陈长庚[1]2002年在《以太网技术应用于工业现场总线时的高可靠性与实时性研究》文中认为现场总线是当今自动化领域的一项重要技术，在各种工业现场控制中扮演着及其关键的角色。由于以太网技术发展迅速并日趋成熟，同时它也很好地克服了原有现场总线自身的一些缺陷，因而就有了以太网在工业自动化现场总线领域的应用研究。 本文在以太网应用于现场总线时的可靠性和实时性上进行了较为深入的研究，提出了解决这两个问题的一些方法。在高可靠性方面，提出了冗余管理器的概念，在它的基础上形成的几种以太网环网结构，可以满足不同层次的可靠性要求；在实时性方面，对传统以太网加以改进，采用了交换技术、高速以太网技术、全双工端口交换的方式、优先级标志技术、虚拟网技术等新技术。然后，根据工业现场总线的实际情况，分情况模拟了在以太网IA系统中传输实时以太网帧，同时对得到的数据进行了分析，并由此得出结论，实时性以太网是可行的。
王新强[2]2007年在《基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用》文中研究说明随着控制技术、计算机技术、通信技术、网络技术等的飞速发展,传统的工业控制系统开始向网络化和开放性发展。当各种现场总线相持不下之时,以太网以其开放性、通信速率高、丰富的软硬件资源、可持续发展潜力大等优点渗入到控制系统的控制层和设备层,使得工业以太网技术成为未来工业控制网络发展的方向。课题“基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用”从工业以太网的关键技术入手,研究了一般以太网固有的传输不确定性;现场设备的供电问题;传统以太网设备互操作性不强;本质安全和远程传输等缺点。着重对如何提高通信响应实时性和安全性以及如何实现远程传输等问题进行了深入的探讨、分析,使用全双工交换式以太网技术解决传输中通信的实时性和确定性问题,使用工业以太网交换机扩大网络带宽。通过用连接电缆中的空闲线缆为现场设备提供工作电源,以实现现场总线供电。用低功耗技术和本安防爆技术解决现场设备的安全问题,给出了比较理想的工业以太网解决方案。根据工业控制领域对网络支持系统的要求,借鉴商业以太网的设计原则和方法,设计了基于分层结构化工业以太网结构,拟为工业控制系统提供一个安全、稳定、互操作性好的通信平台;同时,按照该设计思路和原则,设计了一个基于Modbus/TCP工业以太网的城市污水处理远程监控系统。在城市污水处理远程监控系统的组态方面,选用北京亚控科技公司的组态王组态软件,开发了城市污水处理远程监控系统的组态部分。为了节省建设投资和成本,只在系统监控层采取了冗余措施以保证系统的安全。该系统已经成功在某城市污水处理厂运行,洁净了该市的排水、为人民生活和社会生产提供了可持续发展的前提,取得了明显的经济效益和社会效益。
朱洪[3]2003年在《工业以太网在控制领域的研究与应用》文中研究表明二十一世纪是信息经济的时代，网络成为各项信息交流的热门手段。工业以太网以其独特的优点成为工业控制领域公认的21世纪控制网络的最佳解决方案。目前，基于以太网的工业控制系统正逐渐替代现有的现场总线式控制系统，应用在各个控制领域。 本文首先在系统设计中解决了一般以太网固有的传输不确定性；现场设备的供电问题；传统以太网设备互可操作性不强；本质安全和远程传输等缺点。我们使用全双工交换式以太网技术解决传输中通信的实时性和确定性问题，使用交换式集线器扩大网络带宽。通过用连接电缆中的空闲线缆为现场设备提供工作电源，以实现现场总线供电。用低功耗技术和本安防爆技术解决现场设备的安全问题。其次以太网介入工业控制领域共有叁种途径：1、以太网与其它现场控制网络的结合；2、专用的工业以太控制网络；3、基于通用以太网的监控平台。在本论文中介绍了结合某厂的生产需要，搭建了一个以太网与其它现场控制网络混合控制的网络结构。再次，详细阐述工业以太网与信息网络的集成技术，其中有DDE、Winsock、ODBC等技术。并成功应用到某厂的生产实践中，满足了工厂的实际生产需要。
