基于EtherCAT的高速互联平台及其在风电场变电站的应用
发布时间：2020-08-22 04:47
【摘要】：传统以太网作为一种成熟的技术已经广泛应用在工业自动化系统中。然而,工业界对工控系统提出了更高的实时性与可靠性要求,传统以太网现场总线技术已经不能满足要求。依托“兆瓦级风力发电机组PLC控制系统国产化”科技项目和“基于EtherCAT的高速互联平台设计”微课题,以提高风机PLC通信系统的实时性与可靠性为研究目标,以研究EtherCAT实时以太网为突出点,以EtherCAT代替传统以太网为实现方式。EtherCAT能够提高网络之间通信效率,实现了低于lms实时性通信标准。相对于传统现场总线如CAN总线,EtherCAT完成了从毫秒级到微秒级的跨越。本文基于EtherCAT协议,研发了 EtherCAT互联平台,为EtherCAT在风机PLC通信系统的投入使用提供方案。本文的主要研究内容如下:(1)研究了 EtherCAT基础技术包括EtherCAT的运行原理、主站结构、从站控制器、状态机和应用层协议。基于EtherCAT协议,对比分析了 EtherCAT从站控制器芯片和微控制器,撰写了 EtherCAT从站开发方案。本课题研究难点在于从站软硬件的实现,涉及微处理器芯片、EtherCAT从站芯片等的选择,硬件设计及软件代码的优化设计。(2)设计了基于FPGA+ET1200的从站开发方案和基于STM32+LAN9252的从站开发方案。本文首先采用了 FPGA+ET1200方案,但因存在选取FPGA芯片软核空间不足且PCB布线复杂等问题。为有效解决这些问题,本文采用了 STM32+LAN9252方案,最终确定了此从站开发方案,并基于Windows7环境研发了 EtherCAT从站开发板,采用了 STM32特有的FSMC机制实现STM32和LAN9252的数据通信和共享;本文研究了 EtherCAT应用层CoE协议,设计了 CoE对象字典、设计了 CoE协议、优化了 CoE代码和SDO通信服务;基于EtherCAT从站平台设计了专用的设备描述文件ESI。(3)研究了倍福公司推出的TwinCAT3.1组态软件,配置了 TwinCAT3.1,用TwinCAT3.1充当EtherCAT系统的软主站,用所设计从站应用平台搭建了 EtherCAT主从通信环境,开发了主从通信系统搭建方法,并进行了通信时延设计与分析以及添加对象字典测试。实验结果表明,所搭建的EtherCAT应用平台实现了正常通信,主站正确读取了从站所添加的对象。(4)将EtherCAT互联平台拓展性地应用在变电站过程层通信系统,利用DG/850-i609开发板充当智能电子设备(IED),利用EtherCAT从站平台以及TwinCAT3.1建立基于EtherCAT互联平台的GOOSE报文传输实验测试环境,实验测试了数据包的波形、丢包率、实时性,测试结果显示采用EtherCAT通信GOOSE报文具有可靠性且能够提高GOOSE报文的实时性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315
【图文】：
