CN216956754U

CN216956754U - 一体化网络通信装置

Info

Publication number: CN216956754U
Application number: CN202123447145.0U
Authority: CN
Inventors: 杨鑫; 张艳清; 张祚铭; 马逊; 张袁; 沈胜兵
Original assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Current assignee: Casic Feihang Technology Research Institute of Casia Haiying Mechanical and Electronic Research Institute
Priority date: 2021-12-29
Filing date: 2021-12-29
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2031-12-29

Abstract

本实用新型提供了一种一体化网络通信装置，其包括分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机，所述分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机均安装在DIN标准导轨上、接入汇总交换机，所述汇总交换机通过以太网双绞线与PLC连接。该装置将所有的工业设备通过转换设备接入汇总交换机，汇总交换机通过一条工业以太网双绞线和PLC连接，实现网络化管理，节省布线、无需扩展PLC的I/O点数，便于故障筛查。

Description

一体化网络通信装置

技术领域

本实用新型属于电气控制技术领域，具体涉及一体化网络通信装置。

背景技术

在工业设备控制现场，常常有多种通信设备需要与PLC(可编程逻辑控制器)通信，通信接口又涉及到网口和串口。大量的从站设备使用RS-232串口通信或RS-485/422总线通信，其抗干扰能力比较差，而且通信的速率一般最大只可以达到100Kbps左右。

同时，被控设备与PLC之间有时需要有大量硬接线连接，完成信号的输入与输出，有时需要占用PLC过多的I/O点，因此需要扩展PLC的I/O点。在PLC侧安装扩展的I/O点模块，通过大量硬接线的方式进行控制与反馈，同时为使PLC与串口设备通信，还需安装通信信号板模块来匹配RS485通信接口。因此，工业设备控制现场有大量的线缆需要连至PLC所在的工控柜。

另外，PLC需匹配各种工业设备端通信接口，各种通信线以及大量硬接线往往会导致现场布线混杂，如果某些通信线路出现通信故障，排查工作相对较繁琐。

发明内容

针对上述技术问题，本实用新型提供了一种一体化网络通信装置，将所有的工业设备通过转换设备接入汇总交换机，汇总交换机通过一条工业以太网双绞线和PLC连接，实现网络化管理，节省布线、无需扩展PLC的I/O点数，便于故障筛查。

本实用新型解决上述技术问题采用的技术方案如下：

一种一体化网络通信装置，包括分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机，所述分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机均安装在DIN标准导轨上、接入汇总交换机，所述汇总交换机通过以太网双绞线与PLC连接。

进一步地，所述PLC通过以太网与上位机连接，所述上位机利用WinCC组态软件监视网络通信。

进一步地，所述分布式I/O模块包括集成PROFINET接口的以太网接口，所述分布式I/O与PLC的PROFINET接口通过网线连接。

进一步地，所述分布式I/O模块配置与PLC位于同一网段的IP地址，并配置设备名称、设备编号。

进一步地，所述分布式I/O模块与PLC具备三种通信方式，非实时数据传输、实时通信、等时实时通信，通信方式根据工业设备进行预先设定。

进一步地，所述串口转以太网网关与串口通信工业设备设置相同通信参数，所述串口转以太网网关将工业设备进行分组管理。

进一步地，所述通信参数包括数据位、校验位、停止位以及波特率。

进一步地，所述以太网交换机具备多个10/100/1000Mbps自适应RJ45端口。

进一步地，所述光纤收发器包括若干以太网接口和光纤接口，所述光纤接口通过光纤连接远程工业设备。

本实用新型与现有技术相比的有益效果：

本实用新型提供了一种一体化网络通信装置，PLC侧接口以太网接口形式与工业设备进行信息交互，所有工业设备通过转换设备接入汇总交换机，汇总交换机通过一条以太网双绞线和PLC连接，节省了布线、无需扩展PLC自身的I/O点数。

通过将所有工业设备接入以太网进行网络化管理，PLC既可实现工业设备的网络化管理和应用，又可实现工业设备的远程控制和数据的远程传输。同时具有抗干扰能力强、通信速率快的优势。

上位机利用WinCC组态软件可监视网络通信是否出现故障，实现快速定位故障，及时进行现场解决。

附图说明

所包括的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本实用新型的实施例，并与文字描述一起来阐释本实用新型的原理。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为本实用新型具体实施例提供的一体化网络通信装置示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本实用新型。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本实用新型。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本实用新型，在附图中仅仅示出了与本实用新型的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本实用新型关系不大的其他细节。

本实用新型通过将所有工业设备接入以太网进行网络化管理，保证通信质量稳定，并通过一条工业以太网双绞线和PLC连接，节省布线、无需扩展PLC的I/O点数。

本实用新型提供的一体化网络通信装置，包括分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机，分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机均安装在DIN标准导轨上、接入汇总交换机；汇总交换机通过以太网双绞线与PLC连接。PLC通过以太网与上位机连接，上位机利用WinCC组态软件监视网络通信是否出现故障，快速定位故障，及时进行现场解决。

分布式I/O模块具有以太网接口，该接口集成了PROFINET接口，其与PLC的PROFINET接口通过网线连接。为分布式I/O模块分配与PLC位于同一网段的IP地址，同时要为其分配设备名称及设备编号。IP地址用于诊断和通信初始化。设备名称及编号是分布式I/O模块的唯一标识，分布式I/O模块必须具有设备名称才可以被寻址。

