Modbus协议测试规范国家标准草案的制订及测试系统的开发.pdf

北京交通大学硕士学位论文Modbus协议测试规范国家标准草案的制订及测试系统的开发姓名：杨宇慧申请学位级别：硕士专业：控制理论与控制工程指导教师：蒋大明20071201中文摘要摘要：现场总线是当今自动化领域发展的热点之一，尤其是M o d b u s 协议作为一种有效支持分布式和实时控制的技术，已经成为一种事实的工业标准，应用也因此越来越广泛。但同时又面临了新的问题，即串行链路的M o d b u s 设备间的互操作性较差，已经成为制约M o d b u s 发展的瓶颈。本文在深入研究现场总线协议测试的基础上，结合工业实践经验，提出了基于串行链路的M o d b u s 协议测试的方案，制订了基于串行链路的M o d b u s 协议测试规范国家标准的草案，并开发了相应的测试系统，实现对串行链路的M o d b u s 设备的测试。首先，通过对现场总线技术的了解，在分析协议测试的理论基础上，提出了基于串行链路的M o d b u s 协议测试的方案包括基本框架和测试流程，是本文的创新点。该测试主要是针对物理层、数据链路层及应用层三个层次进行的；第二，以基于串行链路的M o d b u s 协议测试的方案为总体框架，研究并制定了基于串行链路的M o d b u s 协议测试规范国家标准的草案；第三，开发基于串行链路上的M o d b 璐协议测试系统，该系统主要是对串行链路的M o d b u s 设备进行一致性和互操作性测试，本文分别描述了系统的组成部分硬件环境和测试软件的设计思路及实现方法。其中，硬件环境是构筑测试平台，搭建一个基于R S 4 8 5 传输技术的主从型系统；测试软件是测试系统的核心组成部分，是基于W i n 3 2 的应用程序。在研究了W m d o w s 应用程序、W m d o w s 串口通信技术的基础上，重点阐述了测试软件模块的设计思路及实现过程，给出了该软件各个模块的流程图、代码及运行结果。最后，在测试系统中进行实验。经测试，该系统基本达到了预期的设计要求。图4 0 幅，表1 1 个，参考文献3 4 篇。关键词：M o d b u s 协议测试；国家标准草案：R S 4 8 5；W i n 3 2分类号；T P 2 7 3A B S T R A C TA B S T R A C T：F i e l d b u si so n eo ft h eh o tp o r t so fa u t o m a t i o nf i e l dmm o d e r nt i m e M o d b u sp r o t o c o lh a sb e c o m ea l li n d u s t r i a ls t a n d a r di nu s ew h i c hi sat e c h n o l o g ys u p p o r t i n gd i s t r i b u t e da n dr e a l-t i m ec o n t r o le f f e c t i v e l y 1 1 1 ea p p l i c a t i o no fM o d b u sp r o t o c o lO V e I s e r i a ll i n ki st h e r e f o r eb e c o m i n gm o r ea n dm o mw i d e s p r e a d A san e wp r o b l e mp o s e db yl l l a t，b a di n t c r o p c r a b i l i t yb e t w e e nm o d b u sd e v i c e s0 V e l s e r i a ll i n kh a sr e s t r a i n e dt h ed e v e l o p m e n to f m o d b u st e c h n o l o g ys e r i o u s l y B a s e do nd e e p l yr e s e a r c ho nf i e l d b u sp r o t o c o lt e s ta n dg u i d e db yp r a c t i c a lc x p 舐e l l c ei ni n d u s t r y,t h i sp a p e rp r o p o s e saf o r m u l af o rt e s to fm o d b u sp r o t o c o lo v e rs e r i a ll i n k,d r a w su pan a t i o n a ls t a n d a r dd r a f to f m o d b u sp r o t o c o lt e s ts p e c i f i c a t i o no v e rs e r i a ll i n k,d e v e l o p sac o r r