CN205958982U - 一种工业物联网装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种工业物联网装置，包括主控MCU模块、Profibus接口模块、传感器接口电路模块、电源管理模块、旋转编码地址输入模块以及下一级ZigBee网络管理模块，所述主控MCU模块上设置有UART接口、SPI接口、I/O接口和A/D转换端口，所述主控MCU模块和下一级ZigBee网络管理模块上均连接有天线。本实用新型利用无线通信技术实现工业现场总线Profibus中无线网络到有线网络的无缝连接，解决了工业控制网络中有线连接的局限性问题；具有高效、快捷、简单、方便灵活的特点，组网简易、易于扩展，解决了远程分散测控装置接入Profibus总线困难的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于物联网智能工业控制中应用数据通信技术领域，具体涉及一种工业物联网装置。
背景技术
为加强企业自动化系统和现场控制系统功能的灵活性，以达到把不同制造商的现场设备互连成系统的目的，使用现场总线实现一个数字式、双向传输、多分支结构的通信链接，其在工业控制环境中得到了广泛的应用。但是，现有的现场总线布置都是通过有线方式连接的，其很大程度限制了连接的对象，如牵引小车、移动的机器人、旋转的物体等需要用无线通信实现传感器信号或控制数据的传输。在工厂建设期间，样品试验期间用无线方式代替有线电缆也是更加经济灵活的手段。另外，在易腐蚀、爆炸环境中，只能使用无线通信的方式。采用无线通信，不受电缆束缚，可移动性强，可以很好地解决有线连接中存在的布线困难、有线电缆接插件易松动等问题。基于无线技术的信息传递方式，使得测控系统具有低成本、易使用、易维护等优点，在工业控制领域具有广阔的应用前景。因此，要解决这些难点，就需要实现一种将现无线通信技术与现场总线相互集成的工业物联网装置。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是提供一种工业物联网装置，目的为了解决工业控制网络中有线连接的局限性问题，利用无线通信技术实现工业现场总线Profibus中无线网络到有线网络的无缝连接，采用现有的ZigBee无线传感器网络协议以及IPv6网络协议，通过不同的通信接口同时连接上层工业控制总线、构建同级无线传输网络、以及连接下一级无线传感网，实现了工业智能控制中总线异构网络或异构终端设备的互联互通，实现了工业通信无线化，具有高效、快捷、简单、方便灵活的特点，组网简易、易于扩展，解决了远程分散测控装置接入Profibus总线困难的问题。
本实用新型的技术方案为：
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装置，包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的Profibus接口模块、传感器接口电路模块、电源管理模块、旋转编码地址输入模块以及下一级ZigBee网络管理模块，所述主控MCU模块上设置有UART接口、SPI接口、I/O接口和A/D转换端口，所述Profibus接口模块通过UART接口与主控MCU模块相连，所述传感器接口电路模块通过I/O接口与主控MCU模块相连，所述下一级ZigBee网络管理模块通过SPI接口与主控MCU模块相连，所述主控MCU模块和下一级ZigBee网络管理模块上均连接有天线。
与现有技术相比，本实用新型的主控MCU模块是该装置的核心部分，用于对数据进行处理及对其他模块进行管理，构成可面向ZigBee和6LowPAN远程控制应用的无线MCU，该装置可以应用在整个工业智能控制系统中，使用无线中继法实现Profibus-DP无线通信，数据通信协议采用现有ZigBee无线传感网络协议以及IPv6网络协议，在物理层进行数据有线以及无线的数据交换，在工业智能控制系统中实现了数据传输无线到有线连接的桥接作用。该工业物联网装置在工业智能控制系统中作为协调器节点建立无线网络后，可以通过主控MCU模块上的天线与其他工业物联网装置相连，完成同级工业物联网装置的组网；下一级ZigBee网络管理模块也可以申请加入网络，从而完成无线数据链路通道建立。工业物联网装置通过Profibus接口模块接收现场总线系统的数据，并将数据传输给主控MCU模块进行处理，处理后再将数据进行无线发送；相应的主控MCU模块还可以通过主控MCU模块上的天线接收同级传感网络的无线信号或通过下一级ZigBee网络管理模块接收下一级传感网络的无线信号，并将接收到的无线信号转换成Profibus-DP总线数据，再通过Profibus接口模块接入Profibus-DP总线，与工业现场中的PLC通信从而完成控制；同样来自工业现场中的PLC接收现场设备的测量数据，通过该工业物联网装置将现场设备的测量数据传输到Profibus-DP现场总线系统中，最终由Profibus—DP总线有线传输到PLC主站；工业现场中现场设备的测量数据也可以通过与工业物联网装置相连接的下一级ZigBee网络管理模块将将现场设备的测量数据传输到工业物联网装置，进而通过工业物联网装置将测量数据传输到Profibus-DP现场总线系统中，最终由Profibus-DP总线有线传输到PLC主站。