RS485和PROFINET网关设计

RS485和PROFINET网关设计

作者：顾萍 李宗昌

来源：《软件导刊》2011年第02期

摘要：一种是价格低廉、开发自主性较强的现场总线，另一种是开始被主流生产商推广的工业以太网，两种控制网络在性能、应用以及价格方面又有很大的不同。基于瑞典HMS公司推出的ANYBUS—S模块，提出了一种可以完成RS485和PROFINET无缝连接功能的网关设计方法。

关键词：工业以太网；RS485；PROFINET；网关 中图分类号：TP393.04文献标识码：A文章编号：

作者简介：顾萍（1985-），女，江苏昆山人，江苏广播电视大学昆山学院教师，研究方向为电子教学与研究；李宗昌（1986-），男，江苏徐州人，江苏徐矿综合发电有限公司助理工程师，研究方向为电气检修。0引言

当前，通信技术在现场生产中的监测、控制和故障报警等等有举足轻重的应用。从简单的RS232、RS422到RS485等现场总线，再到更高级的工业以太网，比如PROFINET和ETHERNET/IP，它们被应用到了工业的各个方面。现在对于通信及其协议的研究已日趋成熟，并且通过转换芯片设计的网关，可以进行任意两种协议的转换，即将不同类型的控制网络连接到一起。这样可以利用不同协议的优点，大大增加了产品设计的灵活性。

本设计就是利用现有的模块(ANYBUS—S PN IO)开发出一种网关，通过对RS485和PROFINET的协议进行处理，完成两者的无缝连接，并在功能上形成统一。 1系统概述

图1为本系统的框图。图左侧以串行RS485为主要通信手段的架构；右侧以西门子S7 300建立PROFINET工业以太网；中间部分为以控制ANYBUS—S模块为基础单片机控制电路，同时这部分电路也设计了RS485接口，处理两侧的通信协议。 图1系统框图

2PROFINET和ANYBUS—S

（2011）

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2.1PROFINET简介

PROFINET是由PI（PROFIBUS International）组织制定，是以工业以太网技术为基础的自动化总线标准。它为工业现场通信提供了一套完整的解决方案，包括实时以太网、运动控制、分布式自動化以及网络安全等；同时，作为跨供应商的技术，它能够兼容现有的现场总线（如PROFIBUS）技术，保护现有投资。PROFINET基于工业以太网，采用存贮转发机制而非现场总线的共享方式通信，总线带宽和节点扩展能力大大。 2.2ANYBUS—S技术

ANYBUS—S是由瑞典HMS公司研发的、用于工业现场的产品的总称。通过它完成的代理器（proxy）的作用，使得本不具备网络通信能力的模块或者设备接入控制网络。 本设计使用的ANYBUS—S是应用于PROFINET网络的，它内嵌了PROFINET网络协议，并对于控制它的CPU没有太高的要求。所有的ANYBUS—S模块都有标准的应用接口，即34pin的排针。因此在开发ANYBUS—S模块时，最关键的就在于对它的标准34pin的操作。34pin各个端口的意义如表1所示。3 硬件设计

本设计的硬件设计有两部分，一部分是PROFINET接口电路，另一部分是RS485接口电路。前者通过控制ANYBUS—S的34pin，包括数据总线、地址总线和控制总线等等，完成模块的初始化；后者通过单片机控制芯片MAX485构成RS485接口，以便接入控制网络。 3.1PROFINET接口电路

根据上节给出的34pin接口及各个端口意义，设计了PROFINET接口电路。它主要由左侧的单片机最小应用电路，控制右侧的模块的数据总线、地址总线和控制总线等，通过编写的软件对模块进行配置，完成其初始化。电路如图2所示。 表1ANYBUS-S模块34pin各端口的意义

引脚名称意义1Vcc2GND[3]总线接口的电源3，4NC空引脚5Vcc6GND[3]模块供电电源7TxD8RxD[3]串行通信接口9-18A0-A9地址总线19-26D0-D7数据总线27/BUSY指示当前DPRAM在被模块使用，低电平有效28/IRQ指示握手寄存器（7FFH）有新消息，低电平有效29/RD输出使能，低电平有效30/WR输入使能，低电平有效31/CS片选端，低电平有效32/RESET复位端，低电平有效33A10第11位地址位34A11第12位地址位，扩展时使用图2 PROFINET接口电路

图2中，AYBUS—S模块中34pin接口由数据总线、地址总线、控制总线等等组成，它的串行通信接口只有在硬件升级中使用到，因此在这里的设计中没有涉及到。8位数据总线D0~D7依次接于单片机的P0~P7；12位地址总线A0~A11，由于模块中DPRAM的数据空间只有2K，即需要11位地址总线，则它的低8位接单片机P0口经74HC573锁存后的输出，

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A8~A10接P2.0~P2.2，A11接Vcc即可；控制总线包括/BUSY、/IRQ等等，接单片机的外部中断INIT0和INIT1。 3.2MAX485芯片

MAX485是专门用于RS485总线通信的芯片，如图3所示。它有8个端口，其中Vcc和GND为电源端，RO和DI分别是数据输出端和输入端，它接单片机的串行输入和输出。/RE是接收使能，低电平有效，DE是发送使能，高电平有效。一般情况下，两个使能端接到一个控制端口，即用单片机的一个I/O端来同时控制收/发状态。B和A为差分传输端口，与进行通信的另外的MAX485芯片的B和A相连。 3.3RS485接口电路

电路原理如图4所示，MAX485与单片机相应的控制和数据端相接，即它的RO和DI分别接单片机的串口RXD和TXD，收发控制端/RE和DE一起接到单片机的P1.0，这样用同一个端口来控制收发。

图3 MAX485芯片引脚图4RS485接口电路 4软件设计

本设计的软件设计，包括初始化和数据交换两部分。初始化部分完成ANYBUS—S模块的启动，并定义了I/O数据的大小等等；数据交换部分则完成下位应用程序和上位PLC之间的通信，即下位通过单片机扫描的数据放入模块DPRAM的数据输入区域，并读取指定的数据输出区域，并进行处理。 图5系统软件框图 5结束语

通过对硬件电路的调试，证明该设计在技术上是可行的。本设计在硬件和软件都是分为两部分（RS485和PROFINET）分别设计的。完成了初始化，ANYBUS—S模块才具备建立PROFINET从站接口的功能；外围数字及模拟设计，保证了其他设备进入网络。同时，在不涉及模块初始化部分的前提下，通过修改外围电路，也可以接入其他的从站装置，从而减少成本，提高了灵活性。 参考文献：

[1]韩建波，杨志辉.基于RS485串行通信总线的电子抢答器系统[J].河北软件职业技术学院学报,2009（3）.

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[2]Profibus International．PROFINE连接各个领域[J].仪器仪表标准化与计量，2001(2)． （责任编辑：杜能钢）