基于EtherCAT的高性能数据采集系统的设计

摘要

进入新世纪以来，计算机软硬件技术得到了非常快速地发展，特别是以此为基础的网络技术展现出了无与伦比的发展速度，以太网凭借其快速、高效、低成本的优势，在很多领域都占据了非常重要的地位，尤其是在工业自动化控制领域，利用以太网完成工业控制已经成为了当前发展最为快速的趋势之一，如何将传统的工业协议融合到以太网中，是现在众多自动化厂商研究和发展的方向。
　　EtherCAT的协议时德国beckoff公司所以出，它具备了以太网的众多优点。开发成本低，开发周期短，网络部署简单（只需要简单网线连接），使用方便，同时相对于其他以太网工艺协议网络使用效率更高等特点。从EtherCAT推广之初到现在，短短几年便有超过100家公司加入EtherCAT标准组织中，所以EtherCAT的产品实现具有巨大的商业意义和前景。
　　无锡康明斯公司为代表的现有工业数据采集系统是采用十年前的主流解决方案，用传统现场总线作为工厂自动化和过程自动化领域中现场级通信系统。但随着自动化控制系统的不断进步和发展，传统的现场总线技术在许多应用场合已经难以满足公司工业自动化的进一步发展的需求。在该论文中，我们将用EtherCAT技术实现全新的工业数据采集系统已解决现有的问题。在此基础上从软件工程的角度出发，针对基于EtherCAT的数据采集系统展开了设计与实现，设计主要以美国国家仪器公司硬件CRIO-9174，操作系统VXWorks为基本环境，从数据系统的整体架构、模块切换、业务流程、数据交换机制等分别展开，最后有针对性的就关键技术进行了实现，得出了一个完整的基于EtherCAT的数据采集系统。本文的研究，不但能够促进工业自动化控制领域的不断发展，而且也有利于在工业自动化控制过程中选择合理的控制方式和措施，将更好地提升工业控制的实时性、可靠性和可操作性等多方面的水平。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 工业数据采集系统的现状

1．2 工业数据采集系统现有的问题

1．3 本文的主要内容

1．4 本文的篇章结构

第二章 EtherCAT基本理论

2．1 EtherCAT基本原理及系统组成

2．2 EtherCAT通信协议

2．3 本章小结

第三章 工业数据采集系统的需求分析

3．1 工业数据采集系统需求分析

3．1．1 系统的应用场景分析

3．1．2 系统的架构及业务分析

3．1．3 系统的功能模块需求分析

3．1．3 系统数据传输过程分析

3．2 系统模型选择

第四章 工业数据采集系统的设计

4．1 数据采集系统架构设计

4．1．1 工业数据采集系统整体架构设计

4．1．2 系统业务流程设计

4．2 工业数据采集系统的数据通信的设计

4．2．1 系统接口设计

4．2．2 系统驱动程序设计

4．2．3 数据帧管理设计

4．2．4 主站系统模式切换的设计

4．2．5 数据交换机制的设计

4．3 工业数据采集系统时钟同步功能的设计

4．4 EtherCAT测试

4．4．1 测试范围和依据

4．4．2 系统实时性测试

4．4．3 EtherCAT测试分析

第五章 结论

5．1 与同类系统的比较

5．2 总结与展望

参考文献

致谢