profibus-dp与modbus协议转换研究

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1、PROFIBUS-DP与MODBUS协议转换研究(武汉大学自动化系，武汉，430072)[摘要]介绍了PROFIBUS和MODBUS两种现场总线的协议模型，深入探讨了两种现场总线的协议的转换方法，并给出了一个网关的实现。[关键字]现场总线；PROFIBUS-DP；MODBUS；协议转换；SPC3AProtocolConversionResearchbetweenPROFIBUS-DPandMODBUS(AutomationDepartment,WUHANUniversity,430072)Abstract:The

2、deferentcharactersoftwofamousfieldbusprotocol,PROFIBUS-DPandMODBUS,areintroducedinthepaper.Athoroughresearchisgivenontheprotocolconversionbetweenthesetwofieldbussystem.Andagatewaymoduleisdevelopedbasedontheresearch.Keywords:Fieldbus;PROFIBUS-DP；MODBUS；Protoco

3、lConversion；SPC341引言现场总线控制系统由于它的开放性、分散性和完全可互操作性等特点，正成为未来新型工业控制系统的发展方向。但现场总线协议标准众多且通讯协议差异很大，互不兼容。这一方面给现场总线控制系统的集成带来了很大困难，导致出现“自动化孤岛”，另一方面也给现场总线技术的推广以及现场总线控制系统的应用带来了不利影响。本文通过对PROFIBUS-DP与MODBUS总线之间的协议转换技术的探讨，研究不同现场总线之间的集成问题。2PROFIBUS-DP与MODBUS协议2.1PROFIBUS-DP协议

4、PROFIBUS是应用于制造业和过程自动化领域中的现场总线标准。它包括三个兼容的版本：PROFIBUS-DP、PROFIBUS-PA和PROFIBUS-FMS。PROFIBUS-DP主要应用于自动控制系统与和分散外围设备I/O及智能现场仪表之间的高速数据通信。PROFIBUS协议采用ISO/OSI简化模型，它使用了1、2层外加用户接口，3至7层未加描述。这种精简的结构确保高速数据传输。PROFIBUS-DP的物理层是根据EIA标准的RS-485制定。数据链路层描述了用于数据传输中报文的一般格式、安全机制和可用的传

5、输服务。PROFIBUS-DP协议的任务只是定义用户数据怎样通过总线从一个站传送到另一个站。在这里，传输协议并没有对所传送的用户数据进行评价。直接数据链路映像程序（DDLM）提供对第2层的访问。在用户接口中规定了PROFIBUS-DP设备的应用功能，以及各种类型的系统和设备的行为特性。根据OSI参考模型，第2层规定总线存取控制、数据安全性以及传输协议和报文的处理。在PROFIBUS中，第2层称为FDL层（现场总线数据链路层）。第二层的数据服务如表1所示。这些服务由上层协议通过第二层的服务存取点(ServiceAc

6、cessPoint–SAP)调用。PROFIBUS-DP使用了这些服务的子集，即SRD和SDN服务。在PROFIBUS-DP中，每个SAP都赋有一个定义明确的功能。其中DefaultSAP用于数据交换。表1PROFIBUS传输服务服务功能DPPAFMSSDA发送数据需应答×SRD发送和请求数据需应答×××SDN发送数据不需应答×××CSRD循环地发送和请求数据需应答×4每个PROFIBUS-DP系统可包含三种不同类型的设备：一类主站、二类主站和从站。主从站之间采取主从方式的总线存取协议。图2为主从站之间报文通信的

7、基本顺序。2.2MODBUS协议自1979年以来MODBUS协议是工业串行通讯事实上的标准。MODBUS标准定义了应用层的通信协议，位于OSI模型的第七层。连接在同一总线或网络中的设备以“client/server”模式进行通信。它目前可应用于：·基于以太网的TCP/IP协议；·不同媒介的异步串行通信(EIA/TIA-232-E，EIA-422，EIA/TIA-485A，光纤，无线电等)；·MODBUSPLUS，一种高速令牌网络。当它应用于串行总线上时，数据交换在一个主站(master)和的几个从站(slaves

8、)之间进行。主站执行了client的功能，从站执行了server的功能。图3给出了MODBUS通信栈。MODBUS协议定义了一个协议数据单元PDU(protocoldataunit)，它与下层的通信层次无关。MODBUS协议定义了三种PDU，它们是：·MODBUS请求PDU，mb_req_pdu·MODBUS应答PDU，mb_rsp_pdu·MODBUS异常响应PDU，m