基于现场总线的多通道网关设备及其通信方法与流程

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种基于现场总线的多通道网关设备及其通信方法。

背景技术：

大多数的现场总线都有一个或几个大型跨国公司为背景并成立相应的国际组织，力图扩大自己的影响、得到更多的市场份额。由于竞争激烈，而且还没有哪一种或几种总线能一统市场，很多重要企业都力图开发接口技术，使自己的总线能和其他总线相连，在国际标准中也出现了协调共存的局面。

目前工业检测仪器仪表现场的通信方式以HART(Highway Addressable Remote Transducer)和MODBUS最为主流。HART用于配置4～20mA电流环传感器，用频移键控标准在4～20mA电流上来调制数字信号，将全球化的标准用于监控系统在模拟电流线上发送，接收数字信息。传统的4～20mA信号依然可以用于传输一个过程变量配置参数，和其他设备数据通过HART协议来传输。

现有的工业仪器仪表通讯方式局限于智能现场仪表设备和自动化系统的通信，不利于实现工业大数据的实现与发展。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于现场总线的多通道网关设备及其通信方法，用于解决现有技术中工业仪器仪表通讯方式仅局限于智能现场仪表设备和自动化系统的通信，不利于实现工业大数据的实现与发展的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于现场总线的多通道网关设备，所述基于现场总线的多通道网关设备包括：网关模块、现场总线及现场仪表通讯卡；其中，

所述网关模块通过所述现场总线与所述现场仪表通讯卡电连接，适于将所述现场仪表通讯卡反馈的反馈信号通过以太网传送至互联网云端。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的一种优选方案，所述网关模块包括：FPGA、信号隔离电路及曼切斯特电流调制电路；其中，

所述FPGA、所述信号隔离电路及所述曼切斯特电流调制电路依次电连接；

所述FPGA内设有以太网口，所述网关模块通过所述以太网口与所述互联网云端电连接；

所述网关模块通过所述曼切斯特电流调制电路与所述现场仪表通讯卡电连接。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的一种优选方案，所述曼切斯特电流调制 电路包括：信号发送电路、信号接收电路及电源模块；其中，

所述信号发送电路一端与所述信号隔离电路电连接，另一端与所述现场仪表通讯卡电连接，适于将所述互联网云端通过所述FPGA下达的经过所述信号隔离电路之后的指令调制后通过所述现场总线传送至所述现场仪表通讯卡；

所述信号接收电路一端与所述信号隔离电路电连接，另一端与所述现场仪表通讯卡电连接，适于将所述现场仪表通讯卡反馈的反馈信号调制成数字信号后通过所述信号隔离电路传送至所述FPGA；

所述电源模块适于为所述曼切斯特电流调制电路供电。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的一种优选方案，所述信号发送电路及所述信号接收电路均通过所述现场总线与所述现场仪表通讯卡电连接。

本发明还提供一种基于现场总线的多通道网关设备的通信方法，所述基于现场总线的多通道网关设备的通信方法包括：

互联网云端下达指令至网关模块，所述网关模块将所述互联网云端下达的指令调制后通过现场总线传送至现场仪表通讯卡；

所述现场仪表通讯卡根据所述互联网云端下达的指令产生反馈信号，并将所述反馈信号通过所述现场总线传送至所述网关模块；

所述网关模块将所述反馈信号调制成数字信号后通过以太网传送至所述互联网云端。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的通信方法的一种优选方案，所述网关模块包括：FPGA、信号隔离电路及曼切斯特电流调制电路；

所述互联网云端下达指令至所述FPGA，经过所述信号隔离电路之后，由所述曼切斯特电流调制电路调制后通过所述现场总线传送至所述现场仪表通讯卡；

所述现场仪表通讯卡将所述反馈信号通过所述现场总线传送至所述曼切斯特电流调制电路，所述曼切斯特电流调制电路将所述反馈信号调制成数字信号后经过所述信号隔离电路之后传送至所述FPGA，并经由所述FPGA通过以太网传送至所述互联网云端。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的通信方法的一种优选方案，所述FPGA内设有以太网口，传送至所述FPGA的所述反馈信号通过所述以太网口传送至所述互联网云端。

