国际热核聚变实验堆(ITER,International Thermonuclear Experimental Reactor)装置是世界上最大的核聚变实验装置,旨在验证可控核聚变技术在工程上实现的可行性。极向场电源系统作为ITER的重要子系统之一,对等离子体形成、欧姆加热以及位形控制有着至关重要的作用。构成ITER极向场电源的变流器装置占地面积大且其控制系统较为复杂,在变流器进行试验测试期间,其控制系统中现场层监控系统需与本地控制器进行实时通讯(周期小于1ms),并完成现场上千路模拟量与数字量信号的采集与控制,现场层设备的性能影响着整个极向场电源系统的安全稳定运行,因此必须选择合适的现场总线设备完成上述工作。针对上述要求,本文在充分了解ITER极向场变流器的拓扑结构、运行模式及其控制系统架构的前提下,首先介绍了几种提升常用工业以太网现场总线实时性与可靠性的方法,分析了几种主流工业以太网现场总线并进行性能对比,依据ITER极向场变流器装置分布特点及控制需求选取了EtherCAT总线作为现场层监控系统通讯协议。其次,根据选取现场总线的运行原理,分析了该总线网络实时性的影响因素,对该总线在不同拓扑网络中的实时性进行仿真对比。同时,还通过搭建实验平台进行实验测试来验证理论分析的正确性。实验结果表明,EtherCAT总线在采用环型拓扑时的网络实时性能要高于其他拓扑,且采用环型拓扑的变流器现场层监控系统的最大控制周期约为20μs,能够满足1ms的通讯周期需求。再次,依据EtherCAT总线网络常用的冗余方式,基于典型的拓扑网络,设计出三种不同拓扑的冗余网络方案并进行可靠度研究,通过MATLAB软件对三种异构拓扑网络随节点数量变化的可靠度进行仿真。仿真结果表明,三种异构拓扑冗余网络的可靠度随着网络规模扩大而逐步降低,相较于另外两种网络,环型拓扑结构的网络仍旧在小型EtherCAT网络中具有较优的可靠度。且采用环型网络的变流器现场层监控系统的平均故障前时间为7.62年,远高于变流器的持续运行时间。最后,依据实时性与可靠性的分析结果,选择环型拓扑作为变流器现场层监控系统的现场总线硬件网络拓扑,并绘制了拓扑图。此外还搭建了实验平台,完成平台中上位机组态软件TwinCAT对平台中硬件设备的通信配置并实现了TwinCAT与通用组态软件Kingview间的通讯,扩展了实验平台的可用性,为变流器现场层监控系统的实际测试工作提供参考。