ethercat工业以太网视野之现场控制体系主站设计与应用研究

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1、EtherCAT工业以太网视野之现场控制体系主站设计与应用研究1绪论1.1课题的研究背景及意义随着控制技术、计算机技术、通信技术以及网络技术的发展，以太网以其传输速率高、数据量大、应用广泛、技术成熟、兼容性和开放性好等优点，弥补了传统现场总线的缺陷。从信息集成的角度出发，将现场总线与以太网相结合是企业实现管控一体化的最好方案。经过多年的努力，目前以太网技术已经广泛应用于工业自动化系统。其中，以基于普通工业以太网基础上延伸而来的实时以太网技术的不断完善和标准化，实时工业以太网总线技术己成为当前工业

2、现场总线技术的一个重要发展方向。工业以太网与传统的控制网络相比，工业以太网具有更广泛的应用性、丰富的软硬件资源，并且其支持所有的编程语言。另外基于工业以太网的控制系统以通过简单的网络设备进行组网，可实现工业控制网络与办公自动化网络的无缝对接。在工业控制领域，工业以太网技术己经成为一个热门的研究课题。目前世界上比较成熟的工业以太网标准如下：Modbus/TCP、EtherNet/IP、Profmet、PoetforControlAutomationTechnology)标准总线以其卓越的优点正获得

3、越来越多的产品研发人员的青睐，该工业以太网标准是由德国BECKHOFF自动化公司幵发设计的。EtherCAT拥有突出的通讯性能、简单的实现方式、有良好的可扩展性和协议的开放性等优点。EtherCAT创立了新的技术标准即3(Vs内可以刷新1000个I/O数据，实时性好，因此可以实现工业现场的实时控制。EtherCAT系统可以使用通用的双绞线或光纤作为通讯线缆，并且可以用一个简单的线性拓扑结构取代昂贵的以太网星型拓扑结构，不需要昂贵的基础设施组件。EtherCAT系统组建还可以使用传统的交换机连接方

4、式，用以整合其他以太网设备，其它的实时以太网标准在系统的组建上有特殊的要求。利用EtherCAT可以将企业的信息网络与工业现场控制网络进行连接，实现系统垂直优化集成。1.2国内外研究现状我国于2005年02月自主研发的实时以太网EPA通信协议ReallimeEthemetEPA(EthemetforPlantAutomation)顺利通过IEC各国家委员会的投票，正式成为lEC/PAS62409文件。在国家863计划的支持下，幵展了EPA(ethemetforplantautomation)技术

5、的研究，由浙江大学、中国科学院沈阳自动化研究所、清华大学、大连理工等单位联合成立的工作组，经过3年多的努力，以高效、稳定、标准的以太网和UDP/1P协议的确定性通信调度策略为基础，将大量成熟网络信息技术应用于工业现场设备之间通讯[4],为适用于现场设备的实时工作建立起了一种全新的标准。EtherCAT是一种开源的实时以太网现场总线的网络通信的协议，最初由德国BECKHOFF公司研发。它是一个源代码开放、高性能的，广泛用于伺服运动控制系统和其他科研、装备制造业的技术。2003年11月，EtherC

6、AT技术协会（ETG)成立，该协会是一个国际性的中立组织。来自于多个工业领域的最终用户和领先的自动化设备提供商为该组织成员，共同支持,推广并促进EtherCAT技术的发展。2005年2月，EtherCAT通过96%的IEC会员投票表决，正式成为IEC规范。2007年12月，EtherCAT成为国际标准，是IEC61158和IEC61784中定义的第十二种通信协议标准。ETG目前已经得到来自60个国家的2000多名会员公司的支持，并且己经发展成为全球最大的发展最快的工业以太网技术组织。2Ether

7、CAT工业以太网总线技术介绍2.1工业以太网工业以太网，一般是指在技术上兼容商用以太网，但在设计相关产品时两者是有所区别的，对于材料、产品的强度、实时性、互操作性、可靠性、抗干扰性、本质安全性和适用性等方面要能满足工业现场需求。工业以太网开始在控制层网熬中逐渐占据主流位置，并且滲透到现场设备层网络[7~9]。工业以太网有以下几点技术优势：以太网是一种全幵放、全数字化的网络，根据网络协议可以实现在水平层面上集成不同厂商的网络设备；以太网可以实现控制网络与企业信息网络在垂直方向上的集成，形成企业级管

8、控一体化的全开放网络；通信速率高，当前广泛使用10M和100M快速以太网能够满足企业信息系统对通信网络带宽和性能要求。在许多情况下，现场总线已经无法满足传输要求。目前千兆以太网技术己经逐渐成熟，并开始适用，10G以太网也正在研究当中。可持续发展潜力大，用户在技术升级方面可以共享资源，而无需独自的研究投入，相比较，任何现有的现场总线技术都是无法达到的。2.2EtherCAT总线技术EtherCAT为系统以其高实时性和灵活的拓扑结构为现场总线建立了新的标准，缩减了现场总线的使用成本。EtherCAT