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传统以太网作为一种成熟的技术已经广泛应用在工业自动化系统中。然而,工业界对工控系统提出了更高的实时性与可靠性要求,传统以太网现场总线技术已经不能满足要求。依托“兆瓦级风力发电机组PLC控制系统国产化”科技项目和“基于EtherCAT的高速互联平台设计”微课题,以提高风机PLC通信系统的实时性与可靠性为研究目标,以研究EtherCAT实时以太网为突出点,以EtherCAT代替传统以太网为实现方式。EtherCAT能够提高网络之间通信效率,实现了低于lms实时性通信标准。相对于传统现场总线如CAN总线,EtherCAT完成了从毫秒级到微秒级的跨越。本文基于EtherCAT协议,研发了 EtherCAT互联平台,为EtherCAT在风机PLC通信系统的投入使用提供方案。本文的主要研究内容如下:(1)研究了 EtherCAT基础技术包括EtherCAT的运行原理、主站结构、从站控制器、状态机和应用层协议。基于EtherCAT协议,对比分析了 EtherCAT从站控制器芯片和微控制器,撰写了 EtherCAT从站开发方案。本课题研究难点在于从站软硬件的实现,涉及微处理器芯片、EtherCAT从站芯片等的选择,硬件设计及软件代码的优化设计。(2)设计了基于FPGA+ET1200的从站开发方案和基于STM32+LAN9252的从站开发方案。本文首先采用了 FPGA+ET1200方案,但因存在选取FPGA芯片软核空间不足且PCB布线复杂等问题。为有效解决这些问题,本文采用了 STM32+LAN9252方案,最终确定了此从站开发方案,并基于Windows7环境研发了 EtherCAT从站开发板,采用了 STM32特有的FSMC机制实现STM32和LAN9252的数据通信和共享;本文研究了 EtherCAT应用层CoE协议,设计了 CoE对象字典、设计了 CoE协议、优化了 CoE代码和SDO通信服务;基于EtherCAT从站平台设计了专用的设备描述文件ESI。(3)研究了倍福公司推出的TwinCAT3.1组态软件,配置了 TwinCAT3.1,用TwinCAT3.1充当EtherCAT系统的软主站,用所设计从站应用平台搭建了 EtherCAT主从通信环境,开发了主从通信系统搭建方法,并进行了通信时延设计与分析以及添加对象字典测试。实验结果表明,所搭建的EtherCAT应用平台实现了正常通信,主站正确读取了从站所添加的对象。(4)将EtherCAT互联平台拓展性地应用在变电站过程层通信系统,利用DG/850-i609开发板充当智能电子设备(IED),利用EtherCAT从站平台以及TwinCAT3.1建立基于EtherCAT互联平台的GOOSE报文传输实验测试环境,实验测试了数据包的波形、丢包率、实时性,测试结果显示采用EtherCAT通信GOOSE报文具有可靠性且能够提高GOOSE报文的实时性。