CN213482668U - 一种支持poe++供电的5grtu装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种支持POE++供电的5GRTU装置，包括5G无线通信模块、POE++模块、处理器模块、数据存储模块。RTU装置能通过RS485、CAN总线接口、以太网接口实现对数据的采集存储，并通过5G无线网络实现数据的低延时、高带宽快速通信。RTU装置支持以太网POE++接口，利用网线中4对双绞线进行电力传输，减少了接口数量。该RTU装置最高可以提供高达70W负载输出，同时能够对网络端设备功率进行管理，使网络端设备的使用更加安全。

Description

一种支持POE++供电的5GRTU装置

技术领域

本实用新型涉及远程终端单元的技术领域，尤其涉及一种支持POE++供电的5GRTU装置。

背景技术

远程终端单元(Remote Terminal Unit，RTU)，是一种针对通信距离较长和工业现场环境恶劣而设计的具有模块化结构的、特殊的计算机测控单元，它将末端检测仪表和执行机构与远程调控中心的主计算机连接起来，具有远程数据采集、控制和通信功能，能接收控制中心的操作指令，控制末端设备的执行相关操作。

目前RTU主要采用2G/3G/4G或NB-IOT无线网络进行数据传输，无线网络带宽小，延时高，随着工业互联网的快速发展，当前RTU设备无法满足工业现场高带宽、高实时性通信需求。本发明专利提供了一种基于5G技术的具有高带宽、低延时传输能力的RTU装置，并结合工业现场需求可支持POE++供电功能，减少端口数量，降低了网络端设备成本，同时能够对网络端设备功率进行管理，使网络端设备的使用更加安全。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种支持POE++供电的5GRTU装置，通信带宽有了显著提升、传输延时明显降低。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

本实用新型提供了一种支持POE++供电的5GRTU装置，包括ARM通用控制器，所述ARM通用控制器通过5G模块接受无线外部数据；

所述5G模块实时接收所述ARM通用控制器的指令，并通过外设工控接口控制相连的网络端设备。

进一步，所述ARM通用控制器通过USB3.0接口实现对所述5G模块的控制与数据传输。

进一步，所述ARM通用控制器的出口端集成有PSE供电模块。

进一步，所述ARM通用控制器通过RS422、CAN或以太网接口获取终端采集数据。

进一步，所述ARM通用控制器将数据存储于本地存储内。

进一步，所述PSE供电模块采用的是末端跨界法。

进一步，所述PSE供电模块端口电容的容值不能大于2.7uF。

本实用新型的有益效果为：采用5G无线通信网络，具有高带宽可满足大数据量传输需求，具有低延时可满足更高实时性需求；

RTU设备网口能够供电，避免了网络端使用单独的电源线供电，提高了网络端设备在恶劣环境下工作的可靠性；

RTU设备网口只会为需要供电的设备供电，只有连接了需要供电的设备，以太网电缆才会有电压存在，消除了线路上漏电的风险；

便于远程管理，PoE++可以通过使用简单网管协议(SNMP)来监督和控制该设备。这个功能可以提供诸如夜晚关机、远端重启之类的功能。

附图说明

图1为本实用新型一种支持POE++供电的5GRTU装置的示意图；

图2为POE++以太网供电工作的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

请参阅图1，一种支持POE++供电的5GRTU装置，包括ARM通用控制器1，所述ARM通用控制器1通过5G模块2接受无线外部数据；

所述5G模块2实时接收所述ARM通用控制器1的指令，并通过外设工控接口5控制相连的网络端设备7。

所述ARM通用控制器1通过USB3.0接口实现对所述5G模块2的控制与数据传输。

所述ARM通用控制器1的出口端集成有PSE供电模块3。

所述ARM通用控制器1通过RS422、CAN或以太网接口获取终端采集数据。

所述ARM通用控制器1将数据存储于本地存储6内。

其中，ARM通用控制器1对采集到的数据进行统一存储、管理。

所述PSE供电模块3采用的是末端跨界法。

所述PSE供电模块3端口电容的容值不能大于2.7uF。

其中，POE供电模块分为PSE端和PD端两部分，在RTU设备内部的是PSED端。PSE端采用的是末端跨界法，将供电设备集成在交换机中信号的出口端，这类集成连接一般都提供了空闲线对和数据线对“双”供电功能。其中数据线对采用了信号隔离变压器，并利用中心抽头来实现直流供电。

请参阅图2，POE++以太网供电工作过程如下所示：

1)检测：PSE通过发出2.8V-10V信号到电源线上，来寻找有效PD，有效PD感测到此电压，在PD端加23.75K—26.25K的电阻，PSE一旦感测到产生的电流，认为此时有一有效的PD在请求电源。

2)PD端设备功率分类：当检测到受电端设备PD之后，PSE设备会通过发出14.5V—20.5V的电压为PD设备进行分类，并且评估设备所需的功率损耗。为PD设备提供四个或五个(at标准)等级的功率请求。

