工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場設備層應用關鍵技術研究.pdf

1、隨著計算機技術、通信技術與控制技術的飛速發(fā)展，工業(yè)現(xiàn)場設備層測控網(wǎng)絡的體系結構發(fā)生了一系列變革。從集中控制到集散式控制，再到目前廣泛應用的現(xiàn)場總線控制。但是，隨著工業(yè)網(wǎng)絡對遠程化、一體化等需求的不斷提高，把以太網(wǎng)直接應用在工業(yè)測控現(xiàn)場，形成一個與Internet無縫連接的網(wǎng)絡已經(jīng)成為下一代工業(yè)現(xiàn)場網(wǎng)絡發(fā)展的重要方向。同時，嵌入式系統(tǒng)的不斷發(fā)展和應用為測控系統(tǒng)中的工業(yè)以太網(wǎng)提供了技術基礎。 本文在研究工業(yè)以太網(wǎng)的協(xié)議體系的基礎上，

2、通過分析工業(yè)以太網(wǎng)工作原理及其設備層應用需求，提出使用全雙工交換式技術來解決工業(yè)以太網(wǎng)CSMA/CA導致的本質的時延不確定的方案，并且引入網(wǎng)絡演算技術對網(wǎng)絡的傳輸狀況進行估計，從而實現(xiàn)規(guī)定時延下的多段式調度策略，防止網(wǎng)絡擁塞，解決交換式以太網(wǎng)帶來的排隊時延，保證實時性數(shù)據(jù)的傳輸。在仿真中針對固定流量與突發(fā)流量驗證解決方案取得較好效果。在可靠性方面，提出了一種面向交換式以太網(wǎng)的改進型雙環(huán)冗余的解決方案。并且把快速生成樹協(xié)議實現(xiàn)在系統(tǒng)中，用

3、以解決因環(huán)路的存在而導致的交換網(wǎng)絡中廣播風暴的產(chǎn)生，并致使交換網(wǎng)絡的MAC地址系統(tǒng)失效等問題。通過網(wǎng)絡仿真測試表明使用該方案的工業(yè)以太網(wǎng)是一種高可靠性冗余網(wǎng)絡。針對現(xiàn)場設備層應用的實時性與可靠性等需求，結合嵌入式技術，設計了基于嵌入式技術的工業(yè)以太網(wǎng)現(xiàn)場通信節(jié)點平臺。節(jié)點使用ARM處理器為硬件核心，移植可搶占式的基于2.6內核的嵌入式linux操作系統(tǒng)及嵌入式TCP/IP協(xié)議棧LwIP。設計了各硬件需要的驅動程序，并解決現(xiàn)場節(jié)點通信的軟