工业以太网ethercat通信系统的研究与仿真

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1、北京交通大学硕士学位论文工业以太网EtherCAT通信系统的研究与仿真姓名：汪雅楠申请学位级别：硕士专业：安全技术及工程指导教师：谭南林201107中文摘要中又摘要摘要：本文以列车监控及故障检测通信系统为应用背景，基于工业以太网EtherCAT协议进行从站设备研究与协议建模仿真分析，为工业以太网EtherCAT在列车通信系统中的应用提供技术参考。首先，建立EtherCAT通信网络环境，简要分析了主站软件TwinCAT对EtherCAT的配置与使用，为下一步的研究完成环境配置。然后，基于EtherCAT从站芯片及协议，设计了基于嵌入式Lin

2、ux系统的EtherCAT智能从站。进行硬件接口设计及从站其他功能模块的配置，最终设计制作完成硬件电路板。完成了系统剪裁移植及从站网卡驱动开发，基于EOE协议实现了以太网包在EtherCAT网段内的分包传输，并建立了Boa网页服务器测试，最终实现了EtherCAT从站内的监控网页服务器，并测试了网络性能。另外，建立了工业以太网EtherCAT的时钟同步延时误差模型，并建立了引入误差量的时钟同步算法及仿真程序。基于EtherCAT网络的三种基本拓扑结构，进行同步误差仿真及分析，总结出三种拓扑结构的同步误差累积规律公式及累积参数。累积规律公式

3、为实际应用中构建复杂拓扑结构提供了理论参考，并可以用于改进主站的时钟同步算法。最后，在比较分析EtherCAT协议的优缺点之后，本文提出了一种新的基于EtherCAT改变而成的EtherDOG协议，能够实现无主站通信、竞选主站、并行传输、根据拓扑结构寻址等功能，并建立模型仿真分析EtherDOG协议的可行性。EtherDOG协议可以为通信节点白组织、自适应及微网段模块化提供通信技术支持。关键词：工业以太网；EtherCAT；嵌入式Linux；时钟同步；通信协议分类号：TP393．11ABSTRACTABSTRACT：Withtheback

4、groundofusingIndustrialEthemetinthetraincommunicationsystemformonitoringandfaultdetection，EtherCATslavestationdeviceisdesignedandresearched，andEtherCATprotocolismodeledandsimulated．ItCanprovidetechnicalreferenceforusingEtherCATinthetraincommunicationsystem．Firstlyi．,Ether

5、CATcommunicationnetworkenvironmentSestablishedTwinCATconfigurationforEtherCATisbrieflyanalyzed，anditcanprovidetheenvironmentforthefurtherresearch．Next，basedonEtherCATslavechipandprotocols，inteligentEtherCATslavestationisimplementedonembeddedLinuxsystems．Hardwareinterfacea

6、ndconfigurationofotherfunctionalmodulesaredesignedforthefinalhardwarecircuitboard．Ethernetsub—packettransmissionintheEtherCATnetworksegmentisachievedbasedonEOEprotocolafterLinuxsystembeingtailoredandslavenetcarddriverbeingdeveloped．BoawebserverinEtherCATslavestationisesta

7、blishedfortestingthenetworkperformance．Then．EtherCATclocksynchronizationerrormodelisestablished，andclocksynchronizationalgorithmanderrorsimulationprogramaredesigned．BasedonthreebasictopologystructureofEtherCAT,simulationandanalysisofthesynchronizationerrorisdone，afterthat

8、，theformulaeandparameterofthesynchronizationerroraccumulationforeachkindoftopologyaresummarized．