CN103973677A - 一种IPv6到PROFIBUS的协议转换装置 - Google Patents

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周原
刘明山
李婷
柴丹
尚文东
林凤雪
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Abstract

本发明涉及一种Internet与PROFIBUSDP现场总线间的协议转换网关，即基于IPv6和PROFIBUS的远程监测方法，即利用协议转换网关作为两个网络的桥梁达到异构网络连接的目的，进而达到对PROFIBUS系统的远程监测。该协议转换网关工作在ISO/OSI参考模型的传输层，从一种网络接收信息，经协议转换后送往另一种网络，实现PROFIBUS与Internet之间的数据通信。协议转换装置采用嵌入式技术设计了基于S3C2440、DM9000网卡和RS-485接口的嵌入式网关硬件系统；根据协议转换流程，采用Linux操作系统，设计了包括协议转换、数据传输及网关控制的软件系统。该网关同时具备PROFIBUSDP和Internet的接口，能分别处理PROFIBUS与Internet的各层协议及相关信息。使用该网关可以在不摒弃已有的PROFIBUS现场总线控制网络的情况下，同时实现与Internet的集成。

Description

一种IPv6到PROFIBUS的协议转换装置
技术领域
在本发明属于工业自动化领域，涉及一种基于ARM9平台的Internet网络到PROFIBUS现场总线的协议转换装置。
背景技术
现场总线技术的应用与发展已经成为国际上自动化和仪器仪表领域里的热点，被誉为自动化领域的计算机局域网。现场总线是一种全数字、串行、双向、多站的通信网络，用于工业现场设备和自动化系统的连接，可以实现工业现场的控制器、智能仪器仪表和执行机构之间信息通信。在现有的各种现场总线标准中，PROFIBUS现场总线是一种比较流行的现场总线标准。
Internet技术的高速发展和IPv6协议的完善并进入广泛的应用领域，这些为实现工业网络的远程监测创造了条件。
IPv6协议与PROFIBUS DP分别作为互联网协议领域与现场总线领域应用非常广泛的两种标准，它们之间的协议转换装置无疑是工业上远程控制系统中最为需要的。
通过改进现有的总线协议，使改进之后的协议可以与Internet协议兼容，从而达到信息在两种协议之间相互传送的目的。目前尚未见到通过设计协议转换网关实现基于IPv6协议与PROFIBUS DP之间通信的相关解决方案。
为了实现基于IPv6协议的以太网与PROFIBUS DP之间通信，本发明设计了如下解决方案，即在PROFIBUS与Internet之间添加一个协议转换网关。该协议转换网关工作在ISO/OSI参考模型的传输层，从一种网络接收信息，经协议转换后送往另一种网络，经过不断打包数据、解包数据实现PROFIBUS与Internet之间的数据通信。
本发明介绍了借助于无处不在的Internet实现对PROFIBUS远程实时监测的方法，远程用户只要找到与Internet网络互联的插口，就可以监测远程PROFIBUS现场总线上的生产设备运行情况。摆脱了地域的限制，技术人员和管理者不必亲临生产现场就能获取现场设备的运行状态和各种参数。这就相当于受过专业训练的人员可以同时出现在多个生产地点维护设备的正常运行，使企业有效地利用现有的工作人员和物质资源。
发明内容
本发明的目的在于公开一种能够实现Internet和PROFIBUS DP之间协议转换和有效连接的嵌入式网关。
为实现本发明的目的，采取的技术方案如下：
一种基于IPv6的互联网到PROFIBUS DP之间协议转换装置，包括主控CPU，PROFIBUS DP接口芯片，互联网接口芯片和对应的PROFIBUS网络及Internet网络；其特征在于：
主控CPU采用Samsung半导体公司设计的S3C2440处理器核，它的内核由ARM9TDMI、存储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成，并且带有3个通道的UART口；
网关使用的网卡芯片是DM9000，它通过RJ45连接头与Internet相连；
网关中的RS-485驱动芯片选用型号为MAX1487的驱动芯片；
为了抑制总线的波动对S3C2440处理核的损害，该网关在RS-485驱动芯片MAX1487和S3C2440的UART口之间安装了一个光耦合器6N137，该器件可以起到电气隔离的作用。
网关以S3C2440为中心处理器，通过S3C2440的串口、RS-485驱动芯片和D-Sub型插头与PROFIBUS连接；
在PROFIBUS侧，网关作为2类主站连接到PROFIBUS DP上，可以完成对生产现场中已连接到PROFIBUS DP上的设备的运行数据的读取。在Internet侧，Ethernet作为网关与Internet连接的载体，将所设计的协议转换网关接入Internet，实现网关与远程终端的通信。PROFIBUS通过连接在PROFIBUS DP上网关与基于IPv6的Internet相连，以实现基于IPv6和PROFIBUS的远程监测。
当远程终端通过Internet网络访问PROFIBUS现场总线的数据时，访问请求数据首先根据TCP/IP协议被封装成可以在Internet上传输的数据包，然后向PROFIBUS设备传送。当网关接收到来自Internet的数据包之后，首先确定该数据包是否是请求访问PROFIBUS的数据包。如果是，则将其转换成符合PROFIBUS协议的数据包，并通过PROFIBUS将数据包传送到指定的现场设备。现场设备收到来自Internet的访问请求后，通过PROFIUBS协议把应答数据封装成的PROFIBUS帧格式的数据包，并向远程终端传送。当网关接收到来自PROFIBUS的数据包时，首先判断接收到的数据包是何种信息报文。如果是数据电文，则将其转换成可以在Internet中传送的数据包，并通过Internet将其传送到远程终端。否则，网关直接对其做出响应，而无需通过网关传输到Internet网络上。
本发明的优点在于：
1) 本文专门设计的嵌入式网关，实现基于IPv6的Internet和PROFIBUS协议转换，进而实现Internet和PROFIBUS系统的有效连接，充分利用了现有资源，有效地扩大了监控距离，使对PROFIBUS的监控更加灵活、多样；
2) 本发明网关的硬件设计简单，成本低，有利于产品的推广使用。
附图说明
图1为本发明Internet互联网与PROFIBUS DP现场总线协议转换装置示意图；
图2为本发明的协议转换原理示意图；
图3为本发明的具体应用场景示意图；
图4为本发明的协议转换功能实现流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个优选实施方式进行说明：
如图1所示，一种能够实现Internet和PROFIBUS DP之间协议转换的装置，包括主控芯片、互联网物理层收发器和PROFIBUS DP物理层收发器。
所述主控芯片采用Samsung半导体公司设计的S3C2440处理器核；所述互联网物理层收发器采用的是网卡芯片DM9000；所述PROFIBUS DP物理层收发器采用型号为MAX1487的驱动芯片；
来自Internet的数据包通过RJ45、网络隔离变压器和网络芯片送入ARM处理器S3C2440中，而PROFIBUS DP的数据包通过RS-485总线驱动器送入到S3C2440处理器中。处理器S3C2440负责对接收到的数据进行IPv6协议和Internet协议的转换，其中包括数据的封装和解包、地址的转换等。
本发明的协议转换原理如图2所示，协议转换主要是一个解包和封装的过程。当网关接收到网络层协议为IPv6协议的Internet数据包时，首先按照TCP/IP协议网络接口层、网络层、传输层、应用层的顺序对数据包进行解包，将数据包中的数据提取出来。然后，网关将此数据按照现场总线中的PROFIBUS协议进行封装，按照用户层、数据链路层、物理层的顺序依次加上首部和尾部信息。这样就形成了适于PROFIBUS现场总线上传输的数据包。反之，当网关收到来自PROFIBUS上的数据电文时，首先将数据包按照用户层、数据链路层、物理层的顺序进行解包，得到的数据再按照网络层协议为IPv6协议的Internet网络协议进行封装，顺序依次为网络接口层、网络层、传输层、应用层。封装后的数据就可以在Internet中传送。
本发明的具体应用场景如图3所示，在PROFIBUS侧，网关作为2类主站连接到PROFIBUS DP上，可以完成对生产现场中已连接到PROFIBUS DP 或PROFIBUS PA上的设备的运行数据的读取。在Internet侧，Ethernet作为网关与Internet连接的载体，将所设计的协议转换网关接入Internet，实现网关与远程终端的通信。PROFIBUS通过连接在PROFIBUS DP上网关与基于IPv6的Internet相连，以实现基于IPv6和PROFIBUS的远程监测。
如图4所示，本发明的协议转换功能实现流程图。当网关接收到数据后，首先判断是来自Internet还是来自PROFIBUS的数据，再按照各自不同的步骤进行协议的转换。

