【摘要：】工業(yè)控制網絡技術發(fā)展將促使自動化領域中出現(xiàn)一個以工業(yè)網絡產品、網絡集成、共有技術研發(fā)服務為主業(yè)的新的產業(yè)分支。工業(yè)控制網絡中的網關、網橋及網絡部件在未來自動化領域中將扮演重要角色。網關、網橋及網絡部件的技術、理論、及標準化研究工作還處在初始階段，未來將大有可為。 一、前言 十幾年前，計算機網絡技術已經成為計算機行業(yè)的一個技術分支,而在自動化領域還沒有形成工業(yè)控制網絡技術。計算機網絡給IT行業(yè)、以及人們生活帶來了不曾預料的巨大變化；網絡技術的迅猛發(fā)展促使IT行業(yè)中產生一個專門從事與網絡產品研發(fā)制造、系統(tǒng)集成、技術服務的業(yè)務群體，計算機網絡技術發(fā)展形成了一個新的產業(yè)。工業(yè)網絡技術發(fā)展可以看作是數(shù)字通信技術由計算機行業(yè)向自動化行業(yè)的擴展；近年來現(xiàn)場總線技術的產生和發(fā)展也為自動化領域帶來革命性變化。工業(yè)控制網絡適應了FA/PA對工廠信息集成的技術要求，提供了技術平臺；而半導體微電子技術發(fā)展也為現(xiàn)場設備智能化提供了技術經濟保證。工業(yè)控制網絡借鑒成熟的IT技術迅速發(fā)展，引發(fā)了人們多少奇思妙想、為我們開辟了更大的產品研發(fā)、系統(tǒng)集成、技術服務的業(yè)務空間。 二、工業(yè)控制網絡技術發(fā)展將促使自動化領域中出現(xiàn)一個新的產業(yè)分支 1、工業(yè)控制網絡在當前及未來自動化系統(tǒng)中將發(fā)揮重要作用 近年來的自動化技術發(fā)展、市場風云變幻，市場格局發(fā)生了很大變化。一些曾經名聲顯赫的公司如今在市場占有份額上已大不如前。一些在產品技術上止步不前的公司也步履維艱，難于生存。也有一些公司保持市場的高速增長，鞏固并加強了自己的地位?；仡欉@段自動化行業(yè)的發(fā)展歷程，有一條明顯的線索，那就是：凡是在十幾年前就重視、投入發(fā)展現(xiàn)場總線技術和產品的企業(yè)如今都保持鞏固了市場地位并得到了發(fā)展；凡是沒有跟上這次發(fā)展、失去這次機會的企業(yè)，如今都不可逆轉地江河日下，淪落到自動化行業(yè)排名二流的團隊。這也說明了另一個問題：在當今及未來自動化技術中，工業(yè)控制網絡將發(fā)揮重要作用。 為什么會這樣呢？其理由已被許多專家在在各種場合中反復講過：現(xiàn)場總線技術得以發(fā)展基于以下一些原因： ⑴ 工廠信息化對設備層及控制層的網絡需求 要實現(xiàn)工廠信息集成，通信網絡是技術基礎；現(xiàn)場總線是工廠設備層及控制層（車間級）網絡技術，因此，現(xiàn)場總線技術是工廠信息集成的技術基礎。工廠信息化是提升、改造傳統(tǒng)制造業(yè)的必經途徑。我國若成為制造業(yè)大國，工廠信息化是重要一環(huán)。由于近來工廠信息化需求，設備級網絡及車間級設備聯(lián)網的市場需求增長很快，因此而促進了現(xiàn)場總線技術，及近年來興起的工業(yè)以太網技術、及相關產品的高速發(fā)展。 ⑵ 基于現(xiàn)場總線技術的自動化系統(tǒng)確實給用戶帶來了利益 經過十幾年的推廣應用，現(xiàn)場總線技術確實給用戶帶來利益。比較突出的幾點是： ① 節(jié)省電纜及工程安裝的費用：在歐美，工程安裝費用很高，用戶越來越在意項目的人工費用。另外，大量電纜敷設、安裝、接線造成的工程質量風險、工期風險也是越來越得到用戶的注意。在這方面，現(xiàn)場總線技術應用比采用傳統(tǒng)I/O硬接線技術具有無法比擬的優(yōu)越性。 ② 遠程參數(shù)化功能為工程調試、開通節(jié)省的大量時間。 ③ 更完善的系統(tǒng)故障診斷功能，與互聯(lián)網技術結合真正實現(xiàn)了遠程故障維護。 ④ 豐富的信息集成，為各層次生產管理、設備（資產）管理提供了可能。 （3）計算機、半導體技術發(fā)展使智能現(xiàn)場設備成本降低應用普及 現(xiàn)場總線技術發(fā)展的前提是現(xiàn)場設備智能化。