CN214205568U

CN214205568U - 一种工业无线通信协议转换网关

Info

Publication number: CN214205568U
Application number: CN202120205769.2U
Authority: CN
Inventors: 余海云
Original assignee: Wuxi Qianyi Internet Of Things Technology Co ltd
Current assignee: Wuxi Qianyi Internet Of Things Technology Co ltd
Priority date: 2021-01-26
Filing date: 2021-01-26
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2031-01-26

Abstract

本实用新型公开了一种工业无线通信协议转换网关，包括电源系统，电源系统分别电连接有串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元和高速微处理器，高速微处理器分别与串行总线单元、以太网单元和无线WiFi单元通信连接，串行总线单元上设有串行总线接口，串行总线接口上还设有分别连接有PLC控制器和HMI设备，以太网单元上设有RJ45接口，RJ45网络接口连接有第一浪涌保护单元，串行总线接口还连接有第二浪涌保护单元，无线WiFi单元连接有WiFi天线。采用以太网或者WiFi的组网方式，集中监控和数据采集，构建MES、SCADA和ERP系统；PLC串口转以太网，PLC串口转无线WiFi通讯，同时桥接HMI通讯，实现了有线和无线的PLC网络通讯扩展。

Description

一种工业无线通信协议转换网关

技术领域

本实用新型涉及工业控制技术领域，具体来说，涉及一种带无线通讯功能的工业通信协议转换网关。

背景技术

现阶段工业设备联网已经比较普遍。随着技术革新的发展，WiFi和以太网这种计算机局域网技术已经发展比较成熟，应用范围也比较普遍。WiFi是目前应用最普遍的无线局域网技术，无线局域网技术目前已经成为主流的联网技术之一。

其工业无线WiFi对于工业现场控制来说具有以下优点：安装免布线方便、网络节点灵活可变、易于构建不同网络结构、高效的通讯协商和网络节点灵活可变；

早期PLC设备并不具备以太网接口，只提供了一些串口，进行单机的PLC数据通讯和采集，这不利于集中组网监控和数据采集；另一方面，PLC的串口接口协议层并不完全统一，例如西门子S7串口是PPI、MPI或DP通讯，三菱FX串口是编程口协议，欧姆龙串口HostLink协议等等，以至于每个设备制造厂家都拥有自己的一套协议标准，且不开放各自的协议标准和接口，这使得不同设备的集中采集通讯变得比较困难，数据采集监控系统必须针对不同的设备，编写不同的通信协议驱动，比较耗时，效率不高，系统的出错性也较高，且不易排查。

现阶段通过增加协议转换网关，对不同设备集中数据采集较为普遍的方式，能够实现不同设备之间的通讯互联，也能方便上位数据采集监控系统，但是由于各个厂家的通讯协议标准并不开放，导致网关性能和种类也是参差不齐，且协议转换效率也不是很高，导致设备互联、信息沟通、数据采集监控等应用较为不便。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种工业无线通信协议转换网关，具备高效的转换效率，提高了安全性和稳定性，够克服现有技术的上述不足。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：一种工业无线通信协议转换网关，包括电源系统，所述电源系统分别电连接有串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元和高速微处理器，所述高速微处理器分别与串行总线单元、以太网单元和无线WiFi单元通信连接，所述串行总线单元上设有串行总线接口，所述串行总线接口上还设有分别连接有PLC控制器和HMI设备，所述以太网单元上设有RJ45接口，所述RJ45网络接口连接有第一浪涌保护单元，所述串行总线接口还连接有第二浪涌保护单元，所述无线WiFi单元连接有WiFi天线。

进一步地，还包括壳体和固定安装在壳体内部的PCB电路板，所述RJ45网络接口、串行总线接口和WiFi天线均安装在所述壳体外侧，所述串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元、电源系统和高速微处理器均安装在所述PCB电路板上，所述电源系还连接有设置在所述壳体外侧的供电端子。

