工业控制以太网中网络控制器的实现.docx
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1、工业控制以太网中网络控制器的实现ronggang导语:本文介绍了工业以太网中网络控制器的一种新型的通讯机制和控制策略,同时阐述了硬件和软件需要作出的变化摘要:本文介绍了工业以太网中网络控制器的一种新型的通讯机制和控制策略,同时阐述了硬件和软件需要作出的变化。关键词:网络控制器;通讯机制;DSP近些年来,现场总线技术被广泛地应用于工业经过控制领域。它具有实时性好、布线简单、可靠性高的特点,比拟合适工业环境。但是,它也有自己的缺点,如标准不统一,各个厂商各自为政;传输速率低,无法传输图像和语音信息;网络互连困难,无法直接与互联网相连。这些缺点的存在,严重制约了现场总线技术的开展1。当现场总线的开展
2、碰到阻碍时,以太网技术却得到了迅猛的开展,如今,在Internet和办公自动化领域,以太网可以讲是无处不在。假如能将以太网技术成功应用于工业控制底层网络,就可以打破传统的工业控制网络体系,实现工业控制网络和办公自动化网络的无缝连接,实现真正意义上的管控一体化。本文结合现场总线与以太网的各自的优点,提出一种新型的网络流量控制算法,开发出与此相配套的网络控制器。1通讯机制新型的通讯机制在网络拓扑上采用总线型,所有的发送都是在关键控制器的控制下进展。只有得到命令帧的指定站点才可以启动数据发送。系统设定一个循环周期T,控制节点按照优先级从低到高轮询各个站点,当轮询时间大于T时,控制将停顿这一周期的轮询
3、,直接进入下一个周期。需要留意的是:1.对高优先级的数据包,不管队列中有多少个未发数据,都要确保发送完毕,即使周期超过T也要如此。2.对于中优先级和低优先级的数据包,只有在上一优先级的数据发送完全的情况下才能启动发送,并且是限制型发送,一次只能发送队列的前rp个数据。利用Matlab仿真的结果说明,即使在网络负荷超载的情况下,网络控制算法仍然可以保证高优先级的控制帧的发送,因此这个网络控制算法是可行的。2功能原理网络关键控制器是整个网络体系的核心,它主要有以下两个功能:一是网络控制功能,即协调整个网络的通讯步调,防止冲突的发生,保证重要信息的实时性。二是作为通讯网关,与内部网络设备分享IP地址
4、,提供内部网络设备与外部Internet的接口。2.1实现控制功能所需要的设定1.优先权的等级分类。利用IP数据格式1中TOS字段前3bit作为标志。2.IP编址。假设所有的控制设备都处在一个内部网络中,他们分享一个Internet公网地址202.114.101.58,而内部网络是以192.168.0.开始的一系列内部地址。3.控制帧格式。控制帧是网络关键控制器控制整个网络步调的数据帧,所有网络节点都应该能收到这个数据帧,并且在它的指令下进展通讯。因此,控制帧必须是一个播送帧,它的目的地址是局域网中的所有网络设备。在详细实现中,将控制指令封装在一个UDP播送数据包中。它的格式如图1所示:ali
5、gn=center图1控制帧格式/align命令:网络关键控制器对网络节点的发送的命令代码,其中包括通讯复位,发送数据等。设备编号:接收命令网络设备的编号,它与内部IP地址相对应,如192.168.0.2表示2号设备,192.168.0.n表示n号设备。假如是对所有设备发送的命令,那么置为0xff。数据优先级:假如命令表项表示允许发送命令,那么数据优先级表项就表示对应网络设备应该从对应的优先级队列中取出一帧数据发送。为了保证控制帧正常发送,还需要在上层协议中设置如下表项:1.将Ethernet帧的目的地址设为0xff0xff0xff0xff0xff0xff,确保本以太网内的所有网卡都能接收到这
6、帧数据。2.将IP帧中的目的IP地址设为192.168.0.255,表示这是一个播送帧。3.填充TOS为0x94,表示这是一个要求最高可靠性的控制帧。2.2转换表以及与贸易以太网转换表的区别网络关键控制器作为内部工业以太网与外部Internet的桥梁,它的两个网络接口分别连接外部Internet和内部网络。网络关键控制器不但要有转发功能,而且还要内嵌NAT2网络地址转换功能,因此必须附带地址转换表。这里不能采用贸易以太网的动态转换表形式,这是由工业以太网的特性决定的。首先,在工业以太网中,大局部的通讯恳求都是从外部网络提议的如从外部监控工业现场的参数,因此,采用动态转换表就无法建立连接;其次,
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