【摘要】：傳統(tǒng)以太網(wǎng)作為一種成熟的技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中。然而,工業(yè)界對(duì)工控系統(tǒng)提出了更高的實(shí)時(shí)性與可靠性要求,傳統(tǒng)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)已經(jīng)不能滿足要求。依托“兆瓦級(jí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組PLC控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化”科技項(xiàng)目和“基于EtherCAT的高速互聯(lián)平臺(tái)設(shè)計(jì)”微課題,以提高風(fēng)機(jī)PLC通信系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性與可靠性為研究目標(biāo),以研究EtherCAT實(shí)時(shí)以太網(wǎng)為突出點(diǎn),以EtherCAT代替?zhèn)鹘y(tǒng)以太網(wǎng)為實(shí)現(xiàn)方式。EtherCAT能夠提高網(wǎng)絡(luò)之間通信效率,實(shí)現(xiàn)了低于lms實(shí)時(shí)性通信標(biāo)準(zhǔn)。相對(duì)于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線如CAN總線,EtherCAT完成了從毫秒級(jí)到微秒級(jí)的跨越。本文基于EtherCAT協(xié)議,研發(fā)了 EtherCAT互聯(lián)平臺(tái),為EtherCAT在風(fēng)機(jī)PLC通信系統(tǒng)的投入使用提供方案。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究了 EtherCAT基礎(chǔ)技術(shù)包括EtherCAT的運(yùn)行原理、主站結(jié)構(gòu)、從站控制器、狀態(tài)機(jī)和應(yīng)用層協(xié)議�；贓therCAT協(xié)議,對(duì)比分析了 EtherCAT從站控制器芯片和微控制器,撰寫了 EtherCAT從站開發(fā)方案。本課題研究難點(diǎn)在于從站軟硬件的實(shí)現(xiàn),涉及微處理器芯片、EtherCAT從站芯片等的選擇,硬件設(shè)計(jì)及軟件代碼的優(yōu)化設(shè)計(jì)。(2)設(shè)計(jì)了基于FPGA+ET1200的從站開發(fā)方案和基于STM32+LAN9252的從站開發(fā)方案。本文首先采用了 FPGA+ET1200方案,但因存在選取FPGA芯片軟核空間不足且PCB布線復(fù)雜等問題。為有效解決這些問題,本文采用了 STM32+LAN9252方案,最終確定了此從站開發(fā)方案,并基于Windows7環(huán)境研發(fā)了 EtherCAT從站開發(fā)板,采用了 STM32特有的FSMC機(jī)制實(shí)現(xiàn)STM32和LAN9252的數(shù)據(jù)通信和共享;本文研究了 EtherCAT應(yīng)用層CoE協(xié)議,設(shè)計(jì)了 CoE對(duì)象字典、設(shè)計(jì)了 CoE協(xié)議、優(yōu)化了 CoE代碼和SDO通信服務(wù);基于EtherCAT從站平臺(tái)設(shè)計(jì)了專用的設(shè)備描述文件ESI。(3)研究了倍福公司推出的TwinCAT3.1組態(tài)軟件,配置了 TwinCAT3.1,用TwinCAT3.1充當(dāng)EtherCAT系統(tǒng)的軟主站,用所設(shè)計(jì)從站應(yīng)用平臺(tái)搭建了 EtherCAT主從通信環(huán)境,開發(fā)了主從通信系統(tǒng)搭建方法,并進(jìn)行了通信時(shí)延設(shè)計(jì)與分析以及添加對(duì)象字典測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,所搭建的EtherCAT應(yīng)用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了正常通信,主站正確讀取了從站所添加的對(duì)象。(4)將EtherCAT互聯(lián)平臺(tái)拓展性地應(yīng)用在變電站過程層通信系統(tǒng),利用DG/850-i609開發(fā)板充當(dāng)智能電子設(shè)備(IED),利用EtherCAT從站平臺(tái)以及TwinCAT3.1建立基于EtherCAT互聯(lián)平臺(tái)的GOOSE報(bào)文傳輸實(shí)驗(yàn)測(cè)試環(huán)境,實(shí)驗(yàn)測(cè)試了數(shù)據(jù)包的波形、丟包率、實(shí)時(shí)性,測(cè)試結(jié)果顯示采用EtherCAT通信GOOSE報(bào)文具有可靠性且能夠提高GOOSE報(bào)文的實(shí)時(shí)性。
【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TM315
【圖文】：

