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工业以太网与现场总线技术及应用摘要：工业控制需要高速、廉价、易于集成的通信网络。
以太网就是这样的一种网络。
本文分析了工业以太网在现场总线控制系统中的应用前景,指出工业以太网的介入使现场总线能更好的满足实时控制的要求,并给出了工业以太网应用实例。
关键词：现场总线控制系统以太网 FCS一引言随着计算机和网络技术的发展，以智能化仪表和分散控制为特色的现场总线技术，把控制领域带入了一个新的时代。
它所倡导的全开放、全分散、互操作的思想，成了未来控制领域崭新的特点。
但是,目前的现场总线技术仍具有很大的局限性,在全开放、全分散控制等方面,仍存在许多需要解决的问题。
首先,在目前现场总线控制系统中,主要是低速现场总线,现场仪表和设备的计算能力和信息处理能力较低,主要用于数据采集和控制信号的输出,并实现PDI控制等一些简单的控制算法。
复杂的控制功能,如预测控制、神经网络控制、系统优化等,仍需要在PC机或工作站上实现。
其次,由于现场总线位于整个系统的最底层,只是系统的一个组成部分,仅仅现场总线仍不足以实现系统的全开放结构。
同时,目前已经出现了Profibus 、Foundation Fieldbus等几十种现场总线。
由于每种现场总线代表着不同厂商的利益,各大厂商进行了激烈的市场竞争,这些现场总线很难实现统一。
因为不同现场总线产品不能实现互操作,一旦用户选择某种现场总线,今后就会被局限于这种现场总线,再选择另一种现场总线,必须付出高昂的代价。
因此,在现场总线的迅速发展过程中，形成一个统一的协议却始终是一个争论的焦点。
为了解决以上全分散、全开放、不同协议的现场总线系统集成问题,人们开始逐步达成一个共识，即向以太网靠拢将成为今后现场总线发展的一个趋势。
二以太网进入现场总线以太网具有传输速度高、低耗、易于安装和兼容性好等方面的优势,由于它支持几乎所有流行的网络协议,所以在商业系统中被广泛采用。
它具有如下特点：(1)以太网是目前应用最广泛的计算机网络技术,它受到广泛的技术支持,因此容易获得控制领域生产厂家的认可。
DLGK-ACDE1300工业自动化控制技术实训系统技术文件图片仅供参考，以实物为准（不含计算机）一、设备概述：DLGK-ACDE1300工业自动化控制技术实训系统根据目前电气自动化教学中存在的问题，结合当前工业自动化应用技术及其期间技术的快速发展，充分考虑实用性、可靠性、安全性、以及可自主设计、开发出的创新型工业自动化控制与驱动实训系统。
该系统有机地融合了电工、电力拖动、PLC、变频器、文本显示器等实训内容，使学生能够在平时的学习和实训操作中能够将多种相关的技术能够融会贯通。
实现了教育资源共享，优化了实验教学管理。
传统的自动化教学系统大多是以学生机的单元设备为核心进行监测与控制的，这种模式可以完成一些简单的实验内容，但彼此之间缺乏信息沟通。
随着信息技术的不断发展，网络化的教学设备已经成为发展方向。
同样，在工业现场的各种生产设备和检测系统都已经形成了网络化的通讯和管理调度。
因此，对自动化网络通讯的学习也已经成为自动化教学非常重要的组成部分。
基于以上各种自动化教学发展趋势及工业自动化现场的实际应用情况，三菱自动化网络集成及控制实验实训系统教学设备项目需要满足以下基本功能条件：1、系统可以完成工业自动化控制技术的基本控制实训项目，并可达到多种教学实训的目的。
2、系统设计模式必须是开放的，支持学生自行编制、设计开发新的综合性实训实验，具有较强的完备性、灵活性。
3、提供开放式实训教学支持设计型实训，适合教学中的知识整合与创新实训设计。
4、系统所配置器件要求全部为工业电气件。
同时考虑到学生使用的实际情况，在工业元器件的输入输出端增加保护功能，避免重复、频繁以及误操作对设备造成的损伤、损坏。
5、与工业现场实际情况相结合，能够满足设备之间的工业自动化网络通讯功能。
为了满足以上条件，我们提出了以我公司推出的DLGK-ACDE1300工业自动化控制技术实训系统为基础组建网络型工业自动化教室的方案。
具体方案及指标如下：二、实训平台简介1、系统特点a、设备直观：主要设备均采用直接外露的安装形式，设备可以更加直观的展现在学生面前，缩短了学生从教室到工业现场的过渡和适应时间。
通信技术• Communications Technology18 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】EtherCAT 工业现场总线 数据采集1 EtherCAT简介在工业自动化领域，数据传输一般具有以下特点：（1）强实时，有确定的响应周期要求；（2）系统节点数量众多，节点数据表现为周期性的过程数据；（3）和IT 、办公应用相比，成本显得尤为重要。
为了满足上述要求，德国倍福（Beckhoff ）基于EtherCAT 工业现场总线的数据采集系统文/刘明公司提出一种开放式的基于以太网的实时现场总线系统EtherCAT 。
EtherCAT 使用和以太网标准IEEE802.3相同的帧结构和物理层，同时又抛弃了传统的基于TCP/IP 的协议架构。
在EtherCAT 总线系统中，报文的发送和接收是主从式的，只有主站能够主动发送报文，从站从上游节点接收报文，转发到下游节点。
