马昕[1]2005年在《嵌入式工业以太网智能节点结构设计》文中认为工业以太网智能控制节点是工业以太网的重要组成部分,其性能的好坏直接影响到工业以太网的实时性、可靠性等性能。目前工业以太网智能节点系统主要采用8位或16位处理器和非实时操作系统控制的体系结构,但是现代工业现场对以太网控制提出了更高的要求,尤其在工业控制中对实时性、可靠性要求较高。因此,传统的智能控制节点在各种情况下及时、准确的响应现场的事件将会是比较困难的。本文首先对工业以太网智能控制节点的体系结构、嵌入式实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈技术进行了深入研究,提出了基于嵌入式技术的智能控制节点系统体系框架。在此基础上进行论证和分析,并设计了实验室原理样机,该样机设计采用基于ARM处理器作为处理器,运行实时操作系统,以以太网为通信媒介。 对于该实验室原理样机,本文按硬件体系和软件体系两部分进行分析和设计。在硬件体系上,智能控制节点的微处理器是32位的ARM处理器S3C44BOX,网卡芯片采用RTL8019AS,分别负责管理各自的硬件模块。在软件体系上,智能控制节点采用μC/OS-Ⅱ作为它的操作系统,嵌入式TCP/IP协议栈作为以太网通信传输协议,在该基础上进行驱动程序和应用软件的开发。最后讨论了试验结果。 通过最后的系统联调,该实验室原理样机达到了所设计的目的。论文的研究成果将是下一步工业以太网进入工业控制领域的现场层的重要的技术储备。
吴招辉[2]2008年在《基于工业以太网的远程测控通信技术研究》文中认为随着嵌入式应用的快速发展,计算机技术、通信技术以及以太网技术的广泛应用,引发了工业控制领域的深刻技术变革。控制系统结构网络化与控制系统体系开放化将是控制系统发展的未来。因此,工业以太网远程控制技术将是继现场总线控制系统(FCS)技术后新的发展趋势。CAN(Controller Area Network)总线作为有效支持分布式控制或实时控制的串行通信网络,在世界得到大面积的推广与应用。越来越多的工业设备采用CAN总线联网,组成分布式控制系统。以TCP/IP协议等协议为基础的Internet除了在通用计算机(PC机)上得到普及外,开始进入工业控制领域。现场设备接入以太网将大大提高控制系统的分布式特性,所以研究基于工业以太网的远程测控通信技术显得及时而且必要。针对工业以太网与CAN总线互联测控通信的研究,本文主要从以下两个方面进行了研究:一、基于CAN总线智能控制节点的设计。智能控制节点采用步进电机作为控制单元,CAN总线与控制节点的通信采用经典连接方式,并且通过单片机实现智能节点的控制。二、基于Ethernet-CAN总线的嵌入式网关的设计。这部分介绍了嵌入式网关的硬件设计以及μC/OS-Ⅱ下以太网与CAN总线之间的协议转换。通过这种不同总线的互联,实现对生产设备的控制。本文正是基于μC/OS-Ⅱ+TCP/IP+CAN的解决方案,以μC/OS-Ⅱ为软件平台,ARM为硬件模拟平台,开发了一种嵌入式的网关协议转换器;以单片机为平台设计CAN智能控制节点,最终实现以太网的远程控制。本文涉及CAN总线技术、TCP/IP技术、嵌入式系统等多方面技术,并主要针对系统的特点着重介绍整个系统的设计思路、需要考虑的问题、整个硬件电路的设计原理以及软件部分的实现。
