现场总线协议转换机理及实现
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2.2 过程控制级转换
在过程控制级中应用OPC(OLE for process control)实现现场总线间的转换。OPC是控制系统现场设备级与过程管理级进行信息交互的开放接口标准和技术规范。它采用客户/服务器模式，以OLE/COM机制作为应用程序级的通行标准，将开发访问接口的任务放在硬件生产厂家或第三方，以服务器的形式提供给客户，并规定了一系列的接口标准，客户负责创建服务器对象和访问服务器支持的接口。从传输数据的角度，OPC服务器的实质相当于一个网关。
它一方面从现场设备读取数据；另一方面把来自不同硬件供应商的不同类型数据转换为统一的OPC数据格式，以OPC接口的方式传送给客户应用程序，从而实现系统信息的集成。通过开发针对不同的现场总线的OPC服务器，应用软件就可以从不同的总线系统读取数据，达到在同一系统中集成不同现场总线类型的目的，系统图如图2所示。
图2 应用OPC实现总线的系统集成
2.3 现场设备级转换
在现场设备级采用协议转换的方法，可以在满足工业控制中实时性要求的基础上实现系统中多种现场总线的集成。针对当前现场总线的发展趋势，协议转换主要应用在现场总线之间、总线与以太网之间以及工业以太网的开发中。
2.3.1 现场总线之间的协议转换
现场总线之间的协议转换最普遍的方法是通过网桥实现任意两种现场总线协议之间的一对一协议转换，将协议转换的工作在总线中完成[2]。网桥要求具有物理接口功能、通信协议功能和操作信息功能，能够实现不同总线系统之间的信息连接和管理。网桥法协议转换的结构模型如图3所示。
图3 网桥法协议转换的结构模型图
2.3.2 现场总线与以太网之间的协议转换
以太网与通用现场总线之间的互连常采用类似隧道技术的方法实现[3]。隧道技术是一种用于异型网络互联的技术，当两个同类网络通过中间复杂的异类网络互联时，常采用隧道技术进行分组交换。当数据帧通过路由器时，路由器并不对帧头部进行协议转换，只是将数据帧作为分组再加上自己的帧头部，向同样位于中间网络的另一路由发送。另一路由收到数据后，去掉中间网络的帧头，继续向后继网络发送。整个过程中，中间网络可以被看成从一个多协议路由伸展到另一个路由的大隧道，分组完全不必关心中间经过什么样的网络，因此大大简化了路由转发和寻址的工作[9]。
以太网与现场总线互联时，隧道技术应用在现场总线的数据链路层，与以太网的传输控制层相连。互联模型如图4所示。
图4 现场总线与以太网互联协议模型
当以太网计算机和现场设备进行数据交换时，首先从系统管理模块处得到该现场设备的信息，并申请一个在现场总线上的虚拟地址。计算机虚拟站点层根据总线协议生成一系列初始化数据包，其中包含数据链路层协议控制信息。数据包的内容和现场总线中的设备刚启动时向现场总线发送的初始化数据完全一样。生成完毕之后，通过总线接口处的数据链路层经由总线物理层发往现场总线。当现场设备有数据要发往以太网计算机时，只需向该计算机的地址发送即可。协议转换器经过数据帧的报文处理后，发送给以太网传输控制层，再由以太网对得到的数据进行监听和处理。
数据在实际站点与计算机上虚拟站点层间的传输过程，类似于两个同构网络使用隧道技术通过中间异构网络传输数据的过程。与过去多层次的网络相比，它的结构简洁，操作灵活。目前，Profibus、DeviceNet、ControlNet和Lonworks都在研究采用这种方法来使用以太网传送报文[7]。
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