工业以太网实时调度技术的设计与实现

鉴于以太网在工业现场设备控制层的应用前景,有意将以太网引入武器装备的底层控制环境.但它必须满足确定性实时调度的要求.基于以太网的TCP/IP通信机制和IEEE1588时钟同步协议,在数据链路层之上引入实时调度机制以消除现有的CSMA/CD机制在时间行为上的不确定性.相关的分析和测试表明,新设计的通信调度机制能够使得网络...     

FF现场总线系统中实时任务的建模与调度

本文研究了单网段 FF现场总线系统中具有时间约束和次序约束的实时任务，即 功能块任务和通信任务的建模与调度．首先，将功能块任务和通信任务等视为相同的任务， 在只考虑任务间次序约束的情况下，提出了基于紧凑模式的任务模型，以保证每个作业被尽 可能早地完成．其次，考虑单网段通信任务共享一个传输介质而引起的通信超时，提出了基 于作业速率单调优先级算法的扩展紧凑模式的任务调度算法，以满足实时任务的时间约束 和次序约束．最后，通过一个应用实例来描述实时任务的调度过程．     

MVB周期信息的实时调度

多功能车辆总线MVB网络对周期信息的通信提出了很高的实时要求,其通信的实时调度主要由MVB总线管理设备利用实时调度表来完成。在分析一般现场总线周期信息实时调度的基础上,结合MVB周期信息的通信特点,提出了采用同步RM调度算法来建立MVB实时调度表的原理与方法;并进一步提出了采用基于任务响应时间的方法对该调度算法进行可调度性分析,给出了一种有效算法,用以实现对调度表的有效性判断;最后通过MVB周期信息实例阐述了所提出的实时调度算法及其可调度性分析方法的具体应用,为实际MVB网络的应用研究提供了理论指导。     

FF现场总线系统调度问题的研究

FF现场总线系统(FCS)为典型的分布式实时系统，分布在不同设备（包括总线） 的功能块和通讯任务相互作用完成复杂的控制方案，除了实时性要求，还要考虑执行顺序和 资源约束，调度问题为一NP 完全问题．本文分析了FF控制系统的特点，提出了类比于作业 车间调度问题（JSSP）的调度模型，针对特殊的模型，设计相应的编码和解码规则以及性能 指标，用遗传算法在满足上述约束下构建调度表，实现无抖动调度，最后分析了该方法下系 统的可调度条件．     

实时以太网控制系统的功能块执行方法

为了提高实时以太网控制系统的运行效率和通信性能,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上提出了一种功能块执行方法。该方法将现场设备中所有需要远程通信的功能块整合为功能任务,并且按照功能块执行与数据通信周期同步的原理确定了功能任务的执行规律：功能任务在单个通信宏周期中只能单次执行,当周期报文空窗期满足功能任务执行需求时,功能任务在周期报文传输任务结束时执行;当周期报文空窗期不能满足功能任务执行需求时,功能任务在非周期报文传输任务结束时执行。实验证明,该方法实现了系统中功能任务与通信任务的周期同步,避免了功能块的无效执行与数据的无效传输,提高了系统的运行效率和通信性能。     

工业以太网实时通信技术

以太网应用于现场设备控制层是当前控制网络发展的趋势，但是它必须克服实时通信这个最大的障碍．本文结合了以太网的通信机制，分析了以太网确定性实时通信的要求，同时介绍了当前实时以太网通信的几种方案．     

实时以太网系统中控制与通信的协同调度方法

为了提高实时以太网系统的运行效率和通信实时性,在EPA（Ethernet for Plant Automation）确定性通信调度的基础上,提出了控制与通信的协同调度方法。该方法将EPA设备的通信宏周期划分成通信时间片和控制时间片,在系统中设置定时器,在通信时间片或控制时间片到达时,由定时器引发中断,在执行中断处理程序时获取当前时间,根据当前时间位于通信时间片内或控制时间片内来分别执行通信任务或控制任务。实验结果表明,该方法能够有效避免功能块的无效执行和数据的无效传输,提高系统的运行效率和通信实时性能。     

人工神经网络思想优化EPA动态通信调度

研究了工业以太网国际标准EPA的通信调度方法和性能,并分析了工业EPA应用层采用的令牌/生产者/消费者实时通信模型,指出该模型忽略了系统工作过程中周期性变量和非周期变量之间的相互影响.针对参量访问的优先级分配不够周全和灵活的问题,提出了利用人工神经网络的思想优化EPA实时动态通信调度,给出了一个新的智能实时通信调度应用模型.过程控制系统中EPA应用的仿真结果显示,该智能通信调度模型表现良好、优点明显.     

