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

1、現(xiàn)場總線技術廣泛的應用在工業(yè)自動化領域中，并且是工業(yè)控制網絡最底層，即設備級通訊技術的主導。但長期以來現(xiàn)場總線標準的多樣性和互不兼容阻礙了現(xiàn)場總線技術的進一步發(fā)展，也使得系統(tǒng)集成與信息集成面臨著諸多困難。 以太網在工業(yè)控制領域的應用—工業(yè)以太網的出現(xiàn)為解決以上問題提供了可能。工業(yè)以太網已經在企業(yè)綜合自動化系統(tǒng)中的信息管理層、過程監(jiān)控層中得到廣泛應用，成功實現(xiàn)了高層信息網絡與底層控制網絡的集成。而在對工業(yè)以太網的實時性、確定性等關

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

3、要是設計實現(xiàn)ProfibusDP與以太網的接口單元。接口單元采用以ATmega128單片機為核心，附加ProfibusDP總線專用協(xié)議芯片SPC3和以太網控制器LAN91C111的結構。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構成以太網接口，并采用簡化實現(xiàn)的TCP/IP協(xié)議棧；全部網絡協(xié)議轉換的功能由ATmega128進行控制。通過對

4、接口單元進行的測試，驗證了接口單元數(shù)據(jù)收發(fā)和協(xié)議轉換的基本功能的實現(xiàn)，對接口單元的實時性能和通訊距離也進行了測試分析。接口單元的實現(xiàn)為工業(yè)自動化系統(tǒng)高層次融合目標的實現(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應用于工業(yè)自動化系統(tǒng)最底層-設備級的可行性，參考ProfibusDP現(xiàn)場總線協(xié)議，探討了一種以太網實時協(xié)議的改進方案。改進的實時協(xié)議基于以太網數(shù)據(jù)鏈路層的LLC子層，并把ProfibusDP協(xié)議架構