通过这种方式，报文依次传递到每个从站。
从站从接收到的报文中截取自己需要的数据，并在向下一个节点转发时将数据插入到报文中。
这样，报文的延迟就只有硬件传播延迟，而不存在软件协议栈延迟。
EtherCAT 从站使用专门的控制器ESC （EtherCAT Slave Controller ）实现报文接收、数据插入和转发功能。
2 EtherCAT从站设计要在实际中用好并发展好。
二处理抗干扰技术。
处理干扰技术是目前在做的重要工作。
目前抗干扰技术的研究放在了不同的维度进行，根据实践表明在二维扩频领域里抗干扰技术研究情况最好。
在二维扩频里可以找到单音干扰的解决办法。
研究发现在无线通信抗干扰中还可以使用宽线处理解决抗干扰问题，宽线处理能精确的对数值进行估计和处理，提高无线通信技术的抗干扰能力。
3.2 综合应用抗干扰技术在无线通信干扰中存在着不同种类的干扰，如果只针对特定的干扰来作出解决方案就会很复杂，而且也不一定能取得很好的效果。
基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统研究与开发一、本文概述随着工业自动化技术的快速发展，工业机器人在生产线上的应用日益广泛。
作为工业机器人的核心组成部分，控制系统的性能直接决定了机器人的运动精度、稳定性和工作效率。
EtherCAT总线作为一种高性能的以太网现场总线技术，以其低延迟、高带宽和易扩展等特点，在工业控制领域得到了广泛应用。
本文旨在研究并开发一种基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统，以提高工业机器人的运动性能和控制精度，满足日益增长的自动化生产需求。
本文将首先介绍EtherCAT总线技术的基本原理和特点，分析其在工业机器人控制系统中的应用优势。
接着，将详细阐述六轴工业机器人的运动学模型和动力学特性，为控制系统的设计提供理论基础。
在此基础上，本文将重点研究控制系统的硬件架构和软件设计，包括EtherCAT主从站的选择与配置、运动控制算法的实现以及实时通信协议的优化等。
还将探讨控制系统的稳定性、可靠性和实时性等问题，以确保系统在实际应用中的稳定运行。
本文将通过实验验证所设计的控制系统的性能，并与传统控制系统进行对比分析。
实验结果将展示基于EtherCAT总线的六轴工业机器人控制系统在运动精度、响应速度和负载能力等方面的优势，为工业自动化领域的技术进步做出贡献。
二、EtherCAT总线技术EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）是一种专为工业自动化领域设计的实时以太网通信协议。
它基于标准以太网技术，通过优化数据传输和同步机制，实现了高性能、低延迟的通信，特别适用于对实时性要求极高的工业控制系统中。
高速数据传输：EtherCAT协议支持高达100Mbps的数据传输速率，确保控制系统能够实时处理大量数据。
确定性延迟：通过优化网络结构和数据传输方式，EtherCAT实现了微秒级的确定性延迟，这对于精确控制工业机器人等应用至关重要。
SIMATIC S1-300/400 PLC的设计应用实例3个实际控制系统为例，说明Profibus控制系统的组成和基本应用。
包括硬件结构，组态编程软件STEP7、监控软件WinCC的使用；基于PC的PLC控制系统软件WinAC的使用；基于Profibus的现场总线控制系统组成。
第一节 Profibus现场总线控制网络一．实验室控制网络组成如图1-1所示，实验室控制网络以工业以太网为界分为两层，即监控层和控制层。
监控层主要包括工程师站（工业PC）、监控站和服务器等二类主站；控制层包括一类主站（3台S7400，2台S7300）、各个从站（分布式I/O ET200、变频器等）和现场设备等，他们之间构成了现场总线控制系统。
通过以太网，S7300、S7400等一类主站与监控站、工程师站及服务器等二类主站连接。
图7-1 现场总线控制网络组成二．系统硬件组成1．一类主站选用德国西门子公司生产的SIMATIC S1-300/400可编程控制器。
SIMATIC S1-300/400可编程控制器采用模块化设计，在一块机架底板上可安装电源、CPU、各种信号模板、通信处理器等模块，其中CPU上有一个标准化MPI接口，它既是编程接口，又是数据通信接口，使用S7协议，通过此接口，PLC之间或者与上位机之间都可以进行通信，从而组成多点MPI接口网络。
S1-300/400可编程控制器通过I／O模块采集相关数据和发出控制信号，I／O模块与S1-300/400可编程控制器之间通过PROFIBUS现场总线通信。
2．二类主站PC计算机或工控机都可以作为二类主站。
二类主站主要用于控制系统程序的编写和系统运行过程中的实时监控，如工程师站和监控站等。
通常工程师站装有SIMATIC STEP7 组态编程软件和SIMATIC WINCC 监控组态软件。
3．从站系统从站包括分布式I/O ET200，变频器和通过DP/PA LINK连接的智能从站等。