李怀俊[3]2003年在《嵌入式工业以太网控制技术的研究与实现》文中指出随着以太网技术的不断发展，嵌入式系统与以太网相结合应用于工业控制领域已成为一大趋势。本文给出了一个基于嵌入式工业以太网的控制方案，基于此，具体讨论并实现了节点网络控制器的硬件架构和软件体系，为工业现场最底层的设备架设了单一高效的网络结构，形成了与现有Internet无缝连接的数据传输通道。 论文首先分析了Ethernet控制网络的组成结构，给出了以太网节点控制器的设计方案，分析了网络底层接口的工作机理，解决了节点微处理器与网络进行通信的有关问题。采用高性能的ATmega128控制器实现了控制方案，具有较高的传输速度和良好的网络性能。 论文的另一重点在于实现统一的网络通信协议，包括网络接口层的以太网数据帧接收协议、IP层的数据转发网络协议、TCP层的可靠流式数据报传输协议以及应用层HTTP数据处理协议。我们采用了滑动窗口、超时重发和确认机制确保了TCP协议的可靠性。如何使整个网络协议体系既能与通用协议一致，又兼顾到嵌入式系统本身空间小、结构紧凑的特点，是设计中所解决的重要问题之一。精简的代码流程、标准的分层结构模型以及合理的调用接口都是本设计中软件部分的特色。 论文最后就工业控制过程中实现B/S结构模型进行了分析和论述。设计了简洁的网络文件系统，采用CGI技术实现了嵌入式节点控制器与远程浏览器之间的接口，在浏览器下使用HTML表单可以远程修改系统参数，实时采集底层数据。 本课题的研究工作以建立先进的嵌入式以太控制网络为目的，就底层控制设备进行了研究和设计，具有一定的先进性和广阔的应用前景。
李维[4]2007年在《嵌入式TCP/IP在工业以太网中的研究与应用》文中研究指明随着计算机技术、通信技术与控制技术的飞速发展，工业控制网络的体系结构发生了一系列变革，集成自动化系统和企业信息系统的工业控制网络逐渐形成。CAN、ControlNet、P-Net、SwiftNet、WorldFIP和PROFIBUS等现场总线，不仅有效半径有限，通信协议不统一，而且成本高、速度低，从而缺乏良好的扩展性和兼容性。随着以太网技术的发展，这一先进的网络技术被推进到工业控制网络中，形成了工业以太网技术，从而很好地解决了现场总线遇到的问题。在现场级的节点控制模块中实现TCP／IP网络通信协议是嵌入式工业以太网的关键技术。本文对工业以太网技术和嵌入式TCP／IP技术进行了详细的研究和总结，并成功开发出了一个嵌入式工业以太网平台。本文着眼于嵌入式TCP／IP技术在工业以太网中的应用，综述了国内外工业以太网技术和嵌入式TCP／IP技术的发展情况和研究动态。在此基础上实现了嵌入式TCP／IP协议，并把它应用在一个以工业以太网构建的冷藏库测控系统中。事实证明此嵌入式TCP／IP协议完全满足工业以太网的需求。根据工业以太网的通讯要求，本文完成了如下方面的工作：深入研究了uC／OS-Ⅱ在处理器上移植的标准和Keil C编译器的限制条件，移植了uC／OS-Ⅱ操作系统到PD89C51RD2上。在uC／OS-Ⅱ操作系统基础上实现了网络接口设备驱动、链路层协议、ARP协议、ICMP协议、IP协议、UDP协议，并提出了用户应用程序编写的要求。
王裕如[5]2003年在《工业以太网在嵌入式系统中的应用》文中认为现场总线的产生和发展引发了工业控制领域的一场革命。现场总线以其全数字、全分散、全开放的特点成为控制领域的一个热点，基于现场总线的控制系统正在逐步取代传统控制系统，代表了先进控制系统的发展方向，但现场总线标准并未统一，仍处于多种总线并存时期。随着计算机技术、控制技术、通讯技术的发展和Internet迅猛发展，以太网技术的成熟，以太网应用于工业现场的通信实时性、现场设备的总线供电、可互操作性、本质安全、远距离通信等关键技术的逐一解决，以太网技术正是在现场总线标准争论处于不可开交之际，悄然进军现场总线控制领域，逐渐成为现场总线技术发展的新亮点。 以太网是IEEE802.3所支持的局域网标准，最早由Xerox公司开发，后经数字仪表公司、Inter公司和Xerox公司联合扩展，成为以太网标准。