地铁变电所多种现场总线与以太网通信转换的设计

摘要

现场总线是目前变电所自动化系统设备层(处理层)普遍采用的一种通信方式，站级管理层则普遍采用以太网技术。因设备功能的限制，地铁变电所自动化系统往往采用了两个以上制造商的自动化设备，造成间隔设备层多种通信协议(如MODBUS、PROFIBUS)并存，导致多种通信卡的存在，既增加了维护的难度，又降低了通信的实时性。如何实现间隔设备层(控制网)和站级管理层(信息网)的融合，是一个目前未能完全解决的自动化领域中的技术问题。为了解决这个问题，本文提出了一种基于Ethernut的多功能网关平台以实现多个现场总线和以太网的有效连接。 本文主要介绍了城市轨道交通变电所自动化系统的发展趋势和构成特点；以现场总线在设备间隔层的应用为出发点，介绍了现场总线的技术特点，提出了城市轨道交通变电所自动化网络系统存在的问题。重点研究了以太网和现场总线之间数据转换和嵌入式网关的各层网络协议的实现方法，在基于嵌入式以太网Ethernut解决方案和8位处理器的ATmeg128基础上，移植了嵌入式操作系统Nut/OS，并通过Nut/Net以太网协议栈实现了TCP/IP协议，设计了现场总线Modbus与以太网互联接口及程序，Profibus总线与以太网互联接口及程序，及串口与以太网的转换，实现了设备间隔层网络和信息网的有效连接。

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文摘

英文文摘

声明

第1章绪 论

1.1工程背景和研究意义

1.2主要研究内容

第2章地铁变电所综合自动化系统

2.1变电所综合自动化系统概述

2.1.1变电所综合自动化系统的特点及优越性

2.1.2变电所综合自动化系统的通信技术

2.2城市轨道交通供电系统概述

2.2.1城市地铁的供电方式

2.2.2地铁供电系统构成

2.3牵引降压混合变电所

2.4现场总线技术概述

2.4.1 PROFIBUS总线

2.4.2 MODBUS总线

第3章通信转换器的硬件设计

3.1通信转换器模型

3.1.1系统硬件总体设计

3.1.2主控制模块芯片ATmega128

3.2以太网接口设计

3.2.1 PROFIBUS总线系统硬件设计

3.2.2 MODBUS总线系统硬件设计

第4章 通信转换器的软件设计

4.1嵌入式操作系统Nut/OS的移植

4.1.1移植Nut/OS需求条件

4.1.2 Nut/OS的配置及开发平台建立

4.1.3 Nut/OS的多线程管理

4.2网络协议栈Nut/Net实现

4.2.1TCP/IP协议简介

4.2.2主要网络协议实现

4.3接口的通信软件设计

4.3.1PROFIBUS总线通信的软件设计

4.3.2 MODBUS总线通信的软件设计

4.3.3 MODBUS消息帧和MODBUS协议的传输方式

4.3.4 MODBUS协议的查询与回应

第5章 通信转换器的应用与测试

5.1通信转换器CGI程序开发

5.2 Webserver的建立

5.3网关的测试及协议分析

结论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果