實(shí)時(shí)以太網(wǎng)運(yùn)動(dòng)控制總線及其可靠性研究與應(yīng)用.pdf

1、隨著現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的發(fā)展成熟，運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)逐步采用總線技術(shù)作為其硬件平臺(tái)，但現(xiàn)場(chǎng)總線受制于通訊速率、實(shí)時(shí)響應(yīng)等方面的限制逐漸不能滿足自動(dòng)化設(shè)備對(duì)實(shí)時(shí)性、多軸同步、加工精度等方面越來(lái)越高的要求，于是面向運(yùn)動(dòng)控制的實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)以太網(wǎng)EtherMAC總線，對(duì)EtherMAC總線做了深入的研究，對(duì)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(guò)實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用驗(yàn)證總線的實(shí)時(shí)性和可靠

2、性。
　　論文首先回顧了運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)和總線技術(shù)的發(fā)展歷程，指出實(shí)時(shí)以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)和存在的問(wèn)題，通過(guò)分析國(guó)內(nèi)外實(shí)時(shí)以太網(wǎng)總線的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀，引出EtherMAC總線自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)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(shí)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(diǎn)同步方案實(shí)現(xiàn)樹形網(wǎng)絡(luò)從節(jié)點(diǎn)同步，使其具有更小的轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)和同步抖動(dòng)。同時(shí)，針對(duì)應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)不同節(jié)點(diǎn)的需求，論文設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了通用I/O模塊、編碼器模塊，完善了EtherMAC節(jié)點(diǎn)類型，并對(duì)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(wú)縫的連接到EtherMAC運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)，有利于擴(kuò)大EtherMAC總線的

4、應(yīng)用范圍。
　　針對(duì)EtherMAC總線在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)可能出現(xiàn)的故障，論文對(duì)總線的可靠性做了研究和分析，通過(guò)從節(jié)點(diǎn)的硬件優(yōu)化、程序優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾能力，并在主節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)基于循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的重發(fā)機(jī)制更正數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤。同時(shí)，結(jié)合IEC61508標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)總線安全機(jī)制，確保系統(tǒng)在故障發(fā)生時(shí)不會(huì)對(duì)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(shí)際項(xiàng)目:基于EtherMAC總線的噴漆生產(chǎn)線控制