一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置及實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置及實(shí)現(xiàn)方法，集DeviceNet從站、MODBUS主站、數(shù)據(jù)處理、總線通訊為一體，在工業(yè)自動(dòng)化控制中實(shí)現(xiàn)DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)與MODBUS總線系統(tǒng)的協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理和管理的裝置，屬于自動(dòng)化控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)技術(shù)已成為工業(yè)控制領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。傳統(tǒng)機(jī)電產(chǎn)品是否具有總線接口將成為其在市場(chǎng)能否生存的一個(gè)必要條件。MODBUS是目前低壓電力儀表設(shè)備經(jīng)常使用的一種通訊總線，但其有自身的局限性，在與遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)通信時(shí)，由于通訊點(diǎn)表不能自由組合，遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)要查詢從站信息時(shí)，除了讀取自己所需的那部分?jǐn)?shù)據(jù)，還必須讀取冗余數(shù)據(jù)，或者分若干次次讀取，大大降低了通訊效率AeviceNet是一種簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)解決方案，在提供多供貨商同類部件間的可互換性的同時(shí)，減少了配線和安裝工業(yè)自動(dòng)化設(shè)備的成本和時(shí)間AeviceNet的直接互連性不僅改善了設(shè)備間的通信，而且同時(shí)提供了相當(dāng)重要的設(shè)備級(jí)診斷功能；另外，隨著工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化程度的提高，對(duì)低壓電力儀表設(shè)備的通訊可靠性提出了更高的要求，DeviceNet協(xié)議越來越多地用于低壓電力測(cè)控系統(tǒng)；然而，DeviceNet協(xié)議相對(duì)于MODBUS協(xié)議而言，其實(shí)現(xiàn)難度較大，通過DeviceNet與M0DUBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，可以快速便捷的將MODBUS通訊設(shè)備接入到DeviceNet總線系統(tǒng)中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有的MODBUS設(shè)備改造升級(jí)為DeviceNet設(shè)備難度大、可靠性差、周期長(zhǎng)等缺陷，設(shè)計(jì)一種集DeviceNet從站、MODBUS主站、數(shù)據(jù)處理、總線通訊為一體，實(shí)現(xiàn)MODBUS總線設(shè)備快速改造為DeviceNet總線設(shè)備的裝置。其技術(shù)是這樣實(shí)現(xiàn)的:包括電源單元、CPU控制單元、人機(jī)接口單元、DeviceNet協(xié)議單元、連接單元，其特征在于:其連接是CPU控制單元、DeviceNet協(xié)議單元、人機(jī)接口單元,通過連接單元實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換，電源單元提供裝置各模塊單元所需的工作電源，所述的CPU控制單元采用了低功耗高性能的ARM Cortex_M3處理器；所述的DeviceNet協(xié)議單元采用了軟件協(xié)議棧；所述的單元模塊布局上米用了外部輸入信號(hào)與輸出做光電隔離。
[0004]其數(shù)據(jù)處理及功能實(shí)現(xiàn)過程是:
(1) CPU控制單元是基于C語言實(shí)現(xiàn)的，不使用嵌入式操作系統(tǒng)，通過中斷服務(wù)子程序的合理安排，加快了信息處理速度，主要完成MODBUS總線數(shù)據(jù)查詢和接收、DeviceNet總線緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的處理和準(zhǔn)備、接收和處理人機(jī)接口單元按鍵事件、通過人機(jī)接口單元的液晶顯示器顯示系統(tǒng)狀態(tài)等功能；CPU控制單元是整個(gè)裝置的控制核心，基于ARM Cortex-M3微處理器STM32，內(nèi)置足夠容量的FLASH、RAM存儲(chǔ)器、USART接口、大量的GP10接口，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和控制能力；
