工业以太网控制系统的网络协议研究分析及在现代工业水处理自动化中的应用

论文摘要

网络控制系统NCS （networked control system）是基于网络的分布式控制系统。它融合了先进的计算机技术、通信技术与控制技术,体现了控制系统的网络化、集成化、节点智能化的发展趋势,是控制界研究的一个热点之一。网络控制系统通过一个实时的网络构成闭环的反馈控制系统,是某个区域内一些现场检测、控制及操作设备和通信线路的集合。网络控制系统提供了设备之间的数据传输,使该区域内不同地点的用户实现资源共享和协调操作,是计算机网络技术在控制领域的延伸和应用。随着控制系统规模的日益扩大,网络控制系统的应用将变得越来越广泛。本文通过回顾网络控制系统的发展,详细介绍了以太网络控制系统的特性及其数学模型。讨论了以太网络控制系统中存在的问题包括网络引起的时延,采样率的选择,网络数据包的丢弃等问题及其解决方法和策略。分析了控制以太网CSMA/CD媒体访问协议和CSMA/CD-TDMA混合网络协议各自的优缺点,并结合了具体的控制对象,进行了以太网络控制系统的仿真,从仿真结果得出并讨论了各访问协议的优缺点。并基于这两个网络协议提出了新的以太网络协议构想并对其进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 网络控制系统（NCS）的出现
• 1.2 NCS 的主要研究问题
• 1.3 NCS 的研究现状
• 1.3.1 理论角度
• 1.3.2 通讯技术
• 1.4 选题的目的和意义
• 1.5 本文所做的工作
• 第二章网络控制系统的发展
• 2.1 DCS 集散控制系统
• 2.2 FCS 现场总线控制系统
• 2.2.1 现场总线的应用特点
• 2.2.2 现场总线研究重点
• 2.2.3 现场总线发展展望
• 2.3 工业以太网
• 2.3.1 以太网的产生及其简介
• 2.3.2 标准以太网的实时局限性
• 2.3.3 解决以太网实时局限性的传统方法
• 2.4 小结
• 第三章 以太网络控制系统的控制性能分析
• 3.1 网络控制系统的特性
• 3.1.1 时变传输周期
• 3.1.2 网络调度问题
• 3.1.3 单包和多包传输
• 3.1.4 数据包错乱与丢失
• 3.1.5 延时与丢包对稳定的影响
• 3.1.6 采样率对稳定影响
• 3.1.7 延时的解决方法与策略
• 3.2 基于以太网络控制系统的稳定性分析
• 3.2.1 系统状态的运动及平衡状态
• 3.2.2 稳定性主要分析方法
• 3.2.3 网络系统的鲁棒稳定
• 3.3 小结
• 第四章 CSMA/CD 和 CSMA/CD-TDMA 媒体访问协议及其分析
• 4.1 CSMA/CD 媒体访问协议
• 4.2 CSMA/CD 媒体访问协议性能分析
• 4.3 CSMA/CD-TDMA 混合以太网络协议
• 4.4 两种网络协议性能比较
• 4.5 小结
• 第五章 以太网网络控制系统仿真
• 5.1 MatIabISimlink 的 TrueTime 工具箱
• 5.2 仿真实例
• 5.2.1 网络协议的控制系统仿真
• 5.2.2 CSMA/CD-TDMA 网络协议的控制系统仿真
• 5.3 仿真实例分析
• 5.3.1 对于情况一有网络控制系统和没有网络控制系统的比较
• 5.3.2 CSMA/CD 网络协议仿真和CSMA/CD-TDMA 协议仿真比较
• 5.4 新型以太网络访问协议的构想
• 5.5 小结
• 第六章 以太网在工业水处理自动化中的实例
• 6.1 工业以太网ETHERNET/IP 的概述
• 6.1.1 以太网通讯协议
• 6.1.2 TCP/IP 协议
• 6.1.3 应用层协议及互操作性
• 6.1.4 基于 EtherNet/IP 网络的 I/O 控制
• 6.1.5 EtherNet/IP 网络的优势
• 6.2 工程应用
• 6.3 小结
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已录用的论文