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现场总线网络技术的研究

方晓柯  
【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解决方案,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技术的运行机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=T×SMAX+T+t_(maintenance)。总结出正确设置节点地址的方法,提出了对ControlNet控制系统的优化法则,为ControlNet的组态提供了理论依据。


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