以太网标准只定义了链路层和物理层，作为一个完整的通信系统，它需要高层协议的支持。本课题中采用通用的TCP／IP协议作为高层通信协议。由于以太网技术成熟，连接电缆和接口设备价格相对较低，带宽也在飞速增长(出现了千兆bps甚至万兆bps以太网)，特别是快速以太网与交换式以太网技术的出现，以太网逐渐成为工业控制领域的主要通信标准。 本文从现场总线控制系统的发展现状出发，详细分析了现场总线协议的标准化过程，指出多种现场总线并存、多种通信网络长期并存的劣势，产生了以太网技术的优势，提出了应用于工业现场的一种嵌入式工业以太网的控制方案。 文章以以太网技术为基础，详细介绍了应用于工业控制过程的嵌入式硬件架构和嵌入式软件体系，具体分析了以太网控制网络的组成结构，给出了搭建此结构模型所必需的核心部分——网络控制器的设计思路，分析了网络接口和主机接口的工作机理，具体讨论了微处理器与网络进行通信的有关问题：数据包的有效接收和发送。实现统一的网络通信协议，包括以太网接口层的以太网数据帧接收协议，IP层的数据转发网络协议、TCP层的可靠流式数据报传输协议以及应用层的MODBUS大连铁道学院T学硕卜学位论文协议。
马克刚[6]2005年在《工业以太网在网络控制系统中的应用研究》文中指出随着工业自动化技术和信息技术的不断发展,建立统一开放的通讯协议和网络、实现信息网络和控制网络的融合成为网络控制系统急待解决的问题,工业以太网在技术和实际应用的适用性、可行性、发展性都具有很大优势,是解决上述问题的有效方法,成为网络控制系统的发展方向。确定性和实时性问题是工业以太网在网络控制系统中应用的关键问题,本文针对这一问题,研究工业以太网的应用与优化。 本文首先分析研究了网络控制系统通讯需求和通讯模型,在此基础上针对以太网的特性,分析研究了它在网络控制系统应用中的确定性和实时性问题存在的原因和解决方法,选择采用了全双工交换式技术作为工业以太网应用方案; 其次在对全双工交换式以太网进行深入分析研究的基础上,提出采用了基于令牌桶法的流量整形技术来保证全双工交换式以太网应用的可靠性和实时性问题。在此基础上,基于网络演算技术给出了全双工交换式以太网性能分析方法。 最后基于图分割模型,采用基于最优保留的遗传算法解决了网络结构优化问题来进一步提高系统性能,针对这一算法存在的问题,提出了基于模式处理和模拟退火操作的混合遗传算法,取得较好的成果,并对引入进化稳定策略进行了尝试。
袁亮[7]2005年在《嵌入式快速逻辑控制系统的设计与开发》文中研究说明当今制造业正面临一个快速变革的时代，减少资金投入、降低人力成本，提高劳动生产率等成为用户追求的目标，对于PLC系统的处理速度、开放性等方面的要求也大大超过从前。PLC已发展成为集实时控制、故障诊断、数据综合分析等复杂任务于一体的硬软件系统平台，这些任务的复杂性与控制的难度急剧增加，对PLC系统的功能提出了更高的要求。 要实现这些目标，就需要采用新的技术，不断改进系统的硬软件，如采用嵌入式实时操作系统、嵌入式高速处理器内核和工业以太网技术，就可以将高速的处理性能和良好的开放性引入到控制领域，推动PLC系统向更高层次发展。 本文对构建开放、快速、可靠稳定的新一代PLC系统的关键技术进行了研究，成功攻克了控制站内部高速并行总线技术、工业以太网应用实现技术、基于嵌入式处理器和实时操作系统的CPU模块设计、系统可靠性稳定性设计等技术难题。 