如图１－１所示，列出了最具逡逑竞争力强的五个以太网特性。对比几种实时以太网的实时性能，其中ＥｔｈｅｒＣＡＴ实时性逡逑能最优，如图１－２所示。逡逑单位：ｌｉｓ逦实时以太网实时性对比逡逑７０００逡逑６０００邋．逡逑５０００逡逑４０００逦ｈ＇Ｃ＇Ｕ逡逑３０００逡逑２０００逡逑■Ｉ邋Ｈ邋ｗｍｍ邋逦逡逑１逡逑■逦Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ逦６３５５逡逑■逦Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ逦２３４７逡逑■逦Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ逦７６３逡逑■逦Ｓｅｒｃｏｓｌｌｌ逦４７９逡逑■逦ＥｔｈｅｒＣＡＴ逦２４６逡逑■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ邋■邋Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ邋■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ邋■邋Ｓｅｒｃｏｓ邋ＩＩＩ邋■邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ逡逑图１．２实时以太网实时性对比逡逑１．２邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ国内外研究现状逡逑本世纪初期，德国的一家工业巨头公Ｈｉ邋Ｂｅｃｋｈｏｆｆ首次研发并推出ＥｔｈｅｒＣＡＴ协议。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ也是一种丨丨：常具有竞争力的［：业以太网，冈为Ｋ具有需求少量的硬件设备与逡逑配套软件，统－控制架构、接［Ｉ简化、系统搭建和配置Ｉ：作简便易行等优点。传统的现逡逑场总线能够实现ｆ？稳过渡到ＥｔｈｅｒＣＡＴ，因此ＥｔｈｅｒＣＡＴ更加适合解决前自动化控制领逡逑域的分散化的实时控制的突出问题，更加容易实现企业用户对工业设备现场实时监控，逡逑Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司对外宣布ＥｔｉｉｅｒＣＡＴ的研发成本是能够低于传统现场总线［＆１６］。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ足？种由传统以太Ｍ延伸而来、并对传统以太网进行修改过的开放式结逡逑构的现场总线技术
逦－媒体访问逡逑－管理服务－状态机逡逑图１－２ＤＬ／ＡＬ服务和协议部分逡逑１．３论文研究内容及论文结构逡逑本课题主要研[偭耸凳币蕴诠ひ怠⒌缌π幸档姆⒄骨魇疲衃偭隋澹牛簦瑁澹颍茫粒浴㈠义希牛簦瑁澹颍睿澹舻燃钢质凳币蕴奶卣鳎钪昭≡窳隋澹牛簦瑁澹颍茫粒晕绣衬勘辏治隽隋澹牛簦瑁澹颍茫粒藻义闲椋裕牛簦瑁澹颍茫粒源诱究迳杓坪陀τ貌闵杓平辛搜芯浚绣沉隋澹牛簦瑁澹颍茫粒灾髡炯苠义瞎辜叭碇髡荆裕鳎椋睿茫粒裕常保茫裕鳎椋睿茫粒裕常比碇髡居胨杓疲牛簦瑁澹颍茫粒愿咚倩チ教ù渝义险居τ闷教ù罱ǎ牛簦瑁澹颍茫粒酝ㄑ痘肪常⒍裕牛簦瑁澹颍茫粒灾鞔油ㄑ断低匙隽舜诱咎砑佣韵笞皱义系浞治觥⒅鞔踊竟δ苄圆馐裕⒛Ｄ馍杓屏嘶冢牛簦瑁澹颍茫粒缘模牵希希樱疟ㄎ耐ㄐ攀笛椋义喜馐云浔ㄎ牡亩省⑹莅ㄐ渭氨ㄎ氖凳毙浴ｅ义下畚陌陆冢缤迹保乘疚畚牡慕峁箍蛲迹疚牡闹饕ぷ魉得魅缦拢哄义系冢闭拢盒髀鄄糠帧Ｖ氐愀攀隽讼殖∽芟呒际酢⑹凳币蕴埃牛簦瑁澹颍茫粒缘姆⒄埂ｅ义辖樯鼙究翁獾睦丛础⒀绣潮尘凹耙庖濉ｅ义系冢舱拢憾裕牛簦瑁澹颍茫粒曰〖际踝錾钊氲难芯抗ぷ
本文编号：2800281
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM315
