CN201557131U - Modbus/TCP-MODBUS通信网关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种Modbus/TCP-MODBUS通信网关，包括电源模块、CPU模块、存储器模块、以太网接口模块、串口接口模块以及其它模块。所述的电源模块，选用3.3V作为产品的主电源和5V电源，5V电源使用在RS485接口电路中，4路RS485电路是相互隔离的。上述电路的连接关系是：电源模块连接到嵌入式处理器CPU模块；CPU模块分别与存储器模块、以太网接口模块、串口接口模块及其它模块互连；以太网接口模块与RJ45接口互连；DB9接口与串口电路互连。本实用新型效果是涉及的网关连接Modbus/TCP网络与Modbus网络，实现两种网络的连通，而且Modbus侧网络的管理非常灵活和智能。

Description

Modbus/TCP-MODBUS通信网关

技术领域

本实用新型涉及一种Modbus/TCP-MODBUS通信网关，属于工业以太网技术领域。

背景技术

随着工业现场控制和信息化管理的不断发展，工业以太网技术近年来不断发展。工业以太网是基于IEEE802.3物理层和数据链路层，使用TCP/IP，UDP/IP作为网络层和传输层，利用以太网一系列现成的协议，但在应用层加上工业通信需要的协议，或仅使用以太网的底层，对上层加以改造以满足工业通信的要求。

目前，国际上占主流地位的工业以太网技术是基于标准的TCP/IP协议和标准的以太网层的Modbus TCP和Ethernet/IP技术。这两种技术目前由ODVA组织推行，有施耐德，罗克韦尔等著名的工控领域公司给予产品和技术的支持。

但是工业现场目前存在大量的串行口设备，它们支持简单易用的Modbus协议，但是Modbus协议只能支持短距离的传输，而且各设备厂家对Modbus协议的实现方式也不完全相同。为了保护投资企业的现有设备还能继续使用，而又要实现信息层对现场设备层的数据管理和控制，因此有必要开发新的产品。

如专利号为CN200410093010.0的发明专利“MODBUS/TCP工业以太网和PROFIBUS-DP现场总线间的协议转换方法和装置”，专利号为CN03129417.0的发明专利“MODBUS/TCP工业以太网和设备网现场总线间的协议转换方法和装置”和专利号为CN200510025262.4的发明专利“MODBUS/TCP工业以太网与设备网现场总线和Profibus DP现场总线间的多协议转换方法和装置”，涉及Profibus协议和设备网协议到Modbus/TCP协议的转化方法和装置，而且三种协议的实现均采用现有的Anybus公司现成产品模块，模块与CPU之间通过双端口RAM数据交互，实现了协议之间的简单两两转化。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种Modbus/TCP-Modbus通信网关，该通信网关不仅实现Modbus/TCP协议和Modbus协议的数据转发和解析，而且实现了Modbus/TCP服务器和Modbus Master的功能，Modbus侧能够管理多达32个Modbus Slave设备，支持Modbus命令的分段发送，支持Modbus数据的打包和分包传输，还可通过上位机对网关参数进行配置，应用非常灵活。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是：其硬件包括电源模块、CPU模块、存储器模块、以太网接口模块、串口接口模块以及其它模块。

所述的电源模块，选用3.3V作为产品的主电源。选用的各种芯片包括CPU、FLASH、SRAM、以太网芯片等都使用3.3V电源。

选用的5V电源，使用在RS485接口电路中，4路RS485电路是相互隔离的。

时钟和复位模块：这部分对电路的稳定工作至关重要。选用11.0592M晶振来产生CPU芯片所需要的主时钟频率，同时选用专门的复位芯片支持自动复位和手动复位。

所述的CPU模块，本项目产品软件，需要运行嵌入式实时操作系统及TCP/IP、Modbus/TCP协议栈，为了保证整个系统软件的高实时性及可靠性，选用了高性能的ARM9芯片。

所述的以太网串口电路，嵌入式处理器CPU具有10M/100M自适应的以太网MAC控制器，通过MII接口外接物理层芯片，网络变压器和RJ45接头，构成了网络电路模块。嵌入式处理器CPU具有4个独立的UART接口，因此外接4个独立的RS485电路模块即可构成4个串口，该串口电路稳定，抗干扰能力强。

