CN213186143U - 一种基于无线通信的工业设备网关及空压站房控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于无线通信的工业设备网关及空压站房控制系统，包括中央处理器、数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS‑485通信模块、显示模块、USB模块和供电模块；数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS‑485通信模块、显示模块、USB模块均与中央处理器连接；数字量输入模块采用多路并行设置的光耦单元；供电模块为中央处理器提供电源。本实用新型可获取空压机站房内的大部分设备的数据，并将数据汇总之后发送给上位机，为实现空压机站房数据监控提供安全可靠的保障。

Description

一种基于无线通信的工业设备网关及空压站房控制系统

技术领域

本实用新型涉及无线网关的技术领域，特别涉及一种基于无线通信的工业设备网关及空压站房控制系统。

背景技术

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。

工业网关是物联网和工控系统的核心组成器件。工业设备网关可以在各种网络协议间做报文转换，起承上启下的作用。上即上位机，如电脑或触屏监控系统、MES等；下即下位机，包括PLC、传感器等。网关将汇总所有数据，进行协议转换并进行收发处理。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于无线通信的工业设备网关及空压站房控制系统，为设备信息化以及工业大数据应用提供高度的数据通道，为整个工业互联网系统各个功能得以实现提供安全可靠的保障和坚实的基础。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

本发明提供的一种基于无线通信的工业设备网关，包括中央处理器、数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB模块和供电模块；所述数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA 无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB模块均与中央处理器连接；所述数字量输入模块采用多路并行设置的光耦单元；所述供电模块为中央处理器提供电源。

优选的，所述中央处理器采用STM32F103RET6芯片。

优选的，所述光耦单元采用TLP281光耦元件。

优选的，所述继电器驱动模块采用两路继电器单元进行控制，每路继电器单元包括三极管BCW66H、二极管1N 4007W和继电器。

优选的，所述LORA无线通信模块采用LORASX1278扩频无线模块。

优选的，所述显示模块采用16路LED指示灯。

优选的，所述USB模块采用CH340。

优选的，所述RS-485通信模块为两路，采用MAX485芯片；所述CAN通信模块采用TJA1042T芯片。

优选的，所述供电模块包括AC-DC模块和DC-DC模块。

本实用新型还提供一种空压站房控制系统，包括控制器、一个或多个基于无线通信的工业设备网关，所述控制器通过无线方式与所述工业设备网关连接，所述控制器外接PLC或服务器，所述工业设备网关外接空压机站房设备。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型的工业设备网关包括LORA无线通信模块、CAN通信模块、 RS-485通信模块、数字量输入模块、模拟量输入模块，可以分别采集空压机站房内包括空压机、电表、冷干机和压力传感器、吸干机、水泵、冷却塔或阀门的数据，为设备信息化化以及工业大数据应用提供高度的数据通道，为整个工业互联网系统各个功能得以实现提供安全可靠的保障和坚实的基础。

2、本实用新型采用STM32F103RET6芯片，具有多样的通讯接口：多种通讯接口结合，可兼容CAN/RS-485等各种接口PLC。

3、本实用新型的工业设备网关具有极强的稳定性：支持断线重连，异常恢复、系统自监控，确保设备实时在线，确保监控系统正常运行；

4、本实用新型的工业设备网关体积小巧，便于安装。

5、本实用新型的空压站房控制系统，利用了工业设备网关的无线通信技术方案，实现空压站房设备的数据交互，有效的避免了传统现场总线容易受到电磁干扰产生的通信受阻问题；同时由于设备间无需布线，本系统可有效降低施工难度，减少施工时间，提高设备调试效率。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或相关技术的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例基于无线通信的工业设备网关的结构原理图。

图2为本实施例基于无线通信的工业设备网关中中央处理器的电路原理图。

图3为本实施例基于无线通信的工业设备网关中数字量输入模块的电路原理示意图。

图4本实施例基于无线通信的工业设备网关中继电器驱动模块的电路原理示意图。

图5为本实施例基于无线通信的工业设备网关中LORA模块的电路原理示意图。

图6为本实施例基于无线通信的工业设备网关中USB模块的电路原理示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

现在空压机站房一般采用空压站房数据监控系统来对空压站房数据进行监控。一般来说，实现监控需要将各个设备连接到同一个网络上，因此布线将各设备连接是目前常见的方法。传统的布线方式中，由于空压站房设备属于工业设备，这些设备在运行中产生的电磁干扰可导致有线通信的信息丢失，严重时甚至造成通信中断。因此需要通过无线的方式进行数据的传输，而进行无线数据传输则需使用到工业设备网关，利用工业设备网关可以实现大量数据的传输且不失真，保证通信的正常运行。

