以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)發(fā)生了深刻的變革，逐漸形成了網(wǎng)絡(luò)化的開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)化、分布化和節(jié)點(diǎn)智能化正成為控制系統(tǒng)新的發(fā)展方向。同時(shí)，隨著管控一體化技術(shù)的發(fā)展，迫切要求在企業(yè)內(nèi)部建立一個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的通訊網(wǎng)絡(luò)，將信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)融合，實(shí)現(xiàn)集中管理、高層監(jiān)控和企業(yè)的綜合自動(dòng)化。 現(xiàn)場(chǎng)總線為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層的網(wǎng)絡(luò)化提供了很好的解決方案，但要實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)與控制網(wǎng)絡(luò)的無(wú)縫集成，目前的現(xiàn)場(chǎng)總線顯然難以解決。而要實(shí)現(xiàn)這一目

2、標(biāo)，主要任務(wù)就是實(shí)現(xiàn)在企業(yè)中上層網(wǎng)絡(luò)廣泛應(yīng)用的以太網(wǎng)和底層控制網(wǎng)絡(luò)的互連。于是人們紛紛把目光轉(zhuǎn)向了以太網(wǎng)，欲將其延伸至現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層。然而，由于以太網(wǎng)在其MAC(Media Access Control)層采用CSMA/CD(Carrier SenseMultiple Access with Collision Detection，帶沖突檢測(cè)的載波偵聽(tīng)多路訪問(wèn))的媒體訪問(wèn)機(jī)制，使其存在通信時(shí)延不確定的缺陷，并成為它在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)環(huán)境中應(yīng)用的

3、主要障礙，也是目前眾多工控專(zhuān)家十分關(guān)注的問(wèn)題。除了通信時(shí)延的不確定性，要將以太網(wǎng)應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，還需要解決一系列其它關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，如數(shù)據(jù)包丟失、系統(tǒng)穩(wěn)定性和網(wǎng)絡(luò)安全性等，這些問(wèn)題都直接影響著以太網(wǎng)在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中的應(yīng)用。 論文針對(duì)以太網(wǎng)在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用中存在的問(wèn)題，開(kāi)展了以下研究工作： 1、結(jié)合工業(yè)控制系統(tǒng)的實(shí)際情況和要求對(duì)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)能力和影響實(shí)時(shí)性的因素進(jìn)行了分析，并提出了改善和提高其實(shí)時(shí)性的一些措施。同時(shí)針對(duì)總線

4、2、針對(duì)以太網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)中傳輸時(shí)延的不確定性問(wèn)題，論文在總結(jié)前人研究成果的基礎(chǔ)上提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的時(shí)延補(bǔ)償控制方案，并在Matlab環(huán)境下進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明了該方案的可行性。 3、根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的要求，利用32位的ARM嵌入式微處理器設(shè)計(jì)了具有以太網(wǎng)通信接口的硬件平臺(tái)，同時(shí)還提供數(shù)據(jù)采集、控制輸出、CAN總線通信等功能。然后在該平臺(tái)上移植了嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)．μC/OS-Ⅱ，并實(shí)現(xiàn)了嵌入式TCP/IP協(xié)議棧

5、，成功構(gòu)建了嵌入式Web服務(wù)器。另外，為了整個(gè)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的需要，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)基于單片機(jī)的CAN通信節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)不僅提供CAN通信接口，同時(shí)還具備數(shù)據(jù)采集、人機(jī)交互(包括LCD顯示、鍵盤(pán)輸入)、步進(jìn)電機(jī)控制等功能。 論文共分為六章：第一章介紹了課題的研究意義、研究現(xiàn)狀以及論文的主要工作；第二章對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行了分析研究，針對(duì)實(shí)時(shí)性等主要問(wèn)題提出了一些改善和解決措施；第三章針對(duì)以太網(wǎng)時(shí)延的不確定性提出了一種基于模型預(yù)測(cè)控制算法的