一种用于工业现场的标识数据网关及其系统的制作方法

1.本实用新型涉及通信技术领域，具体地，涉及一种用于工业现场的标识数据网关及其系统。


背景技术：

2.随着技术的进步和市场需求的变化，工业领域新标准、新协议不断出现，但遵循旧标准、旧协议的设备仍在运转，在多种因素综合作用下，工业领域普遍存在多种现场总线协议、通讯协议、工业传输协议同时应用的现象，从集中监控层到现场的传感器/执行器层，不论接入方式、通讯协议还是传输协议均各不相同，数据的吞吐量和传输速率的要求也存在巨大差异。
3.目前工业现场中，由于各类设备对信息采集、信息处理、信号控制的要求存在巨大差异，单一规格的现场数据网关，难以在设备功能、应用场景、持有成本等因素之间取得平衡，无法满足工业现场对各类设备接入以及设备控制的需求，研发一种全方位覆盖工业现场设备接入需求的工业产品，成为本领域亟待解决的问题。
4.经过检索发现：
5.授权公告号为cn205545335u的中国实用新型专利《一种用于工业现场的数据网关》，用于解决现有工业现场不同厂商设备数据接口不同，不能进行统一采集数据，生产成本高的问题，包括直流电源模块，cpu主板及接口模块，所述cpu主板设置有板载接口，所述板载接口与接口模块连接，所述直流电源模块分别为所述cpu主板及接口模块供电，所述接口模块包括can接口模块、rs422接口模块、rs485接口模块、rs232接口模块及ethernet接口模块；所述cpu主板还设置有板载扩展接口，通过扩展总线连接扩展模块；所述cpu主板还设置有编程接口，用于对第三方自由通信协议设备编程。该数据网关在cpu主板上设置板载接口，但是在cpu主板上设置板载接口对制造工艺和成本的要求较高，不利于推广。
6.目前没有发现同本实用新型类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。