e s p o n d i n gt e s ts y s t e mf o rm o d b u sd e v i c eo v e rs e r i a ll i n k F i r s t，a c c r o d i n gt oi n t r o d u c t i o no ff i e l d b u st e c h n o l o g y,o nt h eb a s i so fa n a l y s i so fp r o t o c o lt e s t,t h i sp a p e rp r o p o s e saf o r m u l ai n c l u d i n gb a s i cf r a m e w o r ka n dt e s tp r o c e d u r ef o rt e s to fm o d b u sp r o t o c o lo v e rs e r i a ll i n k T l l i st e s ti sp e r f o r m e da tt h r e el e v e l so f p h y s i c a l，d a t al i n ka n da p p l i c a t i o n S e c o n d,b a s e dO nam a i n f r a m em a d eb yf o r m u l ao ft e s to fm o d b u sp r o t o c o lo v e rs e r i a ll i n k,d r a w su pan a t i o n a ls t a n d a r dd r a f to f m o d b u sp r o t o c o lt e s ts p c c i f i c a t i o no v e rs e r i a ll i n k。T h i r d,t h i sp a p e rd e v e l o p st e s ts y s t e mf o rm o d b u sp r o t o c o l0 V e l s e r i a ll i n k,w h i c hc o u l dm a k ec o n f o r m a n c et e s ta n di n t e r o p e r a b i l i t yf o rm o d b u sd e v i c e so v e rs e r i a ll i n k T h i sp a p e rd e s c r i b ed e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no ft h es y s t e mc o m p o s e do fh a r d w a r ee n v i r o n m e n ta n dt e s ts o f t w a r e T h ed e s i 印o f h a r d w a r ee n v i r o n m e n tc o n s t r u c t sat e s tp l a t f o r m，w h i c hs e t sl J pah o s t-s u bs y s t e m A st h ec e n t r a lc o m p o n e n to ft e s ts y s t o m,t e s ts o n s w a r ei so nt h eb a s i so fW i n 3 2a p p l i c a t i o nA f t e rm a k i n gr c s c r c hf o rw i n d o wa p p l i c a t i o n,w i n d o w ss e r i a lc o m m u n i c a t i o n s，i tf o c u s0 nt h ed e s i g na n di m p l e m e n to f s o f t w a r em o d u l e sa n dp r o v i d 鹤f l o wc h a r t s，c o d e,r e s u l to f e a c hm o d u l eo ft h es o f t w a r e A tl a s t,t h i sp a p e ri n t r o d u c es o m ee x p e r i m e n t sc o n s t r u c t e di nt e s ts y s t e m A f t e rt h a tt e s L t h es y s t e ma c h i e v e de x p c c t e【ld c s i g nr e q u i r e m e n t sb a s i c a l l y K E Y W O R I D S：M o d b u sp r o t o c o lt e s t：n a