PROFINET嵌入式系统工业现场总线通信设计(2)

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2.3.5连接的建立 18

3 PROFINET 实时性研究 20

3.1 PROFINET的实时通信方式 20

3.2 PROFINET的实时性 21

3.3 实时通信 25

3.3.1实时连接管理 26

3.3.2 同步 26

3.3.3实时协议的组成部分 27

3.4 等时同步实时技术 29

4 通信软硬件配置以及软件的编写测试 31

4.1 PROFINET 实验通信设备简介 31

4.2软硬件配置 34

4.2.1 固件的下载 35

4.2.2 配置通信规范 37

4.2.3通信测试 41

4.2.4配置交换机 42

4.3 实验数据的分析 44

4.3.1最小数据帧 44

4.3.2关于0X80 44

4.3.3通信连接的建立 45

4.3.4数据帧详细解读 47

4.3.5数据流 48

4.4 软件的编写 49

4.5软件的测试 51

致谢 52

参考文献 53

附录：软件代码 55

主函数代码 55

1 绪论

1.1 选题背景及意义

现场总线（Fieldbus）是20世纪80年代末、90年代初在国际上发展形成的，用于现场总线技术过程自动化和制造自动化等领域的现场智能设备互连通讯网络。一般把现场总线系统称为第五代控制系统，也称作FCS——现场总线控制系统。人们一般把50年代前的气动信号控制系统PCS称作第一代，把4～20mA等电动模拟信号控制系统称为第二代，把数字计算机集中式控制系统称为第三代，而把70年代中期以来的集散式分布控制系统DCS称作第四代。不过随着智能设备的不断增加，数据量的传输不断加大，导致了传输瓶颈的出现，现场总线控制系统也达到其性能的极限，需要新技术来进行扩充现场总线控制系统。于是FCS作为新一代控制系统就随之出现了，随着技术的不断进步，FCS也在发展，以前的现场总线逐渐和工业以太网融合，可以说，开放性、快速性、安全性、高效性、分散性与数字通讯是现场总线系统最显著的特征[1]。

在工业控制领域，通信方式主要是现场总线和工业以太网。现场总线有：MODBUS，PROFIBUS，CANopen，FF，LonWork，CC-Link，DeviceNet，ControlNet等；工业实时以太网协议有：PROFINET，Modbus-TCP，Ethernet/IP ，EtherCAT，POWERLNK等。

以太网和 TCP/IP 协议已经广泛地被工业自动化行业所接受。它的主要技术优势包括快速以太网、交换式和全双工通讯已将过去的传统以太网转变为更加先进的通讯系统，由于通信的质量高，性能优秀一度受到了工业用户和制造商的青睐，现场总线与工业以太网相结合形成了几种协议标准，如：ControlNet和DeviceNet发展成为Ethernet/IP；FF和WorldFIP发展成FoundatIOn Fieldbus HSE（High Speed Ethernet，100Mbit/s）；Interbus和Modbus发展成IDA（Interface for Distributed AutomatIOn）；PROFIBUS发展成PROFINET。另外还有应用较广的倍福基于PC的EtherCAT现场总线和开源的实时以太网协议的Ethernet Powerlink (融合Ethernet和CANopen的特性)。这些工业以太网标准不同之处主要体现在总体通讯结构、应用层、对象模式和系统配置等方面。到目前为止有5个主要的竞争者 PROFINET 、POWERLINK 、EtherNet/IP 、EtherCAT 、SERCOS III；据IMS和ARC的调研表明大约75%左右的工业以太网使用Ethernet/IP，PROFINET，或Modbus/TCP。其次为POWERLINK和EtherCAT，而后者这两个工业以太网标准特别适合硬实时性要求。