基于EtherNet/IP的工业控制网络的研究与实现

摘要

本文根据工业控制系统的要求，研究并讨论了将传统以太网移植到工业控制领域所必须解决的实时控制性、网络安全性等关键技术问题，并设计了一个用于工业现场的现场设备平台。全文主要内容包括： 1．介绍了以太网的发展历程，以及以太网用于工业控制领域的优势及其发展趋势。 2．对以太网的实时能力和影响实时性的因素进行了分析，并提出了改善和解决实时性的一些措施，针对工业控制网络的安全性要求，给出了实现网络安全的一些初步方法。 3．根据现场设备的要求，设计了具有以太网通信功能的现场设备硬件平台。 4．针对研究综合自动化实验室的运动控制装置，设计了基于网络化的监控系统的模型，并实现基于此实验装置上的具有数据流和视频流的网络化信息监控系统。 5．详细介绍了EtherNet/IP系统的软硬件调试方法以及初始化代码的步骤，并编写了电路系统引导程序。

目录

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声明

第1章绪论

1.1引言

1.2控制网络的发展状况

1.2.1集散控制系统(DCS)

1.2.2现场总线控制系统(FCS)

1.2.3工业以太网

1.3论文文结构

第2章EtherNet/IP工业以太网的作用和地位

2.1以太网的出现

2.2以太网的特点

2.3 EtherNet/IP-控制系统网络发展的重要方向

2.3.1 EtherNet/IP工业以太网简介

2.3.2 CIP协议在以太网上的实现

2.3.3与其它Internet协议共存

2.4目前以太网TCP/IP协议在工业自动化中的应用

2.5网络内及网络间的数据交换

2.5.1面向对象的数据结构

2.5.2通用对象库

2.5.3电子数据表

2.5.4报文协议

2.6 EtherNet/IP的隐式连接

2.7基于EtherNet/I P网络的I/O控制

2.8隐式报文(uo信息)在EtherNet/IP网络中的传输

2.9 EtherNet/IP网络的优势

第3章工业以太网的系统结构

3.1系统的总体结构

3.2系统实施方案

3.2.1控制层网络

3.2.2现场设备层网络

3.2.3控制层与现场设备层之间的通信

3.3工业以太网实时性问题分析

3.4工业以太网实时性解决方案

3.4.1基于冲突解决的MAC层修改

3.4.2基于冲突避免的MAC层扩展

3.4.3动态通信平滑过滤器

第4章网络化监控系统的设计与实现

4.1网络化监控系统模型的拓扑结构

4.2 EtherNet/IP工业以太网模块接口设计

4.2.1硬件系统结构

4.2.2微控制器与存储器模块

4.2.3模拟量输入输出模块

4.2.4数字量输入/输出模块

4.2.5通信模块

4.3数字视频监控系统

4.3.1数字视频采集和捕获

4.3.2视频编码与压缩

4.3.3数字视频传输

4.3.4云台镜头控制

4.3.5基于海康视频DS4000H卡的远程视频开发

4.4网络化监控系统软件构成

4.4.1网络化监控系统软件模型

4.4.2网络化监控系统的软件实现

4.5小结

第5章总结和展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文