t i o n a ls t a n d a r dd r a f t；R S 4 8 5；W i n 3 2C L A S S N O：T P 2 7 3学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名：励学慈导师签名；签字日期：砷年t 1 月彩E t签字日期：缈7 年，王，月衫E l拙哀窑逼太堂亟堂僮论塞独剑性直明独创性声明本人声明所里交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京交通大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：物辟鸯签字日期：，印年，月彩日致谢本论文的工作是在我的导师蒋大明副教授和机械工业仪器仪表综合技术经济研究所欧阳劲松副所长的悉心指导下完成的，蒋大明副教授严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。从蒋老师和欧阳劲松老师身上，我不仅学到了扎实、宽广的专业知识，也学到了做人的道理，为我走向社会打下了坚实的基础。在此衷心感谢三年来蒋老师和欧阳老师对我的关心和指导。蒋大明副教授、欧阳劲松副所长、梅恪主任悉心指导我们完成了实验室的科研工作，在学习和生活上都给予了我很大的关心和帮助。在此向蒋大明老师、欧阳劲松老师、梅恪老师表示衷心的谢意。王麟琨博士、王玉敏老师、刘丹博士在确定课题，及完成课题的整个过程中给予了很多具体的指导，在此向王麟琨博士、王玉敏老师、刘丹博士表示衷心的感谢。王勇老师(施耐德上海研发中心)在确定课题方向给于很大帮助，在此向王勇老师表示衷心的感谢。在实验室工作及撰写论文期间，潘长清、权晓娟、吴卉、马力、王树珂、麻兴龙等同学对我论文中的相关研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢我深爱的家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。1 1 现场总线概述1 综述计算机、通信、信息技术的飞速发展，推动了自动化技术的进步。顺应这种形势发展起来的现场总线技术(F i d d b u s)，已经成为当今自动化领域技术发展的一大热点，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现，标志着工业控制技术领域新时代的到来，并将促使自动化系统结构发生重大变革，是传统的基于P L C 及集散控制系统D C S 控制技术系统发展的必然归宿。1 1 1 现场总线技术根据国际电工委员会I E C(I a t e m a t i o n a lE l e t r o t e c l m i c a lC o m m i s s i o n)标准的定义：现场总线是一种应用于生产现场，在现场设备之间、现场设备与控制装置之间实行双向、串行、多节点数字通信的技术，也被称为开放化、数字化、多点通信的底层控制网络。现场总线技术用数字双向通信技术取代集散控制系统D C S 中的4 2 0 m A 模拟传输技术，把单个分散的测量控制设备变成网络节点，以现场总线为纽带，把它们连接成可以相互沟通信息、共同完成自控任务的网络化控制系统，使控制系统成为真正意义上“信息集中、控制分散”的分布式控制系绀”。现场总线具有以下特点：1 系统的开放性开放性是现场总线控制系统最显著的特点之一。开放是指对相关标准的一致性、公开性，强调对标准的共识与遵从。一个开放系统，是指它可以与世界上任何地方遵守相同标准的其他设备或系统连接I i】。通信协议一致公开，各不同厂家的设备之间就可以实现信息交换。现场总线开发者就是要致力于建立统一的工厂底层网络的开放系统。用户也可以按自己的需要和考虑，把来自不同供应商的产品通过现场总线构筑成开放互连系统。2 互操作性和互用性互操作性是指不同厂商的控制设备之间、系统之间的信息传送与沟通；而互用性意味着不同生产厂家的性能类似的设备可以实现互相替换。3 系统的高度分散性现场总线设备的智能化，从根本上改变T D C S 的集中与分散相结合的体系结构，使得现场总线控制系统成为一种新的全分散性的控制体系结构，实现了控制系统的彻底分散，提高了可靠性，并简化了系统结构。4 现场设备的智能化和功能自治性现场总线将传感测量、补偿计算、控制等功能分散到现场设备中完成，仅靠现场设备即可完成自动控制的基本功能，如数据采集与补偿、P I D 运算和控制、设备自校验和自诊断等功能，并可随时诊断设备的运行状态。5 对环境的适应性现场总线作为工厂的底层网络，是专为现场环境而设计的。它可支持双绞线、同轴电缆、光缆、射频、红外线、电力线等，具有较强的抗干扰能力，能采用两线制实现供电与通信，并可满足本质安全防爆要求等。另外，现场总线还具有节省硬件数量与投资、节省安装费用、节省维护开销、提高系统的准确性，易于重构等优点。