PROFI BUS-DP／MODBUS的網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

引 言
作為我國第一個工業(yè)通信領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)的PROFIBUS現(xiàn)場總線，其應(yīng)用范圍已經(jīng)相當(dāng)廣泛，占有很大的市場份額。在PROFIBUS家族中，PROFIBUS－DP總線的應(yīng)用最為廣泛。
國內(nèi)的一些廠商都在開發(fā)并相繼推出自己的現(xiàn)場總線系列產(chǎn)品。但是其FCS系列產(chǎn)品在快速接入主流現(xiàn)場總線系統(tǒng)中有一些阻力，所占市場份額比較小，其提供的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案大多還是在主推DCS系統(tǒng)。為了能夠快速接入主流現(xiàn)場總線，結(jié)合國家863課題，中國四聯(lián)儀器儀表集團(tuán)有限公司與本教研室共同研發(fā)PROFIBUS－DP／MODBUS網(wǎng)關(guān)，以期實(shí)現(xiàn)其FCS系列輸入／輸出從站設(shè)備快速無縫接入PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)，并借此來提高其自動化設(shè)備的應(yīng)用范圍。

1 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)
MODBUS總線采用單主多從、查詢一回應(yīng)的工作方式，具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、受干擾的概率低、傳輸實(shí)時性能較好等優(yōu)點(diǎn)；但是MODBUS總線沒有路由器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模有限，大型組網(wǎng)能力和網(wǎng)絡(luò)處理能力較差。
本系統(tǒng)使采用MODBUS協(xié)議的現(xiàn)場設(shè)備無縫接入PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)，以此來提高現(xiàn)場設(shè)備選擇的靈活性。這樣做不僅僅擴(kuò)展了MODBUS網(wǎng)絡(luò)和PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)性，還大大降低了系統(tǒng)升級和更新?lián)Q代所需要的費(fèi)用。
系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。其關(guān)鍵部分是智能網(wǎng)關(guān)，它實(shí)現(xiàn)了協(xié)議之間的相互轉(zhuǎn)換，無縫鏈接PROFIBUS－DP現(xiàn)場總線系統(tǒng)與MODBUS總線系統(tǒng)，使同一系統(tǒng)內(nèi)同時存在PROFIBUS－DP總線和MODBUS總線的設(shè)備，已經(jīng)存在和使用的設(shè)備不必做任何改變就能夠直接接入PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò)。

其中，微控制器為中國四聯(lián)集團(tuán)開發(fā)的主控制器，本智能網(wǎng)關(guān)在設(shè)計(jì)上為其預(yù)留了一個用于和主控制器進(jìn)行通信的通信接口。底層的I／O模塊實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信號的檢測或控制執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行。

2 PROFIBUS－DP／MODBUS網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
PROFIBUS－DP／MODBUS嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。按照功能模塊劃分，網(wǎng)關(guān)可以分為電源管理模塊、中央處理器模塊、PROFIBUS－DP從站模塊和RS485通信模塊。

本硬件設(shè)計(jì)要求串行口速率能夠達(dá)到921．6 kbps?；诖艘?，硬件平臺選用Philips公司的ARM7TDMI核的微處理器。電源管理模塊負(fù)責(zé)整套系統(tǒng)的電源供給。系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和電源模塊的穩(wěn)定性能關(guān)系密切，此處設(shè)計(jì)的電源模塊兼有熱插拔和電壓轉(zhuǎn)換的功能。PROFIBUS－DP從站模塊的核心功能由協(xié)議芯片(VPC3+C)來實(shí)現(xiàn)，從站單元的配置和管理則由中央處理器模塊來完成。