本文關鍵詞：PROFINET-PROFIBUS PA網(wǎng)關關鍵技術研究

  更多相關文章： 工業(yè)以太網(wǎng) PROFINET IO PROFIBUS PA 過程控制 異構網(wǎng)絡集成

【摘要】：工業(yè)網(wǎng)絡從模擬信號的傳輸?shù)綌?shù)字化、智能化是一場革命性的突破,以現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)(FCS)為核心的數(shù)字化控制系統(tǒng)登上歷史舞臺。隨后總線型控制系統(tǒng)進入快速多樣化的發(fā)展時期,而為了實現(xiàn)控制網(wǎng)絡的開放性互聯(lián)以及與企業(yè)管理信息網(wǎng)絡的融合,以太網(wǎng)技術因其開放性的基礎架構以及成熟的技術受到行業(yè)歡迎。工業(yè)實時以太網(wǎng)的應用實現(xiàn)了控制網(wǎng)絡和企業(yè)IT網(wǎng)絡的融合,形成Infranet/Intranet/Internet的開放性互聯(lián)的網(wǎng)絡架構。工業(yè)以太網(wǎng)得到廣泛應用,對其的研究也遠超過了總線系統(tǒng),但是現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)共存局面將會長期存在,于是總線系統(tǒng)與工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)的融合方案紛紛被提出。為此本文面向工業(yè)異構網(wǎng)絡的集成,為實現(xiàn)現(xiàn)場總線與工業(yè)以太網(wǎng)融合方案,針對PROFIBUS PA在實時以太網(wǎng)PROFINET IO中的集成的關鍵技術展開研究,其主要內(nèi)容包括:(1)分析兩種工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議結構,同時考慮到兩種網(wǎng)絡物理層介質、傳輸速率等的差異,設計了基于代理服務器(Proxy)模式的系統(tǒng)集成模型�？紤]到PROFIBUS PA數(shù)據(jù)特點選擇了模塊化映射的映射關系模型,將現(xiàn)場總線智能儀表映射為PROFINET IO設備的模塊,IO數(shù)據(jù)緩存到對應槽/子槽模型,規(guī)定了兩種協(xié)議對應服務的映射關系。(2)針對PROFINET IO和PROFIBUS PA的物理層特征,設計實現(xiàn)了以ERTEC200實時以太網(wǎng)通信芯片為核心的,可同時滿足以太網(wǎng)接入和總線接入的網(wǎng)關硬件結構;移植PROFINET IO設備協(xié)議,軟件實現(xiàn)簡化了的PROFIBUS一類主站功能,能夠對PROFIBUS PA從站循環(huán)和非循環(huán)的讀寫,將兩種協(xié)議的用戶層實現(xiàn)為協(xié)議和行規(guī)映射任務,實現(xiàn)兩種網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和服務映射。(3)分析GSDML和GSD語法,將PROFIBUS PA設備描述文件轉換為網(wǎng)關設備描述文件內(nèi)的模塊化結構,設計實現(xiàn)了網(wǎng)關GSDML文件生成工具用于融合PROFIBUS PA從站的設備描述文件,用戶可根據(jù)設計需要自行生成網(wǎng)關的設備描述文件。最后構建了以西門子S7-300 PLC為IO控制器,兩個西門子TH400溫度變送器為現(xiàn)場儀表的測試系統(tǒng),對網(wǎng)關進行測試。通過測試網(wǎng)關連接的PROFIBUS PA和PROFINET IO網(wǎng)絡實現(xiàn)了互聯(lián)互通,IO控制器可以對PROFIBUS PA設備讀寫控制,輸入輸出延遲可以根據(jù)PROFIBUS PA網(wǎng)絡設備情況適當調節(jié)。實驗結果驗證了本文網(wǎng)關設計的可行性,網(wǎng)關的基本通信功能已經(jīng)實現(xiàn),兩端網(wǎng)絡能夠互操作,時間延遲在一定程度上可以調節(jié),滿足用于過程控制的PROFIBUS PA總線系統(tǒng)的工程應用需要。
【關鍵詞】：工業(yè)以太網(wǎng) PROFINET IO PROFIBUS PA 過程控制 異構網(wǎng)絡集成
