张学锋[1]2003年在《基于以太网的现场总线通信接口研究》文中研究表明与其它现场总线相比，由于以太网技术具有开放性、结构简单、带宽易于扩展、兼容性能好和成本低廉等优点，近年来在工业控制的高层已得到了广泛的应用。而把以太网技术用于工业控制的底层网络，却还没有得到充分的研究。利用以太网技术作为现场总线，用于工业控制的底层网络，既有利于现场总线的发展，又能有效地提高现场总线的传输速率和简化现场总线的种类。本论文首先简单介绍了当前现场总线的发展情况，在分析和比较各种现场总线技术的基础上，指出了其存在的问题，在参照国内外关于用以太网技术作为现场总线研究的基础上，提出了在以太网协议的应用层对现场传输的信息进行规范的方法。该方法能提供报文服务和短帧信息结构，满足现场通信的实时性要求。接下来为了实现这个方法，论文介绍了利用W78LE516B单片机和RTL8019AS网卡驱动芯片开发的RS-232C转以太网通信协议的嵌入式以太网通信模块，利用该模块可实现将现场设备的RS-232C通信转换为以太网通信，也可以直接将该模块嵌入单片机控制设备使用。然后，论文对嵌入式以太网通信模块的硬件电路设计和驱动程序编写作了详细的介绍，并在不改变以太网TCP/IP协议主体结构的基础上，对TCP/IP协议作了精简处理，以满足现场通信的实时性和可靠性要求。最后论文分析了嵌入式TCP/IP协议的总体框架设计、帧的封装过程及数据包的发送和接收流程。在完成论文撰写的过程中，本课题完成了对嵌入式以太网通信模块的设计，实现了RS-232C通信协议和以太网通信协议的相互转换功能，并在利用C语言模块化的编程思想的基础上，用单片机实现了嵌入式TCP/IP协议的设计，该设计具有很强的实时性和移植性。调试结果表明该嵌入式以太网通信模块具有集成度高、可靠性高和成本低等特点，可应用于远程设备的实时监控和访问
韦巍[2]2001年在《以太网作现场总线的研究》文中研究说明随着信息技术和网络技术的发展，信息交换的需求迅速地从企业的管理层扩展到位于底层的现场设备。现场总线控制系统是新型的控制系统，它使控制系统向分散化、网络化和智能化的方向发展。现场总线通过开放的、标准化的网络总线传输各种现场设备所需的信息，并打破以往的信息孤岛。同时，现场总线的网络节点具有一定的智能，可实现原处于上位机的部分控制功能。因此，现场总线的性能大部分取决于所采用的底层网络技术。现有的现场总线分为几大技术标准阵营，而且不能互相联通。由于企业的管理层大多采用以太网，所以现场总线最终是与管理层的以太网相联。 作者从技术的角度对现场总线系统进行分析，结合以太网协议的简明、易于实现和使用灵活等忧点，研究如何使用以太网作为现场总线。为此需要在以太网的基础上增加相应的信息规范，作者以TCP/IP作为网络层和传输层协议，为适应现场控制的需要，在OSI/ISO模型的第7层增加了一个子层：以太网现场总线信息规范层，用于规范在总线上传输的信息，并简化了用户接口。作为一个 －且－ 广西大学硕士学位论文现场总线控制系统，在相应的网段上需要一个现场总线管理器，用于网络的安装、配置和运行维护。 作者讨论了以太网现场总线信息规范层的构成和运行，它可满足大多数的控制要求，并给出了以太网作现场总线的仿真实现。 最后，作者对以太网的应用前景作了展望，认为自动化生产正在利用网络技术的发展而不断走向网络化。
李文书[3]2005年在《封闭式组合电器（GIS）在线监测系统的设计与研制》文中研究表明封闭式组合电器(GIS)是电力系统中的重要设备,对其进行在线监测具有非常重大的意义,并成为日趋重要的研究课题。清华大学高压电器课题组,在 GIS 在线监测领域已有多年的研究,积累了丰富的科研成果,已研制出相对完善的 GIS 在线监测系统。本课题是基于现有的科研成果,对 GIS 在线监测系统进行完善。课题的工作重点是开发一个通用的在线监测装置,为现有的 GIS 在线监测系统提供标准硬件平台,提高系统的综合性能,包括系统的互操作性、开放性、可扩充性和稳定性。IEC61850 标准能适应变电站自动化系统中功能的分布式实现和组合应用,支持变电站自动化设备的互操作性,故将其引入 GIS 在线监测系统研究领域。