[發明專利]用于工業通信的自適應中繼器

在審

• 申請號: 201880096388.6
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN112639639A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: C·S·迪奧卡爾;S·福里森;M·格佩特;R·海斯貝茨;A·庫拉;A·文卡特拉瑪尼
• 申請（專利權）人: 西門子股份公司
• 主分類號: G05B19/418
• 分類號: G05B19/418;H04L29/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 浩路;呂傳奇

提供了一種用于工業通信的系統（100）和方法（300），其采用自適應中繼器（102），自適應中繼器（102）支持在一時刻處使用預定的兩個或更多個通信協議之一在至少兩個通信設備（101A、101B）之間進行通信。自適應中繼器（102）包括可操作地彼此耦合的通信方向模塊（103）和協議適配器模塊（104）。通信方向模塊（103）使用采樣時鐘、使用通信協議的物理層參數來檢測通信設備（101A、101B）之間的通信方向并且在它們之間建立通信。協議適配器模塊（104）通過生成采樣時鐘使通信方向模塊（103）適配于使用中的通信協議。

本發明涉及工業系統。更特別地，本發明涉及工業系統中的通信方法。

通常，在工業通信系統中，可編程邏輯控制器（PLC）和傳感器通過物理通信接口進行通信，該物理通信接口諸如采用差分信令（也被稱為差分線路）的RS-485。這些工業通信系統中主要使用的通信協議是Modbus和Profibus，用以交換數據。為了通信設備的本質安全性，提供了PLC與傳感器之間的電隔離（galvanic isolation）。這包括例如通過使用數字隔離器針對功率線路以及數據線路的隔離。然而，數字隔離器僅針對單端線路來提供數據的隔離和復制。因此，僅通過使用數字隔離器無法實現針對差分線路的隔離。對于差分線路而言，需要一模塊，用于將差分信號轉換成單端信號，隔離該單端信號，并且將該單端信號轉換回到差分信號。該模塊通常被稱為中繼器（repeater）。

當前，工業系統基于預期應用而采用Modbus中繼器或Profibus中繼器。如果協議要在Modbus與Profibus之間切換，則需要在物理上替換該中繼器，但是不需要在物理層（即，所采用的通信接口）中進行任何改變。替代地，已知的工業通信系統采用轉換模塊以用于在Modbus與Profibus協議之間進行轉換。此外，這些模塊是在協議級別處而不是在物理層處實現的。因此，常規工業通信系統在很大程度上依賴于用于通信協議中的切換的轉換模塊和/或多個中繼器，從而增加了與之相關聯的通信設備的成本和維護。

因此，本發明的目的是提供一種前述種類的工業通信系統，該系統支持多個通信協議并且適配于所使用的通信協議，同時消除了通信協議之間的轉換以及對多個中繼器的依賴性，從而使得工業通信系統協議不可知（agnostic），同時確保了不增加與之相關聯的成本或維護。

本文中公開的本發明通過提供一種自適應中繼器來實現上述目的，該自適應中繼器基于上述工業通信系統的哪些設備能夠彼此通信而支持兩個或更多個通信協議。

本文中公開的工業通信系統包括彼此通信的至少兩個通信設備。通信設備包括現場設備，例如PLC、傳感器等。通信設備在一時刻處使用兩個或更多個預定通信協議之一以用于在它們之間進行通信。如本文中所使用的，“預定通信協議”指代具有共同物理層接口的通信協議。這些通信協議包括例如采用RS-485物理層接口的Modbus、Profibus、BACnet等。

工業通信系統包括被配置成支持這些通信協議的自適應中繼器。如本文中所使用的，“自適應中繼器”指代如下模塊：該模塊使其自己適配于正在用于或期望用于通信設備之間的通信的通信協議。有利地，自適應中繼器執行上述適配，即，在通信協議之間進行切換而無需轉換和/或無需采用多個中繼器，該多個中繼器包含針對所支持的每一個通信協議的一個中繼器。自適應中繼器包括可操作地彼此耦合的通信方向模塊和協議適配器模塊。根據本發明的實施例，自適應中繼器包括可操作地彼此耦合的通信方向模塊、協議適配器模塊、至少一個時鐘源、通信數據庫、以及每一個通信設備的收發器。根據該實施例，自適應中繼器被配置為獨立的屏障板（barrier board），該屏障板支持使用兩個或更多個預定通信協議之一在通信設備之間進行通信。