进一步地，所述电源系统的输入电压为正负10%的动态范围24VDC直流电，且输出为5VDC电压。

进一步地，所述串行总线单元设有RS232接口、RS422接口和RS485接口，所述的以太网单元为10/100M以太网通讯芯片。

进一步地，所述RJ45接口上集成有隔离型网络变压器。

进一步地，所述高速微处理器为STM32微处理器。

进一步地，所述WiFi天线为胶棒天线或吸盘天线。

进一步地，所述第一抗浪涌单元和所述第二抗浪涌单元均为高性能双向TVS管和ESD芯片组成。

本实用新型的有益效果：采用以太网或者WiFi的组网方式，可以将工厂车间的许多设备进行组网，并且集中监控和数据采集，构建MES、SCADA和ERP系统； PLC串口转以太网，PLC串口转无线WiFi通讯，同时桥接HMI通讯，实现了有线和无线的PLC网络通讯扩展，提高了PLC设备联网改造的效率、便捷性和经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是根据本实用新型实施例所述的一种工业无线通信协议转换网关的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，根据本实用新型实施例所述的一种工业无线通信协议转换网关，包括电源系统，所述电源系统分别电连接有串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元和高速微处理器，所述高速微处理器分别与串行总线单元、以太网单元和无线WiFi单元通信连接，所述串行总线单元上设有串行总线接口，所述串行总线接口上还设有分别连接有PLC控制器和HMI设备，所述以太网单元上设有RJ45接口，所述RJ45网络接口连接有第一浪涌保护单元，所述串行总线接口还连接有第二浪涌保护单元，所述无线WiFi单元连接有WiFi天线。

在本实用新型的一个具体实施例中，还包括壳体和固定安装在壳体内部的PCB电路板，所述RJ45网络接口、串行总线接口和WiFi天线均安装在所述壳体外侧，所述串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元、电源系统和高速微处理器均安装在所述PCB电路板上，所述电源系还连接有设置在所述壳体外侧的供电端子。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述电源系统的输入电压为正负10%的动态范围24VDC直流电，且输出为5VDC电压。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述串行总线单元设有RS232接口、RS422接口和RS485接口，所述的以太网单元为10/100M以太网通讯芯片。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述RJ45接口上集成有隔离型网络变压器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述高速微处理器为STM32微处理器。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述WiFi天线为胶棒天线或吸盘天线。

在本实用新型的一个具体实施例中，所述第一抗浪涌单元和所述第二抗浪涌单元均为高性能双向TVS管和ESD芯片组成。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

一种工业无线通信协议转换网关，其主要包括壳体和安装在PCB电路板上的各个模块单元，壳体外部设有RJ45网络接口、串行总线接口、WiFi天线和供电端子，其中，壳体采用黑色环保材料制成，散热性能好，壳体上方还设有栏栅型散热结构，进一步增强整体的散热效果。

RJ45网络接口用于连接以太网网络；串行总线接口分为X1和X2，分别接PLC控制器和HMI设备；WiFi天线可连接无线AP热点；供电端子外部接24VDC电压。

PCB电路板包括串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元、电源系统和高速微处理器，电源系统分别与串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元和高速微处理器连接。

电源系统的输入电压为带有正负10%的动态范围24VDC直流电，输出为5VDC电压，其中高效率的MOS将24VDC(±10%)转换成5VDC电源，并行供电给相应的功能模块。

串行总线单元设有RS232接口、RS422接口和RS485接口的通讯功能，串口支持三菱FX编程口协议、三菱Q编程口协议、西门子PPI/MPI/PROFIBUS协议、欧姆龙HostLink协议、松下MEWTOCOL协议、ModbusASCII/RTU等。

以太网单元为10/100M以太网通讯芯片，支持西门子S7TCP协议、三菱MC协议、欧姆龙FINSUDP/TCP协议、松下ET-LAN协议等。

无线WiFi单元为802.11 b/g/n 2.4G-2.5G标准的无线通讯，可工作在AP/Staiton模式，实现无线局域网连接，通过WiFi连接实现高速的PLC数据采集和数据交换功能。

RJ45网络接口集成了隔离型网络变压器，具备较强的抗干扰能力，对差分信号的电磁干扰抑制较好；第一抗浪涌单元和第二抗浪涌单元均为高性能双向TVS管和ESD芯片组成，供电端子为电源输入口，并且可以对高性能双向TVS管和ESD芯片进行EMC抑制。

