基于调度算法的profibus总线实时通信性能研究

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1、武汉科技大学硕士学位论文第1页摘要随着微电子技术、计算机技术以及通信技术的飞速发展，工业自动化水平的不断提高，企业对管理和控制一体化需求也进一步增加，推动着工业控制网络不断向前发展，从基于模拟信号传输的集散控制系统(DCS)，到数字化、智能化、全分散的现场总线，再到近年来新出现并得到迅速发展的工业以太网。现场总线是一种全分布式、网络化实时反馈控制系统。现场总线技术使得现场设备具有更丰富的控制、通信、组态管理和自诊断功能，它简化了控制系统结构，将控制功能彻底下放到现场，实现了真正意义上的分散控制。在

2、现有的各种现场总线标准中，Profibus总线是一种比较流行的现场总线标准，在国内外的应用和研究已经相当的成熟。作为～种特定应用的网络，和商业信息网络相比，工业控制网络具有自身的要求和特点，其中非常重要的一点就是实时性要求高，不仅要求传输速度快，还要求响应快，直接影响着整个控制系统的性能。因此，如何应用更好的信息调度策略，来改善和提高现场总线网络的实时性显得尤为重要。本文对影响现场总线实时性的关键技术进行了系统深入的分析，给出了现场总线网络信息模型，讨论了现场总线的时间约束和空间约束等时态特性，给

3、出了评价现场总线实时性能的QoS指标。对信息调度算法进行了探讨，指出了各种动、静态信息调度算法的优缺点。对总线数据链路层的介质访问控制方法进行了详细的比较研究，指出了各种介质访问控制方法对处理具有不同时间特征的总线信息的优越性及其存在的问题。本文详细分析和研究了Profibus总线的数据链路层数据传输服务和MAC层消息处理过程，以及逻辑环的令牌传递和令牌环维护等关键技术。在此基础上，给出了总线信息的消息循环时间、令牌循环时间和总线效率的计算方法，以及高、低优先级信息基于响应时间的可调度性分析，并给

4、出了总线目标令牌循环时间的设定原则。仿真结果表明，这些信息调度方法是非常有效和实用的，可以用来检验网络参数和总线信息实时性是否得到满足。关键词：现场总线Fieldbm：Profibus；实时通信；介质访问控制协议MAC；调度算法第1I页武汉科技大学硕士学位论文AbstractWiththerapiddevelopmentofmicroelectronic，computerandcommunications，thelevelofindustrialautomationisupgrading，thed

5、emandoncontrolnetworksisincreasinggradually，industrialcontrolnetworkhasalsoconstantlydeveloped，fromDistributedControlSystem(DCS)whichbasedonanalogsignalstransmission，fieldbuswhichisdigital，intelligentandentirelydisperse，toindustrialEthemetwhichappeare

6、dandrapidlydevelopedinrecentyears．Fieldbusisakindofdistributedandfeedbackcontrolsystem，thecontrolloopofwhichisclosedthroughreal-timecontrolnetwork．Fieldbuschangestheframeworkoftraditionalcontrolnetworks，achievesrealdistributedcontrolbymakingcontrolfun

7、ctionsdowntothespot，andgivestheinstrumentsmorefunctionsincludingmeasurement，control，communication，remoteconfigurationmanagement，self-diagnosing，andSOon．Profibusisthemostprevalentfieldbusstandardsinallkindsoffieldbusstandards，theapplicationandresearcho

8、fwhichhavebeenfully-fledgeddomesticandabroad．Asaspecificnetwork，industrialcontrolnetworkhasitsownrequestsandcharacteristicscomparedwithcommercialnetwork，oneofwhichisexigentrealtimecharacteristicwhichrequiringnotonlyrapidtransmissionbutalsorapi