FF與PROFIBUS之間網關的實現與測試

一、概述

從上個世紀九十年代開始，不同工業控制領域現場總線技術競爭加劇，形成了當今不同總線標準并存的局面。由于不同總線技術共生存、同發展的現狀，造成了在控制系統的構建過程中，很可能會出現在一個現場總線系統中需要實現跨總線的信息傳遞與共享的情況。因此，解決在不同種類現場總線協議間的互操作問題成了當務之急。網關就是解決這一問題的一個直接而重要的手段。

網關除了將其兩側所連接的不同總線之間的電氣信號進行隔離和轉換之外，還為這兩種總線提供透明的數據傳輸服務，這些數據除了有現場控制數據之外，還包括組態數據和診斷數據。廣義的網關甚至還應提供不同總線協議之間應用層服務的翻譯功能，能徹底實現不同總線之間的互操作。本文以現場總線（FOUNDATION Fieldbus，簡稱FF）H1與PORFIBUS DP之間的網關為例，建立了網關模型，并對網關的測試提出了一些見解。

二、網關的原理與實現

網關為兩個網段之間提供了透明的數據傳輸服務，能實現一個網段的設備可以通過網關讀取另一個網段中的數據并完成控制計算的功能，即網關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算資源也得到公享。

1、協議簡介

FF的體系結構采用了OSI七層模型中的物理層，數據鏈路層和應用層，并且在應用層之上增加了用戶層。用戶層由預先定義的標準功能塊和用戶自定義的柔性功能塊（FlexibleFunction Block，簡稱FFB）構成。功能塊（Function Block）是一個以數據結構為核心的軟件邏輯處理單位，能完成一個獨立而完整的控制功能。一個FF控制系統在邏輯上可以視為由若干個功能塊組成。

一個典型的FF閉環控制系統結構如圖1所示：設備1中的AI（Analog Input）功能塊通過傳感器對現場數據采樣，然后由設備2中的PID（Proportional Integral Derivative）功能塊根據設定值和設備1發送來的采樣值進行控制計算，最后通過AO（Analog Output）功能塊將控制量發送到執行器完成控制。FF系統中的執行順序和總線傳輸由鏈路主設備（Link Active Scheduler，簡稱LAS）負責調度。LAS可以是一個計算機接口卡，也可以是一個現場設備。