發(fā)布時(shí)間：2020-06-27 12:31

【摘要】：隨著數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床對(duì)系統(tǒng)安全性能需求的不斷提高,要求數(shù)控系統(tǒng)及相關(guān)設(shè)備具有安全功能,實(shí)現(xiàn)對(duì)人員、設(shè)備及環(huán)境的保護(hù),減少安全事故的發(fā)生。數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控機(jī)床安全已成為國(guó)內(nèi)外數(shù)控廠(chǎng)商關(guān)注的焦點(diǎn),并成為下一代數(shù)控系統(tǒng)的重要功能。數(shù)控系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)通信是數(shù)控系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)作為數(shù)控系統(tǒng)通信的核心,是實(shí)現(xiàn)功能安全的關(guān)鍵基礎(chǔ)部件。傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)總線(xiàn)雖然具有安裝方便、成本低、集成度高等優(yōu)點(diǎn),但是并沒(méi)有從設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)的角度來(lái)考慮數(shù)控系統(tǒng)的需求。綜上所述,本文開(kāi)展數(shù)控系統(tǒng)安全總線(xiàn)的體系結(jié)構(gòu)及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相關(guān)安全技術(shù)的研究,將功能安全的理論與數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的設(shè)計(jì)過(guò)程相結(jié)合,分別在現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的物理層、鏈路層及應(yīng)用層采用多種安全方法來(lái)設(shè)計(jì)可以達(dá)到特定安全等級(jí)的數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn),滿(mǎn)足數(shù)控系統(tǒng)對(duì)安全總線(xiàn)的需求,為實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)的各項(xiàng)安全功能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。論文的主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾方面:1.安全系統(tǒng)及安全總線(xiàn)結(jié)構(gòu)研究。對(duì)功能安全系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了介紹。研究了設(shè)計(jì)安全系統(tǒng)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、等級(jí)驗(yàn)證等方法。分析了安全儀表系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。在對(duì)安全相關(guān)系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)及設(shè)計(jì)驗(yàn)證方法研究的基礎(chǔ)上,根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)對(duì)于安全總線(xiàn)的需求,提出了安全總線(xiàn)的通信模型。該安全總線(xiàn)通信模型在物理層、鏈路層采用不同的安全策略來(lái)提高總線(xiàn)的安全等級(jí),實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)通信的整體安全。2.現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)光纖通信接口的設(shè)計(jì)。針對(duì)總線(xiàn)的光纖通信接口的設(shè)計(jì)需求,結(jié)合安全總線(xiàn)的通信模型,在物理層使用光纖進(jìn)行通信,提高了通信的準(zhǔn)確性,降低了通信出錯(cuò)的概率,從本質(zhì)上提升了通信的可靠及安全性。提出一種使用FPGA技術(shù)實(shí)現(xiàn)光纖通信接口的方法。在FPGA內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了光纖物理層的功能,提高了系統(tǒng)集成度,同時(shí)也減少了外圍專(zhuān)用芯片的使用,降低了成本。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該光纖通信接口在功能及性能方面,都可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求。3.基于幀轉(zhuǎn)發(fā)方式支持冗余結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的研究。幀轉(zhuǎn)發(fā)方式在物理層、數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)對(duì)總線(xiàn)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀進(jìn)行操作,實(shí)現(xiàn)對(duì)包括冗余環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的多種總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹С�。幀轉(zhuǎn)發(fā)方式可以選擇更短的路徑將數(shù)據(jù)幀送達(dá),可以有效的減少鏈路的通信量。4.基于透明傳輸方式支持冗余結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的研究。在透明傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)中,提出了“Deaf Time”機(jī)制,用于解決雙環(huán)拓?fù)涞臄?shù)據(jù)沖突問(wèn)題。并且在冗余雙環(huán)形拓?fù)渲?數(shù)據(jù)自動(dòng)選擇較短的路徑到達(dá)目的地。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試,透明傳輸方式有更小的通信延遲,實(shí)現(xiàn)的時(shí)候占用更少的資源。兩種支持冗余結(jié)構(gòu)的光纖通信系統(tǒng),通過(guò)在鏈路上的冗余,增強(qiáng)了系統(tǒng)的硬件容錯(cuò)能力,提高整體的安全等級(jí)。5.具有安全功能的數(shù)控系統(tǒng)總線(xiàn)應(yīng)用層的研究。針對(duì)總線(xiàn)應(yīng)用層的安全需求,設(shè)計(jì)了總線(xiàn)應(yīng)用層的安全通信方法,包括安全幀的結(jié)構(gòu)、時(shí)間窗機(jī)制、循環(huán)冗余校驗(yàn)、期待機(jī)制及數(shù)據(jù)冗余等技術(shù),并對(duì)綜合的剩余錯(cuò)誤率進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析,給出了該安全通信方法的剩余錯(cuò)誤率及所對(duì)應(yīng)的安全等級(jí)的計(jì)算方法。結(jié)合實(shí)驗(yàn),給出了時(shí)間窗機(jī)制設(shè)定通信窗口大小的具體實(shí)施過(guò)程。最后通過(guò)實(shí)際的實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了該方法中使用的各種機(jī)制檢錯(cuò)的能力可以達(dá)到預(yù)期要求。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院(沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TG659;TP273
【圖文】：

