專利名稱：MODBUS/TCP 工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到多種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，特別是一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)(DeviceNet)現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)場總線是應(yīng)用在生產(chǎn)現(xiàn)場、在微機化測量控制設(shè)備之間實現(xiàn)雙向串行多節(jié)點數(shù)字通信的系統(tǒng)，也被稱為開放式、數(shù)字化、多點通信的底層控制網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)場總線技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展，已經(jīng)形成了多標(biāo)準共存的局面，任何一種標(biāo)準都無法完全取代其他標(biāo)準。生產(chǎn)廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，在開發(fā)某種產(chǎn)品時開始尋求為其配備多種現(xiàn)場總線接口的方案，而用戶在選用產(chǎn)品時也要考慮所選用的產(chǎn)品與整個系統(tǒng)的兼容性及可擴展性。同時現(xiàn)存的多種現(xiàn)場總線標(biāo)準普遍存在數(shù)據(jù)傳輸率較低的情況，因此在要求有較高傳輸率的環(huán)境下就顯得力不從心。而且多種現(xiàn)場總線標(biāo)準互不兼容，給系統(tǒng)的集成和用戶的使用、維護帶來了很大的不便。而工業(yè)以太網(wǎng)和多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)為上述問題的提出提供了良好的解決方案。
工業(yè)以太網(wǎng)是在以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上定義了適用于工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境的應(yīng)用層、用戶層等高層協(xié)議而構(gòu)成的。工業(yè)以太網(wǎng)具有通訊速度高、基礎(chǔ)節(jié)點多、底層協(xié)議標(biāo)準統(tǒng)一等優(yōu)點，并且具有廣范的市場前景。協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)作為異種網(wǎng)絡(luò)互連的關(guān)鍵技術(shù)，已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)的研究熱點，國內(nèi)外許多公司也看出這方面的市場前景，抓住契機，紛紛開始著手研制各種功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置。德國的SIEMENS公司在基于Profibus的控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)了控制層現(xiàn)場總線與管理層以太網(wǎng)的連接；美國Rockwell Automation公司在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)了FF H1、ControlNet、DeviceNet、以太網(wǎng)等現(xiàn)場總線之間的互連；瑞典的HMS公司已經(jīng)開發(fā)了AnyBus-X系列的工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換器。國內(nèi)的一些公司在這方面也邁出了可喜的一步。浙大中控公司在其所推出的控制系統(tǒng)中實現(xiàn)了HART協(xié)議現(xiàn)場總線、FF H1現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)的互連；北京鼎實創(chuàng)新科技有限公司開發(fā)出Profibus與CAN、MODBUS等現(xiàn)場總線的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，現(xiàn)在正在著手研制Profibus與以太網(wǎng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置。工業(yè)以太網(wǎng)的發(fā)展和協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展均對現(xiàn)場總線技術(shù)起到了推動作用，但是目前的一些研究和應(yīng)用多是針對兩種協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，而且多是基于同種協(xié)議標(biāo)準的協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，例如同是基于CIP協(xié)議的Ethernet/IP工業(yè)以太網(wǎng)和ControlNet、DeviceNet協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換就是這種情況。而針對兩種以上的協(xié)議轉(zhuǎn)換和基于不同種協(xié)議標(biāo)準的協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換的研究還有待于在理論和應(yīng)用上進一步深化。為此，研制能夠?qū)崿F(xiàn)多協(xié)議轉(zhuǎn)換功能的協(xié)議轉(zhuǎn)換器是解決上述問題的有效方案。
