两级主从控制系统以其简单的结构被广泛应用在从节点数目较多、现场设备分散且对通信实时性要求较高的工业控制领域。随着工业自动化程度的不断提高,两级主从控制系统对组网灵活性及通信实时性和可靠性提出了更高要求。论文在研究现有工业以太网技术的基础上,根据两级主从控制系统“一主多从”的结构特点,将集总帧通信的思想应用到两级主从控制系统数据和指令的传输,提出了新的以太网通信协议。新协议对传统以太网的通信模型进行改进,以改善其在两级主从控制应用中存在的网络节点逐一编址、组网不灵活,及有效数据传输率低、通信存在不确定性的缺点。在新协议中网络从节点的编址巧妙、简单,只需主节点发起一次通信实现,;在信息及数据传递时采用集总帧的形式,将所有从节点的信息封装到一个报文传输,协议有效数据传输率高;采用单向环形的网络结构,消除以太网通信的不确定性,并在从节点延迟转发报文并处理的机制下,实现了信息在网络的快速传递和交互。在新协议基础上,论文采用SOPC技术,分别设计了主、从节点并建立了小型的两级主从控制系统实验平台。经实验测量、分析证明,新协议能够满足两级主从控制系统对组网灵活性及通信实时性和可靠性的要求。协议结构简单,实现方便,具有一定的先进性和实用价值。最后为方便系统维护及故障排查,论文还设计了相应的协议分析仪,对两级主从系统传输的指令和数据进行解析。