[發明專利]一種多路復用型智能網關及工作方法

無效

• 申請號: 201010599229.3
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102025660A
• 公開（公告）日: 2011-04-20
• 發明（設計）人: 陳俊杰;李丙偉;韓軍清
• 申請（專利權）人: 上海工業自動化儀表研究院
• 主分類號: H04L12/66
• 分類號: H04L12/66;H04L29/06
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明涉及一種工業自動化過程控制，特別涉及一種連接工業以太網與HART總線的多路復用型智能網關及工作方法。

背景技術

現場總線作為目前自控領域的新技術，具有開放性、互操作性、全分布等優勢。但目前多種現場總線并存的狀況由來已久，IEC?TC65技術委員會在制訂IEC61158標準時用了大約十年時間來討論如何用一個標準來覆蓋所有標準，但最后都沒有成功。工業以太網用于工業現場是一種趨勢，和現場總線一樣，它也是多種通信協議并存的局面。由于有不同的利益集團和現場總線廠商支持，這幾個標準會同時存在、相互兼容，不會很快統一，要統一存在很大的技術難度。因此，有必要解決不同工業以太網和現場總線之間互聯互通的問題。

HART協議作為一個開放性的協議，現已成為智能儀表“事實上”的標準。從美國權威的自動化市場分析報告來看，目前全球智能化儀表、特別是符合HART協議智能儀表的需求量仍在逐年增加。雖然HART儀表得到了廣泛的應用，但其數字通信能力沒有得到充分發揮，主要缺少相關的數字信號傳輸通道和應用方案。隨著HART6的提出，?HART多路復用器成為了一種現實的解決方案。但HART多路復用器只能實現多臺HART設備同時接入HART現場總線，難以適應目前多種現場總線和工業以太網并存的局面。

發明內容

本發明是針對現有HART多路復用器兼容性不夠的問題，提出了一種多路復用型智能網關及工作方法，是一種能使工業以太網協議和HART協議互聯互通的方法，利用這種技術可將幾十、幾百甚至更多的HART現場設備連接到一個網絡中，通過安裝不同的工業以太網協議棧，就能連入各種不同的工業以太網網絡，增強設備的可互操作性。同時配合上層軟件輔助技術人員進行集中管理和控制，實現對工業過程的連續實時診斷，以及驗證控制信息的完整性，保證系統數據的準確性。

本發明的技術方案為：一種多路復用型智能網關，依次包括連接的通信接口底板、模擬板卡和數字板卡，接收現場數據的通信接口底板包括HART通道、以太網、RS485接口模塊、指示燈模塊、濾波穩壓模塊、保險絲模塊；模擬板卡由HART通信通道、電源模塊、工業以太網和RS485信號傳輸通道組成，對應連接通信接口底板上的接口模塊，HART通信通道依次包括直流隔離模塊、電壓保護模塊、通道選擇模塊、信號調理模塊，確保發送和接收的HART信號都是準備的信號；電源模塊提供各個模塊所需的3V和5V電壓；工業以太網和RS485信號傳輸通道，由RS485模塊和以太網隔離變壓器組成；數字板卡包括HART調制解調模塊、微處理器模塊、以太網物理層模塊、數據存儲模塊、撥通開關模塊、工業以太網協議轉換模塊，HART調制解調器模塊和以太網物理層模塊分別接收模擬板卡來的HART信號和以太網信號，處理后送入微處理器模塊；數據存儲模塊接收并將存儲的現場儀表數據送入微處理器模塊；設置RS485通信速率和通信地址的撥動開關將開關信號送入微處理器模塊；微處理器模塊處理后輸出數據通過工業以太網協議轉換模塊轉換協議后送入到工業以太網上。

所述模擬板卡中RS485信號傳輸通道輸入采用磁耦隔離；所述模擬板卡中電源模塊采用了DC/DC變壓器實現電源隔離；所述模擬板卡中HART通信通道中直流隔離模塊使用電容式直流隔離，將4～20mA信號與HART信號分離。

一種多路復用型智能網關的工作方法，包括多路復用型智能網關，方法包括如下具體步驟：

1）HART主站協議棧接收并儲存來自HART通道的標準HART數據幀，并對其進行解析，如果符合要求則遞交給協議轉換模塊，協議轉換模塊對數據進行重新打包，再遞交給工業以太網協議棧進行協議封裝，通過以工業太網通道發送出去；2）工業以太網協議棧接收并儲存來自工業以太網通道的數據幀，并對其進行解析，如果是發送給現場設備的指令，則傳遞給協議轉換模塊，協議轉換模塊對數據進行重新打包，再傳遞給HART主站協議棧進行HART協議封裝并進行通道切換，最后通過HART通信通道發送給現場HART儀表；

3）工業以太網協議棧接收并儲存來自工業以太網通道的數據幀，并對其進行解析，如果是發送給網關的指令，則傳遞給HART從站協議棧，HART從站協議棧執行命令后打包數據傳遞給工業以太網協議棧進行協議封裝，通過以工業太網通道發送出去；

4）自動掃描模塊會監視每一路的設備連接狀態，如果有設備連入，則調用HART主站協議棧通過HART通信通道發送標準HART數據幀給現場設備，獲取其設備變量，記錄其設備狀態；