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工業(yè)通信用網(wǎng)關(guān)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)研究(已修改)

2026-06-25 21:53 本頁面

　

【正文】工業(yè)通信用網(wǎng)關(guān)設(shè)計及其關(guān)鍵技術(shù)研究夏繼強(qiáng)，梁超眾，邢春香時間:2010年05月06日關(guān)鍵詞:現(xiàn)場總線網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)映射PROFIBUSDP 摘要：提出了工業(yè)通信用網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的一般設(shè)計方法，并以PROFIBUSDP智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計為例對網(wǎng)關(guān)設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)據(jù)映射關(guān)系、實時性、可靠性及故障處理進(jìn)行了研究。對其他類型的工業(yè)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：現(xiàn)場總線；網(wǎng)關(guān)；實時性；可靠性；數(shù)據(jù)映射采用現(xiàn)場總線技術(shù)的工業(yè)測控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、易于維護(hù)、開放性、分散性和可互操作性等優(yōu)點。但因為現(xiàn)階段多種現(xiàn)場總線協(xié)議的共存，導(dǎo)致其上述優(yōu)點不能充分體現(xiàn)出來。針對目前工業(yè)測控領(lǐng)域多種現(xiàn)場總線共存的客觀事實，探討如何將兩種或多種現(xiàn)場總線系統(tǒng)集成具有重要意義。在上述情況下，網(wǎng)關(guān)無疑是系統(tǒng)集成解決方案很好的選擇。結(jié)合國家863課題，本文以中國四聯(lián)集團(tuán)與北京航空航天大學(xué)共同研發(fā)PROFIBUSDP智能網(wǎng)關(guān)為例對工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)用網(wǎng)關(guān)的設(shè)計進(jìn)行了闡述并對其實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)分析。1 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)解決方案設(shè)計現(xiàn)場總線用網(wǎng)關(guān)一般要擔(dān)負(fù)兩種或多種總線之間的協(xié)議數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的責(zé)任，屬于系統(tǒng)連接的關(guān)鍵部分。因此系統(tǒng)大多采用圖1所示的的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。應(yīng)用本網(wǎng)關(guān)所組成的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。智能網(wǎng)關(guān)在系統(tǒng)中無縫連接PROFIBUSDP(以下簡稱”DP”)現(xiàn)場總線系統(tǒng)與MODBUS總線系統(tǒng)，實現(xiàn)同一系統(tǒng)內(nèi)兩種總線設(shè)備的共存。本系統(tǒng)中，微控制器為中國四聯(lián)集團(tuán)研發(fā)的控制器。本智能網(wǎng)關(guān)在設(shè)計上為其預(yù)留了一個用于與控制器通信的接口。底層的I/O模塊實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場信號的檢測或控制執(zhí)行設(shè)備的運行。2 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計現(xiàn)階段的網(wǎng)關(guān)設(shè)計主要有協(xié)議芯片、硬核、軟核三種解決方案： (1) 協(xié)議芯片解決方案：采用專門芯片來實現(xiàn)相關(guān)協(xié)議，這種方法開發(fā)周期短，實現(xiàn)起來相對簡單，比較適合于快速開發(fā)，但成本稍高。 (2) 硬核解決方案:主要是對ASIC如CPLD、FPGA等進(jìn)行硬件編程來實現(xiàn)相關(guān)協(xié)議的IP核。此方案對開發(fā)人員的硬件及軟件知識要求最高，協(xié)議稍復(fù)雜，實現(xiàn)難度就很大。但是網(wǎng)關(guān)性能可以與采用協(xié)議芯片實現(xiàn)方式相媲美。 (3) 軟核解決方案：用軟件實現(xiàn)協(xié)議數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議處理功能,結(jié)合相應(yīng)的外圍硬件電路實現(xiàn)協(xié)議功能。此方法成本低，但需要開發(fā)人員充分了解相關(guān)協(xié)議及協(xié)議運作機(jī)制。對于復(fù)雜的協(xié)議，編程工作量巨大，且可靠性不易保證，受單片機(jī)處理速度影響，通常網(wǎng)關(guān)的性能不如其他兩種方法。在一般工業(yè)控制用網(wǎng)關(guān)設(shè)計中，都有較短的開發(fā)周期及很高的可靠性要求。因此，對于復(fù)雜的協(xié)議如DP、CAN、FF總線等一般選用協(xié)議芯片實現(xiàn)；對于較簡單的協(xié)議如MODBUS等一般用軟核實現(xiàn)。本網(wǎng)關(guān)采用了DP協(xié)議芯片與MODBUS軟核相結(jié)合的實現(xiàn)方式。其硬件結(jié)構(gòu)如圖3所示。按照功能劃分，網(wǎng)關(guān)可以分為電源管理模塊、中央管理模塊、DP從站模塊和RS485通信模塊。 kb/s。基于此要求，硬件平臺選用PHILIPS公司的ARM7TDMI核微處理器。電源管

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