本文選題：PROFIBUS-DP + 4G��； 參考：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：PROFIBUS(Process Field Bus,過程現(xiàn)場總線)是一種國際化現(xiàn)場總線標(biāo)準,具有完善的技術(shù)體系、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和完整的技術(shù)標(biāo)準等特點,成為工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中最流行、最成功的一種總線。在制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化、樓宇、交通電力及其他領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。4G(the 4th Generation mobile communication technology)作為新一代的移動通信技術(shù),具有通信速度快、網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬、延遲低的優(yōu)點,是未來幾年通信技術(shù)的佼佼者�！耙苿泳W(wǎng)+工業(yè)控制網(wǎng)”一直是研究的熱點,而4G通信技術(shù)的發(fā)展使工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)移動互聯(lián)成為可能,其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用一直備受矚目。本項研究在對PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)和4G移動網(wǎng)絡(luò)兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議深入研究和分析的基礎(chǔ)上,提出了基于FPGA嵌入式網(wǎng)關(guān)的方法實現(xiàn)兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無縫連接。PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線通過該網(wǎng)關(guān)接入到4G通信模塊,將現(xiàn)場總線的數(shù)據(jù)通過4G通信模塊上傳到云服務(wù)器,實現(xiàn)在Android客戶端上查看、控制PROFIBUS-DP現(xiàn)場設(shè)備,從而達到利用無處不在的4G移動網(wǎng)對PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線上設(shè)備遠程實時監(jiān)控的目的。同時,在系統(tǒng)安全方面,考慮到PROFIBUS-DP工控網(wǎng)絡(luò)通過嵌入式網(wǎng)關(guān)接入移動互聯(lián)網(wǎng)的安全性,在FPGA網(wǎng)關(guān)內(nèi)部實現(xiàn)基于AES 128bit的數(shù)據(jù)加密算法,從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩�。本項研究以Altera公司Cyclone IV系列FPGA(EP4CE6E22C8)作為核心處理器,加上Nios II軟核處理器,配合外圍模塊電路組成整個嵌入式網(wǎng)關(guān)的硬件系統(tǒng)。4G通信模塊采用華為公司的ME909s-821 LTE模塊,加上中國移動的4G SIM卡。軟件系統(tǒng)分為三個部分:在Quartus II軟件平臺上配合Nios II IDE eclipse軟件實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)加密功能;在Android Studio平臺上開發(fā)Android客戶端,提供查詢、控制現(xiàn)場設(shè)備的友好可視化界面;服務(wù)器部分采用阿里云端服務(wù)器ECS,服務(wù)器架構(gòu)采用Nginx服務(wù)器+基于Django的Web應(yīng)用框架+Mongo DB數(shù)據(jù)庫,提供響應(yīng)更快、效率更高、更適用于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的后臺服務(wù)支持。本研究對設(shè)計的網(wǎng)關(guān)進行了模擬驗證與測試,測試結(jié)果表明:以FPGA為控制器的嵌入式網(wǎng)關(guān)系統(tǒng),能夠?qū)崿F(xiàn)4G和PROFIBUS-DP兩種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)安全傳輸;開發(fā)的服務(wù)器和Android客戶端能達到通過移動4G網(wǎng)對PROFIBUS-DP總線上的設(shè)備進行方便快捷、實時遠程監(jiān)控的目的。該網(wǎng)關(guān)具有高靈活性、快速高效和安全性高的優(yōu)點。
[Abstract]:PROFIBUS (Process Field Bus, PROFIBUS) is an international standard of fieldbus, with perfect technical system, reliable data transmission and complete technical standards and other characteristics, has become the most popular industrial network, a bus. The most successful automation in manufacturing, process automation, industrial buildings, traffic power and other widely used.4G (the 4th Generation mobile communication technology) as a new generation of mobile communication technology, communication network has fast speed, wide spectrum, low delay, is a leader in the next few years. "Mobile communication technology network and industrial control network" has been the focus of research and development. 4G communication technology to the industrial control network of mobile Internet becomes possible, its applications in the industrial field has been much attention. The research on PROFIBUS-DP fieldbus network and 4G mobile network Based on the network structure and network protocols of two heterogeneous networks, in-depth research and analysis, put forward the method of FPGA based on embedded gateway to realize the seamless connection of two kinds of heterogeneous network.PROFIBUS-DP bus through the gateway to the 4G communication module, fieldbus communication module 4G through the data uploaded to the cloud server, check in Android on the client, PROFIBUS-DP control of field equipment, so as to achieve the purpose of ubiquitous mobile network using 4G on PROFIBUS-DP fieldbus equipment remote real-time monitoring. At the same time, in the system of security, taking into account the embedded gateway access to mobile Internet Security PROFIBUS-DP control network, realize AES encryption algorithm based on the 128bit data in the FPGA gateway, which to ensure the security of data transmission. This research takes the Altera Cyclone IV FPGA (EP4CE6E22C8) as the core The heart processor, coupled with Nios II soft core processor, the hardware system of.4G communication module and peripheral circuit components of the embedded gateway using ME909s-821 LTE module of HUAWEI company, and China Mobile's 4G SIM card. The software system is divided into three parts: in the Quartus II software platform with Nios II IDE eclipse software and protocol conversion data encryption; the development of Android client, in the Android Studio platform to provide information, friendly visual interface control equipment; part of the Ali cloud server server ECS server architecture using Nginx server + Django Web +Mongo application framework based on the DB database to provide faster response, higher efficiency, more suitable for industrial control and service the support of the network. The research on the design of the gateway is verified through simulation and test, the test results show that the FPGA controller block In the gateway system, can achieve two kinds of heterogeneous network protocol conversion of 4G and PROFIBUS-DP and data security transmission; development of the server and the Android client can be achieved through mobile 4G network of PROFIBUS-DP bus equipment are convenient, real-time remote monitoring purposes. The gateway with high flexibility, rapid and high safety the advantages.

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TN791;TN915.05

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本文編號：1755919