基于Modbus/TCP协议的工业以太网实时性研究
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摘要
随着网络技术的发展，传统的工业控制系统开始向网络化和开放性发展。当现场总线大战硝烟正浓时，以太网以其开放性、通信速率高、丰富的软硬件资源、可持续发展潜力大等优点渗入到控制系统的控制层和设备层，工业以太网技术成为未来控制网路发展的方向。
课题“基于Ethernet的工业现场总线控制网络模型研究”旨在通过对工业以太网关键技术的研究，开发出基于工业以太网技术的满足传输实时性要求的通信软件。该通信软件可以实现不同总线系统的互连，因此，它不仅适用于传统工业控制网络的改造，也适用于未来新的工业控制网络结构。基于本课题本人所承担部分，本论文主要内容如下：
1．学习和研究了现场总线技术及工业以太网技术。
2．对工业以太网实时性的理论和Schneider推出的Modbus TCP／IP协议进行了深入的研究，并通过实验分析了影响工业以太网实时性的因素。
3．以控件的形式来实现一些控制算法，使该课题的通信软件在应用于控制网络时，可以在上位中方便的实现某些控制算法，从而弥补某些设备在运算、控制能力上的不足。
With the development of Internet, traditional Industrial Control Systems intend to be an open network. When Fieldbuses are at war (or in an active state of conflict), Industrial Ethernet emerges as the times require. The advantages of Ethernet, such as high communication speed, resourceful hardware and software, potential of durative development and especially based on open IEEE Std. 802.3, are porting Ethernet to the Control Layer and Device layer of the Control Systems. Using of Industrial Ethernet technology must be the new direction of Control Network in the future. Through doing research on the key technology of Industrial Ethernet, the subject of "Research on the Module of Industrial Control Network in the Manufactory Floor based Ethernet" aims to develop communications software, which satisfies the real time transmission of Industrial Ethernet Technology. Based on the part of the subject which I have taken on, the content of my paper is as the following:
1. Study on the technology of Fieldbuses and Industrial Ethernet.
2. Do in-depth research the real time theory of Industrial Ethernet and Modbus TCP/IP protocol of Schneider's. Through MB/TCP experimentation, the factors of affecting Industrial Ethernet's real time are analyzed.
3. Realize some PID control arithmetic in ActiveX. When the users use the communication software based on Network, the control function can be supported by the software on configuration, which complements limitations of calculation and the control abilities.
课题“基于Ethernet的工业现场总线控制网络模型研究”旨在通过对工业以太网关键技术的研究，开发出基于工业以太网技术的满足传输实时性要求的通信软件。该通信软件可以实现不同总线系统的互连，因此，它不仅适用于传统工业控制网络的改造，也适用于未来新的工业控制网络结构。基于本课题本人所承担部分，本论文主要内容如下：
1．学习和研究了现场总线技术及工业以太网技术。
2．对工业以太网实时性的理论和Schneider推出的Modbus TCP／IP协议进行了深入的研究，并通过实验分析了影响工业以太网实时性的因素。
3．以控件的形式来实现一些控制算法，使该课题的通信软件在应用于控制网络时，可以在上位中方便的实现某些控制算法，从而弥补某些设备在运算、控制能力上的不足。
With the development of Internet, traditional Industrial Control Systems intend to be an open network. When Fieldbuses are at war (or in an active state of conflict), Industrial Ethernet emerges as the times require. The advantages of Ethernet, such as high communication speed, resourceful hardware and software, potential of durative development and especially based on open IEEE Std. 802.3, are porting Ethernet to the Control Layer and Device layer of the Control Systems. Using of Industrial Ethernet technology must be the new direction of Control Network in the future. Through doing research on the key technology of Industrial Ethernet, the subject of "Research on the Module of Industrial Control Network in the Manufactory Floor based Ethernet" aims to develop communications software, which satisfies the real time transmission of Industrial Ethernet Technology. Based on the part of the subject which I have taken on, the content of my paper is as the following:
1. Study on the technology of Fieldbuses and Industrial Ethernet.
2. Do in-depth research the real time theory of Industrial Ethernet and Modbus TCP/IP protocol of Schneider's. Through MB/TCP experimentation, the factors of affecting Industrial Ethernet's real time are analyzed.
3. Realize some PID control arithmetic in ActiveX. When the users use the communication software based on Network, the control function can be supported by the software on configuration, which complements limitations of calculation and the control abilities.
引文
[1] 郝晓弘、侯顺红，工业控制网络与Ethernet和TCP/IP技术，自动化与仪表，2004年5月25日刊出。
[2] 邹益仁、马增良、蒲维，现场总线控制系统的设计和开发，北京：国防工业出版社，2003年1月。
[3] 阳宪惠，现场总线技术及其应用，北京：清华出版社，2002年1月。
[4] What makes Ethernet industrial?,http://ethernet. industrial networking. com/ieb. htm.