費敏銳等人在2003年6月20日提交的發(fā)明專利“MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置”(申請?zhí)?3129417.0)給出了一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)和設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置。方彥軍等人在2003年11月6日提交的實用新型專利“現(xiàn)場總線協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置”(申請?zhí)?00320120428.7)給出了一種PROFIBUS DP現(xiàn)場總線與MODBUS現(xiàn)場總線協(xié)議之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置。陳小楓等人在2003年9月11日提交的實用新型專利“連接高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA總線的現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元”(申請?zhí)?3209404.3)給出了一種HSE高速以太網(wǎng)與PROFIBUS-DP/PA現(xiàn)場總線之間的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)單元。但在已公布的專利文獻中尚未有涉及到在同一裝置內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和PROFIBUS DP現(xiàn)場總線之間多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置的內(nèi)容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和PROFIBUS DP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置，通過單元設(shè)備將多個工業(yè)通訊網(wǎng)絡(luò)兼容到一個通訊框架中，既能滿足底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)實時性等要求，又能滿足信息層網(wǎng)絡(luò)高效率、大容量的需要。
本發(fā)明涉及的DeviceNet現(xiàn)場總線是在1994年由美國的Allen-Bradly公司開發(fā)的，它的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層基于CAN總線規(guī)范，在應(yīng)用層以對象模型描述節(jié)點。PROFIBUS DP現(xiàn)場總線符合EN50170歐洲標(biāo)準和IEC1158-2標(biāo)準，它是由以西門子公司為主的十幾家德國公司、研究所共同推出的，專為自動控制系統(tǒng)和設(shè)備級分散I/O之間通信設(shè)計，主要用于分布式控制系統(tǒng)的高速數(shù)據(jù)傳輸。它采用OSI模型中的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和包含了DP基本功能與DP行規(guī)的用戶接口。MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議是法國施耐德公司于1998年推出的。該協(xié)議是一種應(yīng)用層協(xié)議，其物理層和數(shù)據(jù)鏈路層基于以太網(wǎng)，應(yīng)用層的定義與MODBUS協(xié)議家族的其它協(xié)議通用。MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議和PROFIBUS DP協(xié)議在物理層采用不同的規(guī)范，在數(shù)據(jù)鏈路層采用不同的介質(zhì)訪問方式。在應(yīng)用層上，DeviceNet協(xié)議采用基于對象模型的描述，PROFIBUS DP協(xié)議通過用戶接口進行定義，而MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議基于功能碼實現(xiàn)命令。為了實現(xiàn)三種協(xié)議的轉(zhuǎn)換，協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置既要滿足三種協(xié)議物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的要求，又要能夠?qū)Ω髯缘膽?yīng)用層定義分別作出解釋，這也是發(fā)明要解決的主要技術(shù)問題。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與DeviceNet現(xiàn)場總線和PROFIBUS DP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，由工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊實現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議，由PROFIBUS DP主節(jié)點通訊適配器模塊實現(xiàn)PROFIBUS DP現(xiàn)場總線協(xié)議。其特征在于由微處理器中的軟件建立統(tǒng)一的多協(xié)議轉(zhuǎn)換報文模型，實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和PROFIBUS DP現(xiàn)場總線間的應(yīng)用層協(xié)議轉(zhuǎn)換。
上述的統(tǒng)一的報文模型是①DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置報文包含了針對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的開辟量；②Profibus網(wǎng)絡(luò)配置報文包含了針對Profibus網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的開辟量；③轉(zhuǎn)換器配置報文包含了協(xié)議轉(zhuǎn)換器正常運行時的運行參數(shù)，包括系統(tǒng)中的總線類型，各個總線上的節(jié)點數(shù)，系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)量、狀態(tài)數(shù)據(jù)量、控制命令數(shù)據(jù)量以及初始化時需要的參數(shù)；④節(jié)點過程數(shù)據(jù)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的現(xiàn)場測量值，該報文是周期性的報文，包含了進行過程數(shù)據(jù)通訊的節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、過程數(shù)據(jù)的內(nèi)容；⑤節(jié)點狀態(tài)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的運行狀態(tài)，包含了節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、該節(jié)點的運行狀態(tài)；⑥節(jié)點開/關(guān)報文用來確保系統(tǒng)的安全性，一旦發(fā)現(xiàn)某一通訊節(jié)點發(fā)生異常，上位機可直接控制該節(jié)點的開/關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開/關(guān)位是1時表示關(guān)閉該節(jié)點，當(dāng)開/關(guān)位是0時表示打開該節(jié)點⑦控制命令報文允許上位機對某一節(jié)點的現(xiàn)場單元進行直接遠程控制，可通過該報文直接對被控節(jié)點下發(fā)設(shè)定值、控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。
