㊀２０２０年㊀第９期
Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ㊀Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ㊀ａｎｄ㊀Ｓｅｎｓｏｒ
２０２０㊀Ｎｏ．９㊀
快速厌氧胶收稿日期：２０１９－０８－０７营养米
钢钙板
ＰＲＯＦＩＮＥＴ⁃Ｍｏｄｂｕｓ通信网关的设计郭翠娟１，２，李中原１，荣㊀锋１，２
（１．天津工业大学电子与信息工程学院，天津㊀３００３８７；２．天津市光电检测技术与系统重点实验室，天津㊀３００３８７） ㊀㊀摘要：ＰＲＯＦＩＮＥＴ是工业４．０自动化技术的通信骨干网络，针对Ｍｏｄｂｕｓ总线无法直接与ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线通信的问题，设计了一款基于ＥＲＴＥＣ２００Ｐ的ＰＲＯＦＩＮＥＴ⁃Ｍｏｄｂｕｓ通信网关系统，实现了ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线与Ｍｏｄｂｕｓ总线之间的数据通信㊂对系统的 软硬件进行了设计，网关支持最大输入输出１４４０字节，支持ＭｏｄｂｕｓＲＴＵ帧格式㊂搭建了网关测试平台，测试结果表明，网关实现了ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线与Ｍｏｄｂｕｓ总线之间的无缝连接，实现了ＰＲＯＦＩＮＥＴ数据与Ｍｏｄｂｕｓ数据的交换㊂关键词：ＰＲＯＦＩＮＥＴ；网关；Ｍｏｄｂｕｓ；工业以太网；自动化
中图分类号：ＴＰ２７４㊀㊀㊀文献标识码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：１００２－１８４１（２０２０）０９－０１２１－０６
ＤｅｓｉｇｎｏｆＰＲＯＦＩＮＥＴ⁃ＭｏｄｂｕｓＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＧａｔｅｗａｙ
硅片切割ＧＵＯＣｕｉ⁃ｊｕａｎ１，２，ＬＩＺｈｏｎｇ⁃ｙｕａｎ１，ＲＯＮＧＦｅｎｇ１，２原油脱硫剂
（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴｉａｎｊｉｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８７，Ｃｈｉｎａ；２．ＴｉａｎｊｉｎＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃＤｅｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＳｙｓｔｅｍ，Ｔｉａｎｊｉｎ３００３８７，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＣｕｒｒｅｎｔｌｙＰＲＯＦＩＮＥＴｉｓｔｈｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂａｃｋｂｏｎｅｎｅｔｗｏｒｋｏｆＩｎｄｕｓｔｒｉａｌ４．０ａｕｔｏｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ＡｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅＭｏｄｂ
ｕｓｂｕｓｃａｎ ｔｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｅｄｉｒｅｃｔｌｙｗｉｔｈｔｈｅＰＲＯＦＩＮＥＴｂｕｓ，ａＰＲＯＦＩＮＥＴ⁃Ｍｏｄｂｕｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｇａｔｅ⁃ｗａｙｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＥＲＴＥＣ２００ＰｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｒｅａｌｉｚｅｔｈｅｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎＰＲＯＦＩＮＥＴｂｕｓａｎｄＭｏｄｂｕｓｂｕｓ．Ｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｎｄｈａｒｄｗａｒｅｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅｇａｔｅｗａｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄａｍａｘｉｍｕｍｉｎｐｕｔａｎｄｏｕｔｐｕｔｏｆ１４４０ｂｙｔｅｓａｎｄｓｕｐ⁃ｐｏｒｔｓＭｏｄｂｕｓＲＴＵｆｒａｍｅｆｏｒｍａｔ．Ｔｈｅｇａｔｅｗａｙｔｅｓｔｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｇａｔｅｗａｙｒｅａｌｉｚｅｓｔｈｅｓｅａｍｌｅｓｓ
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０㊀引言
传统以太网的数据传输延时一般都在１００ｍｓ以上，而自动化行业所需的延时一般都要求１０ｍｓ
以下，传统以太网无法满足自动化领域对实时性的需求，因此ＰＲＯＦＩＢＵＳ国际组织提出了ＰＲＯＦＩＮＥＴ标准，此标准涵盖了安装技术㊁实时通信㊁网络管理以及Ｗｅｂ集成功能等方面㊂［１－２］
ＰＲＯＦＩＮＥＴ是基于工业以太网的现场总线通信系
统，它包涵一整套完整的标准，ＰＲＯＦＩＮＥＴ可以实现工业现场领域对以太网实时性的需求㊂ＰＲＯＦＩＮＥＴ是一种性能卓越的现场总线标准，ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线具有显著优势㊂由于ＰＲＯＦＩＮＥＴ技术是由传统以太网改进而来的，并且所涉及的通信协议比较复杂，而目前工厂企业广泛使用的传感器㊁执行器㊁仪器仪表设备大多是通过单片机的串行接口与外部系统进行通信，企业若放弃原有设备而直接使用ＰＲＯＦＩＮＥＴ接口设备，这样会对原有投资造成很大的浪费㊂短期内如果想 要实现ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线与现有的总线之间的通信，通过网关桥接是一个很好的选择㊂［３］因此，研发一种高性能，低成本的ＰＲＯＦＩＮＥＴ网关设备，将现阶段工厂大量使用的设备接入ＰＲＯＦＩＮＥＴ网络㊂［４－５］
本文在研究了ＰＲＯＦＩＮＥＴ通信协议的基础上，提出了ＰＲＯＦＩＮＥＴ协议和Ｍｏｄｂｕｓ协议相互转换的网关硬件设计方案，编写了网关协议转换程序，实现了ＰＲＯＦＩＮＥＴ网络和Ｍｏｄ
下载机ｂｕｓ网络之间数据的双向传输㊂［６］网关的软件设计是基于ｅＣｏｓ操作系统，ｅＣｏｓ是一种可配置实时操作系统，它具有高度可配置性，占用资源少㊁实时性强㊁开源，并且完全免费㊂［７－８］其最大的特点是可配置性高，这样极大提高了系统的灵活性与可靠性，能有效缩短开发的周期㊂测试结果表明，本文设计的网关实现了ＰＲＯＦＩＮＥＴ总线与Ｍｏｄｂｕｓ总线之间的数据交换，从而实现了两种总线的互联互通㊂［９－１０］
１㊀ＰＲＯＦＩＮＥＴ网关设计目标与系统架构１．１㊀网关总体设计
网关整体由系统核心模块㊁ＰＲＯＦＩＮＥＴ接口模块㊁ＦＬＡＳＨ存储模块㊁ＳＤＲＡＭ存储模块㊁Ｍｏｄｂｕｓ接口模