相对于原来的有线工业控制装置具有成本低，通信距离更远等特点；另外，本实用新型设置相对于有线工业控制装置，采用无线的方式进行数据的传输，实现了工业控制系统异构网络或异构终端设备的互联互通，完成了无线网络到有线网络的无缝连接，解决了工业控制网络中有线连接的局限性问题。在智能工业控制系统当中，该装置可以构成以无线传感网络为蓝本的工业无线网络，其具有低功耗、自组织、异构互联、泛在协同等特点，为工业现场的自动化设备之间的通信，提供了低成本、高可靠、高灵活、高带宽的无线数据链路和灵活自组的网络拓扑结构，进一步拓宽了工业控制系统的通信与设备接入能力。
所述主控MCU模块采用TI的CC2650芯片作为主芯片，用于构成面向ZigBee和6LowPAN远程控制应用的无线主控MCU模块；采用现有的ZigBee无线传感网络协议以及IPv6网络协议，在物理层进行数据有线以及无线的数据交换。
所述Profibus接口模块采用ANYBUS-IC作为主芯片，用于连接Profibus-DP总线和工业以太网。
所述下一级ZigBee网络管理模块采用CC2530作为主芯片，用于支持2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE的应用，并通过下一级ZigBee网络管理模块上连接的天线利用射频信号完成对下一级ZigBee网络的管理。
所述电源管理模块包括电源管理电路和JTAG调试电路；用于对整个工业物联网装置进行电源管理及JTAG调试。
所述旋转编码地址输入模块通过A/D转换端口与主控MCU模块相连；旋转编码地址输入模块利用两个BCD码旋转编码开关来设置下一级ZigBee网络管理模块的地址。
本实用新型的技术效果为：
本实用新型提供了一种工业物联网装置，实现了工业控制系统异构网络或异构终端设备的互联互通，利用无线通信技术实现工业现场总线Profibus中无线网络到有线网络的无缝连接，解决了工业控制网络中有线连接的局限性问题；本实用新型构成的工业智能控制系统，具有高效、快捷、简单、方便灵活的特点，组网简易、易于扩展，解决了远程分散测控装置接入Profibus总线困难的问题；通过采用现有的ZigBee无线传感器网络协议以及IPv6网络协议，通过不同的通信接口同时连接上层工业控制总线、构建同级无线传输网络、以及连接下一级无线传感网，实现了工业智能控制中总线异构网络或异构终端设备的互联互通，实现了工业通信无线化。
附图说明
图1为本实用新型工业物联网装置结构示意图。
图2为本实用新型工业物联网装置应用结构图。
具体实施方式
下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式：
如图1-图2所示，本实用新型提供了本实用新型提供了一种工业物联网装置，包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的Profibus接口模块、传感器接口电路模块、电源管理模块、旋转编码地址输入模块以及下一级ZigBee网络管理模块，所述主控MCU模块上设置有UART接口、SPI接口、I/O接口和A/D转换端口，所述Profibus接口模块通过UART接口与主控MCU模块相连，所述传感器接口电路模块通过I/O接口与主控MCU模块相连，所述下一级ZigBee网络管理模块通过SPI接口与主控MCU模块相连，所述旋转编码地址输入模块通过A/D转换端口与主控MCU模块相连；所述电源管理模块包括电源管理电路和JTAG调试电路；所述主控MCU模块和下一级ZigBee网络管理模块上均连接有天线。所述主控MCU模块采用TI的CC2650芯片作为主芯片，用于构成面向ZigBee和6LowPAN远程控制应用的无线主控MCU模块；所述Profibus接口模块采用ANYBUS-IC作为主芯片，用于连接Profibus-DP总线和工业以太网；所述下一级ZigBee网络管理模块采用CC2530作为主芯片，用于支持2.4GHzIEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE的应用；通过下一级ZigBee网络管理模块上的天线利用射频信号完成对下一级ZigBee网络的管理。主控MCU模块上的天线与主控MCU模块直接连接，可完成同级工业物联网装置的组网。
