多網(wǎng)絡融合的水廠自動化控制系統(tǒng)設計
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3．2 智能測控節(jié)點的數(shù)據(jù)通信協(xié)議
MODBUS協(xié)議最早由Modicon公司開發(fā)，現(xiàn)在已成為工業(yè)領(lǐng)域全球最流行的協(xié)議之一。該協(xié)議支持RS-232、RS-422、RS-485和以太網(wǎng)等多種設備，使得不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡，進行集中監(jiān)控。本設計中，智能測控節(jié)點和上位機的通信協(xié)議只采用MODBUS協(xié)議的RTU幀數(shù)據(jù)格式，通信方式采用命令請求-應答方式，且應答幀數(shù)據(jù)長度不固定，其格式如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/161403.htm
在工業(yè)以太網(wǎng)平臺，智能測控節(jié)點和上位機連接使用TCP方式，TCP幀數(shù)據(jù)直接使用表1中的MODBUSADU；在CAN網(wǎng)絡平臺，由于使用多主短幀方式，CAN數(shù)據(jù)幀仲裁場18位擴展識別符寫入目的站地址和PDU子幀序號，數(shù)據(jù)場寫入PDU的8字節(jié)子幀，以適合CAN數(shù)據(jù)幀的合并和拼接，數(shù)據(jù)格式如圖4所示。
4 實驗結(jié)果
本文使用Matlab軟件對用PPTs衡量網(wǎng)絡質(zhì)量以實現(xiàn)自動投切的冗余算法進行仿真。由于以太網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)包產(chǎn)生網(wǎng)絡延時的分布符合Pare to分布，其突發(fā)序列長度的性質(zhì)具有自相似特征，我們可以使用Pareto分布建立的自相似模型進行網(wǎng)絡仿真分析。本文使用Matlab7．1中GP RND()函數(shù)隨機生成的數(shù)據(jù)，滿足Pareto分布(x=0．3，k=0．82，θ=σ=1)，Paret0分布的PPT樣本值如圖5所示。圖6是使用式(3)計算后的仿真結(jié)果(σ=0．25)。
圖5和圖6的每個樣本采集的時間間隔為0．2 s，第55個時間單位的時間間隔的PPT=2．380 8s，數(shù)據(jù)傳輸時間間隔過長，超過連續(xù)12個命令幀無響應，使得PPTs>0．8時認為通信鏈路斷開；第22、35、72、98個時間單位的PPT雖然都大于1 s，但是隨后的命令幀有響應，能快速恢復；PPTs0．8時網(wǎng)絡能自動識別鏈路沒有斷開。因此，用式(3)、(4)計算和判定網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)，穩(wěn)定性較好。
結(jié)語
本文設計了一種多網(wǎng)絡融合的水廠自動化控制系統(tǒng)，自動化系統(tǒng)的工業(yè)以太網(wǎng)絡平臺可融合安防系統(tǒng)等。該系統(tǒng)節(jié)點提供了多網(wǎng)絡接口與智能儀表或設備互連，并給出以太／CAN網(wǎng)自動投切的算法和異構(gòu)網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)幀協(xié)議。
仿真實驗表明，以太／CAN網(wǎng)冗余算法能很好地識別網(wǎng)絡鏈路狀態(tài)和衡量網(wǎng)絡質(zhì)量。
該系統(tǒng)通信質(zhì)量高，抗干擾能力強，可靠性好，可集成度高，組態(tài)靈活，有著良好的應用前景。
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