一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于現(xiàn)場總線技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)場總線是以單個分散的數(shù)字化智能化的測量和控制設(shè)備作為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，使用數(shù)字通信總線相連接，實現(xiàn)相互交換信息，共同完成自動控制系統(tǒng)功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與控制系統(tǒng)。
[0003]現(xiàn)場總線自誕生以來，已廣泛用于工業(yè)自動化控制領(lǐng)域。由于針對的應(yīng)用場合不同，導致多種現(xiàn)場總線作為技術(shù)標準共同存在，而不同的現(xiàn)場總線設(shè)備之間必須克服互聯(lián)性和互換性，以避免現(xiàn)場控制系統(tǒng)集成所帶來的問題。目前現(xiàn)場總線應(yīng)用的案例表明，異構(gòu)系統(tǒng)的現(xiàn)場總線設(shè)備互聯(lián)仍沒有較好的解決方案。其關(guān)鍵是目前應(yīng)用的各種現(xiàn)場總線技術(shù)為了實現(xiàn)技術(shù)獨立性以及通信結(jié)構(gòu)的先進性，對其他異構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)不具備很好的擴展性與兼容性，無法實現(xiàn)自身現(xiàn)場總線系統(tǒng)與異構(gòu)線場總線系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換，導致現(xiàn)場總線在擴容，技術(shù)升級以及維護過程中的不便?，F(xiàn)場總線系統(tǒng)往往采用單一的總線結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)報文具有高傳輸頻率，報文長度短的特點，導致現(xiàn)場總線系統(tǒng)節(jié)點數(shù)量有嚴格限制，目標是降低總線負載率，提高總線實時響應(yīng)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)及其現(xiàn)場形成方法，可以實現(xiàn)在整個系統(tǒng)滿足節(jié)點數(shù)量的前提下，具有高實時性和可靠性，并能夠滿足對異構(gòu)現(xiàn)場總線智能設(shè)備連接的技術(shù)要求。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)Ni c-NET，該系統(tǒng)Ni c-Net包括兩級總線結(jié)構(gòu)，其中，第一級總線結(jié)構(gòu)為Ni c-Net主站與Nic-Net母從站通過一級總線Nic-BUS構(gòu)成的總線型拓撲結(jié)構(gòu)；第二級總線結(jié)構(gòu)為Nic-Net母從站與Nic-Net子從站通過二級總線NicLink構(gòu)成的星型拓撲結(jié)構(gòu)；Nic_Net主站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層；一級總線NicBUS采用時間確定性數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，其包括邏輯鏈路控制子協(xié)議、媒介訪問控制子吸引，以及擴展邏輯鏈路子協(xié)議；Nic-Net母從站包括NicBUS從站和NicLink主站；Nic-Net子從站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層；Nic-Net母從站與Nic-Net子從站之間的二層總線NicLink采用時間確定性數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議。
[0006]所述的Nic-Net主站總線應(yīng)用層由低到高集成了應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸控制服務(wù)，管理配置服務(wù)以及應(yīng)用數(shù)據(jù)接口 ；所述的Nic-Net數(shù)據(jù)鏈路層由低到高集成了媒介訪問控制子協(xié)議，邏輯鏈路控制子協(xié)議以及擴展邏輯鏈路子協(xié)議；所述的Nic-Net主站物理層集成了冗余的Ethernet以太網(wǎng)驅(qū)動器,實現(xiàn)總線冗余。
[0007]所述的NicBUS從站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中，NicBUS從站的總線應(yīng)用層由低到高集成了 NicBUS從站應(yīng)用層和NicBUS從站管理配置服務(wù)；NicBUS從站數(shù)據(jù)鏈路層由低到高集成了 NicBUS媒介訪問控制子協(xié)議和NicBUS邏輯鏈路控制子協(xié)議；NicBUS從站物理層集成了冗余的Ethernet以太網(wǎng)驅(qū)動器。所述的NicLink主站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中，NicLink主站總線應(yīng)用層由低到高集成了 NicLink主站應(yīng)用層和NicLink主站管理配置服務(wù)；NicLink主站數(shù)據(jù)鏈路層集成了 NicLink邏輯鏈路控制協(xié)議；NicLink主站物理層集成了高速冗余的CAN-BUS驅(qū)動器。
[0008]所述的Nic-Net子從站總線應(yīng)用層由低到高集成了 NicLink從站應(yīng)用層和NicLink從站管理配置服務(wù)；Nic-Net子從站數(shù)據(jù)鏈路層集成了 NicLink邏輯鏈路控制協(xié)議；Nic-Net子從站物理層集成了高速冗余的CAN-BUS驅(qū)動器。
