實時以太網(wǎng)運(yùn)動控制總線及其可靠性研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展成熟，運(yùn)動控制系統(tǒng)逐步采用總線技術(shù)作為其硬件平臺，但現(xiàn)場總線受制于通訊速率、實時響應(yīng)等方面的限制逐漸不能滿足自動化設(shè)備對實時性、多軸同步、加工精度等方面越來越高的要求，于是面向運(yùn)動控制的實時以太網(wǎng)技術(shù)已成為數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展方向。本文基于實時以太網(wǎng)EtherMAC總線，對EtherMAC總線做了深入的研究，對總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和功能做了擴(kuò)展和完善，提出了多種可靠性保障機(jī)制和安全性措施，并通過實際項目應(yīng)用驗證總線的實時性和可靠

2、性。
　　論文首先回顧了運(yùn)動控制系統(tǒng)和總線技術(shù)的發(fā)展歷程，指出實時以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動控制平臺的優(yōu)勢和存在的問題，通過分析國內(nèi)外實時以太網(wǎng)總線的技術(shù)特點和發(fā)展現(xiàn)狀，引出EtherMAC總線自身的特點和優(yōu)勢所在。
　　論文詳細(xì)介紹了EtherMAC總線的通訊和同步機(jī)制，并在現(xiàn)有的線型網(wǎng)絡(luò)和環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上提出基于二叉樹型的樹形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，完善了EtherMAC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的形式，樹形網(wǎng)絡(luò)的短周期自治子系統(tǒng)可實現(xiàn)高速高精插補(bǔ)運(yùn)算。

3、基于線型網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點同步方案實現(xiàn)樹形網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點同步，使其具有更小的轉(zhuǎn)發(fā)延時和同步抖動。同時，針對應(yīng)用場合對不同節(jié)點的需求，論文設(shè)計實現(xiàn)了通用I/O模塊、編碼器模塊，完善了EtherMAC節(jié)點類型，并對單軸模塊進(jìn)行功能擴(kuò)充。EtherMAC總線采用網(wǎng)關(guān)方式兼容了Modbus、RTEX、CANopen等常用總線，使得使用這些總線的設(shè)備諸如變頻器、傳感器、總線型電機(jī)等可以無縫的連接到EtherMAC運(yùn)動控制系統(tǒng)，有利于擴(kuò)大EtherMAC總線的

4、應(yīng)用范圍。
　　針對EtherMAC總線在工業(yè)現(xiàn)場可能出現(xiàn)的故障，論文對總線的可靠性做了研究和分析，通過從節(jié)點的硬件優(yōu)化、程序優(yōu)化設(shè)計來提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，并在主節(jié)點設(shè)計實現(xiàn)基于循環(huán)冗余校驗碼的重發(fā)機(jī)制更正數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯誤。同時，結(jié)合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計總線安全機(jī)制，確保系統(tǒng)在故障發(fā)生時不會對人、環(huán)境或設(shè)備造成傷害。
　　最后將前述的理論和功能應(yīng)用到實際項目:基于EtherMAC總線的噴漆生產(chǎn)線控制