而現(xiàn)場設備智能化要求半導體行業(yè)能夠提供低成本、高功能、集成度高的處理器芯片和傳感器芯片。因此現(xiàn)場總線技術的發(fā)展與半導體集成電路技術的發(fā)展息息相關。近年來迅猛發(fā)展的半導體技術為工業(yè)智能現(xiàn)場設備降低成本、應用普及提供了良好條件。 2、從技術角度看，工業(yè)控制網絡技術逐漸發(fā)展成為自動化技術中的一個獨立分支 從技術角度看，工業(yè)控制網絡技術可能逐漸發(fā)展成為自動化技術中的一個獨立分支。這是因為： ⑴ 工業(yè)控制網絡技術雖然借鑒了計算機網絡技術，但是在滿足自動化領域特殊技術要求而發(fā)展起來的；同時又應用其他領域技術如半導體技術等。工業(yè)控制網絡技術有別于計算機網絡技術。 ⑵ 工業(yè)控制網絡技術與原自動化領域各項技術相比較有其特殊的專業(yè)性。以前在自動化領域中沒有網絡技術，工業(yè)控制網絡技術將逐漸發(fā)展成為自動化領域中一個新的獨立技術分支。 3、由于市場驅動，必然會分離出一批專門從事工業(yè)控制網絡技術、產品、系統(tǒng)集成的企業(yè)，形成新的產業(yè)分支 根據(jù)技術、市場、及專業(yè)分工的發(fā)展原則，自動化產業(yè)中將分離出一批專門從事工業(yè)控制網絡產品研發(fā)制造、系統(tǒng)設計與集成、共有基礎技術研究的企業(yè)，并涌現(xiàn)出一大批工業(yè)控制網絡技術與產品的開發(fā)、制造、市場及技術支持人才。這些企業(yè)將從事業(yè)務包括： ⑴ 共有基礎技術研發(fā)及相關產品，包括：技術標準、產品測試、集成及安裝技術、產品開發(fā)工具、網絡診斷工具、協(xié)議芯片、軟件工具……。 ⑵ 產品研發(fā)制造，包括： 網關、網橋、中繼器、集線器、交換機、光端機、接插件、電纜……。 ⑶ 工業(yè)控制網絡系統(tǒng)設計與集成：單元設備連網及監(jiān)控系統(tǒng)、車間級監(jiān)控系統(tǒng)……。 結論：自動化領域將會產生出一批專門從事工業(yè)控制網絡技術研發(fā)、產品、系統(tǒng)集成的企業(yè)，自動化領域中將出現(xiàn)一個新的產業(yè)分支。 三、網關、網橋及網絡部件在未來自動化領域中將扮演重要角色 網關、網橋及網絡部件在未來自動化領域中將扮演重要角色。一方面是由于工業(yè)網絡市場需求的增加，網絡部件自然要在整個自動化系統(tǒng)中占有重要位置。但本文想談的是另一方面問題：我們在未來相當一段時間內將面對多種網絡協(xié)議并存的現(xiàn)實，因此用于協(xié)議轉換功能的網關、網橋將在未來自動化系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。 1、“多種網絡協(xié)議并存”在自動化領域中將持續(xù)相當長的時間 “多種網絡協(xié)議并存”在自動化領域中將持續(xù)相當長的時間，這是由于： ⑴ 歷史原因 由于眾所周知歷史原因……。 ⑵ 產品供應商的經濟利益 由于經濟利益，支持各種工業(yè)網絡協(xié)議標準的國際企業(yè)聯(lián)盟之間一時間無法找到妥協(xié)余地。 ⑶ 產品技術發(fā)展市場制約因素 或者簡單的說是用戶對新技術的認可。 ⑷ 技術原因 回顧工業(yè)控制網絡技術國際標準化所走過的道路與IT行業(yè)確實不同。在IT行業(yè)，經過多年的市場篩選，最終Ethernet+TCP/IP成為事實上的近似唯一的標準。IEC國際標準工業(yè)控制網絡工作組IEC61158成立初期，人們普遍認為工業(yè)控制網絡國際標準化會走一條與IT網絡發(fā)展進程類似的道路，將會產生唯一的一種工業(yè)網絡標準,覆蓋工業(yè)自動化領域絕大部分需求。然而，十幾年的努力結果是，沒有一種類似Ethernet+TCP/IP的工業(yè)控制網絡滿足工業(yè)自動化領域所有技術需求;如今自動化領域的工業(yè)控制網絡標準與產品仍然是混戰(zhàn)和割據(jù)的局面。 原因何在？