MODBUS協議最早由Modicon公司開發,現在已成為工業領域全球最流行的協議之一。該協議支持RS-232、RS-422、RS-485和以太網等多種設備,使得不同廠商生產的控制設備可以連成工業網絡,進行集中監控。本設計中,智能測控節點和上位機的通信協議只采用MODBUS協議的RTU幀數據格式,通信方式采用命令請求-應答方式,且應答幀數據長度不固定,其格式如圖3所示。
在工業以太網平臺,智能測控節點和上位機連接使用TCP方式,TCP幀數據直接使用表1中的MODBUSADU;在CAN網絡平臺,由于使用多主短幀方式,CAN數據幀仲裁場18位擴展識別符寫入目的站地址和PDU子幀序號,數據場寫入PDU的8字節子幀,以適合CAN數據幀的合并和拼接,數據格式如圖4所示。
4 實驗結果
本文使用Matlab軟件對用PPTs衡量網絡質量以實現自動投切的冗余算法進行仿真。由于以太網絡的數據包產生網絡延時的分布符合Pare to分布,其突發序列長度的性質具有自相似特征,我們可以使用Pareto分布建立的自相似模型進行網絡仿真分析。本文使用Matlab7.1中GP RND()函數隨機生成的數據,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)計算后的仿真結果(σ=0.25)。
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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,數據傳輸時間間隔過長,超過連續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;PPTs<0.8時網絡能自動識別鏈路沒有斷開。因此,用式(3)、(4)計算和判定網絡鏈路狀態,穩定性較好。
結語
本文設計了一種多網絡融合的水廠自動化控制系統,自動化系統的工業以太網絡平臺可融合安防系統等。該系統節點提供了多網絡接口與智能儀表或設備互連,并給出以太/CAN網自動投切的算法和異構網絡的數據幀協議。
仿真實驗表明,以太/CAN網冗余算法能很好地識別網絡鏈路狀態和衡量網絡質量。
該系統通信質量高,抗干擾能力強,可靠性好,可集成度高,組態靈活,有著良好的應用前景。
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