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[硕士论文] 江良斌
机械工程 湖南大学 2017(学位年度)
摘要:随着现场总线技术的不断发展和广泛应用,各具特色各具优势的现场总线集成于一个网络控制系统中构成混合现场总线控制系统已是工业生产控制系统中一种较常见的组网方式。在工业应用中,实时性是反映控制系统性能优劣的一项关键技术指标。目前,对控制系统实时性的研究大多是对单一现场总线的控制系统,对混合总线控制系统实时性的研究很少,所以,做好对混合总线控制系统实时性的研究具有重要意义。卷接机控制系统是一个集现场总线技术、计算机控制技术和网络技术与一体的复杂工业控制系统。本文选择以卷接机为研究对象构建基于混合现场总线的卷接机控制系统并对其实时性展开研究。
  首先,分析了卷接机的控制功能和国内外卷接机控制系统的发展现状及发展趋势,结合中烟技术中心提出的在未来构建基于IPC和工业实时以太网技术的卷接机控制系统方案和国内现有卷接机控制系统的实际情况,构建了基于EtherCAT和PROFIBUS混合现场总线的卷接机控制系统。
  其次,对构建的基于混合现场总线的卷接机控制系统通信过程及通信延时进行了理论分析,给出了控制系统I/O响应时间以及EtherCAT、PROFIBUS和K-Bus三种总线通信周期的计算方法,并提出了一种计算各类型EtherCAT从站延时的计算方法,用这种方法可计算出各种拓扑结构的EtherCAT网络延时。
  然后,通过对卷接机控制系统实时性要求的分析,得出了卷接机对控制系统I/O响应时间和最小采样周期的要求,估算了混合总线卷接机控制系统的I/O响应时间和最小采样周期,从实时性的角度分析了所构建混合总线控制系统用于卷接机控制的可行性。
  最后,构建了与混合现场总线卷接机控制系统相似结构的混合现场总线控制系统实验平台,进行了EtherCAT从站延时实验测试和控制系统I/O响应时间实验测试,通过对比理论计算结果和实验测试结果,验证了提出的EtherCAT从站延时计算方法的正确性和对混合总线控制系统I/O响应时间估算方法的可靠性。通过对比一级总线I/O响应时间实验和两级总线I/O响应时间实验,得出一级总线EtherCAT I/O平均响应时间大概为PLC周期的1.5~2倍,EtherCAT和PROFIBUS两级总线I/O平均响应时间约为PLC周期的2.5~3倍。
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