表面上看，是各大國際自動化企業(yè)集團為其利益競爭所致；其實這只是問題的一個方面，還有更深層的原因：由于自動化行業(yè)的特點（相對IT行業(yè)而言）對工業(yè)控制網絡技術特殊需求，單一網絡技術標準不能滿足工業(yè)自動化領域所有技術要求。 近年來工業(yè)以太網興起，人們沒有汲取現(xiàn)場總線標準化過程中的經驗教訓，仍然幻想用一種網絡技術標準覆蓋工廠從頂?shù)降椎娜靠刂凭W絡需求，我對此深感困惑不解。 問題：面對不同層次、不同功能要求時，“一網到底”是不是明智選擇？ 請看下圖1：PA流程自動化市場 這張圖表是流程自動化行業(yè)中各種現(xiàn)場總線應用的比例。多數(shù)情況下此表用來說明某種現(xiàn)場總線占有多大多大比例，以證明這種總線的市場業(yè)績。但我們從這張圖表中可以看出另外一個問題：在流程自動化行業(yè)中，使用各種現(xiàn)場總線連接現(xiàn)場設備應用總和不超過23%，其余是HART、4-20mA、及I/O，共占78%左右。FA的情況我沒有找到相關數(shù)據(jù)，使用現(xiàn)場總線連接的設備可能會比PA行業(yè)多一些，但可以肯定，依靠I/O（數(shù)字量及模擬量信號）將現(xiàn)場設備連接到控制器的比例還是很高的。這就是我們推廣十幾年現(xiàn)場總線的結果。而工業(yè)以太網目前大部分用于控制器之間的連接，構成車間級網絡，真正深入到設備底層的少之又少，在上面類似統(tǒng)計中恐怕根本就見不到。 為什么是這樣的結果呢，本人多年從事現(xiàn)場總線技術推廣工作，在實際工程項目中可使用的現(xiàn)場設備具有多種不同的連接形式，這與現(xiàn)場設備的功能、成本有很大關系。比如：變頻器，通常具有會PROFIBUS-DP、或DEVICENET；編碼器也許PROFIBUS-DP、DEVICENET、CANOPEN；數(shù)顯儀表及報警器之類多數(shù)是MODBUS/485、CAN之類低成本總線；按鈕箱、光電開關之類都是通過I/O連接的。 站點成本是一個重要因素。所謂站點成本指：一臺現(xiàn)場設備增加一個（一種協(xié)議）通信接口需要增加多少成本。站點成本有時指產品增加的成本，有時指增加的價格。按中國客戶心理，具有現(xiàn)場總線接口的產品成本（價格）增加應該在10～30%之間，否則，這種產品將會選擇另一種低成本的通信連接技術。 各種現(xiàn)場總線（包括工業(yè)以太網）由于其功能、應用環(huán)境、應用對象不同，站點成本差距很大?，F(xiàn)場設備同樣由于其功能、應用環(huán)境、應用對象不同，設備成本（價格）相差很大。面對不同層次的不同功能要求及成本差異，應該有多種通信技術標準供用戶選擇，才能配置出性能價格最優(yōu)化的系統(tǒng)。因此，結論就是：“多種網絡協(xié)議并存”在自動化領域中將持續(xù)相當長的時間。 2、異型通信網絡互連是未來我們不得不面對的問題 既然“多種網絡協(xié)議并存”在自動化領域中將持續(xù)相當長的時間，那末異型通信網絡互連就是我們在實際中不得不面臨的問題。異型通信網絡互連主要是指將不同通信協(xié)議設備連接到某種工業(yè)控制網絡上，或指不同協(xié)議現(xiàn)場總線系統(tǒng)的互連。例如目前遇到的較多的問題是：MODBUS設備（指具有MODBUS通信協(xié)議的設備）連接到PROFIBUS總線上的要求； 企業(yè)自定義協(xié)議的RS-232/485設備（如OMRON PLC的HOSTLINK協(xié)議）連接到PROFIBUS總線的問題；DEVICENET設備連接到PROFIBUS總線的問題等等。 3、網關、網橋是實現(xiàn)不同協(xié)議網絡之間互連、不同層次網絡互連的必然選擇 完成不同網絡協(xié)議設備之間的互連必然使用協(xié)議轉換功能的現(xiàn)場總線網關、網橋產品。