沈宏涛[4]2005年在《基于以太网的变电站自动化网络通信系统研究》文中研究表明随着变电站自动化技术的发展,对变电站内部的通信网络提出了更高的要求,其中最主要的是使用新的、高性能的通信网络以满足不断增长的技术需要。传统的现场总线由于通信速率低、标准繁多而不能满足这些要求。而与此同时,以太网技术以其应用广泛、价格低廉、通信速率高及软硬件资源丰富等优点逐渐成为工业控制网络首选的解决方案。以太网应用于变电站自动化系统的过程总线和厂站总线已经成为新一代变电站自动化系统的发展趋势。 但是以太网的介质访问控制采用载波侦听多路访问/冲突检测(CSMA/CD)机制,具有无法预见的延迟特性,导致网络传输具有不确定性,尤其当网络负荷过大时,通信实时性能会大大降低。同时,以太网在可靠性、可用性、安全性等方面还不能完全适应变电站现场环境下的应用。 论文介绍了工业以太网发展和应用,在对以太网通信机理和报文传输本质深刻分析的基础上,对影响以太网实时传输的因素进行了仿真分析。结合IEC61850的标准,分析了数字化变电站自动化系统通信网络数据流的特点和对变电站通信网络的要求,提出应用实时发布/定购RTPS(Real-time Publish/Subscribe)模型的通信解决方案,并在此基础上研究了基于以太网的变电站自动化系统报文传输实时性、确定性和优先级实现的关键技术问题,并基于通信解决方案建立仿真模型对变电站通信网络的性能进行研究,从而为选择合适的网络参数,更好地发挥通信网络的传输能力,提高变电站自动化的性能提供了依据,研究结果对于变电站自动化系统网络通信的设计具有参考意义。最后提出了一些值得进一步深入研究的问题。
张军[5]2006年在《基于EPA工业以太网的智能变送器研究》文中进行了进一步梳理工业通信网络是当今工业自动化技术发展最快的领域之一。以开放网络技术作为智能设备数字通信连接的纽带,将多个分散的智能变送器、执行机构、智能控制设备、工作站等具有通信能力的设备通过采用标准的通信协议,构成一个系统来实现集现场控制、监控管理、优化决策为一体的企业综合信息化。流程工业检测控制中最重要的对象之一---压力/差压的检测是采用压力/差压变送器来实现的。本文对国内外现场总线技术及工业以太网技术的发展动态进行了综述,分析了工业网络通讯的特点和可行性。围绕具有EPA(Ethernet for plant automation)网络通讯功能的高精度智能压力/差压变送器的关键技术开展研究:(1)现场仪表嵌入EPA通讯技术的研究。(2)EPA智能变送器通讯确定性研究及测试。(3)EPA智能变送器适应环境温度变化的软件补偿技术研究。本论文提出了完整的EPA智能变送器的总体设计方案、信号处理方案、EPA嵌入式通讯卡方案、基于神经网络控制技术的环境温度影响补偿算法实现高精度的方案。按照上述设计方案完成了样机试制。经过严格的性能测试、通讯确定性测试、软件补偿精度测试等,设计研制的样机完全达到高精度、通讯确定性并符合EPA标准等要求,并与国家工业控制系统工程中心(浙江大学)的EPA网络实现了通讯集成,2005年通过了国家863项目专家组的验收。EPA智能压力/差压变送器课题的研究取得了EPA嵌入式集成技术、EPA仪表测试技术、总线供电技术、高精度检测、软件补偿算法等多方面具有创新性,具有国内先进水平。为加快建立和完善EPA网络通讯技术,实现工业自动化仪表的智能化、网络化和高性能提供了一种先进、可行的技术解决方案。
侯顺红[6]2004年在《基于Modbus/TCP协议的工业以太网实时性研究》文中研究指明随着网络技术的发展，传统的工业控制系统开始向网络化和开放性发展。当现场总线大战硝烟正浓时，以太网以其开放性、通信速率高、丰富的软硬件资源、可持续发展潜力大等优点渗入到控制系统的控制层和设备层，工业以太网技术成为未来控制网路发展的方向。 课题“基于Ethernet的工业现场总线控制网络模型研究”旨在通过对工业以太网关键技术的研究，开发出基于工业以太网技术的满足传输实时性要求的通信软件。该通信软件可以实现不同总线系统的互连，因此，它不仅适用于传统工业控制网络的改造，也适用于未来新的工业控制网络结构。基于本课题本人所承担部分，本论文主要内容如下： 1．学习和研究了现场总线技术及工业以太网技术。 2．对工业以太网实时性的理论和Schneider推出的Modbus TCP／IP协议进行了深入的研究，并通过实验分析了影响工业以太网实时性的因素。 3．以控件的形式来实现一些控制算法，使该课题的通信软件在应用于控制网络时，可以在上位中方便的实现某些控制算法，从而弥补某些设备在运算、控制能力上的不足。
