一種基于標準以太網(wǎng)的實時同步網(wǎng)絡研究.pdf

1、以太網(wǎng)已在互聯(lián)網(wǎng)、辦公網(wǎng)絡和企業(yè)管理網(wǎng)絡等領域獲得了廣泛的應用，其技術日臻成熟。以太網(wǎng)被廣泛接受的事實，使其具有了在工業(yè)控制系統(tǒng)中應用的趨勢和可能。工業(yè)以太網(wǎng)是將以太網(wǎng)技術應用到工業(yè)控制系統(tǒng)，并對其進行改進，以適應于工業(yè)控制系統(tǒng)需求而產(chǎn)生的一種控制網(wǎng)絡技術。和現(xiàn)場總線相比具有安裝成本低、傳輸速率快、支持服務類型多、用戶基礎廣泛等突出的優(yōu)點。但是目前工業(yè)以太網(wǎng)處于發(fā)展階段依然存在許多不適應現(xiàn)場應用的缺陷，例如網(wǎng)絡通訊協(xié)議缺乏實時性和確定性

2、、缺乏通用的應用層協(xié)議以及網(wǎng)絡節(jié)點間難以實現(xiàn)同步性等問題。 以高性能的運動控制模型分析得出網(wǎng)絡化運動控制系統(tǒng)需要通信數(shù)據(jù)的高性能實時傳輸、以及快速的同步運動等要求。本文綜述了以太網(wǎng)的實時性和同步性研究現(xiàn)狀，分析目前幾種常用的用于運動控制的工業(yè)以太網(wǎng)絡，參考IEEE802.3協(xié)議以及國家標準《控制與驅(qū)動裝置間實時串行通信數(shù)據(jù)鏈路》，提出了一種基于標準以太網(wǎng)的實時同步網(wǎng)絡，給出了網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)和工作方法。根據(jù)ISO/OSI七層模型，建

3、立了實時同步網(wǎng)絡的互連參考模型：制定了實時同步網(wǎng)絡的報文結(jié)構(gòu)及內(nèi)容；給出了實時同步網(wǎng)絡的通信時序、同步機制等。 分析了MAC_IP的工作原理，并劃分各功能模塊，選用硬件描述語言VerilogHDL，在開發(fā)工具Quartus Ⅱ設計了符合IEEE802.3協(xié)議的MAC_IP核，為以后符合實時同步網(wǎng)絡的MAC_IP核的開發(fā)打下了堅實的基礎。并對頂層模塊、發(fā)送模塊，接收模塊、MAC控制模塊以及物理層和主機(MCU)的接口以及CRC、C

4、SMA/CD、Hash表等算法進行了詳細說明。 具有以太網(wǎng)通訊能力的控制模塊是開發(fā)工業(yè)以太網(wǎng)控制系統(tǒng)的基礎，本文以基于實時同步網(wǎng)絡的電機控制模塊為例，詳細地介紹了電源電路設計、以太網(wǎng)PHY接口設計、spi總線擴展接口設計、控制單元(MCU)、FPGA開發(fā)以及電機控制接口等，并給出了FPGA中QEP電路設計，說明了具有網(wǎng)絡功能的控制模塊的開發(fā)方法。并將開發(fā)的MAC IP核經(jīng)編譯綜合后，下載到該電機控制模塊中，經(jīng)測試無錯包、丟包現(xiàn)象