工业以太网以其成熟的技术优势，已丌始在现场设备层网络中逐步应用，以工业以太网为网络平台，既可满足各控制站之间的高速数据通信的需求，又可以满足系统的开放性需求，在对工业以太网实现技术深入研究后，提出了工业以太网应用于控制系统的设计思路和开发过程，并在本地控制站与远程通讯站的通讯中成功应用；为满足控制站内高速数据采集的要求，改变以往控制站内应用串行传输数据的方式，研究参考了成熟的并行通讯总线模型(MULTIBUS总线和STD总线)后，原创性地提出了适合控制系统内部应用的高速并行总线“FPBUS”，在实验验证其可靠性与高速性能后应用于PLC系统中；基于控制系统对可靠性和稳定性的基本要求，以适合实际应用为原则，借助嵌入式处理器的稳定、可靠、廉价等优势，在PLC系统中大量应用了嵌入式处理器、微处理器和实时操作系统，分解出各种模块硬件和软件模型后，对各模块进行详细设计，并对各模块的可靠性和稳定性进行了分析与实际测试。 目前，我们开发的基于工业以太网、高速控制站内部总线和嵌入式微处理器技术的新一代PLC系统已通过了精度测试、可靠性测试和电磁兼容性测试一系列测试分析，并在工业现场中得到了成功应用。
杨慧[8]2010年在《工业以太网EtherNet/IP协议分析研究》文中认为近年来,随着以太网和TCP/IP技术的日益成熟和应用普及,以太网较之其它类型网络技术具有明显的优势。为了促进以太网在工业领域的应用,国际上成立了工业以太网协会(industrial Ethernet association, IEA),工业自动化开放网络联盟(industrial automation network alliance, IAONA)等组织,目标是将以太网应用于工业,推进工业以太网技术的发展,未来的网络控制技术的发展趋势必然是工业以太网。工业以太网有着比现场总线更优越的性能,并处于高速发展之中。研究工业以太网,以及后续开发基于工业以太网的设备具有广阔的市场前景。因此,工业以太网的研究,对于实现现有的工业设备直接与工业以太网通信,具有重要的理论意义和实际应用意义。本文根据课题研究需要,在硬件上以32位ARM处理器为核心,搭建了采用嵌入式Linux技术所需要的开发环境,深入研究了工业以太网EtherNet/IP协议。本文主要的工作内容如下：选择了合适的软硬件开发环境；搭建了进行工业以太网EtherNet/IP研究的嵌入式开发平台,建立了嵌入式交叉编译环境；实现了嵌入式实时操作系统μCLinux在硬件平台上的移植；进行了EtherNet/IP协议的分析研究；完成了在Linux(μCLinux)操作系统下网络控制器RTL8019的设备驱动开发；最后,进行了工业以太网EtherNet/IP协议源代码程序的框架设计,并编写了源代码工程的Makefile文件,以及在μCLinux下进行了基于EtherNet/IP的网络通信程序设计。本文将嵌入式技术应用在工业以太网研究上,为后续研究开发基于工业以太网的设备提供了较好的方案和思路；为现场总线的继续发展和以太网向工业设备底层的延伸找到了很好的结合点；为解决不同现场总线标准的产品兼容性问题和为用户构建开放的自动化系统和改造原有系统提供高性价比的解决方案打下了良好的理论基础。
王志东[9]2011年在《基于FPGA的交流伺服系统工业以太网接口技术研究及开发》文中研究说明随着交流伺服技术的发展和应用的普及、Ethernet技术的飞速发展以及工业网络控制要求的不断提高,面向工业以太网环境下的交流伺服系统在工业控制中的应用需求将越来越大。本文在深入研究TCP/IP协议栈的基础之上,提出了适合于工业控制的精简TCP/IP协议栈设计方法,并将其与交流伺服控制相结合,利用基于FPGA的可编程嵌入式开发技术,设计开发了带有Ethernet接口的交流伺服控制器。本文在对FPGA、嵌入式技术以及永磁同步交流伺服控制技术的设计思想、设计方法和工作原理研究和分析基础上,完成了带有Ethernet接口的交流伺服控制器总体方案和结构的设计。