传统的现场总线系统缺少网络通信功能,存在开放性与实时性不足以及兼容性差等缺点,不能满足现代工业控制对实时性及网络化的要求。随着工业4.0的兴起和智能工厂概念的提出,工业以太网在自动控制中的应用越来越广泛。与传统的现场总线相比,工业以太网具有传输速度快、通信距离长、实时性好、数据传输量大、开发成本低等优点。将工业以太网用于数据采集已经成为了数据采集系统的发展趋势。因此,本文在分析了各种工业以太网优缺点的基础上,开展了基于Ether CAT工业以太网的数据采集系统的研究。首先,根据主站的组成方式,选用装有标准网卡的PC机作为主站,选择Twin CAT软件作为主站上位机对从站进行管理。根据从站的应用需求确定了从站的设计方案。通过分析以太网报文在Ether CAT从站控制器中的传输特点、研究从站控制器的自动回环功能,为数据采集系统设计了具有冗余功能的环形拓扑结构。然后根据Ether CAT数据链路层专用芯片ET1100的结构和功能,自主开发了一套Ether CAT从站硬件设备。为提高设备的通用性和可维护性,从站采用了模块化的设计,包括微处理器电路,从站接口卡和信号调理电路三个模块。为提高电路板的电磁兼容性能,对PCB设计进行了合理的布局、分层和布线。对系统主从站软件进行了设计。主站方面,首先对Twin CAT的ADS通讯协议进行了研究,使用Visual C++设计了Twin CAT ADS接口程序。其次根据从站配置文件结构,使用XML语言设计了从站配置文档。从站方面,为方便从站功能的扩展,分析了Ether CAT从站协议栈的整体架构和CANopen协议的标准,在Ether CAT从站协议栈中实现了CANOpen DS401协议的对象字典。并且针对工程上常用数字滤波算法的不足,提出了一种改进的数字滤波算法。最后在以上软硬件的基础上搭建了完整的Ether CAT数据采集系统实验平台,对设备的实时性、同步性、准确性进行了测试,对系统的远程访问能力和冗余拓扑结构的可靠性进行了验证。