基于PROFIBUS总线的单主站PLC控制系统实时性能研究

论文摘要

本论文涉及的科研课题来源于实际工程项目的需求,分析研究了作为底层工业控制网络的实时性能,为用户进行系统构建提供了理论依据。本文以自动化工程中常用的PLC和PROFIBUS组成的单主站控制系统为研究背景,详细分析了PLC的循环扫描机制和PROFIBUS总线的数据链路层数据传输服务和MAC子层协议等关键技术。在此基础上给出了系统正常运行时,主从站间数据交换的测控周期,并进一步分析得出主站分别与简单从站和智能从站通信的响应时间。接下来,分析研究了PROFIBUS DP/PA混合网络的时延特性,并提出了插入额外空闲时间的方法来提高DP段主站和PA段从站间信息的响应速度。最后针对某工程应用系统,考虑了PLC的I/O响应滞后和混合网络的时延特性,分析了该系统的实时性能。工程案例的应用证明,实时性能分析研究有很大的工程应用价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及其研究意义
• 1.2 现场总线简介
• 1.2.1 现场总线的概念
• 1.2.2 现场总线的实时性特点
• 1.2.3 现场总线的发展现状
• 1.3 PROFIBUS 总线技术综述
• 1.3.1 PROFIBUS 的分类介绍
• 1.3.2 PROFIBUS 的发展现状
• 1.3.3 PROFIBUS 现场总线技术的优势
• 1.4 PROFIBUS 总线系统实时性能的国内外研究现状
• 1.5 论文主要研究内容及结构组织
• 第二章 PROFIBUS 现场总线通信协议
• 2.1 PROFIBUS 总线协议的结构
• 2.2 PROFIBUS 总线的通信模型
• 2.2.1 物理层
• 2.2.2 数据链路层
• 2.2.3 应用层
• 2.2.4 用户层
• 2.3 小结
• 第三章 基于PROFIBUS DP 总线的单主站PLC 控制系统实时性能研究
• 3.1 基于PROFIBUS DP 总线的PLC 通信
• 3.1.1 基于PROFIBUS DP 总线的PLC 控制系统的组成
• 3.1.2 基于PROFIBUS-DP 总线的PLC 通信实现
• 3.2 基于PROFIBUS－DP 的PLC 单主站控制系统的传输时延分析
• 3.2.1 PLC 的工作机制分析
• 3.2.2 PROFIBUS 总线系统的测控周期分析
• 3.2.3 基于PROFIBUS-DP 的PLC 单主站控制系统的响应时间
• 3.3 小结
• 第四章 PROFIBUS DP/PA 混合网络时延特性分析
• 4.1 基于PROFIBUS DP/PA 的PLC 控制系统的组成
• 4.2 PROFIBUS DP 和PROFIBUS PA 的区别
• 4.3 时延特性的分析与计算
• 4.3.1 耦合器的工作原理
• 4.3.2 时延分析
• 4.3.3 时延的改进方法
• 4.3.4 实例计算
• 4.4 小结
• 第五章 工程案例分析
• 5.1 工艺系统描述
• 5.1.1 系统的拓扑结构
• 5.1.2 系统配置
• 5.2 系统的实时性能分析
• 5.2.1 PROFIBUS 总线系统测控周期的计算
• 5.2.2 系统响应时间的计算
• 5.2.3 提高系统实时性能的方法
• 5.3 小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献