一种多路并发型智能网关及其工作方法技术

本发明专利技术公开了一种多路并发型智能网关及其工作方法，每路HART通道设有一个HART通信模块，利用高速工业总线与低速HART总线的速度差，实现单路高速数据总线与多路低速HART设备的并发通信，大大提高了HART设备的访问速度。同时，上层高速工业总线和现场层HART总线之间数据传送采用解构、分析、重构、再发送的工作模式，不对HART数据包进行协议转换，从而多路并发型智能网关的兼容性得到大大提高，解决了上层高速工业总线和HART总线之间互联互通的问题。并且，所述多路并发型智能网关同时设有以太网通信接口模块和RS485通信接口模块，进一步方便多路并发型智能网关与上位系统集成。

【技术实现步骤摘要】
一种多路并发型智能网关及其工作方法
本专利技术涉及工业自动化中的网络和通信
，具体涉及一种多路并发型智能网关及其工作方法。
技术介绍
在当前的工业自动化网络中，作为工厂管理级、车间监控级的上层网络通常采用以太网或RS485总线等高速工业总线；而作为现场设备信号采集的现场层网络通常采用现场总线，同时基于HART协议设备在现场的广泛应用，进一步的，大部分现场层网络采用HART总线。这种上层采用以太网或RS485总线等高速工业总线、下层采用HART总线的情况，导致如何解决上层高速工业总线和HART总线之间互联互通的问题成为当务之急。随着电子科技的不断发展，多路复用型智能网关的产生在一定程度上解决了上层高速工业总线和现场层HART总线之间互联互通的问题，但当前的多路复用型智能网关存在如下问题：1、采用多路切换复用的方式，每次只能访问一路HART设备，然后切换到下一通道，导致每路HART设备访问速度慢，无法满足HART数据实时刷新要求；2、HART协议访问采用非透传模式，通常只支持HART协议中部分命令，导致可实现的HART协议功能受限；3、通信接口少，不方便与上位系统集成。。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种多路并发型智能网关及其工作方法，解决当前的多路复用型智能网关访问速度慢、支持HART协议功能受限、与上位系统集成不方便的问题。本专利技术通过下述技术方案实现：一种多路并发型智能网关，包括HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块和电源，其中，所述多路并发型智能网关的每个HART回路对应设有一个HART通信模块，所述HART通信模块一端外接HART设备，另一端连接微控制单元，实现HART设备数字量信号与微控制单元之间的数据转换；所述HART通信模块设有隔离单元，用于避免HART通信模块对HART设备模拟量信号的干扰；所述微控制单元与上层通信接口模块和HART通信模块均电连接，用于控制每路HART通信模块与上层通信网络之间的数据处理并传送；所述上层通信接口模块外接上层网络，用于上层网络与微控制单元之间数据交换；所述电源与HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块均电连接，用于给上述模块供电。特别地，所述上层通信接口模块包括以太网接口模块和RS485总线接口模块，所述以太网接口模块和RS485总线接口模块分别外接以太网和RS485总线，用于微控制单元分别与以太网和RS485总线与之间数据交换。特别地，所述以太网接口模块包括以太网接口、浪涌保护电路、隔离变压器和以太网协处理器。特别地，所述RS485总线接口模块包括RS485电平转换电路和浪涌保护电路。特别地，所述HART通信模块包括直流隔离单元、电压保护单元和信号调理单元。一种上述多路并发型智能网关的工作方法，具体包括如下步骤：A、微控制单元发出HART设备自检指令，建立每个HART通道对应的HART设备地址数据库；B、上位系统发出访问HART设备命令数据包，依次经上层通信接口模块、微控制单元、HART通信模块将其发送至HART设备；C、HART设备接收访问HART设备命令数据包，并发出反馈HART设备命令数据包，依次经HART通信模块、微控制单元、上层通信接口模块将其发送至上层网络，进一步通过上层网络发送至上位系统；其中，所述步骤B具体包括：B1、上位系统发出访问HART设备命令数据包；B2、上层通信接口模块接收访问HART设备命令数据包，并将其发送至微控制单元；B3、微控制单元检查接收到的访问HART设备命令数据包，若数据包合法，则解构访问HART设备命令数据包，并从中提取目标HART设备地址信息，与HART设备地址数据库中信息进行匹配，若匹配则执行步骤B4，若不匹配或数据包不合法，则丢弃该访问HART设备命令数据包；B4、重构访问HART设备命令数据包，并将重构的访问HART设备命令数据包经HART通信模块发送至匹配地址的目标HART设备；其中，所述步骤C具体包括：C1、目标HART设备接收重构的访问HART设备命令数据包，并将反馈HART设备命令数据包经HART通信模块发送至微控制单元；C2、微控制单元检查接收到的反馈HART设备命令数据包，若数据包合法，则解构反馈HART设备命令数据包，并从中提取HART设备地址信息，核对后重构反馈HART设备命令数据包，并将重构的反馈HART设备命令数据包发送至上层通信接口模块，进一步通过上层网络发送至上位系统。特别地，所述步骤C1还包括若微控制单元超时未收到反馈HART设备命令数据包，则HART通信模块向微控制单元发送超时信号。特别地，所述步骤D具体为微控制单元对访问HART设备命令数据包和反馈HART设备命令数据包相关参数进行统计，并将统计结果发送到上位系统，所述参数包括数据包完好率、收发次数及已探测到接入网关的HART设备地址信息。本专利技术与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：本专利技术所述一种多路并发型智能网关及其工作方法，每路HART通道设有一个HART通信模块，利用高速工业总线与低速HART总线的速度差，实现单路高速数据总线(RS485、以太网)与多路低速HART设备的并发通信，大大提高了HART设备的访问速度。同时，上层高速工业总线和现场层HART总线之间数据传送采用解构、分析、重构、再发送的工作模式，不对HART数据包进行协议转换，从而多路并发型智能网关的兼容性得到大大提高，解决了上层高速工业总线和HART总线之间互联互通的问题。并且，所述多路并发型智能网关同时设有以太网通信接口模块和RS485通信接口模块，进一步方便多路并发型智能网关与上位系统集成。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术实施例的限定。在附图中：图1为本专利技术实施例1提供的多路并发型智能网关结构框图。图2为本专利技术实施例2提供的多路并发型智能网关工作方法流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本专利技术作进一步的详细说明，本专利技术的示意性实施方式及其说明仅用于解释本专利技术，并不作为对本专利技术的限定。实施例1如图1所示，图1为本专利技术实施例1提供的多路并发型智能网关结构框图。本实施例中，所述多路并发型智能网关具体为8路并发型智能网关，其具有8路HART通道，每路HART通道对应设有一个HART通信模块，每一个通道最多可连接16台HART设备，具体包括八个HART通信模块，一个微控制单元、一个上层通信接口模块和一个电源。其中：所述HART通信模块具体包括直流隔离单元、电压保护单元、信号调理单元，其中，HART设备输入的HART信号包括4-20mA的模拟量信号和HART数字叠加信号，直流隔离单元采用磁耦隔离，将4-20mA的模拟量信号和HART数字叠加信号进行分离，保证各自的输出精度不受影响。电压保护单元具有过电压保护功能，保证HART通信模块工作于正常稳定状态。信号调理单元对HART设备输入的HART信号进行整形滤波和调制解调。所述HART通信模块一端外接HART设备，另一端连接微控制单元，实现HART仪表数字量信号与微控制单元之间的数据转换。所述微控制单元设备与上层通信接口模块和八个HART通信模块均电连接，控制每个HART通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多路并发型智能网关，其特征在于，包括HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块和电源，其中，所述多路并发型智能网关的每个HART回路对应设有一个HART通信模块，所述HART通信模块一端外接HART设备，另一端连接微控制单元，实现HART设备数字量信号与微控制单元之间的数据转换；所述HART通信模块设有隔离单元，用于避免HART通信模块对HART设备模拟量信号的干扰；所述微控制单元与上层通信接口模块和HART通信模块均电连接，用于控制每路HART通信模块与上层通信网络之间的数据处理并传送；所述上层通信接口模块外接上层网络，用于上层网络与微控制单元之间数据交换；所述电源与HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块均电连接，用于给上述模块供电。

