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FF與PROFIBUS之間網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)與測試
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FF與PROFIBUS之間網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)與測試  2012/3/1
FF與PROFIBUS之間網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)與測試呂勇周侗王天然于海斌一、概述從上個(gè)世紀(jì)九十年**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(huì)出現(xiàn)在一個(gè)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(gè)直接而重要的手段。網(wǎng)關(guān)除了
 FF與PROFIBUS之間網(wǎng)關(guān)的實(shí)現(xiàn)與測試

呂勇 周侗 王天然 于海斌

一、概述

從上個(gè)世紀(jì)九十年**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(huì)出現(xiàn)在一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)網(wǎng)段的設(shè)備可以通過網(wǎng)關(guān)讀取另一個(gè)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(shí)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(gè)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(gè)獨(dú)立而完整的控制功能。一個(gè)FF控制系統(tǒng)在邏輯上可以視為由若干個(gè)功能塊組成。

一個(gè)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(gè)計(jì)算機(jī)接口卡,也可以是一個(gè)現(xiàn)場設(shè)備。

PROFIBUS從體系結(jié)構(gòu)上可分為FMS、DP和PA三種類型。FMS用于車間級的數(shù)據(jù)通信,DP型和PA型適用于現(xiàn)場級的數(shù)據(jù)傳輸,其中,PA型設(shè)備主要應(yīng)用于有特殊要求的場合。從系統(tǒng)行為上,PROFIBUS可分為DP主站(一類,二類)、DP(PA)從站、FMS主站和FMS從站這幾種。DP主站(一類)根據(jù)用戶定義好的算法控制若干個(gè)DP從站,并負(fù)責(zé)與DP主站(二類)進(jìn)行通訊;DP主站(二類)是一個(gè)管理設(shè)備,可以支持復(fù)雜的DP系統(tǒng)的管理與診斷;DP (PA)從站是一個(gè)I/O設(shè)備,負(fù)責(zé)與現(xiàn)場進(jìn)行信息交換;FMS主站和從站主要進(jìn)行大批量的數(shù)據(jù)傳輸,完成較復(fù)雜的通訊任務(wù)。

典型的PROFIBUS閉環(huán)控制系統(tǒng)可如圖2所示:DP從站1將現(xiàn)場采樣數(shù)據(jù)發(fā)送到DP主站,并在DP主站完成控制計(jì)算,然后由DP從站2將控制量發(fā)送到執(zhí)行器完成閉環(huán)控制。整個(gè)通訊過程由DP主站進(jìn)行調(diào)度,因此PROFIBUS是屬于分布式基礎(chǔ)上的集中控制模式。

2、網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)

FF H1/PROFIBUS DP網(wǎng)關(guān)(以下簡稱網(wǎng)關(guān))由FF H1設(shè)備模塊、PROFIBUS DP設(shè)備模塊和數(shù)據(jù)交換管理模塊這三部分組成,其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖3所示。

FF H1設(shè)備模塊包含一個(gè)完整的FF邏輯設(shè)備,即具有由FF的物理層、通信協(xié)議棧和功能塊組成的用戶應(yīng)用層,它負(fù)責(zé)與FF H1網(wǎng)段上的其他FF總線設(shè)備進(jìn)行通信,使網(wǎng)關(guān)在FF H1網(wǎng)段上映射為一個(gè)FF總線設(shè)備。
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