工业以太网与Profibus-DP总线数据转换接口的设计

所需积分/C币:35 2018-01-07 18:38:21 3.28MB PDF
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下载PDF阅读器 目前,现场总线作为工业自动化系统最底层设备间通信的核心技术,已经得到了广泛应用。但由于现场总线标准不一,远程通信能力薄弱,使得工业控制网络的系统集成与信息集成面临着困难的局面。同时以 Ethernet和TCP/IP协议为基础的工业以太网在实时性、可靠性和抗干扰性等方面不断改进,向工业控制网络发展已经成为趋势。   在此背景下,本课题对工业以太网与 Profibus-DP总线之间数据通信进行了深入的研究,以嵌入式技术和嵌入式网络作为技术支持,提出了一种工业以太网与Profibus-DP总线数据转换接口的设计方案,目的是使工业现场中具有 Profibus-DP接口的设备快速低成本
■ 华北电力大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:此处所提交的士学位论文《T业以太网与 Profibus-DP总线 数据转换接口的设计》,是本人在导师指导下,在华北电力大学攻读硕士学位期间 独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除凵注明部分外不包含他人 口发表或撰写过的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已 在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完仝由本人承担。 作者签名 日期: 年月日 华北电力大学硕士学位论文使用授权书 《工业以太网与 总线数据转换接口的设计》系本人在华北电力大学 攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归华北电 力大学所有,本论文的研宄内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解华北电 力大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复 印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权华北电力大学,可以采川影印 缩印或其他复制手段保存论文,可以公布论文的全部或部分内容。 本学位论文属于(请在以上相应方框内打“√”): 保密口,在 年解密后适用本授权书 不保密口 作者签名: 日期: 年月日 导师签名 日期 年月日 华北电力大学硕士学位论文 摘要 目前,现场总线作为工业自动化系统最底层设备间通信的核心技术,已经得到 了广泛应用。但由于现场总线标准不一,远程通信能力薄弱,使得工业控制网络的 系统集成与信息集成面临着困难的局面。同时以 和 协议为基础的 工业以太网在实时性、可靠性和抗干扰性等方面不断改进,向工业控制网络发展已 经成为趋势。 在此背景下,木课题对工业以太网与 总线之间数据通信进行了深 入的研究,以嵌入式技术和嵌入式网络作为技术支持,提出了一种工业以太网与 总线数据转换接口的设计方案,日的是使工业现场中具有 接凵的设备快速低成本的接入以太网,实现对远程设备的实吋监控,有利于工业控 制网络的信息集成。 本文介绍了工业以太网与 总线各自的技术特点,在重点研究和分 析工业以太网协议和 主站卡的基础上,设计」以太网接口和背板总线 接凵以及主控制器和附属电路,搭建硬件平台与 主站卡连接。详细描 述了以太网与 通过背板总线通信实现数据转换的设计方法,并在此硬 件平台基础上,移植嵌入式操作系统 ,初始化以人网控制器和协议 栈,驱动硬件设备,利用 的多任务和优先级机制编程实现数据转换。最 后,搭建测试平台对转换接凵装置的数据通信进行了测试。 关键词:工业以太网 ;数据转换;背板总线;主控制器: 华北电力大学硕士学位论文 华北电力大学硕士学位论文 目录 摘要 第章绪论 研究背景和意义 国内外研究及发展现状 工业以太网技术在国内外研究及发展现状 总线国内外研究及发展现状 接入工业以太网技术在国内外研究与发展现状 木论文的主要工作与组织 第章工业以太网与现场总线技术 工业以太网概述 以太网用于工业控制领域的必然性及技术优势 以太网应用于工业控制领域存在的主要问题及解决办法 工业以太网协议 协议标准 协议 现场总线技术概述 总线 协议结构 的基本性能 主从站工作流程 本章小结 第章系统硬件设计与实现 硬件总体设计 背板总线通信方式设计 主控制器的选型 系统的设计与实现 以太网接口电路 背板总线接口电路 电源电路 华北电力大学硕士学位论文 系统时钟电路 接口电路 主控制器电路 主站卡功能和使用规范介绍 主站卡的功能 主站卡的使用规范 本章小结 第章系统软件设计与实现 软件总体设计 的移植 概述 的移植 硬件设备初始化与驱动 以太网控制器的初始化 协议栈的初始化 背板总线接口的驱动 数据转换过程的设计 背板总线帧格式的定义 数据转换的过程 以太网服务器收发数据任务的设计与实现 通信与 机制 以太网服务器收发数据任务的实现 背板总线通信仁务设计与实现 背板总线通信规约 背板总线头尾站之间通信过程 背板总线通信任务的实现 软件设计中遇到的问题及解决方法 本章小结 第章数据转换接口装置的测试 测试环境的介绍 测试过程说明 测试结果分析 测试过程中遇到的问题及解决办法 本章小结 华北电力大学硕士学位论文 第章总结与展望 总结 展 参考文献 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 致谢 华北电力大学硕士学位论文 第章绪论 研究背景和意义 世纪年代初兴起的现场总线技术不断发展,已经是工业白动化系统最底 层设备间通信的核心技术,在工业控制网络中起着主导作用。但是由于商业竞争激 烈等因素,导致多种现场总线未能达成统一标准。多种现场总线标准不能相互兼容 不仅在一定程度上影响了现场总线技术的进一步发展,而且制约了控制网络的系统 集成与信息集成 针对这一现状,人们试图利用以太网技术找到新的突破口。因为在现场总线迅 猛发展的同时,由美国施乐公司、 公司和公司联合开发的以太网技术发 展也非常迅速。以太网技术在办公自动化领域应用成熟以后,开始延伸到工业控 制领域的通讯网络中,并逐渐兴起了工业以太网技术。工业以太网不仅继承了以太 网的技术优势,而且为了满足工业环境和技术的要求不断在技术上进行改进和加 强。目前,工业以太网已绎在自动化系统的高层次通讯网络中得到了广泛的应用, 成为了一种事实上的标准 工业以太网技术在工业控制网络中的成功应用,给人们提供了一种新的解决多 种现场总线相互制约问题的可行途径。逐渐成熟的嵌入式技术和嵌入式网终成为了 工业以太网与现场总线实现通信的技术基础。工业以太网与现场总线相结合的好处 在于 ()以太网可以为不同标准的现场总线互联建立桥梁,从而解决现场总线间 不能相互兼容的问题。 ()为现场设备连接到因特网创造条件,使设备的通信范围及控制方式得到 扩展 ()在实现现场控制层到管理层的信息集成方面,以太网的开放性具有明显 优势,能够成为网终协议转换的纽带,从而解决“自动化孤岛”问题 本文选用了具有代表性的 现场总线,研究并设计工业以太网与 现场总线数据转换接口,目的是使现场具有 总线接口的设 备快逑低成本的接入工业以太网,充分利用以太网对现场设备进行数据采集、传输 和控制,对实现工业控制网络的信息集成具有重大意义。

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