工業(yè)通信用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究(已修改)
2025-06-30 21:53 本頁面
【正文】 工業(yè)通信用網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)及其關(guān)鍵技術(shù)研究夏繼強(qiáng)， 梁超眾， 邢春香 時(shí)間:2010年05月06日 關(guān)鍵詞:現(xiàn)場(chǎng)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(jì)方法，并以PROFIBUSDP智能網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)為例對(duì)網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)——數(shù)據(jù)映射關(guān)系、實(shí)時(shí)性、可靠性及故障處理進(jìn)行了研究。對(duì)其他類型的工業(yè)網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞： 現(xiàn)場(chǎng)總線； 網(wǎng)關(guān)； 實(shí)時(shí)性； 可靠性； 數(shù)據(jù)映射 采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)、開放性、分散性和可互操作性等優(yōu)點(diǎn)。但因?yàn)楝F(xiàn)階段多種現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的共存，導(dǎo)致其上述優(yōu)點(diǎn)不能充分體現(xiàn)出來。針對(duì)目前工業(yè)測(cè)控領(lǐng)域多種現(xiàn)場(chǎng)總線共存的客觀事實(shí)，探討如何將兩種或多種現(xiàn)場(chǎng)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(duì)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)用網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)進(jìn)行了闡述并對(duì)其實(shí)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(jì) 現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(jiǎn)稱”DP”)現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與MODBUS總線系統(tǒng)，實(shí)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(jì)上為其預(yù)留了一個(gè)用于與控制器通信的接口。底層的I/O模塊實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的檢測(cè)或控制執(zhí)行設(shè)備的運(yùn)行。2 網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 現(xiàn)階段的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)相關(guān)協(xié)議，這種方法開發(fā)周期短，實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)簡(jiǎn)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(duì)ASIC如CPLD、FPGA等進(jìn)行硬件編程來實(shí)現(xiàn)相關(guān)協(xié)議的IP核。此方案對(duì)開發(fā)人員的硬件及軟件知識(shí)要求最高，協(xié)議稍復(fù)雜，實(shí)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(shí)現(xiàn)方式相媲美。 (3) 軟核解決方案：用軟件實(shí)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(shí)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(yùn)作機(jī)制。對(duì)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(jì)中，都有較短的開發(fā)周期及很高的可靠性要求。因此，對(duì)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(shí)現(xiàn)；對(duì)于較簡(jiǎn)單的協(xié)議如MODBUS等一般用軟核實(shí)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(shí)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?；诖艘螅布脚_(tái)選用PHILIPS公司的ARM7TDMI核微處理器。 電源管
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