Claims (1)

1.一种基于IPv6的互联网到PROFIBUS DP之间协议转换装置，包括主控CPU，PROFIBUS DP接口芯片，互联网接口芯片和对应的PROFIBUS网络及Internet网络；其特征在于：
主控CPU采用Samsung半导体公司设计的S3C2440处理器核，它的内核由ARM9TDMI、存储管理单元(MMU)和高速缓存三部分组成，并且带有3个通道的UART口；
网关使用的网卡芯片是DM9000，它通过RJ45连接头与Internet相连；
网关中的RS-485驱动芯片选用型号为MAX1487的驱动芯片；
为了抑制总线的波动对S3C2440处理核的损害，该网关在RS-485驱动芯片MAX1487和S3C2440的UART口之间安装了一个光耦合器6N137，该器件可以起到电气隔离的作用；
网关以S3C2440为中心处理器，通过S3C2440的串口、RS-485驱动芯片和D-Sub型插头与PROFIBUS连接；
在PROFIBUS侧，网关作为2类主站连接到PROFIBUS DP上，可以完成对生产现场中已连接到PROFIBUS DP上的设备的运行数据的读取；
在Internet侧，Ethernet作为网关与Internet连接的载体，将所设计的协议转换网关接入Internet，实现网关与远程终端的通信；
PROFIBUS通过连接在PROFIBUS DP上网关与基于IPv6的Internet相连，以实现基于IPv6和PROFIBUS的远程监测。
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