工业以太网与Profibus-DP总线数据转换接口的设计

摘要

目前,现场总线作为工业自动化系统最底层设备间通信的核心技术,已经得到了广泛应用。但由于现场总线标准不一,远程通信能力薄弱,使得工业控制网络的系统集成与信息集成面临着困难的局面。同时以 Ethernet和TCP/IP协议为基础的工业以太网在实时性、可靠性和抗干扰性等方面不断改进,向工业控制网络发展已经成为趋势。
　　在此背景下,本课题对工业以太网与 Profibus-DP总线之间数据通信进行了深入的研究,以嵌入式技术和嵌入式网络作为技术支持,提出了一种工业以太网与Profibus-DP总线数据转换接口的设计方案,目的是使工业现场中具有 Profibus-DP接口的设备快速低成本的接入以太网,实现对远程设备的实时监控,有利于工业控制网络的信息集成。
　　本文介绍了工业以太网与 Profibus-DP总线各自的技术特点,在重点研究和分析工业以太网协议和Profibus-DP主站卡的基础上,设计了以太网接口和背板总线接口以及主控制器和附属电路,搭建硬件平台与 Profibus-DP主站卡连接。详细描述了以太网与 Profibus-DP通过背板总线通信实现数据转换的设计方法,并在此硬件平台基础上,移植嵌入式操作系统FreeRTOS,初始化以太网控制器和LwIP协议栈,驱动硬件设备,利用FreeRTOS的多任务和优先级机制编程实现数据转换。最后,搭建测试平台对转换接口装置的数据通信进行了测试。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究及发展现状

1.3 本论文的主要工作与组织

第2章 工业以太网与现场总线技术

2.1 工业以太网概述

2.2 工业以太网协议

2.3 现场总线技术概述

2.4 Profibus总线

2.5 本章小结

第3章 系统硬件设计与实现

3.1 硬件总体设计

3.2 背板总线通信方式设计

3.3 主控制器的选型

3.4 系统的设计与实现

3.5 Profibus-DP主站卡功能和使用规范介绍

3.6 本章小结

第4章 系统软件设计与实现

4.1 软件总体设计

4.2 FreeRTOS的移植

4.3 硬件设备初始化与驱动

4.4 数据转换过程的设计

4.5 以太网服务器收发数据任务的设计与实现

4.6 背板总线通信任务设计与实现

4.7 软件设计中遇到的问题及解决方法

4.8 本章小结

第5章 数据转换接口装置的测试

5.1 测试环境的介绍

5.2 测试过程说明

5.3 测试结果分析

5.4 测试过程中遇到的问题及解决办法

5.5 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