作为本发明的基于现场总线的多通道网关设备的通信方法的一种优选方案，所述曼切斯特电流调制电路包括：信号发送电路、信号接收电路及电源模块；

所述互联网云端下达的指令经过所述信号隔离电路之后，由所述信号发送电路调制后通过所述现场总线传送至所述现场仪表通讯卡；

所述现场仪表通讯卡反馈的所述反馈信号由所述信号接收电路调制成数字信号后经过所述信号隔离电路之后传送至所述FPGA。

本发明的基于现场总线的多通道网关设备及其通信方法，具有以下有益效果：在基于现场总线的基础上，通过增设网关模块，实现了现场总线与以太网互连，能够将现场仪表通讯卡的数据通过以太网传输，能够将现场数据上传至互联网云端，为实现工业大数据打下了基础。

附图说明

图1显示为本发明实施例一中提供的基于现场总线的多通道网关设备的示意图。

图2显示为本发明实施例一中提供的基于现场总线的多通道网关设备中的网关模块的示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的基于现场总线的多通道网关设备中的网关模块中各部分与其他模块的连接示意图。

图4显示为本发明实施例一中提供的基于现场总线的多通道网关设备中的曼切斯特电流调制电路的示意图。

图5显示为本发明实施例一中提供的基于现场总线的多通道网关设备中的曼切斯特电流调制电路中各部分与其他模块的连接示意图。

图6显示为本发明实施例二中提供的基于现场总线的多通道网关设备的通信方法的流程图。

元件标号说明

1 网关模块

10 FPGA

101 以太网口

11 信号隔离电路

12 曼切斯特电流调制电路

121 信号发送电路

122 信号接收电路

123 电源模块

2 现场总线

3 现场仪表通讯卡

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图6需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

请参阅图1，本发明提供一种基于现场总线的多通道网关设备，所述基于现场总线的多通道网关设备包括：网关模块1、现场总线2及现场仪表通讯卡3；其中，

所述网关模块1通过所述现场总线2与所述现场仪表通讯卡3电连接，适于将所述现场仪表通讯卡3反馈的反馈信号通过以太网传送至互联网云端(未示出)。在基于所述现场总线2的基础上，通过增设所述网关模块1，实现了所述现场总线2与以太网互连，能够将所述现场仪表通讯卡3的数据通过以太网传输，能够将现场数据上传至互联网云端，为实现工业大数据打下了基础。

所述网关模块1又称网间连接器、协议转换器，是用于两个高层协议不同的网络互连。所述现场总线2是指安装在制造或过程区域的现场装置与控制室内的自动装置之间的数字式、串行、多点通信的数据总线。它是一种工业数据总线，是自动化领域中底层数据通信网络。

作为示例，请参阅图2至图3，所述网关模块1包括：FPGA(现场可编程门阵列)10、信号隔离电路11及曼切斯特电流调制电路12；其中，所述FPGA10、所述信号隔离电路11及所述曼切斯特电流调制电路12依次电连接，如图2所示；所述FPGA10内设有以太网口101，所述网关模,1通过所述以太网口101与所述互联网云端电连接；所述网关模块1通过所述曼切斯特电流调制电路12与所述现场仪表通讯卡3电连接，如图3所示。

