[实用新型]一种有线和无线热备冗余通信的低成本现场测控网关模块

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是一种有线和无线热备冗余通信的低成本现场测控网关模块。

背景技术

在工业应用领域，现场总线控制系统FCS已经成熟，逐渐取代原来的集散型控制系统DCS。FCS具有安装简单，数字化程度高，具有故障诊断和按缺省值保护运行等优点。能为用户节约成本，提高自动化水平和系统的智慧水平。

但是现场总线多采用总线型结构，如果其中的一个节点脱线，有可能造成总线通信中断，总线网络中的主机将不能访问中断点之后的节点，造成通信可靠性风险较大的遗憾。所以有的总线采用环网结构，一个节点脱线，环网拓扑变成总线拓扑，主机可以继续和非脱线的节点通信。这就是冗余环网技术。但是应用该技术需要环网管理模块，增加了设备成本；并且头尾要相接，增加了安装成本。

无线通信技术和无线网络技术由于其移动性好、无需布线、功耗低、自适应组网等优点得到工业界的广泛关注，并逐渐走向成熟。从原来较多的无线传感器网络应用，到现在已经开始应用于控制领域。如已经出现了适用于工业无线模块和无线测控网络的改进PID算法。艾默生过程管理自动化部门研制的无线模块已经成功使用在化工、水泥等行业。无线通信网络多采用多跳技术来提高通信的可靠性和环境适应性。很多还采用Mesh网络模式进行多路由可靠通信。目前使用较多的无线通信技术有GPRS通信、WiFi通信和其他如nRF、zigbee等无线局域通信网络。

但总的来说，目前应用在工业的无线通信技术在通信速率、安全性、抗干扰能力等方面与有线通信还是存在一定差距。在大型的尤其是新建的工业网络中，大多还是优先采用有线网络，距离较远时，采用光纤作为通信介质。而无线网络作为有线通信的一个备用通信网络。

在广域网中，有一种有线和无线相互备份的双网冗余方案。主要作用是在一种网络出现故障时，路由器自动切换到另一种网络，从而达到提高通讯的稳定性的作用。如MOXA的F4X33系列产品。F4X33系列产品可支持无线移动网络、普通PPPOE方式或静态IP接入方式的有线网络，并支持自动冗余备份功能。

该方案的特点是：

1)属于广域网应用

2)有路由器进行管理，即具有专门的冗余管理设备

3)运营成本较高，如果采用该方案为工业场站系统构建一个测控平台，则场站中的每个节点都需要一个IP或者一个移动通信的SIM卡，否则就需要将仪表点归总到一个设备上，将该设备连入网络。这样的话，从仪表到连入网络的设备间仍需要布线和安装。则支持冗余通信的设备就不是现场级的通信模块。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种有线和无线热备冗余通信的低成本现场测控网关模块。

本实用新型的技术方案如下：

一种有线和无线热备冗余通信的低成本现场测控网关模块，包括有线现场总线通信接口、有线通信管理单元、无线通信接口、无线通信管理单元、中央处理器、通信接口、供电单元和存储器，有线现场总线通信接口连接有线通信管理单元，有线通信管理单元连接中央处理器，无线通信接口连接无线通信管理单元，无线通信管理单元连接中央处理器，中央处理器连接通信接口，通信接口用于上位机HMI设备；供电单元为网关模块提供24V DC电源，存储器用于存储数据。

本实用新型的有益效果为：

1)网关模块在现场通过I/O模块可以获取仪表的状态或者控制现场设备。同时其有线和无线通信单元可以采用上述的算法实现冗余通信，如此则可以构建一个现场级的双网络冗余通信的测控系统。提高了工业现场监测与控制系统的可靠性。

2)网关模块和IO模块之间的通信采用的是工业总线和无线局域网技术，一次性硬件投资后，运营过程中不需要支付任何通信费用，所以是一个零成本通信运营的可靠现场测控网络。

3)网关模块和IO模块的处理器/控制器中运行上述的冗余通信管理算法，就可以实现主从机通信的双网络冗余。所以不需要额外的冗余管理设备，节约了成本，简化了冗余通信网络结构。

4)构建的现场测控网络中的有线通信采用是可靠工业现场总线，采用的是总线型结构，一般可以用菊花链连接方式将从机按照就近原则依次相连，最后连接到主机上。所以整个系统就只有一条物理连接电缆就可以实现双网络冗余的可靠通信。因此系统的安装特别简单、快捷，所以安装成本低、周期短。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型从机结构示意图；

图3为本实用新型主机结构示意图；