PROFINET-PROFIBUS PA网关关键技术研究

发布时间：2017-07-07 11:04

  本文关键词：PROFINET-PROFIBUS PA网关关键技术研究

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【摘要】：工业网络从模拟信号的传输到数字化、智能化是一场革命性的突破,以现场总线控制系统(FCS)为核心的数字化控制系统登上历史舞台。随后总线型控制系统进入快速多样化的发展时期,而为了实现控制网络的开放性互联以及与企业管理信息网络的融合,以太网技术因其开放性的基础架构以及成熟的技术受到行业欢迎。工业实时以太网的应用实现了控制网络和企业IT网络的融合,形成Infranet/Intranet/Internet的开放性互联的网络架构。工业以太网得到广泛应用,对其的研究也远超过了总线系统,但是现场总线与工业以太网共存局面将会长期存在,于是总线系统与工业以太网系统的融合方案纷纷被提出。为此本文面向工业异构网络的集成,为实现现场总线与工业以太网融合方案,针对PROFIBUS PA在实时以太网PROFINET IO中的集成的关键技术展开研究,其主要内容包括:(1)分析两种工业网络协议结构,同时考虑到两种网络物理层介质、传输速率等的差异,设计了基于代理服务器(Proxy)模式的系统集成模型。考虑到PROFIBUS PA数据特点选择了模块化映射的映射关系模型,将现场总线智能仪表映射为PROFINET IO设备的模块,IO数据缓存到对应槽/子槽模型,规定了两种协议对应服务的映射关系。(2)针对PROFINET IO和PROFIBUS PA的物理层特征,设计实现了以ERTEC200实时以太网通信芯片为核心的,可同时满足以太网接入和总线接入的网关硬件结构;移植PROFINET IO设备协议,软件实现简化了的PROFIBUS一类主站功能,能够对PROFIBUS PA从站循环和非循环的读写,将两种协议的用户层实现为协议和行规映射任务,实现两种网络系统的数据和服务映射。(3)分析GSDML和GSD语法,将PROFIBUS PA设备描述文件转换为网关设备描述文件内的模块化结构,设计实现了网关GSDML文件生成工具用于融合PROFIBUS PA从站的设备描述文件,用户可根据设计需要自行生成网关的设备描述文件。最后构建了以西门子S7-300 PLC为IO控制器,两个西门子TH400温度变送器为现场仪表的测试系统,对网关进行测试。通过测试网关连接的PROFIBUS PA和PROFINET IO网络实现了互联互通,IO控制器可以对PROFIBUS PA设备读写控制,输入输出延迟可以根据PROFIBUS PA网络设备情况适当调节。实验结果验证了本文网关设计的可行性,网关的基本通信功能已经实现,两端网络能够互操作,时间延迟在一定程度上可以调节,满足用于过程控制的PROFIBUS PA总线系统的工程应用需要。
【关键词】：工业以太网 PROFINET IO PROFIBUS PA 过程控制 异构网络集成
【学位授予单位】：沈阳建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN915.05
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 前言11
• 1.2 工业网络概述及课题研究背景11-14
• 1.2.1 现场总线技术11
• 1.2.2 工业以太网11-13
• 1.2.3 课题研究的背景和意义13-14
• 1.3 国内外研究现状14-15
• 1.4 主要研究内容及章节安排15-17
• 第二章 协议分析及模型设计17-31
• 2.1 前言17
• 2.2 PROFINETIO协议结构分析17-21
• 2.2.1 PROFINET概述17
• 2.2.2 PROFINET IO通信分类17-19
• 2.2.3 PROFINET IO设备分类19-20
• 2.2.4 PROFINET IO通信管理20-21
• 2.3 PROFIBUS PA协议结构分析21-22
• 2.4 基于协议的Proxy映射模型设计22-25
• 2.5 网关的设备模型和IO数据映射模型25-29
• 2.5.1 网关设备模型分析与设计25-27
• 2.5.2 IO数据映射模型设计27-29
• 2.6 非周期性通信服务处理29-30
• 2.7 本章小结30-31
• 第三章 系统硬件结构设计与实现31-39
• 3.1 前言31
• 3.2 硬件需求分析与整体结构设计方案31-33
• 3.3 网关主要功能模块设计33-38
• 3.3.1 实时以太网接口电路设计33-34
• 3.3.2 FBC0409 FF总线通信控制器及其接口设计34-36
• 3.3.3 电流隔离模块36-37
• 3.3.4 PROFIBUS PA总线MAU电路37-38
• 3.4 本章小结38-39
• 第四章 软件系统设计与实现39-55
• 4.1 前言39
• 4.2 操作系统和开发环境39-40
• 4.3 PROFINET IO协议栈40-44
• 4.4 PROFIBUS主站功能软件实现44-48
• 4.4.1 PROFIBUS主站功能块整体结构44-45
• 4.4.2 PROFIBUS主站功能的链路层实现45-46
• 4.4.3 PROFIBUS主站功能的应用层实现46-48
• 4.5 协议转换映射机制实现48-53
• 4.6 本章小结53-55
• 第五章 网关的设备集成设计55-65
• 5.1 前言55
• 5.2 设备集成55
• 5.3 网关系统基于GSDML的集成方法55-59
• 5.4 网关设备描述文件生成工具设计59-62
• 5.4.1 GSD语法分析及转换59-60
• 5.4.2 用户图形界面设计60-62
• 5.5 本章小结62-65
• 第六章 网关系统测试与性能分析65-73
• 6.1 前言65
• 6.2 测试系统构建65-67
• 6.3 网关的功能验证与性能分析67-70
• 6.3.1 启动过程测试67-68
• 6.3.2 系统运行状态测试分析68
• 6.3.3 报文转化效率分析68-69
• 6.3.4 稳定性分析69
• 6.3.5 网关输入/输出时延分析69-70
• 6.4 本章小结70-73
• 第七章 结论73-75
• 7.1 总结73-74
• 7.2 展望74-75
• 参考文献75-77
• 作者简介77
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文77-79
• 致谢79-80

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8 方彦军,胥军;PROFIBUS-DP高速现场数据通信网络的组建[J];工业仪表与自动化装置;2005年03期

9 ;Analysis of PROFIBUS-DP Network Delay and Its Influence on the Performance of Control Systems[J];Wuhan University Journal of Natural Sciences;2005年05期

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3 ;A New Approach of Integration of PROFIBUS-DP Systems into Industrial Ethernet Systems[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年

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1 记者 熊余平;PROFIBUS安装节点突破一千万[N];中国冶金报;2004年

2 高雪娟;PROFIBUS-PROFINET 让制造业信息融汇贯通[N];中国计算机报;2004年

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1 杨菲;基于以太网的PROFIBUS测试平台的研究[D];北京交通大学;2010年

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本文编号：529909