FF与PROFIBUS之间网关的实现与测试

一、概述

从上个世纪九十年代开始，不同工业控制领域现场总线技术竞争加剧，形成了当今不同总线标准并存的局面。由于不同总线技术共生存、同发展的现状，造成了在控制系统的构建过程中，很可能会出现在一个现场总线系统中需要实现跨总线的信息传递与共享的情况。因此，解决在不同种类现场总线协议间的互操作问题成了当务之急。网关就是解决这一问题的一个直接而重要的手段。

网关除了将其两侧所连接的不同总线之间的电气信号进行隔离和转换之外，还为这两种总线提供透明的数据传输服务，这些数据除了有现场控制数据之外，还包括组态数据和诊断数据。广义的网关甚至还应提供不同总线协议之间应用层服务的翻译功能，能彻底实现不同总线之间的互操作。本文以现场总线（FOUNDATION Fieldbus，简称FF）H1与PORFIBUS DP之间的网关为例，建立了网关模型，并对网关的测试提出了一些见解。

二、网关的原理与实现

网关为两个网段之间提供了透明的数据传输服务，能实现一个网段的设备可以通过网关读取另一个网段中的数据并完成控制计算的功能，即网关不仅提供了不同总线之间的信息资源的公享，同时也可以使不同总线之间的计算资源也得到公享。

1、协议简介

FF的体系结构采用了OSI七层模型中的物理层，数据链路层和应用层，并且在应用层之上增加了用户层。用户层由预先定义的标准功能块和用户自定义的柔性功能块（FlexibleFunction Block，简称FFB）构成。功能块（Function Block）是一个以数据结构为核心的软件逻辑处理单位，能完成一个独立而完整的控制功能。一个FF控制系统在逻辑上可以视为由若干个功能块组成。

一个典型的FF闭环控制系统结构如图1所示：设备1中的AI（Analog Input）功能块通过传感器对现场数据采样，然后由设备2中的PID（Proportional Integral Derivative）功能块根据设定值和设备1发送来的采样值进行控制计算，最后通过AO（Analog Output）功能块将控制量发送到执行器完成控制。FF系统中的执行顺序和总线传输由链路主设备（Link Active Scheduler，简称LAS）负责调度。LAS可以是一个计算机接口卡，也可以是一个现场设备。