CPU控制單元向MODBUS從站發(fā)送查詢報(bào)文，并接收MODBUS從站返回的數(shù)據(jù)，并加以分析處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的配置，將接收到的遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)放置到DeviceNet協(xié)議上行緩沖區(qū)的約定位置；同時(shí)，CPU控制單元讀取DeviceNet協(xié)議單元的下行緩沖區(qū)，處理DeviceNet主站的下發(fā)報(bào)文，將DeviceNet主站所請(qǐng)求的輸入數(shù)據(jù)從DeviceNet協(xié)議上行緩沖區(qū)轉(zhuǎn)移到DeviceNet協(xié)議單元，若DeviceNet主站所請(qǐng)求的輸出數(shù)據(jù)變化時(shí),CPU控制單元或者改變自身狀態(tài)，或者通過MODBUS總線將命令下發(fā)給MODBUS從站；CPU控制單元具備自身故障自檢能力，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常情況時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)故障自檢程序，對(duì)其硬件及其部分軟件進(jìn)行故障排查工作，并通過人機(jī)接口單元發(fā)出報(bào)警信息給操作管理人員。
[0005](2)電源單元輸入直流電源，范圍為20V-28V，輸出可供其他各單元工作的工作電源。
[0006](3)DeviceNet協(xié)議單元軟件部分采用了自行編寫的軟件協(xié)議棧，自動(dòng)識(shí)別和支持DeviceNet規(guī)定的3種波特率，成本低，應(yīng)用靈活。
[0007](4)人機(jī)接口單元使用按鍵來調(diào)整參數(shù)，用IXD來顯示系統(tǒng)信息和故障狀態(tài)。
[0008]實(shí)施該技術(shù)后的優(yōu)點(diǎn)和效果在于:首先是克服了以往MODBUS從站設(shè)備轉(zhuǎn)換為DeviceNet從站升級(jí)改造難度大，可靠性不高的缺陷，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，不改變?cè)谐墒飚a(chǎn)品的軟硬件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，也易于設(shè)備的維護(hù)，實(shí)時(shí)性高；具有組網(wǎng)方便，易于管理和維護(hù)，極大的縮短了基于DeviceNet的新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間，是一種實(shí)用性很強(qiáng)的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置。
【附圖說明】
[0009]圖1為本發(fā)明總體結(jié)構(gòu)示意圖；
其中，1-電源單元，2-CPU控制單元，3-人機(jī)接口單元，4-DeviceNet協(xié)議單元，5_連接單元。
【具體實(shí)施方式】
[0010]以下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步描述:
見附圖1，本發(fā)明的連接是采用CPU控制單元2，通過連接單元5跟人機(jī)接口單元3和DeviceNet協(xié)議單元4連接。電源單元1給其他單元連接并提供其工作電源；CPU控制單元2采用了低功耗高性能的ARM Cortex-M3處理器STM32，DeviceNet協(xié)議單元4軟件部分采用了自行編寫的軟件協(xié)議棧，硬件部分使用了高速光耦隔離的CAN接口芯片；電源單元采用了隔離的開關(guān)電源；各單元采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊布局上都采用了信號(hào)的光電隔離處理。
[0011]見附圖1，其功能實(shí)現(xiàn)方法及其功能實(shí)現(xiàn)具體步驟是:
(1)電源單元1輸入直流20V--28V，輸出可供其他各單元工作的工作電源；
(2)DeviceNet協(xié)議單元4軟件部分采用了軟件部分采用了自行編寫的DeviceNet協(xié)議棧，硬件部分通過高速光耦隔離的CAN電路實(shí)現(xiàn)了協(xié)議的物理層，DeviceNet協(xié)議單元4從DeviceNet總線接收到主站的數(shù)據(jù)，把處理好的數(shù)據(jù)放入內(nèi)部雙口 RAM，并通過外部中斷來通知CPU控制單元2進(jìn)行處理；在接收到CPU控制單元2的回傳信息后，DeviceNet協(xié)議單元4處理后將其發(fā)送到總線上；
(3)CPU控制單元2完成MODBUS主站的數(shù)據(jù)采集功能，通過查詢報(bào)文，將MODBUS從站的返回?cái)?shù)據(jù)放入MODBUS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；CPU控制單元2通過對(duì)來自于VPC3+C的中斷進(jìn)行響應(yīng)，獲得DeviceNet協(xié)議單元4接收的報(bào)文命令并加以處理，或者將命令轉(zhuǎn)發(fā)給MODBUS從站，或者將MODBUS數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中的相關(guān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移給DeviceNet協(xié)議單元4 ；CPU控制單元2基于STM32F2處理器，內(nèi)置大容量的FLASH、SRAM存儲(chǔ)器、主頻達(dá)72MHz，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和通訊能力；