PLC作为I/O控制器，通过PROFINET通信协议与分布式I/O模块建立通信连接后，实现对数字量信号的远程采集和控制。

PROFINET通信可提供3种执行水平的数据通信，通过预先设定实现：

(1)非实时数据传输：用于项目中非实时要求的数据传输，如项目诊断，典型通信时间为100ms。

(2)实时通信：用于要求实时通信的过程数据，典型通信时间为1-10ms。

(3)等时实时通信：用于实现对IO处理性能极高的高端应用，可确保数据在相等的时间间隔进行数据传输。典型通信时间为0.25-1ms。

串口转以太网网关可以将工业设备的串口数据转发到PLC上，实现工业设备的远程控制和数据的远程传输。串口转以太网网关为主站、工业设备为从站，将网关与串口通信工业设备设置相同的数据位、校验位、停止位以及波特率等通信参数。工业设备连接以太网后，可实现设备的网络化管理和应用，其具有抗干扰能力强，通信速率快的优势。TCP/IP网络通信速率不断提高，可配置10/100/1000Mbps自适应以太网接口。PLC可将数据采集的权限下发至网关，提高通信效率。同时网关将从站分组管理，减少对从站的轮询时间。

以太网交换机具备多个10/100/1000Mbps自适应RJ45端口，可实现与支持以太网通信的工业设备之间的连接。以太网通信抗电磁干扰，适应电力、工业厂房等各种恶劣电磁环境。

光纤收发器可提供一定数量的以太网接口和光纤接口，支持光/电信号转换，可满足工业现场的光纤组网需求，实现10-20公里级远距离传输，可应用在以太网电缆无法覆盖，需要使用光纤来延长传输距离的网络环境中，将要发送的电信号转换成光信号发送，同时可将接收到的光信号转换成电信号，输入到设备接收端。

本实用新型在工业设备侧配置一体化网络通信装置，其内含分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机四个转换设备，均采用DIN标准导轨安装。一体化网络通信装置具备多样性接口，可匹配不同通信接口和硬接线接口，其与PLC侧的接口则以太网的接口形式进行信息交互，通过一条以太网双绞线和PLC连接。

采用本实用新型一体化网络通信装置的工业设备控制现场控制方法如下：

步骤1：利用分布式I/O模块通过以太网通信的方式实现远程对数字量的采集和输出。为使I/O模块可作为PROFINET网络的网络节点进行寻址，需要在PLC的软件开发环境中对其分配唯一的IP地址、设备名称和设备编号。

步骤2：利用串口转以太网网关实现串口设备连接以太网的功能，实现设备的网络化管理和应用，同时实现设备的远程控制和数据的远程传输。PLC作为Modbus TCP客户端，网关作为Modbus TCP服务器，两者间通过Modbus TCP通信协议建立连接。PLC使用从站地址标识这一参数来标识串行网络中的从站地址，当其向网关发送请求时，使得网关可将请求转发至相应的从站设备，网关与从站间通过Modbus RTU通信协议建立连接，二者间设定相同的波特率、数据位、校验位和停止位。整个通信过程中，网关通过实现Modbus TCP协议和Modbus RTU协议之间的相互转换，实现了串口通信工业设备接入以太网。

步骤3：当工业现场设备有公里级距离的通信传输需求时，利用光纤收发器用于实现光/电信号转换，可通过光纤满足远距离信号传输的功能，适应工业现场的布置。在光纤收发器的RJ45接口处接入以太网双绞线，光纤接口处插入光纤跳线以实现远距离传输。

步骤4：工业设备具备以太网接口，需要与PLC进行以太网连接时，以太网交换机作为将电信号进行转发的网络设备，可以为接入交换机中的任意两个网络节点提供电信号通路。交换机有多个端口，每个端口均可连接一个局域网或以太网设备，可适用于不同网络规模。

步骤5：在WinCC中调用通信驱动程序和PLC建立过程通信。利用WinCC中图形运行系统并根据具体的现场工业设备及控制需求建立相应的控制画面和通信监测画面。

PLC与工业设备间通过以太网建立连接，所有设备连接以太网后，既可实现设备的网络化管理和应用，又可实现设备的远程控制和数据的远程传输。同时具有抗干扰能力强、通信速率快的优势。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本实用新型的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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。

本实用新型未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims

1.一种一体化网络通信装置，其特征在于，包括分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机，所述分布式I/O模块、串口转以太网网关、光纤收发器、以太网交换机均安装在DIN标准导轨上、接入汇总交换机，所述汇总交换机通过以太网双绞线与PLC连接。

2.根据权利要求1所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述PLC通过以太网与上位机连接，所述上位机利用WinCC组态软件监视网络通信。

3.根据权利要求1所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述分布式I/O模块包括集成PROFINET接口的以太网接口，所述分布式I/O与PLC的PROFINET接口通过网线连接。

4.根据权利要求3所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述分布式I/O模块配置与PLC位于同一网段的IP地址，并配置设备名称、设备编号。

5.根据权利要求4所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述分布式I/O模块与PLC具备三种通信方式，非实时数据传输、实时通信、等时实时通信，通信方式根据工业设备进行预先设定。

6.根据权利要求1所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述串口转以太网网关与串口通信工业设备设置相同通信参数，所述串口转以太网网关将工业设备进行分组管理。

7.根据权利要求6所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述通信参数包括数据位、校验位、停止位以及波特率。

8.根据权利要求1所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述以太网交换机具备多个10/100/1000Mbps自适应RJ45端口。

9.根据权利要求1所述的一体化网络通信装置，其特征在于，所述光纤收发器包括若干以太网接口和光纤接口，所述光纤接口通过光纤连接远程工业设备。