作为示例，请参阅图4及图5，所述曼切斯特电流调制电路12包括：信号发送电路121、信号接收电路122及电源模块123，如图4所示；其中，所述信号发送电路121的一端与所述信号隔离电路11电连接，另一端与所述现场仪表通讯卡3电连接，适于将所述互联网云端通过所述FPGA10下达的经过所述信号隔离电路11之后的指令调制后通过所述现场总线2 传送至所述现场仪表通讯卡3；所述信号接收电路122一端与所述信号隔离电路11电连接，另一端与所述现场仪表通讯卡3电连接，适于将所述现场仪表通讯卡3反馈的反馈信号调制成数字信号后通过所述信号隔离电路11传送至所述FPGA10；所述电源模块123适于为所述曼切斯特电流调制电路12供电，如图5所示。

作为示例，所述信号发送电路121及所述信号接收电路122均通过所述现场总线2与所述现场仪表通讯卡3电连接。

所述基于现场总线的多通道网关设备的工作原理为：与所述FGPA10的所述以太网口101电连接的所述互联网云端通过所述FGPA10向下下达指令，所述指令经过所述信息隔离电路11之后由所述曼切斯特电流调制电路12中的所述信号发送电路121调制后通过所述现场总线2传送至所述现场仪表通讯卡3,；所述现场仪表通讯卡3接到所述指令后作出相应的反馈，并将反馈信息通过所述曼切斯特电流调制电路12中的所述信号接收电路122调制成数字信号后，经所述信号隔离电路11后传送至所述FGPA10，所述FGPA10经由所述以太网口101通过以太网传送至所述互联网云端。

在基于所述现场总线2的基础上，增设所述网关模块1，通过所述网关模块1中的所述曼切斯特电路调制电路12实现了所述现场总线2与以太网互连，能够将所述现场仪表通讯卡3的数据通过以太网传输，能够将现场数据上传至互联网云端，为实现工业大数据打下了基础。

实施例二

请参阅图6，本发明还提供一种基于现场总线的多通道网关设备的通信方法，所述基于现场总线的多通道网关设备的通信方法包括：

S1：互联网云端下达指令至网关模块，所述网关模块将所述互联网云端下达的指令调制后通过现场总线传送至现场仪表通讯卡；

S2：所述现场仪表通讯卡根据所述互联网云端下达的指令产生反馈信号，并将所述反馈信号通过所述现场总线传送至所述网关模块；

S3：所述网关模块将所述反馈信号调制成数字信号后通过以太网传送至所述互联网云端。

作为示例，所述网关模块包括：FPGA、信号隔离电路及曼切斯特电流调制电路；所述互联网云端下达指令至所述FPGA，经过所述信号隔离电路之后，由所述曼切斯特电流调制电路调制后通过所述现场总线传送至所述现场仪表通讯卡；所述现场仪表通讯卡将所述反馈信号通过所述现场总线传送至所述曼切斯特电流调制电路，所述曼切斯特电流调制电路将所述反馈信号调制成数字信号后经过所述信号隔离电路之后传送至所述FPGA，并经由所述FPGA通过以太网传送至所述互联网云端。

作为示例，所述FPGA内设有以太网口，传送至所述FPGA的所述反馈信号通过所述以太网口传送至所述互联网云端。

作为示例，所述曼切斯特电流调制电路包括：信号发送电路、信号接收电路及电源模块；所述互联网云端下达的指令经过所述信号隔离电路之后，由所述信号发送电路调制后通过所述现场总线传送至所述现场仪表通讯卡；所述现场仪表通讯卡反馈的所述反馈信号由所述信号接收电路调制成数字信号后经过所述信号隔离电路之后传送至所述FPGA。

综上所述，本发明提供一种基于现场总线的多通道网关设备及其通信方法，所述基于现场总线的多通道网关设备包括：网关模块、现场总线及现场仪表通讯卡；其中，所述网关模块通过所述现场总线与所述现场仪表通讯卡电连接，适于将所述现场仪表通讯卡反馈的反馈信号通过以太网传送至互联网云端。在基于现场总线的基础上，通过增设网关模块，实现了现场总线与以太网互连，能够将现场仪表通讯卡的数据通过以太网传输，能够将现场数据上传至互联网云端，为实现工业大数据打下了基础。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。