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一种工业自动化 现场总线网关设备

阅读：43发布：2024-02-23

专利汇可以提供一种工业自动化现场总线网关设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种工业自动化现场总线网关设备，包括主控器模块，通过运行现场总线网关管理软件对现场总线网关实施管理，通过运行PROFIBUS DP现场总线通信软件实现PROFIBUS DP报文的收、发控制，通过运行FF H1现场总线通信软件实现FF H1报文的收、发控制；PROFIBUS DP 接口模块负责PROFIBUD DP报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接；FFH1接口模块通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接。本发明可实现PROFIBUS DP现场总线和FF H1现场总线之间的无缝连接，实现两种网络设备之间的数据交换。，下面是一种工业自动化现场总线网关设备专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种工业自动化现场总线网关设备，其特征在于包括：
主控器模块，通过运行现场总线网关管理软件对现场总线网关实施管理，通过运行PROFIBUS DP现场总线通信软件实现PROFIBUSDP报文的收、发控制，通过运行FF H1现场总线通信软件实现FF H1报文的收、发控制；
PROFIBUS DP 接口模块，负责基于高速RS485的PROFIBUD DP报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接；
FF H1接口模块，负责FF H1报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接。
2.按照权利要求1所述的工业自动化现场总线网关设备，其特征在于：所述主控器模块由微控制器、存储部分组成，以微控制器(U1)为控制核心，存储部分由随机存储器(U2)、闪存(U3)构成，分别与微控制器(U1)相连；其中闪存(U3)存有现场总线网关管理程序、PROFIBUS DP和FF H1现场总线通信程序。
3.按照权利要求1所述的工业自动化现场总线网关设备，其特征在于：所述PROFIBUS DP接口模块由第1通信控制器及第1MAU模块组成，其中第1通信控制器接收主控器模块的数据，通过第1MAU模块发送至PROFIBUS DP总线，或者接收第1MAU模块上传的数据再发送主控器模块；第1MAU模块在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP总线发送报文或从PROFIBUS DP总线接收报文。
4.按照权利要求1所述的工业自动化现场总线网关设备，其特征在于：所述FF H1接口模块由符合现场总线IEC 61158国际标准的第2通信控制器和第2MAU模块组成，其中第2通信控制器接收主控器模块的数据，通过第2MAU模块发送至FF H1总线，或者接收第2MAU模块上传的数据再发送主控器模块；第2MAU模块在第1通信控制器的控制下，向FF H1总线发送报文或从FF H1总线接收报文。

说明书全文

一种工业自动化现场总线网关设备

技术领域

[0001] 本发明涉及自动控制领域，具体说是一种工业自动化现场总线网关设备。

背景技术

[0002] 在工厂自动化控制系统中，多种现场总线技术的共存降低了系统的柔性，给系统集成商和用户带来了不便，系统集成商和用户必须了解不同类型现场总线技术的细节及不同的操作模式，这个问题已经成为了现场总线技术推广的障碍。一方面需要解决将不同类型的现场总线技术集成为一个整体的问题，另一方面还需要解决工程师或用户在适应不同特点的现场总线技术方面的困难，使工程师或用户可以使用同一种方式操作不同类型的现场总线网关设备。而目前尚未出现可满足上述要求的现场总线网关设备。

发明内容

[0003] 针对现有技术中存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是提供一种可实现PROFIBUS DP总线和FF H1总线之间无缝连接的工业自动化现场总线网关设备。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

[0005] 本发明一种工业自动化现场总线网关设备包括：主控器模块，通过运行现场总线网关管理软件对现场总线网关实施管理，通过运行PROFIBUSDP现场总线通信软件实现PROFIBUS DP报文的收、发控制，通过运行FFH1现场总线通信软件实现FF H1报文的收、发控制；PROFIBUS DP 接口模块，负责基于高速RS485的PROFIBUD DP报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及若干控制信号线实现与主控器模块的物理连接；FF H1接口模块，负责FF H1报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接。

[0006] 所述主控器模块由微控制器、存储部分组成，以微控制器为控制核心，存储部分由随机存储器、闪存构成，分别与微控制器相连；其中闪存存有现场总线网关管理程序、PROFIBUS DP和FF H1现场总线通信程序。

[0007] 所述PROFIBUS DP接口模块由第1通信控制器及第1MAU模块组成，其中第1通信控制器接收主控器模块的数据，通过第1MAU模块发送至PROFIBUS DP总线，或者接收第1MAU模块上传的数据再发送主控器模块；第1MAU模块在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP总线发送报文或从PROFIBUS DP总线接收报文。

[0008] 所述FF H1接口模块由符合现场总线IEC 61158国际标准的第2通信控制器和第2MAU模块组成，其中第2通信控制器接收主控器模块的数据，通过第2MAU模块发送至FF H1总线，或者接收第2MAU模块上传的数据再发送主控器模块；第2MAU模块在第1通信控制器的控制下，向FF H1总线发送报文或从FF H1总线接收报文。

