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基于现场总线的实时网络通信研究与应用

蒲舰舸  
【摘要】:计算机通信技术及信息技术的发展,推动了自动化技术的进步。现场总线技术(Filedbus)是计算机数字通信技术向工业自动化领域的延伸,使得计算机控制系统逐步从集散控制系统(Distributed Control System DCS)走向分布式现场总线控制系统(Fieldbus Control System FCS)。随着工业控制系统朝着网络集成自动化系统体系结构的方向发展,现场总线凭借其自身的全数字化通信、分散控制、开放互连性和设计安装简单等优点,必将在工业控制领域得到越来越广泛和深入的应用。作为一种应用在工业控制领域的网络,现场总线网络必须满足可靠实时地传输网络数据的需求。现场总线协议已经具备了传输实时数据的基本体系结构,然而为了实现实时传输数据的目标,必须对基于现场总线的实时网络系统的各种关键技术进行深入研究。 本论文先介绍了各种典型的现场总线协议,并讨论了它们具有的特点,主要侧重于实时性方面。本文讨论了各种典型的实时调度算法,包括基于处理器计算时间分配的任务调度算法和基于网络带宽资源分配的网络调度算法,并在分析了各种调度算法的特点后,总结了它们各自的优点及局限性。文章介绍了MIL-STD-1553B 总线协议,并分析了它的实时性特点。得出了调度算法应用于这一现场总线的条件,并且给出了其上应用各种实时调度算法的策略。最后论文介绍了一个基于MIL-STD-1553B 总线的实时网络通信系统。此系统以MPC860以及BU61580 芯片为硬件平台,实时操作系统CRTOS 为软件支撑环境,搭建了一个实时通信网络。本系统通过应用多种不同的调度算法,满足了具有不同需求参数的各种不同网络条件下的实时通信需求。论文以此系统为例,讨论了现场总线在实时网络通信领域的应用。 作为一种实时控制网络,现场总线具有较强的实时性。为达到此目标,现场总线网络从硬件和通信协议上对传统网络作出了改进。本文以MIL-STD-1553B总线为例从理论、设计、实现等方面阐述了如何利用现场总线技术搭建实时网络通信平台。它综合了硬件设计、实时调度算法设计、网络组件架构等方面的关键技术,对其余类型现场总线网络的在实时网络通信方向的应用开发有一定的参考价值。


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