基于以太网和现场总线的工业控制网络实训系统设计张学辉【摘要】对工业控制网络技术的现状和发展趋势进行了深入研究.选择当前工控领域应用十分广泛的工业以太网Profinet及现场总线Profibus-DP,由上位工控机PC、控制主站S7-300 PLC、智能从站变频器MM440、分布式I/O模块ET200S、触摸屏TP177B、工业以太网交换机、温湿度变送器、轴流风机等构成工业控制网络实训系统.研究了工业控制网络实训系统的整体结构、通信方式及原理、软硬件配置、网络组态、硬件组态、人机交互(HMI)应用、PLC梯形图程序编制及变频器参数设置等,通过PLC与变频器的Profibus总线通信,实现了全数字化的工业控制网络.与集散控制系统DCS等半数字化的控制系统相比,工业控制网络具有网络化的优势.工业控制网络实训系统在职业教育院校的理论与实际一体教学、职工培训和科研工作中具有实际的应用价值,值得其他从事自主研制开发实训设备的高职院校借鉴.%The current status and development trend of industrial control network technology are research.By selecting the industrial Ethernet Profinet and field bus Profibus-DP that are widely used in industrial control fields,the industrial control training system is constructed with the compositions of IPC as host computer,master control station S7-300 PLC,intelligent slave station frequency converter MM440,distributed I/O module ET200S,touch screen TP177B,industrial Ethemetswitches,temperature/humidity transmitters,and axial fans,etc.The overall structure,communication mode and principle,configurations of hardware and software,network configuration,human machine interface (HMI) application,programming of ladder logic diagram,and parameters settingfor frequency converter,etc.,of this training system are researched.The fully digitized industrial control network is realized through the Profibus communication between PLC and frequency paring with the distributed control system and semi-digitized control system,this industrial control network features networking superiority.The training system based on industrial control network possesses practical applicable values for integrated theory and practice education in vocational education colleges,staff training,and scientific research work,it is worth to be referenced for researching and developing training devices in higher professional colleges.【期刊名称】《自动化仪表》【年(卷),期】2017(038)003【总页数】3页(P41-43)【关键词】工业控制网络;以太网;现场总线;PLC;分布式I/O;变频器;触摸屏;WinCC;组态技术【作者】张学辉【作者单位】辽宁轨道交通职业学院电气工程系,辽宁沈阳110036【正文语种】中文【中图分类】TH86;TP273工业控制网络是自动控制领域近年来发展形成的网络技术，是计算机网络、通信技术与自动控制技术结合的产物[1]。
工业控制网络适应了企业信息集成系统和管理控制一体化系统的发展趋势与需求，是IT技术在自动控制领域的延伸，是自动控制领域的局域网[2]。
工业控制网络经历了从集成控制系统(in tegrated control system,CCS)到集散控制系统(distributed control system,DCS)，再到现场总线控制系统(fieldbus control system,FCS)的发展过程。
近年来，以太网进入工业控制领域后，出现了大量基于以太网的工业控制网络[3]。