上述的多協(xié)議轉(zhuǎn)換的步驟為(1)執(zhí)行初始化程序，對各通訊接口模塊和多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進行初始化操作；
(2)讀取總線上各個節(jié)點信息，并將讀取的信息打包成報文模型中的規(guī)定格式，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中；(3)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出已經(jīng)打包好的節(jié)點數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)以太網(wǎng)；(4)從工業(yè)以太網(wǎng)模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的類型打包成規(guī)定格式的報文，并存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的對應(yīng)映射區(qū)間；(5)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出相應(yīng)的報文，根據(jù)報文標(biāo)識判斷報文類型，進而選擇發(fā)送策略，對總線上的從節(jié)點進行對應(yīng)操作；(6)通過硬件端口判斷總線的網(wǎng)絡(luò)配置信息或轉(zhuǎn)換器的配置信息是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，重新讀取配置信息并更新配置信息存儲區(qū)，如果配置信息沒有被更新，繼續(xù)執(zhí)行其他操作；(7)循環(huán)執(zhí)行以上步驟(2)-(6)。
上述的多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置初始化步驟為微處理器從電可擦除存儲器中取出預(yù)置的轉(zhuǎn)換裝置運行參數(shù)，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊的雙端口存儲器輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊的初始化參數(shù)，DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊的雙端口存儲器中輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊初始化參數(shù)，Profibus主節(jié)點通訊適配器模塊的雙端口存儲器中輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，Profibus主節(jié)點通訊適配器模塊初始化參數(shù)。微處理器讀取各個通訊適配器模塊的郵箱報文區(qū)，判斷DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)和節(jié)點狀態(tài)，動態(tài)分配靜態(tài)存儲器(RAM)中各類型報文緩沖區(qū)的容量。
上述的讀取總線上各個節(jié)點信息并將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)以太網(wǎng)的步驟為微處理器讀取總線上各個節(jié)點的數(shù)據(jù)，判斷是過程數(shù)據(jù)還是狀態(tài)數(shù)據(jù)，并將其存儲到靜態(tài)存儲器的相應(yīng)緩沖區(qū)中，微處理器從緩沖區(qū)中取出報文，判斷報文所屬的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)模塊。
上述的從工業(yè)以太網(wǎng)模塊讀取數(shù)據(jù)并對總線上各節(jié)點進行相應(yīng)操作的步驟為微處理器從工業(yè)以太網(wǎng)模塊讀取數(shù)據(jù)，判斷是節(jié)點開關(guān)報文還是控制命令報文，并將其存儲到靜態(tài)存儲器的相應(yīng)緩沖區(qū)中，微處理器從緩沖區(qū)中取出報文，判斷報文所屬的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到相應(yīng)的現(xiàn)場總線通訊模塊。
一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊和Profibus現(xiàn)場總線主節(jié)點通訊適配器模塊，其特征在于有一個微處理器通過內(nèi)部總線與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊、Profibus現(xiàn)場總線主節(jié)點通訊適配器模塊以及一個靜態(tài)存儲器連接，微處理器通過一個串行外圍接口連接一個電可擦除存儲器；上述的工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊通過以太網(wǎng)接口連接以太網(wǎng)，該模塊內(nèi)雙端口存儲器分為三部分輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲器連接內(nèi)部總線；DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊通過現(xiàn)場總線接口連接DeviceNet現(xiàn)場總線，該模塊雙端口存儲器分為三部分輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲器連接內(nèi)部總線；Profibus主節(jié)點通訊適配器模塊通過現(xiàn)場總線接口連接Profibus現(xiàn)場總線，該模塊雙端口存儲器分為三部分輸入?yún)^(qū)、輸出區(qū)和郵箱區(qū)，經(jīng)雙端口存儲器連接內(nèi)部總線上述的微處理器采用數(shù)字信號處理器。
