CN207216369U - 一种工业现场数据采集和边缘分析装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种工业现场数据采集和边缘分析装置，包括安全监测模块、协议转换模块、网络通信模块、串口通信模块；安全监测模块与ARM处理器建立连接关系，安全监测模块用于实现通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测；协议转换模块与ARM处理器建立连接关系,协议转换模块实现不同协议设备之间的互联互通；网络通信模块与ARM处理器建立连接关系,网络通信模块用于实现装置通过以太网或局域网进行网络通信；串口通信模块与ARM处理器建立连接关系，串口通信模块实现不同通信端口的设备之间组网通信。本实用新型可兼容不同的现场总线，实现现场生产设备的通信组网，实现现场级的检测与控制，保障现场组网后工业网络通信安全。

Description

一种工业现场数据采集和边缘分析装置

技术领域

本实用新型涉及一种工业现场数据采集和边缘分析装置，属于工业现场数据采集技术领域。

背景技术

随着中国制造产业升级，很多企业迫切需求实现内部生产各个环节的网络互联、数据互通，有效掌控各个制造环节的实时数据，实现生产过程管控，达到降本增效的目标。近年来，随着我国信息化建设的不断深入，各行各业中对生产自动化、仪表智能化、设备可靠性等性能指标提出了越来越高的要求，对数字化设备、智能装备的需求日益增加。随着工业环境越来越复杂，现场设备越来越多，工业自动化技术也在日新月异。

传统的控制系统中需要传递数字信号和模拟信号，当生产规模扩大，采样模块分布范围很广，模拟信号经过长距离的传输信噪比会急剧下降，传统做法必须在现场布线过程中使用价格高昂的高品质的模拟信号线，而且每个传感器输出的模拟信号需要独立的传输线，线多而杂，不仅给施工布线带来困难，也为以后的传感器更新，线路维护带来诸多不便。目前，现有设备进行数据采集，针对不同厂家设备的兼容性不好；现有的不同厂家的自动化生产设备之间无法实现有效通信；现有的云计算，对网络依赖性较高，一旦网络异常系统运行则会终止；现阶段工业通信安全机制较少，基本处于不设防的阶段。因此需要一种工业现场数据采集和边缘分析装置。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术存在的不足，提供一种工业现场数据采集和边缘分析装置，可用于工业现场的不同设备(如PLC、HMI、智能仪表等)的串口和网络组网，进行实时数据采集，抓取工业现场的生产数据，为MES系统提供最真实有效的现场实时生产数据。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述装置包括壳体，壳体内部设有电路板，所述电路板上设有ARM处理器，所述装置还包括安全监测模块、协议转换模块、网络通信模块、串口通信模块；所述安全监测模块与所述ARM处理器建立连接关系，安全监测模块用于实现通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测；所述协议转换模块与所述ARM处理器建立连接关系,协议转换模块用于实现不同协议设备之间的互联互通；所述网络通信模块与所述ARM处理器建立连接关系,网络通信模块用于实现所述装置通过以太网或局域网进行网络通信；所述串口通信模块与所述ARM处理器建立连接关系，串口通信模块用于实现不同通信端口的设备之间组网通信。

如上所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述ARM处理器采用ArmCortex A9处理器。Arm Cortex A9处理器负责具体控制逻辑的实现和并发通信的处理，实现实时的快速处理功能，不仅能够对通信内容的处理，还可以实现图像抓取、算法处理。ArmCortex A9处理器能与其他Cortex系列处理器以及广受欢迎的ARM MPCore技术兼容，因此能够很好延用包括操作系统/实时操作系统(OS/RTOS)、中间件及应用在内的丰富生态系统，从而减少采用全新处理器所需的成本，并且能支持工业现场图像的处理，因此采用ArmCortex A9核心处理器。

如上所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述壳体侧部设有串口通信口、网络通信口，硬件接口采用RJ45口。采用通用的RJ45口，对线序进行自主定义，兼容RS232、RS485、CAN总线的现场通信，实现具备不同通信端口的设备之间组网通信。

如上所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述串口通信模块包括现场RS485通信模块和现场RS232通信模块，所述现场RS485通信模块采用MAX485通信芯片，所述现场RS232通信模块采用采用MAX3232芯片。MAX485通信芯片实现现场RS485通信端口的设备的通信连接，保证通信连接的高效和稳定，采用单一电源+5V工作，采用半双工通讯方式，完成将TTL电平转换为RS485电平的功能，MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，MAX485的驱动器摆率不受限制,可以实现最高2.5Mbps的传输速率。MAX3232芯片实现工业现场RS232通信端口的设备的通信连接，保证现场设备的高效通信，MAX3232在最差工作条件下能够保证120kbps的数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率，发送器可并联驱动多个接收器。