串行总线单元提供两个串口X1和X2，一般情况下X1连接PLC控制器的串口，X2用于扩展连接HMI触摸屏设备；以太网单元采用RMII接口与MCU连接，实现10/100M的全双工以太网连接能力，可连接至交换机或者上位机系统，符合IEEE802.3标准。

在工业无线通信应用下，串行总线接口的X1连接至PLC控制器的串口，以太网单元连接至工业现场网络，工业现场网络的采集系统对PLC控制器进行以太网数据采集和监控，上位机采集系统可以通过模块对PLC控制器进行数据采集，通过模块可在以太网下得到一个适配于采集系统的标准开放协议，如ModbusTCP协议等。

采用高性能高速微处理器，运行基于TCP/IP标准的软协议栈，能够高速的处理串口协议报文和以太网数据帧。串行总线单元负责对RS232/RS422/RS485协议报文的接收、解析和发送，以太网单元负责对局域网内数据帧的获取、转发、处理和发送。高速微处理器对接收到的以太网数据请求帧协议转换后，向串行总线目标PLC控制器发送数据帧请求，对收的PLC控制器响应数据帧协议转换后，向以太网数据采集系统发送回复。

以太网单元采用微芯的高性能MAC+PHY芯片模式，能够快速的加入以太网节点，建立以太网通讯。无线WiFi单元采用NXP的高性能WiFi芯片，符合802.11b/g/n的无线标准。

具体使用时，高速微处理器初始化串行总线单元、以太网单元和WiFi单元，使其构建串行网络X1和X2，构建以太网网络，构建WiFi网络；根据应用场合的要求，可以配置成以太网连接、WiFi连接和HMI桥接，通过以太网或者WiFi的方式对PLC进行数据采集、PLC程序上下载和数据交换功能。

若以太网单元下的采集或控制系统通信协议为标准协议（如ModbusTCP），则可协议转换功能，将以太网单元下的设备进行通信协议转换，具体即ModbusTCP标准协议转换成PLC串口协议。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，采用以太网或者WiFi的组网方式，可以将工厂车间的许多设备进行组网，并且集中监控和数据采集，构建MES、SCADA和ERP系统； PLC串口转以太网，PLC串口转无线WiFi通讯，同时桥接HMI通讯，实现了有线和无线的PLC网络通讯扩展，提高了PLC设备联网改造的效率、便捷性和经济性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种工业无线通信协议转换网关，包括电源系统，其特征在于，所述电源系统分别电连接有串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元和高速微处理器，所述高速微处理器分别与串行总线单元、以太网单元和无线WiFi单元通信连接，所述串行总线单元上设有串行总线接口，所述串行总线接口上还设有分别连接有PLC控制器和HMI设备，所述以太网单元上设有RJ45接口，所述RJ45网络接口连接有第一浪涌保护单元，所述串行总线接口还连接有第二浪涌保护单元，所述无线WiFi单元连接有WiFi天线。

2.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，还包括壳体和固定安装在壳体内部的PCB电路板，所述RJ45网络接口、串行总线接口和WiFi天线均安装在所述壳体外侧，所述串行总线单元、以太网单元、无线WiFi单元、电源系统和高速微处理器均安装在所述PCB电路板上，所述电源系还连接有设置在所述壳体外侧的供电端子。

3.根据权利要求2所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述电源系统的输入电压为正负10%的动态范围24VDC直流电，且输出为5VDC电压。

4.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述串行总线单元设有RS232接口、RS422接口和RS485接口，所述的以太网单元为10/100M以太网通讯芯片。

5.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述RJ45接口上集成有隔离型网络变压器。

6.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述高速微处理器为STM32微处理器。

7.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述WiFi天线为胶棒天线或吸盘天线。

8.根据权利要求1所述的一种工业无线通信协议转换网关，其特征在于，所述第一浪涌保护单元和所述第二浪涌保护单元均为高性能双向TVS管和ESD芯片组成。