CN208207863U - 基于profinet协议的数据读写通信装置 - Google Patents

基于profinet协议的数据读写通信装置 Download PDF

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CN208207863U CN201820739403.1U CN201820739403U CN208207863U CN 208207863 U CN208207863 U CN 208207863U CN 201820739403 U CN201820739403 U CN 201820739403U CN 208207863 U CN208207863 U CN 208207863U
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张军刚
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Shandong Keyang Industrial Control Automation Co Ltd
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Shandong Keyang Industrial Control Automation Co Ltd
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Abstract

本实用新型涉及一种基于PROFINET协议的数据读写通信装置,包括MCU数据处理单元、GPRS协议转换单元、GPRS通信单元、PROFINET协议转换单元、TCP/IP接口单元、稳压电路单元、RS485串口单元、RAM、扩展FLASH ROM;GPRS通信单元通过GPRS协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,TCP/IP接口单元通过PROFINET协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,RS485串口单元、扩展RAM、扩展FLASH ROM直接与MCU数据处理单元电连接,上述处理单元之间均实现双向数据交互;稳压电路单元与MCU数据处理单元电连接。本实用新型结构简单、成本低,只要将数据读写通信装置的TCP/IP接口单元接入PLC或设备所在的局域网、便可以实现支持PROFINET协议的设备与物联网服务器的数据交互,且不影响支持PROFINET协议的PLC或设备的正常运行。

