。S3C2416是一款32位RISC处理器,应用于消费类电子、低功耗产品和高性能控制设备,S3C2416是基于ARM926EJ内核,65nm工艺制程,采用新的高性能微控制器总线(AMBA)架构设计,具有低功耗、高性能和低成本的特性。集成了以下片上功能:ARM926EJ内核,主频400MHz,16KB I/D-Cache和MMU功能;支持外部存储器mSDR、mDDR、DDR2、SDRAM;LCD控制器,最高支持256K色显示,提供1通道LCD专用DMA;6通道DMA控制器并有外部请求引脚;4通道UART(IrDA1.0,64-Byte Tx FIFO,and 64-Byte Rx FIFO);1通道高速SPI;1通道IC总线接口(支持多主机);支持IIS/AC97音频接口;兼容支持高速MMC和SD接口协议;2路USBHost/1路USB Device;4通道PWM定时器/ 1通道内部定时器/看门狗定时器;10通道12位ADC和触摸屏接口;RTC时钟,带日历功能;138个通用I/O端口,16路外部中断源;5种电源管理模式(工作、空闲、待机、深度待机和休眠模式);芯片内有PLL时钟发生器。
内存采用128M的DDR2 SDRAM;Flash电子盘的容量为256M;以太网接口为100M以太网接口,板载10/100M自适应网口,网口采用DM9000A芯片,接口采用具有link/Active指示灯和隔离变压器的RJ45插座;sd卡接口可以接最大32G Bytes大容量sd卡;LCD接口可以通过fpc软排线直接将屏扣到主板上,接口可以通过排线连接液晶模块,也方便进行调试工业物联网智能网关主板;复位按键的按键功能通过gpio接口实现,按键采用中断模式,主要用户客户恢复默认以太网IP;电源模块采用S3C2416和外围电路供电,支持DC9~24V宽电压供电;PC/PPI电缆采用标准串口型号的西门子PC/PPI电缆,在PC/PPI电缆上设有5个或8个DIP开关(波特率设置拨码开关),用于设置电缆传输的波特率,PC/PPI电缆上的波特率设置拨码开关,必须与PLC波特率设置以及上位机中的设置一致。
本实用新型的工业物联网智能网关支持如下通讯协议:
Modbus-RTU(施耐德、台达、信捷等PLC);Modbus-TCP;三菱 FX0N编程口; 三菱FX2N编程口;三菱 FX3U编程口;三菱Q系列PLC编程口;OMRON Hostlink;罗克韦尔AB DF1;西门子S7200 PPI;西门子S7300 MPI;西门子S7 1200以太网;西门子Smart 200以太网;西门子S7300 CP343-1以太网;西门子S7400 CP443-1以太网;南大傲拓NA200 PLC;南大傲拓NA400 PLC;多功能电能表DL 645-2007;自由口协议。
本实用新型的优点是:以工业物联网智能网关为核心的数据采集系统,在不影响现场生产的情况下,低成本的解决现有老设备的改造,具有智能协议分析、功耗低、可以以有线以太网、WIFI、3G/4G等通讯方式将采集到的数据上送到数据服务器。也可以在新设备上加装工业物联网网关。能够适应数字化工厂的改造或新建,技术先进,产品可靠,具有较高的推广价值,达到了预期目标。综上所述,以工业物联网网关为核心的数据采集系统,可以实时采集设备的运行数据,具有改造成本低,改造时间段,运行安全可靠,操作简单等优点,可以满足数字化工厂的车间老设备改造场合。

Claims (3)

1.一种工业物联网智能网关,其特征在于:包括微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块、FLASH电子盘、通信串口选择拨码开关、电源模块以及至少一根PC/PPI电缆;电源模块分别为微处理器、第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口、第四通信串口、以太网接口、LCD显示屏接口、SD卡接口、复位按钮、3G模块、WIFI模块以及FLASH电子盘供电;微处理器的四路串口通信端分别与第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口以及第四通信串口相连;微处理器的网络通信端与以太网接口相连;微处理器的显示信号端与LCD显示屏接口相连;微处理器的数据存取端与SD卡接口相连;微处理器的外部中断输入端与复位按钮相连;微处理器的3G数据通信端与3G模块相连;微处理器的WIFI数据通信端与WIFI模块相连;微处理器的FLASH数据通信端与FLASH电子盘相连;微处理器的信号输入端与通信串口选择拨码开关相连;第一通信串口、第二通信串口、第三通信串口和/或第四通信串口通过PC/PPI电缆与工控机相连。
2.根据权利要求1所述的工业物联网智能网关,其特征在于:还包括一个4G模块;微处理器的4G数据通信端与4G模块相连。
3.根据权利要求1或2所述的工业物联网智能网关,其特征在于:PC/PPI电缆上设有用于调节波特率的波特率设置拨码开关。
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