所述的其它模块，主要包括拨码开关，指示灯电路和存储器电路，其中拨码开关用于产品配置与运行状态的选择，指示灯用于指示产品的各种状态，存储器用于固化程序和运行代码。Modbus/TCP通信网关通过Modbus/TCP协议和Modbus协议的相互转换，可以将Modbus串口设备接入到Modbus/TCP网络，并且实现数据的双向交换。网关连接Modbus/TCP网络和Modbus网络，既实现了Modbus/TCP服务器功能，又实现了Modbus主站功能。网关支持Modbus命令的分段发送和Modbus数据的打包和分包，4个硬件串口并发处理Modbus报文，提高了Modbus网络的效率。网关运行参数可以通过以太网接口配置，应用非常灵活。

本实用新型的有益效果：本实用新型涉及的网关连接Modbus/tcp网络与Modbus网络，实现两种网络的连通，Modbus侧能够通过上位机配置软件将Modbus命令配置到4个并发的串口，每个串口最多能支持8条Modbus命令，网关将Modbus侧数据打包到一个数据段通过Modbus/TCP协议传输到以太网。同样，Modbus/TCP下传的数据段也能通过预先的配置参数分别写到每个串口。本网关不同于一般的Modbus/TCP和Modbus协议转换装置，协议转换装置一般采用轮询的方式访问每个串口设备，这样效率和实时性都不理想，而本网关4个串口并发处理，4个串口互不干扰，处理速度大大得到改善。本网关在工业现场应用方便，设计创新，具有广泛的市场前景。

以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案进行比较详细的说明。

附图说明

图1为本实用新型的硬件构成框图；

图2为本实用新型的RS485通信模块电路原理图；

具体实施方式

参见附图1，这是本实用新型的硬件构成框图。

如图所示，本网关设备网关硬件包括电源模块1、CPU模块2、存储器模块3、以太网接口模块4、串口接口模块5及其它模块6。

其电路的连接关系是：电源模块1连接到嵌入式处理器CPU模块2；CPU模块2分别与存储器模块3、以太网接口模块4、串口接口模块5及其它模块6互连；以太网接口模块4与R J45接口互连；DB9接口与串口电路互连。

为了降低产品的功耗，选用3.3V作为产品的主电源，CPU模块2芯片选用ATMEL公司的ARM9芯片RM9200，主频最高为200MHZ，外部总线扩展16M字节FLASH，4M字节SDRAM，以太网芯片集成在RM9200内部，只需外接物理层芯片和变压器。采用RSM485CHT隔离收发器模块来实现modbus物理层链路，RSM485CHT集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片和总线保护器件。同时还需要复位电路，晶振和锁相环电路，和JTAG电路。

RS485通信模块电路，用于实现Modbus-RTU的链路层，使用DC/DC电路实现电气隔离。

参照图2，这是本实用新型的的RS485通信模块电路原理图。

本模块采用RSM485CHT隔离收发器模块来实现。RSM485CHT集成电源隔离、电气隔离、RS-485接口芯片和总线保护器件。模块采用灌封工艺，具有很好的隔离特性，隔离电压为2500VDC。数据流控制方式：不改变RS-485自身原有特性，包含控制引脚、发送引脚及接收引脚。

虽然本实用新型已参照上述的实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员，应当认识到以上的实施例仅是用来说明本实用新型，应理解其中可作各种变化和修改而在广义上没有脱离本实用新型，所以并非作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述的实施例的变化、变形都将落入本实用新型权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.Modbus/TCP-MODBUS通信网关，用于MODBUS/TCP工业以太网与MODBUS网络间的协议转换，其特征在于：

所述的通信网关，包括电源模块(1)、CPU模块(2)、存储器模块(3)、以太网接口模块(4)、串口接口模块(5)及其它模块(6)；

其电路的连接关系是：电源模块(1)连接到嵌入式处理器CPU模块(2)；CPU模块(2)分别与存储器模块(3)、以太网接口模块(4)、串口接口模块(5)及其它模块(6)互连；以太网接口模块(4)与RJ45接口互连；DB9接口与串口电路互连。

2.如权利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信网关，其特征在于：所述的电源模块(1)，选用3.3V作为主电源，各种芯片包括CPU、FLASH、SRAM、以太网芯片都使用3.3V电源；选用的5V电源，使用在RS485接口电路中，4路RS485电路是相互隔离的。

3.如权利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信网关，其特征在于：所述的CPU模块(2)，是嵌入式处理器CPU，具有4个独立的UART接口，外接4个独立的RS485电路模块，即可构成4个串口。

4.如权利要求1所述的Modbus/TCP-MODBUS通信网关，其特征在于：所述的以太网串口电路，嵌入式处理器CPU具有10M/100M自适应的以太网MAC控制器，通过MII接口外接物理层芯片，网络变压器和RJ45接头，构成了网络电路模块。

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