工業(yè)現(xiàn)場總線與以太網(wǎng)接口技術(shù)和通訊協(xié)議的研究.pdf

1、現(xiàn)場總線技術(shù)廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動化領(lǐng)域中，并且是工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)最底層，即設(shè)備級通訊技術(shù)的主導(dǎo)。但長期以來現(xiàn)場總線標(biāo)準(zhǔn)的多樣性和互不兼容阻礙了現(xiàn)場總線技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，也使得系統(tǒng)集成與信息集成面臨著諸多困難。 以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域的應(yīng)用—工業(yè)以太網(wǎng)的出現(xiàn)為解決以上問題提供了可能。工業(yè)以太網(wǎng)已經(jīng)在企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的信息管理層、過程監(jiān)控層中得到廣泛應(yīng)用，成功實(shí)現(xiàn)了高層信息網(wǎng)絡(luò)與底層控制網(wǎng)絡(luò)的集成。而在對工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時性、確定性等關(guān)

2、鍵性問題予以充分改進(jìn)之后，工業(yè)以太網(wǎng)在工業(yè)控制最底層設(shè)備級上的應(yīng)用也可以得到推廣。 企業(yè)最終實(shí)現(xiàn)從現(xiàn)場設(shè)備級到管理層的無縫信息連接與集成已成為控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的目標(biāo)和趨勢，因此對于現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)與以太網(wǎng)的互聯(lián)以及更深層次的相互融合的探索和研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用價值。 本文就工業(yè)現(xiàn)場總線和以太網(wǎng)相互融合的問題分別從兩個層次進(jìn)行了研究和探討：接口技術(shù)的研究、通訊協(xié)議以及對以太網(wǎng)實(shí)時協(xié)議改進(jìn)的研究。 對接口技術(shù)的研究主

3、要是設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)ProfibusDP與以太網(wǎng)的接口單元。接口單元采用以ATmega128單片機(jī)為核心，附加ProfibusDP總線專用協(xié)議芯片SPC3和以太網(wǎng)控制器LAN91C111的結(jié)構(gòu)。由ATmega128和SPC3組成DP現(xiàn)場總線從站接口，其中SPC3集成了完整ProfibusDP協(xié)議；由ATmega128和LAN91C111構(gòu)成以太網(wǎng)接口，并采用簡化實(shí)現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議棧；全部網(wǎng)絡(luò)協(xié)議轉(zhuǎn)換的功能由ATmega128進(jìn)行控制。通過對

4、接口單元進(jìn)行的測試，驗(yàn)證了接口單元數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉(zhuǎn)換的基本功能的實(shí)現(xiàn)，對接口單元的實(shí)時性能和通訊距離也進(jìn)行了測試分析。接口單元的實(shí)現(xiàn)為工業(yè)自動化系統(tǒng)高層次融合目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供了一種可靠、廉價的解決方案。 對通訊協(xié)議的研究主要是分析以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)自動化系統(tǒng)最底層-設(shè)備級的可行性，參考ProfibusDP現(xiàn)場總線協(xié)議，探討了一種以太網(wǎng)實(shí)時協(xié)議的改進(jìn)方案。改進(jìn)的實(shí)時協(xié)議基于以太網(wǎng)數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層，并把ProfibusDP協(xié)議架構(gòu)