并在此基础之上完成了系统硬件电路的设计,利用FPGA和Ethernet控制芯片DM9000A以及网线接头HR911105A完成Ethernet接口电路设计,以FPGA和交流伺服控制芯片IRMCK201为核心完成了交流伺服控制电路设计。着重研究了利用FPGA典型开发流程对数码管驱动模块、IRMCK201参数处理模块以及编码器信号处理模块的设计方法,并利用硬件语言仿真软件ModelSim对所设计的模块进行仿真,来排除逻辑错误。详细介绍了Ethernet通信软件和伺服控制软件以及上位机通信界面的设计方法,提出了面向交流伺服控制的精简TCP/IP协议栈的设计思想以及各层协议的定义,完成了DM9000A驱动程序以及上位机通信界面的设计。在完成系统软、硬件设计的基础上,构建了一个带有工业以太网接口的永磁同步交流伺服控制测试平台,对以太网通信、交流伺服控制、控制参数采集、上位机监控等功能进行了测试,实验表明,系统性能达到了设计要求。
李婷[10]2010年在《网络型橡塑机械人机交互系统研究》文中研究指明橡塑机械是一个综合机械制造技术、液压传动技术和电器控制技术的产物。随着网络信息技术的飞速发展,将嵌入式技术、网络技术融入橡塑机械系统之中成为必然。嵌入式技术的应用能给橡塑机械的人机交互上带来更人性化的设计,更稳定的系统表现,更丰富的功能支持;网络化技术的应用将集中化控制引入了橡塑机械当中,可使工人远离恶劣的现场操作环境,带来更加自动、更加高效的控制系统。本网络型人机交互系统即是结合了嵌入式技术和网络技术的产物。在硬件系统方面、以基于ARM9技术的s3c2410为核心,提供了大容量的SDRAM和NAND Flash存储器,设计了兼容多种型号的LCD和触摸屏的扩展接口,并扩充了RS485总线、CAN总线和工业以太网支持。在软件系统上,以嵌入式Linux为基础,在跨平台QT开发库的之上,结合橡塑机械的特点,从与底层控制器的交互,与现场用户的交互,与远程用户的交互叁大部分设计了一整套性能稳定的人机交互软件。基于Qt的图形用户界面给现场用户和远程监控用户提供了良好的人机交互平台,无论是参数设置还是运行状态监测,操作上均简单人性。在通信上应用了多线程技术、网络技术,保障了数据通信的可靠性以及不同线程对数据读写的同步性。最后,通过RS485总线误码率测试和简单的网路测试证明了通信的可靠性,并介绍了人机交互系统在橡胶注压成型机和抽真空平板硫化机上的应用现状。
参考文献：
[1]. 嵌入式工业以太网智能节点结构设计[D]. 马昕. 西北工业大学. 2005
[2]. 基于工业以太网的远程测控通信技术研究[D]. 吴招辉. 武汉理工大学. 2008
[3]. 嵌入式工业以太网控制技术的研究与实现[D]. 李怀俊. 广东工业大学. 2003
[4]. 嵌入式TCP/IP在工业以太网中的研究与应用[D]. 李维. 湖南师范大学. 2007
[5]. 工业以太网在嵌入式系统中的应用[D]. 王裕如. 大连铁道学院. 2003
[6]. 工业以太网在网络控制系统中的应用研究[D]. 马克刚. 合肥工业大学. 2005
[7]. 嵌入式快速逻辑控制系统的设计与开发[D]. 袁亮. 浙江大学. 2005
[8]. 工业以太网EtherNet/IP协议分析研究[D]. 杨慧. 天津理工大学. 2010
[9]. 基于FPGA的交流伺服系统工业以太网接口技术研究及开发[D]. 王志东. 南京航空航天大学. 2011
[10]. 网络型橡塑机械人机交互系统研究[D]. 李婷. 浙江大学. 2010
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