陈磊[7]2004年在《从现场总线到工业以太网的实时性问题研究》文中研究指明随着微电子技术、计算机技术以及通信技术的飞速发展，工业控制网络也不断向前发展，从基于模拟信号传输的集散控制系统(DCS)，到数字化、智能化、全分散的现场总线，再到近年来新出现并得到迅速发展的工业以太网。作为一种特定应用的网络，和商业信息网络相比，工业控制网络具有自身的要求和特点，其中非常重要的一点就是实时性要求高，不仅要求传输速度快，还要求响应快。 本论文首先简要介绍了工业控制网络的发展历程，指出了存在的实时性问题和国内外的研究现状，然后从现场总线到工业以太网对实时性问题进行了深入研究，研究结果和内容可以概括为以下几个主要方面： (1)在现场总线的通信活动中，实时调度过程和实时调度表是其中的核心，同时也是总线协议及其设备的研究开发过程中需要解决的关键问题。以基金会现场总线为实例，研究了现场总线的实时调度机理；给出了通信栈软件的具体实现；提出了实时调度表的建立方法；并对实时调度表的调度算法和可调度性分析进行了研究。 (2)在工业控制应用中，当存在实时性要求严格的非周期通信时，现场总线的通信带宽的浪费严重。针对这一问题，通过分析优先级机制，研究了现场总线的带宽分配问题，提出了静态和动态两种带宽分配算法，并对两种算法进行了性能比较。在此基础上，以基金会现场总线为实例，给出了现场总线通信带宽分配的优化算法。 (3)结合工业控制应用背景分析以太网的实时性。从以太网端到端的通信延迟入手，给出了以太网排队延迟的数学期望表达式，发送延迟和传输延迟的计算方法。通过实验研究了节点数目、帧长度和通信速率等因素对以太网实时能力的影响，研究工业控制应用中，在同时、随机、调度叁种信息发送方式下，标准以太网和快速以太网的实时特性。 (4)以太网的通信存在不确定性，不能满足实时性要求，成为以太网应用于工业现场设备层的主要障碍。为了解决这一问题，结合近年来以太网出现的新技术，对提高以太网实时性的若干方法进行了研究。通过分析现场设备层信息的实时性要求，研究提出了EPA系统应用于工业现场设备层的实时通信解决方案，包括EPA系统的网络通信模型、通信服务方式、实时通信调度和时钟同步。并给出了EPA系统的现场应用情况。浙江大学博士学位论文 (5)在工业控制应用中，过程监控层网络上传输的信息已变得越来越复杂，要求通信网络满足信息实时要求的多样性。针对这一问题，通过研究交换式以太网的实时调度问题和过程监控层信息的实时性要求，对信息进行了分类，提出了基于交换式以太网的混合调度算法，对不同类型的信息采取不同的调度算法，在优先级分配上，对各类信息设置不同的优先级;对硬实时信息，提出了改进的RM调度算法;对硬实时信息和软实时信息的协调，提出了优先级提升调度算法。并通过实验对调度算法进行了验证。 (6)研究基于EPA的工业实时以太网控制系统。从系统结构、应用层协议、设备间的通信过程、冗余管理、设备描述等几方面系统地研究了基于EPA的工业实时以太网控制系统，用以太网统一了从现场设备层、过程监控层到信息管理层等企业综合自动化系统的所有网络层次，实现各网络层次上信息的无缝集成，提出了开放式的应用层协议，并支持不同开发商设备的互操作。
张妍[8]2005年在《工业以太网及其实时特性的研究》文中研究说明本文系统概述了网络控制系统的发展历史和研究现状,将工业以太网和集散控制系统DCS、现场总线控制系统FCS进行了比较,阐述了工业以太网的发展历史和背景知识,并从工业控制网络的特点出发提出了以太网所具有的优势和存在的问题;分析研究了以太网的实时能力,并结合当前的以太网新技术提出了改进以太网实时能力的几种方法:使用全双工(Full-Duplex)交换式以太网技术、采用虚拟局域网(VLAN)技术、质量服务(QoS)和采用IPv6技术;并重点研究比较了最新出现的几种常用的工业以太网标准中的实时解决方案,包括Ethernet/IP、PORFINET、ETHERNET Powelink;对实时以太网解决方案之一IEEE 1588,精确时钟同步协议作了全面地分析,并在此基础上提出了基于以太网的分布式运动控制联网技术,以罗克韦尔运动控制系统模型为例研究了IEEE 1588在分布式运动系统同步控制中的应用,提出了基于IEEE 1588的同步控制网络适配器的设计方法。
