CN105450595A - 一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法 - Google Patents

一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法 Download PDF

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CN105450595A CN201410396455.XA CN201410396455A CN105450595A CN 105450595 A CN105450595 A CN 105450595A CN 201410396455 A CN201410396455 A CN 201410396455A CN 105450595 A CN105450595 A CN 105450595A
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王晓辉
张锋
马海鑫
孙旭熹
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P90/02—Total factory control, e.g. smart factories, flexible manufacturing systems [FMS] or integrated manufacturing systems [IMS]

Abstract

本发明公开了一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法，包括DeviceNet协议单元及其外围电路，工作方式，数据连接方法；其连接是采用CPU控制单元，通过连接接单元跟DeviceNet协议单和人机接口单元连接，电源单元跟其他单元连接并提供其工作电源；克服了以往MODBUS从站设备转换为DeviceNet从站升级改造难度大，可靠性不高的缺陷，实现独立的模块化设计，不改变原有成熟产品的软硬件设计，使系统更加稳定可靠，也易于设备的维护，实时性高；具有组网方便，易于管理和维护，极大的缩短了基于DeviceNet的新产品开发时间。

Description

一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法
技术领域
本发明一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法，集DeviceNet从站、MODBUS主站、数据处理、总线通讯为一体，在工业自动化控制中实现DeviceNet现场总线系统与MODBUS总线系统的协议转换、数据处理和管理的装置，属于自动化控制技术领域。
背景技术
现场总线控制系统技术已成为工业控制领域中的一个热点。传统机电产品是否具有总线接口将成为其在市场能否生存的一个必要条件。MODBUS是目前低压电力仪表设备经常使用的一种通讯总线，但其有自身的局限性，在与远程控制系统通信时，由于通讯点表不能自由组合，远程控制系统要查询从站信息时，除了读取自己所需的那部分数据，还必须读取冗余数据，或者分若干次次读取，大大降低了通讯效率；DeviceNet是一种简单的网络解决方案，在提供多供货商同类部件间的可互换性的同时，减少了配线和安装工业自动化设备的成本和时间；DeviceNet的直接互连性不仅改善了设备间的通信，而且同时提供了相当重要的设备级诊断功能；另外，随着工业现场自动化程度的提高，对低压电力仪表设备的通讯可靠性提出了更高的要求，DeviceNet协议越来越多地用于低压电力测控系统；然而，DeviceNet协议相对于MODBUS协议而言，其实现难度较大，通过DeviceNet与MODUBUS协议转换装置，可以快速便捷的将MODBUS通讯设备接入到DeviceNet总线系统中。
发明内容
本发明为了克服现有的MODBUS设备改造升级为DeviceNet设备难度大、可靠性差、周期长等缺陷，设计一种集DeviceNet从站、MODBUS主站、数据处理、总线通讯为一体，实现MODBUS总线设备快速改造为DeviceNet总线设备的装置。其技术是这样实现的：包括电源单元、CPU控制单元、人机接口单元、DeviceNet协议单元、连接单元，其特征在于：其连接是CPU控制单元、DeviceNet协议单元、人机接口单元，通过连接单元实现数据交换，电源单元提供装置各模块单元所需的工作电源，所述的CPU控制单元采用了低功耗高性能的ARMCortex-M3处理器；所述的DeviceNet协议单元采用了软件协议栈；所述的单元模块布局上采用了外部输入信号与输出做光电隔离。
其数据处理及功能实现过程是：
（1）CPU控制单元是基于C语言实现的，不使用嵌入式操作系统，通过中断服务子程序的合理安排，加快了信息处理速度，主要完成MODBUS总线数据查询和接收、DeviceNet总线缓冲区数据的处理和准备、接收和处理人机接口单元按键事件、通过人机接口单元的液晶显示器显示系统状态等功能；CPU控制单元是整个装置的控制核心，基于ARMCortex-M3微处理器STM32，内置足够容量的FLASH、RAM存储器、USART接口、大量的GPIO接口，具备强大的数据处理能力和控制能力；
CPU控制单元向MODBUS从站发送查询报文，并接收MODBUS从站返回的数据，并加以分析处理，根据预先设置好的配置，将接收到的遥信、遥测数据放置到DeviceNet协议上行缓冲区的约定位置；同时，CPU控制单元读取DeviceNet协议单元的下行缓冲区，处理DeviceNet主站的下发报文，将DeviceNet主站所请求的输入数据从DeviceNet协议上行缓冲区转移到DeviceNet协议单元，若DeviceNet主站所请求的输出数据变化时，CPU控制单元或者改变自身状态，或者通过MODBUS总线将命令下发给MODBUS从站；CPU控制单元具备自身故障自检能力，当装置出现异常情况时可自动启动故障自检程序，对其硬件及其部分软件进行故障排查工作，并通过人机接口单元发出报警信息给操作管理人员。
（2）电源单元输入直流电源，范围为20V--28V,输出可供其他各单元工作的工作电源。
（3）DeviceNet协议单元软件部分采用了自行编写的软件协议栈，自动识别和支持DeviceNet规定的3种波特率，成本低，应用灵活。
（4）人机接口单元使用按键来调整参数，用LCD来显示系统信息和故障状态。
实施该技术后的优点和效果在于:首先是克服了以往MODBUS从站设备转换为DeviceNet从站升级改造难度大，可靠性不高的缺陷，实现独立的模块化设计，不改变原有成熟产品的软硬件设计，使系统更加稳定可靠，也易于设备的维护，实时性高；具有组网方便，易于管理和维护，极大的缩短了基于DeviceNet的新产品开发时间，是一种实用性很强的通讯协议转换装置。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图；
其中，1-电源单元，2-CPU控制单元，3-人机接口单元，4-DeviceNet协议单元，5-连接单元。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明进一步描述：
见附图1，本发明的连接是采用CPU控制单元2，通过连接单元5跟人机接口单元3和DeviceNet协议单元4连接。电源单元1给其他单元连接并提供其工作电源；CPU控制单元2采用了低功耗高性能的ARMCortex-M3处理器STM32，DeviceNet协议单元4软件部分采用了自行编写的软件协议栈，硬件部分使用了高速光耦隔离的CAN接口芯片；电源单元采用了隔离的开关电源；各单元采用模块化设计，模块布局上都采用了信号的光电隔离处理。
见附图1，其功能实现方法及其功能实现具体步骤是：
（1）电源单元1输入直流20V--28V,输出可供其他各单元工作的工作电源；
（2）DeviceNet协议单元4软件部分采用了软件部分采用了自行编写的DeviceNet协议栈，硬件部分通过高速光耦隔离的CAN电路实现了协议的物理层，DeviceNet协议单元4从DeviceNet总线接收到主站的数据，把处理好的数据放入内部双口RAM，并通过外部中断来通知CPU控制单元2进行处理；在接收到CPU控制单元2的回传信息后，DeviceNet协议单元4处理后将其发送到总线上；
（3）CPU控制单元2完成MODBUS主站的数据采集功能，通过查询报文，将MODBUS从站的返回数据放入MODBUS数据缓冲区；CPU控制单元2通过对来自于VPC3+C的中断进行响应，获得DeviceNet协议单元4接收的报文命令并加以处理，或者将命令转发给MODBUS从站，或者将MODBUS数据缓冲区中的相关数据转移给DeviceNet协议单元4；CPU控制单元2基于STM32F2处理器，内置大容量的FLASH、SRAM存储器、主频达72MHz，具备强大的数据处理能力和通讯能力；
（4）人机接口单元3提供了人机接口，主CPU控制单元2通过STM32
的外部GPIO线进行连接，用LCD实时显示工作状态和各种故障信息，以及查询设置好的参数信息，也可以通过按键操作来设定参数，并将修改后的参数回传给CPU控制单元2，实现在线修改参数。

