FF與PROFIBUS之間網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)與測試

一、概述

從上個世紀(jì)九十年代開始，不同工業(yè)控制領(lǐng)域現(xiàn)場總線技術(shù)競爭加劇，形成了當(dāng)今不同總線標(biāo)準(zhǔn)并存的局面。由于不同總線技術(shù)共生存、同發(fā)展的現(xiàn)狀，造成了在控制系統(tǒng)的構(gòu)建過程中，很可能會出現(xiàn)在一個現(xiàn)場總線系統(tǒng)中需要實(shí)現(xiàn)跨總線的信息傳遞與共享的情況。因此，解決在不同種類現(xiàn)場總線協(xié)議間的互操作問題成了當(dāng)務(wù)之急。網(wǎng)關(guān)就是解決這一問題的一個直接而重要的手段。

網(wǎng)關(guān)除了將其兩側(cè)所連接的不同總線之間的電氣信號進(jìn)行隔離和轉(zhuǎn)換之外，還為這兩種總線提供透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，這些數(shù)據(jù)除了有現(xiàn)場控制數(shù)據(jù)之外，還包括組態(tài)數(shù)據(jù)和診斷數(shù)據(jù)。廣義的網(wǎng)關(guān)甚至還應(yīng)提供不同總線協(xié)議之間應(yīng)用層服務(wù)的翻譯功能，能徹底實(shí)現(xiàn)不同總線之間的互操作。本文以現(xiàn)場總線（FOUNDATION Fieldbus，簡稱FF）H1與PORFIBUS DP之間的網(wǎng)關(guān)為例，建立了網(wǎng)關(guān)模型，并對網(wǎng)關(guān)的測試提出了一些見解。

二、網(wǎng)關(guān)的原理與實(shí)現(xiàn)

網(wǎng)關(guān)為兩個網(wǎng)段之間提供了透明的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，能實(shí)現(xiàn)一個網(wǎng)段的設(shè)備可以通過網(wǎng)關(guān)讀取另一個網(wǎng)段中的數(shù)據(jù)并完成控制計(jì)算的功能，即網(wǎng)關(guān)不僅提供了不同總線之間的信息資源的公享，同時也可以使不同總線之間的計(jì)算資源也得到公享。

1、協(xié)議簡介

FF的體系結(jié)構(gòu)采用了OSI七層模型中的物理層，數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，并且在應(yīng)用層之上增加了用戶層。用戶層由預(yù)先定義的標(biāo)準(zhǔn)功能塊和用戶自定義的柔性功能塊（FlexibleFunction Block，簡稱FFB）構(gòu)成。功能塊（Function Block）是一個以數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為核心的軟件邏輯處理單位，能完成一個獨(dú)立而完整的控制功能。一個FF控制系統(tǒng)在邏輯上可以視為由若干個功能塊組成。

一個典型的FF閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：設(shè)備1中的AI（Analog Input）功能塊通過傳感器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)采樣，然后由設(shè)備2中的PID（Proportional Integral Derivative）功能塊根據(jù)設(shè)定值和設(shè)備1發(fā)送來的采樣值進(jìn)行控制計(jì)算，最后通過AO（Analog Output）功能塊將控制量發(fā)送到執(zhí)行器完成控制。FF系統(tǒng)中的執(zhí)行順序和總線傳輸由鏈路主設(shè)備（Link Active Scheduler，簡稱LAS）負(fù)責(zé)調(diào)度。LAS可以是一個計(jì)算機(jī)接口卡，也可以是一個現(xiàn)場設(shè)備。