比如以下是目前常用到的一些網關網橋： ⑴ FROFINET 網關 ① PROFINET/PROFIBUS網關： PROFIBUS總線系統(tǒng)（產品）連接到PROFINET網絡的網關； ② FROFINET /INTERBUS網關： INTERBUS總線系統(tǒng)（產品）連接到PROFINET網絡的網關； ③ FROFINET / DeviceNet網關：DeviceNet總線系統(tǒng)（產品）連接到PROFINET網絡的網關； ⑵ FROFIBUS 網關 ① PROFIBUS/MODBUS網關：MODBUS系統(tǒng)（產品）連接到PROFIBUS網絡的網關； ② PROFIBUS/MODBUS-TCP網關：MODBUS-TCP系統(tǒng)（產品）連接到PROFIBUS網絡的網關； ③ PROFIBUS/DeviceNet網關：DeviceNe系統(tǒng)（產品）連接到PROFIBUS網絡的網關； ⑶ PROFIBUS網橋 ① PROFIBUS/RS232/RS485網橋：RS-232/485產品連接到PROFIBUS網絡的網關； ② PROFIBUS/CAN網橋：CAN產品連接到PROFIBUS網絡的網關； ③ PROFIBUS/Ethernet+TCP/IP網橋：Ethernet+TCP/IP產品連接到PROFIBUS網絡的網關； 4、網關、網橋在自動化系統(tǒng)中完成協(xié)議轉換功能的工程實例 ⑴ 典型的MCC、PCC監(jiān)控系統(tǒng) 圖2是典型的工廠配電監(jiān)控中MCC（Motor Control Center）、PCC（Power Control Center）監(jiān)控系統(tǒng)。目前，國產MCC、PCC一般價格在1000～3000元之間，每臺設備至少50個字節(jié)的通信數(shù)據(jù)。目前價格在2000元以上的MCC、PCC通常具有PROFIBUS-DP接口，而價格1000元左右的MCC、PCC通常采用低成本的MODBUS/485協(xié)議。 在一個實際工廠配電監(jiān)控項目中，MCC加上PCC一般有200臺以上，大工程可以到1000臺。采用PROFIBUS網絡連接，波特率通常使用187.5K。理論上一條PROFIBUS總線上最多有125個站點，每段最多有32個站點。超過32站點需要中繼器來分隔網段?？梢杂嬎悖瑢σ粋€500～600臺設備的項目，至少需要5條PROFIBUS網絡，也就是5個PROFIBUS主站。PROFIBUS網絡向上通常需要連接到工廠主控系統(tǒng)骨干網絡，如DCS系統(tǒng)的Ethernet-TCP/IP；因此需要PROFIBUS網關功能是：向下有一個或多個（如5個）PROFIBUS主站接口，向上是Ethernet-TCP/IP接口；網關最好是開放的（嵌入式）系統(tǒng)，比如WinCE或Win2000等，用戶可以自主開發(fā)應用層協(xié)議，比如MODBUS/TCP等。 如果MCC、PCC采用MODBUS/485協(xié)議，系統(tǒng)組成成本相對要低；同樣需要網關：向上是Ethernet-TCP/IP接口；向下有一個或多個MODBUS/485主站接口。MODBUS連接都采用RS-485，波特率通常使用19.2K。理論上一條MODBUS總線上最多有255個站點，每段最多有32個站點。超過32站點需要中繼器來分隔網段。 ⑵ A市地鐵一號線旅客信息和顯示系統(tǒng) A市地鐵一號線，在每個地鐵站都有若干PIIS（旅客信息和顯示系統(tǒng)）、和DTI（停站時分指示器）；PIIS用來顯示到達本站的下一列車的到達時間、及目的地站名；DTI顯示以秒為單位向車站中的司機顯示出站時間。 PIIS和DTI均為帶有RS-485的通信接口，通信協(xié)議是項目規(guī)定定義。PIIS和DTI所顯示數(shù)據(jù)均來自PROFIBUS主站（RTU DP Master），因此PIIS和DTI都需要使用PROFIBUS/RS485總線網關連接到PROFIBUS-DP網絡上。本項目每個車站有4 塊PIIS和2 塊DTI，共用6塊PB-B-RS485總線橋；16個車站總計使用96塊PB-B-RS485總線橋。這可以算是一次較大規(guī)模、應用于關鍵工程中的現(xiàn)場總線網關的應用實例。目前項目以通車近2年，設備、系統(tǒng)運行狀態(tài)良好。見圖3。 ⑶ B市地鐵五號線 B市地鐵五號線的環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)包括16個地下車站的站級子系統(tǒng)、7個地面車站站級子系統(tǒng)、C停車場的站級子系統(tǒng)、D車輛段的站級子系統(tǒng)。該系統(tǒng)對B市地鐵五號線23個車站及停車場、車輛段的暖通空調系統(tǒng)、給排水、低壓配電與動力照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)、安全門系統(tǒng)、車站事故照明電源等車站設備進行全面、有效地進行自動化監(jiān)控及管理；及時、準確的將監(jiān)視數(shù)據(jù)上傳給綜合監(jiān)控系統(tǒng)，同時接收綜合監(jiān)控系統(tǒng)所下達的模式控制、單點控制等控制指令；確保設備處于安全、可靠、高效、節(jié)能的最佳運行狀態(tài)，從而提供一個舒適的乘車環(huán)境。并能在火災或阻塞等災害狀態(tài)下，更好地協(xié)調車站設備的運行，充分發(fā)揮各種設備應有的作用，保證乘客的安全和設備的正常運行。 地下站的系統(tǒng)結構如下圖4（地上站的系統(tǒng)結構類似）：系統(tǒng)的車站級網絡結構為冗余雙環(huán)網， A、B兩端的冗余PLC與RI/O之間的總線為冗余雙總線，系統(tǒng)與現(xiàn)場的第三方通訊設備之間的聯(lián)接是利用雙總線通過Y-LINK下掛的單總線進行聯(lián)接的。 監(jiān)控系統(tǒng)所連接的通訊設備有：ISCS、冷水機組（350KW以上）、冷水機組（350KW以下）、消防應急電源EPS、風機ATV變頻器、多聯(lián)分體空調、斜拉橋景觀照明、冷卻塔變頻器、火災自動報警系統(tǒng)（FAS）、輪椅升降臺、無機房電梯、自動人行道、6M以下自動扶梯、6M以上自動扶梯、UPS、振動檢測模塊。 監(jiān)控系統(tǒng)與現(xiàn)場設備第三方通訊接口形式有： RS485-ASCII、LONWORKS、MODBUS-RTU、Profibus-DP。所有第三方現(xiàn)場設備都要連接到PROFIBUS-DP上，因此需要使用PROFIBUS/MODBUS、PROFIBUS/ LONWORKS及PROFIBUS到自定義協(xié)議的通信網關來實現(xiàn)連接。 ⑷ PROFINET/CBA PROFINET是PROFIBUS國際組織提出的工業(yè)以太網技術標準。PROFINET強調對原投資的保護，也就是要能夠與現(xiàn)有的現(xiàn)場總線系統(tǒng)（PROFIBUS、INTERBUS）互連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的透明傳輸。PROFINET/CBA是針對車間級網絡監(jiān)控提出的解決方案。CBA將生產單元設備看成工藝技術模塊，將其封裝成PROFINET組件，定義輸入/輸出數(shù)據(jù)，實現(xiàn)組件之間的集成。CBA不在意工藝技術模塊內部的實現(xiàn)技術方案，內部采用什么現(xiàn)場總線，一律通過“代理服務器”將各種現(xiàn)場總線系統(tǒng)連接到PROFINET上。“代理服務器”至少有協(xié)議轉換網關功能，并有控制器等其它功能。 PROFINET/CBA圖見書 四、網關、網橋及網絡部件的技術、理論、及標準化工作將大有可為 網關、網橋及網絡部件在未來自動化領域中將起到重要作用。許多企業(yè)看準這樣一個商機，開始有關網關、網橋及網絡部件的技術研究、產品開發(fā)制造方面的工作。越來越多的用戶接受現(xiàn)場總線網關、網橋這類產品；系統(tǒng)集成商也開始熟練掌握這些產品的應用技術。盡管如此，工業(yè)控制網絡的發(fā)展歷程不長，有關工業(yè)控制網絡的網關、網橋及網絡部件的技術研究、產品開發(fā)制造仍然處在初始階段。實際應用與市場需求發(fā)展很快，因此加快有關工業(yè)控制網絡的網關、網橋及網絡部件的技術、理論、及標準化的工作很有必要。