1 1 2 现场总线通信模型为实现不同厂家生产的设备之间的互联操作与数据交换，国际标准化组织I S O T C 9 7 于1 9 7 8 年建立了“开放系统互联”分技术委员会，起草了开放系统互联参考模型O S l(O p S y s t e mI n t e r c o n n e c t i o n)的建议草案，并于1 9 8 3 年成为正式的国际标准I S 0 7 4 9 8，1 9 8 6 年又对该标准进行了进一步的完善和补充，形成了为实现开放系统互联所建立的分层模型，简称O S I 参考模型。具有七层结构的O S I 参考模型可支持的通信功能相当强大，其目的是为异种计算机互连提供一个共同的基础和标准框架，并保持相关标准的一致性和兼容性提供共同的参考。作为一个通信参考模型，需要解决各方面可能遇到的问题，需要具备丰富的功能。而作为工业现场底层网络的现场总线，要构成开放互连系统，如何选择通信模型，是采用完全型还是简化型，是否需要实现O S I 的全部功能，七层O S I 参考模型是否应用于工业现场的通信环境?这是现场总线技术形成的过程中必须考虑的重要问题【1 1 2 1。工业生产现场存在大量传感器，控制器、执行器等，它们通常相当零散地分布在一个较大范围内，对由它们组成的工业控制底层网络来说，单个节点面向控制的信息量不大，信息传输的任务相对比较简单，但实时性，快速性的要求较高。如果按照七层模式的参考模型，由于层间操作与转换的复杂性。网络接口的造价与时间开销显得过高。为满足实时性要求，也为了实现工业网络的低成本，现场总线采用的通信模型大都在O S I 模型的基础上进行了不同程度的简化。2典型的现场总线协议模型，以及几种典型控制网络的通信参考模型与O S I 模型的对照如图1 1 所示。现场总线协议模型采用O S I 模型中的三个典型层：物理层、数据链路层和应用层，省去中间3 6 层后，考虑现场总线的通信特点，设置一个现场总线访问子层。它具有结构简单、执行协议直观、价格低廉等优点，也满足工业现场应用的性能要求。它是O S I 模型的简化形式，其流量与差错控制也在数据链路层中进行。因而与O S I 模型不完全保持一致。总之，开放系统互连模型是现场总线技术的基础。现场总线参考模型既要遵循开放系统集成的原则，又要充分兼顾测控应用的特点和特殊要求。l s O t O S I 模型现场总线协议F F 横型P R O P l-D PM o d b a s应用层表达层会话层传输层同络层数据链路层物理层应用层用户层功能块应用与i 殳鲁插述总线访闩子层一通信栈数据链路层物理层物理层用户接口毒去第3 至率6 层教据链路层物理层应用层数据链路层物理层图1 1O$I 与部分现场总线通信模型的对应关系F i g1 1C o r r p o n d i n gr e l a t i o no f O S Ia n dp a r tf i e l d b mc o m m u n i c a t i o nm o d e l1 1 3 几种有影响力的现场总线技术自从8 0 年代末以来，有几种现场总线技术已逐渐形成其影响并在一些特定的应用领域显示了自己的优势，如F F、P R O F I B U S、L o n W o r k s、C A N、M o d b u s 等。它们具有各自的特点，大都是在各大仪表与控制系统公司标准的基础上逐渐形成的，具有较强的生命力。下面简单介绍一下这几种总线技术。1 基金会现场总线F F基金会现场总线(F F，F o u n d a t i o nF i d d b u s)是由现场总线基金会组织及W o r l dF I P 开发的，基金会的前身是I S P 成立的现场基金会，这两大集团于1 9 9 4 年9 月合并，致力于开发出国际上统一的现场总线协议。它以I S O O S I 开放系统互连参考模型为基础，取其物理层、数据链路层、应用层为F F 通讯模型的相应层次，并在应用层上增加了用户层。用户层主要针对自动化测控应用的需要，定义了信息存取的统一规则，采用设备描述语言规定了通用的功能块集。F F 得到了世界上几乎所有的著名仪表制造商的支持，同时遵守I E C 的协议规j b塞童道太堂亟堂焦监塞绽述划，与I E C 的现场总线国际标准和草案基本一致，加上它在技术上的优势，所以极有希望成为将来的主要国际标准。2 P R O F I B U SP R O F I B U S 是P r o c e s sF i e l d b u s 的缩写，f l t S i e m c n s 公司提出并极力倡导，已先后成为德国国家标准D I N l 9 2 4 5 和欧洲标准E N 5 0 1 7 0，是一种开放两独立的总线标准，已广泛应用于加工制造、过程和楼宇自动化。P R O F m u S 由P R O F I B U S P A、P R O F I B u S D P 和P R o F I B u s F M S 三个系列组成。P R O F m U S-P A(P 脚sA u t o m a t i o n)用于过程自动化的低速数据传输。