基于工业以太网的网络控制系统及其应用

摘要

该文中首先系统地分析了工业以太网的优点和在工业控制中需要改进的地方.CIPS系统是流程工业发展的一个方向.成功的实施CIPS可以提高流程工业企业的综合竞争力.企业的计算机网络是信息通讯的神经系统.作者对比研究了现场总线系统和工业以太网系统在CIPS中的适用性,提出了并分析了基于工业以太网的CIPS系统网络框架.软件方法也可以提高以太网报文传输的实时性.作者提出了ISDT在线实时过程数据压缩算法.对仿真数据和实际数据的计算标明,ISDT算法可以大幅度地减少网络报文流量,从而降低碰撞发生的概率,实现以太网报文的-软实时传输.该文还介绍了其他提高以太网报文实时性的软件方法,如自适应流量平滑方法、基于以太网的虚拟令牌网络等.为开发基于工业以太网的应用,研究工业以太网控制网络的性能,作者提出了基于以太网实现网络实时多任务控制系统的方案.为了实现系统性能的可预测性,不但需要实现报文传输的实时性,而且控制节点中任务的执行也必须具有实时性和确定性.方案中,利用以太网交换机实现了报文传输的实时性.控制节点中运行的嵌入式实时多任务操作系统则保证了控制任务执行的实时性和确定性.根据方案要求,作者选定了以太网交换机的型号,并确定基于RCM2200控制模块开发控制节点.具有网络接口、计算能力较强以及具有强大开发软件的控制模块是基于网络控制系统的基本组成部分.作者在实际控制需求的基础上,独立开发了三种基础的基于工业以太网的控制模块:智能数字量I/O模块,智能A/D转换控制模块,智能电流环输出控制模块,并利用Dynamic C语言编写了测试和驱动程序.实际应用表明,开发的控制模块工作稳定,通用性强,精度较高,具有较大的推广价值.为了检验所开发控制模块的性能,进一步研究工业以太网的应用潜力,作者利用自行开发的控制模块搭建了一个工业以太网控制系统试验平台.最后对全文进行总结,对工业以太网的发展趋势和研究热点问题提出了作者的看法.