[0009] 本发明是用来完成工厂自动化领域中PROFIBUS DP总线和FF H1总线之间的信息交换和互操作功能，具有如下优点：

[0010] 1.适应性强。本发明可实现PROFIBUS DP现场总线和FF H1现场总线之间的无缝连接，实现两种网络设备之间的数据交换。

[0011] 2.具有系统的开放性。由于本发明所遵循的通信协议一致公开，各个不同厂家的设备之间可实现信息交换，能够通过本产品构筑自动化领域的开放互联系统。

[0012] 3.应用广泛。本发明可以应用于化工、石化、制药、冶金、采矿、电力、食品加工、能源、数控系统等行业的自动化控制领域。

[0013] 4.成本低。可本发明以在充分利用原有系统资源的基础上，引入新的现场总线系统，大大降低系统造价。附图说明

[0014] 图1为本发明硬件结构框图；

[0015] 图2为本发明使用的软件结构功能框图；

[0016] 图3为本发明中FF H1现场总线通信协议栈程序结构框图；

[0017] 图4为本发明中PROFIBUS DP现场总线通信协议栈程序框图；

[0018] 图5为本发明现场总线网关管理程序框图。

具体实施方式

[0019] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0020] 如图1所示，本发明包括主控器模块、PROFIBUS DP接口模块和FF H1接口模块三部分(FF：FOUNDATION FILEDBUS)，其中主控器模块，通过运行现场总线网关管理软件对现场总线网关实施管理，通过运行PROFIBUS DP现场总线通信软件实现PROFIBUS DP报文的收、发控制，通过运行FF H1现场总线通信软件实现FF H1报文的收、发控制；PROFIBUS DP接口模块，负责基于高速RS485的PROFIBUD DP报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及若干控制信号线实现与主控器模块的物理连接；FF H1接口模块，负责FF H1报文的接收、发送及校验工作，通过数据总线、地址总线及控制信号线实现与主控器模块的物理连接。

[0021] 主控器模块中的硬件电路以微控制器U1(本实施例采用ATMEL公司的ARM9产品——AT91RM9200芯片)为控制核心，存储部分由随机存储器U2、闪存U3构成，分别与微控制器U1相连；其中现场总线网关管理程序、PROFIBUS DP和FF H1现场总线通信程序存储在闪存U3中。与当前在DP设备开发中普遍使用PROFIBUS DP协议芯片(如SPC3)不同，本发明全部实现了PROFIBUS DP从设备通信协议功能。PROFIBUS DP通信模块通过PROFIBUS DP总线上的DP主站与其它DP从设备建立通信联系，相互之间可以进行数据交换；FF H1通信模块作为FF H1基本设备，与其它FF H1设备通过虚拟通信连接(VCR)建立通信关系，相互之间可以进行数据交换；现场总线网关管理程序在两种网络设备数据之间建立数据映射关系，同时维护一个数据映射关系表，从而实现数据交换功能。

[0022] PROFIBUS DP接口模块由第1通信控制器(本实施例采用高速RS485通信控制器)及第1MAU模块组成，其中第1通信控制器由FPGA器件编程实现，实施报文的接收、发送控制，提供发送、接收缓冲区；第1MAU模块在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP总线发送报文或从PROFIBUS DP总线接收报文。

[0023] 所述PROFIBUS DP接口模块由第1通信控制器及第1MAU模块组成，其中第1通信控制器可由FPGA器件编程实现，也可采用高速CPU实现，需要自动适应从9600bps到12Mbps之间不同通讯速率的变化，第1通信控制器实施报文的接收、发送控制，提供发送、接收缓冲区，具体为接收主控器模块的数据，通过第1MAU模块发送至PROFIBUS DP总线，或者接收第1MAU模块上传的数据再发送主控器模块；第1MAU模块在第1通信控制器的控制下，向PROFIBUS DP总线发送报文或从PROFIBUS DP总线接收报文。

[0024] 所述FF H1接口模块由符合现场总线IEC 61158国际标准的第2通信控制器和第2MAU模块组成，其中第2通信控制器可采用FBC0409芯片或FB3050芯片，实现FF H1通信报文的接收和发送功能，且可提供地址过滤及定时器支持，具体为接收主控器模块的数据，通过第2MAU模块发送至FF H1总线，或者接收第2MAU模块上传的数据再发送主控器模块；
采用FBC0409芯片的第2通信控制器还内嵌4K RAM，可用于报文发送和接收的缓冲区；第
2MAU模块在第1通信控制器的控制下，向FF H1总线发送报文或从FF H1总线接收报文，还可实现总线信号的滤波、整形等功能。

[0025] 如图2所示，为PROFIBUS DP网关设备和FF H1网关设备的软件结构功能框图。现场总线网关管理软件位于PROFIBUS DP通信软件(于PROFIBUS DP通信协议栈)和FF H1通信软件(FF H1通信协议栈)之上，现场总线网关管理软件以上述两个通信协议栈为基础实现数据交换功能。数据映射关系表中保存了两种总线间的数据映射关系，由现场总线网关管理软件调用；PROFIBUS DP驱动程序和FF H1驱动程序是软件结构中的最底层，用于实现报文的接收和发送，具体为：FF H1驱动程序通过控制第2通信控制器来实现FF H1报文的接收和发送；PROFIBUS DP驱动程序通过控制第1通信控制器来实现PROFIBUS DP报文的接收和发送。

[0026] 如图3所示，FF H1现场总线中的物理层实现总线信号的整形和滤波等功能；数据链路层在FF H1现场总线中处于第二层，它在物理层传“位”信息的基础上，在相邻节点间传送被称为帧的数据信息。在数据传输中可能出现差错，需要数据链路层进行检错、纠错而向上层提供无错的透明传送。应用层中的系统管理模块用来协调FF H1现场总线中各种设备之间的操作；应用层中的网络管理模块为外部网络管理员应用程序提供了管理现场设备通信系统的能力；应用层中的应用层模块是FF H1现场总线设备之间通信的一个中间环节，负责对途经的数据进行编解码。

[0027] 如图4所示，PROFIBUS DP现场总线中物理层负责总线信号处理及数据的发送与接收；数据链路层负责对总线访问权限和链路通信关系(如SAP)的管理；应用层负责对报文的编解码；用户层负责对现场数据的处理。

[0028] 如图5所示，现场总线网关管理模块通过维护数据映射关系表中的映射关系来实现两种现场总线数据的双向传送。

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