人防工程电气系统底层现场总线的初步研究

摘要

人防工程建设是关系到上至国家安全、稳定和发展，下至黎明百姓劳作生息的国之大事。但是我国人防工程由于传统的原因，工程内部电气系统的总体自动化水平仍较低。虽然电气系统底层采用了部分智能设备，但由于其它设备以及上层的智能化程度不高，造成了人防工程的智能化水平与当今科技发展的不相适应。本文以人防工程电气系统为研究对象，通过分析其组成及其各子系统的基本控制功能，结合当今主流的现场总线技术，将现场总线引入人防工程电气系统中，使人防工程的智能化水平提高一个层次，从而可使其最大限度地发挥各项功能。
　　在充分调研国内外人防工程及其电气系统研究现状的基础上，全面系统地分析了当前我国人防工程电气系统的组成及其各子系统的基本控制功能。通过分析、比较当今几种典型的现场总线，结合人防工程电气系统中各子系统的功能、工作环境等，确定了用于人防工程电气系统的底层现场总线，给出了基于LonWorks、CAN、RS-485和Modbus这几种现场总线的人防工程电气系统架构。
　　在构建的现场总线人防工程电气系统架构的基础上，结合人防工程电气系统自身的特点及其自动化水平的发展要求，设计了应用于该系统的RS-232/RS-485转换模块、CAN开关量与模拟量混合节点、CAN/RS-485转换模块、LonWorks开关量与模拟量混合节点、基于RS-485的Modbus小型系统，给出了其软硬件设计方案和具体实现方法与过程。
　　通信的可靠性与信息传输的快速性决定了人防工程电气系统的可用性，在深入研究CAN、LonWorks、Modbus的报文类型及其帧格式、通信方式等的基础上，采用经改进与完善的传送延时模型与性能评估指标（协议效率、吞吐量、网络效率与网络利用率），对人防工程电气系统底层现场总线的性能进行了分析。

目录

人防工程电气系统底层现场总线的初步研究

PRELIMINARY STUDY ON THE BOTTOM FIELDBUS IN THE AIR DEFENSE PROJECT ELECTRIVCAL SYSTEM

摘 要

Abstract

目 录

第1章 绪论

1.1 课题来源及研究的目的和意义

1.2 相关领域发展概况

1.2.1 人防工程及其电气系统国内外研究现状

1.2.2 现场总线发展概况及其在人防工程中的应用

1.3 本文主要研究内容

第2章 人防工程电气系统底层现场总线的确定

2.1 人防工程电气系统

2.1.1 人防工程电气系统的组成

2.1.2 人防工程电气系统各子系统的基本控制功能

2.2 几种典型现场总线分析

2.2.1 CAN总线

2.2.2 LonWorks总线

2.2.3 RS-485

2.2.4 Modbus协议

2.3 人防工程电气系统底层现场总线的确定

2.4 本章小结

第3章 底层现场总线节点及转换模块设计

3.1 RS-232/RS-485转换模块设计

3.1.1 硬件设计

3.1.2 软件设计

3.2 CAN开关量与模拟量混合节点设计

3.2.1 硬件设计

3.2.2 软件设计

3.3 CAN/RS-485转换模块设计

3.3.1 硬件设计

3.3.2 软件设计

3.4 基于RS-485的Modbus小型系统设计

3.4.1 硬件设计

3.4.2 软件设计

3.5 LonWorks开关量与模拟量混合节点设计

3.5.1 硬件设计

3.5.2 软件设计

3.6 本章小结

第4章 底层现场总线性能分析

4.1 现场总线传送延时模型

4.2 现场总线性能评估指标

4.3 底层现场总线性能分析

4.3.1 CAN总线

4.3.2 LonWorks总线

4.3.3 Modbus协议

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