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基于ARM技術(shù)的CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)研制

發(fā)布時間:2017-09-29 17:24

  本文關(guān)鍵詞:基于ARM技術(shù)的CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)研制


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【摘要】:隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展,PROFINET已經(jīng)逐漸成為低壓配電系統(tǒng)中各設(shè)備間互聯(lián)通信的主流技術(shù)。通過標(biāo)準(zhǔn)PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)接口可以實(shí)現(xiàn)智能斷路器與人機(jī)界面(HMI)、可編程邏輯控制器(PLC)等互聯(lián)通信,進(jìn)而組成大規(guī)模、高實(shí)時性的智能的低壓電器監(jiān)控系統(tǒng)。但是,基于CAN總線的智能斷路器依然占據(jù)市場的不少份額,而CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換核心技術(shù)被少數(shù)廠商壟斷。因此,論文針對智能斷路器接入工業(yè)以太網(wǎng)的需求,設(shè)計了基于ARM技術(shù)的CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)。論文的主要工作包括了:(1)完成了CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)軟硬件設(shè)計。定義了CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)與功能;根據(jù)設(shè)計方案制作了網(wǎng)關(guān)硬件;針對協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)CAN總線最多可帶8個ETU從節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用需求,結(jié)合CANOpen、PROFINET協(xié)議棧固有的軟件架構(gòu),設(shè)計并實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的軟件、編寫設(shè)備描述文件;實(shí)現(xiàn)了CANOpen與PROFINET兩種協(xié)議應(yīng)用服務(wù)的映射,保證通信數(shù)據(jù)在CAN總線和PROFINET工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)上的無縫傳輸。(2)提出基于參數(shù)估計方法的總線利用率恒定控制算法。研究了CAN總線的關(guān)鍵性能指標(biāo)及其影響因素,針對CAN總線過程數(shù)據(jù)報文數(shù)量時變的特性,提出了相應(yīng)的優(yōu)化控制算法,并在實(shí)際協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)中進(jìn)行了驗(yàn)證。(3)測試了設(shè)計網(wǎng)關(guān)的綜合性能。驗(yàn)證協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的功能、性能及可靠性:對涉及可靠性的關(guān)鍵信號進(jìn)行測試評估;搭建CAN總線和PROFINET網(wǎng)絡(luò)的測試環(huán)境,對協(xié)議報文進(jìn)行深度測試;按照協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)的實(shí)際應(yīng)用背景,進(jìn)行系統(tǒng)組網(wǎng)測試。綜合測試的結(jié)果表明本項目研發(fā)的CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了預(yù)先設(shè)計的功能,具有性能好、可靠性高的特點(diǎn),完全能滿足復(fù)雜低壓電器系統(tǒng)通信需求。論文取得的進(jìn)展包括了:(1)結(jié)構(gòu)約束條件下的高可靠性網(wǎng)關(guān)硬件電路設(shè)計,包括抗干擾、通信隔離、濾波、主子板接地等設(shè)計。(2)針對CAN總線過程數(shù)據(jù)報文數(shù)量時變的特性,提出的基于參數(shù)估計方法的總線利用率恒定控制算法,測試結(jié)果表明提出的算法保證總線利用率靜態(tài)收斂于設(shè)定值且受到干擾時動態(tài)性能較好。(3)完成的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)通過IEC 61000-6-2規(guī)定的抗擾度測試以及IEC 61000-6-4規(guī)定的輻射發(fā)射測試,并且還通過了PI組織的PROFINET一致性B類產(chǎn)品認(rèn)證,因此符合工業(yè)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可直接投放市場。論文的工作突破了現(xiàn)有技術(shù)壁壘,完成的CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)在新一代智能低壓電器監(jiān)控系統(tǒng)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】:網(wǎng)關(guān) 工業(yè)以太網(wǎng) 現(xiàn)場總線 PROFINET CAN
【學(xué)位授予單位】:東南大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2015
【分類號】:TP273;TM76
【目錄】:
  • 摘要4-5
  • ABSTRACT5-8
  • 縮略詞8-12
  • 第一章 緒論12-18
  • 1.1 引言12
  • 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)12-16
  • 1.2.1 低壓電器通信技術(shù)的發(fā)展12-13
  • 1.2.2 現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展13-15
  • 1.2.3 工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展15-16
  • 1.3 本課題的研究意義16
  • 1.4 本文的研究內(nèi)容與章節(jié)安排16-18
  • 第二章 CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)功能與組成18-30
  • 2.1 網(wǎng)關(guān)功能18-22
  • 2.1.1 項目目標(biāo)18-19
  • 2.1.2 通信數(shù)據(jù)定義19-22
  • 2.2 通信組成22-26
  • 2.2.1 CAN通信22-24
  • 2.2.2 PROFINET通信24-26
  • 2.3 總體方案設(shè)計26-29
  • 2.4 本章小結(jié)29-30
  • 第三章 CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)硬件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)30-52
  • 3.1 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)硬件總體設(shè)計30-32
  • 3.2 通信主板電路設(shè)計32-40
  • 3.3 通信子板電路設(shè)計40-50
  • 3.4 本章小結(jié)50-52
  • 第四章 CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計與實(shí)現(xiàn)52-70
  • 4.1 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)軟件總體設(shè)計52-54
  • 4.2 CANOPEN軟件架構(gòu)54-55
  • 4.3 PROFINET軟件架構(gòu)55-58
  • 4.4 協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)軟件實(shí)現(xiàn)58-65
  • 4.5 GSDML設(shè)備描述文件的編寫65-67
  • 4.6 本章小結(jié)67-70
  • 第五章 協(xié)議轉(zhuǎn)化網(wǎng)關(guān)CAN總線性能優(yōu)化70-79
  • 5.1 CAN總線利用率及時延性能分析70-73
  • 5.2 基于參數(shù)估計的CAN總線性能優(yōu)化73-75
  • 5.3 優(yōu)化算法實(shí)驗(yàn)測試及分析75-78
  • 5.4 本章小結(jié)78-79
  • 第六章 CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)測試79-96
  • 6.1 關(guān)鍵信號測試79-82
  • 6.1.1 板間并口總線信號測試79-81
  • 6.1.2 看門狗信號測試81-82
  • 6.2 CAN總線測試環(huán)境搭建82-84
  • 6.3 PROFINET網(wǎng)絡(luò)測試環(huán)境搭建84-89
  • 6.4 系統(tǒng)組網(wǎng)測試89-94
  • 6.4.1 測試目的89
  • 6.4.2 測試環(huán)境89-91
  • 6.4.3 測試內(nèi)容和步驟91-93
  • 6.4.4 測試結(jié)果與分析93-94
  • 6.5 本章小結(jié)94-96
  • 第七章 總結(jié)和展望96-98
  • 7.1 全文總結(jié)96
  • 7.2 工作展望96-98
  • 致謝98-100
  • 參考文獻(xiàn)100-102
  • 攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果102-103
  • 附錄 CAN-PROFINET協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)實(shí)物圖103-104

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本文編號:943300

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