基于 IEC61850 标准,设计了分层分布的 GIS 在线监测系统结构,采用以太网和CAN 总线相结合的通信方式。为了实现监测装置的互操作性,在通信框架中采用“互操作冗余”设计,即多个监测装置之间,不仅可以通过以太网实现互操作,亦可通过 CAN 来实现数据共享。基于通用插箱、插件设计标准,设计了 GIS 在线监测装置的内部结构、装置的几何外形、装置的插件尺寸和背板等。将“ARM+uClinux”嵌入式系统用于装置的网络主板,在主板上扩展以太网接口和 CAN 接口。装置可通过以太网与上位机、及其它监测装置实现数据共享,亦可通过 CAN 与外界实现数据共享,所以实现了装置的互操作性、开放性、可扩充性和稳定性。监测装置的主板调试和测试,是课题工作中最重要的部分。根据主板调试流程,按照“遇到问题——分析问题——解决问题”的思路对主板进行逐步调试,调试结果初步表明:主板上各个功能电路已经正常工作。为最终检验网络主板的通信性能,对其进行局域网通信、CAN 与以太网联合通信两项测试,测试得出结论:GIS 在线监测装置的网络主板已经具备基本的以太网和 CAN 总线通信功能。
俞瑞富[4]2006年在《基于EPA现场总线控制系统的功能块组态软件设计》文中研究指明随着工业控制技术的发展，工业控制系统越来越朝着以太网技术发展，并且将支持标准ModBus协议的从设备连入控制网络，更加具有通用价值。 针对EPA现场总线控制系统开发了EPA Config功能块组态软件，由叁个基本要素组成：EPA(Ethernet for Plant Automation)规范、功能块、XML设备描述。EPA规范是我国制定的工业以太网标准，现已经纳入IEC61784-2国际标准。功能块遵循IEC61499、IEC61804标准，分散于现场设备中，是分布式控制网络的基本要素。XML设备描述则是设备资源和功能的描述，并且是设备内部以及设备之间通讯基本保证。 EPA Config软件较传统软件来说，具有易操作性、易升级性。该软件是在VC++6.0平台下开发的可视化、图形化的软件。其设计方法采用模块化设计，主要包括六大模块：设备管理模块、可视化组态模块、数据监控模块、通讯服务模块、XML文件管理模块、信息报告模块。设备管理模块负责设备的上线和离线，可视化组态模块负责控制方案形成，数据监控模块负责现场数据的显示，通讯服务模块负责与现场设备通讯，XML文件模块负责所有设备信息的描述，信息报告模块设备信息和操作信息的提示。其主要功能是为EPA现场总线控制系统提供上位机组态平台，完成工业现场控制的组态。 通过两个例子，证明EPA_Config界面友好，操作方便，并且稳定可靠。
左毅[5]2005年在《PROFIBUS和嵌入式TCP/IP技术与自动工件装载系统的网络化改造》文中研究指明随着计算机、控制、通讯、网络等技术的发展,信息交换的需求迅速地从企业的管理层延伸到位于底层的现场设备。现场总线技术正是为适应这一需求而发展起来的,现场总线通过开放的、标准化的网络总线传输各种现场设备所需的信息,使控制系统向分散化、网络化和智能化的方向发展。经过十多年的发展,世界上出现了多种有影响的现场总线,并得到广泛应用。其中PROFIBUS是最为流行的现场总线技术之一,它作为符合国际标准IEC61158和欧洲标准EN50170的现场总线系统,目前在工业控制领域中已成为发展速度最快、产品种类最多、应用范围最广、最有发展前景的现场总线。因此,深入研究PROFIBUS的技术特点,掌握PROFIBUS网络的构建与配置方法,开发与PROFIBUS对接的软硬件产品,已经成为顺应技术发展潮流,促进现场总线技术推广应用的迫切需要。 另一方面,随着Internet的广泛普及,在以太网环境下运行TCP/IP协议已经成为工业企业建立局域网和接入Internet的主流解决方案,因此研究现场总线与以太网的对接对于促进企业整体信息的集成有着非常现实的意义;另外由于以太网拥有良好的性价比和广泛的用户群,研究和开发基于嵌入式TCP/IP协议和以太网的现场设备一直是业界研究的热点,其对于降低企业的建网成本、推进以太网作为现场总线技术的发展、实现基于Internet的设备远程管理等是非常有意义的。 