张雷[1]2003年在《工业以太网IDA规范通信服务的研究与实现》文中研究指明工业以太网是当前控制网络的发展趋势，但它也存在着一些问题，其中一个便是工业自动化统一的应用规范。在现有的各种工业以太网标准中，分布式自动化接口规范(IDA)有着自己明显的特点。 论文中简要介绍了IDA所定义系统的结构模型以及实现步骤，详细的研究了它的通信服务及其依赖的通信机制。其四种通信服务中，数据分发服务可以为用户应用功能块的输入输出刷新数据，它是基于RTPS提供的可预先配置、优化的发布／订阅机制。事件通知服务通常的应用场合是将报警状态、趋势数据等通知操作台，它基于RTPS提供的可靠的发布／订阅机制。远程方法调用服务用来调用其它模块的功能或函数，基于加强的Client／Server机制。特定数据交换服务采用MODBUS／TCP协议，典型应用是通过此服务得到PLC的不同参数。 同时，论文中将IDA规范的通信服务应用在以Rabbit2000为核心的工业以太网现场I／O设备中。用数据分发服务实现了现场控制模块的6路模拟量输入、8路开关量输入的数据传递以及模拟量输入上下限状态的传递；用事件通知服务实现模拟量输入上下限的设定功能；用远程方法调用服务实现模块8路开关量输出的控制；对于模块的6路模拟量输入数据传输还采用了特定数据交换服务将其实现；同时还实现了应用程序在网络上的自动发现。实现采用了基于对象的方法，将与通信相关的数据结构和行为封装起来。这种方法隐藏了具体实现的细节，只需要进行简单的参数配置即可实现系统的组成，这种基于对象开发的软件更易于修改、扩充和维护。 通过实际的开发和应用，证明了IDA规范的通信服务有着结构简单、易于实施等特点，更容易为用户及软件开发人员所接受。
张益南[2]2008年在《嵌入式Modbus/TCP协议的研究与实现》文中提出随着现场总线技术和工业以太网技术的快速发展,以及关键问题的突破,使得工业自动化领域的通信网络正在逐步统一到工业以太网。Modbus/TCP是工业以太网技术中最有发展前景的一种。Modbus主从式通信机制能很好地满足确定性的要求,与互联网的客户机/服务器通信机理相对应。Modbus通过与TCP/IP相结合,在TCP帧中嵌入Modbus信息帧,在工业自动化领域具有很高的性价比,是一种真正开放的理想解决方案,试验表明了它的有效性,应用案例已证明了它在实际应用中的价值。本课题在嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ和ARM7 Core的软硬件平台上,利用移植LwIP到ARM开发平台提出了一种支持多线程实时应用的嵌入式TCP/IP协议栈的实现。在通讯应用层上将Modbus帧嵌入到TCP帧中简单可靠地实现嵌入式Modbus/TCP协议栈,并详细论述了如何利用LwIP应用接口和多线程机制实现Modbus客户/服务器通讯模型。主要内容可概括为以下几个方面:(1)分析了Modbus/TCP工业以太网的研究现状以及发展前景,明确嵌入式Modbus/TCP协议栈开发的任务和目标;(2)详细分析了LwIP协议的进程模型、操作系统模拟层、缓冲与内存管理等关键技术,阐述了LwIP协议栈的可移植特性;(3)在实时内核μC/OS-Ⅱ和ARM7 Core的软硬件平台上,利用移植LwIP到ARM提出了一种支持多线程实时应用的嵌入式TCP/IP协议栈的实现;(4)分析研究了Modbus/TCP协议通信结构模型,采用模块集成的方式实现了嵌入式Modbus/TCP协议栈,并对嵌入式Modbus/TCP协议栈的运行可靠性与实时性提出探索性的见解;(5)通过将嵌入式Modbus/TCP协议栈移植到工业控制I/O设备上,即将I/O设备挂载在Modbus/TCP工业以太网中,实现以设备为中心的网络结构,形成了统一的工业以太网通信模型。
冷杉, 黄榕华, 潘福明[3]2002年在《分布式自动化接口IDA的RTPS和XML应用》文中研究说明随着IT技术的迅速发展,动化领域已经开始采用以太网和Web技术实现开放和分布式智能系统。本文主要介绍、分析了IDA组织提出的分布式自动化接口技术的核心部分内容中的RTPS和XML应用原理和方法。
