現場總線協議轉換機理及實現
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2.3.3 工業以太網的研究開發
工業以太網是人們基于以太網技術開發的現場總線協議，目前常用的工業以太網標準中主要采用以下幾種方法實現[4]：
① 封裝法
將現場總線的報文作為“用戶數據”原封不動地嵌入到TCP/IP的數據幀中，然后放到以太網中進行傳送。采用這種方法可以在現有的規范內，自以太網向下兼容現有的現場總線系統，而且可以同時傳輸幾種不同現場總線類型的數據。ControlNet和DeviceNet聯合推出的Ethernet/IP、FF推出的HSE以及施奈德開發的Modbus-TCP/IP采用的都是這種方法。
② 拆分法
將較長的TCP/IP數據幀拆開嵌入到總線的報文中進行傳送。被分割的數據包在接收方重新裝配從而恢復為原來的TCP/IP報文。采用這種方法的優點是原有的現場總線設備在現場可以繼續使用，運行時候的現場總線短報文信息的傳輸效率大大提高。Interbus On Ethernet采用的是這種方法。
③ 網關/代理服務器法
通過網關/代理服務器進行以太網與現場總線之間的協議和信息轉換，通過基于開放標準的模塊化、分布式應用的統一軟件結構的自動化技術(CBA)實現數據交換，從而最大限度地保護了原有的現場總線設備，還可以實現統一的概念，典型代表如ProfiNet等。
所有這些開發的工業以太網基本上實現了現場設備級與過程管理級之間的信息垂直集成，大幅度提高了系統性能。
3 支持多協議轉換的測控平臺研發
針對單一現場總線協議與工業以太網之間轉換的研究已經成為熱門，但是在現場總線分類越來越細化的情況下，同一系統中如何集成工業以太網與多種現場總線還有待于在理論和應用上進一步研究與開發。
在 IEC“10+3”種協議標準中，由德國Siemens 公司等支持的Profibus 協議和由美國Rockwell 公司等支持的DeviceNet 協議目前占有的市場份額最大，而Modbus-TCP/IP 工業以太網具有最為廣闊的發展空間[11]。此外，Profibus 屬10 種控制層協議標準之一，而DeviceNet則屬3 種設備層協議標準之一。因此，本文選擇Modbus-TCP/IP 工業以太網Profibus 及DeviceNet 這3 種具有代表性的協議之間的多協議轉換進行了研究。
研究支持工業以太網、Profibus、DeviceNet 等3 種總線協議轉換的轉換裝置，實現針對兩種以上的協議轉換和基于不同類族協議標準的協議之間轉換。采用類隧道原理研究開發的多協議轉換裝置，裝置中帶有以太網接口、DeviceNet 接口和Profibus 接口，既可以實現MODBUS/TCP 工業以太網節點功能，又可以實現DeviceNet 現場總線主節點和Profibus DP現場總線主節點的功能，轉換器可以對一個DeviceNet 或Profibus DP 主/從網絡進行組網和管理，可以掃描網絡上各個從節點的狀態，并與各個從節點進行數據通信，可將各個從節點的信息上傳至工業以太網，并可將工業以太網上的信息下發至兩種現場總線網絡上的各個從節點，由此實現了協議轉換功能。
為測試多協議轉換裝置的協議轉換效率及保證3種通信網絡在同一系統內的兼容性，以一套實驗鍋爐系統構建了測控平臺。平臺的總體結構如圖5所示。
圖5 測控平臺總體結構圖
圖6 測控平臺示意圖
現場總線作為比較成熟的工業控制網絡，在今后相當長的時間內將繼續普遍應用在現場控制中。如何能更好地解決現場總線之間以及現場總線與以太網之間的集成，則需要人們更加努力加以解決。協議轉換技術的深入研究和應用，將有助于在更大程度上推動現場總線的發展和普及。
參考文獻
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5 陳維剛，費敏銳等.工業控制系統的網絡化發展.工業儀表與自動化裝置.2004,(1)
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7 Feng-Li Lian, James R. Moyne, and Dawn M. Tilbury, Performance evaluation of control networks: Ethernet, ControlNet, and DeviceNet, IEEE Control Systems Magazine, Vol. 21, No. 1,February, 2001
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9．Jim Montague. What’s left to say about industrial ethernet , Control Engineering , May 2001 :7～17
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11．Felser. M;Sauter T Standardization of Industrial Ethernet –The Next Battlefield, Proceedings of IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, Sept. 22-24, 2004
12．Lobashov, M.; Pratl, G.; Sauter, T.; Applicability of Internet protocols for fieldbus access, Proc. 4th IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, 28-30 Aug. 2002
13．周曉兵,費敏銳.工業以太網的應用現狀及發展前景.自動化儀表,第22卷,第10期,2001(end)
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