Achieving real-time Ethernet

In the 25 years or more that have elapsed since its creation, Ethernet has become the classic bus system. Ethernet is steadily permeating the industrial control environment where users are seeing enormous benefits in the ease of integration of industrial control systems with higher level of manufacturing execution systems. As Ethernet continues its drive into the industrial arena, the Ethernet still needs to overcome several challenges to redefine the shape of automation networks. Although Ethernet has a bright future in the industrial environment, many functions and application profiles are not yet available on industrial Ethernet and have still to be implemented.     

基于实时以太网的高性能多轴数控系统

针对传统数控系统依赖附加硬件和落后通信方式,存在信息处理和信息交换瓶颈,不能满足数控加工向高速高精度发展的需求这一突出问题,提出基于实时以太网NCNet的新一代网络化数控系统体系结构,并对基于该结构的新型高性能多轴数控系统进行了深入研究,重点突破了多核SMP/ASMP、超高频插补、无卡多轴联动控制、同频同步信息交换、高精度多轴同步运动等关键问题.在此基础上开发了实际系统,并在国产数控机床上进行了应用.应用结果表明,所提出的新体系结构具有显著技术经济优势,据此开发的实际系统运行可靠,具有良好的应用前景.     

A complete real-time Ethernet solution for numerical control systems

This paper proposes a complete real-time Ethernet (RTE) solution including master and slave controllers for numerical control (NC) systems. To meet the development tendency of NC systems moving toward multi-axis coordination, high speed and high precision, one type of RTE architecture is built up with a dual ring topology. The function blocks of master/slave nodes are designed to realize the real-time communication capabilities using embedded CPU and field programmable gate array (FPGA) technologies. To reduce the minimum achievable cycle time, a cut-through transmission mechanism is employed to decrease the process latency at slave nodes, and the synchronization frame is optimized to shorten the frame duration. In order to synchronize the nodes of RTE-based NC systems accurately, a time synchronization strategy is scheduled and a proportion-integration (PI)-based phase-locked loop (PLL) is designed to keep the master clock and the slave clocks in step stably. The theoretical analysis and experimental results show that the proposed RTE solution can achieve good real-time performance with low process latency and high time-synchronization accuracy, which satisfies the real-time communication requirements of RTE-based NC systems in an economical way.     

基于以太网的数控机床集成系统

文章叙述了制造企业进行信息化网络改造的意义，论述了目前作为制造企业生产的末梢——数控机床联网所采用DNC方式的局限性，阐述了基于以太网的数控机床集成系统的优点，以及构成该集成系统的最基本条件和集成模式，还介绍了已建成的集成系统和功能。     

基于OPC技术和以太网的异构网络集成

OPC技术作为现场监控层与管理层进行信息交互一种全新的数据通讯方式,简述了OPC技术的基本原理.根据某冶炼厂熔炼车间分布式异构网络控制系统的集成要求,结合实际情况,采用OPC技术与工业以太网实现了网络集成,详细介绍了系统的集成过程.实际运行结果表明该方案切实可行,很好的满足了厂方的自动化控制要求.     

基于实时以太网的高速精插补算法及其实现

为提高数控机床的轮廓控制精度和加工速度,在基于实时以太网的运动控制平台上,提出了一种高速精插补算法。该算法采用在一个通讯周期中发送多个插补周期数据,然后在插补周期内部进行多次等时插补的机制实现。每个通讯周期内大量插补数据的传递由实时以太网保障。这种机制能够更充分地利用计算机强大的运算能力和底层可编程控制器的并行处理功能,可以实现微秒级时间尺度上的精插补周期控制。     

Hierarchical real-time networked CNC system based on the transparent model of industrial Ethernet

Given the rising importance of industrial Ethernet in the market, a networked CNC (Computer Numerical Control) system based on the transparent model of industrial Ethernet is urgently needed. To this end, a hierarchical real-time network based on Ethernet/Internet, called RNH-CNC, is designed in this paper. To evaluate the performance, some experiments were conducted and the results were analyzed. The results show that the field level communication based on the real-time Ethernet meet the requirement of hard real-time tasks, and the communication between the NC server computer and the NC core computer based on the switched Ethernet also meet the requirement of soft real-time tasks. The results testify that the CNC system based on the transparent model of industrial Ethernet is realizable.     

基于实时以太网的网络化数控系统高精度时钟同步和短周期通信

为提高基于环形实时以太网的网络化数控系统的协同运动精度,提出一种即时信息控制机制,以缩短帧在网络中的传播完成时间,并应用该机制对IEEE 1588协议进行提升同步频率的优化处理,以实现提升时钟同步精度的目标。为了满足同步频率提升对时钟同步补偿的要求,提出时钟偏移和时钟漂移分离补偿算法。同时应用该机制对基于时间片规划的点对点周期通信进行提升插补频率的优化处理,以提升轮廓精度。通过实验表明,该机制显著提升了网络化数控系统的时钟同步精度和轮廓精度。     

模糊控制在工业以太网中的实现

分析了工业以太网的优点及其与模糊控制相结合的意义,介绍了基于工业以太网的模糊控制系统的组成及设计过程,根据PLC的特点,提出了基于PLC的模糊控制算法的实现。     

工业以太网信息安全

讨论工业以太网中的信息安全。一方面讨论ISO信息安全体系结构中定义的信息安全服务，另一方面也讨论相关的工业以太网协议中定义的信息安全机制。     

以太网技术在工程上的应用

着重介绍以太网的概念及其组网结构，并列举具体的工程应用实例。     

工业以太网技术在隧道交通工程中的应用

本文以五女峰隧道监控系统为例,介绍了工业以太网技术在隧道交通系统中的应用,从工程的角度阐述了如何在隧道系统中组建工业以太网络以及其中需要注意的问题。     

以太网推动了现场总线的发展

多数现场总线组织正在把现场总线的协议转换到基于以太网的协议。以太网平台在性价比方面提供了更好的现场总线解决方案。最终用户欢迎这种降低成本、简化安装和容易维护的变化。     

智能电网中的以太网

本文首先介绍电力公司过去几十年来变化的情景和现在转向智能电网的必要性。然后介绍基于以太网的监督控制和数据采集(SCADA)系统如何对电网中电力流入和流出进行监视和控制。最后介绍基于以太网的SCADA系统怎样平衡电力的流入和流出保持电网稳定。     

工业以太网和现场总线

该文从以太网技术进入工控领域的必要性和可能性入手,讨论了以太网技术和现场总线技术结合的4种方式,并介绍了目前工业以太网技术的最新发展情况。     

以太网协议模型的演进分析

基于IEEE802.3-1985、IEEE802.3-2002版中对数据链路层的定义和描述,得到以太网协议模型中数据链路层的演进过程。据此,提出逻辑链路控制(LLC)子层与介质访问控制(MAC)子层在协议中的重要变化以及介质访问控制(MAC)子层中MAC帧格式的变化。针对这些变化,分析了其变化原因,很有讨论的必要。     

称重行业中以太网产品模块的应用

本文介绍了以太网的优势及以太网产品模块在称重行业的应用。     

无线以太网通讯在港口设备上的应用

为实现对码头和堆场内堆料机、卸船机等大型移动设备的工业控制系统进行远程数据采集、信号联锁和实时监控,建立无线以太网通信网络系统,该系统具有数据传输链路稳定、可长时间工作与数据传输精度高的特点。