本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比，具有如下顯而易見的突出特點和顯著的進步(1)分別采用符合各自協(xié)議規(guī)范的通訊適配器模塊，在一個裝置內(nèi)實現(xiàn)了工業(yè)以太網(wǎng)接口功能、DeviceNet現(xiàn)場總線主節(jié)點功能和Profibus DP現(xiàn)場總線主節(jié)點功能。
(2)在一個裝置內(nèi)，實現(xiàn)了MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和ProfibusDP現(xiàn)場總線間物理層和數(shù)據(jù)鏈路層之間的轉(zhuǎn)換。
(3)建立了統(tǒng)一的報文模型，實現(xiàn)了基于不同協(xié)議標(biāo)準的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間應(yīng)用層協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明實現(xiàn)了基于不同協(xié)議標(biāo)準的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus和現(xiàn)場總線之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，解決了多總線網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)問題，提高了控制系統(tǒng)的靈活性和兼容性。


圖1是本發(fā)明實施例的多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例的報文模型。
圖3是本發(fā)明實施例的主程序流程圖。
圖4是本發(fā)明實施例的裝置運行參數(shù)初始化子程序。
圖5是本發(fā)明實施例的讀總線數(shù)據(jù)子程序。
圖6是本發(fā)明實施例的向工業(yè)以太網(wǎng)發(fā)送數(shù)據(jù)子程序。
圖7是本發(fā)明實施例的讀工業(yè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)子程序。
圖8是本發(fā)明實施例的向總線發(fā)送數(shù)據(jù)子程序。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方式進行說明參見圖1，本實施例的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法是采用工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，采用DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊19實現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議，采用Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊15實現(xiàn)Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議，由微處理器8中的軟件建立統(tǒng)一的報文模型，實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的應(yīng)用層協(xié)議轉(zhuǎn)換。
參見圖2，上述統(tǒng)一的報文模型是①DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置報文中包含了針對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的容量，以上各緩沖區(qū)的容量總和決定了DeviceNet通訊模塊19的雙端口存儲器24中的輸入?yún)^(qū)23和輸出區(qū)21的容量；②Profibus網(wǎng)絡(luò)配置報文中包含了針對Profibus網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的容量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的容量量，以上各緩沖區(qū)的容量總和決定了Profibus DP通訊模塊15的雙端口存儲器10中的輸入?yún)^(qū)11和輸出區(qū)13的容量；③轉(zhuǎn)換器配置報文中包含了協(xié)議轉(zhuǎn)換器正常運行時的運行參數(shù)，包括系統(tǒng)中的總線類型，各個總線上的節(jié)點數(shù)，靜態(tài)存儲器26中的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)27的容量、狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)28的容量、節(jié)點開關(guān)報文緩沖區(qū)29的容量、控制命令報文緩沖區(qū)30的容量以及初始化時需要的參數(shù)；④節(jié)點過程數(shù)據(jù)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的現(xiàn)場測量值，該報文是周期性的報文，包含了進行過程數(shù)據(jù)通訊的節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、過程數(shù)據(jù)的內(nèi)容；⑤節(jié)點狀態(tài)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的運行狀態(tài)，包含了節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、該節(jié)點的運行狀態(tài)；⑥節(jié)點開/關(guān)報文用來確保系統(tǒng)的安全性，一旦發(fā)現(xiàn)某一通訊節(jié)點發(fā)生異常，上位機可直接控制該節(jié)點的開/關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開/關(guān)位是1時表示關(guān)閉該節(jié)點，當(dāng)開/關(guān)位是0時表示打開該節(jié)點⑦控制命令報文允許上位機對某一節(jié)點的現(xiàn)場單元進行直接遠程控制，可通過該報文直接對被控節(jié)點下發(fā)設(shè)定值、控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。
