基于PROFIBUS-DP现场总线通信接口的研究

摘要

我国正处于现场总线技术研究开发的发展阶段，国内研究开发现场总线技术的现状是：主要研究HART协议，CAN总线产品最多，LonWorks总线产品用于楼宇控制最多，但在工业控制领域不是主流。PROFIBUS正处于开发中，目前还没有一种PROFIBUS产品通过认证。 PROFIBUS现场总线已经成为开放的国际标准，并在全世界得到了广泛应用，这既给国内现场设备及仪表提出了新的更高要求，同时也提供了新的市场机会。国内的产品要想打入国际市场就必须带有PROFIBUS接口，才能方便地接入标准的PROFIBUS网络。因此，研究PROFIBUS总线技术具有现实意义。 本文以液压伺服控制系统PROFIBUS-DP从站通信接口的开发为契机，对PROFIBUS总线进行研究。首先整体上概述了现场总线技术，并对FF、LonWorks、CAN、PROFIBUS进行比较，在此基础上深入分析PROFIBUS总线MAC协议运行机制，建立“1-n”传输延时模型进行计算得到总线令牌循环时间TTR与传送延时的关系曲线；然后对PROFIBUS-DP从站通信接口进行设计，包括软硬件详细介绍；最后，着眼于现场总线技术的发展，探讨了PROFIBUS与工业以太网的互联。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本课题的研究背景及意义

1.2 PROFIBUS国内外研究的现状及发展趋势

1.3本课题的主要研究内容

第二章 现场总线技术

2.1现场总线简介

2.1.1含义以及发展背景

2.1.2现场总线是底层控制网络

2.2现场总线的特点与优点

2.2.1现场总线系统的结构优点

2.2.2现场总线的技术特点

2.2.3现场总线的优点

2.3几种现场总线

2.3.1基金会现场总线

2.3.2 LonWorks总线

2.3.3 CAN总线

2.3.4 PROFIBUS总线

2.4几种现场总线的比较

2.4.1总线的特点及适用性比较

2.4.2媒体存取控制方法(MAC)的比较

2.4.3比较小结

第三章 PROFIBUS-DP单主系统实时性能研究

3.1 PROFIBUS-DP总线通信模型

3.1.1物理层规范

3.1.2数据链路层规范

3.1.3用户层概述

3.2 PROFIBUS-DP总线存取协议

3.2.1 PROFIBUS-DP的Token_Passing原理

3.2.2 P_Token_Passing的主从轮询协议运行机理

3.2.3 PROFIBUS通信管理状态机

3.3分布式实时系统任务特性及调度

3.3.1分布式实时系统含义

3.3.2任务特性及相关概念

3.3.3实时系统任务调度

3.3.4实时系统任务可调度性分析

3.4 PROFIBUS-DP总线信息分类

3.5 PROFIBUS-DP网络时延模型及计算

3.5.1 PROFIBUS-DP传送延时的计算

3.5.2报文处理时间Tchm、Tcli和令牌传递时间τ的计算

3.5.3实例计算及关系曲线

3.5.4考虑数据重发情况下的最大传送延时计算

第四章PROFIBUS-DP总线通信接口实现

4.1方案选择

4.1.1单片机+软件的解决方案

4.1.2应用嵌入式PROFIBUS总线桥技术的解决方案

4.1.3单片机+PROFIBUS通信ASIC的解决方案

4.2主要芯片介绍

4.2.1协议芯片SPC3

4.2.2单片机的选型

4.3从站接口的硬件设计

4.3.1系统整体结构

4.3.2 SPC3与单片机M306NA之间接口设计

4.3.3 SPC3内部译码电路

4.3.4数据存储器24C02与单片机的连接

4.3.5 RS-485传输接口电路

4.4从站接口软件设计

4.4.1系统软件整体结构

4.4.2 SPC3初始化程序设计

4.4.3从站中断程序

4.4.4几个主要SPC3固态程序介绍

第五章 PROFIBUS与工业以太网接口技术

5.1现场总线技术存在的问题

5.2以太网TCP/IP协议体系结构

5.2.1 TCP/IP协议层次

5.2.2以太网帧结构

5.3 PROFIBUS与以太网接口实现方式

5.3.1基于单片机的协议转换方式

5.3.2中间路由器转换方式

结论

1.主要工作总结

2.有待进一步完成的工作

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢

附录