圖 2- 12 與安全總線(xiàn)共同使用的安全光幕 數(shù)控系統(tǒng)安全總線(xiàn)通信模型作為數(shù)控系統(tǒng)安全功能的一項(xiàng)重要機(jī)能，總線(xiàn)安全功能基于現(xiàn)有的數(shù)控，配合數(shù)控系統(tǒng)機(jī)床控制單元 MCU、安全伺服單元、安全 IO 單元等設(shè)系統(tǒng)的整體安全。雖然普通的總線(xiàn)提供了較好的可靠性，但是在某些比較惡劣的場(chǎng)景下，或其他裝置對(duì)通信線(xiàn)路或設(shè)備造成了較大的影響，導(dǎo)致總線(xiàn)上的某段通那么在這個(gè)故障設(shè)備之后的所有設(shè)備將無(wú)法和主站通信。這就是使用單載多個(gè)設(shè)備存在的安全上的缺陷，這也已經(jīng)引起總線(xiàn)技術(shù)研究人員的。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)是使用有容錯(cuò)技術(shù)能力的通信拓?fù)�，比如冗術(shù)。冗余環(huán)網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以在物理層提供冗余容錯(cuò)能力，當(dāng)一條鏈路么原因?qū)е聠?wèn)題出現(xiàn)后，可以啟用備用鏈路來(lái)恢復(fù)通信。同時(shí)在某根鏈障的時(shí)候，可以進(jìn)行報(bào)警提示，這就可以使系統(tǒng)可以達(dá)到較低的失效概是底層的冗余技術(shù)，所以對(duì)于上層的應(yīng)用并不需要做什么更改。

