CN219918972U - 一种基于Profinet通讯协议的通讯系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种基于Profinet通讯协议的通讯系统，应用于DCS系统的PLC控制器与I/O设备之间；包括Profinet协议转换单元、MCU数据处理单元和Modbus接口单元，Profinet协议转换单元与PLC控制器以Profinet通讯协议交互，Profinet协议转换单元与MCU数据处理单元以SPI总线交互，MCU数据处理单元与Modbus接口单元以Modbus通讯协议交互，Modbus接口单元以485通信接口与各对应I/O设备交互。它在Profinet通讯协议基础上有效兼容了I/O设备，延缓对I/O设备硬件升级，在满足技术要求的同时而尽可能的降低用户运营成本，经济效益显著。
Description
技术领域
本实用新型涉及工业通讯系统，具体是一种应用于DCS系统（即分布式集中控制系统）、基于Profinet通讯协议的通讯系统。
背景技术
DCS系统（即分布式集中控制系统）是以微型计算机为基础，将分散型控制装置、通讯系统、集中操作与信息管理系统综合在一起的过程控制系统，满足于现代化生产的控制与管理技术需求，已成为工业过程控制的主流系统。其中，汽轮机的分布式集中控制便是典型，汽轮机的DCS系统能够将汽轮机的运行进行集中管理和分散控制的优化配置，让汽轮机可以高效地运行，有利于减少安全隐患、提高发电效率。
以汽轮机的DCS系统为例，常见的DCS系统依托于西门子公司的PLC控制器，DCS系统的PLC控制器与I/O设备之间，以profribus DP（即过程现场总线的分布式外围设备）总线进行交互通信。然而，近年来西门子公司大力推进Profinet通讯协议，企图以Profinet通讯协议替代profribus DP总线。以Profinet通讯协议直接替代profribus DP总线，就会使PLC控制器通过Profinet通讯协议直接与I/O设备进行交互通信，当前常规的I/O设备显然不具备这样的兼容性，即当前常规的I/O设备无法与Profinet通讯协议直接进行交互通信，这势必要对I/O设备进行大幅度的硬件升级，从而必然会大幅度的增加用户的运营成本。
实用新型内容
本实用新型的技术目的在于：针对上述DCS系统的特殊性及现有技术不足，提供一种能够使DCS系统的PLC控制器以Profinet通讯协议有效兼容当前I/O设备的通讯系统。
本实用新型的技术目的通过下述技术方案实现：一种基于Profinet通讯协议的通讯系统，所述通讯系统应用于DCS系统的PLC控制器与I/O设备之间；
所述PLC控制器支持Profinet通讯协议；
所述通讯系统包括Profinet协议转换单元、MCU数据处理单元和Modbus接口单元；
所述Profinet协议转换单元与所述PLC控制器之间，以Profinet通讯协议进行交互通信；
所述Profinet协议转换单元与所述MCU数据处理单元之间，以SPI总线进行交互通信；
所述MCU数据处理单元与所述Modbus接口单元之间，以Modbus通讯协议进行交互通信；
所述Modbus接口单元以485通信接口与各对应I/O设备进行交互通信。
上述技术措施针对于DCS系统的特殊性，以及基于西门子公司大力推进Profinet通讯协议和当前I/O设备的技术现状，在DCS系统的PLC控制器与I/O设备之间，以依次交互通信的Profinet协议转换单元、MCU数据处理单元和Modbus接口单元组成通讯系统，从而在Profinet通讯协议的基础上有效兼容当前I/O设备，即西门子公司在DCS系统中大力推进的Profinet通讯协议，通过上述技术措施能够有效地兼容于当前常规I/O设备，延缓对当前I/O设备的硬件升级，在满足技术要求的同时而尽可能的降低用户的运营成本，实用性强，经济效益显著。
作为优选方案之一，所述通讯系统还包括有电源回路；
所述电源回路用作向所述Profinet协议转换单元、所述MCU数据处理单元和所述Modbus接口单元进行直流供电。
进一步的，所述电源回路采用LM2596型电源芯片；
所述电源回路将所供的各级电源工作状态通过显示单元显示出。
上述电源回路技术措施，采用高效的直流电源变换芯片对通讯系统的各级元件进行直流供电，确保工作电源在5～36V的变化范围内正常运行。若工作电源发生异常，则通过显示屏或显示灯等直观警示出，以便用户实时、直观察看。
作为优选方案之一，所述Profinet协议转换单元采用MC-10105F1型微处理器芯片。MC-10105F1型微处理器芯片为RENESAS公司的TPS-1系列芯片，是一个具有以太网、I²C、SPI总线通讯功能的通讯芯片，用于智能Profinet从站的建设应用。MC-10105F1型微处理器芯片的2个以太网端口速率高达100Mbps，支持可达16Mbit/s的SPI总线数据传输速率，其采用以太网与支持Profinet通讯协议的PLC控制器进行通信连接，将来自PLC控制器的数据通过SPI总线发送给MCU数据处理单元，同时亦通过SPI总线将MCU数据处理单元发送过来的数据写入所连接的PLC控制器中。