如上所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述装置还包括通信扩展模块，通信扩展模块与所述ARM处理器建立连接关系，所述通信扩展模块采用Cortex M3处理器。通信扩展模块采用Cortex M3处理器，将具体的核心处理器模块中的通信端口进行扩展，保证串口通信端口的数量能尽可能满足设备数量，使一台设备能尽可能多的连接现场的设备，因为现场总线的串口通信硬件接口是稀缺资源，使用较低的成本，实现更多的设备连接，Cortex M3是一个32位处理器内核，内部的数据路径是32位，寄存器是32位，存储器接口也是32位，Cortex M3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖，这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能，使用此处理器进行通信扩展，使装置具有高性能。

如上所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述网络通信模块采用DM9000AEP以太网芯片，集成有以太网MAC控制器与一般处理接口。网络通信模块采用的DM9000AEP以太网芯片，集成有以太网MAC控制器与一般处理接口，达到在低功耗和高性能的带宽处理。

本实用新型的有益效果是：装置设有安全监测模块、协议转换模块、网络通信模块、串口通信模块；安全监测模块与ARM处理器建立连接关系，安全监测模块用于实现通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测；协议转换模块与ARM处理器建立连接关系,协议转换模块用于实现不同协议设备之间的互联互通；网络通信模块与ARM处理器建立连接关系,网络通信模块用于实现装置通过以太网或局域网进行网络通信；串口通信模块与ARM处理器建立连接关系，串口通信模块用于实现不同通信端口的设备之间组网通信,本实用新型可兼容不同的现场总线，实现现场生产设备的通信组网，通过协议转换模块，实现不同协议设备之间的互联互通，实时控制核心，实现现场级的检测与控制，通过网络安全模块实现对网络通信的实时检测，防止安全漏洞和病毒侵害，保障现场组网后工业网络通信安全。

附图说明

图1为工业现场数据采集和边缘分析装置结构原理图；

图2为工业现场数据采集和边缘分析装置通信扩展模块原理图；

图3为工业现场数据采集和边缘分析装置网络通信模块原理图；

图4为工业现场数据采集和边缘分析装置现场RS485通信模块原理图；

图5为工业现场数据采集和边缘分析装置现场RS232通信模块原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述装置包括壳体1，壳体1内部设有电路板2，所述电路板2上设有ARM处理器3，所述装置还包括安全监测模块4、协议转换模块5、网络通信模块6、串口通信模块7；所述安全监测模块4与所述ARM处理器3建立连接关系，安全监测模块4用于实现通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测；所述协议转换模块5与所述ARM处理器3建立连接关系,协议转换模块5用于实现不同协议设备之间的互联互通；所述网络通信模块6与所述ARM处理器3建立连接关系,网络通信模块6用于实现所述装置通过以太网或局域网进行网络通信；所述串口通信模块7与所述ARM处理器3建立连接关系，串口通信模块7用于实现不同通信端口的设备之间组网通信。

工业现场数据采集和边缘分析装置的一个实施例中，所述ARM处理器3采用ArmCortex A9处理器。Arm Cortex A9处理器负责具体控制逻辑的实现和并发通信的处理，实现实时的快速处理功能，不仅能够对通信内容的处理，还可以实现图像抓取、算法处理。ArmCortex A9处理器能与其他Cortex系列处理器以及广受欢迎的ARM MP Core技术兼容，因此能够很好延用包括操作系统/实时操作系统(OS/RTOS)、中间件及应用在内的丰富生态系统，从而减少采用全新处理器所需的成本，并且能支持工业现场图像的处理，因此采用ArmCortex A9核心处理器。

工业现场数据采集和边缘分析装置的一个实施例中，所述壳体1侧部设有串口通信口8、网络通信口9，硬件接口采用RJ45口。采用通用的RJ45口，对线序进行自主定义，兼容RS232、RS485、CAN总线的现场通信，实现具备不同通信端口的设备之间组网通信。