【图文】：
如图１－１所示，列出了最具逡逑竞争力强的五个以太网特性。对比几种实时以太网的实时性能，其中ＥｔｈｅｒＣＡＴ实时性逡逑能最优，如图１－２所示。逡逑单位：ｌｉｓ逦实时以太网实时性对比逡逑７０００逡逑６０００邋．逡逑５０００逡逑４０００逦ｈ＇Ｃ＇Ｕ逡逑３０００逡逑２０００逡逑■Ｉ邋Ｈ邋ｗｍｍ邋逦逡逑１逡逑■逦Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ逦６３５５逡逑■逦Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ逦２３４７逡逑■逦Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ逦７６３逡逑■逦Ｓｅｒｃｏｓｌｌｌ逦４７９逡逑■逦ＥｔｈｅｒＣＡＴ逦２４６逡逑■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋Ｉ／Ｏ邋■邋Ｐｏｗｅｒｌｉｎｋ邋■邋Ｐｒｏｆｉｎｅｔ邋ＩＲＴ邋■邋Ｓｅｒｃｏｓ邋ＩＩＩ邋■邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ逡逑图１．２实时以太网实时性对比逡逑１．２邋ＥｔｈｅｒＣＡＴ国内外研究现状逡逑本世纪初期，德国的一家工业巨头公Ｈｉ邋Ｂｅｃｋｈｏｆｆ首次研发并推出ＥｔｈｅｒＣＡＴ协议。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ也是一种丨丨：常具有竞争力的［：业以太网，冈为Ｋ具有需求少量的硬件设备与逡逑配套软件，统－控制架构、接［Ｉ简化、系统搭建和配置Ｉ：作简便易行等优点。传统的现逡逑场总线能够实现ｆ？稳过渡到ＥｔｈｅｒＣＡＴ，因此ＥｔｈｅｒＣＡＴ更加适合解决前自动化控制领逡逑域的分散化的实时控制的突出问题，更加容易实现企业用户对工业设备现场实时监控，逡逑Ｂｅｃｋｈｏｆｆ公司对外宣布ＥｔｉｉｅｒＣＡＴ的研发成本是能够低于传统现场总线［＆１６］。逡逑ＥｔｈｅｒＣＡＴ足？种由传统以太Ｍ延伸而来、并对传统以太网进行修改过的开放式结逡逑构的现场总线技术
逦－媒体访问逡逑－管理服务－状态机逡逑图１－２ＤＬ／ＡＬ服务和协议部分逡逑１．３论文研究内容及论文结构逡逑本课题主要研[偭耸凳币蕴诠ひ怠⒌缌π幸档姆⒄骨魇疲衃偭隋澹牛簦瑁澹颍茫粒浴㈠义希牛簦瑁澹颍睿澹舻燃钢质凳币蕴奶卣鳎钪昭≡窳隋澹牛簦瑁澹颍茫粒晕绣衬勘辏治隽隋澹牛簦瑁澹颍茫粒藻义闲椋裕牛簦瑁澹颍茫粒源诱究迳杓坪陀τ貌闵杓平辛搜芯浚绣沉隋澹牛簦瑁澹颍茫粒灾髡炯苠义瞎辜叭碇髡荆裕鳎椋睿茫粒裕常保茫裕鳎椋睿茫粒裕常比碇髡居胨杓疲牛簦瑁澹颍茫粒愿咚倩チ教ù渝义险居τ闷教ù罱ǎ牛簦瑁澹颍茫粒酝ㄑ痘肪常⒍裕牛簦瑁澹颍茫粒灾鞔油ㄑ断低匙隽舜诱咎砑佣韵笞皱义系浞治觥⒅鞔踊竟δ苄圆馐裕⒛Ｄ馍杓屏嘶冢牛簦瑁澹颍茫粒缘模牵希希樱疟ㄎ耐ㄐ攀笛椋义喜馐云浔ㄎ牡亩省⑹莅ㄐ渭氨ㄎ氖凳毙浴ｅ义下畚陌陆冢缤迹保乘疚畚牡慕峁箍蛲迹疚牡闹饕ぷ魉得魅缦拢哄义系冢闭拢盒髀鄄糠帧Ｖ氐愀攀隽讼殖∽芟呒际酢⑹凳币蕴埃牛簦瑁澹颍茫粒缘姆⒄埂ｅ义辖樯鼙究翁獾睦丛础⒀绣潮尘凹耙庖濉ｅ义系冢舱拢憾裕牛簦瑁澹颍茫粒曰〖际踝錾钊氲难芯抗ぷ
本文编号：2800281
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlilw/2800281.html
教材专著