本文意在“拋磚引玉”，呼吁與有志者合作，共同從事這方面的研究、開發(fā)工作。 1．有關技術理論 首先應該是技術概念的界定。工業(yè)控制網絡技術借鑒計算機網絡技術、理論，但沒有必要拘泥于此。 ⑴ 計算機網絡中有關網關、網橋的技術概念 計算機網絡技術理論中有關網關、網橋的技術概念隨網絡技術的發(fā)展而變化很大；本人查閱有關資料，現(xiàn)摘要如下： “網關曾經是很容易理解的概念。在早期的因特網中，術語網關即指路由器。路由器是網絡中超越本地網絡的標記， 這個走向未知的“大門”曾經、現(xiàn)在仍然用于計算路由并把分組數(shù)據(jù)轉發(fā)到源始網絡之外的部分，因此， 它被認為是通向因特網的大門。隨著時間的推移，路由器不再神奇，公共的基于IP的廣域網的出現(xiàn)和成熟促進了路由器的成長。 現(xiàn)在路由功能也能由主機和交換集線器來行使，網關不再是神秘的概念?，F(xiàn)在，路由器變成了多功能的網絡設備， 它能將局域網分割成若干網段、互連私有廣域網中相關的局域網以及將各廣域網互連而形成了因特網， 這樣路由器就失去了原有的網關概念。然而術語網關仍然沿用了下來，它不斷地應用到多種不同的功能中， 定義網關已經不再是件容易的事。目前，主要有三種網關： 協(xié)議網關、應用網關、安全網關。唯一保留的通用意義是作為兩個不同的域或系統(tǒng)間中介的網關，要克服的差異本質決定了需要的網關類型。”“轉換過程可以發(fā)生在OSI參考模型的第2層、第3層或2、3層之間。但是有兩種協(xié)議網關不提供轉換的功能?！? 目前計算機網絡中稱“網關”很多，下面框圖6表明了了一些“網關”概念的聯(lián)系：（圖見書） “網橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，將兩個局域網（LAN）連起來，根據(jù)MAC地址（物理地址）來轉發(fā)幀，可以看作一個“低層的路由器”（路由器工作在網絡層，根據(jù)網絡地址如IP地址進行轉發(fā)）。它可以有效地聯(lián)接兩個LAN，使本地通信限制在本網段內，并轉發(fā)相應的信號至另一網段，網橋通常用于聯(lián)接數(shù)量不多的、同一類型的網段。網橋通常有透明網橋和源路由選擇網橋兩大類。” ⑵ 現(xiàn)場總線技術中有關網關、網橋的技術概念 現(xiàn)場總線技術中有關網關、網橋的技術概念主要含義是指兩個不同的域或系統(tǒng)間的中介，多數(shù)指異型網中的協(xié)議轉換設備。 網關：泛指兩種（以上）不同現(xiàn)場總線協(xié)議的轉換設備，通常包括（物理層、鏈路層）應用層、甚至用戶層。 如：PROFIBUS-DP / MODBUS網關、PROFIBUS-DP / MODBUS/TCP網關、PROFIBUS-DP /PROFINET網關。這三種網關的協(xié)議轉換包括了物理層、鏈路層、和應用層，見圖7。（圖見書） 再比如： 將東芝變頻器VF-A7連接到PROFIBUS-DP的網關： 東芝變頻器VF-A7具有RS-485接口和企業(yè)自定義協(xié)議。網關一邊應按照VF-A7協(xié)議讀/寫數(shù)據(jù)到VF-A7變頻器，讀/寫數(shù)據(jù)內容與格式應滿足PROFIBUS有關變頻器行規(guī)。網關另一邊應符合PROFIBUS-DP及有關變頻器行規(guī)。見圖8。（圖見書） 網橋：泛指兩種不同現(xiàn)場總線協(xié)議的轉換設備，通常只包括物理層、鏈路層。 如：PROFIBUS-DP / CAN網橋，見圖9。（圖見書） ⑵ 工業(yè)控制網絡中大量使用的物理層設備 由于工業(yè)環(huán)境，網絡拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點個數(shù)、終端匹配等需要，現(xiàn)場總線實際應用中需要大量的各種物理設備。這些設備通常沒有報文的接收轉發(fā)功能，主要起到延長傳輸距離、增加站點數(shù)、改變網絡拓結構等作用。 如： 工作在相同物理層設備：中繼、分支、集線器...... 工作不同物理層協(xié)議轉換設備：DP/PA耦合器、RS-232/485光端設備、...... 