參見圖3和圖1，上述的協(xié)議轉(zhuǎn)換步驟是①微處理器8(CPU)從電可擦除存儲器6中讀出協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的運行參數(shù)，對裝置33進行初始化；②CPU從DeviceNet通訊接口模塊19和Profibus通訊接口模塊15中讀取數(shù)據(jù)，在發(fā)送周期中向工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32發(fā)送數(shù)據(jù)；③從工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32中讀取數(shù)據(jù)，在發(fā)送周期向DeviceNet通訊接口模塊19和Profibus通訊接口模塊15發(fā)送數(shù)據(jù)；④數(shù)據(jù)循環(huán)周期結(jié)束后，判斷網(wǎng)絡(luò)配置是否發(fā)生變化，并進行相應(yīng)處理；⑤處理結(jié)束后返回循環(huán)工作狀態(tài)。
參見圖4和圖1，上述的裝置33初始化步驟是CPU從電可擦除存儲器6中取出預(yù)置的轉(zhuǎn)換裝置運行參數(shù)，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32的雙端口存儲器5中的輸入?yún)^(qū)31和輸出區(qū)2的容量，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32的初始化參數(shù)，DeviceNet通訊適配器模塊19的雙端口存儲器24中輸入?yún)^(qū)23和輸出區(qū)21的容量，DeviceNet通訊適配器模塊初始化參數(shù)，Profibus通訊適配器模塊15的雙端口存儲器10中輸入?yún)^(qū)11和輸出區(qū)13的容量，Profibus通訊適配器模塊15的初始化參數(shù)。CPU分別讀取DeviceNet通訊適配器模塊19的雙端口存儲器24中的郵箱報文區(qū)17和Profibus通訊適配器模塊15的雙端口存儲器10中的郵箱報文區(qū)9，判斷DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)和節(jié)點狀態(tài)，動態(tài)分配靜態(tài)存儲器(RAM)26中各類型報文緩沖區(qū)的容量。
參見圖5、圖6和圖1，上述的讀取總線上各個節(jié)點信息并將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)以太網(wǎng)的步驟為在接收周期，CPU8分別讀取DeviceNet通訊適配器模塊19的雙端口存儲器24中的輸出區(qū)21和Profibus通訊適配器模塊15的雙端口存儲器10中的輸出區(qū)13，判斷是過程數(shù)據(jù)還是狀態(tài)數(shù)據(jù)，如是過程數(shù)據(jù)則將其其存儲到靜態(tài)存儲器26的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)27中，如是狀態(tài)數(shù)據(jù)則將其存儲到靜態(tài)存儲器26的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)28中。在發(fā)送周期，CPU8從緩沖區(qū)中取出報文，判斷報文所屬的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到工業(yè)以太網(wǎng)模塊。
參見圖7、圖8和圖1，上述的從工業(yè)以太網(wǎng)模塊讀取數(shù)據(jù)并對總線上各節(jié)點進行相應(yīng)操作的步驟為在接收周期，CPU8從工業(yè)以太網(wǎng)模塊32中讀取數(shù)據(jù)，判斷是節(jié)點開關(guān)報文還是控制命令報文，如是節(jié)點開關(guān)報文則將其存儲到靜態(tài)存儲器26的節(jié)點開關(guān)報文緩沖區(qū)29中，如是控制命令報文則將其存儲到靜態(tài)存儲器26的節(jié)點開關(guān)報文緩沖區(qū)30中。在發(fā)送周期，CPU8從緩沖區(qū)中取出報文，判斷報文所屬的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到相應(yīng)的現(xiàn)場總線通訊模塊。
參見圖1，本實施例的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置33是微處理器8通過內(nèi)部總線25與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32、DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊19、Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊15和靜態(tài)存儲器26連接，微處理器8通過串行外圍接口7連接一個電可擦除存儲器6。
上述的工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32通過以太網(wǎng)接口1連接以太網(wǎng)34，雙端口存儲器5分為三部分一輸入?yún)^(qū)31、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，經(jīng)雙端口存儲器5連接內(nèi)部總線25；DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊19通過現(xiàn)場總線接口20連接DeviceNet現(xiàn)場總線18，雙端口存儲器24分為三部分一輸入?yún)^(qū)23、輸出區(qū)21和郵箱區(qū)17，經(jīng)雙端口存儲器24連接內(nèi)部總線25；Profibus主節(jié)點通訊適配器模塊15通過現(xiàn)場總線接口14連接Profibus現(xiàn)場總線16，雙端口存儲器10分為三部分-輸入?yún)^(qū)11、輸出區(qū)13和郵箱區(qū)9，經(jīng)雙端口存儲器10連接內(nèi)部總線25。
