基于EtherMAC總線的功能安全I(xiàn)-O從站研究與設(shè)計(jì).pdf

1、目前，現(xiàn)場總線技術(shù)在控制領(lǐng)域已十分普及。在滿足基本功能的前提下，實(shí)際應(yīng)用中又對總線的功能安全提出了要求。我國國產(chǎn)總線系統(tǒng)本身相比現(xiàn)有成熟總線系統(tǒng)尚有差距，而現(xiàn)今總線產(chǎn)品又受到功能安全指標(biāo)的限制，因此對國產(chǎn)現(xiàn)場總線進(jìn)行功能安全研究刻不容緩。
　　本文以課題“數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線安全關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)”為依托，以山東大學(xué)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的EtherMAC總線為研究對象，結(jié)合功能安全標(biāo)準(zhǔn)IEC61508，以數(shù)控送料機(jī)床為應(yīng)用對象，設(shè)計(jì)了基于

2、EtherMAC總線的的功能安全I(xiàn)/O從站。本文的主要研究內(nèi)容分別有:數(shù)控送料機(jī)床功能安全需求分析，針對數(shù)控送料機(jī)床功能安全I(xiàn)/O從站功能實(shí)現(xiàn)及安全需求進(jìn)行安全協(xié)議與底層硬件設(shè)計(jì)，后期功能安全評估及功能測試。
　　首先，本文由功能安全的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，介紹了現(xiàn)發(fā)展階段功能安全的相關(guān)的設(shè)計(jì)概念、設(shè)計(jì)方法、評估計(jì)算方法。又介紹了目前具有功能安全技術(shù)的現(xiàn)場總線，分析了現(xiàn)有國產(chǎn)現(xiàn)場總線的不足，以此闡述了本文研究內(nèi)容的意義。本文基于Ether

3、MAC總線的功能安全I(xiàn)/O從站設(shè)計(jì)應(yīng)用對象為數(shù)控送料機(jī)床，所以在深入研究功能安全系列標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，分析了數(shù)控送料機(jī)床的工作環(huán)境及安全需求。采用風(fēng)險(xiǎn)圖與風(fēng)險(xiǎn)矩陣法首先確定數(shù)控送料機(jī)床所要達(dá)到的安全等級(jí)，以此為基礎(chǔ)對功能安全I(xiàn)/O從站的目標(biāo)安全等級(jí)進(jìn)行分配。為了達(dá)到功能安全I(xiàn)/O從站的安全需求及應(yīng)用需求，選取合適的元件，根據(jù)元件設(shè)計(jì)手冊的要求合理設(shè)計(jì)從站的底層硬件。并制定EtherMAC網(wǎng)絡(luò)通信的安全報(bào)文及錯(cuò)誤處理機(jī)制，以此來降低運(yùn)行中的風(fēng)

4、險(xiǎn)。分別采用故障樹法、可靠性框圖法與Markov法，對所設(shè)計(jì)的功能安全I(xiàn)/O從站進(jìn)行安全建模分析，得出所設(shè)計(jì)功能安全I(xiàn)/O從站的安全完整性等級(jí)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，判斷所設(shè)計(jì)從站的安全指標(biāo)是否滿足數(shù)控送料機(jī)床的安全指標(biāo)要求，以計(jì)算分析為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。最后將所設(shè)計(jì)功能安全I(xiàn)/O從站進(jìn)行加工制作。通過測試證明從站在滿足功能安全的前提下，其基本功能也能夠?qū)崿F(xiàn)。并編制了安全措施來進(jìn)一步降低風(fēng)險(xiǎn)事件的概率。
　　通過本文工作，實(shí)現(xiàn)了基于Eth