基于多重組合Petri網(wǎng)的現(xiàn)場(chǎng)總線間多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)機(jī)理研究.pdf

1、現(xiàn)場(chǎng)總線和工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來了新的機(jī)遇，但是也帶來新的問題和挑戰(zhàn)。工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的多樣性給生成廠商和用戶提供了廣闊的生存空間和應(yīng)用空間，但同時(shí)也造成了多標(biāo)準(zhǔn)共存的混亂局面。為了解決上述問題，既要顧及多方的商業(yè)、技術(shù)利益，又要推動(dòng)這一領(lǐng)域快速、有序的發(fā)展。能夠?qū)崿F(xiàn)多個(gè)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)兼容的多協(xié)議轉(zhuǎn)換技術(shù)是一個(gè)有效、實(shí)用的解決方案。 鑒于現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的多樣性，本文選擇已獲得廣泛應(yīng)用的MODBUS/TCP工業(yè)以

2、太網(wǎng)協(xié)議和在設(shè)備層具有代表性的DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線、ProfibusDP現(xiàn)場(chǎng)總線作為研究對(duì)象。深入剖析了各個(gè)協(xié)議的報(bào)文通信過程，基于多重組合Petri網(wǎng)理論和隨機(jī)高級(jí)Petri網(wǎng)理論，建立了多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理模型和性能模型。并從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面對(duì)多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能進(jìn)行了分析。然后以一小型鍋爐為對(duì)象，以多協(xié)議轉(zhuǎn)換器為核心設(shè)備，構(gòu)建了能夠兼容多種工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)的小型過程控制系統(tǒng)。主要取得以下研究成果： 1.提出了多重組合Pe

3、tri網(wǎng)的概念，指出了結(jié)構(gòu)相似的多個(gè)Petri網(wǎng)模型可以基于具有相同作用的公共庫所或公共變遷實(shí)現(xiàn)組合，為多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理模型的建立奠定了理論基礎(chǔ)。 2.給出了多重組合Petri網(wǎng)的兩個(gè)特有性質(zhì)—狀態(tài)不變性和行為不變性的定義。并分析了在不同組合情況下，多重組合Petri網(wǎng)的有界性、活性、狀態(tài)不變性和行為不變性。提出了在不同組合情況下，多重組合Petri網(wǎng)滿足以上性質(zhì)的充要條件，為多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理模型的驗(yàn)證提供了依據(jù)。

4、3.以MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的通信過程為切入點(diǎn)，將各個(gè)通信狀態(tài)機(jī)統(tǒng)一成通信準(zhǔn)備、報(bào)文通信和通信斷開三個(gè)階段，建立了各個(gè)總線的通信模型?；诮Y(jié)構(gòu)相似的各個(gè)總線通信模型，以公共報(bào)文緩沖區(qū)為公共庫所，建立了S-多重組合Petri網(wǎng)模型，從而得到了多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理模型，并驗(yàn)證了原理模型的正確性。 4.基于多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)原理模型和具有標(biāo)識(shí)變量隨機(jī)高級(jí)Petri網(wǎng)理

5、論，將隨機(jī)時(shí)間因素引入原理模型的各個(gè)變遷，得到了多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)性能模型，并基于性能模型，定性的分析了多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的利用率和吞吐率?；趯?duì)實(shí)際系統(tǒng)的測(cè)試數(shù)據(jù)，定量的分析了系統(tǒng)在不同情況下的吞吐率、丟包率，并對(duì)分別采用這兩種方法得到的分析結(jié)果進(jìn)行了比較。結(jié)合基于性能模型的分析結(jié)果和基于系統(tǒng)測(cè)試的分析結(jié)果，得到了隨負(fù)載變化多協(xié)議轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的性能變化規(guī)律。5.提出了多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)說明了多協(xié)議轉(zhuǎn)換器的軟、硬件構(gòu)成，構(gòu)建了能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)M

6、ODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)與DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線間以及與Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線間協(xié)議轉(zhuǎn)換的多協(xié)議轉(zhuǎn)換器。 6.以多協(xié)議轉(zhuǎn)換器為關(guān)鍵設(shè)備，以自主研發(fā)的帶有工業(yè)以太網(wǎng)接口、DeviceNet和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接口的智能單元作為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)客戶機(jī)節(jié)點(diǎn)功能的上位機(jī)作為監(jiān)控設(shè)備，以一小型鍋爐為對(duì)象，構(gòu)建了能夠同時(shí)兼容MODBUS/TCP工業(yè)以太網(wǎng)、DeviceNet現(xiàn)場(chǎng)總線和Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線的小型過