工业网络控制系统多协议通信技术研究

摘要

网络控制系统（Networked Control Systems, NCS）主要完成自动化控制任务，在工业控制、远程医疗、智能电网、建筑自动化、智能汽车系统、航空及航天等复杂的工业控制领域应用广泛。工业网络控制系统存在多网络协议并存，不同网络协议不能通信的问题。目前，关于工业网络控制系统的多协议网络的互联和网络通信的实时性、可靠性的研究是一个重要的研究方向，其研究对推动工业网络控制系统的发展具有重要的理论价值和实际应用意义。
　　本文主要研究工业网络控制系统中多协议网络互联通信技术，分析影响工业网络通信性能的因素，提出提高工业网络通信实时性和可靠性的措施，改善网络控制系统通信的性能。本文主要完成以下内容：
　　工业网络控制系统通信性能的研究。本文主要针对PROFIBUS总线、MODBUS总线和工业以太网技术进行了分析，对工业网络控制系统的网络结构及其任务与工作环境进行了讨论。针对工业网络控制系统实时性和可靠性的要求，分析影响工业网络控制系统实时性和可靠性的因素，并提出提高网络通信实时性和可靠性的方法和措施。
　　工业网络互联的分析研究。根据开放系统互联参考模型（ Open System Interconnection, OSI），分别对PROFIBUS总线、MODBUS总线和工业以太网的参考模型进行了分析和讨论，针对工业网络的参考模型，对工业网络多协议互联的原理进行了分析，分别从硬件转换技术和软件转换技术两方面对多协议转换的可行性进行分析，对多协议转换的类型进行了讨论。
　　异构网络互联通信实验。完成PROFIBUS总线的组网设计及通信实验；PROFIBUS总线与MODBUS总线混合网络互联组网方案设计，完成MODBUS总线和PROFIBUS总线混合组网设置和网络通信实验，设计了主从站通信程序，并用 WinCC监控软件完成监控界面设计，实现MODBUS协议设备与PROFIBUS总线网络互联和数据通信。
　　工业网络控制系统应用案例网络组网设计。根据污水处理厂控制系统、高温炉渣控制系统和低压变电站监控系统的网络控制要求和存在的多网络协议通信的问题，完成了以上三个复杂网络的组网设计和网络通信性能的分析。

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第一章 绪 论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 国内外研究发展概况

1.3 本文主要研究内容

第二章 现场总线技术与工业以太网

2.1 PROFIBUS协议的研究

2.2 MODBUS协议的研究

2.3 工业以太网

2.4 本章小结

第三章 工业网络控制系统

3.1 工业网络控制系统的结构和特点

3.2 网络控制系统的实时性

3.3 网络控制系统的可靠性

3.4 本章小结

第四章 工业网络多协议转换技术

4.1 网络互连及通信参考模型

4.2 多协议转换原理

4.3 多协议转换可行性分析

4.4 多协议转换类型分析

4.5 异构网络互联

4.6 本章小结

第五章 工业网络控制系统组网设计及通信实验

5.1 PROFIBUS组网方案设计及通信实验

5.2 PROFIBUS与MODBUS混合组网互联设计及通信实验

5.3 本章小结

第六章 工业网络控制系统应用案例设计

6.1 应用案例一组网设计分析

6.2 应用案例二组网设计分析

6.3 应用案例三组网设计分析

6.4 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

致谢

附录