PROFI BUS-DP／MODBUS的網關結構設計

引 言
作為我國第一個工業通信領域現場總線技術國家標準的PROFIBUS現場總線，其應用范圍已經相當廣泛，占有很大的市場份額。在PROFIBUS家族中，PROFIBUS－DP總線的應用最為廣泛。
國內的一些廠商都在開發并相繼推出自己的現場總線系列產品。但是其FCS系列產品在快速接入主流現場總線系統中有一些阻力，所占市場份額比較小，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總線，結合國家863課題，中國四聯儀器儀表集團有限公司與本教研室共同研發PROFIBUS－DP／MODBUS網關，以期實現其FCS系列輸入／輸出從站設備快速無縫接入PROFIBUS－DP網絡，并借此來提高其自動化設備的應用范圍。

1 系統的總體設計
MODBUS總線采用單主多從、查詢一回應的工作方式，具有結構簡單、可靠性高、受干擾的概率低、傳輸實時性能較好等優點；但是MODBUS總線沒有路由器、網關等網絡互聯設備，網絡規模有限，大型組網能力和網絡處理能力較差。
本系統使采用MODBUS協議的現場設備無縫接入PROFIBUS－DP現場總線系統，以此來提高現場設備選擇的靈活性。這樣做不僅僅擴展了MODBUS網絡和PROFIBUS－DP網絡的互聯性，還大大降低了系統升級和更新換代所需要的費用。
系統總體結構如圖1所示。其關鍵部分是智能網關，它實現了協議之間的相互轉換，無縫鏈接PROFIBUS－DP現場總線系統與MODBUS總線系統，使同一系統內同時存在PROFIBUS－DP總線和MODBUS總線的設備，已經存在和使用的設備不必做任何改變就能夠直接接入PROFIBUS－DP網絡。

其中，微控制器為中國四聯集團開發的主控制器，本智能網關在設計上為其預留了一個用于和主控制器進行通信的通信接口。底層的I／O模塊實現工業現場信號的檢測或控制執行設備的運行。

2 PROFIBUS－DP／MODBUS網關結構設計
PROFIBUS－DP／MODBUS嵌入式網關硬件結構如圖2所示。按照功能模塊劃分，網關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議芯片(VPC3+C)來實現，從站單元的配置和管理則由中央處理器模塊來完成。