技术实现要素：

7.本实用新型针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种用于工业现场的标识数据网关及其系统。
8.本实用新型是通过以下技术方案实现的。
9.根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于工业现场的标识数据网关，包括：底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板；其中：
10.所述底板上设置有不同类型的总线接口、arm板连接部和fpga板连接部，所述arm嵌入式开发板连接于所述arm板连接部上，所述fpga开发板连接于所述fpga板连接部上；
11.所述arm嵌入式开发板上设置有用于实现将工业互联网终端数据采集设备接入工业互联网功能的第一以太网接口；
12.所述fpga开发板上设置有用于实现将所述标识数据网关接入企业应用平台和/或行业解析节点功能的第二以太网接口；
13.所述底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板平行叠放设置，且所述底板设置于所述arm嵌入式开发板与所述fpga开发板之间。
14.优选地，所述总线接口包括：rs485接口、rs232接口、can接口和gpio接口。
15.优选地，所述rs485接口支持至少12路rs485总线接入，用于实现工业互联网终端群的rs485总线通信的设备信息采集与指令下发功能。
16.优选地，所述rs232接口支持至少16路rs232总线接入，用于实现工业互联网终端群的rs232总线通信的设备信息采集与指令下发功能。
17.优选地，所述底板上还设置有电源接口。
18.优选地，所述arm嵌入式开发板上设置的第一以太网接口支持1路千兆以太网接入。
19.优选地，所述fpga开发板上设置的第二以太网接口支持4路千兆以太网接入。
20.优选地，所述arm嵌入式开发板还设置有用于实现产品接入工业互联网功能的4g网络接口。
21.优选地，所述arm嵌入式开发板还设置有用于实现对所述标识数据网关进行调试、测试和/或维护功能的编程接口。
22.优选地，所述数据网关还包括：外壳，所述底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板设置于所述外壳内部；所述外壳上设置有分别与所述底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板上的各种类型的接口相对应的外接口。
23.根据本实用新型的另一个方面，提供了一种用于工业现场的标识数据网关系统，包括上述任一项所述的用于工业现场的标识数据网关以及与所述标识数据网关通信连接的工业现场设备。
24.优选地，所述工业现场设备包括：rs485接口传感器设备、rs232接口传感器设备、can接口传感器设备和gpio接口设备；其中：
25.所述rs485接口传感器设备与所述标识数据网关的rs485接口通信连接；
26.所述rs232接口传感器设备与所述标识数据网关的rs232接口通信连接；
27.所述can接口传感器设备与所述标识数据网关的can接口通信连接；
28.所述gpio接口设备与所述标识数据网关的gpio接口通信连接；
29.工业现场的终端局域网的端口与所述标识数据网关的fpga开发板的第二以太网接口通信连接；
30.工业现场的工业互联网的端口与所述标识数据网关的arm嵌入式开发板的第一以太网接口通信连接。
31.由于采用了上述技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有如下至少一项的有益效果：
32.本实用新型提供的用于工业现场的标识数据网关及其系统，其中用于工业现场的标识数据网关能够作为连接不同设备、不同现场总线协议、不同通讯协议、不同工业传输协议之间的桥梁，进而完成各类设备间协议转换和数据交互的工作。
33.本实用新型提供的用于工业现场的标识数据网关及其系统，通过增加底板的方
式，增加外挂接口，对网关所支持的数据采集方式进行扩展，能够实现对各类型信息进行采集和传输，并且便于接口维修，应用场景的覆盖范围更广泛，对制造工艺要求较低，结构简单，成本低。
34.本实用新型提供的用于工业现场的标识数据网关及其系统，针对工业现场各类设备接入、设备控制的具体需求加以凝练，全方位覆盖工业现场设备接入需求。
35.本实用新型提供的用于工业现场的标识数据网关及其系统，通过底板设置外挂接口，制造工艺要求低、结构简单、成本低，适宜推广。
附图说明
36.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
37.图1为本实用新型一实施例中用于工业现场的标识数据网关的结构框架图。
38.图2为本实用新型一优选实施例中现场级表示数据网关的连接关系示意图。
39.图3为本实用新型一优选实施例中用于工业现场的标识数据网关的外壳接口结构示意图。
具体实施方式
40.下面对本实用新型的实施例作详细说明：本实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
41.图1为本实用新型一实施例提供的用于工业现场的标识数据网关的结构框架图。
42.如图1所示，该实施例提供的用于工业现场的标识数据网关，可以包括：底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板；其中：
43.底板上设置有不同类型的总线接口、arm板连接部和fpga板连接部，arm嵌入式开发板连接于arm板连接部上，fpga开发板连接于fpga板连接部上；
44.arm嵌入式开发板上设置有用于实现将将工业互联网终端数据采集设备接入工业互联网功能的第一以太网接口；
45.fpga开发板上设置有用于实现将标识数据网关接入企业应用平台和/或行业解析节点功能的第二以太网接口；
46.底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板平行叠放设置，且底板设置于arm嵌入式开发板与fpga开发板之间。
47.在该实施例中，作为一优选实施例，总线接口包括：rs485接口、rs232接口、can接口和gpio接口。
