新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設計應用 > 現(xiàn)場總線協(xié)議轉換機理及實現(xiàn)

現(xiàn)場總線協(xié)議轉換機理及實現(xiàn)

作者： 時間：2013-02-18 來源：網(wǎng)絡 收藏


2.2 過程控制級轉換

在過程控制級中應用OPC(OLE for process control)實現(xiàn)現(xiàn)場總線間的轉換。OPC是控制系統(tǒng)現(xiàn)場設備級與過程管理級進行信息交互的開放接口標準和技術規(guī)范。它采用客戶/服務器模式，以OLE/COM機制作為應用程序級的通行標準，將開發(fā)訪問接口的任務放在硬件生產廠家或第三方，以服務器的形式提供給客戶，并規(guī)定了一系列的接口標準，客戶負責創(chuàng)建服務器對象和訪問服務器支持的接口。從傳輸數(shù)據(jù)的角度，OPC服務器的實質相當于一個網(wǎng)關。

它一方面從現(xiàn)場設備讀取數(shù)據(jù)；另一方面把來自不同硬件供應商的不同類型數(shù)據(jù)轉換為統(tǒng)一的OPC數(shù)據(jù)格式，以OPC接口的方式傳送給客戶應用程序，從而實現(xiàn)系統(tǒng)信息的集成。通過開發(fā)針對不同的現(xiàn)場總線的OPC服務器，應用軟件就可以從不同的總線系統(tǒng)讀取數(shù)據(jù)，達到在同一系統(tǒng)中集成不同現(xiàn)場總線類型的目的，系統(tǒng)圖如圖2所示。

newmaker.com
圖2 應用OPC實現(xiàn)總線的系統(tǒng)集成

采用OPC接口的方法實現(xiàn)不同總線間的轉換，所有的工作全部在上位機中由軟件完成，簡單方便。但是由于依賴于上位機，總線系統(tǒng)中節(jié)點間的通信較慢，實時性較差，在工業(yè)控制中難以應用。

2.3 現(xiàn)場設備級轉換

在現(xiàn)場設備級采用協(xié)議轉換的方法，可以在滿足工業(yè)控制中實時性要求的基礎上實現(xiàn)系統(tǒng)中多種現(xiàn)場總線的集成。針對當前現(xiàn)場總線的發(fā)展趨勢，協(xié)議轉換主要應用在現(xiàn)場總線之間、總線與以太網(wǎng)之間以及工業(yè)以太網(wǎng)的開發(fā)中。

2.3.1 現(xiàn)場總線之間的協(xié)議轉換

現(xiàn)場總線之間的協(xié)議轉換最普遍的方法是通過網(wǎng)橋實現(xiàn)任意兩種現(xiàn)場總線協(xié)議之間的一對一協(xié)議轉換，將協(xié)議轉換的工作在總線中完成[2]。網(wǎng)橋要求具有物理接口功能、通信協(xié)議功能和操作信息功能，能夠實現(xiàn)不同總線系統(tǒng)之間的信息連接和管理。網(wǎng)橋法協(xié)議轉換的結構模型如圖3所示。

newmaker.com
圖3 網(wǎng)橋法協(xié)議轉換的結構模型圖

協(xié)議轉換網(wǎng)橋內包含一個符合總線協(xié)議A的設備和一個符合總線協(xié)議B的設備，分別通過兩個設備的物理接口A和B連接總線A和總線B，在用戶層A和B之間進行協(xié)議的用戶層轉換，完成數(shù)據(jù)交互，達到協(xié)議轉換的目的。對總線A和B來說，協(xié)議轉換網(wǎng)橋相當于總線系統(tǒng)中的一個信息設備。采用網(wǎng)橋式協(xié)議轉換方式可以實現(xiàn)差異較大的總線協(xié)議之間的轉換[12]。瑞典的HMS公司推出的AnyBus－X系列、北京鼎實創(chuàng)新科技有限公司開發(fā)Profibus協(xié)議總線橋均采用了這種方法。

2.3.2 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)之間的協(xié)議轉換

以太網(wǎng)與通用現(xiàn)場總線之間的互連常采用類似隧道技術的方法實現(xiàn)[3]。隧道技術是一種用于異型網(wǎng)絡互聯(lián)的技術，當兩個同類網(wǎng)絡通過中間復雜的異類網(wǎng)絡互聯(lián)時，常采用隧道技術進行分組交換。當數(shù)據(jù)幀通過路由器時，路由器并不對幀頭部進行協(xié)議轉換，只是將數(shù)據(jù)幀作為分組再加上自己的幀頭部，向同樣位于中間網(wǎng)絡的另一路由發(fā)送。另一路由收到數(shù)據(jù)后，去掉中間網(wǎng)絡的幀頭，繼續(xù)向后繼網(wǎng)絡發(fā)送。整個過程中，中間網(wǎng)絡可以被看成從一個多協(xié)議路由伸展到另一個路由的大隧道，分組完全不必關心中間經過什么樣的網(wǎng)絡，因此大大簡化了路由轉發(fā)和尋址的工作[9]。

以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線互聯(lián)時，隧道技術應用在現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)鏈路層，與以太網(wǎng)的傳輸控制層相連?；ヂ?lián)模型如圖4所示。

newmaker.com
圖4 現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)互聯(lián)協(xié)議模型

在模型中的路由器現(xiàn)場總線接口處，只有任何網(wǎng)絡協(xié)議都具有的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。當路由器中的現(xiàn)場總線數(shù)據(jù)鏈路層中將物理層得到的數(shù)據(jù)幀向位于路由器模型中的以太網(wǎng)部分發(fā)送時，以太網(wǎng)接口將數(shù)據(jù)幀加入到有效的IP分組載荷字段中，以預先約定的傳輸服務訪問點TSAP向以太網(wǎng)廣播，其中每個TSAP與一個應用程序相連。需要從現(xiàn)場總線接收數(shù)據(jù)的計算機對特定TSAP進行監(jiān)聽，如果收到符合要求的TSAP報文，則從中取出數(shù)據(jù)提交給傳輸層上方的應用程序[10]。

當以太網(wǎng)計算機和現(xiàn)場設備進行數(shù)據(jù)交換時，首先從系統(tǒng)管理模塊處得到該現(xiàn)場設備的信息，并申請一個在現(xiàn)場總線上的虛擬地址。計算機虛擬站點層根據(jù)總線協(xié)議生成一系列初始化數(shù)據(jù)包，其中包含數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議控制信息。數(shù)據(jù)包的內容和現(xiàn)場總線中的設備剛啟動時向現(xiàn)場總線發(fā)送的初始化數(shù)據(jù)完全一樣。生成完畢之后，通過總線接口處的數(shù)據(jù)鏈路層經由總線物理層發(fā)往現(xiàn)場總線。當現(xiàn)場設備有數(shù)據(jù)要發(fā)往以太網(wǎng)計算機時，只需向該計算機的地址發(fā)送即可。協(xié)議轉換器經過數(shù)據(jù)幀的報文處理后，發(fā)送給以太網(wǎng)傳輸控制層，再由以太網(wǎng)對得到的數(shù)據(jù)進行監(jiān)聽和處理。

數(shù)據(jù)在實際站點與計算機上虛擬站點層間的傳輸過程，類似于兩個同構網(wǎng)絡使用隧道技術通過中間異構網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)的過程。與過去多層次的網(wǎng)絡相比，它的結構簡潔，操作靈活。目前，Profibus、DeviceNet、ControlNet和Lonworks都在研究采用這種方法來使用以太網(wǎng)傳送報文[7]。

評論


相關推薦

技術專區(qū)

關閉