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、產品開發制造方面的工作。越來越多的用戶接受現場總線網關、網橋這類產品；係統集成商也開始熟練掌握這些產品的應用技術。盡管如此，工業控制網絡的發展歷程不長，有關工業控制網絡的網關、網橋及網絡部件的技術研究、產品開發制造仍然處在初始階段。實際應用與市場需求發展很快，因此加快有關工業控制網絡的網關、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、開發工作。
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1．有關技術理論
首先應該是技術概念的界定。工業控制網絡技術借鑒計算機網絡技術、理論，但沒有必要拘泥於此。
一 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展而變化很大；本人查閱有關資料，現摘要如下：
“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、現在仍然用於計算路由並把分組數據轉發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，公共的基於IP的廣域網的出現和成熟了路由器的成長。 現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。現在，路由器變成了多功能的網絡設備， 它能將局域網分割成若幹網段、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： 協議網關、應用網關、網關。保留的通用意義是作為兩個不同的域或係統間中介的網關，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”概念的聯係：（圖見書）
“網橋工作在數據鏈路層，將兩個局域網（LAN）連起來，根據MAC地址（物理地址）來轉發幀，可以看作一個“低層的路由器”（路由器工作在網絡層，根據網絡地址如IP地址進行轉發）。它可以有效地聯接兩個LAN，使本地通信限制在本網段內，並轉發相應的信號至另一網段，網橋通常用於聯接數量不多的、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。”
二 現場總線技術中有關網關、網橋的技術概念
現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係統間的中介，多數指異型網中的協議轉換設備。
網關：泛指兩種（以上）不同現場總線協議的轉換設備，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接口和企業自定義協議。網關一邊應按照VF-A7協議讀/寫數據到VF-A7變頻器，讀/寫數據內容與格式應滿足PROFIBUS有關變頻器行規。網關另一邊應符合PROFIBUS-DP及有關變頻器行規。見圖8。（圖見書）
網橋：泛指兩種不同現場總線協議的轉換設備，通常只包括物理層、鏈路層。
如：PROFIBUS-DP / CAN網橋，見圖9。（圖見書）
二 工業控制網絡中大量使用的物理層設備
由於工業環境，網絡拓撲、傳輸距離、傳輸速率、站點個數、終端匹配等需要，現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功能，主要起到延長傳輸距離、增加站點數、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......
工作不同物理層協議轉換設備：DP/PA耦合器、RS-232/485光端設備、......
現場總線係統中常用的各種不同類型的接插件，如D9、M16、RJ45等也應屬於物理層設備，但這些已超出本文要闡述的範圍。
2、有關產品技術
一 網關
按照ISO/OSI模型，現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。見圖10。（圖見書）
工業控制網絡中使用的網關，作為不同通信協議轉換設備，通常包括 1、2、7、（8）層。包含用戶層協議轉換的網關對用戶使用來說是方便的，不妨稱為網關（或稱為產品網關、或透明網關）。為區別起見，只包括 1、2、7協議轉換網關可稱為協議網關。
（產品）網關
指：包含了用戶層協議轉換的網關。使用這種網關，用戶不必了解兩方任何一方的通信協議，只需了解產品信息格式（產品行規）。如下圖11：連接東芝變頻器的PROFIBUS（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上後，在PROFIBUS I/O數據區中見到的是一個PROFIBUS（行規）變頻器，它詳細規定了每個I/O字（節）的含義；這樣，現實中的東芝變頻器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通信協議，只要對PROFIBUS I/O讀/寫即可實現對東芝變頻器VF-A7的監控。這就是產品（）網關實現的數據透明讀寫，是用戶方便使用的網關。
協議網關
將一種通信協議轉換成另一種通信協議，也可以看作是兩個不同協議網段的數據區映射。網絡協議轉換包括 1、2、7層。
比如：PROFIBUS-DP/MODBUS協議網關，用戶可以通過這種將Altivar變頻器連接到PROFIBUS總線上；與（產品）網關的區別是：用戶需要了解MODBUS協議、及Altivar變頻器的MODBUS數據區地址。因此，用戶需要依據Altivar變頻器《產品通信手冊》，配置MODBUS通信命令，實現PROFIBUS數據與MODBUS數據的交換。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）
二 網橋
網橋：不同協議網絡協議轉換設備，通常包括 1、2層。
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；
網橋產品應用中的難點
現場總線網橋在實際使用中有一個難點，這是在產品設計時注意的：將一個（有1、2、7層）協議的設備連接到另一種（有1、2、7層）協議的網絡上，用戶如何實現應用層數據？
好還是舉例說明。以“PB-B-RS232/485：PROFIBUS到RS232-485的網橋”為例，需要將一個企業自定義通信協議的RS-232/485設備連接到PROFIBUS上。企業自定義通信協議如下：
●RS-232/485 半雙工（波特率、啟始位、數據位、校驗位、停止位......）
●主/從應答方式
●數據報文格式（二進制）：
發送：
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 CRC校驗
應答：
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 數據段 CRC校驗
例如：PB-B-RS232/485網橋的RS-232/485接口發送如下報文：
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 CRC校驗
01H 01H 0010H 000AH CRC
報文功能是要讀取RS-232/485設備數據區0010H開始的10個字節；
RS-232/485設備應答如下：
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 數據段 CRC校驗
01H 01H 0010H 000AH 數據1 數據2 。。。。。。 數據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，報文數據來自何處？
目前有2類解決問題方法：
方法1：在主站（控制器）中編程實現應用層數據
（A）在總線橋配置中，如上圖13：（圖見書）
PROFIBUS輸出區：
QB0：RS-232/485數據報文發送長度
QB0
本例為：7
QB1：RS-232/485發送/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/發送允許 強置等待接收 不用 按長度接收 發送方式 啟動發送
QB256~QB319：配置了64字節的RS-232/485報文數據區。
QB256 QB257 QB258~QB259 QB260 QB261~QB262 QB263 。。。。。。 QB319
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 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，網橋根據控制字QB1採用自動發送/或觸發發送，按QB0的發送長度，將RS-232/485報文數據QB256~QB262發送至設備。見圖14。（圖見書）
（C）現場設備回答
IB0：網橋接收到現場設備回答報文長度；
IB1：通信狀態字；
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 正在發送 接收完畢/發送允許
IB256~IB319：配置了64字節的RS-232/485接收報文數據區。
IB256 IB257 IB258~IB259 IB260 IB261 。。。。。。 IB270 IB271~IB272 IB273 。。。。。。 IB319
地址碼 功能碼 數據區首地址 數據長度 數據1 。。。。。。 數據10 CRC校驗 ** ** **
01H 01H 0010H 000AH * 。。。。。。 * CRC ** ** **
接收過程見圖15：現場設備、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，用來配置網橋的發送/接收報文，然後下載到網橋。見下圖16。（圖見書）
3．有關標準化工作
一 工業控制網絡設備技術標準很有必要，可技術、產品的發展與提高，有利於用戶使用和推廣。
二 有關標準應該包括
技術概念
用戶介面（接口）
技術指標：同步性、一致性、數據更新速率等等。
Atlas Copco 2901200308
Atlas Copco 1900071012
Atlas Copco 1900071103
Atlas Copco 1900-0590-44
Atlas Copco JECG728
Atlas Copco 2102-S7/S74-230
Atlas Copco 1900-0590-93
豫公網安備41010502000017號 
