工业以太网的研究及其在造纸机传动系统中的应用

摘要

本文从工业以太网的关键技术入手，研究了传统以太网固有的传输不确定性，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。根据工业控制领域的未来需求，设计了一套基于PROFINET工业以太网的造纸机传动系统。为国内自主知识产权的纸机电气传动控制系统设计与开发提供理论和原创性的技术依据，使之达到技术含量高、整体控制精度高、运行稳定和投资成本低的目的。也为我国国产高速造纸机配套高速高精度的现场总线控制系统提供了较好的设计蓝本和参考应用案例。本文主要贡献是：
　　 1）PROFNIET关键技术研究
　　 PROFINET是PROFIBUS国际组织（PI）提出的用于自动化的开放的工业以太网标准，为自动化技术提供广泛和完整的解决方案。开发PROFINET的动力源自用户的需求、制造商投资规模的缩减以及整个工厂范围内的工程要求。它代表了一个重要的方面，即满足公司管理层到现场层通信的连续性。论文对PROFNIET系统模型和通信调度机制进行了全面的分析，论证了PROFINET IO和PROFINET CBA的模型构建以及通信调度方式的实施。对工业以太网PROFINET关键技术进行了较深入研究，分析了其系统模型和通信调度机制，并阐述了实现方案。
　　 2）传动系统的实现
　　 系统采用PROFINET总线，每台传动装置均配有一块PROFINET适配器模块；PLC作为控制核心，由PLC对操作台上每一个传动点的操作进行处理，并把由脉冲编码器测得的相应速度信号以总线通信方式传送给逆变单元；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。最后给出了系统现场运行参数和运行效果。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1课题意义及研究目的

1.2工业以太网的产生及发展

1.2.1集散控制系统

1.2.2现场总线控制系统

1.2.3工业以太网控制系统

1.2.4国内外工业以太网技术的研究现状

1.3本文的主要研究内容

2工业以太网关键技术

2.1工业以太网通信的实时性

2.1.1工业以太网的实时性分析

2.1.2工业以太网实时性的解决方案

2.2工业以太网的可靠性

2.3工业以太网的安全性

2.3.1工业以太网的信息安全性

2.3.2工业以太网的本质安全性

2.4工业以太网的远程传输和控制技术

3 PROFINET关键技术

3.1 PROFINET概述

3.2 IEC61158和IEC61784

3.3 PROFINET结构与功能

3.4 PROFINET IO的结构与通信机制

3.4.1 PROFINET IO的建模

3.4.2 PROFINET IO应用关系的建立

3.4.3 PROFINET IO通信关系的建立

3.5 PROFINET CBA模型构建

3.5.1 PROFINET组件模型概述

3.5.2工艺技术模块与PROFINET组件之间的关系

3.5.3在组件模型中的PROFINET工程设计

3.5.4 PROFINET运行期模型

3.6 PROFINET与实时通信

3.6.1 PROFINET的实时协议元素

3.6.2 RT通信

3.6.3 IRT通信

4基于工业以太网技术的造纸机传动系统设计

4.1控制系统的技术方案

4.2控制系统硬件选型

4.3电气传动控制系统的软件设计

4.4 PROFINET协议在造纸传动中的应用设计

4.4.1协议结构

4.4.2网络组态

4.4.3数据通信

4.4.4系统人机界面的设计

4.4.5系统实际运行效果

5总结与展望

5.1本文工作总结

5.2未来工作展望

参考文献

致谢

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