PROFIBUS-DP网关设计及共享式以太网实时性研究

admin · 发表于昨天 13:38

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现场总线控制系统作为工业控制系统的发展方向，在推动自动化系统前进的同时由于标准多样且互不兼容的现状在一定程度上阻碍了工业自动化领域的快速发展。系统集成作为工业自动化领域的发展趋势之一越来越受到国内外自动化厂商的青睐。网关作为系统集成方案中关键产品的最好选择之一也正在成为关注的热点。作为中国第一个工业通信领域现场总线技术国家标准的PROFIBUS现场总线应用范围已经相当广泛，占有很大的市场份额。在PROFIBUS家族中PROFIBUS-DP总线的应用最为广泛。为了解决系统集成过程中PROFIBUS-DP总线产品难以接入和容纳其它网络产品的题目，本论文对PROFIBUS-DP现场总线协议进行了研究，并对该总线类型的产品接入集成系统进行了探索。本论文主要工作如下：设计了PROFIBUS-DP/MODBUS从站网关。该网关采用ARM微处理器+协议芯片的实现方式，通过微处理器实现对协议芯片的驱动及应用层的管理；并实现MODBUS协议栈及两种协议之间的数据映射关系管理等。对网关的性能进行了理论分析并通过了实验验证。实验结果表明，使用该从站网关，采用MODBUS协议通信的从站产品能够接入标准的PROFIBUS-DP网络。设计了PROFIBUS-DP主站网关。该网关采用单芯片软核实现方案。除物理层数据收发工作由芯片集成的串行口功能配合外围电路实现外，数据链路层、应用层的协议都由软件来实现，设计过程采用模块化设计思想，从芯片选择、防错设计、纠错设计、故障恢复设计等方面对设计方案的软、硬件可靠性进行了详细分析；从调度策略的角度阐述了影响系统实时性的关键题目；详细分析和实验测试了网关系统的性能参数；并对从站的组态方式进行了分析和设计。通过该主站网关，采用扩展的MODBUS通信的用户系统可以访问标准的PROFIBUS-DP从站。本论文还对CSMA/CD机制的共享式以太网冲突过程进行了分析，并从概率论角度对共享式以太网的实时性能参数评估计算方法进行了探索，给出了用于计算工业控制网络参数环境下网络性能计算的方法和步骤；并按照此方法针对几组的实际参数的网络性能进行计算和分析；还对此模型的适用性及扩展性进行了分析。通过该模型可对工业控制环境下采用共享式以太网进行组网设计提供理论指导和设计依据。

PROFIBUS-DP网关设计及共享式以太网实时性研究

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