SBUS现场总线的研究与开发

摘要

当前,随着计算机技术、通信技术、微电子技术等高科技的飞速发展,世界进入了一个信息时代,同时也为我们控制领域带来了一场巨大的变革,也就是现场总线技术的发展.现场总线以其灵活性、可靠性以及高性能价格比等优点,使工业控制系统的体系结构发生了根本性变化,是自动化领域发展的必然趋势.面对当前国际上多种现场总线标准共存竞争的局面,如何走出国产化的现场总线标准之路是我们必须思考的问题.该文根据工业控制系统现状及需求,分析并设计一个面向行业、符合中国国情并具有自主知识产权的用于连接现场I/O站和现场智能设备的数字式、双向传输、多分支结构、全冗余的通信网络一-SBUS现场总线.论文在对SBUS现场总线总体结构模型做了一个概要的介绍后,对其协议栈进行了分层的分析研究和设计,详细阐述了各层中的关键技术并分析了采取相应技术的原因和目的.另外还提出了基于SBUS现场总线的新型控制系统的概念和目标体系结构,分析了这种新型控制系统具有的优势和性能,并设计了一个验证系统用来验证协议的正确性和相关特性,分析了SBUS较其他总线在电气控制和过程控制领域内的优势.在论文的最后对SBUS及其控制系统进行了展望.

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

1.1本课题的研究背景

1.1.1控制系统应用现状

1.1.2多标准的现场总线之战

1.1.3走国产化现场总线之路

1.2本课题的研究意义

1.3本论文的任务和结构

第二章SBUS现场总线结构模型

2.1 SBUS现场总线的系统结构

2.1.1 SBUS现场总线网络模型

2.1.2 SBUS物理层传输技术

2.1.3 SBUS总线系统的站点类型

2.1.4 SBUS的总线存取协议

2.1.5 SBUS支持的数据传输类型

2.1.6 SBUS网络拓扑结构

2.2通讯模型

2.2.1通讯关系

2.2.2基本功能概括

2.2.3报文交换过程

2.3系统行为

2.3.1站点上线

2.3.2地址分配

2.4 SBUS冗余机制

2.5总结

第三章SBUS物理层设计

3.1概述

3.2电气特性

3.3连接技术、机械及电气标准

3.3.1总线连接器

3.3.2总线电缆

3.3.3接地、屏蔽

3.3.4终端电阻

3.4传送方式

3.4.1编码方式

3.4.2发送控制

3.5中继器

3.5.1电气中继器

3.5.2光电中继器

3.6物理层冗余

第四章SBUS数据链路层设计

4.1数据链路层向上层提供的服务

4.1.1发送无确认服务：SDN

4.1.2发送/确认服务：SDA/CON

4.1.3请求/应答服务：REQ/RSP

4.1.4循环请求/应答服务：CREQ/RSP

4.2介质访问控制和数据传输

4.2.1活动主站列表

4.2.2令牌的接收

4.2.3令牌的发送

4.2.4令牌的使用

4.3通信有关定时器

4.4帧结构及格式定义

4.4.1帧字符

4.4.2帧格式

4.4.3各个域的含义

4.4.4地址扩展位

4.4.5传输出错处理

第五章SBUS应用层构思

5.1数据通信

5.1.1实时数据通讯

5.1.2诊断数据通讯

5.1.3组态数据通讯

5.1.4设备管理数据通讯

5.1.5主主数据通讯

5.2设备数据字典

5.3 SBUS现场总线设备描述的实现

5.3.1 XML的优点

5.3.2基于XML的SBUS现场总线设备描述

第六章SBUS现场总线的应用

6.1基于SBUS的新型控制系统

6.2 SBUS现场总线技术验证

6.2.1组态

6.2.2运行监测

6.3结论

第七章总结与展望

参考文献

作者在攻读硕士期间发表的论文