Claims (5)

1.一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置及实现方法，包括电源单元、CPU控制单元、DeviceNet协议单元、人机接口单元、连接单元在内的结构组成；其特征在于：其连接是采用电源单元、CPU控制单元、DeviceNet协议单元和人机接口单元通过连接单元连接，电源单元与其他单元通过数据链接单元连接并提供其工作电源；
其实现方法是:
（1）CPU控制单元是基于C语言实现的，不使用嵌入式操作系统，通过中断服务子程序的合理安排，加快了信息处理速度，主要完成MODBUS总线数据查询和接收、DeviceNet总线缓冲区数据的处理和准备、接收和处理人机接口单元按键事件、通过人机接口单元的液晶显示器显示系统状态等功能；CPU控制单元是整个装置的控制核心，基于ARMCortex-M3微处理器STM32，内置足够容量的FLASH、RAM存储器、USART接口、大量的GPIO接口，具备强大的数据处理能力和控制能力；
CPU控制单元向MODBUS从站发送查询报文，并接收MODBUS从站返回的数据，并加以分析处理，根据预先设置好的配置，将接收到的遥信、遥测数据放置到DeviceNet协议上行缓冲区的约定位置；同时，CPU控制单元读取DeviceNet协议单元的下行缓冲区，处理DeviceNet主站的下发报文，将DeviceNet主站所请求的输入数据从DeviceNet协议上行缓冲区转移到DeviceNet协议单元，若DeviceNet主站所请求的输出数据变化时，CPU控制单元或者改变自身状态，或者通过MODBUS总线将命令下发给MODBUS从站；CPU控制单元具备自身故障自检能力，当装置出现异常情况时可自动启动故障自检程序，对其硬件及其部分软件进行故障排查工作，并通过人机接口单元发出报警信息给操作管理人员；
（2）电源单元输入直流电源，范围为20V--28V,输出可供其他各单元工作的工作电源；
（3）DeviceNet协议单元软件部分采用了自行编写的软件协议栈，自动识别和支持DeviceNet规定的3种波特率，成本低，应用灵活；
（4）人机接口单元使用按键来调整参数，用LCD来显示系统信息和故障状态。
2.根据权利要求1所述的一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置，其特征在于：所述的CPU控制单元采用了低功耗高性能的ARMCortex-3微处理器STM32。
3.根据权利要求1所述的一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置，其特征在于：所述的DeviceNet协议单元采用了软件协议栈。
4.根据权利要求1所述的一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置，其特征在于：所述的电源单元采用了隔离的开关电源。
5.根据权利要求1所述的一种DeviceNet与MODBUS协议转换装置，其特征在于：所述的各单元采用模块化设计，模块布局上都采用了信号的光电隔离处理。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN1735090A (zh) * 2004-03-18 2006-02-15 上海电器科学研究所（集团）有限公司 现场总线设备通讯的通信适配器
US20070293954A1 (en) * 2006-01-23 2007-12-20 Watlow Electric Manufacturing Company Compact modular card system and communications protocols for a power controller
CN102710622A (zh) * 2012-05-22 2012-10-03 天津理工大学 一种基于DeviceNet-Modbus的协议转换装置
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