基于POWERLINK的油气田分布站点测控系统研究与实现

发布时间：2020-07-31 11:08

【摘要】：随着计算机通信技术的不断发展创新,在油气田领域,数据传输的方式也在更新发逡逑展。在数字油田逐渐向智慧油田发展的过程中,更高效、更安全的通信协议成为油田测逡逑控系统数据传输的核心问题。本文将POWERLINK协议应用到RTU与上位机PC的数逡逑据传输中。逡逑本文首先分析了当前油田中RTU与上位机之间的数据传输所存在的问题,论述了使逡逑用POWERLINK作为传输协议的优越性;接着对POWERLINK的特点以及它的网络结逡逑构进行了说明,并详细分析了邋POWERLINK的数据链路层的调度机制以及应用层的对象逡逑字典、PDO数据对象、SDO数据对象的应用方式;然后针对油田站点的结构分布图以及逡逑油田组网常用的拓扑结构,使用OPNET进行建模仿真得出了适合油田组网的拓扑结构;逡逑最后通过分析openPOWERLINK协议h_以及在linux用户空间与内核空间实现的特点,逡逑选择在用户空间下实现POWERLINK主站与从站的应用程序,并使用wireshark抓包软逡逑件对主站与从站的通信数据包进行抓取。通过分析获得的数据包,表明POWERLINK在逡逑测控系统中可以稳定可靠的传输数据,其数据传输更加高效,基本达到预期的研究目标。
【学位授予单位】：西安石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN919.1;TE938
【图文】：

协议参考模型

西安石油大学硕士学位论文POWERLINK 时可以在设计网络拓扑结构时结合实际的生产情况进行考虑，而且在网络中，主从节点之间的数据收发是通过各自的节点号进行识别的，所以实际的物理拓扑不会对用户在编程时造成影响。POWERLINK 网络的安全性和可靠性高，在兼容标准以太网的基础之上，在网络冗余上可以实现多主冗余、双网冗余和环形冗余等多种冗余结构，提高了网络的可靠性。而且 POWERLINK 实现了 openSAFETY 技术，其可支持 SIL-3 安全等级的仪表设备，可以将 POWERLINK 应用在对安全性要求较高的领域。POWERLINK 的开发周期短，因为有免费开源的组网配置工具 oepnConfigurator，用户可以很方便的组建 POWERLINK 网络。而且 POWERLINK 有对应的开源协议栈openPOWERLINK，用户只需熟悉其所提供的接口，就可以调用协议栈中所提供的接口来进行程序设计。2.1.2 POWERLINK 的 OSI 模型

帧结构

所推荐的网络模式。由于与标准以太网的兼容，POWERLINK 的发展是站在“巨人的肩上”，标准以太网的任何进步都可以带动 POWERLINK 的发展。在构建POWERLINK网络时可以使用集线器或者交换机，但集线器属于物理层装备，而且其延时与抖动较小，并且在 POWERLINK 接口卡中可以直接集成集线器，这种方式可以简化现场布线时的复杂度。交换机同样也可以用来构建 POWERLINK 网络，但是因为其工作在数据链路层，在进行应用程序的设计时要考虑使用交换机组网所带来的延迟与抖动，所以一般在组网时推荐使用集线器来构建 POWERLINK 网络。2.3 POWERLINK 数据链路层在数据链路层，POWERLINK 实现了基于 IEEE 1588 协议的 SCNM，以 SCNM 机制处理以太网中数据收发的冲突问题，代替了原来以太网 CSMA/CD 的机制，数据链路层是 POWERLINK 工作的核心[8]。在这一层 POWERLINK 根据 XDD 文件来配置通信周期、同步各个设备的时钟、为所有从节点分配时间片、将节点之间所要发送的数据帧进行构建或者解析，以及通过状态机管理整个网络的状态转换等内容。2.3.1 POWERLINK 数据帧

帧结构,地址

西安石油大学硕士学位论文表 2-1 Ethernet POWERLINK 帧结构内容字段描述目的 MAC 地址标识数据发送的地点源 MAC 地址传输节点的地址以太网帧类型标识每一种帧的类型(POWERLINK 帧的类型固定为 0x88AB)POWERLINK 数据嵌入在 Ethernet II 帧中的 POWERLINK 数据CRC 循环冗余校验，保证数据的正确性

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