郭剑锋[4]2004年在《工业以太网技术的研究与实现》文中研究说明本文论述了现场总线和工业以太网的产生与发展现状，比较了二者的优缺点，分析了商用以太网应用于工业现场领域所面对的问题，针对上述若干问题，在总结了工业以太网应用方面现存的标准和方案之后，提出了以太网到工业以太网的改进策略。同时，列举并分析了现存的几种工业以太网标准和应用。 IEEE802.3和TCP／IP协议可以作为工业以太网物理层、数据链路层、传输层、网络层的规范，基于微处理器实现的Ethernet和TCP／IP网络控制器既可以兼容办公局域网，也可以通过进一步扩展实现工业以太网通讯功能。论文的研究重点是在ARM核微处理器基础上，设计并开发具备Ethernet和TCP／IP通讯功能的网络控制器。在介绍了ARM(Advanced RISC Machine)核微处理器的体系结构、实时操作系统uC／OS Ⅱ内核和小型TCP／IP协议栈1wIP后，论文着重论述了将uC／OS Ⅱ和1wIP移植到ARM核微处理器AT91X40X上，实现EthernetTCP／IP通讯功能的网络控制器的过程，详细论述了实验的测试用例。测试表明，课题所设计的网络控制器实现了Ethernet TCP／IP通讯功能，可以成功的与标准以太网适配器进行通讯。 ． 本课题设计的网络控制器可以采用Socket Client／Server方式实现与监控站的通讯，通过这种方法，控制器的任务数据可以被更改和升级。该控制器也可以作为开发工业以太网仪器仪表的基础。
吴昌才[5]2008年在《Ethernet/IP通信适配器硬件设计》文中认为工业以太网是近年来的研究热点,相对于我国在现场总线技术上的落后现状,我们不应该在这个领域再次落后。本文论述与上海捷准工业自动化公司合作开发的Ethernet/IP通信适配器,即是符合工业以太网Ethernet/IP协议的工业控制现场仪器。其应用主要包括两个方面:(1)集成在传统的工业设备上,作为工业控制系统中信息管理层与现场设备层之间的沟通桥梁;(2)作为独立的设备,是Ethernet/IP工业互联网组网的基础设备,不同协议的工业设备、工业控制系统通过与Ethernet/IP工业互联网通信适配器的连接,便可实现数据集成、协议转换。本文首先介绍工业以太网的发展概况及其关键技术,并简要描述了国际上现有的几个比较典型的工业以太网协议:Modbus-IDA工业以太网、Ethernet/IP工业以太网、ProfiNet工业以太网、FF HSE工业以太网。并详细介绍了Ethernet/IP以太网技术,包括:Ethernet/IP的协议模型,应用层协议CIP。Ethernet/IP通信适配器作为工业以太网控制系统中的中介点,其对实时性、可靠性皆有很高的要求,必须构建稳定、强健的硬件平台作为其基础。由此,本文设计了以S3C2410A微处理器为核心的硬件系统。硬件设计充分利用S3C2410A出色的内核性能及丰富的外围设备接口,构造出带有以太网、USB、RS232、LCD、I/O扩展接口的硬件平台。本文完成了从原理图设计、PCB设计等工作,并借助工具对最终的硬件系统进行底层测试,经检测表明,Ethernet/IP通信适配器有良好的稳定性、可靠性、实时性。最后,对课题研究进行总结,指出一些有待进一步提高和改进的地方。
徐毓军[6]2003年在《基于工业以太网的电动执行机构的设计和开发》文中研究表明随着信息技术和自动化技术的发展，智能化、数字化和网络化代表了现代工业控制仪表的发展方向。而控制网络也在不断变革，特别是工业以太网因为其自身的众多优点，而被国内外自动仪表厂家看好，为此对工业以太网的研究被国家列为“十五”期间的“863”重点项目，本课题就是该项目的一个重要组成部分。本文的主题是基于工业以太网的电动执行机构的设计和开发。研究的基本目的是开发出符合工业以太网要求的电动执行器，并且同时实现变频调速功能，以符合国外同类产品的发展趋势。本文首先介绍了工业仪表、特别是电动执行机构和工业控制网络的发展历史和发展趋势，并简要介绍了嵌入式系统在仪表中的应用前景，为系统的总体设计提供思路和方向。然后，本文以主要篇幅来介绍该执行机构的设计和开发实现过程。这些工作主要包括：对电动执行机构的主电路和控制软硬件进行系统分析和总体设计，为后续开发工作做好铺垫；对电动执行机构主电路进行设计和开发，主要是实现交-交变频的电力电子电路及与之相关的保护电路；对电动执行机构的控制电路进行设计和开发，主要包括对变频电路的控制，人机界面的设计，执行机构位置测量电路的实现，串口通信的实现等；在工业以太网方面，本文介绍了工业以太网技术和国内外几种典型的工业以太网协议，并着重介绍了用于工业过程控制的EPA协议，并对其进行了分析。然后结合实际项目，借鉴了EPA协议，实现了电动执行机构的工业以太网通信。本文最后对设计开发过程中所遇到的经验教训进行了总结，对进一步改进该产品提出了自己的意见，并对国内控制网络和工业以太网的发展和推广提出了自己的看法和展望。
