随着信息技术和控制技术的发展，传统的控制系统发生了深刻的变革，逐渐形成了网络化的开放式体系结构。网络化、分布化和节点智能化正成为控制系统新的发展方向。同时，随着管控一体化技术的发展，迫切要求在企业内部建立一个统一开放的通讯网络，将信息网络与控制网络融合，实现集中管理、高层监控和企业的综合自动化。现场总线为现场设备层的网络化提供了很好的解决方案，但要实现企业信息网络与控制网络的无缝集成，目前的现场总线显然难以解决。而要实现这一目标，主要任务就是实现在企业中上层网络广泛应用的以太网和底层控制网络的互连。于是人们纷纷把目光转向了以太网，欲将其延伸至现场设备层。然而，由于以太网在其MAC(Media Access Control)层采用CSMA/CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，带冲突检测的载波侦听多路访问)的媒体访问机制，使其存在通信时延不确定的缺陷，并成为它在工业现场实时环境中应用的主要障碍，也是目前众多工控专家十分关注的问题。除了通信时延的不确定性，要将以太网应用于工业现场环境，还需要解决一系列其它关键技术问题，如数据包丢失、系统稳定性和网络安全性等，这些问题都直接影响着以太网在现场设备中的应用。论文针对以太网在工业控制领域应用中存在的问题，开展了以下研究工作：1、结合工业控制系统的实际情况和要求对以太网的实时能力和影响实时性的因素进行了分析，并提出了改善和提高其实时性的一些措施。同时针对总线供电、网络安全等问题给出了一些初步解决方法。2、针对以太网在网络控制系统中传输时延的不确定性问题，论文在总结前人研究成果的基础上提出了一种基于模型预测控制算法的时延补偿控制方案，并在Matlab环境下进行了仿真，仿真结果表明了该方案的可行性。3、根据现场设备的要求，利用32位的ARM嵌入式微处理器设计了具有以太网通信接口的硬件平台，同时还提供数据采集、控制输出、CAN总线通信等功能。然后在该平台上移植了嵌入式实时操作系统μC/OS-Ⅱ，并实现了嵌入式TCP/IP协议栈，成功构建了嵌入式Web服务器。另外，为了整个实验平台的需要，还设计了两个基于单片机的CAN通信节点。这些节点不仅提供CAN通信接口，同时还具备数据采集、人机交互(包括LCD显示、键盘输入)、步进电机控制等功能。论文共分为六章：第一章介绍了课题的研究意义、研究现状以及论文的主要工作；第二章对工业以太网技术进行了分析研究，针对实时性等主要问题提出了一些改善和解决措施；第三章针对以太网时延的不确定性提出了一种基于模型预测控制算法的时延补偿控制方案；第四章详细介绍了网络控制系统平台硬件的设计以及关键功能模块驱动程序的实现；第五章介绍了网络控制系统平台应用软件的设计与实现；第六章对全文进行了总结，并对后续研究工作进行了展望。