Description

基于PROFINET协议的数据读写通信装置
技术领域
本实用新型用于物联网数据管理技术领域,具体涉及一种基于PROFINET协议的数据读写通信装置,将支持PROFINET协议的设备通过GPRS通信单元与物联网平台连接。
背景技术
在当今社会,随着大数据云计算的飞速发展,物联网已经渗透到各行各业,在工业控制领域,物联网也越来越普及。由于工业控制系统所处的环境要求比较严苛,大部分不具备直接接入互联网的条件。即便具有接入互联网的条件,受各工控机系统通信协议不同的影响,接入互联网大数据平台也存在很大的难度。而且,无论从硬件上还是软件上都需要投入很大的资金。
另外,在一些对工业控制要求比较苛刻的场所,系统不允许工业自动化控制设备停止运行,更别说将系统停下电来对自控系统进行大的改造了。
西门子PLC深耕中国市场几十年,在工业自动化领域占有很大的比重。如何在不影响自控系统运行,且投入资金少的情况下,将支持PROFINET协议的设备数据读写并传送到物联网大平台上,也成为了物联网领域亟待解决的技术难题。
发明内容
为了解决上述技术问题,本实用新型提供一种数据读写通信装置、能够将支持PROFINET协议的设备实现数据读写、并通过GPRS通信单元与物联网平台连接。该实用新型安装简单,只需将数据读写通信装置的TCP/IP接口单元接入需要被读写设备所在的局域网络,然后设定好所要连接的设备IP地址和读写的内存地址即可。本实用新型所采用的技术方案如下:
基于PROFINET协议的数据读写通信装置,包括:MCU数据处理单元、GPRS协议转换单元、GPRS通信单元、PROFINET协议转换单元、TCP/IP接口单元、稳压电路单元、RS485串口单元、满足庞大数据运算的扩展RAM、存储系统参数和配置文件的扩展FLASH ROM;所述的GPRS通信单元通过GPRS协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,TCP/IP接口单元通过PROFINET协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,RS485串口单元、扩展RAM、扩展FLASHROM直接与MCU数据处理单元电连接,上述处理单元之间均实现双向数据交互;所述的稳压电路单元与MCU数据处理单元电连接、实现数据读写通信装置的直流电源供电。
所述的PROFINET协议转换单元实现与支持PROFINET协议的PLC或设备的数据交互,并将有效数据通过总线发送给MCU数据处理单元处理、存储,同时也通过总线将MCU数据处理单元发送过来的数据写入连接的PLC或设备;GPRS协议转换单元集成GPRS协议栈,并将MCU数据处理单元的数据以MODBUS协议或者自定义协议,经由GPRS通信单元发送到物联网平台。
利用计算机、通过所述的RS485串口单元对数据读写通信装置进行参数设置,将所要读写的支持PROFINET协议的PLC或设备的IP地址、所要读写的内存地址、所要读写的内存数据类型设置到MCU数据处理单元中。
利用计算机、通过所述的RS485串口单元对数据读写通信装置进行参数设置,将通过GPRS通信单元所要连接的物联网平台的IP地址、网络端口、通信协议、通信速率设置到MCU数据处理单元中。
本实用新型将数据读写通信装置的参数配置好后,通过集成了西门子PROFINET协议栈和GPRS通信协议栈的MCU数据处理单元和TCP/IP接口单元、GPRS通信单元,便可以实现支持PROFINET协议的PLC或设备与物联网服务器的数据交互,结构简单、成本低、安装方便。
优选地,所述的数据读写通信装置还包括状态指示单元,所述的状态指示单元与MCU数据处理单元电连接、接收MCU数据处理单元发送的状态信息并显示数据读写通信装置的运行状态,使用户可以直观地查看数据读写通信装置的实时运行状态。
优选地,所述的MCU数据处理单元采用ARM32位Cortex-M3的CPU作为核心处理器;GPRS协议转换单元采用OD2122Modbus控制器芯片;GPRS通信单元采用上海移远的M35模块;PROFINET协议转换单元采用西门子的VPC3+C ProfiBUS协议专用服务芯片;TCP/IP接口单元采用W5500驱动芯片;稳压电路单元采用直流电源变换芯片LM2596,保证了系统的可靠性和运算速度,特别是对于速度要求很高的TCP/IP通信来说,显得尤为重要。
本实用新型的有益效果:
1)本实用新型整体结构简单、成本低,在数据读写通信装置参数配置好的情况下,只要将数据读写通信装置的TCP/IP接口单元接入PLC或设备所在的局域网、便可以实现支持PROFINET协议的设备与物联网服务器的数据交互;
2)本实用新型安装简单,且不影响支持PROFINET协议的PLC或设备的正常运行;
3)本实用新型的TCP/IP接口单元集成了8组协议栈,最多可同时连接8台处于一个局域网内的支持PROFINET协议的PLC或设备。
附图说明
图1是本实用新型实施例的硬件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图,具体说明本实用新型的实施方式。
如图1所示,是本实用新型实施例的硬件结构示意图。一种基于PROFINET协议的数据读写通信装置,其核心处理单元是MCU数据处理单元,GPRS通信单元通过GPRS协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,TCP/IP接口单元通过PROFINET协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,RS485串口单元、扩展RAM、扩展FLASH ROM直接与MCU数据处理单元电连接,上述处理单元之间均实现双向数据交互;稳压电路单元与MCU数据处理单元电连接;状态指示单元与MCU数据处理单元电连接、接收MCU数据处理单元发送的状态信息并显示数据读写通信装置的运行状态。
本实施例中,MCU数据处理单元ARM32位Cortex-M3的CPU,最高72MHz工作频率,满足TCP/IP接口高速要求。
本实施例中,GPRS通信单元采用上海移远的M35模块。该模块是四频段GSM/GPRS模块,它的工作频段是:GSM850MHz,GSM900MHz,DCS1800MHz和PCS1900MHz。支持GPRS多时隙等级12和GPRS编码格式CS-1,CS-2,CS-3和CS-4。具有19.9mm×23.6mm×2.65mm的超小尺寸,几乎能够满足所有的M2M的需求,包括汽车及个人追踪服务、无线POS机、智能计量、工业级PDA以及其它M2M的应用。M35内嵌TCP/IP,UDP,FTP,PPP等协议,已内嵌的扩展AT命令可以使用户更容易地使用这些互联网协议。
本实施例中,GPRS协议转换单元采用OD2122Modbus控制器芯片。OD2122是一款Modbus从站协议转换芯片,支持基于RS485、RS232C总线的Modbus(RTU)协议。OD2122自身可独立完成Modbus协议通讯功能,并根据协议命令控制输入输出管脚,AD转换和I2C通讯等功能,设计中可以采用非常少的电路,简单的软件开发(甚至不需要开发)即可完成Modbus通讯和控制模块的功能设计。标准的协议接口可以方便地与PLC等主控制器或组态软件连接Modbus网络。OD2122提供最高400K的I2C主机通讯接口,可以实现与用户微处理器的数据通讯,并且可以通过连接I2C从机模块进行各种功能扩展(如时钟功能、DA功能、液晶显示、键盘控制、IO扩展等)。
本实施例中,TCP/IP接口单元采用W5500驱动芯片。W5500是一款全硬件TCP/IP嵌入式以太网控制器,为嵌入式系统提供了更加简易的互联网连接方案。W5500集成了TCP/IP协议栈,10/100M以太网数据链路层(MAC)及物理层(PHY),使得用户使用单芯片就能够在他们的应用中拓展网络连接。TCP/IP协议栈支持TCP,UDP,IPv4,ICMP,ARP,IGMP以及PPPoE协议。W5500内嵌32K字节片上缓存以供以太网包处理。W5500可以同时使用8个硬件Socket独立通讯。
W5500提供了SPI(外设串行接口)从而能够更加容易与外设MCU整合。而且,W5500的使用了新的高效SPI协议支持80MHz速率,从而能够更好的实现高速网络通讯。为了减少系统能耗,W5500提供了网络唤醒模式(WOL)及掉电模式供客户选择使用。
本实施例中,PROFINET协议转换单元采用西门子的VPC3+C PROFIBUS协议专用服务芯片。VPC3+C是一个带有8位微处理器接口的通讯芯片,用于智能PROFIbus-DP从站的应用,集成有全部PROFIbus-DP协议。自动识别和支持可达12Mbit/s的数据传输率。VPC3+C完成信息处理、地址识别、数据安全排序和对PROFIbus-DP的协议处理。4KByte的通讯RAM和可组态处理器接口,在建立高性能PROFIbus从站应用时,具有明显的优势特点。依据DP-V1协议,还支持非循环通讯和报警信息。依据DP-V2协议,提供从站与从站的通讯,包括数据交换广播(DXB)和同步模式(IsoM)。该芯片可工作于3.3V或5V供电电压,5V容限输入。
本实施例中,稳压电路单元使用高效的直流电源变换芯片LM2596,保证数据读写通信装置在外部电源从5-36V的变化范围内正常运行。
本实施例中,基于PROFINET协议的数据读写通信装置的一端通过TCP/IP接口单元与支持PROFINET协议的PLC或设备所在的局域网相连,另一端通过手机GPRS信号与物联网的远程服务器相连、实现数据交互。