李光军[7]2006年在《基于工业以太网的“透明工厂”的研究与应用》文中研究说明“透明工厂”是基于工业以太网标准Modbus TCP/IP和Web技术的,建立在新的信息技术(IT)和通讯技术的基础上的自动控制网络系统。它完全满足企业把工厂建设成一个全自动化、信息化、网络化的现代化工厂的要求,应用层采用Modbus通讯协议,且将Web技术应用到工业自动化,在自动化平台上内置Web Server,从而使控制数据易于被不同的操作系统得到,通过公共网络来访问工业现场的数据,这种基于Web的体系结构使工业数据更加同步,网络集成难度降低,也可以更好的控制网络的数据流量。 “透明工厂”技术是完全开放的,它可以在所有的自动化环境下与制造执行系统(MES)和企业资源计划(ERP)无缝连接。通过软件开发平台及网络协议,将整个控制系统的控制站及操作站HMI统一编制IP地址,可方便访问各系统的共享数据。在软件设计时,将系统的硬件状态及重要的工艺参数均设置在Web中,设备维护及生产管理人员可通过网络系统实现远距离的访问,及时了解各系统的运行状况,实现了整个系统的透明化,即“透明工厂”。 昆钢烧结厂为建设成一个全自动化、信息化、网络化的现代化工厂,更好地应用目前的PLC系统,降低成本,均采用原有的施耐德电气公司984、Quantum系列PLC控制系统,结合原料场、烧结、球团系统工艺特点,自动化控制系统设计为四级网络系统:0级现场级(设备网)为基础自动化网络,采用MB+网和S908远程控制网、DCS采用HF总线和V网。一级过程控制级,采用工业以太网,通过网桥与PLC的MB+网、DCS的V网相联,主要完成过程数据的采集、处理、生产过程的操作和监视、控制与报警,通信介质采用光缆和无线。二级管理级,采用100M以太网,将原料场、烧结、球团、办公系统连接起来,主要完成过程优化控制模型的建立与计算、软件编程及调试、生产管理、报表打印等功能,通信介质采用光缆。叁级网络的接口:与外部的INTERNET相联、预留与公司ERP系统相联,实现远程实时监控。
王新强[8]2007年在《基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用》文中指出随着控制技术、计算机技术、通信技术、网络技术等的飞速发展,传统的工业控制系统开始向网络化和开放性发展。当各种现场总线相持不下之时,以太网以其开放性、通信速率高、丰富的软硬件资源、可持续发展潜力大等优点渗入到控制系统的控制层和设备层,使得工业以太网技术成为未来工业控制网络发展的方向。课题“基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用”从工业以太网的关键技术入手,研究了一般以太网固有的传输不确定性;现场设备的供电问题;传统以太网设备互操作性不强;本质安全和远程传输等缺点。着重对如何提高通信响应实时性和安全性以及如何实现远程传输等问题进行了深入的探讨、分析,使用全双工交换式以太网技术解决传输中通信的实时性和确定性问题,使用工业以太网交换机扩大网络带宽。通过用连接电缆中的空闲线缆为现场设备提供工作电源,以实现现场总线供电。用低功耗技术和本安防爆技术解决现场设备的安全问题,给出了比较理想的工业以太网解决方案。根据工业控制领域对网络支持系统的要求,借鉴商业以太网的设计原则和方法,设计了基于分层结构化工业以太网结构,拟为工业控制系统提供一个安全、稳定、互操作性好的通信平台;同时,按照该设计思路和原则,设计了一个基于Modbus/TCP工业以太网的城市污水处理远程监控系统。在城市污水处理远程监控系统的组态方面,选用北京亚控科技公司的组态王组态软件,开发了城市污水处理远程监控系统的组态部分。为了节省建设投资和成本,只在系统监控层采取了冗余措施以保证系统的安全。该系统已经成功在某城市污水处理厂运行,洁净了该市的排水、为人民生活和社会生产提供了可持续发展的前提,取得了明显的经济效益和社会效益。