現(xiàn)場總線系統(tǒng)中常用的各種不同類型的接插件，如D9、M16、RJ45等也應屬于物理層設備，但這些已超出本文要闡述的范圍。 2、有關產品技術 ⑴ 網關 按照ISO/OSI模型，現(xiàn)場總線通常只有物理層、鏈路層、應用層；為解決產品互換性，額外增加定義了第八層：用戶層，用來詳細描述各種設備的屬性，稱為設備行規(guī)。見圖10。（圖見書） 工業(yè)控制網絡中使用的網關，作為不同通信協(xié)議轉換設備，通常包括 1、2、7、（8）層。包含用戶層協(xié)議轉換的網關對用戶使用來說是最方便的，不妨稱為專用網關（或稱為產品網關、或透明網關）。為區(qū)別起見，只包括 1、2、7協(xié)議轉換網關可稱為協(xié)議網關。 ①專用（產品）網關 指：包含了用戶層協(xié)議轉換的網關。使用這種網關，用戶不必了解兩方任何一方的通信協(xié)議，只需了解產品信息格式（產品行規(guī)）。如下圖11：連接東芝變頻器的PROFIBUS專用（產品）網關PB-B-VFA7。（圖見書） 用戶在PROFIBUS配置中，在設備目錄中找到的是“東芝變頻器的PROFIBUS網關PB-B-VFA7”，配置到PROFIBUS上后，在PROFIBUS I/O數(shù)據(jù)區(qū)中見到的是一個PROFIBUS（行規(guī)）變頻器，它詳細規(guī)定了每個I/O字（節(jié)）的含義；這樣，現(xiàn)實中的東芝變頻器VF-A7在PROFIBUS主站S7-300中成為一個PROFIBUS變頻器（從站）；用戶無須了解東芝變頻器VF-A7的RS-485通信協(xié)議，只要對PROFIBUS I/O讀/寫即可實現(xiàn)對東芝變頻器VF-A7的監(jiān)控。這就是產品（專用）網關實現(xiàn)的數(shù)據(jù)透明讀寫，是用戶最方便使用的網關。 ②協(xié)議網關 將一種通信協(xié)議轉換成另一種通信協(xié)議，也可以看作是兩個不同協(xié)議網段的數(shù)據(jù)區(qū)映射。網絡協(xié)議轉換包括 1、2、7層。 比如：PROFIBUS-DP/MODBUS協(xié)議網關，用戶可以通過這種將Altivar變頻器連接到PROFIBUS總線上；與專用（產品）網關的區(qū)別是：用戶需要了解MODBUS協(xié)議、及Altivar變頻器的MODBUS數(shù)據(jù)區(qū)地址。因此，用戶需要依據(jù)Altivar變頻器《產品通信手冊》，配置MODBUS通信命令，實現(xiàn)PROFIBUS數(shù)據(jù)與MODBUS數(shù)據(jù)的交換。用戶在STEP 7主站配置中看到的是網關，配置的是MODBUS命令，而不是變頻器產品。見下圖12：（圖見書） ⑵ 網橋 網橋：不同協(xié)議網絡協(xié)議轉換設備，通常包括 1、2層。 ① 常用的網橋產品 PB-B-CAN：PROFIBUS到CAN的網橋產品； PB-B-RS232/485：PROFIBUS到RS232-485的網橋產品； PB-B-Ethernet-TCP/IP: PROFIBUS到以太網的網橋產品； ② 網橋產品應用中的難點 現(xiàn)場總線網橋在實際使用中有一個難點，這是在產品設計時必須注意的：將一個（有1、2、7層）協(xié)議的設備連接到另一種（有1、2、7層）協(xié)議的網絡上，用戶如何實現(xiàn)應用層數(shù)據(jù)？ 最好還是舉例說明。以“PB-B-RS232/485：PROFIBUS到RS232-485的網橋”為例，需要將一個企業(yè)自定義通信協(xié)議的RS-232/485設備連接到PROFIBUS上。