Modbus RTU/ASCII转Modbus TCP网关关键技术及应用研究
发布时间：2020-12-10 12:05
随着工业控制技术的迅速提高和以太网技术的飞速发展,工业智能仪器设备开始朝着网络化方向发展。工控设备大多使用现场总线技术,但现场总线种类繁多,没有统一的协议标准,而以太网技术的实时性和稳定性不高,现场总线和工业以太网技术相互融合成为当前研究的重点。本文设计并研制了一款基于Modbus RTU/ASCII和Modbus TCP协议的工业以太网通信网关,利用以太网实现对工业现场设备的远程监控。本文首先提出了以LPC2214+RTL8019AS+MAX3485为核心的系统硬件设计方案,并在原理图、PCB制板等方面进行了多项抗干扰设计,有效增强了Modbus TCP网关的EMC性能。并在硬件设计的基础上,采用分层设计思想进行了软件设计,完成三大功能模块:Modbus RTU/ASCII协议栈、Modbus TCP协议栈、Modbus RTU/ASCII和Modbus TCP协议的相互转换。此外,针对Modbus TCP载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）的二进制指数后退算法BEB（Binary E...
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和目的
1.2 国内外研究现状
1.3 当前研究中存在的问题及本课题的解决方案
1.3.1 工业以太网实时性
1.3.2 网关协议转换
1.3.3 抗干扰性（EMI）
1.4 主要研究内容
1.5 本章小结
第二章 方案的总体设计
2.1 课题总体设计要求
2.2 系统总体设计方案
2.2.1 硬件设计
2.2.2 软件设计
2.2.3 算法改进
2.3 本章小结
第三章 MODBUS TCP网关的硬件设计
3.1 Modbus TCP网关整体硬件架构
3.2 嵌入式处理器LPC2214
3.3 硬件电路设计
3.3.1 晶振电路设计
3.3.2 JTAG 接口电路
3.3.3 RS-485 驱动电路
3.3.4 以太网接口电路
3.4 本章小结
第四章 MODBUS TCP网关软件的设计
4.1 Modbus标准协议
4.1.1 Modbus协议概述
4.1.2 Modbus串行通行模式
4.1.3 差错校验方法
4.1.4 Modbus TCP
4.2 Modbus RTU/ASCII协议栈的设计
4.3 Modbus TCP协议站的设计
4.3.1 TCP/IP协议栈的设计
4.3.2 Modbus TCP协议栈的设计
4.4 Modbus TCP网关的设计
4.4.1 协议转换
4.4.2 速度匹配
4.5 本章小结
第五章 基于MODBUS TCP的MAC机制改进及仿真
5.1 MAC层的CSMA/CD协议
5.1.1 Modbus TCP应用工业领域的问题
5.1.2 CSMA/CD通信机制的实时性
5.2 通信延时分析
5.2.1 排队延时
5.2.2 发送延时
5.2.3 传输延时
5.3 OPNET仿真建模
5.3.1 建模概述
5.3.2 CSMA/CD仿真
5.4 CSMA/CD的改进
5.4.1 CSMA/CD改进的实现
5.4.2 改进后的CSMA/CD
5.5 本章小结
第六章 MODBUS TCP网关测试
6.1 Modbus TCP网关通信测试平台的搭建
6.2 Modbus TCP网关通信功能测试
6.2.1 RTU Master–TCP Slaver模式
6.2.2 ASCII Master–TCP Slaver模式
6.2.3 TCP Master–RTU Slaver模式
6.2.4 TCP Master–ASCII Slaver模式
6.3 Modbus TCP网关实时性测试
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 工作总结
7.2 展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MODBUS通信协议在水位自动监管中应用[J]. 饶君英. 电子技术与软件工程. 2016(24)
[2]基于S7-1200 PLC的Modbus-TCP通信应用[J]. 刘东海. 科技创新与应用. 2016(29)
[3]MODBUS TCP通讯协议在PLC与串口服务器的通讯应用[J]. 马永钧,王彦龙. 信息通信. 2016(10)
[4]基于Modbus/TCP协议的塔式起重机无线监控系统[J]. 张敏三,刘海龙. 电子设计工程. 2016(19)
[5]基于远程监控技术的电力调度设计与实现[J]. 侯广松,高军,徐珂,吴衍达. 电子设计工程. 2016(17)
[6]油井远程智能监控主控系统[J]. 胡滢. 电子技术与软件工程. 2016(16)
[7]基于Modbus和TCP/IP的真空感应炉在线监控系统设计[J]. 曲楠,李超,潘鹏松. 测控技术. 2016(08)
[8]一种嵌入式KNX-Modbus TCP网关的实现方法[J]. 赵艳领,韩丹涛,闫晓风. 智能建筑与智慧城市. 2016(07)
[9]基于ModBus/TCP的温度冲击自动试验系统[J]. 陈科,夏继强,耿春明. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[10]Modbus/TCP多层访问控制过滤技术[J]. 蒋臣,王华忠,凌志浩,路伟. 自动化仪表. 2016(07)
博士论文
[1]无线传感器网络高性能定位算法研究[D]. 陈媛芳.大连理工大学 2014