【技术特征摘要】
1.一种多路并发型智能网关，其特征在于，包括HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块和电源，其中，所述多路并发型智能网关的每个HART回路对应设有一个HART通信模块，所述HART通信模块一端外接HART设备，另一端连接微控制单元，实现HART设备数字量信号与微控制单元之间的数据转换；所述HART通信模块设有隔离单元，用于避免HART通信模块对HART设备模拟量信号的干扰；所述微控制单元与上层通信接口模块和HART通信模块均电连接，用于控制每路HART通信模块与上层通信网络之间的数据处理并传送；所述上层通信接口模块外接上层网络，用于上层网络与微控制单元之间数据交换；所述电源与HART通信模块，微控制单元、上层通信接口模块均电连接，用于给上述模块供电。2.根据权利要求1所述的多路并发型智能网关，其特征在于，所述上层通信接口模块包括以太网接口模块和RS485总线接口模块，所述以太网接口模块和RS485总线接口模块分别外接以太网和RS485总线，用于微控制单元分别与以太网和RS485总线与之间数据交换。3.根据权利要求2所述的多路并发型智能网关，其特征在于，所述以太网接口模块包括以太网接口、浪涌保护电路、隔离变压器和以太网协处理器。4.根据权利要求2所述的多路并发型智能网关，其特征在于，所述RS485总线接口模块包括RS485电平转换电路和浪涌保护电路。5.根据权利要求1所述的多路并发型智能网关，其特征在于，所述HART通信模块包括直流隔离单元、电压保护单元和信号调理单元。6.一种如权利要求1至5任一所述的多路并发型智能网关的工作方法，其特征在于，具体包括如下步骤：A、微控制单元发出HART设备自检指令，建立每个HART通道对应的HART设备地址数据库；B、上位系统发出访问HART设备命令数据包，依次经上层通信接口模块、微控制单元、HART通信模块将其发送至HART设备；C、...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫东，钟瑾瑜，
申请(专利权)人：成都弘典自动化控制技术有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51