工业以太网实时性问题及解决方案

实时性问题是长期阻碍以太网进入工业控制领域的主要障碍之一。结合以太网的通信机制,分析了以太网确定性实时通信的要求,同时介绍了当前解决工业以太网实时性问题的几种方案。     

EDF调度算法在COTS交换式工业以太网上的实现

将交换式以太网引入工业实时通信领域正受到越来越多的关注,但是,基于成熟商用组件技术（COTS）的交换式以太网在实时性方面的缺陷限制了其在工业实时通信领域中应用。基于FTT模型（Flexible Time—Triggered communication paradigm）,在无须对现有交换以太网做任何硬件改动的前提下,实现了交换式以太网上周期性实时消息与其它消息在时间上严格隔离,并针对周期性实时消息传输提出了一种基于EDF的实时性调度算法,仿真实验表明该算法具有明显的优点。     

Enforcing the timing behavior of real-time stations in legacy bus-based industrial Ethernet networks

This paper proposes a virtual token-passing mechanism, which allows the coexistence of legacy industrial Ethernet devices with enhanced (real-time) devices in the same bus network. The VTPE mechanism allows the implementation of real-time (RT) applications upon legacy bus-based industrial networks, enforcing the adequate timing behavior of the supported applications. It enables the traffic separation between legacy Ethernet stations and enhanced (RT) stations. A set of experiments has been performed, which allowed to measure the message access delay and the token rotation time. The achieved results clearly demonstrate that the VTPE architecture enables the support of RT communication upon legacy bus-based industrial Ethernet networks, even when the communication medium is shared with uncontrolled traffic sources.     

工业以太网实时通信技术及进展

改善实时性之后,以太网已经成功地进入工业自动化信息层、控制层。以太网应用到工业现场设备层,实时性仍然是最大障碍。文章结合以太网的通信机制,探讨了典型的工业以太网实时性技术特点,介绍了能够应用于现场设备的确定性工业以太网———Ethernet Powerlink的解决方案。     

用工业以太网描述和替代MVB网络

工业以太网广泛应用于各类工业控制领域,相比多功能车辆总线(MVB)在通信性能上存在优势,可适用于列车控制通信网络。文中先对工业交换式以太网模型进行了修改,用其来描述MVB网络的通信过程,对工业以太网模型和MVB网络模型作了比较,指出两者的相似性以及制约MVB通信性能的因素,然后提出了一种采用WFQ队列调度策略的环型工业以太网结构,并使用Opnet网络仿真软件仿真分析其在不同网络参数下的实时性能,通过比较,指出其在实时性方面可以替代MVB网络。     

工业以太网中流量控制策略的研究

工业以太网技术应用于工业网络是网络控制技术的一大发展趋势。针对工业以太网络通信中存在的数据实时性、确定性等问题，提出了一种用于工业以太网的网络流量控制策略，同时利用数学模型和仿真测试验证了该算法，并将其成功应用在设计的网络流量控制器中。研究结果表明使用该流量控制策略后，工业以太网的网络数据拥塞现象得到了明显改善，可以满足工业现场应用以太网技术进行实时数据通信的要求。     

大型DCS系统中工业以太网通信协议的设计与应用

在分布式控制系统DCS(Distributed Control System)中,网络通信是骨架,对DCS系统十分重要。为了将传统的以太网技术应用于工业领域,提出一种工业以太网协议技术——DNet(Determinate Net Protocal)。DNet协议技术使得DCS网络通信中的数据传输满足工业控制的确定性、实时性、可靠性与安全性等要求。     

工业控制网络协议与IPv6协议的一种转换方法

在企业自动化系统中,上层企业管理和生产监控大多采用以太网,下层车间现场大多采用现场总线,上下层各自采用不同的网络体系结构和协议.为了远程监控生产现场,实现异构网络的数据通信,需要构建合适的协议转换网关.通过对工业控制网络协议与IPv6协议的研究,提出了异构网络协议转换网关模型,并给出了一种基于中间件技术的工业控制网络与以太网的协议转换网关系统的设计方案,满足了底层工业控制网络与上层管理网络互联的应用要求.     

基于令牌总线和工业以太网的控制系统

针对令牌总线控制系统中节点间数据的传输效率随节点数量增加而降低的情况,采用FPGA技术结合工业以太网提出了一种满足强实时要求的总线型控制系统.通过将整个系统划分为若干个令牌总线型子网络,再将子网络通过工业以太网互联的方法提高了整个系统的实时性.试验结果表明节点间数据通信良好、实时性强,达到了预期效果.