1  引言

    现场总线技术的出现导致了传统控制系统结构的变革，出现了现场总线为基础的全数字控制系统—现场总线控制系统FCS(Fieldbus Control System)。现场总线技术得以实现的一个关键问题，是要在自动化行业中形成一个制造商们共同遵守的现场总线通信协议技术标准，制造商们能够按照标准生产产品，系统集成商们能够按照标准将不同产品组成系统。国际上著名自动化产品及现场设备生产厂家，意识到现场总线技术是未来发展方向，纷纷结成企业联盟推出自己的总线标准及产品，并积极参与国际标准组织制定现场总线标准，国际上先后出现了200多种总线标准。IEC自1984年开始制定现场总线国际标准，IEC TC65(负责工业测量和控制的第65标准化技术委员会)于1999年最终通过了8种类型的现场总线作为IEC61158国际标准。此外，再加上IEC TC17B通过的3种现场总线国际标准和经ISO 11898认证的CAN，目前现场总线标准一共有12种之多。
针对异构网络的协议转换器的研究起步较早，各种网络互联设备如中继器、网桥、网关和路由器等很好的实现了异构网络用户间的交互操作。但针对异类现场总线协议转换器的研究却至今未见报导，由于不同的现场总线协议间互不兼容，长期以来，大多数制造厂家不得不使用单一的现场总线产品，面对新型的现场总线技术和产品，也只有无可奈何。因此可以预见在不久的将来现场总线集成与转换技术必将成为人们关注的热点，现场总线协议转换器将具有很强的竞争力。

2  现场总线协议转换器的可行性分析

    各类现场总线协议都是基于ISO/OSI开放式系统互联模型，OSI参考模型共分为七层，现场总线通信协议则根据自身特点加以简化，采用了物理层、数据链路层和应用层，同时考虑到现场装置的控制功能和具体运用又增加了用户层。在现场总线协议的各层上，一般都作了如下的定义:
(1) 物理层定义了网络信道上的信号与连接方式、传输介质、传输速率、每条线路连接仪表的数量、最大传输距离、电源等。当处于数据发送状态时，该层接受数据链路层下发的数据，并将以某种电气信号进行编码并发送，当处于数据接受状态时，将相应的电气信号编码为二进制数，并送到链路层。
(2) 数据链路层定义了一系列服务于应用层的功能和向下与物理层的接口，使用物理层的服务，提供了介质存取控制功能、信息传输的差错检验。DLL提供源语服务和相关事件、与源语服务相关的参数格式，以及这些服务及事件之间的相关关系。DLL为用户提供了可靠且透明的数据传送服务。数据链路层是现场总线的核心。所有连接到同一物理通道上的应用进程实际上都是通过链路层的实时管理来协调的。为了突出实时性，现场总线没有采用以往IEEE 802.4标准中所定义的分布式物理通道管理，而是采用了集中式管理方式。在这种方式下，物理通道被有效地利用起来，并可有效地减少或避免实时通信的延迟。
(3) 应用层为用户提供了一系列的服务，拥有简化或实现分布式控制系统中应用进程之间的通信，同时为分布式现场总线控制系统提供了应用接口的操作标准，实现了系统的开放性。应用层与其他层的网络管理机构一起对网络数据流动、网络设备及网络服务进行管理。
(4) 用户层是专门针对工业自动化领域现场装置的控制和具体应用而设计的，它定义了现场设备数据库间互相存取的统一规则，用户凭标准功能块可组态成系统，实现用户的应用程序，这是使现场总线标准超过一项通信标准而成为一项系统标准的关键，也是使现场总线控制系统开放与可互操作性的关键。
从现场总线协议各层的定义来看，除了用户层是区别于一般的网络协议外，其余各层定义的服务都是类似的，只是针对工业现场的特点作了特殊的定义。一般的异构网络协议经实践证明可以通过协议转换器进行转换，作为一种特殊的控制网络，异类现场总线网络也一定可以通过协议转换器进行转换。由于现场总线协议本身就是基于精简的网络参考模型，而且许多国际知名公司都提供常用的现场总线协议芯片，因此可以预见现场总线协议转换器的硬件设计将比较简单;另一方面，由于现场总线协议一般都增加了用户层，协议执行时是通过现场上层用户层的接口来调用下层协议提供的各种服务，因此其软件设计会较为复杂，而且在对实时性要求较高的场合，对软件的执行效率将更为苛刻。即使设计成功了现场总线协议转换器的硬件，针对软件的不断地优化和改进也将是一个较长的过程。