基于EtherCAT的实验室信息管理系统设计与实现

杨承熙,张洪成

(北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京　100191)

0　引言

实验室信息管理系统(laboratory information management system，简称LIMS)是运用计算机网络技术、快速数据处理技术、数据存储技术等对实验室进行全方位管理的计算机软、硬件系统，为实验室管理水平的整体提高和实验室的全面管理提供先进的技术支持[1-2]。

近年来，LIMS系统作为实验室自动化、信息化的关键部分，得到了飞速的发展，但仍存在诸多关键问题，其中实验室设备的远程监控由于实验设备种类众多、通信协议各不相同，使得其成为LIMS系统建设的瓶颈[3]。传统的1台计算机控制1台设备的解决方式成本较高，而使用集线器布线又较为复杂，且通信距离有限。因此本文提出一种基于EtherCAT实时工业总线技术来解决设备数据的远程监控问题，同时提出采用C/S、B/S混合软件架构以保证核心功能的可靠性与实时性，并保证一般功能的统一和易用。

1　实验室信息管理系统总体架构

1.1　远程监控功能拓扑结构

本系统的远程监控部分使用德国BECKHOFF公司提供的实时工业总线技术EtherCAT，与其他的工业以太网(如Modbus/IDA、EtherNET/IP、ProfiNET)相比，EtherCAT具有速度最快、成本较低、性能较好、网络拓扑结构灵活、系统配置简单、集成安全等优点。EtherCAT可提供纳秒级精确的同步，突破性地建立了新的技术标准——30 μs内可以更新1 000个I/O数据[4]。

根据系统的实际需求，EtherCAT可在不同场所建立现场站进行数据通信，其拓扑结构如图1所示。现场站由BECKHOFF耦合器及通信模块组成，可通过不同的通信模块与不同的设备进行通信。……