PROFI BUS-DP／MODBUS的网关结构设计

引 言
作为我国第一个工业通信领域现场总线技术国家标准的PROFIBUS现场总线，其应用范围已经相当广泛，占有很大的市场份额。在PROFIBUS家族中，PROFIBUS－DP总线的应用最为广泛。
国内的一些厂商都在开发并相继推出自己的现场总线系列产品。但是其FCS系列产品在快速接入主流现场总线系统中有一些阻力，所占市场份额比较小，其提供的系统设计方案大多还是在主推DCS系统。为了能够快速接入主流现场总线，结合国家863课题，中国四联仪器仪表集团有限公司与本教研室共同研发PROFIBUS－DP／MODBUS网关，以期实现其FCS系列输入／输出从站设备快速无缝接入PROFIBUS－DP网络，并借此来提高其自动化设备的应用范围。

1 系统的总体设计
MODBUS总线采用单主多从、查询一回应的工作方式，具有结构简单、可靠性高、受干扰的概率低、传输实时性能较好等优点；但是MODBUS总线没有路由器、网关等网络互联设备，网络规模有限，大型组网能力和网络处理能力较差。
本系统使采用MODBUS协议的现场设备无缝接入PROFIBUS－DP现场总线系统，以此来提高现场设备选择的灵活性。这样做不仅仅扩展了MODBUS网络和PROFIBUS－DP网络的互联性，还大大降低了系统升级和更新换代所需要的费用。
系统总体结构如图1所示。其关键部分是智能网关，它实现了协议之间的相互转换，无缝链接PROFIBUS－DP现场总线系统与MODBUS总线系统，使同一系统内同时存在PROFIBUS－DP总线和MODBUS总线的设备，已经存在和使用的设备不必做任何改变就能够直接接入PROFIBUS－DP网络。

其中，微控制器为中国四联集团开发的主控制器，本智能网关在设计上为其预留了一个用于和主控制器进行通信的通信接口。底层的I／O模块实现工业现场信号的检测或控制执行设备的运行。

2 PROFIBUS－DP／MODBUS网关结构设计
PROFIBUS－DP／MODBUS嵌入式网关硬件结构如图2所示。按照功能模块划分，网关可以分为电源管理模块、中央处理器模块、PROFIBUS－DP从站模块和RS485通信模块。

本硬件设计要求串行口速率能够达到921．6 kbps。基于此要求，硬件平台选用Philips公司的ARM7TDMI核的微处理器。电源管理模块负责整套系统的电源供给。系统的稳定运行和电源模块的稳定性能关系密切，此处设计的电源模块兼有热插拔和电压转换的功能。PROFIBUS－DP从站模块的核心功能由协议芯片(VPC3+C)来实现，从站单元的配置和管理则由中央处理器模块来完成。