随着工业自动化技术和信息技术的不断发展,建立统一开放的通讯协议、构建信息和控制一体化的网络成为网络控制系统急待解决的问题。工业以太网具有通信协议简单、开放性良好等特点,是解决上述问题的有效方法,工业以太网已经成为网络控制系统的发展方向。 确定性和实时性问题是工业以太网在网络控制系统中应用的关键问题。为了能够实现基于以太网工业应用的实时通信,通信的时延必须被限制在一个可以接受的范围内。共享式以太网技术遵循CSMA/CD介质访问控制方式,信息传输的实时性和确定性都无法得到保证。以太网的实时通信不确定性是阻碍其应用于实时性要求较高的工业控制系统中的障碍,而交换式以太网的出现使这一问题得到了改善,交换式以太网技术能缩小甚至消除冲突域,提供更好的网络带宽和更好的实时性。 本文首先简要阐述了工业以太网的发展历史和背景知识,并从工业控制网络的特点出发指出了以太网所具有的优势和存在的问题。 其次,研究了传统以太网和交换式以太网的网络时延问题,根据网络中央节点设备的不同,通过构建工业以太网模型,研究不同负载下网络的性能,仿真结果表明了交换式以太网良好的实时性能。通过仿真实验,得出线型和树型两种不同网络结构的交换式以太网的网络时延,分析了不同负载下两种拓扑的实时性能,证明了树型交换式以太网良好的实时性能。 第三,介绍了IEEE802.1p标准及其在交换机中的队列特性,通过对以太网通信时间延迟的分析,针对交换式以太网的排队延迟,采用合适的调度算法减少排队延迟以改进交换式工业以太网的实时性。在对几种典型调度算法进行研究与比较的基础上,根据工业生产控制过程的传输数据特点,通过设置合理的信息优先级,本文采用一种改进的混合通信调度策略。基于该调度策略,分析了交换式以太网的网络时延,并采用OPNET仿真软件进行了仿真,分析和仿真结果表明,该算法进一步提高了网络的实时性能,更有效地保证了实时信息的传输。