邓昌建[9]2005年在《工业以太网通讯协议和接口技术研究》文中提出从70年代到今,分布式控制系统经历了若干发展阶段,从集散控制系统(DCS)、到现场总线控制系统(FCS)、再到基于以太网和TCP/IP技术的工业以太网(The Industrial Ethernet)。现场控制终端单元日益智能化,控制的方式也正走向多智能控制单元的协同工作模式;以后的现场设备很可能不再是简单的传感器和控制器,而将是具有一定的自主控制、数据管理和通信能力的智能设备。现场设备之间通讯方式的选择,通信协议、通信技术的采纳和应用,在控制系统中显得越来越重要。以太网成本低、用户多、技术成熟等诸多优点,使工业以太网成为控制系统中受欢迎和支持的通信方式。首先,同以太网一样,通信协议也是工业以太网的通信基础。由于民用以太网和工业以太网各自的特点不同,工业以太网的通信协议也有自身的一些特点;而关于工业以太网的通讯协议的研究,在工业界和学术界也受到了广泛的重视。其次对现场设备,人们要求它具有相应的通信能力,即要求它具有工业以太网的智能通讯接口。由于工业以太网的快速发展,人们需要对通讯协议、接口技术这两方面的技术有一个较为全面和系统的认识;同时,市场上也需要这两方面的新技术和新产品。本论文针对这些需要,依据对市场上成熟的工业以太网产品(网卡、交换机、网关、智能I/O、实时通讯中间件、工业以太网应用软件和管理软件等)所采用的技术的分析,以及对最近的研究成果的研究和认识,提出了在PC机上采用NDIS技术和其它的相关的技术实现工业以太网实时通信的方法;提出了在工业以太网使用OPC技术的方法;以及用软件在工业以太网的智能接口中实现有关通讯协议的方法。本论文首先说明和介绍了工业以太网的通讯协议和接口技术的基本知识、实现方法以及发展动向(其中介绍了四种目前较流行的工业以太网的通讯协议:Ethernet/IP、Modbus/TCP、ProfiNet、FFHSE)。其次是介绍了用相应的开发工具开发实时通讯组件(或其它程序)、编写交换实时数据的OPC服务器和客户端程序、和设计以太网智能通讯接口的基本方法。最后做出了总结,并指出存在的不足和以后研究、工作的内容及方向。
马进[10]2010年在《数控工业以太网系统设计及驱动程序开发》文中研究说明高档数控机床作为重要的工业制造设备,需要实现高速高精加工功能,多通道、多轴联动和复合加工功能。在数控系统和计算机之间建立高速实时数据传输通道是实现系统功能的重要保证。本文设计的目标是确保计算机与伺服单元的通讯能够满足数控系统实时性与可靠性的要求。设计一个应用于数控系统的工业以太网总线通信模块,并为上位机开发工业以太网驱动程序,为数控系统控制程序提供用于控制总线和传输数据的应用程序接口(API),而实现上位机与数控系统的高速可靠通讯。为了提高总线实时性,将使用RTX(Real-Time Extension)软件提供与windows兼容的强实时环境。研究工业以太网通用驱动程序的实时化方案,给出了工业以太网实时API的实现方法,编写符合标准的Windows驱动程序模型(WDM)的驱动程序,达到数控系统在通信方面的稳定性高、实时性强的要求。本文主要研究了工业以太网标准,包括工业以太网体系结构、协议的分层结构及通信模型,特别是TCP/IP协议。根据系统要求,设计工业以太网通信模块。之后分别从原理、特性和实际应用等角度详细分析了RTX实时环境。RTX作为Windows的子系统为那些具有强实时特性的Win32兼容的任务和线程提供了一种内核模式的可执行环境。另外,文中对数控系统的工业以太网前端通信模块作了详细的阐述。采用PCI-以太网接口卡作为上位机接口,设计专门的工业以太网前端模块作为伺服控制模块的接口。随后,本文重点研究了以太网协议,通过RTX提供的API函数对以太网芯片的寄存器进行直接的操作来实现数据的传输。验证了系统具有高可靠性和高实时性,足以满足高档数控系统的性能要求。
参考文献：
[1]. 工业以太网IDA规范通信服务的研究与实现[D]. 张雷. 大连理工大学. 2003
[2]. 嵌入式Modbus/TCP协议的研究与实现[D]. 张益南. 浙江大学. 2008
[3]. 分布式自动化接口IDA的RTPS和XML应用[J]. 冷杉, 黄榕华, 潘福明. 工业控制计算机. 2002
[4]. 工业以太网技术的研究与实现[D]. 郭剑锋. 机械科学研究院. 2004
[5]. Ethernet/IP通信适配器硬件设计[D]. 吴昌才. 厦门大学. 2008
[6]. 基于工业以太网的电动执行机构的设计和开发[D]. 徐毓军. 清华大学. 2003
[7]. 基于工业以太网的“透明工厂”的研究与应用[D]. 李光军. 昆明理工大学. 2006
[8]. 基于工业以太网的污水处理监控系统的研究与应用[D]. 王新强. 湘潭大学. 2007
[9]. 工业以太网通讯协议和接口技术研究[D]. 邓昌建. 电子科技大学. 2005
[10]. 数控工业以太网系统设计及驱动程序开发[D]. 马进. 上海交通大学. 2010
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