48.在该实施例中，作为一优选实施例，rs485接口支持至少12路rs485总线接入，用于实现工业互联网终端群的rs485总线通信的设备信息采集与指令下发功能。
49.在该实施例中，作为一优选实施例，rs232接口支持至少16路rs232总线接入，用于实现工业互联网终端群的rs232总线通信的设备信息采集与指令下发功能。
50.在该实施例中，作为一优选实施例，底板上还设置有电源接口。
51.在该实施例中，作为一优选实施例，arm嵌入式开发板上设置的第一以太网接口支持1路千兆以太网接入。
52.在该实施例中，作为一优选实施例，fpga开发板上设置的第二以太网接口支持4路千兆以太网接入。
53.在该实施例中，作为一优选实施例，arm嵌入式开发板还设置有用于实现产品接入工业互联网功能的4g网络接口。
54.在该实施例中，作为一优选实施例，arm嵌入式开发板还设置有用于实现对标识数据网关进行调试、测试和/或维护功能的编程接口。
55.在该实施例中，作为一优选实施例，该数据网关还包括：外壳，底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板设置于外壳内部；外壳上设置有分别与底板、arm嵌入式开发板和fpga开发板上的各种类型的接口相对应的外接口。
56.图2为本实用新型一优选实施例提供的现场级表示数据网关的连接关系示意图。
57.如图2所示，该优选实施例提供的现场级表示数据网关，采用arm fpga架构，通过底板连接fpga开发板板和arm嵌入式开发板，并在底板上增设外挂数据接口，该外挂数据接口包括：rs485接口、rs232接口、can接口和gpio接口。
58.该优选实施例提供的用于工业现场的标识数据网关，其底板、arm嵌入式开发板板和fpga开发板之间采用平行叠放的方式，集成rs485、rs232、can数据总线接口以及gpio通用接口，最高支持1000个传感器节点数据的采集；板载2个千兆以太网接口接入企业平台或数据交互平台；1个千兆以太网接入互联网；1个4g模块支持无线接入互联网。该优选实施例在硬件上进行创新，采用多端口设计方案，考虑多种接入的要求，通过可插拔的模块化硬件接口设计，以实现通过网关可以方便地连接多种终端设备，从而整合多种公共基础网络的接入方式。
59.本技术中，由于核心板(arm嵌入式开发板板和fpga开发板)的制作工艺复杂，往往是6层板以上，面积小、元件密集，造价高；而底板可以使用相对简单的制作工艺，布局对体积不太敏感的元件，因此通过在底板上集成上述各类型的接口，能够降低整体成本，并且便于维护。
60.该优选实施例提供的用于工业现场的标识数据网关，其外层外壳符合ip65防护标准。
61.在本实用新型部分实施例中：
62.采用fpga开发板和arm嵌入式开发板相结合的方式，并通过底板连接，能够有效降低成本，并简化结构。
63.在底板上设置有：
64.rs485接口：支持12路rs485总线接入，实现工业互联网终端群的rs485总线通信的设备信息采集与指令下发。
65.rs232接口：支持16路rs232总线接入，实现工业互联网终端群的rs232总线通信的设备信息采集与指令下发。
66.fpga板连接部：用于连接fpga开发板；
67.arm板连接部：用于连接arm嵌入式开发板。
68.上述的fpga开发板，包括以太网接口：支持连接4路千兆以太网，实现接入企业应
用平台和行业解析节点。
69.上述的arm嵌入式开发板也包括以太网接口：支持连接1路千兆以太网，实现产品接入工业互联网的功能；还包括编程接口：用于实现对标识数据网关进行调试、测试和/或维护功能。
70.可选地，上述的arm嵌入式开发板还包括4g接口：用于实现产品接入工业互联网的功能。
71.上述的fpga开发板，通过以太网接口，能够实现进行多种工业通讯协议解析、多源工业数据多目标格式转换、实时存储与智能预处理等功能，实现生产设备/工业产品运行状态、异常情况等数据的采集，进而可以通过内嵌通信采集规约库和转发规约库实现同时采集多个不同子系统的数据，进行数据集中汇总、分类和预处理，并对多个上级调度等平台系统进行数据转发等功能。
72.上述的arm模块，通过编程接口对标识数据网关进行调试、测试和/或维护。
73.本实用新型上述实施例提供的用于工业现场的标识数据网关，能够为客户提供通过相应的连接接口，通过工业以太网长距离数据传输功能和工业互联网解析节点接入功能，支持采集各类传感器、控制器、仪器仪表数据，适合作为大规模分布式设备的接入节点，满足工业级标准。本实用新型上述实施例提供的用于工业现场的标识数据网关的外壳接口结构，如图3所示。
74.本实用新型一实施例提供了一种现场级标识数据网关系统，提供了一种用于工业现场的标识数据网关系统，包括本实用新型上述实施例中任一项的用于工业现场的标识数据网关以及与该标识数据网关通信连接的工业现场设备。
75.在该实施例中，作为一具体应用实例，工业现场设备包括：rs485接口传感器设备、rs232接口传感器设备、can接口传感器设备和gpio接口设备；其中：
76.rs485接口传感器设备与标识数据网关的rs485接口通信连接；
77.rs232接口传感器设备与标识数据网关的rs232接口通信连接；
78.can接口传感器设备与标识数据网关的can接口通信连接；
79.gpio接口设备与标识数据网关的gpio接口通信连接；
80.工业现场的终端局域网的端口与标识数据网关的fpga开发板的第二以太网接口通信连接；
81.工业现场的工业互联网的端口与标识数据网关的arm嵌入式开发板的第一以太网接口通信连接。
82.本实用新型提供的用于工业现场的标识数据网关及其系统，其中用于工业现场的标识数据网关能够作为连接不同设备、不同现场总线协议、不同通讯协议、不同工业传输协议之间的桥梁，进而完成各类设备间协议转换和数据交互的工作；通过增加底板的方式，增加外挂接口，对网关所支持的数据采集方式进行扩展，能够实现对各类型信息进行采集和传输，并且便于接口维修，应用场景的覆盖范围更广泛，结构简单，成本低；针对工业现场各类设备接入、设备控制的具体需求加以凝练，全方位覆盖工业现场设备接入需求。
83.以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。