芯耀
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隨著工業(yè)自動化技術的快速發(fā)展，工業(yè)通信網(wǎng)絡已成為現(xiàn)代智能制造系統(tǒng)的核心支撐。在這一背景下，實時性高、數(shù)據(jù)傳輸效率強的工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議（如EtherCAT）逐漸成為主流，而傳統(tǒng)的串行通信協(xié)議（如Modbus RTU）因其成熟性、低成本及廣泛部署，仍在眾多工業(yè)場景中占據(jù)重要地位。然而，在工業(yè)設備互聯(lián)需求日益復雜的今天，如何實現(xiàn)不同協(xié)議設備之間的無縫兼容與高效協(xié)同，成為提升系統(tǒng)靈活性與可擴展性的關鍵挑戰(zhàn)。
EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）作為一種高性能的實時以太網(wǎng)協(xié)議，憑借其分布式時鐘同步機制、微秒級響應能力及靈活的拓撲結構，被廣泛應用于運動控制、機器人等高精度實時控制領域。而Modbus RTU作為一種經(jīng)典的串行通信協(xié)議，以其簡單可靠、易于實現(xiàn)的特點，長期服務于PLC、傳感器、儀表等底層設備的數(shù)據(jù)采集與控制。然而，兩者的通信機制、數(shù)據(jù)幀結構及主從架構存在顯著差異，導致異構網(wǎng)絡間的直接通信難以實現(xiàn)。例如，EtherCAT基于主站周期輪詢的“飛讀飛寫”機制與Modbus RTU的主從問答模式在時序管理上存在沖突，且兩者的數(shù)據(jù)地址映射、報文解析方式亦不兼容。
在此背景下，開發(fā)EtherCAT從站與Modbus RTU設備間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方案，成為實現(xiàn)新舊設備融合、降低系統(tǒng)升級成本的重要技術路徑?，F(xiàn)有解決方案多采用硬件網(wǎng)關或嵌入式中間件實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，但仍面臨實時性保障、數(shù)據(jù)一致性校驗及多設備并發(fā)處理等核心問題。例如，轉(zhuǎn)換過程中需解決EtherCAT周期數(shù)據(jù)與Modbus RTU非周期請求的時序匹配問題，同時需設計高效的數(shù)據(jù)緩存與地址映射機制以避免數(shù)據(jù)丟失或沖突。此外，如何在不影響EtherCAT主站周期通信的前提下，實現(xiàn)Modbus RTU從站設備的異步響應，亦是技術難點之一。
本文針對上述問題，提出一種基于嵌入式平臺的EtherCAT從站轉(zhuǎn)Modbus RTU協(xié)議轉(zhuǎn)換架構。通過深入分析EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與Modbus RTU應用層協(xié)議的交互邏輯，設計動態(tài)緩沖區(qū)管理與雙協(xié)議棧并行處理機制，優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率與實時性；同時，結合地址映射表與錯誤重傳策略，確保數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的可靠性與一致性。本研究旨在為工業(yè)現(xiàn)場中多協(xié)議設備互聯(lián)提供一種低成本、高兼容性的解決方案，助力企業(yè)實現(xiàn)新舊系統(tǒng)的平滑過渡與智能化升級。
1.1?產(chǎn)品功能
設備主要功能
疆鴻智能JH-ECT002是自主研發(fā)的一款EtherCAT從站功能的通訊網(wǎng)關。該產(chǎn)品主要功能是將EtherCAT網(wǎng)絡和Modbus RTU總線連接起來。本網(wǎng)關連接到EtherCAT總線中做為從站使用，連接到Modbus-RTU網(wǎng)絡中做為主站或從站使用。
應用廣泛：網(wǎng)關支持Modbus RTU接口的上位機、儀表、變頻器、掃碼槍等等。在制造業(yè)中，這種網(wǎng)關常用于將先進的EtherCAT控制設備與傳統(tǒng)的基于Modbus RTU協(xié)議的監(jiān)控和管理系統(tǒng)相連接。比如，在某家電子制造工廠里，EtherCAT從站的高精度貼片機可以通過網(wǎng)關與Modbus RTU協(xié)議的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的實時監(jiān)控和優(yōu)化。
1.1?技術參數(shù)
1.1.1?ETHERCAT 技術參數(shù)
1.網(wǎng)關做為 ETHERCAT 網(wǎng)絡的從站，可以連接倍福、歐姆龍、基恩士等廠家的PLC。
2.帶 2 個 RJ45 以太網(wǎng)接口，支持 100BASE-TX，MDI/MDIX 自檢測，可以組成鏈式網(wǎng)絡，支持環(huán)網(wǎng)冗余。
3.支持的最大 PDO 長度，inputs 和 outputs 各為 256 字節(jié)。Input 和 output 的方向是主站方向，input 是主站輸入，output 是主站輸出。
1.1.2?MODBUS-RTU 技術參數(shù)
1.網(wǎng)關的 MODBUS 接口可通過撥碼選擇做為主站或從站，兩種工作方式二選一工作。
2.網(wǎng)關的 MODBUS 接口可通過撥碼選擇 RS485 接口或 RS232 接口，兩種接口二選一工作。
3.網(wǎng)關的 MODBUS 波特率支持：2400、4800、9600、2K、38.4K、57.6K、 115.2K 等。
4.網(wǎng)關的 MODBUS 字符格式及校驗位：8 位無校驗+1 停止位、8 位+偶校驗+1 停止位、8 位+奇校驗+1 停止位、8 位無校驗+2 停止位。
5.網(wǎng)關作為 MODBUS 主站，支持 01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、 10H 號功能。
6.網(wǎng)關作為 MODBUS 從站，支持 03H、04H、06H、10H 號功能。
7.網(wǎng)關作為 MODBUS 主站，最大能帶 32 個 Modbus 從站。
