一种基于混合协议二级拓扑结构及其现场形成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于现场总线技术领域，具体涉及一种基于混合协议二级拓扑结构及其现场形成方法。
【背景技术】
[0002]现场总线是以单个分散的数字化智能化的测量和控制设备作为网络节点，使用数字通信总线相连接，实现相互交换信息，共同完成自动控制系统功能的网络系统与控制系统。
[0003]现场总线自诞生以来，已广泛用于工业自动化控制领域。由于针对的应用场合不同，导致多种现场总线作为技术标准共同存在，而不同的现场总线设备之间必须克服互联性和互换性，以避免现场控制系统集成所带来的问题。目前现场总线应用的案例表明，异构系统的现场总线设备互联仍没有较好的解决方案。其关键是目前应用的各种现场总线技术为了实现技术独立性以及通信结构的先进性，对其他异构现场总线系统不具备很好的扩展性与兼容性，无法实现自身现场总线系统与异构线场总线系统之间的数据交换，导致现场总线在扩容，技术升级以及维护过程中的不便。现场总线系统往往采用单一的总线结构，数据报文具有高传输频率，报文长度短的特点，导致现场总线系统节点数量有严格限制，目标是降低总线负载率，提高总线实时响应性能。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种基于混合协议二级拓扑结构及其现场形成方法，可以实现在整个系统满足节点数量的前提下，具有高实时性和可靠性，并能够满足对异构现场总线智能设备连接的技术要求。
[0005]本发明的技术方案如下:一种基于混合协议二级拓扑结构的现场总线系统Ni c-NET，该系统Ni c-Net包括两级总线结构，其中，第一级总线结构为Ni c-Net主站与Nic-Net母从站通过一级总线Nic-BUS构成的总线型拓扑结构；第二级总线结构为Nic-Net母从站与Nic-Net子从站通过二级总线NicLink构成的星型拓扑结构；Nic_Net主站包括总线应用层、数据链路层和物理层；一级总线NicBUS采用时间确定性数据链路控制协议，其包括逻辑链路控制子协议、媒介访问控制子吸引，以及扩展逻辑链路子协议；Nic-Net母从站包括NicBUS从站和NicLink主站；Nic-Net子从站包括总线应用层、数据链路层和物理层；Nic-Net母从站与Nic-Net子从站之间的二层总线NicLink采用时间确定性数据链路控制协议。
[0006]所述的Nic-Net主站总线应用层由低到高集成了应用数据传输控制服务，管理配置服务以及应用数据接口 ；所述的Nic-Net数据链路层由低到高集成了媒介访问控制子协议，逻辑链路控制子协议以及扩展逻辑链路子协议；所述的Nic-Net主站物理层集成了冗余的Ethernet以太网驱动器,实现总线冗余。
[0007]所述的NicBUS从站包括总线应用层、数据链路层和物理层，其中，NicBUS从站的总线应用层由低到高集成了 NicBUS从站应用层和NicBUS从站管理配置服务；NicBUS从站数据链路层由低到高集成了 NicBUS媒介访问控制子协议和NicBUS逻辑链路控制子协议；NicBUS从站物理层集成了冗余的Ethernet以太网驱动器。所述的NicLink主站包括总线应用层、数据链路层和物理层，其中，NicLink主站总线应用层由低到高集成了 NicLink主站应用层和NicLink主站管理配置服务；NicLink主站数据链路层集成了 NicLink逻辑链路控制协议；NicLink主站物理层集成了高速冗余的CAN-BUS驱动器。
[0008]所述的Nic-Net子从站总线应用层由低到高集成了 NicLink从站应用层和NicLink从站管理配置服务；Nic-Net子从站数据链路层集成了 NicLink逻辑链路控制协议；Nic-Net子从站物理层集成了高速冗余的CAN-BUS驱动器。
[0009]该系统还包括Nic-NET扩展现场总线母从站；所述的Nic-NET扩展现场总线母从站与Nic-Net母从站类似，其在数据链路层利用了扩展逻辑链路子协议，将异构的现场总线协议的二级总线链路转换为一级总线链路NicBUS中，使得现场总线子节点可以无缝地嵌入到该系统中。
