现场总线技术及工业以太网在多节点控制系统中的研究与应用

论文摘要

在信息化飞速发展的今天,由于各种现场总线技术的发展和竞争、各种计算机主流技术在工业控制领域的渗透和应用以及自动化技术发展的延续性和继承性,现场总线控制系统正向着网络化、数字化的方向发展。企业也迫切需要将企业内部信息网络延伸至生产现场与控制网络相连,并且与互联网相连形成新的企业管控一体化系统网络结构模型。虽然现场总线的出现,对于实现面向设备的自动化系统起到了巨大的推动作用,但是现场总线这类专用实时通信网络具有成本高,速度低和支持应用有限等缺陷,再加上总线通信协议的多样性,使得不同总线产品不能互相互连,互用和互操作,因而现场总线工业网络的进一步发展受到了极大的限制。随着以太网技术的发展,特别是高速以太网的出现使得以太网能够克服了自己本身的缺陷,进入工业领域成为工业以太网,因而使得人们可以用以太网设备去代替昂贵的工业网络设备。研究现场总线技术以及工业以太网为企业实现一体化提供了依据。现场总线技术以及工业以太网的集成,是企业一体化系统集成的关键,所以本文对现场总线技术以及工业以太网的集成做了重点介绍,并且对西门子公司的SIMATIC PROFIBUS和SIMATIC PROFINET做了详细介绍。简要介绍了几种典型的现场总线技术,并分析比较了SIMATIC PROFIBUS和SIMATIC PROFINET较其它技术的优势、应用前景和在我国的发展,从而得出选用SIMATIC PROFIBUS和SIMATIC PROFINET的理论依据。并通过具体项目建立了基于SIMATIC PROFIBUS和SIMATIC PROFINET的控制网络系统,介绍了基于此技术的实现方案。分析了基于以太网技术的集成控制系统,研究了多技术、多协议和多系统的控制集成,建立基于SIMATIC NET的控制网络模型,获得了PLC系统与现场总线技术、工业以太网技术的集成方法,并在上海世界博览会通用汽车馆进行了应用。整个项目采用西门子的SIMATIC系列产品。通过SIMATIC PROFIBUS和SIMATIC PROFINET等技术集成的方案实现了管控一体化。并运用STEP7、WINCC、PRODAVE等软件实现了项目的网络配置、软硬件组态、监控组态、组件图形组态、数据共享。该系统充分发挥了现场总线作为企业底层信息网络的强大功能,优化了控制,节省了成本,增加了灵活性,系统运行稳定可靠,基本实现了监控一体化目标。实现统一的网络架构,真正实现了一网到底,为企业的信息化提供了坚实的通讯平台,大大地提高了工厂的生产率。对企业信息系统集成建设具有指导意义,在理论研究的基础上建设的自动化网络系统充分发挥了现场总线作为企业底层信息网络的强大功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 现场总线的产生
• 1.2 现场总线控制系统的特点和优点
• 1.2.1 现场总线控制系统的结构特点
• 1.2.2 现场总线控制系统的技术特点
• 1.2.3 现场总线控制系统的优点
• 1.3 几种典型的现场总线
• 1.3.1 PROFIBUS（过程现场总线）
• 1.3.2 CAN（控制器局域网络）
• 1.3.3 FF（基金会现场总线）
• 1.3.4 Lonworks（局部操作网络）
• 1.4 工业以太网的产生
• 1.5 工业以太网的特点
• 1.6 工业以太网的优势
• 1.7 发展与现状
• 1.8 研究本课题的目的和意义
• 1.9 本课题主要工作
• 第二章 系统集成技术
• 2.1 多总线、多协议集成
• 2.2 多系统集成
• 2.3 多技术集成
• 2.4 本章小结
• 第三章 PROFIBUS 和 PROFINET 介绍
• 3.1 PROFIBUS 技术的主要发展历程
• 3.2 PROFIBUS 的基本特点
• 3.3 PROFIBUS 协议结构
• 3.4 PROFIBUS 总线存取协议
• 3.5 PROFIBUS 传输技术
• 3.6 PROFIBUS-PA 技术
• 3.7 PROFIBUS－DP 技术
• 3.7.1 PROFIBUS-DP 的基本功能
• 3.7.2 PROFIBUS-DP 的设备类型
• 3.7.3 PROFIBUS-DP 总线系统的结构
• 3.7.4 PROFIBUS 技术优势
• 3.8 PROFINET（Process Field Net）的特点
• 3.9 国内外发展现状
• 3.10 本章小结
• 第四章 控制系统介绍及其集成方案
• 4.1 PROFIBUS-DP 在系统中的位置
• 4.2 PROFIBUS 控制系统的几种形式
• 4.2.1 根据PROFIBUS 接口分类
• 4.2.2 根据主从站的设计分类
• 4.3 基于PROFIBUS-DP 的集成方案
• 4.3.1 与PROFIBUS-PA 的集成
• 4.3.2 非标通信设备及不同标准总线设备与PROFIBUS 连接
• 4.3.3 与Ethernet 集成
• 4.3.4 与 PROFINET 集成
• 4.4 本章小结
• 第五章 应用实例
• 5.1 项目介绍及分析
• 5.2 系统结构
• 5.2.1 硬件介绍
• 5.2.2 软硬件组态
• 5.2.3 远程监控
• 5.3 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表及已接受的论文