在控制网络的更新换代过程中，既要兼顾大量现有的、基于现场总线的设备，又要最终实现全方位的工业控制网络化，于是出现了基于现场总线和以太网的混合工业控制网络。
西门子公司的Profinet和Profibus是目前市场上应用广泛的工业以太网和现场总线技术。
本文基于以太网和现场总线，并最大程度地贴近企业生产现场，设计了工业控制网络实训系统，并将其应用于高职院校的科研与教学，取得了良好的社会和经济效益。
降低网络能量消耗已成为无线传感器网络设计首要考虑的问题。
目前，在无线传感器网络的诸多研究领域中，定位问题的研究是近年来人们关注的热点。
按照定位所采用的距离参数获得方式，把定位算法分为基于测距(range-based)和无需测距(range-free)两种算法。
无需测距定位算法在成本、功耗和扩展性等方面具有很强的优势，更适用于低功耗、低成本的应用领域。
本文在充分研究了现有无需测距定位算法的基础上，将功率控制技术应用到定位算法中，并通过仿真分析验证了算法的可行性。
1.1 系统结构工业控制网络实训系统的结构如图1所示。
实训系统主要基于工业以太网Profinet和Profibus-DP现场总线的网络结构，由上位工控机PC、控制主站PLC、智能从站变频器、人机交互的触摸屏、分布式I/O模块和工业以太网交换机组成。
为了使实训系统贴近企业生产现场，配备了温湿度变送器(电压型)等典型模拟量输入和轴流风机等被控对象。
1.2 系统软件及硬件配置上位工控机PC安装了工业以太网网卡CP1613、西门子组态和编程软件STEP 7 Professional、上位机监控软件WinCC和触摸屏组态软件WinCC Flexible。
控制主站选用西门子公司S7-300系列模块式PLC。
PLC的电源选用PS307 5A。
CPU 选用集成了工业以太网Profinet和Profibus-DP总线接口的CPU315F-2PN/DP、数字量输入/输出模块SM32316DI/16DO、模拟量输入/输出模块SM3344AI/2AO。
智能从站选用西门子MM440 0.75 kW变频器。
为设置变频器参数面板并与S7-300 PLC的总线进行通信，需配备基本操作面板模块和Profibus-DP通信模块。
当一个大型设备或一个车间中工艺紧密关联的控制信号较分散且具有局部集中特点时，可以利用工业以太网和分布式I/O构成分布式控制方式[4]。
分布式I/O选用ET200S，ET200S的接口模块为IM151-3 PN，电源模块为PM-E,数字量电子模块为2DI、2DO，模拟量电子模块为2AI、2AO。
人机交互界面选用TP177B PN/DP彩色触摸屏,既支持工业以太网ProfiNet通信，又支持Profibus-DP总线通信。
选用X005工业以太网交换机，构成工业以太网星形拓扑结构。
1.3 系统通信方式及原理西门子工业控制网络有MPI网络、工业以太网Profinet、现场总线(Profibus)、点到点连接(PtP)和AS-i网络[3]。
工业控制网络实训系统选择了工业以太网Profinet和Profibus-DP现场总线通信方式，其中上位工控机PC、控制主站PLC、触摸屏、分布式I/O模块组成了基于以太网的工业控制网络，控制主站PLC、触摸屏和智能从站变频器组成了基于Profibus-DP现场总线的工业控制网络。
这两种工业控制网络互为补充。
2.1 硬件及通信组态硬件组态的任务就是在STEP7中生成一个与实际硬件系统完全相同的系统，例如要生成网络、网络中各个站的机架和模块，以及设置各硬件组成部分的参数，即给参数赋值。
对于网络系统，需要对以太网Profinet、现场总线Profibus-DP和MPI等网络的结构和通信参数进行组态，将分布式I/O连接到主站[5]。
打开软件STEP7，首先生成项目，添加主站，点击Hardware图标进入HW Config(硬件组态)窗口，选择机架RACK；然后在机架内分别插入各个模块，插槽1为电源模块，插槽2为CPU模块，插槽3为接口模块，插槽4～11为信号模块、功能模块、通信模块。
以上插槽除插槽2外如果没有安装模块组态可以为空；双击相应模块进行设置，如信号模块的I/O地址设置等。
在STEP7项目管理器插入Ethernet或Profibus网络，双击网络图标进入NETPro(网络组态)窗口进行网络组态。
无论是工业以太网，还是Profibus-DP现场总线都需要设置网络地址。
2.2 WinCC及触摸屏TP177B应用近年来，人机界面在控制系统中起着越来越重要的作用。
人机界面又称人机接口，可以连接PLC、变频器、直流调速器、温控仪表、数据采集模块等工业控制设备。
用户通过人机界面随时了解、观察并掌握整个控制系统的工作状态，必要时还可以通过人机界面向控制系统发出故障报警，进行人工干预[6]。
工业控制网络实训系统选择了运行于PC硬件平台、Windows操作系统下的组态软件WinCC和触摸屏TP177B为人机交互界面。
无论是WinCC还是WinCC flexible，在进行人机界面组态时，都基本遵循以下几个步骤。
①创建项目，进行项目管理；②连接设备，进行通信设置；③新建变量，进行变量管理；④创建画面，确定画面的相互关联；⑤画面上开关、按钮、文本、图形等对象的组态；⑥报警记录、趋势图、用户管理、历史数据和报表输出等高级功能的组态；⑦运行系统设置。