[0010]所述的NiC-Net主站与所述的Nic-Net母从站通过满足10BASE-2标准的高速屏蔽的同轴电缆实现物理链路的互联，形成双冗余物理链路层。
[0011]一种基于混合协议二级拓扑结构的现场总线系统构建方法，该方法具体包括:
[0012]步骤1、将Nic-Net主站与Nic-Net母从站通过满足10BASE-2标准的高速屏蔽的同轴电缆实现的物理链路进行互联，构成Nic-NET总线的干线一级总线NicBUS拓扑结构；
[0013]步骤2、将Nic-Net总线母从站和Nic-Net子从站通过可靠的CAN-BUS实现的物理链路进行互联，构成Nic-NET总线的支线二级总线NicLink拓扑结构，内部实际为点对点的星型拓扑结构；
[0014]步骤3、Nic-Net主站作为Nic-NET总线一级主站,实现对Nic-Net母从站数据的时间确定性传输控制和Nic-NET总线的干线一级总线NicBUS总线管理功能；
[0015]步骤4、Nic-Net母从站作为Nic-NET总线二级主站,实现对Nic-NET子从站数据的时间确定性传输控制和Nic-NET支线二级总线NicLink总线管理功能；
[0016]步骤5、现场总线扩展母从站，作为Nic-NET总线二级主站，与其所扩展的现场总线一起，构成Nic-NET总线的扩展现场总线支线,组成Nic-NET总线的支线二级总线拓扑结构，其内部根据不同的现场总线类型而使用现有不同的协议。
[0017]本发明的显著效果在于:本发明所述的一种基于混合协议二级拓扑结构的现场总线系统及其构建方法，该现场总线具备高实时响应性能，高可靠性以及支持异构现场总线扩展等优点。拓扑结构具有层次清晰，兼顾总线型与星型结构优势的特点。通讯协议分别为两级结构定制设计，具备时间确定性数据链路控制特点，同时也实现了对异构现场总线系统的数据接入及交换。通过在国内多个核电站非安全级平台系统中的实际应用，验证了Nic-NET现场总线系统在数据传输中的时间确定性与连接可靠性方面具有良好的技术性能，满足对异构现场总线智能设备连接的技术要求。
【附图说明】
[0018]图1为本发明所述的一种基于混合协议二级拓扑结构的现场总线系统结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0020]如图1所述，一种基于混合协议二级拓扑结构的现场总线系统Nic-NET，包括两级总线结构，其中，第一级总线结构为Nic-Net主站与Nic-Net母从站通过一级总线Nic-BUS构成的总线型拓扑结构；第二级总线结构为Nic-Net母从站与Nic-Net子从站通过二级总线NicLink构成的星型拓扑结构；Nic_Net主站与Nic-Net母从站通过满足10BASE-2标准的高速屏蔽的同轴电缆实现物理链路的互联，形成双冗余物理链路层，其中，Nic-Net主站包括总线应用层、数据链路层和物理层，其中，Nic-Net主站总线应用层由低到高集成了应用数据传输控制服务，管理配置服务以及应用数据接口 ；Nic-Net数据链路层由低到高集成了媒介访问控制子协议，逻辑链路控制子协议以及扩展逻辑链路子协议；Nic-Net主站物理层集成了冗余的Ethernet以太网驱动器，实现总线冗余；一级总线NicBUS采用时间确定性数据链路控制协议，其包括逻辑链路控制子协议、媒介访问控制子吸引，以及扩展逻辑链路子协议；Nic-Net母从站包括NicBUS从站和NicLink主站，其中，NicBUS从站包括总线应用层、数据链路层和物理层，其中，NicBUS从站的总线应用层由低到高集成了NicBUS从站应用层和NicBUS从站管理配置服务；NicBUS从站数据链路层由低到高集成了NicBUS媒介访问控制子协议和NicBUS逻辑链路控制子协议；NicBUS从站物理层集成了冗余的Ethernet以太网驱动器。NicLink主站包括总线应用层、数据链路层和物