參見圖1，下面對協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置33的各組成器件進行介紹(1)采用TI公司生產(chǎn)的TMS320F206數(shù)字信號處理器作為微處理器8，內(nèi)部帶有程序存儲區(qū)和數(shù)據(jù)存儲區(qū)。
(2)采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-s Ethemet工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊32實現(xiàn)MODBUS/TCP協(xié)議功能。該模塊提供標(biāo)準以太網(wǎng)接口1，多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置可通過該接口與以太網(wǎng)34連接。模塊內(nèi)部的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議處理單元3可實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲器5與CPU接口，雙端口存儲器被分成輸入?yún)^(qū)31、輸出區(qū)2和郵箱區(qū)4，CPU可通過輸入?yún)^(qū)31向接口模塊寫入各個從節(jié)點的運行狀態(tài)和過程數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)2獲得以太網(wǎng)信息層發(fā)送的各類型報文，可通過郵箱區(qū)4設(shè)置接口模塊運行參數(shù)，讀取其運行狀態(tài)。
(3)采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-m DeviceNet Master通訊適配器模塊19作為DeviceNet主節(jié)點。該模塊提供標(biāo)準DeviceNet現(xiàn)場總線接口20，協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置可通過該接口與DeviceNet現(xiàn)場總線11連接。模塊內(nèi)部的DeviceNet協(xié)議處理單元22可實現(xiàn)DeviceNet協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲器24與CPU接口，雙端口存儲器24被分成輸入?yún)^(qū)23、輸出區(qū)21和郵箱區(qū)17，在輸入?yún)^(qū)23和輸出區(qū)21中可建立與各個從節(jié)點對應(yīng)的映射區(qū)，CPU可通過輸入?yún)^(qū)23向各個從節(jié)點寫入過程輸出數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)21獲得各從節(jié)點的過程輸入數(shù)據(jù)，可通過郵箱區(qū)17設(shè)置通訊適配器模塊的運行參數(shù)，對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)配置，讀取各個從節(jié)點的運行狀態(tài)。
(4)采用瑞典HMS公司生產(chǎn)的Anybus-m Profibus DP通訊適配器模塊15作為Profibus DP主節(jié)點。該模塊提供標(biāo)準Profibus DP現(xiàn)場總線接口14，多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置可通過該接口與Profibus DP現(xiàn)場總線16連接。模塊內(nèi)部的Profibus DP協(xié)議處理單元12可實現(xiàn)Profibus DP協(xié)議。模塊提供了雙端口存儲器10與CPU接口，雙端口存儲器10被分成輸入?yún)^(qū)11、輸出區(qū)13和郵箱區(qū)9，在輸入?yún)^(qū)11和輸出區(qū)13中可建立與各個從節(jié)點對應(yīng)的映射區(qū)，CPU可通過輸入?yún)^(qū)11向各個從節(jié)點寫入過程輸出數(shù)據(jù)，可通過輸出區(qū)13獲得各從節(jié)點的過程輸入數(shù)據(jù)，可通過郵箱區(qū)9設(shè)置通訊適配器模塊的運行參數(shù)，對Profibus DP網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)配置，讀取各個從節(jié)點的運行狀態(tài)。
(5)采用帶有看門狗功能的電可擦除存儲器6(EEPROM)存儲掉電保護數(shù)據(jù)，CPU與電可擦除存儲器之間通過串行外圍接口7連接。
(6)采用靜態(tài)存儲器26(RAM)作為數(shù)據(jù)存儲器存儲從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)。CPU、工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、DeviceNet通訊適配器模塊、Profibus DP通訊適配器模塊和靜態(tài)存儲器之間通過多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的內(nèi)部總線25連接，內(nèi)部總線由數(shù)據(jù)、地址、控制線構(gòu)成。
權(quán)利要求
1.一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，由工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線協(xié)議，由ProfibusDP主節(jié)點通訊適配器模塊(15)實現(xiàn)Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議，其特征在于由微處理器(8)中的軟件建立統(tǒng)一的報文模型，實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)(34)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線(18)和Profibus