进一步，参见图4、图5，工业现场数据采集和边缘分析装置的一个实施例中，所述串口通信模块7包括现场RS485通信模块和现场RS232通信模块，所述现场RS485通信模块采用MAX485通信芯片，所述现场RS232通信模块采用采用MAX3232芯片。MAX485通信芯片实现现场RS485通信端口的设备的通信连接，保证通信连接的高效和稳定，采用单一电源+5V工作，采用半双工通讯方式，完成将TTL电平转换为RS485电平的功能，MAX485是用于RS-485与RS-422通信的低功耗收发器，MAX485的驱动器摆率不受限制,可以实现最高2.5Mbps的传输速率。MAX3232芯片实现工业现场RS232通信端口的设备的通信连接，保证现场设备的高效通信，MAX3232在最差工作条件下能够保证120kbps的数据速率。通常情况下，能够工作于235kbps数据速率，发送器可并联驱动多个接收器。

进一步，参见图3，工业现场数据采集和边缘分析装置的一个实施例中，所述装置还包括通信扩展模块10，通信扩展模块10与所述ARM处理器3建立连接关系，所述通信扩展模块10采用Cortex M3处理器。通信扩展模块10采用Cortex M3处理器，将具体的核心处理器模块中的通信端口进行扩展，保证串口通信端口的数量能尽可能满足设备数量，使一台设备能尽可能多的连接现场的设备，因为现场总线的串口通信硬件接口是稀缺资源，使用较低的成本，实现更多的设备连接，Cortex M3是一个32位处理器内核，内部的数据路径是32位，寄存器是32位，存储器接口也是32位，Cortex M3采用了哈佛结构，拥有独立的指令总线和数据总线，可以让取指与数据访问并行不悖，这样一来数据访问不再占用指令总线，从而提升了性能，使用此处理器进行通信扩展，使装置具有高性能。

进一步，参见图2，工业现场数据采集和边缘分析装置的一个实施例中，所述网络通信模块6采用DM9000AEP以太网芯片，集成有以太网MAC控制器与一般处理接口。网络通信模块6采用的DM9000AEP以太网芯片，集成有以太网MAC控制器与一般处理接口，达到在低功耗和高性能的带宽处理。

本实用新型通过硬件接口，采用通用的RJ45口，对线序进行自主定义，兼容RS232、RS485、CAN总线的现场通信，实现具备不同通信端口的设备之间组网通信；采用C/C++语言进行编程实现，实现不同协议设备之间的互联互通，对现场生产过程实现实时的管理，精确检测与智能控制，对实时性要求高的数据处理和计算都放在本地嵌入式系统来进行，不必上传到云端，防止因可能出现的通信异常导致工业现场级系统功能的失效。网络安全模块实现对网络通信的通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测，防止可能出现的异常通信，从而排除安全漏洞和病毒侵害；终结现阶段工业现场通信不设防的状态。本实用新型可兼容不同的现场总线，实现现场生产设备的通信组网，通过协议转换模块5，实现不同协议设备之间的互联互通，实时控制核心，实现现场级的检测与控制，通过网络安全模块实现对网络通信的实时检测，防止安全漏洞和病毒侵害，保障现场组网后工业网络通信安全。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种工业现场数据采集和边缘分析装置，所述装置包括壳体，壳体内部设有电路板，所述电路板上设有ARM处理器，其特征在于：所述装置还包括安全监测模块、协议转换模块、网络通信模块、串口通信模块；所述安全监测模块与所述ARM处理器建立连接关系，安全监测模块用于实现通信包的实时抓取、准确性校验和全程检测；所述协议转换模块与所述ARM处理器建立连接关系,协议转换模块用于实现不同协议设备之间的互联互通；所述网络通信模块与所述ARM处理器建立连接关系,网络通信模块用于实现所述装置通过以太网或局域网进行网络通信；所述串口通信模块与所述ARM处理器建立连接关系，串口通信模块用于实现不同通信端口的设备之间组网通信。

2.根据权利要求1所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，其特征在于：所述ARM处理器采用Arm Cortex A9处理器。

3.根据权利要求1所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，其特征在于：所述壳体侧部设有串口通信口、网络通信口，硬件接口采用RJ45口。

4.根据权利要求1所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，其特征在于：所述串口通信模块包括现场RS485通信模块和现场RS232通信模块，所述现场RS485通信模块采用MAX485通信芯片，所述现场RS232通信模块采用采用MAX3232芯片。

5.根据权利要求1所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，其特征在于：所述装置还包括通信扩展模块，通信扩展模块与所述ARM处理器建立连接关系，所述通信扩展模块采用Cortex M3处理器。

6.根据权利要求1所述的一种工业现场数据采集和边缘分析装置，其特征在于：所述网络通信模块采用DM9000AEP以太网芯片，集成有以太网MAC控制器与一般处理接口。