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Ethernet POWERLINK实时以太网分析

作　者: 赵凤鸣
导　师: 江杰
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 工业以太网 Ethernet POWERLINK SCNM 实时性
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着工业自动化的发展，现场总线技术已经满足不了高速、高实时、大容量数据传输的工业控制过程的需求。以太网技术在工业控制领域的应用越来越受到关注，它的通信速率和数据帧容量远远高于任何现场总线，然而，对于工业控制，比传输速度和数据容量更重要的是实时性和确定性。因此，实时以太网的研究已经成为自动化业界最热门的研究课题之一。将实时以太网应用于工业现场是大势所趋，它在保障实时性和确定性的前提下，提供大容量、高速率的数据传输，能满足工业控制领域日益增长的数据传输要求。根据需求，涌现出了多种工业以太网，如Ethernet POWERLINK、Ethernet/IP、ProfinetRT等。Ethernet POWERLINK以其开源技术、无需ASIC解决方案、与标准以太网(IEEE802.3标准)完全兼容并且从根本上解决了实时性和确定性问题等优点凸显出来。本文针对Ethernet POWERLINK实时以太网协议进行深入分析。目前，对POWERLINK的研究及可参考的相关文献较少，有必要对其做更深一步的研究。本文的主要工作如下：首先介绍了实时工业以太网出现的必然性，并对现有的技术方案进行对比分析；对Ethernet POWERLINK的技术现状、应用现状及特点进行分析。其次分析协议：重点分析Ethernet POWERLINK数据链路层的调度机制、POWERLINK通信周期及配置和实时数据通信方式及PDO配置。然后分析协议栈：先从整体上对Ethernet POWERLINK协议栈源代码的组成及各部分功能进行分析，并对协议栈使用过程中需要修改的部分——对象字典OD进行深入分析。最后提出仿真方案及步骤：分析了网络仿真工具OPNET的功能及特点，并对其建模体系进行分析，提出了一种利用OPNET工具对Ethernet POWERLINK进行仿真分析的方案，并给出了仿真步骤，为后续的研究者提供一种研究思路。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
1 绪论  9-18
  1.1 国内外研究现状  9-16
    1.1.1 标准以太网局限性  10
    1.1.2 实时以太网现状  10-14
    1.1.3 Ethernet POWERLINK 技术现状  14-16
  1.2 课题主要研究内容  16
  1.3 论文结构  16-18
2 Ethernet POWERLINK 概述  18-33
  2.1 Ethernet POWERLINK 特点  18-19
  2.2 Ethernet POWERLINK 协议概述  19-22
    2.2.1 Ethernet POWERLINK 网络设备类型  19
    2.2.2 Ethernet POWERLINK 网络结构  19-20
    2.2.3 Ethernet POWERLINK 工作模式  20-22
    2.2.4 Ethernet POWERLINK 服务  22
  2.3 Ethernet POWERLINK 参考模型  22-32
    2.3.1 Ethernet POWERLINK 物理层、MAC 层  23-24
    2.3.2 Ethernet POWERLINK 数据链路层  24-29
    2.3.3 Ethernet POWERLINK 应用层  29-32
  2.4 本章小结  32-33
3 Ethernet POWERLINK 实时数据传输原理  33-43
  3.1 基于请求/应答模式  33-35
    3.1.1 请求/应答模式工作原理  33-34
    3.1.2 请求/应答模式性能  34-35
  3.2 定时主动上报模式  35-36
    3.2.1 定时主动上报模式原理  35-36
    3.2.2 定时主动上报模式性能  36
  3.3 多路复用技术  36-37
  3.4 直接交叉通信  37
  3.5 Ethernet POWERLINK 周期配置  37-39
  3.6 实时数据通信分析  39-42
    3.6.1 过程数据对象 PDO  39-40
    3.6.2 PDO 参数配置  40-42
  3.7 本章小结  42-43
4 openPOWERLINK 协议栈分析  43-59
  4.1 openPOWERLINK 协议栈特性  43
  4.2 软件结构  43-44
  4.3 功能概述  44-52
    4.3.1 Ethernet POWERLINK API 层  44-46
    4.3.2 通信抽象层  46
    4.3.3 对象字典 OD 和服务数据对象 SDO  46
    4.3.4 过程数据对象 PDO  46-47
    4.3.5 NMT 状态机  47-52
  4.4 对象字典接口  52-58
    4.4.1 对象字典的定义  52-53
    4.4.2 对象字典 XDD 文件  53-54
    4.4.3 对象字典的访问  54-58
  4.5 本章小结  58-59
5 OPNET 仿真方案  59-64
  5.1 OPNET Modeler 功能与特点  59-61
  5.2 OPNET 通信仿真机制  61-62
    5.2.1 建模体系结构  61
    5.2.2 三层建模机制  61
    5.2.3 离散事件仿真机制  61-62
  5.3 Ethernet POWERLINK 仿真方案  62-63
    5.3.1 仿真拓扑结构确定  62-63
    5.3.2 仿真步骤确定  63
  5.4 本章小结  63-64
总结  64-65
参考文献  65-68
在学研究成果  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 自动控制、自动控制系统
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