DP現(xiàn)場總線(16)間的應(yīng)用層協(xié)議轉(zhuǎn)換；多協(xié)議轉(zhuǎn)換的步驟為(1)執(zhí)行初始化程序，對各通訊接口模塊和多協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置進行初始化操作；(2)讀取總線上各個節(jié)點信息，并將讀取的信息打包成報文模型中的規(guī)定格式，存儲在數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中；(3)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出已經(jīng)打包好的節(jié)點數(shù)據(jù)信息，將數(shù)據(jù)上傳至工業(yè)以太網(wǎng)；(4)從工業(yè)以太網(wǎng)模塊讀取數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的類型打包成規(guī)定格式的報文，并存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的對應(yīng)映射區(qū)間；(5)從數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中取出相應(yīng)的報文，根據(jù)報文標(biāo)識判斷報文類型，進而選擇發(fā)送策略，對總線上的從節(jié)點進行對應(yīng)操作；(6)通過硬件端口判斷總線的網(wǎng)絡(luò)配置信息或轉(zhuǎn)換器的配置信息是否發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，重新讀取配置信息并更新配置信息存儲區(qū)，如果配置信息沒有被更新，繼續(xù)執(zhí)行其他操作；(7)循環(huán)執(zhí)行以上步驟(2)-(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和ProfibusDP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征在于統(tǒng)一的報文模型是①DeviceNet網(wǎng)絡(luò)配置報文包含了針對DeviceNet網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的開辟量；②Profibus DP網(wǎng)絡(luò)配置報文包含了針對Profibus DP網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息，包括網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點數(shù)，各個從節(jié)點的過程數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的狀態(tài)數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的開辟量、各個從節(jié)點的控制命令緩沖區(qū)的開辟量；③轉(zhuǎn)換器配置報文包含了協(xié)議轉(zhuǎn)換器正常運行時的運行參數(shù)，包括系統(tǒng)中的總線類型，各個總線上的節(jié)點數(shù)，系統(tǒng)中的過程數(shù)據(jù)量、狀態(tài)數(shù)據(jù)量、控制命令數(shù)據(jù)量以及初始化時需要的參數(shù)；④節(jié)點過程數(shù)據(jù)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的現(xiàn)場測量值，該報文是周期性的報文，包含了進行過程數(shù)據(jù)通訊的節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、過程數(shù)據(jù)的內(nèi)容；⑤節(jié)點狀態(tài)報文用來上傳系統(tǒng)中某節(jié)點的運行狀態(tài)，包含了節(jié)點所屬的總線，該節(jié)點的地址、該節(jié)點的運行狀態(tài)；⑥節(jié)點開/關(guān)報文用來確保系統(tǒng)的安全性，一旦發(fā)現(xiàn)某一通訊節(jié)點發(fā)生異常，上位機可直接控制該節(jié)點的開/關(guān)狀態(tài)。當(dāng)開/關(guān)位是1時表示關(guān)閉該節(jié)點，當(dāng)開/關(guān)位是0時表示打開該節(jié)點⑦控制命令報文允許上位機對某一節(jié)點的現(xiàn)場單元進行直接遠程控制，可通過該報文直接對被控節(jié)點下發(fā)設(shè)定值、控制執(zhí)行機構(gòu)的動作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和ProfibusDP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征在于協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換步驟為微處理器(8)從電可擦除存儲器(6)中取出預(yù)置的轉(zhuǎn)換裝置運行參數(shù)，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊間的雙端口存儲器(5)輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)的初始化參數(shù)，設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)的雙端口存儲器(24)中輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)初始化參數(shù)，Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊(15)的雙端口存儲器(10)中輸入?yún)^(qū)和輸出區(qū)的大小，Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊(15)初始化參數(shù)，定時器中斷的定時周期，然后微處理器(8)根據(jù)獲得的運行參數(shù)分別進行參數(shù)設(shè)置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和ProfibusDP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方法，其特征在于從工業(yè)以太網(wǎng)模塊(32)讀取數(shù)據(jù)并對總線上各節(jié)點進行相應(yīng)操作的步驟為微處理器(8)從工業(yè)以太網(wǎng)模塊(32)讀取數(shù)據(jù)，判斷是節(jié)點開關(guān)報文還是控制命令報文，并將其存儲到靜態(tài)存儲器(26)的相應(yīng)緩沖區(qū)中，微處理器(8)從緩沖區(qū)中取出報文，判斷報文所屬的總線網(wǎng)絡(luò)，發(fā)送到相應(yīng)的現(xiàn)場總線通訊模塊。
