CN202737902U - 一种profibus-dp与modbus协议转换装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种PROFIBUS-DP与MODBUS协议转换装置，包括PROFIBUS-DP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PROFIBUS-DP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PROFIBUS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PROFIBUS的通讯工程时间。
Description
技术领域
本实用新型一种PROFIBUS-DP与MODBUS协议转换装置，集PROFIBUS-DP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PROFIBUS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
MODBUS总线是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；PROFIBUS－DP总线是一种高速低成本的通信方式，常用于设备级控制系统与分散式I/O之间的通讯；其特征就决定了其高速性，实时性和可靠性等要求，由于可以通过GSD文件对输入输出数据任意组态，在与远程控制系统交换数据时，远程控制系统可以只读取所需的那部分数据即可，不需要读取冗余数据或分多次读取，通讯效率得以提高；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，PROFIBUS-DP协议越来越多地用于低压电力测控系统；然而，PROFIBUS-DP协议相对于MODBUS协议而言，其实现难度较大，通过PROFIBUS与MODUBUS协议转换装置，可以快速便捷的将MODBUS通讯设备接入到PROFIBUS总线系统中。
发明内容
本实用新型为了克服现有的MODBUS设备改造升级为PROFIBUS设备难度大、可靠性差、周期长等缺陷，设计一种集PROFIBUS-DP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PROFIBUS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、PROFIBUS-DP协议单元、连接单元，其特征在于：其连接是CPU控制单元、PROFIBUS-DP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ARM Cortex-M3处理器；所述的PROFIBUS-DP协议单元采用了VPC3+C协议芯片；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、PROFIBUS-DP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ARM Cortex-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PROFIBUS-DP协议上行缓冲区的约定位置；同时，CPU控制单元读取PROFIBUS-DP协议单元的下行缓冲区，处理PROFIBUS-DP主站的下发报文，将PROFIBUS-DP主站所请求的输入数据从PROFIBUS-DP协议上行缓冲区转移到PROFIBUS-DP协议单元，若PROFIBUS-DP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）PROFIBUS-DP协议单元采用了VPC3+C协议芯片，集成了PROFIBUS-DP从站协议栈，自动识别和支持可达12Mbit/s的数据传输率，支持3.3V电压，可以直接与STM32芯片相连，功耗低；
（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PROFIBUS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PROFIBUS的通讯工程时间，是一种实用性很强的通讯协议转换装置。
附图说明
图1为本实用新型总体结构示意图；
其中，1- 电源单元，2-CPU控制单元，3-人机接口单元，4-PROFIBUS-DP协议单元，5-连接单元。
具体实施方式
以下结合附图，对本实用新型进一步描述：
见附图1，本实用新型的连接是采用CPU控制单元2，通过连接单元5跟人机接口单元3和PROFIBUS-DP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ARM Cortex-M3处理器STM32，PROFIBUS-DP协议单元4采用了专用的PROFIBUS-DP从站协议芯片VPC3+C；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）PROFIBUS-DP协议单元4采用了专用的PROFIBUS-DP从站协议芯片VPC3+C，该芯片通过高速光耦隔离的RS485电路实现了协议的物理层，VPC3+C从PROFIBUS-DP总线接收到数据，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，VPC3+C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PROFIBUS-DP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PROFIBUS-DP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 (4)
1.一种PROFIBUS-DP与MODBUS协议转换装置，包括电源单元、CPU控制单元、PROFIBUS-DP从站协议单元、人机接口单元、连接接单元在内的结构；其特征在于：其连接是采用电源单元、CPU控制单元、PROFIBUS-DP从站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。
2.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS-DP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ARM Cortex-3微处理器STM32。
3.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS-DP与MODBUS协议转换装置，其特征在于：所述的PROFIBUS-DP协议单元采用了VPC3+C协议芯片。
4.根据权利要求1所述的一种PROFIBUS-DP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。
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| CN 201220392916 CN202737902U (zh) | 2012-08-09 | 2012-08-09 | 一种profibus-dp与modbus协议转换装置 |
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| CN (1) | CN202737902U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110912793A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-03-24 | 江阴拓普电气有限公司 | 供电通讯总线系统 |
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2012
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