随着工业控制系统自动化程度的不断提高,工业控制系统对现场总线的传输速度、实时性和兼容性提出了更高的要求。同时计算机技术与网络技术的发展,使得现场总线朝着网络化的方向发展。工业以太网现场总线就是在这种背景下被提出的,相比于传统现场总线,工业以太网现场总线具有传输速率快、兼容性好等优点,目前已经被广泛地应用于各种控制系统。常见的工业以太网现场总线有SERCOS-III、PROFINET-IRT、PowerLink和EtherCAT等,其中EtherCAT以其传输速度快、实时性好的优点逐步成为研究的热点。EtherCAT是一种由德国BECKHOFF公司开发和设计的工业以太网技术。EtherCAT对标准以太网中不适于工业控制的部分进行了修改,使用主从通信机制代替了CSMA/CD机制,消除了数据交换的不确定性。EtherCAT采用了集束帧(即网络上所有节点共用一个以太网数据帧),提高报文的利用率。同时EtherCAT还保留了以太网传输速率快、兼容性好和低成本的优点。为了解决PLC控制器与现场设备之间的通信问题,本文研究了Ether CAT工业以太网技术,设计了一种应用于PLC控制器EtherCAT主站,通过本文设计的EtherCAT主站PLC控制器能够完成与现场设备的数据通信,且实时性良好。为了实现EtherCAT主站的设计,本文按以下几个步骤开展研究工作:首先,研究了工业以太网的发展现状。通过对比几种常见的工业以太网,指出了EtherCAT的优势,接着对EtherCAT国内外发展现状进行研究,并对EtherCAT的系统组成、数据帧结构和寻址方式进行了研究。其次,提出了一种新的EtherCAT主站方案。本文对比分析了几种常见的EtherCAT主站方案的不足,为了解决这些不足本文提出了一种基于多核CPU的EtherCAT主站实施方案。再次,就本文提出的EtherCAT主站方案进行了详细设计。为了提高主站的可维护性和可移植性,采用分层的思想对软件的实现方案进行设计。将EtherCAT主站分成了EtherCAT协议栈层和EtherCAT主站服务层,并详细介绍了各部分的实现。最后,对本文设计的EtherCAT主站进行验证。利用一个简单却完备的测试方案,对EtherCAT主站的主要功能和实时性进行了测试。测试结果表明:本文设计的EtherCAT主站符合PLC控制器的要求,其性能指标满足系统需求。