请参见图1，本实施例提供了一种基于无线通信的工业设备网关，可以运用到基于无线通信的空压站房数据监控系统中；该工业设备网关包括中央处理器、数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA 无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB模块和供电模块；所述数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB 模块均与中央处理器连接；所述数字量输入模块采用多路并行设置的光耦单元；所述供电模块为中央处理器提供电源。其中，所述模拟量输入模块采用中央处理器的内部逻辑电路，模拟量输入模块用于接收温度、压力、流量、露点传感器等等模拟信号。

请参见图2，本实施例中，所述中央处理器采用STM32F103RET6芯片，STM32F103RET6芯片具有32位的RISC内核，工作频率为72MHz。当然，实施例的技术方案还可以选用其他的芯片，只要能实现本发明的技术目的即可。

请参见图3，所述数字量输入模块采用多路光耦单元进行并联，本实施例中以5路光耦为例进行说明，光耦单元采用TLP281光耦元件，5个TLP281光耦元件采用并联的方式连接；所述数字量输入模块主要用于接收空压机、冷干机、吸干机、水泵、冷却塔、阀门等设备无源数字量输出信号，包括但不限于运行状态、故障报警等。

请参见图4，所述继电器驱动模块采用两路继电器单元进行控制，每路继电器单元包括三极管BCW66H、二极管1N 4007W和继电器，用于控制空压机、冷干机、吸干机、水泵、冷却塔、阀门的启停、加卸载。

请参见图5，所述LORA无线通信模块采用LORASX1278扩频无线模块， LORA无线通信模块具有传输距离远、功耗低、抗干扰性强的特点，使得LORA 模块的应用十分广泛。

所述显示模块采用16路LED指示灯，通过该16路的LED显示，可以配置更为丰富的知识信息，且指示灯的亮度也更高，有利于工业设备的状态监测。

请参见图6，所述USB模块采用CH340，可以实现对USB采集数据的处理。

进一步的，所述RS-485通信模块为两路，采用MAX485芯片，所述MAX485 芯片用于连接空压机、多功能电表、流量计等等设备，实现从控制器与上述设备的现场通信。

进一步的，所述CAN通信模块采用TJA1042T芯片，利用TJA1042T芯片实现其他控制器的通信，实现从控制器与外部设备的现场通信。

进一步的，所述供电模块包括AC-DC模块和DC-DC模块，本实施例的工业设备网关可以适配多种电压，大大提高了运用的场景。

进一步的，本实施例的工业设备网关还设置有输出模块，所述输出模块采用3.81位宽度的输出接口。

本实施例中，所述工业网关进行数据通信的工作原理为：

工业设备网关上电，首先进行设备自检，确保网关内的各个模块例无异常，如果中央处理器工作异常，会通过状态显示模块以指示灯闪烁频率进行故障提示。

自检完成后，工业设备网关与对应的设备进行连接，可投入工作状态，利用数字量输入模块、模拟量输入模块输入相关数据，并通过LORA无线通信模块、CAN通信模块或RS-485通信模块中的一个或多个与外部设备进行通信。

在本申请的另一个实施例中，还提供了一种空压站房控制系统，包括控制器、一个或多个上述的工业设备网关，所述控制器通过无线方式与所述工业设备网关连接，所述控制器通过RS-485总线模块外接PLC或服务器，所述工业设备网关外接空压机站房设备，所述控制器将各工业设备网关的实时数据汇总到控制器内的数据缓存中，通过RS-485总线向PLC或服务器提供汇总的数据。

更进一步的，所述工业设备网关通过RS-485通信接口、CAN通信接口、模拟量接口、数字量接口中的一种或多种外接空压机站房设备；所述空压机站房设备包括空压机、电表、冷干机和压力传感器、吸干机、水泵、冷却塔或阀门。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，包括中央处理器、数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB模块和供电模块；所述数字量输入模块、继电器驱动模块、模拟量输入模块、数据存储模块、LORA无线通信模块、CAN通信模块、RS-485通信模块、显示模块、USB模块均与中央处理器连接；所述数字量输入模块采用多路并行设置的光耦单元；所述供电模块为中央处理器提供电源。

2.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述中央处理器采用STM32F103RET6芯片。

3.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述光耦单元采用TLP281光耦元件。

4.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述继电器驱动模块采用两路继电器单元进行控制，每路继电器单元包括三极管BCW66H、二极管1N 4007W和继电器。

5.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述LORA无线通信模块采用LORASX1278扩频无线模块。

6.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述显示模块采用16路LED指示灯。

7.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述USB模块采用CH340。

8.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述RS-485通信模块为两路，采用MAX485芯片；所述CAN通信模块采用TJA1042T芯片。

9.根据权利要求1所述基于无线通信的工业设备网关，其特征在于，所述供电模块包括AC-DC模块和DC-DC模块。

10.一种具有权利要求1-9中所述基于无线通信的工业设备网关的空压站房控制系统，其特征在于，包括控制器、一个或多个基于无线通信的工业设备网关，所述控制器通过无线方式与所述工业设备网关连接，所述控制器外接PLC或服务器，所述工业设备网关外接空压机站房设备。

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