5.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，包括工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)、設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)和Profibus現(xiàn)場總線主節(jié)點通訊適配器模塊(15)，其特征在于有一個微處理器(8)通過內(nèi)部總線(25)與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)、設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)、Profibus現(xiàn)場總線主節(jié)點通訊適配器模塊(15)以及一個靜態(tài)存儲器(26)連接，微處理器(8)通過一個串行外圍接口(7)連接一個電可擦除存儲器(6)；其中微處理器(8)用于實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換報文模型，并對協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置的運行進行協(xié)調(diào)、控制；工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)用于實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，并提供與工業(yè)以太網(wǎng)的接口；設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)用于實現(xiàn)設(shè)備網(wǎng)主站功能，對設(shè)備網(wǎng)中的各個從站節(jié)點的運行進行監(jiān)控、管理，并提供與設(shè)備網(wǎng)的接口；Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊(15)用于實現(xiàn)Profibus DP主站功能，對Profibus DP網(wǎng)絡(luò)中的各個從站節(jié)點的運行進行監(jiān)控、管理，并提供與Profibus DP網(wǎng)絡(luò)的接口；靜態(tài)存儲器(26)用于存儲協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置運行中的過程量和參數(shù)；串行外圍接口(7)作為一種接口標(biāo)準為微處理器(8)和電可擦除存儲器(6)之間提供了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ǖ?；電可擦除存儲?6)用來存儲需要掉電保護功能的各項組態(tài)參數(shù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線和ProfibusDP現(xiàn)場總線間的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊(32)通過其以太網(wǎng)接口(1)連接以太網(wǎng)(34)，其雙端口存儲器(5)分為三部分輸入?yún)^(qū)(31)、輸出區(qū)(2)和郵箱區(qū)(4)，經(jīng)雙端口存儲器(5)連接內(nèi)部總線(25)；設(shè)備網(wǎng)主節(jié)點通訊適配器模塊(19)通過其現(xiàn)場總線接口(20)連接設(shè)備網(wǎng)現(xiàn)場總線(18)，其雙端口存儲器(24)分為三部分輸入?yún)^(qū)(23)、輸出區(qū)(21)和郵箱區(qū)(17)，經(jīng)雙端口存儲器(24)連接內(nèi)部總線(25)；Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊(15)通過其現(xiàn)場總線接口(14)連接Profibus DP現(xiàn)場總線(16)，其雙端口存儲器(10)分為三部分輸入?yún)^(qū)(11)、輸出區(qū)(13)和郵箱區(qū)(9)，經(jīng)雙端口存儲器(10)連接內(nèi)部總線(25)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與設(shè)備網(wǎng)(DeviceNet)現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換方法和裝置。其協(xié)議轉(zhuǎn)換方法是由工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，由DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊實現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場總線協(xié)議，由Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊實現(xiàn)Profibus DP現(xiàn)場總線協(xié)議，由微處理器中的軟件建立統(tǒng)一的報文模型，實現(xiàn)MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場總線和Profibus DP現(xiàn)場總線間的應(yīng)用層協(xié)議轉(zhuǎn)換。其協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置是一個微處理器通過內(nèi)部總線與工業(yè)以太網(wǎng)接口模塊、DeviceNet主節(jié)點通訊適配器模塊、Profibus DP主節(jié)點通訊適配器模塊和一個靜態(tài)存儲器連接，微處理器通過一個串行外圍接口連接一個電可擦除存儲器。本發(fā)明解決了基于不同協(xié)議標(biāo)準的工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)之間的多協(xié)議轉(zhuǎn)換，通過單元設(shè)備將多個工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)兼容到一個通信框架中，既能滿足底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)實時性等要求，又能滿足信息層網(wǎng)絡(luò)高速率、大容量的需要。
文檔編號H04L29/06GK1697448SQ20051002526
公開日2005年11月16日 申請日期2005年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月21日
發(fā)明者費敏銳, 陳維剛, 丁磊 申請人:上海大學(xué)