[0009]該系統(tǒng)還包括Nic-NET擴展現(xiàn)場總線母從站；所述的Nic-NET擴展現(xiàn)場總線母從站與Nic-Net母從站類似，其在數(shù)據(jù)鏈路層利用了擴展邏輯鏈路子協(xié)議，將異構(gòu)的現(xiàn)場總線協(xié)議的二級總線鏈路轉(zhuǎn)換為一級總線鏈路NicBUS中，使得現(xiàn)場總線子節(jié)點可以無縫地嵌入到該系統(tǒng)中。
[0010]所述的NiC-Net主站與所述的Nic-Net母從站通過滿足10BASE-2標準的高速屏蔽的同軸電纜實現(xiàn)物理鏈路的互聯(lián)，形成雙冗余物理鏈路層。
[0011]一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)構(gòu)建方法，該方法具體包括:
[0012]步驟1、將Nic-Net主站與Nic-Net母從站通過滿足10BASE-2標準的高速屏蔽的同軸電纜實現(xiàn)的物理鏈路進行互聯(lián)，構(gòu)成Nic-NET總線的干線一級總線NicBUS拓撲結(jié)構(gòu)；
[0013]步驟2、將Nic-Net總線母從站和Nic-Net子從站通過可靠的CAN-BUS實現(xiàn)的物理鏈路進行互聯(lián)，構(gòu)成Nic-NET總線的支線二級總線NicLink拓撲結(jié)構(gòu)，內(nèi)部實際為點對點的星型拓撲結(jié)構(gòu)；
[0014]步驟3、Nic-Net主站作為Nic-NET總線一級主站,實現(xiàn)對Nic-Net母從站數(shù)據(jù)的時間確定性傳輸控制和Nic-NET總線的干線一級總線NicBUS總線管理功能；
[0015]步驟4、Nic-Net母從站作為Nic-NET總線二級主站,實現(xiàn)對Nic-NET子從站數(shù)據(jù)的時間確定性傳輸控制和Nic-NET支線二級總線NicLink總線管理功能；
[0016]步驟5、現(xiàn)場總線擴展母從站，作為Nic-NET總線二級主站，與其所擴展的現(xiàn)場總線一起，構(gòu)成Nic-NET總線的擴展現(xiàn)場總線支線,組成Nic-NET總線的支線二級總線拓撲結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部根據(jù)不同的現(xiàn)場總線類型而使用現(xiàn)有不同的協(xié)議。
[0017]本發(fā)明的顯著效果在于:本發(fā)明所述的一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)及其構(gòu)建方法，該現(xiàn)場總線具備高實時響應(yīng)性能，高可靠性以及支持異構(gòu)現(xiàn)場總線擴展等優(yōu)點。拓撲結(jié)構(gòu)具有層次清晰，兼顧總線型與星型結(jié)構(gòu)優(yōu)勢的特點。通訊協(xié)議分別為兩級結(jié)構(gòu)定制設(shè)計，具備時間確定性數(shù)據(jù)鏈路控制特點，同時也實現(xiàn)了對異構(gòu)現(xiàn)場總線系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接入及交換。通過在國內(nèi)多個核電站非安全級平臺系統(tǒng)中的實際應(yīng)用，驗證了Nic-NET現(xiàn)場總線系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸中的時間確定性與連接可靠性方面具有良好的技術(shù)性能，滿足對異構(gòu)現(xiàn)場總線智能設(shè)備連接的技術(shù)要求。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明所述的一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0020]如圖1所述，一種基于混合協(xié)議二級拓撲結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)Nic-NET，包括兩級總線結(jié)構(gòu)，其中，第一級總線結(jié)構(gòu)為Nic-Net主站與Nic-Net母從站通過一級總線Nic-BUS構(gòu)成的總線型拓撲結(jié)構(gòu)；第二級總線結(jié)構(gòu)為Nic-Net母從站與Nic-Net子從站通過二級總線NicLink構(gòu)成的星型拓撲結(jié)構(gòu)；Nic_Net主站與Nic-Net母從站通過滿足10BASE-2標準的高速屏蔽的同軸電纜實現(xiàn)物理鏈路的互聯(lián)，形成雙冗余物理鏈路層，其中，Nic-Net主站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中，Nic-Net主站總線應(yīng)用層由低到高集成了應(yīng)用數(shù)據(jù)傳輸控制服務(wù)，管理配置服務(wù)以及應(yīng)用數(shù)據(jù)接口 ；Nic-Net數(shù)據(jù)鏈路層由低到高集成了媒介訪問控制子協(xié)議，邏輯鏈路控制子協(xié)議以及擴展邏輯鏈路子協(xié)議；Nic-Net主站物理層集成了冗余的Ethernet以太網(wǎng)驅(qū)動器，實現(xiàn)總線冗余；一級總線NicBUS采用時間確定性數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議，其包括邏輯鏈路控制子協(xié)議、媒介訪問控制子吸引，以及擴展邏輯鏈路子協(xié)議；Nic-Net母從站包括NicBUS從站和NicLink主站，其中，NicBUS從站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，其中，NicBUS從站的總線應(yīng)用層由低到高集成了NicBUS從站應(yīng)用層和NicBUS從站管理配置服務(wù)；NicBUS從站數(shù)據(jù)鏈路層由低到高集成了NicBUS媒介訪問控制子協(xié)議和NicBUS邏輯鏈路控制子協(xié)議；NicBUS從站物理層集成了冗余的Ethernet以太網(wǎng)驅(qū)動器。NicLink主站包括總線應(yīng)用層、數(shù)據(jù)鏈路層和物