[发明专利]基于无线ZigBee、CAN总线和MODBUS/TCP的多协议转换设备及其实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将基于IEEE802.15.4标准的无线ZigBee网络引入CAN-bus现场总线和MODBUS/TCP工业以太网的多协议转换设备及其多协议转换的实现方法。 

背景技术

现场总线是应用在生产现场与微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点的数字通信系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线的出现改变了传统现场仪表装置与主控系统点对点的联系方式，减少了现场总线的布置线缆，节省工程的施工费用；同时随着现场仪表装置的智能化发展，可以实现部分主控系统的控制功能，使控制系统结构具备高度的分散性。现场总线技术经过几十年的发展，已经形成了多标准共存的局面，虽然现场总线具有实时性好、稳定性高等优点，但是现存的多种现场总线都存在传输速率较低和传输距离受限的问题，而且现场总线各个标准之间互不兼容，给系统的集成和用户的使用、维护带来了很大的不便。 

MODBUS/TCP工业以太网是MODBUS的延伸，协议的物理层和数据链路层是基于以太网和标准TCP/IP协议，而应用层的定义与MODBUS协议家族的其他协议通用。另一方面MODBUS由于其开放性、透明性，得到了工业界的广泛支持，已成为工业上的事实标准。基于IEEE802.15.4标准的ZigBee无线数据传输网络中，节点之间射频的传输成本低、距离短，各节点只需很少的能量，即可实现一点到两点的和多点的对等通信，而且ZigBee无线网络具有快速组网自动配置等功能，适用于环境较为复杂和恶劣的工业监测系统中。CAN总线技术是一种有效支持分布式控制和实时控制的多主串行通信方式，具有优良的稳定性、实时性、远程通信能力以及超强的硬件CRC纠错等特性，以其高性能和高可靠性在自动控制领域得到了广泛的应用，被公认为是最有前途的现场总线之一。将CAN总线和 ZigBee无线网络相结合，组成移动分布式网络系统，通过MODBUS/TCP工业以太网实现与上位机控制信息的通讯，更有利于工业检测的灵活性和实时性。 

经对现有的技术文献检索发现，中国专利公开号为：CN1697448，公开日2005年11月16日，名称为：MODBUS/TCP工业以太网与设备网现场总线和ProfibusDP现场总线间的多协议转换方法和装置，该申请案公开了MODBUS/TCP工业以太网、DeviceNet现场总线和ProfibusDP现场总线间的应用层协议转换；中国专利公开号为：CN1645852，公开日2005年7月27日，名称为MODBUS/TCP工业以太网和ProfibusDP现场总线间的协议转换方法和装置，该申请案公开了MODBUS/TCP工业以太网和ProfibusDP现场总线间的协议转换；以上两种方法的不足之处为：均没有涉及到工业无线网络的应用。中国专利公开号为：CN101425948，公开日2009年5月6日，名称为：工业无线网接入工业以太网和现场总线的多协议网关及协议转换方法，该专利申请案加入了基于IEEE802.15.4a的工业无线网络，并由微控制器实现了MODBUS/TCP工业以太网和ProfibusDP现场总线及工业无线网络三种网络之间的协议转换。但以上专利均没有涉及到在同一装置内实现MODBUS/TCP工业以太网和工业无线网络及CAN总线之间的多协议转换方法和装置的内容。经对现有的技术文献检索还发现，《工矿自动化》2010年1671-251X(2010)11-0101–05，名称为矿用多协议转换网关的设计，提出了一种嵌入式的矿用多协议转换网关的设计方案，该网关通过CAN总线网络、工业以太网和802.11网络等网络的有机结合,解决了井下多种网络的数据交换问题，但是此种方法没有涉及到MODBUS/TCP以太网通信以及无线ZigBee技术，且协议转换的方法中没有用到通过通讯协议开辟地址转换映射表来实现协议转换功能。 

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供一种将基于IEEE802.15.4标准的无线ZigBee网络引入到MODBUS/TCP工业以太网和CAN总线的无线多协议设备及其协议转换方法。 

本发明在已有的工业以太网和现场总线的基础上，引入了工业无线网络，实现了有线/无线异构网络控制技术。本发明不仅能够使当前现场有线接口的传感器、执行器等智能设备接入控制网络内，而且还能将无线通讯设备接入控制网络内，扩大设备的网络控制规模，从而实现在统一的系统协议架构内完成有线和无线的无缝连接。