以太网在锌电解供电优化控制系统中的研究与应用

论文摘要

本文以锌电解供电优化控制系统的设计为背景，以锌电解供电控制以太网的设计为目的，提出了以太网的结构设计方案，对以太网应用于锌电解现场的关键技术作了研究，并设计了现场控制器的以太网接口。围绕这个课题，重点研究了以下几个方面的问题：文章首先分析了优化控制系统的原理及结构，包含四部分：电解供电优化调度、整流供电优化决策系统、全数字闭环控制系统和集中监视与远程监控系统。按照工业以太网的设计原则，设计了基于分层的结构化锌电解供电控制以太网，为锌电解供电控制系统提供了一个全分布的、对等的通信平台。同时，针对工业控制对可靠性的要求，对网络结构采用了冗余设计技术。其次，针对工业以太网应用于锌电解供电控制现场存在的一些关键技术进行了研究。主要在分析了以太网通信“不确定性”的基础上，讨论了改善以太网通信实时性的措施：全双工交换通信模式、虚拟局域网技术、网络实时调度技术；并对工业以太网应用的互可操作性进行了研究；最后对网络安全性作了分析，主要采用二级防火墙技术来解决网络安全性。最后，对锌电解供电现场控制器以太网接口设计进行了讨论。以太网接口采用基于ARM7TDMI内核的S3C44B0X作为微控制器，而选用全双工的RTL8019AS作为以太网控制器，具有双口互为备份的特点。在采用μClinux嵌入式操作系统的基础上，开发了通信的驱动程序，并采用socket套接字技术设计了以太网通信应用程序。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究目的、意义
• 1.3 以太网在工业控制中的应用研究现状
• 1.3.1 以太网在工业现场的应用前景
• 1.3.2 以太网应用于工业现场存在的问题
• 1.3.3 针对以太网实时性的研究现状
• 1.4 本文结构
• 第二章 锌电解供电优化控制系统结构
• 2.1 锌电解供电网络概述
• 2.1.1 锌电解中供电的重要性
• 2.1.2 锌电解供电网络结构
• 2.2 锌电解供电优化控制系统
• 2.2.1 优化控制系统的组成
• 2.2.2 优化控制原理
• 2.3 本章小结
• 第三章 锌电解供电优化控制系统网络结构设计
• 3.1 工业以太网方案设计原则
• 3.2 锌电解供电优化控制系统网络结构设计
• 3.2.1 传统工业网络结构
• 3.2.2 锌电解供电优化控制系统中以太网系统结构设计
• 3.3 冗余设计
• 3.3.1 核心层冗余设计
• 3.3.2 分布层冗余设计
• 3.3.3 电源冗余
• 3.4 锌电解供电控制网络以太网交换机的选择
• 3.5 本章小结
• 第四章 以太网应用于锌电解供电现场的关键技术研究
• 4.1 实时性研究
• 4.1.1 网络控制系统对通信实时性的要求
• 4.1.2 以太网通信的“不确定性”
• 4.1.3 全双工交换式以太网技术
• 4.1.4 虚拟局域网技术
• 4.1.5 锌电解现场单元的网络实时调度
• 4.2 互可操作性研究
• 4.3 网络安全性研究
• 4.3.1 工业以太网安全问题来源
• 4.3.2 锌电解工业以太网安全措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 锌电解供电现场控制器以太网接口硬件设计
• 5.1 锌电解整流控制器的结构
• 5.2 以太网接口电路设计
• 5.2.1 冗余需求
• 5.2.2 原理框图
• 5.2.3 以太网控制器的选择
• 5.2.4 RTL8019AS与单片机的连接
• 5.2.5 RTL8019AS与传输介质的连接
• 5.3 硬件抗干扰性设计
• 5.4 本章小结
• 第六章 锌电解供电现场控制器以太网接口软件设计
• 6.1 以太网协议的封装格式
• 6.1.1 以太网分层结构
• 6.1.2 数据的封装
• 6.1.3 以太网的封装格式
• 6.2 μClinux操作系统
• 6.2.1 μClinux介绍
• 6.2.2 μClinux移植
• 6.3 以太网通信驱动程序设计
• 6.3.1 RTL8019AS的初始化
• 6.3.2 发送数据程序
• 6.3.3 接收数据程序
• 6.4 以太网通信应用程序设计
• 6.5 本章小结
• 第七章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间的主要成果