本文以济南一机床集团有限公司的柔性制造单元自动工件装载系统的网络化改造为背景,构建了一个以SIEMENS公司的S7-300 PLC为核心的PROFIBUS-DP控制网络和一个以自行开发的远程测控板作为现场设备的以太网控制网络,并且通过开发上位监控机软件实现了两个网络的对接,最终实现了对整个工件装载系统包括工件运载车的实时控制。 本文中,远程测控板是作为具有一定通用性的嵌入式现场控制设备而被开发的,其在自动工件装载系统中的作用是实现对工件运载车定位过程的实时控制。文中简要介绍了远程测控板的硬件设计思路,重点介绍了在远程测控板中实现嵌入式TCP/IP协议以及利用UDP报文实现远程测控的方法。 TCP/IP协议的实现是嵌入式设备软件开发的要点。由于标准的TCP/IP协议把大量的精力花在了保证数据的可靠性和数据流量的控制上,无法满足实时性需求,并且由于其实现过于复杂,难以在系统资源非常有限的嵌入式设备上运行。因此,需要把传统TCP/IP协议加以改进,提高其实时性,减少对存储空间的占用,以满足嵌入式应用的要求。本文对TCP/IP协议族的一些基本协议如ARP、IP、ICMP、UDP等协议进行了详细分析,并且根据所开发的远程测控板的特殊要求,在不违反
林梦云[6]2017年在《基于实时工业以太网EtherCAT的双电机驱动控制应用研究》文中研究表明地平式望远镜中俯仰轴系一般多采用单电机驱动,随着望远镜口径的逐渐增大,单电机驱动因其局限性已无法满足系统的要求,故考虑使用双电机来驱动轴系。本文采用实时工业以太网EtherCAT技术,搭建相应的双电机驱动控制系统,利用其高实时性、高同步精度的优秀性能,保证了双电机间的精准同步。采用IntervalZero公司的KingStar Motion软件,开发实现EtherCAT主站功能;由Phase公司的AxN伺服驱动器作从站;搭建实验平台,测试了双电机控制的性能。论文首先介绍了大口径望远镜中俯仰轴系采用单电机驱动控制所存在的局限性,引出双电机同步控制。为保证多电机控制系统在通信上的实时性与同步性,工业以太网技术被提了出来。其中由德国Beckhoff公司提出的实时工业以太网EtherCAT,以其优越性能得到广泛使用和快速发展。通过对比分析多种实时工业以太网,阐明了EtherCAT可以很好的应用到多电机同步控制系统中。其次,深入研究了EtherCAT技术,包括其通信原理及系统组成、物理传输介质、帧结构定义、报文寻址方式、主站操作从站的通信服务命令、分布时钟同步机制、通信模式等方面。然后,设计了一种基于EtherCAT实时通信的电机驱动控制系统。重点讲述了如何利用KingStar Motion软件实现基于PC的EtherCAT主站功能,简单介绍AxN如何配置为EtherCAT从站。详细讲述了EtherCAT主从站通信软件设计。搭建相应实验平台,由简单的跟踪实验测试,验证了系统的可行性。最后,在单电机驱动的基础上,搭建基于EtherCAT的双电机驱动控制系统。介绍了多种双电机同步控制策略,实验对比各自的跟踪、同步性能。还对单、双电机驱动控制进行了相关实验对比分析,阐明了双电机驱动控制的优势。
李继容, 鲍芳, 何湘初[7]2002年在《以太网在工业自动化领域的应用及研究》文中提出对现场总线作了简单的介绍 ,主要介绍了现场总线与以太网结合的应用 ,对工业以太网作了详细的阐述 ;并对将来工业自动化的发展作了展望。
任海兵, 陈照章[8]2007年在《工业以太网技术及改进方案》文中进行了进一步梳理本文介绍了工业控制领域中引入以太网的原因,分析了其优点、存在的问题及其改进方案。
李大龙[9]2001年在《企业监控网络组态软件实现技术研究》文中指出本文结合中低压电力监控组态软件“YSS-2000”项目的开发，提出了基于多现场总线实时监控组态的思想，并对基于多现场总线的组态软件技术进行了研究。本文首先对现场总线技术的发展提出了探讨，然后对组态软件的体系结构及其设计提出了自己的观点。同时阐述了使用面向对象的技术，利用基于Windows平台的多现场总线监控系统图形组态的相关技术，重点对该组态软件的矢量图形的生成和现场总线通信技术与实现进行了研究。最后，在WIN98平台C++Builder开发环境下，进行了软件的实现。实现中，充分利用了C++Builder面向对象的特性和WIN98提供的设备上下文（Device Context）的特点，使得软件较好地完成了用户的需求。最后，结合项目的结果和现场总线发展趋势，提出了基于Intranet的工控组态软件的策略。 本课题相关的软件经过实践的检验，现已通过国家相关部门的验收，与其它组态软件相比，具有支持多现场总线，方便灵活，易于组态的特点。