Claims (3)

1.基于PROFINET协议的数据读写通信装置,其特征在于,包括:MCU数据处理单元、GPRS协议转换单元、GPRS通信单元、PROFINET协议转换单元、TCP/IP接口单元、稳压电路单元、RS485串口单元、满足庞大数据运算的扩展RAM、存储系统参数和配置文件的扩展FLASHROM;所述的GPRS通信单元通过GPRS协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,TCP/IP接口单元通过PROFINET协议转换单元与MCU数据处理单元电连接,RS485串口单元、扩展RAM、扩展FLASH ROM直接与MCU数据处理单元电连接,上述处理单元之间均实现双向数据交互;
所述的稳压电路单元与MCU数据处理单元电连接。
2.根据权利要求1所述的基于PROFINET协议的数据读写通信装置,其特征在于,还包括状态指示单元,所述的状态指示单元与MCU数据处理单元电连接、接收MCU数据处理单元发送的状态信息并显示数据读写通信装置的运行状态。
3.根据权利要求1或2所述的基于PROFINET协议的数据读写通信装置,其特征在于,所述的MCU数据处理单元采用ARM32位Cortex-M3的CPU作为核心处理器;GPRS协议转换单元采用OD2122Modbus控制器芯片;GPRS通信单元采用上海移远的M35模块;PROFINET协议转换单元采用西门子的VPC3+C ProfiBUS协议专用服务芯片;TCP/IP接口单元采用W5500驱动芯片;稳压电路单元采用直流电源变换芯片LM2596。
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Legal Events

Date Code Title Description
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
PE01 Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right

Denomination of utility model: Data Reading and Writing Communication Device Based on PROFINET Protocol

Effective date of registration: 20230526

Granted publication date: 20181207

Pledgee: Qilu Bank Co.,Ltd. Jinan Science and Technology Innovation Financial Center Branch

Pledgor: SHANDONG KEYANG INDUSTRIAL AUTOMATION Co.,Ltd.

Registration number: Y2023980041797

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