随着现场总线技术的发展成熟,运动控制系统逐步采用总线技术作为其硬件平台,但现场总线受制于通讯速率、实时响应等方面的限制逐渐不能满足自动化设备对实时性、多轴同步、加工精度等方面越来越高的要求,于是面向运动控制的实时以太网技术已成为数控系统的发展方向。本文基于实时以太网EtherMAC总线,对EtherMAC总线做了深入的研究,对总线拓扑结构和功能做了扩展和完善,提出了多种可靠性保障机制和安全性措施,并通过实际项目应用验证总线的实时性和可靠性。论文首先回顾了运动控制系统和总线技术的发展历程,指出实时以太网技术应用到运动控制平台的优势和存在的问题,通过分析国内外实时以太网总线的技术特点和发展现状,引出EtherMAC总线自身的特点和优势所在。论文详细介绍了EtherMAC总线的通讯和同步机制,并在现有的线型网络和环型网络的基础上提出基于二叉树型的树形网络结构,完善了EtherMAC网络拓扑结构的形式,树形网络的短周期自治子系统可实现高速高精插补运算。基于线型网络从节点同步方案实现树形网络从节点同步,使其具有更小的转发延时和同步抖动。同时,针对应用场合对不同节点的需求,论文设计实现了通用I/O模块、编码器模块,完善了EtherMAC节点类型,并对单轴模块进行功能扩充。EtherMAC总线采用网关方式兼容了Modbus、RTEX、CANopen等常用总线,使得使用这些总线的设备诸如变频器、传感器、总线型电机等可以无缝的连接到EtherMAC运动控制系统,有利于扩大EtherMAC总线的应用范围。针对EtherMAC总线在工业现场可能出现的故障,论文对总线的可靠性做了研究和分析,通过从节点的硬件优化、程序优化设计来提高系统的稳定性和抗干扰能力,并在主节点设计实现基于循环冗余校验码的重发机制更正数据在传输过程中出现的错误。同时,结合IEC61508标准,设计总线安全机制,确保系统在故障发生时不会对人、环境或设备造成伤害。最后将前述的理论和功能应用到实际项目：基于EtherMAC总线的喷漆生产线控制系统可控制13个电机以及众多I/O点,并通过Modbus控制喷漆配比,可实现对门、窗的喷漆、烘干以及数据库管理等一整套操作,系统运行稳定可靠；PCI+EMAC运动控制平台既保留了上位机PCI内核驱动和运动控制库函数,又融入了总线的灵活性和开放性的特点,可以达到较短的通讯周期,实现多轴高速插补运算。通过工业现场的实际项目调试与分析,验证了总线系统的可靠性与实时性。