基于EtherMAC總線的功能安全I-O從站研究與設計.pdf

1、目前，現場總線技術在控制領域已十分普及。在滿足基本功能的前提下，實際應用中又對總線的功能安全提出了要求。我國國產總線系統本身相比現有成熟總線系統尚有差距，而現今總線產品又受到功能安全指標的限制，因此對國產現場總線進行功能安全研究刻不容緩。
　　本文以課題“數控系統現場總線安全關鍵技術及產品研發(fā)”為依托，以山東大學具有自主知識產權的EtherMAC總線為研究對象，結合功能安全標準IEC61508，以數控送料機床為應用對象，設計了基于

2、EtherMAC總線的的功能安全I/O從站。本文的主要研究內容分別有:數控送料機床功能安全需求分析，針對數控送料機床功能安全I/O從站功能實現及安全需求進行安全協議與底層硬件設計，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)展現狀出發(fā)，介紹了現發(fā)展階段功能安全的相關的設計概念、設計方法、評估計算方法。又介紹了目前具有功能安全技術的現場總線，分析了現有國產現場總線的不足，以此闡述了本文研究內容的意義。本文基于Ether

3、MAC總線的功能安全I/O從站設計應用對象為數控送料機床，所以在深入研究功能安全系列標準的基礎上，分析了數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控送料機床所要達到的安全等級，以此為基礎對功能安全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用需求，選取合適的元件，根據元件設計手冊的要求合理設計從站的底層硬件。并制定EtherMAC網絡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，對所設計的功能安全I/O從站進行安全建模分析，得出所設計功能安全I/O從站的安全完整性等級。根據計算結果，判斷所設計從站的安全指標是否滿足數控送料機床的安全指標要求，以計算分析為基礎進行改進設計。最后將所設計功能安全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，其基本功能也能夠實現。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，實現了基于Eth