现场总线网络技术的研究

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1、查些垄堂堡主堂堡垒墨苎墨现场总线网络技术的研究摘要现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。现场总线网络技术的出现标志着工业控制技术领域一个新时代的开始。它涉及了计算机、自动化、通信等众多技术领域，目前正处于一个不断发展，不断改进和完善阶段。我国在现场总线方面的研究起步较晚，无论是理论研究还是应用研究方面都远远落后于国外，在我国深入开展现场总线网络技术的研究已经迫在眉睫。本文主要针对现场总线网络技术进行了理论与应用研究，重点对现场总线与以太网的结合、现场总线实时性能、现场总线的选择、现场总线的集成、现场总线网络体系结构和现场总线网

2、络节点的开发等几方面问题进行了深入的探讨，提出了一些创新的方案，提供了一些指导原则和理论依据，并解决了一些实际应用问题，在现场总线网络技术的理论研究和应用研究方面取得了一定的进展。(1)总结出了以太网应用到工业控制领域中需要面临的问题，并分别提出了相应的鳃决方案，为以太网技术向工业控制领域的发展奠定了初步的理论基础。通过对互联网中互联技术的研究，提出了现场总线与以太网相结合的封装、组件、隧道三种技术方案，对其工作原理进行了详细的阐述，并通过典型案例证明了这三种技术方案的可行性，为其它现场总线开发与以太网相结合的技术提供了理论指导和应用范例，具有很好的现实意义和

3、应用价值。(2)总结了固定分配类、随机竞争类、按需分配类等三种常用介质访问控制方法的优缺点，找出了ControlNet现场总线采用的生产者／消费者模型与传统的源／目的模型的不同之处。发现了生产者／消费者模型对传输数据的内容进行了标识，提高了网络的通信效率。对工业现场的数据报文归纳出隐性报文、显性报文和维护报文三种形式，并总结出它们的特点，对ControlNet现场总线CTDMA技术的运行枫理给出了图形化的表示。找出了NUT与SMAX之间的内在联系，即NUT=TxSMAX+T+tmti。∞。。。。总结出正确设置节点地址的方法，提出了对ControlNet控制系统

4、的优化法则，为ControlNet的组态提供了理论依据。．II．东北大学博士学位论文摘要f31深入地研究了DeviceNet现场总线的实时性能，对MAC层的控制机制～一非破坏性逐位仲裁法的仲裁过程给出了图形化的表示，发现非破坏性逐位仲裁法正是DeviceNet现场总线速度低、扩展性差的主要原因。经过数学推导，找出了位时间、传输时延和采样点等参数之间的关系，即2T。。。

5、高DeviceNet现场总线网络传输性能的改进方案。这种方法对DevieeNet的协议改动不大，具有良好的兼容性。通过相应的仿真结果，从理论上验证了采用数据压缩技术能够提高系统的实时性能。(4)对CIP的工作机制和协议实现进行了研究。对DeviceNet、Contr01Net和EtherNet／IP三种CIP网络的性能进行了对比，提出了信息层、控制层和设备层三层架构的概念。通过这三个网络层次构成了完整的工业控制网络体系结构，实现了工业控制的分层处理。介绍了由CIP网络构成的罗克韦尔自动化公司现场总线的集成架构和相关的软、硬件。(5)针对现场总线的选择问题进行了

6、深入的探讨，提出了应从数据的传输类型选择现场总线的理论依据；总结出了数据类型与现场总线介质访问控制机制的对应关系；给出了现场总线传输速率与传输效率之间的联系，列出了几种常用现场总线的性能指标；为现场总线的选择提供了理论依据和基本的选用原则。(6)从多种现场总线之间的集成、现场总线网络与DCS的集成和现场总线网络与信息网络的集成三个方面对现场总线的集成问题进行了研究。给出了采用网关技术和OPC技术实现多总线集成的结构框图，总结出相关集成方案的优缺点。利用OPCDX、工业以太网和交换式以太网技术提出了多总线集成的改进方案，给出了系统集成的结构框图，归纳了改进方案的

7、技术特点，为多总线的集成提供了理论指导。(7)提出了开发DeviceNet网络节点的总体设计方案和具体的硬、软件设计方案。总结出了开发DeviceNet网络节点时应注意的问题，给出了相应的硬件电路图和软件流程图。关键词：现场总线，实时性，介质访问控制，集成，网络技术．．III．东北大学博士学位论文ResearchonFieldbusNetworkTechnologyAbstractFieldbusisoneoftheimportantfocusesintoday’Sautomationcontrolarea．ItisrecognizedastheLocalAr

8、eaNetworkinautomati