《ControlNet与EtherNetIP总线的性能研究与分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ControlNet与EtherNetIP总线的性能研究与分析（85页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、浙江大学硕士学位论文摘要随着自动化、计算机、通信网络、控制和模块化集成等技术的发展，工业控制网络也在不断向前发展，从基于模拟信号传输的集散控制系统( D C S ) ，发展到数字化、智能化、全分散的现场总线，再到近年来新出现并且得到迅速发展的工业以太网。本文首先简要介绍了现场总线和工业以太网的发展和研究现状，以及目前流行的几种现场总线和工业以太网，选择其中具有代表性的美国罗克韦尔自动化公司提出的C o n t r o l N e t 现场总线和E t h e r N e t I P 工业以太网为研究对象。本文通过对C o n t r o l N e t 与E t h e r N e t I P
2、 网络模型的描述及各层网络协议的分析研究，总结出它们各自的网络特点，并提出了它们所具有的优势和存在的问题。C o m r o l N e t与E t h e r N e t I P 作为工业控制网络，实时性要求高。本文主要通过C o n t r o l N c t 数据链路层的媒质访问控制( M A C ) 协议，分析研究其通信模式，M A C 报文帧结构，并行时间域多路存取( C n ) M A ) 算法，建立和仿真报文传输延时模型，分析网络的实时性能；利用实验方法，分析网络的实时性能，得出一些网络设置结论，对网络优化有实际指导意义。本文还通过E t h e r N c t I P 数据链路
3、层的媒质访问控制( M A C ) 协议，分析研究其通信模式，M A C 报文帧结构，载波侦听多路访问冲突检测( C S M C D ) 协议，通过报文传输延时模型，分析实时性能，并提出改进实时性能的办法。C o n t r o l N e t 与E t h e r N e t I P 是两种开放式的工业控制网络，其应用层都采用了通用工业协议( C I P ) 协议，可以实现两个网络信息的无缝集成，本文也对这部分进行了详细的分析研究。文章的最后对C o n t r o l N e t 与E t h e r N e t I P 网络性能、组态及应用进行了分析比较，并展望了其未来的发展。关键字：C
4、 o n t r o l N e t ，E t h e r N e V I P ，C I P ，网络性能，M A C浙江大学硕士学位论文A b s t r a c tW i t ht h et e c h n o l o g i c a ld e v e l o p m e n to fa u t o m a t i o n ，c o m p u t e r s ，c o m m u n i c a t i o nn e t w o r k s ，c o n t r o la n dm o d u l a ri n t e r g r a t i o n , i n d u s t r i a
5、 lc o n t r o ln e t w o r k sa l s oc o n t i n u et od e v e l o p I th a sd e v e l o p e df r o mt h ed i s t r i b u t e dc o n t r o ls y s t e m ( D C S ) b a s e d0 1 1a n a l o gs i g n a lt r a n s m i s s i o nt od i g i t a l ，i n t e l l i g e n t ，t h es c a t t e r e df i e l d b u s
6、，a n di n d u s t r i a lE t h e r n e t F i r s to fa l l ，t h ep a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n ta n dr e s e a r c hs t a t u sq u oo ff i e l d b u sa n di n d u s t r i a lE t h e m e t a sw e l l 嬲s e v e r a lc u r r e n tp o p u l a rf i e l d b u sa n di n d
7、 u s t r i a lE t h e m e t T h ep a p e rc h o s eo n er e p r e s e n t a t i v ef i e l d b u s - - - - C o n t r o l N e ta n di n d u s t r i a lE t h e m e t E t h e r N e t I Pa sr e s e a r c ho b j e c t s C o n t r o l N e ta n dE t h e r N e t I Pw e r eo f f e r e db yA m e r i c aR o c
8、k w e l lA u t o m a t i o nc o r p o r a t i o n B a s e do nt h ed e s c r i p t i o no ft h e i rn e t w o r km o d e la n dt h e i rp r o t o c o la n a l y s i so f e a c hl a y e r , t h ep a p e rs u m m a r i z e dt h e i ra d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so fC o n t r o l N e
