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。