面向智能断路器的多协议通信技术研究

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由于各公司所采用通信协议的多样性,协议标准不统一,造成不同公司的智能断路器联网、通信困难。本文针对多协议联网通信的困难问题,开展多协议通信技术研究,建立多协议转换体系结构和通信模型,开发多协议转换器,构建多协议转换软硬件应用和测试平台,更好地解决多协议之间的通信问题。论文围绕多协议通信技术开展了如下研究:1、分析了智能断路器及其网络化的发展概况及趋势,指出了智能断路器网络化所面临的技术关键问题;研究和分析了常用的Profibus-DP协议、Modbus协议、多功能电能表通信协议、CAN总线协议及以太网协议(以下简称各协议)的结构、它们与OSI参考模型的关系、通信数据帧格式,总结了各协议的特点,在对各协议分析和研究基础上,构建了智能断路器各协议的网络结构,设计了各协议的通信接口硬件电路及软件。2、本文从硬件和软件两个方面分析和研究了多协议转换的可行性,并对OPC技术转换、网桥转换、路由器转换及网关(协议转换器)转换等多协议转换类型进行了分析和研究,考虑到各协议之间的物理层、数据链路层、网络层、应用层均有差异,各协议网络属于异构网络,需要采用网关实现多协议转换,并提出了多协议转换的总体方案。3、多协议转换可以采用非透明通信和透明通信方式实现,非透明通信多协议转换由多协议转换器负责对协议数据帧进行处理,提取出用户数据,再利用目的主机协议对用户数据进行处理,转换为目的主机协议的数据帧,用户数据是连接多种协议的纽带;本文在对多协议转换技术分析的基础上,提出了非透明通信多协议用户数据处理模型;为了解决同一个多协议转换器所连接不同协议设备的标识问题,提出了采用Profibus-DP地址加协议类型码标识设备的方法;为了解决非透明通信多协议转换的问题,建立了基于动态存储器缓冲区的非透明通信多协议转换模型。4、在不解析用户协议数据帧的情况下,通信协议对用户协议数据帧直接进行封装和拆封,使用户协议数据帧透明通过该协议网络,这就是透明通信,电力线载波通信可以采用透明通信形式;本文在研究电力线载波透明通信基础上,建立了智能断路器电力线载波通信的网络体系结构,分析和设计了通信数据帧结构,设计了电力线载波通信接口硬件电路和软件;为了解决多协议之间的透明通信问题,分析了多协议之间透明通信形式及通信原理,提出了协议之间的透明通信模型,设计了Profbus-DP发送和接收报文数据区结构,建立了透明通信多协议转换模型。5、本文面向智能断路器多协议通信构建了多协议转换软硬件应用和测试平台,设计和制作了多协议转换器的硬件电路,开发了非透明通信和透明通信多协议转换器软件,编制了相关的GSD文件,并对Profibus-DP主站模拟软件、Profibus-DP主站配置软件、CAN总线协议分析仪软件、TCP&UDP测试工具、GSD文件编辑软件等进行了分析和研究;利用该软硬件平台,对Profibus-DP主站和Modbus协议智能断路器、多功能电能表通信协议智能断路器、CAN总线协议分析软件、以太网TCP&UDP测试工具之间的非透明通信和透明通信多协议转换进行了实验,通过分析得到的结果,证明了多协议转换模型的正确性。
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