PROFI BUS-DP／MODBUS的網(wǎng)關(guān)結構設計

引 言
作為我國第一個(gè)工業(yè)通信領(lǐng)域現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)國家標準的PROFIBUS現場(chǎng)總線(xiàn)，其應用范圍已經(jīng)相當廣泛，占有很大的市場(chǎng)份額。在PROFIBUS家族中，PROFIBUS－DP總線(xiàn)的應用最為廣泛。
國內的一些廠(chǎng)商都在開(kāi)發(fā)并相繼推出自己的現場(chǎng)總線(xiàn)系列產(chǎn)品。但是其FCS系列產(chǎn)品在快速接入主流現場(chǎng)總線(xiàn)系統中有一些阻力，所占市場(chǎng)份額比較小，其提供的系統設計方案大多還是在主推DCS系統。為了能夠快速接入主流現場(chǎng)總線(xiàn)，結合國家863課題，中國四聯(lián)儀器儀表集團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)現其FCS系列輸入／輸出從站設備快速無(wú)縫接入PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò )，并借此來(lái)提高其自動(dòng)化設備的應用范圍。

1 系統的總體設計
MODBUS總線(xiàn)采用單主多從、查詢(xún)一回應的工作方式，具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高、受干擾的概率低、傳輸實(shí)時(shí)性能較好等優(yōu)點(diǎn)；但是MODBUS總線(xiàn)沒(méi)有路由器、網(wǎng)關(guān)等網(wǎng)絡(luò )互聯(lián)設備，網(wǎng)絡(luò )規模有限，大型組網(wǎng)能力和網(wǎng)絡(luò )處理能力較差。
本系統使采用MODBUS協(xié)議的現場(chǎng)設備無(wú)縫接入PROFIBUS－DP現場(chǎng)總線(xiàn)系統，以此來(lái)提高現場(chǎng)設備選擇的靈活性。這樣做不僅僅擴展了MODBUS網(wǎng)絡(luò )和PROFIBUS－DP網(wǎng)絡(luò )的互聯(lián)性，還大大降低了系統升級和更新?lián)Q代所需要的費用。
系統總體結構如圖1所示。其關(guān)鍵部分是智能網(wǎng)關(guān)，它實(shí)現了協(xié)議之間的相互轉換，無(wú)縫鏈接PROFIBUS－DP現場(chǎng)總線(xiàn)系統與MODBUS總線(xiàn)系統，使同一系統內同時(shí)存在PROFIBUS－DP總線(xiàn)和MODBUS總線(xiàn)的設備，已經(jīng)存在和使用的設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)集團開(kāi)發(fā)的主控制器，本智能網(wǎng)關(guān)在設計上為其預留了一個(gè)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)現工業(yè)現場(chǎng)信號的檢測或控制執行設備的運行。

2 PROFIBUS－DP／MODBUS網(wǎng)關(guān)結構設計
PROFIBUS－DP／MODBUS嵌入式網(wǎng)關(guān)硬件結構如圖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。

本硬件設計要求串行口速率能夠達到921．6 kbps?；诖艘?，硬件平臺選用Philips公司的ARM7TDMI核的微處理器。電源管理模塊負責整套系統的電源供給。系統的穩定運行和電源模塊的穩定性能關(guān)系密切，此處設計的電源模塊兼有熱插拔和電壓轉換的功能。PROFIBUS－DP從站模塊的核心功能由協(xié)議芯片(VPC3+C)來(lái)實(shí)現，從站單元的配置和管理則由中央處理器模塊來(lái)完成。