作为优选方案之一，所述MCU数据处理单元采用ST公司的STM32F103RET6型芯片。STM32F103RET6型芯片的最高工作频率为72MHz，满足接口高速传输的技术要求。STM32F103RET6型芯片在Profinet协议转换单元与Modbus接口单元之间，以SPI总线方式与Profinet协议转换单元进行数据传输，以Modbus通讯协议与连接外部I/O设备的Modbus接口单元进行数据传输，形成Profinet协议转换单元与Modbus接口单元之间的数据传输桥梁。
作为优选方案之一，所述Modbus接口单元主要由两路冗余配置的RS485串口单元构成；
各RS485串口单元分别以485通信接口与各对应I/O设备进行交互通信。
进一步的，所述RS485串口单元采用ADM2486型芯片。
上述Modbus接口单元中的两路RS485串口单元相互独立，互为冗余配置，更为可靠。ADM2486型芯片具备485通信接口功能，在当前I/O设备不升级的前提下就能可靠、方便地实现连接，将MCU数据处理单元传来的数据发送到I/O设备中，同时亦将I/O设备发送来的数据写入所连接的MCU数据处理单元中。
作为优选方案之一，所述PLC控制器采用西门子公司的S7-1500型或S7-1200型PLC控制器。该技术措施的PLC控制器支持Profinet通讯协议，符合西门子公司对Profinet通讯协议的大力推进。
作为优选方案之一，所述DCS系统为汽轮机的分布式集中控制系统。该技术措施使得上述通讯系统在汽轮机的DCS系统中更具有针对性，满足汽轮机的分布式集中控制的技术要求。
本实用新型的有益技术效果是：上述技术措施针对于DCS系统的特殊性，以及基于西门子公司大力推进Profinet通讯协议和当前I/O设备的技术现状，在DCS系统的PLC控制器与I/O设备之间，以依次交互通信的Profinet协议转换单元、MCU数据处理单元和Modbus接口单元组成通讯系统，从而在Profinet通讯协议的基础上有效兼容于当前I/O设备，延缓对当前I/O设备的硬件升级，在满足技术要求的同时而尽可能的降低用户的运营成本，经济效益显著，实用性强。
此外，上述通讯系统在DCS系统的I/O设备中，以快接插头直接连接，组装轻松、方便。
附图说明
图1为本实用新型的一种结构示意图。
图中代号含义：1—PLC控制器；2—Profinet协议转换单元；3—MCU数据处理单元；4—Modbus接口单元；5—I/O设备；6—存储单元；7—电源回路；8—显示单元；9—RS485串口单元。
具体实施方式
本实用新型涉及工业通讯系统，具体是一种应用于DCS系统（即分布式集中控制系统）、基于Profinet通讯协议的通讯系统，下面结合多个实施例对本实用新型的主体技术方案内容进行具体说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图1对本实用新型的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽为单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
在此需要特别说明的是：
-本实用新型的技术贡献在于各个硬件的选择及相互之间的连接组合，并不涉及计算机程序本身的开发，虽然所选择芯片必然涉及计算机程序，但每一芯片在成品购入时已固化好对应的计算机程序，因此，本实用新型中所涉及的计算机程序为已公开的现有技术，非本实用新型的技术贡献所在；
-本实用新型的附图是示意性的，其为了清楚本实用新型的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本实用新型贡献于现有技术的技术方案。
实施例
参见图1所示，本实用新型以汽轮机的DCS系统为例，具有集中控制的PLC控制器1和分布式排布的I/O设备5，在DCS系统的PLC控制器1和I/O设备5之间，排布有Profinet协议转换单元2、MCU数据处理单元3、Modbus接口单元4和电源回路7。
具体的，PLC控制器1采用西门子公司的S7-1500型PLC控制器，其作为DCS系统的主流集中控制设备，支持Profinet通讯协议。
Profinet协议转换单元2采用RENESAS公司TPS-1系列的MC-10105F1型微处理器芯片，该MC-10105F1型微处理器芯片作为一个具有以太网、I²C、SPI总线通信功能的通讯芯片，常用于智能Profinet从站的建设应用，2个以太网端口的速率高达100 Mbps，支持可达16Mbit/s的SPI总线数据传输速率。
Profinet协议转换单元2采用以太网与支持Profinet通讯协议的PLC控制器1连接，二者之间以Profinet通讯协议进行交互通信。
Profinet协议转换单元2具有存储单元6，该存储单元6为扩展FLASH 存储器，其用于存储Profinet标准通讯协议栈程序，配合Profinet协议转换单元2驱动指示灯、以太网等外部设备。
MCU数据处理单元3采用ST公司的STM32F103RET6型芯片，该芯片的最高工作频率为72MHz，能够实现SPI总线通信功能和Modbus通讯协议通信功能，满足接口高速传输的技术要求。
MCU数据处理单元3与上述Profinet协议转换单元2之间，以SPI总线进行交互通信，从而使上述Profinet协议转换单元2将来自PLC控制器1的数据通过SPI总线发送给MCU数据处理单元，亦将来自MCU数据处理单元的数据通过SPI总线发送给PLC控制器1。
