毕设外文翻译

基于工业以太网透明模型的分层实时网络化数控系统

摘要：鉴于工业以太网在市场中日益增加的重要性，基于工业以太网透明模型的网络化数控系统也变得迫切需要。出于这样的考虑，本文设计了一种基于以太网或因特网的分层实时化网络，称之为RNH-CNC。为了评估其的工作表现，对其进行了一些试验并分析了试验结果。从结果中表明基于实时以太网的水平交流领域符合硬件的实时任务要求，并且在转换后的以太网上，数控服务器电脑和数控子电脑间的通讯也符合软件的实时任务要求。试验结果证实了基于工业以太网透明模型的数控系统的可靠性。

关键词：数控 网络 实时 工业以太网

1.内容介绍

随着信息科学的发展，网络化数控系统需要有以下两个特征：

（a）远程的过程。基于因特网和局域网（LAN）的数控系统能够实施远程操作，如远程设计，远程管理，远程监测和远程错误诊断。

（b）基于现场总线技术的现场设备控制。通常应具备高速现场总线技术的设备实时控制。

为了支持网络化数控系统，很多种办法都进行了试验。具体而言，许多文献都专注于现场总线技术，提出了一系列的可行方法[1, 2, 4, 5,9–11, 15]，这些方法都是基于一些特别的总线技术，如CAN,Profibus,SERCOS。而且，随着以太网的发展，一些文献提出了以太网和RS232交织的方法来解决数控系统的方案[3, 8]。

近年来，以太网技术迅速发展，由起初的10Mbps提速到现在的10Gbps，因此，相比较于现有的特殊总线技术，以太网在速度方面有很大的优势。举例来说，10Gbps的以太网的速度是12Mbps的PROFIBUS_DP的830倍，对于1Mbps的CAN则是其的10000倍。根据ARC（美国官方调查组织）的报告可知，工业以太网将会带动总线技术的发展，而且其可能会改变工业控制的网络标准，由此看来，把工业以太网引入到网络化的数控系统中将会成为数控系统发展的新方向。

现在，有少数研究部门正在致力于工业以太网关键技术的研究，以太网在工业方面的应用主要有两种应用模型[7]。一种是交叉模型，通常用于上层和商业以太局域网间的通讯，然而低层仍然使用低速的特殊总线。有一些运用这种模型的研究如Profinet, Modbus TCP/ IP,Ethernet/ IP, 和ILon。这种交叉模型的动机主要在于使每个总线制造系统和商业以太网的特殊总线联接起来，是一种折中的方案。这些联接都基于IEEE802接口技术和TCP/IP通讯协议，然而应用层间的协议各种各样，用于联接特殊总线和以太网的关键技术也不是很普遍。因而这些特殊的技术和纷杂的应用层协议制约了特殊总线技术的普遍使用。

另一种就是透明模型了，它在各层次（从上层到下层）采用了以太网及英特网的技术。这是一种对于工业以太网的彻底解决办法，然而这种办法还存留一些困难的问题。主要问题在于工业控制以太网实时性能的改进。为了解决此问题，关于透明模型的主要研究作重于以下两个方面。一是对于转换以太网的研究，另一种是实时控制协议的研究。尽管对以太网的一些问题已经取得了一些成果，但是在实际应用方面还有很长的路要走。

本文中，通过对数控系统特征的虚拟评估，我们提出了一种基于工业以太网透明模型的分层实时化、网络化数控系统（RNH-CNC)。余下全文是这样编排的：第二部分介绍了RNH-CNC系统的格局；第三部分描述了RNH-CNC系统的安装启动；第四部分是关于实验和评估的；最后，第五部分我们给出了结论。

2.RNH-CNC系统的格局

2.1网络和硬件格局

RNH-CNC系统的格局分为四层（如图1所示）：最底层（第一层）是现场设备（像SWERO,I/O)，第二层是数控子计算机，第三层包含数控服务器计算机和其他的一些系统（像CAD和