如圖１－１所示，列出了最具逡逑競(jìng)爭(zhēng)力強(qiáng)的五個(gè)以太網(wǎng)特性。對(duì)比幾種實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性能，其中ＥｔｈｅｒＣＡＴ實(shí)時(shí)性逡逑能最優(yōu)，如圖１－２所示。逡逑單位：ｌｉｓ邐實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性對(duì)比逡逑７０００逡逑６０００邋．逡逑５０００逡逑４０００邐ｈ＇Ｃ＇Ｕ逡逑３０００逡逑２０００逡逑■Ｉ邋Ｈ邋ｗｍｍ邋邐逡逑１逡逑■邐Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ邐６３５５逡逑■邐Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ邐２３４７逡逑■邐Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ邐７６３逡逑■邐Ｓｅｒｃｏｓｌｌｌ邐４７９逡逑■邐ＥｔｈｅｒＣＡＴ邐２４６逡逑■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ邋■邋Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ邋■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ邋■邋Ｓｅｒｃｏｓ邋ＩＩＩ邋■邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ逡逑圖１．２實(shí)時(shí)以太網(wǎng)實(shí)時(shí)性對(duì)比逡逑１．２邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑本世紀(jì)初期，德國(guó)的一家工業(yè)巨頭公Ｈｉ邋Ｂｅｃｋｈｏｆｆ首次研發(fā)并推出ＥｔｈｅｒＣＡＴ協(xié)議。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ也是一種丨丨：常具有競(jìng)爭(zhēng)力的［：業(yè)以太網(wǎng)，岡為Ｋ具有需求少量的硬件設(shè)備與逡逑配套軟件，統(tǒng)－控制架構(gòu)、接［Ｉ簡(jiǎn)化、系統(tǒng)搭建和配置Ｉ：作簡(jiǎn)便易行等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的現(xiàn)逡逑場(chǎng)總線能夠?qū)崿F(xiàn)ｆ？穩(wěn)過渡到ＥｔｈｅｒＣＡＴ，因此ＥｔｈｅｒＣＡＴ更加適合解決前自動(dòng)化控制領(lǐng)逡逑域的分散化的實(shí)時(shí)控制的突出問題，更加容易實(shí)現(xiàn)企業(yè)用戶對(duì)工業(yè)設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控，逡逑Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司對(duì)外宣布ＥｔｉｉｅｒＣＡＴ的研發(fā)成本是能夠低于傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線［＆１６］。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ足？種由傳統(tǒng)以太Ｍ延伸而來、并對(duì)傳統(tǒng)以太網(wǎng)進(jìn)行修改過的開放式結(jié)逡逑構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)

邐－媒體訪問逡逑－管理服務(wù)－狀態(tài)機(jī)逡逑圖１－２ＤＬ／ＡＬ服務(wù)和協(xié)議部分逡逑１．３論文研究?jī)?nèi)容及論文結(jié)構(gòu)逡逑本課題主要研[偭聳凳幣蘊(yùn)詮ひ�、稻�?duì)行覚n姆⒄骨魘疲衃偭隋澹牛簦瑁澹潁茫粒�、辶x希牛簦瑁澹潁睿澹艫燃鋼質(zhì)凳幣蘊(yùn)奶卣鰨鈧昭≡窳隋澹牛簦瑁澹潁茫粒暈繡襯勘輳治雋隋澹牛簦瑁澹潁茫粒藻義閑�，对Ｅｔｈｅ}茫粒源誘究逕杓坪陀τ貌閔杓平辛搜芯�，牙C沉隋澹牛簦瑁澹潁茫粒災(zāi)髡炯苠義瞎辜叭碇髡荊裕鰨椋睿茫粒裕常�，利用Ｔｖ嶉ｎＣＡＴ３．１软主站与所设计Ｅｔｈｅ}茫粒愿咚倩チ教ù渝義險(xiǎn)居τ悶教ù罱ǎ牛簦瑁澹潁茫粒醞ㄑ痘肪�，并对Ｅｔｈｅ}茫粒災(zāi)鞔油ㄑ斷低匙雋舜誘咎砑傭韻笞皺義系浞治�、主篡x竟δ芐圓饈�，并模酿x杓屏嘶冢牛簦瑁澹潁茫粒緣模牽希希櫻瘧ㄎ耐ㄐ攀笛�，辶x喜饈云潯ㄎ牡畝�、数旧Wㄐ渭氨ㄎ氖凳斃�。辶x下畚陌陸�，壤_跡保乘疚畚牡慕峁箍蟯跡疚牡鬧饕ぷ魎得魅縵攏哄義系冢閉攏盒髀鄄糠幀Ｖ氐愀攀雋訟殖∽芟嘸際�、实蕩盘N(yùn)埃牛簦瑁澹潁茫粒緣姆⒄�。辶x轄檣鼙究翁獾睦叢礎(chǔ)⒀繡潮塵凹耙庖�。辶x系冢艙攏憾裕牛簦瑁澹潁茫粒曰〖際踝鏨釗氳難芯抗ぷ

本文編號(hào)：2800281