Modbus接口单元4主要由两路冗余配置的RS485串口单元9构成，两路RS485串口单元9相互独立、互为冗余。
每一路RS485串口单元9，采用具备485通信接口功能的ADM2486型芯片成型。RS485串口单元9以485通信接口与外部的各对应I/O设备5进行交互通信，即两路RS485串口单元9分别以485通信接口与外部的各对应I/O设备5进行交互通信。
Modbus接口单元4与上述MCU数据处理单元3之间，以Modbus通讯协议进行交互通信，从而使上述MCU数据处理单元3将来自Profinet协议转换单元2的数据，通过Modbus通讯协议发送给Modbus接口单元4，再由Modbus接口单元4通过485通信接口发送给对应的I/O设备5；亦将来自对应I/O设备5的数据，通过Modbus通讯协议发送给上述MCU数据处理单元3，使MCU数据处理单元3在上述Profinet协议转换单元2与上述Modbus接口单元4之间形成数据传输桥梁。
电源回路7采用高效的直流电源变换芯片-即LM2596型电源芯片，用作向上述Profinet协议转换单元2、上述MCU数据处理单元3和上述Modbus接口单元4提供工作电源，将外部电源转换为5～36V的直流工作电源。LM2596型电源芯片能够确保提供给上述Profinet协议转换单元2、上述MCU数据处理单元3和上述Modbus接口单元4的工作电源，在5～36V的变化范围内正常运行。
LM2596型电源芯片上连接有显示单元8，显示单元8可以是指示灯、亦可以是显示屏等便于直观显示的部件，通过显示单元8将所供各级的电源工作状态直观显示出，以便于对通讯运行状态进行直观地查看。
实施例
本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：
DCS系统中的PLC控制器，采用西门子公司的S7-1200型PLC控制器。
以上各实施例仅用以说明本实用新型，而非对其限制。
尽管参照上述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，例如上述通讯系统可以用于其他基于Profinet通讯协议的分布式集中控制系统中等；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型的精神和范围。
Claims (9)
1.一种基于Profinet通讯协议的通讯系统，所述通讯系统应用于DCS系统的PLC控制器（1）与I/O设备（5）之间；
所述PLC控制器（1）支持Profinet通讯协议；
其特征在于：
所述通讯系统包括Profinet协议转换单元（2）、MCU数据处理单元（3）和Modbus接口单元（4）；
所述Profinet协议转换单元（2）与所述PLC控制器（1）之间，以Profinet通讯协议进行交互通信；
所述Profinet协议转换单元（2）与所述MCU数据处理单元（3）之间，以SPI总线进行交互通信；
所述MCU数据处理单元（3）与所述Modbus接口单元（4）之间，以Modbus通讯协议进行交互通信；
所述Modbus接口单元（4）以485通信接口与各对应I/O设备（5）进行交互通信。
2.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述通讯系统还包括有电源回路（7）；
所述电源回路（7）用作向所述Profinet协议转换单元（2）、所述MCU数据处理单元（3）和所述Modbus接口单元（4）进行直流供电。
3.根据权利要求2所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述电源回路（7）采用LM2596型电源芯片；
所述电源回路（7）将所供的各级电源工作状态通过显示单元（8）显示出。
4.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述Profinet协议转换单元（2）采用MC-10105F1型微处理器芯片。
5.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述MCU数据处理单元（3）采用ST公司的STM32F103RET6型芯片。
6.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述Modbus接口单元（4）主要由两路冗余配置的RS485串口单元（9）构成；
各RS485串口单元（9）分别以485通信接口与各对应I/O设备（5）进行交互通信。
7.根据权利要求6所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述RS485串口单元（9）采用ADM2486型芯片。
8.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述PLC控制器（1）采用西门子公司的S7-1500型或S7-1200型PLC控制器。
9.根据权利要求1所述基于Profinet通讯协议的通讯系统，其特征在于：
所述DCS系统为汽轮机的分布式集中控制系统。
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