【摘要】：傳統(tǒng)以太網(wǎng)作為一種成熟的技術已經(jīng)廣泛應用在工業(yè)自動化系統(tǒng)中。然而,工業(yè)界對工控系統(tǒng)提出了更高的實時性與可靠性要求,傳統(tǒng)以太網(wǎng)現(xiàn)場總線技術已經(jīng)不能滿足要求。依托“兆瓦級風力發(fā)電機組PLC控制系統(tǒng)國產(chǎn)化”科技項目和“基于EtherCAT的高速互聯(lián)平臺設計”微課題,以提高風機PLC通信系統(tǒng)的實時性與可靠性為研究目標,以研究EtherCAT實時以太網(wǎng)為突出點,以EtherCAT代替?zhèn)鹘y(tǒng)以太網(wǎng)為實現(xiàn)方式。EtherCAT能夠提高網(wǎng)絡之間通信效率,實現(xiàn)了低于lms實時性通信標準。相對于傳統(tǒng)現(xiàn)場總線如CAN總線,EtherCAT完成了從毫秒級到微秒級的跨越。本文基于EtherCAT協(xié)議,研發(fā)了 EtherCAT互聯(lián)平臺,為EtherCAT在風機PLC通信系統(tǒng)的投入使用提供方案。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)研究了 EtherCAT基礎技術包括EtherCAT的運行原理、主站結構、從站控制器、狀態(tài)機和應用層協(xié)議�；贓therCAT協(xié)議,對比分析了 EtherCAT從站控制器芯片和微控制器,撰寫了 EtherCAT從站開發(fā)方案。本課題研究難點在于從站軟硬件的實現(xiàn),涉及微處理器芯片、EtherCAT從站芯片等的選擇,硬件設計及軟件代碼的優(yōu)化設計。(2)設計了基于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機制實現(xiàn)STM32和LAN9252的數(shù)據(jù)通信和共享;本文研究了 EtherCAT應用層CoE協(xié)議,設計了 CoE對象字典、設計了 CoE協(xié)議、優(yōu)化了 CoE代碼和SDO通信服務;基于EtherCAT從站平臺設計了專用的設備描述文件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EtherCAT系統(tǒng)的軟主站,用所設計從站應用平臺搭建了 EtherCAT主從通信環(huán)境,開發(fā)了主從通信系統(tǒng)搭建方法,并進行了通信時延設計與分析以及添加對象字典測試。實驗結果表明,所搭建的EtherCAT應用平臺實現(xiàn)了正常通信,主站正確讀取了從站所添加的對象。(4)將EtherCAT互聯(lián)平臺拓展性地應用在變電站過程層通信系統(tǒng),利用DG/850-i609開發(fā)板充當智能電子設備(IED),利用EtherCAT從站平臺以及TwinCAT3.1建立基于EtherCAT互聯(lián)平臺的GOOSE報文傳輸實驗測試環(huán)境,實驗測試了數(shù)據(jù)包的波形、丟包率、實時性,測試結果顯示采用EtherCAT通信GOOSE報文具有可靠性且能夠提高GOOSE報文的實時性。
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TM315
【圖文】：

如圖１－１所示，列出了最具逡逑競爭力強的五個以太網(wǎng)特性。對比幾種實時以太網(wǎng)的實時性能，其中ＥｔｈｅｒＣＡＴ實時性逡逑能最優(yōu)，如圖１－２所示。逡逑單位：ｌｉｓ邐實時以太網(wǎng)實時性對比逡逑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實時以太網(wǎng)實時性對比逡逑１．２邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ國內(nèi)外研究現(xiàn)狀逡逑本世紀初期，德國的一家工業(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：常具有競爭力的［：業(yè)以太網(wǎng)，岡為Ｋ具有需求少量的硬件設備與逡逑配套軟件，統(tǒng)－控制架構、接［Ｉ簡化、系統(tǒng)搭建和配置Ｉ：作簡便易行等優(yōu)點。傳統(tǒng)的現(xiàn)逡逑場總線能夠實現(xiàn)ｆ？穩(wěn)過渡到ＥｔｈｅｒＣＡＴ，因此ＥｔｈｅｒＣＡＴ更加適合解決前自動化控制領逡逑域的分散化的實時控制的突出問題，更加容易實現(xiàn)企業(yè)用戶對工業(yè)設備現(xiàn)場實時監(jiān)控，逡逑Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司對外宣布ＥｔｉｉｅｒＣＡＴ的研發(fā)成本是能夠低于傳統(tǒng)現(xiàn)場總線［＆１６］。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ足？種由傳統(tǒng)以太Ｍ延伸而來、并對傳統(tǒng)以太網(wǎng)進行修改過的開放式結逡逑構的現(xiàn)場總線技術

邐－媒體訪問逡逑－管理服務－狀態(tài)機逡逑圖１－２ＤＬ／ＡＬ服務和協(xié)議部分逡逑１．３論文研究內(nèi)容及論文結構逡逑本課題主要研[偭聳凳幣蘊詮ひ�、稻對行覚n姆⒄骨魘�，研[偭隋澹牛簦瑁澹潁茫粒�、辶x希牛簦瑁澹潁睿澹艫燃鋼質凳幣蘊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渝義險居τ悶教ù罱ǎ牛簦瑁澹潁茫粒醞ㄑ痘肪�，并对Ｅｔｈｅ}茫粒災鞔油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埃牛簦瑁澹潁茫粒緣姆⒄�。辶x轄檣鼙究翁獾睦叢礎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：2800281