并且設(shè)置兩個(gè)時(shí)鐘之間的相位差為 90°。在本系統(tǒng)中外部使 的晶振，那么產(chǎn)生了兩路相位差為 90°頻率為 150Mhz 的時(shí)鐘。這過(guò)采樣模塊使用。使用了 90°的相位差其實(shí)是為了能夠同時(shí)利用兩鐘的上升沿和下降沿，來(lái)實(shí)現(xiàn)較高的采樣頻率的功能。用另外一路 PLL 產(chǎn)生 10x 的時(shí)鐘信號(hào)（使用乘數(shù)因子 10，除數(shù)因子信號(hào)給并串轉(zhuǎn)換模塊使用，因?yàn)楫?dāng)一個(gè) 10bits 數(shù)據(jù)到達(dá)之后，必須it 的操作才能把 10bits 的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。于內(nèi)部只有 2 個(gè) PLL，所以 5x 速度的時(shí)鐘需要單獨(dú)處理，5x 的時(shí)鐘用一個(gè)單獨(dú)的模塊，將 12.5x 的時(shí)鐘作為輸入，每部進(jìn)行 2.5 倍的時(shí)鐘提供給串行過(guò)采樣模塊、數(shù)據(jù)回復(fù)模塊和字對(duì)齊及檢測(cè)模塊。 5 倍的過(guò)采樣速率。鐘生成模塊最終生成的多路時(shí)鐘的波形圖如圖 3- 2 所示，其中 rlk、和 tx_refclk 為輸入引腳，分別對(duì)應(yīng)復(fù)位、接收時(shí)鐘輸入、發(fā)送時(shí)。clk_1x、rx_clk5x、tx_clk10x、rx_clk_12_5x、rx_clk90_12_5x 為輸圖中可以看出，rx_clk_12_5x 和 rx_clk90_12_5x 兩個(gè)時(shí)鐘的相位差

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王錦標(biāo);現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)(續(xù))[J];化工自動(dòng)化及儀表;1997年03期

2 曹巍;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的發(fā)展趨勢(shì)[J];石油化工自動(dòng)化;1999年05期

3 斯可克;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)新動(dòng)向[J];化工自動(dòng)化及儀表;2000年04期

4 黃健煒;淺談現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)[J];廣東化工;2000年06期

5 張永德;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)——第十一屆多國(guó)儀器儀表展覽會(huì)上的一道亮麗的風(fēng)景[J];化工自動(dòng)化及儀表;2001年02期

6 練永青;也談現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用[J];石油化工自動(dòng)化;2002年05期

7 朱玉華;幾種典型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的比較[J];遼陽(yáng)石油化工高等專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào);2002年02期

8 范宇,鄭揚(yáng)遠(yuǎn),張石生;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在煉焦監(jiān)控和管理過(guò)程中的應(yīng)用[J];燃料與化工;2002年02期

9 呂崗,譚得健,馬方清;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的特點(diǎn)與發(fā)展[J];工礦自動(dòng)化;2003年02期

10 郭士堯;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)電纜技術(shù)介紹[J];石油化工自動(dòng)化;2004年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 王瑞珍;;CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用[A];2003年內(nèi)蒙古自治區(qū)自然科學(xué)學(xué)術(shù)年會(huì)優(yōu)秀論文集[C];2003年

2 李之昂;楊衛(wèi)華;佟云峰;黃瑋;張帆;;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)概述[A];昆明儀器儀表學(xué)會(huì)2004年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2004年

3 陰江;;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在宣鋼2500高爐的應(yīng)用[A];第七屆(2009)中國(guó)鋼鐵年會(huì)論文集（下）[C];2009年

4 張?jiān)?張?jiān)?;用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)改造企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（下冊(cè)）[C];2001年

5 陳紹魁;;電器開(kāi)發(fā)與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)[A];中國(guó)電工技術(shù)學(xué)會(huì)低壓電器專(zhuān)業(yè)委員會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2002年

6 唐磊;;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在電廠(chǎng)中應(yīng)用應(yīng)注意的問(wèn)題[A];2010年全國(guó)發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)會(huì)議論文集[C];2010年

7 白焰;;數(shù)字化電廠(chǎng)的基石——現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)[A];05'中國(guó)自動(dòng)化產(chǎn)業(yè)高峰會(huì)議暨中國(guó)企業(yè)自動(dòng)化和信息化建設(shè)論壇論文集[C];2005年

8 王保中;涂亞慶;張麗娟;;工業(yè)以太網(wǎng)與CAN現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的應(yīng)用方案探討[A];2005年中國(guó)智能自動(dòng)化會(huì)議論文集[C];2005年

