基于EtherMAC总线的功能安全I/O从站研究与设计

发布时间：2022-12-10 13:59

　　目前,现场总线技术在控制领域已十分普及。在满足基本功能的前提下,实际应用中又对总线的功能安全提出了要求。我国国产总线系统本身相比现有成熟总线系统尚有差距,而现今总线产品又受到功能安全指标的限制,因此对国产现场总线进行功能安全研究刻不容缓。本文以课题"数控系统现场总线安全关键技术及产品研发"为依托,以山东大学具有自主知识产权的EtherMAC总线为研究对象,结合功能安全标准IEC 61508,以数控送料机床为应用对象,设计了基于EtherMAC总线的的功能安全I/O从站。本文的主要研究内容分别有:数控送料机床功能安全需求分析,针对数控送料机床功能安全I/O从站功能实现及安全需求进行安全协议与底层硬件设计,后期功能安全评估及功能测试。首先,本文由功能安全的发展现状出发,介绍了现发展阶段功能安全的相关的设计概念、设计方法、评估计算方法。又介绍了目前具有功能安全技术的现场总线,分析了现有国产现场总线的不足,以此阐述了本文研究内容的意义。本文基于EtherMAC总线的功能安全I/O从站设计应用对象为数控送料机床,所以在深入研究功能安全系列标准的基础上,分析了数控送料机床的工作环境及安全需求。采用... 

【文章页数】：88 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题的背景及意义
    1.2 功能安全技术发展现状
        1.2.1 功能安全相关概念与体系
        1.2.2 整体安全生命周期设计方法
        1.2.3 功能安全评估方法
    1.3 功能安全总线技术研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
    1.4 主要研究内容
第2章 功能安全I/O从站需求分析
    2.1 从站功能及应用环境分析
        2.1.1 从站功能分析
        2.1.2 应用环境需求分析
    2.2 安全指标分配
        2.2.1 SIL指标评估方法
        2.2.2 系统整体安全完整性分析
        2.2.3 从站安全完整性等级分配
    2.3 本章小结
第3章 功能安全I/O从站安全协议设计
    3.1 EtherMAC通信机制研究
        3.1.1 网络模型
        3.1.2 拓扑结构
        3.1.3 数据帧格式
    3.2 安全报文设计
    3.3 通信故障处理机制设计
        3.3.1 数据重发机制
        3.3.2 错误阈值机制
        3.3.3 超时处理机制
    3.4 本章小结
第4章 功能安全I/O从站硬件设计
    4.1 功能安全I/O从站原理图设计
        4.1.1 网络模块设计
        4.1.2 主控模块设计
        4.1.3 I/O模块设计
        4.1.4 电源模块设计
    4.2 功能安全I/O从站电路板设计
        4.2.1 布局
        4.2.2 地线
        4.2.3 布线
    4.3 本章小结
第5章 安全评估及测试维护
    5.1 功能安全I/O从站FMEDA计算
    5.2 功能安全建模评估
        5.2.1 可靠性框图模型分析
        5.2.2 故障树模型分析
        5.2.3 Markov模型分析
        5.2.4 SIL等级评估
    5.3 测试维护
        5.3.1 功能测试
        5.3.2 安全计划编制
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间论文及科研情况
致谢
学位论文评阅及答辩情况表


【参考文献】：
期刊论文
[1]电子电路设计的原则、方法和步骤研究[J]. 朱冬平.  电子制作. 2015(17)
[2]第四十四讲:FMEDA在功能安全产品设计中的应用[J]. 朱杰,刘黎,董良健,江竹轩.  仪器仪表标准化与计量. 2014(06)
[3]基于实时以太网的开放式运动控制系统[J]. 姬帅,张承瑞,孙书仁,胡天亮.  山东大学学报(工学版). 2014(05)
[4]安全系统安全完整性等级确定方法比较研究[J]. 周荣义,钟岸,任竟舟,牛会永.  中国安全生产科学技术. 2014(03)
[5]基于IEC62061标准的SRECS风险评估与SIL分配[J]. 黄祖广,张承瑞,赵钦志,胡天亮.  制造技术与机床. 2013(09)
[6]欧盟新技术法规（EU 168/2013）中功能安全及增强功能安全的分析[J]. 唐良富,张旻旻,张慕.  中国个体防护装备. 2013(04)
[7]数控系统功能安全标准综述[J]. 黄祖广,张承瑞,赵钦志,尹震宇.  制造技术与机床. 2013(08)
[8]POWERLINK总线技术的研究与实现[J]. 胡书立,王清理.  计算机工程与设计. 2012(10)
[9]PROFIsafe:PROFIBUS和PROFINET的安全通信技术[J]. 惠敦炎.  自动化博览. 2012(S1)
[10]嵌入式数控系统NCUC-Bus现场总线设备驱动研究与开发[J]. 刘慧双,宋宝,周向东,唐小琦.  组合机床与自动化加工技术. 2012(08)

博士论文
[1]网络化运动控制系统的关键技术研究[D]. 姬帅.山东大学 2014
[2]数控系统功能安全关键技术的研究[D]. 岳东峰.中国科学技术大学 2012

硕士论文
[1]实时以太网可靠性关键技术研究[D]. 孙书仁.山东大学 2014
[2]实时以太网运动控制总线及其可靠性研究与应用[D]. 靳东.山东大学 2014
[3]安全实时工业以太网研究[D]. 邓焕明.华中科技大学 2012
[4]基于Windows CE的实时以太网运动控制平台研究及应用[D]. 桑志谦.山东大学 2011
[5]安全仪表系统的功能安全认证研究[D]. 邱辉.首都经济贸易大学 2010



本文编号：3716873