随着工业互联网的飞速发展,世界各国相继提出了自己发展工业4.0的战略及计划,通信技术、计算机技术、IT技术的发展逐步渗透到工控领域,并且对工业控制系统智能化、网络化提出了新的要求。PLC(Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)作为工业领域的自动控制系统,它将计算机技术、自动控制技术和通讯技术融为一体。现场总线是一种互连智能现场自动化设备及其控制系统的数字式、双向传输的通信协议。PLC与现场总线技术是紧密联系的,基于现场总线技术的PLC系统被广泛应用于工业领域。目前PLC市场主要被国外公司垄断控制,对我国工业体系的独立和安全造成了严重影响,采用我国自主研发的国产化产品能大大提升系统的安全性。Modbus协议是最早提出的,是全开放、免费提供、容易实施的协议,广泛应用于各种工业控制现场。EtherCAT协议具有传输速率快、成本低、传输距离远、网络拓扑结构灵活简单,是目前在PLC系统中最常应用的一种实时工业以太网技术;从发展趋势来看,Modbus TCP协议与EtherCAT协议之间转换成为了市场的需求。网关模块可以把不同网络之间的报文协议通过重新封装后进行相互传输,实现不同总线在相同网络中无障碍通信,因此设计一款基于国产芯片的EtherCAT转Modbus TCP网关模块是必要的。本文介绍了PLC、EtherCAT协议和Modbus TCP协议研究背景、意义,分析了两种协议的国内外现状以及网关模块的应用需要,得出了设计此网关的必要性。描述了基于EtherCAT协议开发的PLC系统的总体结构,CPU模块作为EtherCAT主站,其它通信模块、网关模块、I/O模块、末端模块均为EtherCAT从站。阐述了PLC系统的具体拓扑组网过程及基本网络拓扑结构,通过网关模块拓展其他网络拓扑形成异构网络。在异构网络下设备、系统能够进行互联互通,引出了设计网关模块的总体设计思想。根据系统的实际需要,得出硬件总体方案,对网关模块各个芯片进行选型分析,选择国产芯片S698PM作为CPU(Central Processing Unit,中央处理器);接着对具体的单板电源电路、电源监控及复位电路、RTC功能电路、时钟电路、CPU小系统电路等子模块进行电路设计和参数设置,完成网关模块的单板原理图设计后进行PCB投板、制版;分析MCU(Microcontroller Unit,微控制单元)固件的功能、描述了Modbus协议的实现过程以及驱动的开发。通过对网关模块的功能、性能测试、调试保证了这一网关模块软硬件接口功能,达到了单板设计要求。从测试结果表明该网关模块作为EtherCAT系统的从站时,实现EtherCAT协议与PLC系统其他现场总线之间的协议交换。作为主站存在时,物理层采用TCP/IP协议,进行Modbus协议之间的通信功能,可以最大可能的兼容其他现场设备,实现数据的交互以及网络的通信。