9 孫榮高;孫德超;殷偉鳳;;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)液晶顯示節(jié)點(diǎn)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[A];全國(guó)先進(jìn)制造技術(shù)高層論壇暨第七屆制造業(yè)自動(dòng)化與信息化技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2008年

10 侯云浩;張國(guó)斌;黃振江;;國(guó)產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在豐泰電廠(chǎng)的試驗(yàn)與應(yīng)用[A];2010年全國(guó)發(fā)電廠(chǎng)熱工自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)會(huì)議論文集[C];2010年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 中國(guó)儀器儀表行業(yè)協(xié)會(huì)副秘書(shū)長(zhǎng) 陳鐵君;發(fā)展現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù) 抓住行業(yè)發(fā)展機(jī)遇[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2000年

2 ;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)引發(fā)工控領(lǐng)域技術(shù)革命[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2003年

3 宗文;國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的最新發(fā)展動(dòng)向[N];中國(guó)機(jī)電日?qǐng)?bào);2000年

4 策劃報(bào)道：《一周電氣》編輯部;工業(yè)以太網(wǎng)：現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的終結(jié)者？[N];機(jī)電商報(bào);2005年

5 王紀(jì)松;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中的應(yīng)用[N];中國(guó)建材報(bào);2003年

6 黃向龍;揚(yáng)長(zhǎng)避短 因地制宜[N];中國(guó)化工報(bào);2004年

7 楊曉曉;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)在藥品包裝生產(chǎn)線(xiàn)的應(yīng)用[N];中國(guó)包裝報(bào);2010年

8 記者　 章迪思 實(shí)習(xí)生 周惠婷;統(tǒng)領(lǐng)電器語(yǔ)言各“流派”[N];解放日?qǐng)?bào);2006年

9 奚家成 董景辰;DCS市場(chǎng)面臨新挑戰(zhàn)[N];中國(guó)工業(yè)報(bào);2003年

10 記者 苗家生、通訊員 袁幼零;我國(guó)已掌握FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)核心技術(shù)[N];光明日?qǐng)?bào);2000年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 劉生;數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)安全技術(shù)研究與應(yīng)用[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院(沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所);2015年

2 張向利;基于以太網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2008年

3 湯健彬;基于FF現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的FCS系統(tǒng)研究[D];浙江大學(xué);2001年

4 陳磊;從現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)到工業(yè)以太網(wǎng)的實(shí)時(shí)性問(wèn)題研究[D];浙江大學(xué);2004年

5 李偉波;基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的智能閥及其信號(hào)提取與二線(xiàn)傳輸模式研究[D];浙江大學(xué);2002年

6 翟偉翔;WorldFIP現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)分布式控制系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D];華北電力大學(xué)（北京）;2008年

7 孫翱;基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多傳感器信息融合理論及應(yīng)用模型研究[D];大連理工大學(xué);2000年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 周磊濤;基于FPGA的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)可重構(gòu)方法研究與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（沈陽(yáng)計(jì)算技術(shù)研究所）;2015年

2 周興;基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的閘門(mén)遠(yuǎn)程自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];電子科技大學(xué);2014年

3 張麗萍;DCS與現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)在聚丙烯生產(chǎn)中的應(yīng)用研究[D];西安工程大學(xué);2015年

4 張教;基于P-NET現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的分布式測(cè)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2015年

5 董以旺;基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的循環(huán)流化床鍋爐控制系統(tǒng)研究[D];安徽理工大學(xué);2016年

6 沈榮娟;基于Web的B/S模式多現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];東南大學(xué);2015年

7 劉祚;DeviceNET通用I/O節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];東北大學(xué);2014年

8 滕斌;自動(dòng)化控制系統(tǒng)中多現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)兼容性問(wèn)題探討[D];華中科技大學(xué);2004年

9 張琪;現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)儀表網(wǎng)絡(luò)的研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

10 唐永紅;基于現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)[D];中國(guó)石油大學(xué);2007年

本文編號(hào)：2731820