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工业控制的以太网通信系统研究及实现

任永华

  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。本文设计的以太网控制系统包括了温度采样、测试、控制并实现网络通信的多功能控制系统。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,制定了相应的企业技术标准。我们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,便用交换式集线器扩大网络带宽,使用UDP通信协议保证报文传输的有效载荷、避免不必要的填充域数据在网络上传输所占用的带宽,使网络保持在轻负荷工作条件下,进一步保证网络传输的实时性。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。在以太网+TCP(UDP)/IP协议的基础上,制订统一并适用于工业现场控制的应用层技术规范,同时参照IEC有关标准,在应用层上增加用户层,将工业控制中的功能块FB进行标准化,通过规定它们各自的输入、输出、算法、事件、参数,并把它们组成为可在某个现场设备中执行的应用进程,便于实现不同制造商设备的混合组态与调用。用低功耗技术和本安防爆技术解决现场设备的安全问题。采用适当降低信号传输速率和改善通信接口的方法,使工业以太网具有更远距离的传输能力。在模块设计中应用了PSD设计技术,有效地保证了系统的可升级性。并且,由于PSD集成了多种可编程逻辑器件,因此大大地简化了硬件电路,使系统的设计、修改和扩展变得十分灵活方便。在设计中采用了WST公司的工具软件PSDsoftExpress和FLASHLINK~(TM) JTAG电缆对整个芯片进行配置编程,由此提高了电路设计的工作效率,缩短了开发周期,降低了设计成本,提高了整机性能,而且使系统随时都可以根据所需情形实施现场更新。在本模块中采用UMC公司的UM9008作为以太网控制器,使得系统不仅兼容微软公司的即插即用功能,而且与商用以太网完全兼容;具有广泛的通用性。CPU采用PIJLIPHS公司的P51XA{3,结合数据采集和处理电路,构成一个现场采样,变送与控制的多用途模块,对广泛适应用户的需要,增强产品的生命力具有很大的意义。……   
[关键词]:交换式以太网;工业以太网;现场总线;TCP(UDP)/IP协议;PSD设计;工业控制;传输确定性
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:浙江大学2002年