(4)人機(jī)接口單元3提供了人機(jī)接口，主CPU控制單元2通過STM32的外部GP10線進(jìn)行連接，用LCD實(shí)時(shí)顯示工作狀態(tài)和各種故障信息，以及查詢?cè)O(shè)置好的參數(shù)信息，也可以通過按鍵操作來設(shè)定參數(shù)，并將修改后的參數(shù)回傳給CPU控制單元2，實(shí)現(xiàn)在線修改參數(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置及實(shí)現(xiàn)方法，包括電源單元、CPU控制單元、DeviceNet協(xié)議單元、人機(jī)接口單元、連接單元在內(nèi)的結(jié)構(gòu)組成；其特征在于:其連接是采用電源單元、CPU控制單元、DeviceNet協(xié)議單元和人機(jī)接口單元通過連接單元連接，電源單元與其他單元通過數(shù)據(jù)鏈接單元連接并提供其工作電源； 其實(shí)現(xiàn)方法是: (1)CPU控制單元是基于C語言實(shí)現(xiàn)的，不使用嵌入式操作系統(tǒng)，通過中斷服務(wù)子程序的合理安排，加快了信息處理速度，主要完成MODBUS總線數(shù)據(jù)查詢和接收、DeviceNet總線緩沖區(qū)數(shù)據(jù)的處理和準(zhǔn)備、接收和處理人機(jī)接口單元按鍵事件、通過人機(jī)接口單元的液晶顯示器顯示系統(tǒng)狀態(tài)等功能；CPU控制單元是整個(gè)裝置的控制核心，基于ARM Cortex-M3微處理器STM32，內(nèi)置足夠容量的FLASH、RAM存儲(chǔ)器、USART接口、大量的GP10接口，具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和控制能力； CPU控制單元向MODBUS從站發(fā)送查詢報(bào)文，并接收MODBUS從站返回的數(shù)據(jù)，并加以分析處理，根據(jù)預(yù)先設(shè)置好的配置，將接收到的遙信、遙測(cè)數(shù)據(jù)放置到DeviceNet協(xié)議上行緩沖區(qū)的約定位置；同時(shí)，CPU控制單元讀取DeviceNet協(xié)議單元的下行緩沖區(qū)，處理DeviceNet主站的下發(fā)報(bào)文，將DeviceNet主站所請(qǐng)求的輸入數(shù)據(jù)從DeviceNet協(xié)議上行緩沖區(qū)轉(zhuǎn)移到DeviceNet協(xié)議單元，若DeviceNet主站所請(qǐng)求的輸出數(shù)據(jù)變化時(shí),CPU控制單元或者改變自身狀態(tài)，或者通過MODBUS總線將命令下發(fā)給MODBUS從站；CPU控制單元具備自身故障自檢能力，當(dāng)裝置出現(xiàn)異常情況時(shí)可自動(dòng)啟動(dòng)故障自檢程序，對(duì)其硬件及其部分軟件進(jìn)行故障排查工作，并通過人機(jī)接口單元發(fā)出報(bào)警信息給操作管理人員； (2)電源單元輸入直流電源，范圍為20V—28V，輸出可供其他各單元工作的工作電源； (3)DeViCeNet協(xié)議單元軟件部分采用了自行編寫的軟件協(xié)議棧，自動(dòng)識(shí)別和支持DeviceNet規(guī)定的3種波特率，成本低，應(yīng)用靈活； (4)人機(jī)接口單元使用按鍵來調(diào)整參數(shù)，用LCD來顯示系統(tǒng)信息和故障狀態(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的CPU控制單元采用了低功耗高性能的ARM Cortex-3微處理器STM32。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的DeviceNet協(xié)議單元采用了軟件協(xié)議棧。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的電源單元采用了隔離的開關(guān)電源。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于:所述的各單元采用模塊化設(shè)計(jì)，模塊布局上都采用了信號(hào)的光電隔離處理。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種DeviceNet與MODBUS協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置及實(shí)現(xiàn)方法，包括DeviceNet協(xié)議單元及其外圍電路，工作方式，數(shù)據(jù)連接方法；其連接是采用CPU控制單元，通過連接接單元跟DeviceNet協(xié)議單和人機(jī)接口單元連接，電源單元跟其他單元連接并提供其工作電源；克服了以往MODBUS從站設(shè)備轉(zhuǎn)換為DeviceNet從站升級(jí)改造難度大，可靠性不高的缺陷，實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的模塊化設(shè)計(jì)，不改變?cè)谐墒飚a(chǎn)品的軟硬件設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定可靠，也易于設(shè)備的維護(hù)，實(shí)時(shí)性高；具有組網(wǎng)方便，易于管理和維護(hù)，極大的縮短了基于DeviceNet的新產(chǎn)品開發(fā)時(shí)間。
【IPC分類】H04L29/06, H04L12/40, G05B19/418, G06F13/42
【公開號(hào)】CN105450595
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410396455
【發(fā)明人】王曉輝, 張鋒, 馬海鑫, 孫旭熹
【申請(qǐng)人】上海華建電力設(shè)備股份有限公司
【公開日】2016年3月30日
【申請(qǐng)日】2014年8月13日