[发明专利]一种基于ZigBee的FF现场总线控制系统及其协议转换方法

说明书

技术领域

本发明涉及FF现场总线领域，尤其涉及一种基于ZigBee的FF现场总线控制系统及其协议转换方法。

背景技术

现场总线技术产生于上个世纪八十年代，是控制、计算机、通信技术的交叉与集成的产物。现场总线具有结构简洁、可靠高性、可控性强、可互操作性好、综合功能强、分散控制、系统开放等优点。随着以太网和TCP/IP技术的日趋成熟和广泛应用，现场总线和网络技术的结合成为现场总线领域的热点问题。

FF现场总线规范由众多世界著名仪表、自动化设备制造厂家、科研机构共同制定。由于这些企业和机构是自动化领域自控设备的主要供应商和研发力量，它们提供的变送器、执行器、DCS和流量仪表占世界市场的90％，具备足以左右该领域自控设备发展方向的能力。

FF现场总线规范由FF低速总线H1(31.25kbits/s)标准和高速以太网HSE(High Speed Ethernet，100Mbits/s)标准两部分组成，分别于1996年和2000年颁布。其中H1网络用于实现连续控制，连接现场的各种设备，如传感器、执行器、控制器及I/O设备等；HSE则通过以太网将高速控制器、H1子系统、各种数据服务器及工作站连接起来，使得企业的MIS(管理信息系统)、ERP(企业资源计划)和HMI系统可以直接通过数据服务器获得现场信息。

FF总线于上世纪末开始进入中国市场，经过几年的发展，FF不仅有力地推动了中国工业自动化技术的进步，同时也开始了在大型全区域系统集成领域的应用。

1998年3月31日，Fisher-Rosemount与清华大学自动化系合作建立了现场总线系统集成实验室，该系统是国内运行的第一套通过FF认证的仪表和系统。同年8月，Fisher-Rosemount公司与西安国家电力研究院以及西安交通大学签署了中国第一套电力行业FF现场总线应用合同。如今，在中国已有数百套正在运行或已签订合同的FF总线控制系统，如广西惠州大型石化装置、上海SECCO石化装置、宁夏大元炼油化工公司、苏州碳黑厂、唐山水泥厂、陕西兴平化工厂、广州石化炼油厂、吉林化纤、云南江川磷肥厂等。

在FF总线在国内大力发展的同时，我国的自动化厂商也在迎头赶上。国内一些著名企业和科研机构如浙大中控、北京华控、清华大学、中科院自动化研究所等已经成为FF的重要成员，并拥有相关的FF系统和设备。例如，2001年11月，北京华控开发出了FF温度变送器。2004年，中科院沈阳自动化研究所开发出了FF-HSE和FF-H1协议网关。2007年浙大中控开发了兼容DCS的FF-H1接口装置。

虽然，FF总线在国内大力发展，但是由于其高昂的价格、某些控制回路算法的复杂性、以及操作者对于传统控制系统产品的操作习惯都大大制约了FF总线的发展。目前，国内工业控制领域仍大量采用的是基于4-20mA电流信号的模拟设备。因此，寻找一种将FF现场总线控制与模拟设备数据互通的方法，尤其是将这些模拟设备纳入到FF-HSE现场总线控制系统的范围内，使之实现数字化、网络化必将大大推进FF总线在中国的发展。

目前，FF现场总线控制系统的代表性研究成果如下：

1、连接高速以太网与FF-H1网络的现场总线网络互联单元(ZL03209406.X)，提出设置HSE与H1的互联单元实现，实现了FF-HSE与FF-H1网络协议的转换以及FF-H1和FF-H1网络之间的桥接。

2、包含FF协议H1网段的控制系统及接口装置和通信方法(申请号：200710194743.7)提出通过网段控制系统将非FF总线的设备纳入FF-H1网络，实现了传统网络对FF-H1网络的控制。