P R O F I B U S D P 与P R O F I B U S P A 兼容，可实现高速传输，适用于分散的外部设备和自控设备之间的高速数据传输，用于连接P R O F I B U S-P A 和加工自动化。P R O F I B U S-F M S 适用于一般自动化的中速数据传输。P R O F I B U S 技术相对成熟，现在应用非常广泛。3 L o n W o r k sL o n W o r k s(L o c a lO p e r a l i n gN e t w o r k s)是美 E c h e l o n 公司推出并由它与摩托罗拉、东芝公司共同倡导于1 9 9 0 年正式公布的局部操作网络。它采用J I S O O S l 模型的全部七层通讯协议，采用了面向对象的设计方法，其通信速率从3 0 0 b p s 至1 5 M b p s不等，直接通信距离可达2 7 0 0 m(7 8 k b p s，双绞线)；支持双绞线、同轴电缆、光纤、电力线、红外线、射频等多种通信介质，并开发了相应的本质安全防爆产品，被称为通用控制网络。目前L o n W o r k s 技术已被广泛应用在楼宇自动化、家庭自动化、保安系统、办公设备、交通运输、工业过程控制等行业。另外，在开发智能通信接口、智能传感器方面，神经元芯片也具有相当独特的优势。4 C A NC A N 是控制局域网络(C o n t r o l A r e a N e t w o r k)的简称，最早由德国B O S C H 公司在8 0 年代初为解决现代汽车生产中众多的控制器与测试仪器之间的数据交换而开发的一种串行数据通讯协议。其总线规范现已被I S O 国际标准组织制定为国际标准。由于得到了M o t o r o l a、I n t e l、P h i l i p、s i e m e n s、N E C 等公司的支持，它广泛应用在离散控制领域。5 C o n t r o l N e t D e v i e e N e tC o n t r o l N e t 的基础技术R o c k w e l l 公司于1 9 9 5 年1 0 月公布。1 9 9 7 年7 月成立了C o n t r o l N e t I n t e r n a t i o n a l 组织，R o c k w e l l 转让此项技术给该组织。R o c k w e l l 自动化系统简化为三层结构模式：信息层(E m I 釉d 以太网)，控制层(C o n t m l N d 控制网)，设备层(D e v i e e N e t 设备网)。C o m m l N e t 层通常传输大量的l 幻和对等通讯信息，用于P L C 与计算机之闻的通4信，也可以在逻辑控制或过程控制系统中连接串行、并行的F O 设备、人机界面等，具有确定性和可重复性的特点。D e v i c e N e t 是基于C A N 技术的开放型通信网络，主要用于构建底层控制网络，其网络节点由嵌入了C A N 通信控制器芯片的设备组成。现已广泛用于汽车行业、半导体行业以及低压电器等行业。6 M o d b u sM o d b u s 协议是美国可编程控制器供应商M o d i c o n 公司制定的一种工业通讯协议。由于其是制造业、基础设施环境下，真正的开放协议，故而现已经被许多工控厂商所广泛支持，是事实的工业标准。M o d b u s 还具备协议简单、容易实施和高性价比的优点，全球有超过4 0 0 个厂家支持，使用的设备节点超过7 0 0 万个。近几年来，随着M o d b u s 协议不断扩展，已经将串行链路、高速令牌传递网络、T C P I P 等关键技术引入到M o d b u s 应用协议解决方案中，形成了M o d b u s 应用协议族。基于M o d b u s 应用协议族的工业以太网解决方案已经逐渐应用于各种现场级测控领域。1 1 4 现场总线现状及其发展趋势1 多种现场总线技术标准共存 2 1现场总线发展迅速，现正处于群雄并起、百家争鸣的阶段。据资料分析，世界上己出现各式各样的现场总线1 0 0 多种，其中宣称为开放型总线的就有4 0 多种。1 9 8 4 年美国就已开始制定现场总线的国际标准。1 9 8 8 年m C，r C 6 5 下设的S C 6 5 C W G 6 专门负责现场总线技术标准化的具体工作。但是，由于行业、地域发展历史和商业利益的驱使以及种种经济社会的复杂原因，总线标准的制定工作并非一帆风顺。经历了涉及全球的现场总线标准大战之后，迎来的依然是多种总线并存的尴尬局面。因此，多种现场总线技术标准共存、相互竞争的格局已经形成。2 现场总线在我国的发展中国已经成为各种现场总线激烈争夺的重要市场，一些世界主要的现场总线组织在中国都设立了分支机构，多种现场总线在我国得到了广泛的运用，如F F、P R O F I B U S、C C L i n k、M o d b u s，国内企业也逐步加快开发基于现场总线的产品，部分已开始投入使用。所以在未来的相当长的一段时间内，现场总线在我国将蓬勃发展。