[发明专利]一种多路复用型智能网关及工作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工业自动化过程控制，特别涉及一种连接工业以太网与HART总线的多路复用型智能网关及工作方法。

背景技术

现场总线作为目前自控领域的新技术，具有开放性、互操作性、全分布等优势。但目前多种现场总线并存的状况由来已久，IEC TC65技术委员会在制订IEC61158标准时用了大约十年时间来讨论如何用一个标准来覆盖所有标准，但最后都没有成功。工业以太网用于工业现场是一种趋势，和现场总线一样，它也是多种通信协议并存的局面。由于有不同的利益集团和现场总线厂商支持，这几个标准会同时存在、相互兼容，不会很快统一，要统一存在很大的技术难度。因此，有必要解决不同工业以太网和现场总线之间互联互通的问题。

HART协议作为一个开放性的协议，现已成为智能仪表“事实上”的标准。从美国权威的自动化市场分析报告来看，目前全球智能化仪表、特别是符合HART协议智能仪表的需求量仍在逐年增加。虽然HART仪表得到了广泛的应用，但其数字通信能力没有得到充分发挥，主要缺少相关的数字信号传输通道和应用方案。随着HART6的提出， HART多路复用器成为了一种现实的解决方案。但HART多路复用器只能实现多台HART设备同时接入HART现场总线，难以适应目前多种现场总线和工业以太网并存的局面。

发明内容

本发明是针对现有HART多路复用器兼容性不够的问题，提出了一种多路复用型智能网关及工作方法，是一种能使工业以太网协议和HART协议互联互通的方法，利用这种技术可将几十、几百甚至更多的HART现场设备连接到一个网络中，通过安装不同的工业以太网协议栈，就能连入各种不同的工业以太网网络，增强设备的可互操作性。同时配合上层软件辅助技术人员进行集中管理和控制，实现对工业过程的连续实时诊断，以及验证控制信息的完整性，保证系统数据的准确性。

本发明的技术方案为：一种多路复用型智能网关，依次包括连接的通信接口底板、模拟板卡和数字板卡，接收现场数据的通信接口底板包括HART通道、以太网、RS485接口模块、指示灯模块、滤波稳压模块、保险丝模块；模拟板卡由HART通信通道、电源模块、工业以太网和RS485信号传输通道组成，对应连接通信接口底板上的接口模块，HART通信通道依次包括直流隔离模块、电压保护模块、通道选择模块、信号调理模块，确保发送和接收的HART信号都是准备的信号；电源模块提供各个模块所需的3V和5V电压；工业以太网和RS485信号传输通道，由RS485模块和以太网隔离变压器组成；数字板卡包括HART调制解调模块、微处理器模块、以太网物理层模块、数据存储模块、拨通开关模块、工业以太网协议转换模块，HART调制解调器模块和以太网物理层模块分别接收模拟板卡来的HART信号和以太网信号，处理后送入微处理器模块；数据存储模块接收并将存储的现场仪表数据送入微处理器模块；设置RS485通信速率和通信地址的拨动开关将开关信号送入微处理器模块；微处理器模块处理后输出数据通过工业以太网协议转换模块转换协议后送入到工业以太网上。

所述模拟板卡中RS485信号传输通道输入采用磁耦隔离；所述模拟板卡中电源模块采用了DC/DC变压器实现电源隔离；所述模拟板卡中HART通信通道中直流隔离模块使用电容式直流隔离，将4～20mA信号与HART信号分离。

一种多路复用型智能网关的工作方法，包括多路复用型智能网关，方法包括如下具体步骤：

1）HART主站协议栈接收并储存来自HART通道的标准HART数据帧，并对其进行解析，如果符合要求则递交给协议转换模块，协议转换模块对数据进行重新打包，再递交给工业以太网协议栈进行协议封装，通过以工业太网通道发送出去；2）工业以太网协议栈接收并储存来自工业以太网通道的数据帧，并对其进行解析，如果是发送给现场设备的指令，则传递给协议转换模块，协议转换模块对数据进行重新打包，再传递给HART主站协议栈进行HART协议封装并进行通道切换，最后通过HART通信通道发送给现场HART仪表；

3）工业以太网协议栈接收并储存来自工业以太网通道的数据帧，并对其进行解析，如果是发送给网关的指令，则传递给HART从站协议栈，HART从站协议栈执行命令后打包数据传递给工业以太网协议栈进行协议封装，通过以工业太网通道发送出去；

4）自动扫描模块会监视每一路的设备连接状态，如果有设备连入，则调用HART主站协议栈通过HART通信通道发送标准HART数据帧给现场设备，获取其设备变量，记录其设备状态；