[2]工业以太网实时通信与系统维护的建模与优化[D]. 金海波.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]SCADA系统的Modbus/TCP协议安全研究[D]. 杨静.北京工业大学 2016
[2]光伏电站远程监控系统的设计与实现[D]. 王伟.北京交通大学 2015
[3]基于CAN-Modbus/UDP的舰船病房呼叫系统的设计[D]. 景柏豪.江苏科技大学 2013
[4]基于Modbus TCP协议的远程监控系统应用设计[D]. 李晶.浙江工业大学 2012
本文编号：2908666
【文章来源】：天津理工大学天津市
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景和目的
1.2 国内外研究现状
1.3 当前研究中存在的问题及本课题的解决方案
1.3.1 工业以太网实时性
1.3.2 网关协议转换
1.3.3 抗干扰性（EMI）
1.4 主要研究内容
1.5 本章小结
第二章 方案的总体设计
2.1 课题总体设计要求
2.2 系统总体设计方案
2.2.1 硬件设计
2.2.2 软件设计
2.2.3 算法改进
2.3 本章小结
第三章 MODBUS TCP网关的硬件设计
3.1 Modbus TCP网关整体硬件架构
3.2 嵌入式处理器LPC2214
3.3 硬件电路设计
3.3.1 晶振电路设计
3.3.2 JTAG 接口电路
3.3.3 RS-485 驱动电路
3.3.4 以太网接口电路
3.4 本章小结
第四章 MODBUS TCP网关软件的设计
4.1 Modbus标准协议
4.1.1 Modbus协议概述
4.1.2 Modbus串行通行模式
4.1.3 差错校验方法
4.1.4 Modbus TCP
4.2 Modbus RTU/ASCII协议栈的设计
4.3 Modbus TCP协议站的设计
4.3.1 TCP/IP协议栈的设计
4.3.2 Modbus TCP协议栈的设计
4.4 Modbus TCP网关的设计
4.4.1 协议转换
4.4.2 速度匹配
4.5 本章小结
第五章 基于MODBUS TCP的MAC机制改进及仿真
5.1 MAC层的CSMA/CD协议
5.1.1 Modbus TCP应用工业领域的问题
5.1.2 CSMA/CD通信机制的实时性
5.2 通信延时分析
5.2.1 排队延时
5.2.2 发送延时
5.2.3 传输延时
5.3 OPNET仿真建模
5.3.1 建模概述
5.3.2 CSMA/CD仿真
5.4 CSMA/CD的改进
5.4.1 CSMA/CD改进的实现
5.4.2 改进后的CSMA/CD
5.5 本章小结
第六章 MODBUS TCP网关测试
6.1 Modbus TCP网关通信测试平台的搭建
6.2 Modbus TCP网关通信功能测试
6.2.1 RTU Master–TCP Slaver模式
6.2.2 ASCII Master–TCP Slaver模式
6.2.3 TCP Master–RTU Slaver模式
6.2.4 TCP Master–ASCII Slaver模式
6.3 Modbus TCP网关实时性测试
6.4 本章小结
第七章 总结和展望
7.1 工作总结
7.2 展望
参考文献
发表论文和科研情况说明
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]MODBUS通信协议在水位自动监管中应用[J]. 饶君英. 电子技术与软件工程. 2016(24)
[2]基于S7-1200 PLC的Modbus-TCP通信应用[J]. 刘东海. 科技创新与应用. 2016(29)
[3]MODBUS TCP通讯协议在PLC与串口服务器的通讯应用[J]. 马永钧,王彦龙. 信息通信. 2016(10)
[4]基于Modbus/TCP协议的塔式起重机无线监控系统[J]. 张敏三,刘海龙. 电子设计工程. 2016(19)
[5]基于远程监控技术的电力调度设计与实现[J]. 侯广松,高军,徐珂,吴衍达. 电子设计工程. 2016(17)
[6]油井远程智能监控主控系统[J]. 胡滢. 电子技术与软件工程. 2016(16)
[7]基于Modbus和TCP/IP的真空感应炉在线监控系统设计[J]. 曲楠,李超,潘鹏松. 测控技术. 2016(08)
[8]一种嵌入式KNX-Modbus TCP网关的实现方法[J]. 赵艳领,韩丹涛,闫晓风. 智能建筑与智慧城市. 2016(07)
[9]基于ModBus/TCP的温度冲击自动试验系统[J]. 陈科,夏继强,耿春明. 仪表技术与传感器. 2016(07)
[10]Modbus/TCP多层访问控制过滤技术[J]. 蒋臣,王华忠,凌志浩,路伟. 自动化仪表. 2016(07)
博士论文
[1]无线传感器网络高性能定位算法研究[D]. 陈媛芳.大连理工大学 2014
[2]工业以太网实时通信与系统维护的建模与优化[D]. 金海波.大连理工大学 2014
硕士论文
[1]SCADA系统的Modbus/TCP协议安全研究[D]. 杨静.北京工业大学 2016
[2]光伏电站远程监控系统的设计与实现[D]. 王伟.北京交通大学 2015
[3]基于CAN-Modbus/UDP的舰船病房呼叫系统的设计[D]. 景柏豪.江苏科技大学 2013
[4]基于Modbus TCP协议的远程监控系统应用设计[D]. 李晶.浙江工业大学 2012
本文编号：2908666
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