3 现场总线发展趋势许多基于现场总线的现场总线控制系统最终都连接到以太网，直至与I n t e m e t相连。引入以太网技术已成为现场总线技术发展的一个必然趋势开放的以太网5是二十多年来发展最成功的网络技术，技术的发展已证明以太网是未来控制网络的最佳解决方案，并将极大的促进现场信息从工厂底层到管理层的集成，专家们甚至预言，以太网将最终到达所有传感器和执行器，并取代现场总绀I】【2 1。1 2 几种现场总线的协议测试技术概况现场总线的蓬勃发展，很大程度上归功于开放性。正是由于开放性，使用户具有了高度的系统集成主动权，可以自由选择不同厂商所提供的遵循相同总线协议的设备来集成系统。同时又面临新的问题，那就是由于来自不同厂商的产品对协议的符合程度不同，在系统集成时，设备与设备之间、设备与控制系统之间可能会出现互操作性差的问题，无法实现真正的4 即插即用”。因此，在这些产品实际使用之前，要进行相关的开放系统互连的认证，即进行协议测试。下面介绍几种现场总线的协议测试技术：1 基金会现场总线F F 的协议测试基金会现场总线的产品测试分为两部分：对通信栈产品的一致性测试和对设备产品的互操作性测试。其中F F 现场总线的互操作性测试分成物理层测试、设备配置和功能块的测试、设备描述测试以及功能文件测试四个部分。为此，F F 专门开发了互操作性测试系统，用来进行物理层测试以外的其他三部分测试。F F 互操作性测试系统由三部分组成：测试系统、测试案例集和测试功能块测试系统是一通用测试平台，为测试提供人机界面、测试管理功能以及测试案例程序库。测试案例是完成具体测试目的的测试程序，进行具体测试工作。测试功能块是一特殊的F F 现场设备，主要是用于在动态测试时同被测设备建立连接，从而能同被测设备进行数据交换来进行测试。图1 2 显示了F F 互操作性测试的结构。6图1 2F F 互操作性测试结构F i g1 2T h ea r c h i t c c t t ed i a g r a mo f F Fi n t e r o l x x a b i l i t yt e s t根据测试目的的不同，F F 将互操作性测试案例分成三个部分：测试设备的动态行为、测试设备描述和测试设备能力文件。其中，测试设备的动态行为部分又分成两部分。测试设备描述部分的测试案例又分成两类：检验块和参数以及检验视图列表。测试设备能力文件部分只有一个测试案例，检查设备的能力文件是否正确。具体测试过程可分成三个阶段：测试准备阶段、测试操作阶段和测试报告生成和分析阶段。在测试准备阶段，要按图1 2 所示组成测试网络以及产生一被测设备配置文件，包括指出被测设备的设备D，被测功能块应用的虚拟现场设备名称、物理位号、节点地址等，同时也允许提供设备中各功能块参数的缺省值。在测试操作阶段，首先要根据测试目的来选取测试案例，建立测试调度表以及配置好一些测试选项，然后再进行测试执行，产生测试记录和测试结果。在测试报告生成和分析阶段，要综合测试所得到的所有文档，产生最终测试结果测试报告并对之进行分析。2 D c v i c e N e t 总线的协议测试O D V A(O p c nD e v i c c N c tV e n d o r 捌a t i o 曲是所有D e v i c e N e t 产品开发者的组织，成立于1 9 9 5 年。D e v i c c N e t 设备的协议测试都是在O D V A 下设的独立测试实验室中进行的。一致性测试的目标为促进不同供货商的设备之间可互操作性的开发。它是由基于P C 的O D V A 一致性测试软件组成。该软件将测试一分立设备与D e v i c e N e t规范的一致性。除了基于P C 的一致性测试软件外，该实验室还将利用多制造商测试平台进行物理层和相同测试。7j E瘟銮垣友堂亟堂僮途塞绫述D e v i c c N e t 现场总线的互操作性测试是在一个满节点负载的测试床上进行的。该测试床是由来自多个供应商的符合多个设备行规的设备组成。它具有以下特点：(1)满节点数目，即可达到D e v i c e N e t 所允许的最大节点数(6 4 个)。它由6 2 个来自多个供应商的设备，一台P c 和待测设备组成；(2)使用最大波特率下的最大干线长度，即测试使用5 0 0 K b p s 波特率，干线为此时的最大长度1 0 0 米；(3)使用最大允许累计支线长度3 9 米，并且待测设备使用最大单支线长度6 米连接到网络上。这些都保证了待测设备将在最严格的环境下进行互操作测试。整个测试床的配置如图1 3 所图1 3 建议的I X-v i c e N e t 测试床配置F i g1 3P r o p i t i o n a lc o n f i g u r a t i o nf o rD e v i c e N e tt e s tp l a t f o r mD e v i o v N e t 的互操作性测试过程分成三部分：(1)网络访问测试：其测试目的是检查被测设备加入网络的行为是否正确；(2)电源开关测试：其测试目的是检查被测设备在网络电源开关情况下的行为是否正确；(3)在线测试：其测试目的是检查被测设备在线行为是否正确。