隨著工業(yè)自動化技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)時性高、數(shù)據(jù)傳輸效率強(qiáng)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(shè)備互聯(lián)需求日益復(fù)雜的今天，如何實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議設(shè)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(kuò)展性的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。

EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）作為一種高性能的實(shí)時以太網(wǎng)協(xié)議，憑借其分布式時鐘同步機(jī)制、微秒級響應(yīng)能力及靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于運(yùn)動控制、機(jī)器人等高精度實(shí)時控制領(lǐng)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(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)，長期服務(wù)于PLC、傳感器、儀表等底層設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與控制。然而，兩者的通信機(jī)制、數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)及主從架構(gòu)存在顯著差異，導(dǎo)致異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間的直接通信難以實(shí)現(xiàn)。例如，EtherCAT基于主站周期輪詢的“飛讀飛寫”機(jī)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(bào)文解析方式亦不兼容。

在此背景下，開發(fā)EtherCAT從站與Modbus RTU設(shè)備間的協(xié)議轉(zhuǎn)換方案，成為實(shí)現(xiàn)新舊設(shè)備融合、降低系統(tǒng)升級成本的重要技術(shù)路徑。現(xiàn)有解決方案多采用硬件網(wǎng)關(guān)或嵌入式中間件實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換，但仍面臨實(shí)時性保障、數(shù)據(jù)一致性校驗(yàn)及多設(shè)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(shè)計(jì)高效的數(shù)據(jù)緩存與地址映射機(jī)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(shí)現(xiàn)Modbus RTU從站設(shè)備的異步響應(yīng)，亦是技術(shù)難點(diǎn)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(gòu)。通過深入分析EtherCAT數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議與Modbus RTU應(yīng)用層協(xié)議的交互邏輯，設(shè)計(jì)動態(tài)緩沖區(qū)管理與雙協(xié)議棧并行處理機(jī)制，優(yōu)化數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)效率與實(shí)時性；同時，結(jié)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(shè)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(shí)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(shè)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(guān)。該產(chǎn)品主要功能是將EtherCAT網(wǎng)絡(luò)和Modbus RTU總線連接起來。本網(wǎng)關(guān)連接到EtherCAT總線中做為從站使用，連接到Modbus-RTU網(wǎng)絡(luò)中做為主站或從站使用。

應(yīng)用廣泛：網(wǎng)關(guān)支持Modbus RTU接口的上位機(jī)、儀表、變頻器、掃碼槍等等。在制造業(yè)中，這種網(wǎng)關(guān)常用于將先進(jìn)的EtherCAT控制設(shè)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(jī)可以通過網(wǎng)關(guān)與Modbus RTU協(xié)議的生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的實(shí)時監(jiān)控和優(yōu)化。

1.1 技術(shù)參數(shù)

1.1.1 ETHERCAT 技術(shù)參數(shù)

● 網(wǎng)關(guān)做為ETHERCAT 網(wǎng)絡(luò)的從站，可以連接倍福、歐姆龍、基恩士等廠家的PLC。

● 帶2 個RJ45 以太網(wǎng)接口，支持100BASE-TX，MDI/MDIX 自檢測，可以組成鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)，支持環(huán)網(wǎng)冗余。

● 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(shù)參數(shù)

● 網(wǎng)關(guān)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。

● 網(wǎng)關(guān)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。

● 網(wǎng)關(guān)的MODBUS 波特率支持： 2400、4800、9600、19.2K、38.4K、57.6K、115.2K 等。

● 網(wǎng)關(guān)的MODBUS 字符格式及校驗(yàn)位：8 位無校驗(yàn)+1 停止位、8 位+偶校驗(yàn)+1 停止位、8 位+奇校驗(yàn)+1 停止位、8 位無校驗(yàn)+2 停止位。

● 網(wǎng)關(guān)作為MODBUS 主站，支持01H、02H、03H、04H、05H、06H、0FH、10H 號功能。

● 網(wǎng)關(guān)作為MODBUS 從站，支持03H、04H、06H、10H 號功能。

● 網(wǎng)關(guān)作為MODBUS 主站，最大能帶32 個Modbus 從站。

審核編輯 黃宇