【學位授予單位】：沈陽建筑大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN915.05
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-17
• 1.1 前言11
• 1.2 工業(yè)網(wǎng)絡概述及課題研究背景11-14
• 1.2.1 現(xiàn)場總線技術11
• 1.2.2 工業(yè)以太網(wǎng)11-13
• 1.2.3 課題研究的背景和意義13-14
• 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-15
• 1.4 主要研究內(nèi)容及章節(jié)安排15-17
• 第二章 協(xié)議分析及模型設計17-31
• 2.1 前言17
• 2.2 PROFINETIO協(xié)議結構分析17-21
• 2.2.1 PROFINET概述17
• 2.2.2 PROFINET IO通信分類17-19
• 2.2.3 PROFINET IO設備分類19-20
• 2.2.4 PROFINET IO通信管理20-21
• 2.3 PROFIBUS PA協(xié)議結構分析21-22
• 2.4 基于協(xié)議的Proxy映射模型設計22-25
• 2.5 網(wǎng)關的設備模型和IO數(shù)據(jù)映射模型25-29
• 2.5.1 網(wǎng)關設備模型分析與設計25-27
• 2.5.2 IO數(shù)據(jù)映射模型設計27-29
• 2.6 非周期性通信服務處理29-30
• 2.7 本章小結30-31
• 第三章 系統(tǒng)硬件結構設計與實現(xiàn)31-39
• 3.1 前言31
• 3.2 硬件需求分析與整體結構設計方案31-33
• 3.3 網(wǎng)關主要功能模塊設計33-38
• 3.3.1 實時以太網(wǎng)接口電路設計33-34
• 3.3.2 FBC0409 FF總線通信控制器及其接口設計34-36
• 3.3.3 電流隔離模塊36-37
• 3.3.4 PROFIBUS PA總線MAU電路37-38
• 3.4 本章小結38-39
• 第四章 軟件系統(tǒng)設計與實現(xiàn)39-55
• 4.1 前言39
• 4.2 操作系統(tǒng)和開發(fā)環(huán)境39-40
• 4.3 PROFINET IO協(xié)議棧40-44
• 4.4 PROFIBUS主站功能軟件實現(xiàn)44-48
• 4.4.1 PROFIBUS主站功能塊整體結構44-45
• 4.4.2 PROFIBUS主站功能的鏈路層實現(xiàn)45-46
• 4.4.3 PROFIBUS主站功能的應用層實現(xiàn)46-48
• 4.5 協(xié)議轉換映射機制實現(xiàn)48-53
• 4.6 本章小結53-55
• 第五章 網(wǎng)關的設備集成設計55-65
• 5.1 前言55
• 5.2 設備集成55
• 5.3 網(wǎng)關系統(tǒng)基于GSDML的集成方法55-59
• 5.4 網(wǎng)關設備描述文件生成工具設計59-62
• 5.4.1 GSD語法分析及轉換59-60
• 5.4.2 用戶圖形界面設計60-62
• 5.5 本章小結62-65
• 第六章 網(wǎng)關系統(tǒng)測試與性能分析65-73
• 6.1 前言65
• 6.2 測試系統(tǒng)構建65-67
• 6.3 網(wǎng)關的功能驗證與性能分析67-70
• 6.3.1 啟動過程測試67-68
• 6.3.2 系統(tǒng)運行狀態(tài)測試分析68
• 6.3.3 報文轉化效率分析68-69
• 6.3.4 穩(wěn)定性分析69
• 6.3.5 網(wǎng)關輸入/輸出時延分析69-70
• 6.4 本章小結70-73
• 第七章 結論73-75
• 7.1 總結73-74
• 7.2 展望74-75
• 參考文獻75-77
• 作者簡介77
• 作者在攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文77-79
• 致謝79-80

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本文編號：529909