3)开始供电：在一个可配置时间(一般小于15μs)的启动期内，PSE设备开始从低电压向PD设备供电，直至提供48V的直流电源。

4)供电：为PD设备提供稳定可靠48V的直流电，满足PD设备不越过25.5W的功率消耗。

5)断电：若PD设备从网络上断开时，PSE就会快速地(一般在300～400ms之内)停止为PD设备供电,并重复检测过程以检测线缆的终端是否连接PD设备。

其中，以太网接口可支持POE++供电，满足IEEE 802.3af规范，最大输出功耗高达70W。

与传统RTU设备相比，采用5G无线通信技术，传输带宽更高、通信延时更低；

增加了POE++供电技术，利用网口为网络端设备供电。网络端设备不需使用单独的电源线供电。

POE++供电技术的远程终端装置中PSE电路设计，需要注意以下几点：

选用符合POE++技术规范的芯片，将数字功能迁移到隔离边界的主机侧，同时注意PSE侧检测电阻的阻值为0.15欧姆，电流信息是通过PSE侧0.15欧姆电阻上的电压获得；

对于反馈回来的检测分级电流非常微弱，需要注意电流采样布线，采用Kelvin接法。

该5GRTU装置是将现有的RTU设备进行升级优化，选用5G技术作为无线通信网络，相对传统RTU设备通信带宽有了显著提升、传输延时明显降低。

通过USB3.0对5G模组进行数据传输以及相关指令控制，最高上行速率可以达到100Mb/s,下行速率最高可以达到600Mb/s。

采用全网通5G模组，可根据需求灵活接入不同5G模式网络，支持2G/3G/4G/5G网络，直接同步5G完成了覆盖，具体高带宽的无线通信速率。

在不改变现有RTU设备功能的基础上，增加POE++相关电路，利用网线同时输出功率和数据传输。

一个完整的POE系统包括供电端设备(PSE,Power Sourcing Equipment)和受电端设备(PD,Powered Device)两部分。在本系统设计中，RTU设备就是PSE端，网络端设备即PD端。IEEE 802.3at规范定义的以太网供电(POE)是通过一条CAT-5网线安全的传输数据和电源的方法，在最初的IEEE 802.3afPOE规范中，受电端(PD)获得的功率只有13W，这就限制了设备的应用范围。在2009年，IEEE 802.3at POE+规范将支持的功率增大到25.5W，但是仍然无法满足功率越来越高的POE应用需求。本系统中采用了POE++技术标准，将PSE端POE,POE+规范扩展到90W供电，能够实现IEEE POE标准兼容,支持五种不同的功率等级(13W、38.7W、52.7W、70W、90W)，可以根据应用需求自动调整电源供电。本设计最高支持70W功率输出。

POE++技术规范下，PSE端采用了更智能的PSE隔离体系结构，减少了元器件的数量。主要方式是将所有的数字功能迁移到隔离边界的主机侧，这样不再需要单独的DC/DC电源，同时利用以太网变压器代替6个光耦合器。这样极大的降低了元器件成本，同时使得降低了电路设计的复杂性。在协议中通过编程实现端口管理、复位和快速端口关断功能的I2C通信机制，降低了辐射能量，提供了1500V安全隔离电压。

POE++技术规范使用了3事件分级机制，在PSE和PD之间提供互相识别信号，通过PD对3事件分级机制的响应，PSE来确定PD是1类(POE)、2类(POE+)3类(POE++),这样就实现了POE++中所提到的向下兼容。向下兼容的实现主要是通过在POE上电过程中加入检测机制实现。

选用合适的ARM芯片，其功能支持GPRS、GPS、以太网、RS485、RS232、RS422等常用的通信方式。

选用合适的5G模块做到安全通信，支持国密。

选用合适的GPS模块，能够支持北斗定位。

选用合适的安规电容，配合合适的EMC电路设计使RTU设备能够达到4000V的浪涌抗扰度。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本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 (7)

1.一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：包括ARM通用控制器(1)，所述ARM通用控制器(1)通过5G模块(2)接受无线外部数据；

所述5G模块(2)实时接收所述ARM通用控制器(1)的指令，并通过外设工控接口(5)控制相连的网络端设备(7)。

2.根据权利要求1所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述ARM通用控制器(1)通过USB3.0接口实现对所述5G模块(2)的控制与数据传输。

3.根据权利要求1所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述ARM通用控制器(1)的出口端集成有PSE供电模块(3)。

4.根据权利要求1所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述ARM通用控制器(1)通过RS422、CAN或以太网接口获取终端采集数据。

5.根据权利要求3所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述ARM通用控制器(1)将数据存储于本地存储(6)内。

6.根据权利要求3所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述PSE供电模块(3)采用的是末端跨界法。

7.根据权利要求6所述的一种支持POE++供电的5GRTU装置，其特征在于：所述PSE供电模块(3)端口电容的容值不能大于2.7uF。

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