ff与profibus之间网关的实现与测试

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1、FF与PROFIBUS之间网关的实现与测试

2、第1一、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。

3、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（FOUNDATIONFieldbus，简称FF）H1与PORFIBUSDP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

4、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（FlexibleFunctionBlock，简称FFB）构成。功能块（FunctionBlock）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（AnalogInput）功能块通过传感器对现场数据采样，然后由设备2中的PID（ProportionalIntegralDerivative）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

5、，最后通过AO（AnalogOutput）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（LinkActiveScheduler，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。PROFIBUS从体系结构上可分为FMS、DP和PA三种类型。FMS用于车间级的数据通信，DP型和PA型适用于现场级的数据传输，其中，PA型设备主要应用于有特殊要求的场合。从系统行为上，PROFIBUS可分为DP主站（一类，二类）、DP（PA）从站、FMS主站和FMS从站这几种。DP主站（一类）根据用户定义好的算法控制

6、若干个DP从站，并负责与DP主站（二类）进行通讯；DP主站（二类）是一个管理设备，可以支持复杂的DP系统的管理与诊断；DP（PA）从站是一个I/O设备，负责与现场进行信息交换；FMS主站和从站主要进行大批量的数据传输，完成较复杂的通讯任务。典型的PROFIBUS闭环控制系统可如图2所示：DP从站1将现场采样数据发送到DP主站，并在DP主站完成控制计算，然后由DP从站2将控制量发送到执行器完成闭环控制。整个通讯过程由DP主站进行调度，因此PROFIBUS是属于分布式基础上的集中控制模式。2、网关结构FFH1/PROFIBUSDP网关（以下简称网关）由F

7、FH1设备模块、PROFIBUSDP设备模块和数据交换管理模块这三部分组成，其拓扑结构如图3所示。FFH1设备模块包含一个完整的FF逻辑设备，即具有由FF的物理层、通信协议栈和功能块组成的用户应用层，它负责与FFH1网段上的其他FF总线设备进行通信，使网关在FFH1网段上映射为一个FF总线设备。PROFIBUSDP设备模块由基于西门子公司的协议芯片SPC3之上开发的应用程序和相应硬件电路组成，它可以与PROFIBUSDP网段上其他设备进行数据交换，将网关映射成为PROFIBUSDP网段上的一个DP从站。数据交换管理模块管理两个模块之间的数据通道，主要

8、负责两网段间通信数据的映射、流量控制、两种协议报文的转换等工作，是网关的核心部分。3、网关工作原理当需要进行跨网段的信息访问时，需要对FF设备和DP设备进行适当的组态。在组态过程中，网关的数据管理模块根据用户配置的组态信息建立一个反映两网段中欲交换数据关系的映射表(DataMapTable)，从而保证数据的正确传输。下面以FF设备从DP从站中读取现场数据完成闭环控制为例来说明网关的工作原理。此时的控制结构如图4所示：网关中的FF设备模块映射成为FFH1总线上的一个设备，其中包含一个AI功能块。具体是实现过程是：DP从站1从传感器读取现场数据，并将得到

9、的数据发送到DP一类主站。然后，DP主站直接将采样数据发送到网关，网关中的DP模块获得数据之后，就通知数据管