EPA現(xiàn)場控制器通信模塊的設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

1、近年來，工業(yè)以太網(wǎng)憑借著其開放性、可靠性、易用性、E網(wǎng)到底等優(yōu)勢，逐漸成為了工業(yè)控制領(lǐng)域的重要組成部分。在國內(nèi)，EPA標(biāo)準(zhǔn)作為一個擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)也取得了重大的進(jìn)展，并正式進(jìn)入現(xiàn)場總線國際標(biāo)準(zhǔn)IEC61158。隨著EPA的快速發(fā)展，EPA系統(tǒng)的現(xiàn)場設(shè)備、現(xiàn)場控制器、網(wǎng)橋等關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)也迫在眉睫。而作為EPA控制系統(tǒng)的核心，EPA現(xiàn)場控制器設(shè)計(jì)和開發(fā)對EPA的發(fā)展有著重大的影響。 本文主要以EPA現(xiàn)場控制器通信模

2、塊為研究對象，針對現(xiàn)場控制器通信模塊設(shè)計(jì)中的時(shí)間同步設(shè)計(jì)、通信調(diào)度模塊、系統(tǒng)定時(shí)器設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)冗余等關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行深入的研究和討論。 在當(dāng)前系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)穩(wěn)定、可靠的高精度通信調(diào)度是通信模塊設(shè)計(jì)的首要任務(wù)，而高精度時(shí)間同步和高精度時(shí)間服務(wù)是高精度通信調(diào)度的基礎(chǔ)。在本系統(tǒng)中，高精度的時(shí)間同步和高精度的系統(tǒng)定時(shí)器是當(dāng)前系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在同步系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，將晶振補(bǔ)償算法、時(shí)間戳濾波與IEEEl588結(jié)合起來極大的提高了系統(tǒng)的同

3、步精度，將同步精度從100us提高到5us以內(nèi)，達(dá)到了us級高精度同步。同時(shí)在系統(tǒng)定時(shí)器設(shè)計(jì)過程中，引入了Delta列表算法，克服了傳統(tǒng)定時(shí)器設(shè)計(jì)中存在的精度差、效率低的缺點(diǎn)，達(dá)到了us級定時(shí)精度，同時(shí)提高了定時(shí)器效率，與高精度時(shí)間同步配合為EPA現(xiàn)場控制器所需的高精度時(shí)間服務(wù)提供了良好的平臺。通過以上的工作使系統(tǒng)調(diào)度精度達(dá)到20us，遠(yuǎn)高于EPA系統(tǒng)要求的1ms的調(diào)度需求。最后針對工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)對可靠性的苛刻要求，提出了透明雙網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)冗

4、余的設(shè)計(jì)方案，在不影響EPA網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞臈l件下，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?文中首先介紹了工業(yè)以太網(wǎng)以及EPA的發(fā)展歷程和最新的進(jìn)展情況，然后闡述了現(xiàn)場控制器通信模塊的設(shè)計(jì)目標(biāo)和主要工作。EPA現(xiàn)場控制器通信模塊的研究和設(shè)計(jì)是本文的研究重點(diǎn)，在第三章、第四章中分別針對通信模塊的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，著重介紹了時(shí)間同步、通信調(diào)度、高精度系統(tǒng)定時(shí)器、透明雙網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)冗余設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)。硬件設(shè)計(jì)主要包括網(wǎng)絡(luò)隔離接口的設(shè)計(jì)、網(wǎng)卡