在整个测试过程中，还需要构造一个接近于现实工作情况的测试环境。因此设计两个程序来完成这个工作。一个程序一直在P L C 上运行，用来发送或接收数据到主站，并检查从网络得到的值是否为发送给网络的值。通过主站来将数据I o 报文化，用来同其他从站进行通信，来仿真现实的F O 通信。另一个程序一直在P C 上运行，产生异步的显式报文并周期性的往所有节点发送，来仿真现实的显式报文通信。3 P R O F m U sD P 总线的互操作测试这里大概介绍P R O F I B U SD P 从站设备的互操作性测试技术。它可分成硬件测试、总线传输(从站功能)测试、功能测试和互操作性测试四部分。P R O F I B U SD P从站设备的互操作性测试也是在一个测试床上进行的。其建议的测试床配置可由图1 4 所示。其中所用的来自多个厂商的D P 从站数量是可变的，但要求不能少于9个。图1 4 建议的P R O F I B U S 测试床配置F i g1 4P r o p o s i t i o n a lc o n f i g u r a t i o nf o rP R O F I B U St e s tp l a t f o r mP R O F I B U SD P 从站设备的互操作性测试分成三个部分：(1)负载测试其测试目的是检查设备在最大负载的情况下能否正确工作。具体测试是将被测设备同一个第一类D P 主站构成一单主单从系统，然后在被测设备所支持的最高波特率下进行测试。通过在主站上运行一评估程序，并且运用P R O F l B u s 总线监视器软件来记录并分析被测设备的通信行为来检查其能否正确工作。(2)功能测试其测试目的是检查设备在各种系统配置中能否同其他设备协同工作。在主站上运行的一评估程序将检查被测设备的循环数据传送和从站诊断功能。同时，还要检查被测设备同一第二类主站之间的互操作行为。(3)电磁兼容性测试它在被测设备的最高波特率下进行，包括下列各项测试：根据I E C 8 0 1-4 检测供电线路的干扰；根据1 E C 8 0 1-4 检测信号线路的干扰和根据I E C 8 0 1 2T C 6 5 检测静态放电的敏感性。9j E夏奎垣太堂亟堂僮论童绽述1 3 课题研究的目的和意义近年来，M o d b u s 协议在我国应用范围越来越广，R S 4 8 5 布网方便快捷，实施简单，支持R S 4 8 5 的仪表多等特点，使得基于串行链路的M o d b u s 设备越来越多地用于工控等行业。随着其应用的增加，设备在进行系统集成时的互操作性问题越来越突出。究其原因，一方面由于M o d b u s 协议开放性较强，厂商对协议的理解不同就会导致协议的实现出现偏差：另一方面，系统规模越来越大，系统集成时会选用来自不同厂商的设备。制订完善的M o d b u s 协议测试规范体系是解决提高设备问的互操作性的一个极好的解决方案，但目前在国际上还没有串行链路的M o d b u s协议测试规范的国家标准。目前，M o d b u s(中国)产品一致性测试实验室(M C T L C)在机械工业仪器仪表综合技术研究所内设立。该实验室主要是进行M o d b u sT C P I P 产品的一致性测试和互操作性测试。对于串行链路的M o d b u s 设备是通过网桥间接地与测试系统相连，并且只能挂接一个设备。这样测试出现问题时，很难确定是设备还是网桥的问题，而且无法进行串行链路设备间的互操作性测试。基于以上几点，经过研究所与施耐德研发中心的专家讨论，制订基于串行链路的M o d b u s 协议测试规范国家标准草案，开发可以对串行链路M o d b u s 设备进行测试的测试系统，已被提上T C l 2 4 的工作日程。本课题(M o d b u s 协议测试规范国家标准草案的制订及测试系统的开发是在机械工业仪器仪表综合技术经济研究的科研项目。该所是全国工业过程测量和控制标准化技术委员会T C l 2 4 的挂靠单位，该草案属于国家标准化管理委员会2 0 0 8年的国家标准制定计划。1 4 课题研究主要内容和安排本课题的研究的主要内容有两大部分：一部分是制订基于串行链路的M o d b u s协议测试规范国家标准草案，主要是从物理接口、电气、逻辑等方面来制订，即从物理层、数据链路层及应用层三个方面来制订；第二部分是开发基于串行链路的M o d b u s 协议测试系统。该系统分为测试硬件环境和测试软件两部分组成。本文中具体的章节安捧如下：第一章：综述。首先对现场总线的概念、特点及通信模型进行了概述，介绍了几种常用的现场总线技术，并对现场总线的现状以及发展趋势傲了简单的分析。其次对几种现场总线的协议性测试技术做了详细的描述，包括F F 总线、D e v i e e N e t1 0总线、P R O F m U SD P 总线。然后通过分析目前存在的问题，阐述了本课题的意义及内容。第二章：M o d b u s 协议测试的理论基础及测试方案。本章是整篇论文的理论基础，首先简单介绍了协议测