许子辛[9]2004年在《现场级高速以太网的可靠性技术研究》文中进行了进一步梳理以太网所具有的从现场控制层到管理层全面、无缝信息集成的潜力正引导它逐步向现场级深入,并逐步与其它网络形式走向融合。本文讨论了工业控制网络的要求及其发展历程,对以太网技术和传统现场总线技术进行比较,探讨了以太网在进入工业控制领域时的优势与劣势。以太网具有开放性、低成本、广泛应用的软硬件支持等明显优势,但又存在本质上的不确定性、非实时性以及可靠性、安全性较差等劣势,而这些恰是工业控制现场通信严格要求的。通过排队论等数学工具就以太网应如何发挥优势,同时弥补劣势做了探讨。碰撞检测中引入分布式优先级控制可有效地降低不确定性;RETHER、RTCC以及ARTC等协议都针对以太网协议在实时方面作出了改进,使得以太网上的通信也具备实时性;在以太网拓扑结构中引入冗余容错技术、传输线路的抗干扰能力增强、防火墙的设置等都增强了以太网的可靠性和安全性。依托ARTC协议,提出高可靠现场级宽带硬实时以太网的系统架构,从体系结构、通信协议、传输信道、网络特性、功能组件和硬件设置等方面研究现场级高速以太网的可靠性技术。提出可以对工业控制现场信号与现场级高速以太网信号进行转换的适配器,使得很多采用慢速信号总线的现场设备能不经改动地接入到硬实时以太网ARTC中,实现监管和控制。针对适配器的应用环境和可靠性要求,硬件设计上使用高集成度、低功耗芯片设计最简电路。软件设计使用C51语言,提高了开发效率;设计了高效的缓冲区管理方案和灵活的通信配置,在简化程序控制逻辑和提高硬件的利用率之间找到了较好的平衡点。提出基于PC/104总线规范的双芯片网卡及其配套驱动程序的设计与实现。此冗余网卡机制具有传输线路与接口的冗余备份、自动切换与隔离等基本功能,通过驱动的出错恢复功能保障了以太网的高可靠性。硬件设置网卡中断号及I/O基地址;软件设置MAC地址和网卡工作模式,体现了机制的灵活性。本课题今后还应在网络传输速度、硬件集成度、应用通用性、电源管理以及嵌入式操作系统在系统中的实现等方面作深入探讨。工业以太网技术的开放化和标准化是其得以推广应用的重要前提。
吕强[10]2007年在《厂用电综合自动化系统的应用研究》文中进行了进一步梳理随着电力企业自动化、信息化技术的发展及电力市场的推进,采用更加先进的自动化控制技术及其产品,提高发电厂自动化运行和管理水平,节能降耗,增强企业竞争力,成为发电企业的热门课题。厂用电综合自动化系统是为提高厂用电系统的自动化和运行管理水平,综合运用先进的计算机控制技术、微机保护测控技术、通信技术和数据库技术等,实现对厂用电系统的运行、保护、控制和故障信息管理等功能于一体的综合自动化在线监控管理系统。本文介绍了厂用电电气控制的历史发展历程,重点研究了工业以太网应用技术、通信中间件技术、实时数据主动推送技术等关键内容,充分考虑自动化系统与DCS系统之间的功能分工和协调控制,提出了合理的解决方案。根据厂用电系统的特点和功能需求,提出了基于工业以太网的厂用电综合自动化系统的设计思路和解决方案,根据机组容量和规模的不同,设计了标准配置和经济配置两种模式,并重点阐述了主站监控平台的体系结构,最后通过实际应用结果验证了该系统的可行性、合理性和先进性。
参考文献：
[1]. 以太网技术应用于工业现场总线时的高可靠性与实时性研究[D]. 陈长庚. 浙江大学. 2002
[2]. 基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用[D]. 王新强. 湘潭大学. 2007
[3]. 工业以太网在控制领域的研究与应用[D]. 朱洪. 南京工业大学. 2003
[4]. 基于以太网的变电站自动化网络通信系统研究[D]. 沈宏涛. 西南交通大学. 2005
[5]. 基于EPA工业以太网的智能变送器研究[D]. 张军. 重庆大学. 2006
[6]. 基于Modbus/TCP协议的工业以太网实时性研究[D]. 侯顺红. 兰州理工大学. 2004
[7]. 从现场总线到工业以太网的实时性问题研究[D]. 陈磊. 浙江大学. 2004
[8]. 工业以太网及其实时特性的研究[D]. 张妍. 河北工业大学. 2005
[9]. 现场级高速以太网的可靠性技术研究[D]. 许子辛. 电子科技大学. 2004
[10]. 厂用电综合自动化系统的应用研究[D]. 吕强. 合肥工业大学. 2007
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