[5] http://ethernet. industrial-networking. com/ieb. htm, Enter Ethernet, Exit Fieldbus?
[6] Fast Ethernet gets confidence vote for critical process, http://ethernet. industrial-networking. com/ieb. htm.
[7] 陈一雷、王俊杰，工业以太网的研究与发展，低压电器，2002年第5期，35-38。
[8] 冯冬芹等，工业以太网最新进展，自动化博览，二十周年纪念文集，102-104。
[9] 魏庆福，现场总线技术的发展与工业以太网综述，工业控制计算机，2002年15卷第1期，1-5。
[10] Ethernet in Process Control,http://ethernet, industria]-networking.com/ieb. htm.
[11] 李炳宇、萧蕴诗，以太网在网络控制系统中的应用与发展趋势，2002年，第11期，35-37。
[12] www．gongkong.com
[13] 郝晓弘、侯顺红，工业控制网络与Ethernet和TCP/IP技术，自动化与仪表(已录用，2004．5．25发表)。
[14] Wiring and Installation 31.25 kbit/s Voltage Mode Wire Medium Application Guide, http://www. fieldbus. org/.
[15] Technical Overview, http://www. fieldbus. org/.
[16] John Guite, Why Ethernet can be your best connection?, Motion Control, Volume72, Issue21,40-46.
[17] www.manufacturing.net。
[18] 冯冬芹、金建祥、褚健，“工业以太网及其应用技术”讲座一第3讲：以太网与现场总线，自动化仪表，2003年6月，第24卷，第6期，65-70。
[19] http：//www．industrialet hornet.com/
[20] 郝晓弘、侯顺红，“透明工厂”技术在白银铝厂阳极碳素焙烧系统中的应用，冶金自动化(已录用，待发表)。
[21] 杨金奇、刘学军，工业以太网技术及其应用现状与发展，四川工业学院学报，2002年，第21卷，第3期，34—37。
[22] 孙鹤旭、董砚，基于Profibus—DP的网络控制系统，河北工业大学学报，2001年2月，第30卷，第1期，9—12。
[23] 于浩洋，Profibus现场总线概述，自动化与仪表，2002年2月，18—21。
[24] 互联网技术对现场总线技术发展的影响，www．gongkong．com。
[25] Profibus国际组织，PROFInet—简单、可靠、独立于系统：自动化未来，仪
器仪表标准化与计量，2001年，第1期，4—6。
[26] 李彬等，基于现场总线的工业通信网络模型与网络集成的研究与设计，福建电脑，2004年，第3期，27-28。
[27] Profibus国际组织，PROFInet—连接各个领域，仪器仪表标准化与计量，2001年，第2期，24—27。
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[29] 冯晋中等，HSE的网络管理—原理与实现，电工技术杂志，2002年，第4期，10—14。
[30] 李嘉、杨佃福，引入以太网技术是现场总线技术发展的一个必然趋势，自动化仪表，2001年5月，第22卷，第5期，1—5。
[31] http：//ethernet．industrial networking．com/ieb．htm，Ethernet/IP goes deep underground．
[32] 杜品圣，Ethernet—TCP/IP在现场总线通信技术中的应用，自动化博览，20周年纪念，122—124。
[33] 吴爱国、李长滨，工业以太网协议Ethernet/IP，计算机应用，2003年11月，第23卷，第11期，9—11。
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[39] 刘磅，现场级TCP/IP控制器及其实践，www．gongkong.com。
[40] 冯冬芹、金建祥、褚健，工业以太网技术初探，信息与控制，2003年6月，第32卷，第3期，119—224。
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June2002, 1311-1318.
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[50] 宰守刚、王智、孙优贤，交换机在工业以太网中的应用探讨，化工自动化及仪表，2003年，第30卷，第1期，48—51。
[51] Jiming Chen, Real-Time Capability Analysis for Switch Industrial Ethernet Traffic Priority-Based, Proceeding of the 2002 IEEE International Conference on Control Applications, September2002, 525-529.
[52] Jean-Philippe, Evaluation of switched Ethernet in an Industrial Context by Using the Network Calculus, 4th IEEE International Workshop on Factory Communication Systems, August2002, 19-26.
[53] Jean-Philippe, How to be sure that Switched Ethernet Networks Satisfy the Real-Time Requirements of an Industrial Application?, IEEE, 2002,158-163.
[54] Hideo Sato, Takahiro Yakoh, A Real-Time Communication Mechanism for RTLinux, IEEE, 2000,2437-2442.
[55] 陈峰棋，Visual Basic网络编程从入门到精通，北京：中国铁道出版社，2002年9月。
[56] 苏源，学位论文：变电站综合自动化系统的研究与设计，2003年6月。
[57] 何克忠、李伟，计算机控制系统，北京：清华大学出版社，1999年9月。
[58] 郭敬枢、庄继东、孔峰，重庆：重庆邮电出版社，2001年6月。
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