9、 ta n dE t h e r N e t I EA si n d u s t r i a lc o n t r o ln e t w o r k s ，C o n t r o l N e ta n dE t h e r N e t I Pm u s tm e e tr e a l - t i m ed e m a n d s T h r o u g hm e d i aa c c e s sc o n t r o l ( M A C ) p r o t o c o lo fd a t al i n kl a y e ri nC o n t r o l N c t ，t h ep a p e
10、 ra n a l y z e di t sc o m m u n i c a t i o nm o d e ，M A Cf r a m ea n dc o n c u r r e n tt i m ed o m a i nm u l t i p l ea c c e s s ( C T D M A ) a l g o r i t h m ，e s t a b l i s h e da n ds i m u l a t e dd e l a ym o d e ，a tt h es a m e ，a n a l y z e dt h er e a l t i m ep e r f o r m a
11、 n c e I nv i r t u eo fe x p e r i m e n t ，g a i nh o wt h en e t w o r kp a r a m e t e r sa f f e c tt h en e t w o r kp e r f o r m a c e T h ec o n c l u s i o nw a sa c t u a ls i g n i f i c a n c ef o rn e t w o r ko p t i m i z a t i o n T h ep a p e ra l s oa d o p t e dm e d i aa c c e s
12、 sc o n t r o lp r o t o c o lo fd a t al i n kl a y e ri nE t h e r N e f f I P , a n a y s ei t sc o m m u n i c a t i o nm o d e ，M A Cf r a m e ，c a r r i e rs e n s em u l t i p l ea c c e s sw i mc o l l i s i o nd e t e c t i o na l g o r i t h m T r o u g hd a l a ym o d e lo fE t h e r N e
13、t I P , a n a l y s ei t sr e a l t i m ep e r f o r m a n c ea n da d v a n c et h ew a y so fi m p r o v i n gt h er e a l - t i m ep e r f o r m a n c e C o n t r o l N e ta n dE t h e r N e tw e r eb o t ho p e ni n d u s t r i a lc o n t r o ln e t w o r k s ，t h e i ra p p l i c a t i o nl a y
14、 e ra l s ob o t ha d o p t e dc o m m o ni n d u s t r i a lp r o t o c o l ( C I P ) B e c a u s et h es a m ea p p l i c a t i o nl a y e r , t h e yc a B b es e a m l e s s l yi n t e g r a t e d T h ep a p e rg a v et h ed e t a i l e dd e s c r i p t i o no fC I EA tl a s t ，t h ep a p e rc o
15、m p a r e dt h ep e r f o r m a n c eo fl l浙江大学硕士学位论文C o n t r o l N e ta n dE t h e r N e t 1 Pa n da n a l y z e dt h e i rf u t u r ed e v e l o p m e n t K e yw o r d s ：C o n t r o l N e t ，E t h e r N e t I P , C I P , n e t w o r kp e r f o r m a n c e ，M A CI I I浙江大学硕士学位论文1 1 现场总线技术第一章绪论现场总线
16、( F i e l d b u s ) 是应用在生产现场、在测量控制设备之间实现双向、串行、多点数字通信的系统，也被称为开放式、数字化、多点通信的底层控制网络【2 】。基于现场总线的控制系统被称为现场总线控制系统( F C S ，F i e l d b u sC o n t r o lS y s t e m ) 。F C S 实质是一种开放的、具有互操作性的、彻底分散的分布式控制系统。1 1 1 现场总线的特点和优点1 现场总线的结构特点【l 】现场总线打破了传统控制系统的结构形式。传统模拟控制系统采用一对一的设备连线，按控制回路分别进行连接。位于现场的测量变送器与位于控制室的控制器之间，控制器与位于现场的执行器、开关、电动机之间均为一对一的物理连接【。现场总线控制系统由于采用了智能现场设备，能够把原先D C S 系统中处于控制室的控制模块、各输入输出模块置入现场设备中，加上现场设备具有通信能力，现场的测量变送仪表可以与阀门等执行机构直接传送信号，因而控制系统功能能够不依赖控制室的计算机或控制仪表，直