企業(yè)自定義通信協(xié)議如下： ●RS-232/485 半雙工（波特率、啟始位、數(shù)據(jù)位、校驗位、停止位......） ●主/從應答方式 ●數(shù)據(jù)報文格式（二進制）： 發(fā)送： 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 CRC校驗 應答： 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)段 CRC校驗 例如：PB-B-RS232/485網橋的RS-232/485接口發(fā)送如下報文： 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 CRC校驗 01H 01H 0010H 000AH CRC 報文功能是要讀取RS-232/485設備數(shù)據(jù)區(qū)0010H開始的10個字節(jié)； RS-232/485設備應答如下： 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)段 CRC校驗 01H 01H 0010H 000AH 數(shù)據(jù)1 數(shù)據(jù)2 。。。。。。 數(shù)據(jù)10 CRC校驗 問題：PB-B-RS232/485網橋在RS-232一側只是一個物理層接口，報文數(shù)據(jù)來自何處？ 目前有2類解決問題方法： 方法1：在主站（控制器）中編程實現(xiàn)應用層數(shù)據(jù) （A）在總線橋配置中，如上圖13：（圖見書） PROFIBUS輸出區(qū)： QB0：RS-232/485數(shù)據(jù)報文發(fā)送長度 QB0 本例為：7 QB1：RS-232/485發(fā)送/接收控制字： D7: set_tr D6: set_re D5—D2 D2：relen D1:auto_ D0：start_tr 強置接收完畢/發(fā)送允許 強置等待接收 不用 按長度接收 發(fā)送方式 啟動發(fā)送 QB256～QB319：配置了64字節(jié)的RS-232/485報文數(shù)據(jù)區(qū)。 QB256 QB257 QB258～QB259 QB260 QB261～QB262 QB263 。。。。。。 QB319 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 CRC校驗 不用 不用 不用 01H 01H 0010H 000AH CRC ＊＊ ＊＊ ＊＊ （B）首先PROFIBUS主站通過PROFIBUS將QB256～QB319送到PB-B-RS232/485網橋，網橋根據(jù)控制字QB1采用自動發(fā)送/或觸發(fā)發(fā)送，按QB0的發(fā)送長度，將RS-232/485報文數(shù)據(jù)QB256～QB262發(fā)送至設備。見圖14。（圖見書） （C）現(xiàn)場設備回答 IB0：網橋接收到現(xiàn)場設備回答報文長度； IB1：通信狀態(tài)字； D7：oe_er D6——D3 D2：re_ing D1：tr_ing D0：reok_tren 奇偶校驗錯 不用 正在接收 正在發(fā)送 接收完畢/發(fā)送允許 IB256～IB319：配置了64字節(jié)的RS-232/485接收報文數(shù)據(jù)區(qū)。 IB256 IB257 IB258～IB259 IB260 IB261 。。。。。。 IB270 IB271～IB272 IB273 。。。。。。 IB319 地址碼 功能碼 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 數(shù)據(jù)長度 數(shù)據(jù)1 。。。。。。 數(shù)據(jù)10 CRC校驗 ＊＊ ＊＊ ＊＊ 01H 01H 0010H 000AH ＊ 。。。。。。 ＊ CRC ＊＊ ＊＊ ＊＊ 接收過程見圖15：現(xiàn)場設備、總線橋、PROFIBUS主站之間的報文傳送 （圖見書） 方法2：配置下載方法 網橋的廠家提供一個網橋報文的配置軟件，用來配置網橋的發(fā)送/接收報文，然后下載到網橋。見下圖16。（圖見書） 3．有關標準化工作 ⑴ 工業(yè)控制網絡設備技術標準很有必要，可促進技術、產品的發(fā)展與提高，有利于用戶使用和推廣。 ⑵ 有關標準應該包括 ① 技術概念 ② 用戶介面（接口） ③ 技術指標：同步性、一致性、數(shù)據(jù)更新速率等等。