基于EtherMAC總線的功能安全I-O從站研究與設(shè)計.pdf

1、目前，現(xiàn)場總線技術(shù)在控制領(lǐng)域已十分普及。在滿足基本功能的前提下，實際應(yīng)用中又對總線的功能安全提出了要求。我國國產(chǎn)總線系統(tǒng)本身相比現(xiàn)有成熟總線系統(tǒng)尚有差距，而現(xiàn)今總線產(chǎn)品又受到功能安全指標的限制，因此對國產(chǎn)現(xiàn)場總線進行功能安全研究刻不容緩。
　　本文以課題“數(shù)控系統(tǒng)現(xiàn)場總線安全關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)品研發(fā)”為依托，以山東大學(xué)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的EtherMAC總線為研究對象，結(jié)合功能安全標準IEC61508，以數(shù)控送料機床為應(yīng)用對象，設(shè)計了基于

2、EtherMAC總線的的功能安全I/O從站。本文的主要研究內(nèi)容分別有:數(shù)控送料機床功能安全需求分析，針對數(shù)控送料機床功能安全I/O從站功能實現(xiàn)及安全需求進行安全協(xié)議與底層硬件設(shè)計，后期功能安全評估及功能測試。
　　首先，本文由功能安全的發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā)，介紹了現(xiàn)發(fā)展階段功能安全的相關(guān)的設(shè)計概念、設(shè)計方法、評估計算方法。又介紹了目前具有功能安全技術(shù)的現(xiàn)場總線，分析了現(xiàn)有國產(chǎn)現(xiàn)場總線的不足，以此闡述了本文研究內(nèi)容的意義。本文基于Ether

3、MAC總線的功能安全I/O從站設(shè)計應(yīng)用對象為數(shù)控送料機床，所以在深入研究功能安全系列標準的基礎(chǔ)上，分析了數(shù)控送料機床的工作環(huán)境及安全需求。采用風險圖與風險矩陣法首先確定數(shù)控送料機床所要達到的安全等級，以此為基礎(chǔ)對功能安全I/O從站的目標安全等級進行分配。為了達到功能安全I/O從站的安全需求及應(yīng)用需求，選取合適的元件，根據(jù)元件設(shè)計手冊的要求合理設(shè)計從站的底層硬件。并制定EtherMAC網(wǎng)絡(luò)通信的安全報文及錯誤處理機制，以此來降低運行中的風

4、險。分別采用故障樹法、可靠性框圖法與Markov法，對所設(shè)計的功能安全I/O從站進行安全建模分析，得出所設(shè)計功能安全I/O從站的安全完整性等級。根據(jù)計算結(jié)果，判斷所設(shè)計從站的安全指標是否滿足數(shù)控送料機床的安全指標要求，以計算分析為基礎(chǔ)進行改進設(shè)計。最后將所設(shè)計功能安全I/O從站進行加工制作。通過測試證明從站在滿足功能安全的前提下，其基本功能也能夠?qū)崿F(xiàn)。并編制了安全措施來進一步降低風險事件的概率。
　　通過本文工作，實現(xiàn)了基于Eth