该装置可以应用在整个工业智能控制系统中，使用无线中继法实现Profibus-DP无线通信，数据通信协议采用现有ZigBee无线传感网络协议以及IPv6网络协议，在物理层进行数据有线以及无线的数据交换，在工业智能控制系统中实现了数据传输无线到有线连接的桥接作用。该工业物联网装置在工业智能控制系统中作为协调器节点建立无线网络后，可以通过主控MCU模块上的天线与其他工业物联网装置相连，完成同级工业物联网装置的组网；下一级ZigBee网络管理模块也可以申请加入网络，从而完成无线数据链路通道建立。工业物联网装置通过Profibus接口模块接收现场总线系统的数据，并将数据传输给主控MCU模块进行处理，处理后再将数据进行无线发送；相应的主控MCU模块还可以通过主控MCU模块上的天线接收同级传感网络的无线信号或通过下一级ZigBee网络管理模块接收下一级传感网络的无线信号，并将接收到的无线信号转换成Profibus-DP总线数据，再通过Profibus接口模块接入Profibus-DP总线，与工业现场中的PLC通信从而完成控制；同样来自工业现场中的PLC接收现场设备的测量数据，通过该工业物联网装置将现场设备的测量数据传输到Profibus-DP现场总线系统中，最终由Profibus—DP总线有线传输到PLC主站；工业现场中现场设备的测量数据也可以通过与工业物联网装置相连接的下一级ZigBee网络管理模块将将现场设备的测量数据传输到工业物联网装置，进而通过工业物联网装置将测量数据传输到Profibus-DP现场总线系统中，最终由Profibus-DP总线有线传输到PLC主站。相对于原来的有线工业控制装置具有成本低，通信距离更远等特点；另外，本实用新型设置相对于有线工业控制装置，采用无线的方式进行数据的传输，实现了工业控制系统异构网络或异构终端设备的互联互通，完成了无线网络到有线网络的无缝连接，解决了工业控制网络中有线连接的局限性问题。在智能工业控制系统当中，该装置可以构成以无线传感网络为蓝本的工业无线网络，其具有低功耗、自组织、异构互联、泛在协同等特点，为工业现场的自动化设备之间的通信，提供了低成本、高可靠、高灵活、高带宽的无线数据链路和灵活自组的网络拓扑结构，进一步拓宽了工业控制系统的通信与设备接入能力。
Claims (6)
1.一种工业物联网装置，其特征在于：包括主控MCU模块、与主控MCU模块分别相连的Profibus接口模块、传感器接口电路模块、电源管理模块、旋转编码地址输入模块以及下一级ZigBee网络管理模块，所述主控MCU模块上设置有UART接口、SPI接口、I/O接口和A/D转换端口，所述Profibus接口模块通过UART接口与主控MCU模块相连，所述传感器接口电路模块通过I/O接口与主控MCU模块相连，所述下一级ZigBee网络管理模块通过SPI接口与主控MCU模块相连，所述主控MCU模块和下一级ZigBee网络管理模块上均连接有天线。
2.如权利要求1所述的工业物联网装置，其特征在于：所述主控MCU模块采用TI的CC2650芯片作为主芯片，用于构成面向ZigBee和6LowPAN远程控制应用的无线主控MCU模块。
3.如权利要求1所述的工业物联网装置，其特征在于：所述Profibus接口模块采用ANYBUS-IC作为主芯片，用于连接Profibus-DP总线和工业以太网。
4.如权利要求1所述的工业物联网装置，其特征在于：所述下一级ZigBee网络管理模块采用CC2530作为主芯片，用于支持2.4GHz IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE的应用。
5.如权利要求1所述的工业物联网装置，其特征在于：所述电源管理模块包括电源管理电路和JTAG调试电路。
6.如权利要求1所述的工业物联网装置，其特征在于：所述旋转编码地址输入模块通过A/D转换端口与主控MCU模块相连。
Priority Applications (1)
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| CN201620742816.6U CN205958982U (zh) | 2016-07-14 | 2016-07-14 | 一种工业物联网装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107995601A (zh) * | 2017-11-21 | 2018-05-04 | 广州华洲信息科技有限公司 | 超低功耗加速度传感报警系统 |
| CN112261054A (zh) * | 2020-10-23 | 2021-01-22 | 重庆邮电大学 | 基于应用业务服务质量的Ethernet/IP与IPv6协议转换系统及方法 |
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