谭曲[10]2014年在《EPL工业以太网协议性能分析及其在DCS系统中的应用》文中认为随着工业控制系统的发展,工业控制网络经历了从现场总线到工业以太网的变化。工业以太网凭借其通信速率高、实时性强,开放性好、资源共享能力强等优势成为网络控制系统中引人注目的新技术. Ethernet POWERLINK作为工业以太网的典型代表,其硬实时性好、协议开源,且无需任何授权费用,因此在工业控制领域有着非常广泛的应用前景。目前国内外学者对EPL协议的研究主要集中在协议的实时性能以及其在运动控制领域的应用。本文在前人研究的基础上,将从协议的整体架构、性能分析、同步机制、多平台实现以及在集散控制领域的应用等多个角度对EPL协议进行深入研究。本文的主要研究内容和创新如下：1)研究了EPL同步阶段的两种工作模式:Preq/Pres模式和PollResponse Chaining模式。首先从理论上给出了两种模式网络性能指标的计算公式,然后利用OPNET分别为其建立网络仿真模型。通过数理分析和仿真分析,得出了这两种工作模式各自的性能特点,为不同场合工作模式的选择提供了依据。2) POWERLINK的PRC模式是一种性能效率更高,周期更短的工作模式,但其通信过程的稳定性,依赖于网络数据传播延迟的测量和从站发送时间点的计算,本文详细地给出了具体的测量方法和计算过程。3)高精度的同步是许多应用场合的要求。POWERLINK提供了两种同步机制：SoC帧同步和分布式同步。本文详细研究了这两种同步机制,在此基础上分析出SoC帧的传播延迟将会对同步的精度造成影响,因此本文提出了一种延迟补偿算法来提高POWERLINK的同步精度。4)本文研究了Ethernet POWERLINK协议在Linux操作系统和FPGA平台上的具体实现过程,并通过搭建简单的EPL通信网络,测试了POWERLINK的同步实时数据传输、异步非实时数据传输以及交叉通信的过程,为EPL协议的实际应用提供了工程实用价值。5)本文将EPL协议应用于大型集散控制系统中,提出了基于EPL的DCS系统的整体架构,并详细讲述了EPL网关的设计方法和EPL网络冗余的多种设计方案,包括双网冗余和多主冗余。解决了大型集散控制系统中系统网络层通信周期长,带宽利用率低的问题。
参考文献：
[1]. 基于以太网的现场总线通信接口研究[D]. 张学锋. 重庆大学. 2003
[2]. 以太网作现场总线的研究[D]. 韦巍. 广西大学. 2001
[3]. 封闭式组合电器（GIS）在线监测系统的设计与研制[D]. 李文书. 清华大学. 2005
[4]. 基于EPA现场总线控制系统的功能块组态软件设计[D]. 俞瑞富. 大连理工大学. 2006
[5]. PROFIBUS和嵌入式TCP/IP技术与自动工件装载系统的网络化改造[D]. 左毅. 山东大学. 2005
[6]. 基于实时工业以太网EtherCAT的双电机驱动控制应用研究[D]. 林梦云. 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所). 2017
[7]. 以太网在工业自动化领域的应用及研究[J]. 李继容, 鲍芳, 何湘初. 计算机应用研究. 2002
[8]. 工业以太网技术及改进方案[J]. 任海兵, 陈照章. 微计算机信息. 2007
[9]. 企业监控网络组态软件实现技术研究[D]. 李大龙. 西北工业大学. 2001
[10]. EPL工业以太网协议性能分析及其在DCS系统中的应用[D]. 谭曲. 浙江大学. 2014
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