随着工业水平的发展及生产加工质量要求的提高,工业通信网络得到了快速发展,目前工业以太网已成为控制系统应用的主流网络。工业以太网通信网络是进行大部分工业生产的基础,其性能优劣关系到工业生产现场的数据能否正常传输,直接影响生产质量、效率和安全。因此,如何对工业通信网络性能进行分析评估,以保证其功能的正确行使,具有重要意义。在工业以太网通信网络中,主站和通信协议是影响其通信质量的关键组件。在主站评估因素方面,目前配置实时套件的标准PC越来越多的用作主站,然而PC和实时套件的多样性也导致了 PC主站延迟的差异,需要进行评估,目前缺少针对标准PC主站延迟测量的快捷准确方法;在协议评估因素方面,协议分析工具能够解析协议数据,可应用于协议的调试研发和实际应用中,但国内外工业以太网协议众多,缺少适应于多种协议分析及质量评估的成熟方案。本文在对工业通信网络主站及协议质量评估研究现状进行分析的基础上设计了综合PC主站质量评估、多种通信协议自适配解析及性能测量和通信异常检测一体化的总体方案,具体如下。首先是主站质量评估。本文重点评估标准PC主站的延迟性能,通过对PC主站延迟特点及现有研究的总结,提出了一种“非介入黑盒测量法”来测量主站延迟,该方法可以在不干扰PC主站正常工作的情况下准确测量多种PC主站的延迟。文中基于FPGA开发了延迟测量装置来向待测主站周期性发送延迟测量数据帧并接收主站反馈,得到直接测量结果,然后开发主站延迟算法完成了多种类型PC主站的延迟测量,测量流程简洁,结果准确。然后是协议质量评估。该部分包括三方面内容:数据帧采集上传、协议解析、性能测量。在数据帧采集上传中设计了基于以太网口和USB3.0的两种上传方式;在协议解析中提出了支持多协议自适配、基于数据帧结构的静态解析和基于数据包流的动态解析相结合的方法进行协议解析;在性能测量中,实现了周期及抖动、节点传输延迟和时钟同步精度等性能指标的测量。其中在网口上传方案中使用Wireshark+LightPcapNg库实现了对协议质量的评估。最后挑选EtherCAT和EtherMAC协议分别搭建实验平台,进行了功能验证。最后是工业网络通信异常检测。该部分重点对工业通信网络主站及协议的异常进行检测。本文考虑主站性能、协议规则和协议性能等多种影响因素,从数据帧结构异常检测、协议通信行为异常检测、时间性能异常检测三方面对主站和协议的通信异常进行检测。并模拟了多种异常情况来进行实验验证,结果表明可以实现对典型异常的检测。通过以上三部分内容,形成了完整的工业以太网通信网络主站及协议质量评估系统,达到了评估通信网络质量和维护网络稳定运行的设计目的。