Devicenet现场总线与ModbusTCP工业以太网间的异网互联及其性能研究

摘要

由于各种现场总线之间的协议不统一,不同的自动化厂商网络产品的互可操作性仍待加强,并且工业以太网也正在成为现场总线的一个重要发展趋势,所以该文根据工业控制系统中的实际开放性需要,着重研究工业以太网与现场总线之间的协议转换技术.在深入调研各种总线协议及应用前景的基础上,选择ModbusTCP工业以太网及Devicenet现场总线作为研究对象.理论分析和实验结果表明:自行试制的协议转装置以及带协议接口的智能设备能满足一致性,所采用的自适应可变底U型缓冲队列具有较高的实时性和较小的丢包率.由此验证了该文提出和采用方法的正确性,为协议转换的进一步研究探索了一条有益的途径.

目录

文摘

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第一章绪言

1.1研究背景

1.2发展趋势和问题的提出

1.2.1工业以太网是现场总线重要发展趋势

1.2.2多协议转换技术是多种现场总线共存系统集成的关键技术

1.3 Devicenet现场总线与工业以太网协议转换的研究价值

1.4课题来源及主要内容提要

第二章DEVICENET设备网及协议研究

2.1 Devicenet设备网应用系统的架构

2.1.1 Devicenet及模型

2.1.2 Devicenet数据通信

2.1.3 Devicenet组网配置

2.1.4 Devicenet组网应用实例

2.2 Devicenet设备网协议及应用系统的选择方案

2.2.1 Devicenet协议的特点

2.2.2 Devicenet协议的基础

2.2.3 Devicenet帧和CAN的关系

2.2.4 Devicenet通信连接

2.2.5 Devicenet协议报文

2.2.6预定义主从连接组及其应用

2.3本章小结

第三章基于MODBUSTCP的工业以太网协议研究

3.1工业以太网协议开发的选择

3.2基于ModbusTCP工业以太网的应用系统架构

3.3 ModbusTCP协议分析

3.3.1面向连接的特性

3.3.2 ModbusTCP相关基础

3.3.3 ModbusTCP协议帧结构

3.3.4 ModbusTCP通信连接

3.4本章小节

第四章协议转换策略的研究

4.1协议转换策略的选择

4.2协议转换过程中存在问题的分析

4.2.1协议转换事件的分解

4.2.2协议转换中存在问题的提出

4.3研究工具——Petri网的基础

4.3.1 Petri网的定义

4.3.2事件间的基本关系

4.4自适应可变底U型缓冲队列的策略研究

4.4.1自适应可变底U型缓冲队列缓冲策略的应用与分析

4.4.2自适应可变底U型缓冲队列Petri网模型

4.5自适应可变底U型缓冲队列的工作机理分析

4.5.1自适应可变底U型缓冲队列的自适应机理

4.5.2基于计算机性能分析的自适应队列工作机理研究

4.5.3工业现场通信网络环境中分析网络协议转换事件延时的方法

4.6本章小节

第五章协议转换装置的设计与实现

5.1协议转换装置应用架构的设计描述

5.2转换装置硬件的设计和实现

5.3转换装置软件的设计和实现

5.3.1硬件访问模式的确定

5.3.2程序主体框架及中断服务设计

5.3.3 Devicenet通信接口处理设计

5.3.4 ModbusTCP以太网接口处理设计

5.3.5自适应可变底U型缓冲策略设计

5.3.6一个不同通信协议间数据传输的例子

5.4本章小结

第六章协议及其转换系统的实验设计与分析

6.1仿真测试系统的建立及测试

6.1.1一致性测试

6.1.2实时性测试

6.2测试结果分析

第七章总结与展望

7.1总结

7.2存在问题及进一步工作的展望

参考文献

附录：作者在读研究生期间所取得的科研成果一览

致谢