CN105553795B - 一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法，包括将标准以太网设备通过接入设备，连接至现场总线中；所述主机将第一标准以太网数据以及以太网现场总线数据依次传送到所述接入设备；所述接入设备通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备；同时，将所述标准以太网设备反馈的第二标准以太网数据以及以太网现场总线数据，传送到主机，从而实现主机以及标准以太网设备之间标准以太网数据的传输。通过本发明，实现了标准以太网数据帧在工业以太网现场总线中的传输，简化了工业现场的布线方式。
Description
技术领域
本发明属于工业以太网通信领域，更具体地，涉及一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法。
背景技术
工业以太网是基于IEEE 802.3的强大的区域和单元网络。工业以太网与标准以太网都符合OSI模型，但针对工业控制实时性、高可靠性的要求，工业以太网在链路层、网络层增加了不同的功能模块，在物理层增加了电磁兼容性设计，解决了通信实时性、网络安全性、抗强电磁干扰等技术问题。
在如EtherCAT、NCUC等工业以太网现场总线系统中，有时需要向主机联入工业相机等标准以太网设备，而标准以太网设备主要提供千兆网、USB2.0、USB3.0、camera LINK、1394火线等接口，与工业以太网的接入标准并不相同。因此需要额外的线路与标准以太网设备进行连接，并且采用工业以太网现场总线和标准以太网两条数据链路分别进行数据传输，如图1所示。该方法需要对现有的工业以太网现场总线增加额外的布线，同时也增加了建设和维护的成本。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法，其目的在于直接在从站设备之间连入标准以太网设备，从而在不增加布线的情况下实现工业以太网主机与标准以太网设备的连接。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法，所述工业以太网包括主机以及第一从站，第二从站，…，第m从站，第m+1从站，…，第n从站，其中，n为大于等于2的整数，m为1到n-1的任意整数，所述主机的输出端连接第一从站的输入端，第m从站的输出端连接第m+1从站的输入端，所述第n从站的输出端连接所述主机的输入端；
该方法包括以下步骤：
S1.在主站与第一从站之间，或第m从站与第m+1从站之间，或第n从站与主站之间，通过接入设备连入标准以太网设备，所述接入设备的输入端连接主站的输出端，或第m从站的输出端，或第n从站的输出端，所述接入设备的输出端连接第一从站的输入端，或第m+1从站的输入端，或主站的输入端；
S2.所述主机将第一标准以太网数据以及以太网现场总线数据直接发送给所述接入设备，或者通过所述主机的输出端与所述接入设备的输入端之间连接的从站发送给所述接入设备；
S3.所述接入设备通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备；同时，将所述标准以太网设备反馈的第二标准以太网数据以及以太网现场总线数据，发送给第一从站，或第m+1从站，或主站；
S4.所述第二标准以太网数据以及以太网现场总线数据直接发送到主机，或者通过所述接入设备的输出端与所述主机的输入端之间连接的从站发送给主机，从而实现标准以太网数据在主机以及标准以太网设备之间的传输。
优选地，所述接入设备包括帧检测模块，上传缓冲区以及链路转换模块；
所述帧检测模块的输入端作为所述接入设备的输入端，第一输出端连接所述链路转换模块的第一输入端，第二输出端连接标准以太网设备的输入端；所述帧检测模块用于通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备，同时将以太网现场总线数据发送给所述链路转换模块；
所述上传缓冲区的输入端连接标准以太网设备的输出端，从而接收和储存所述标准以太网设备发送的第二标准以太网数据，并发送给链路转换模块；
所述链路转换模块的输入端连接所述上传缓冲区的输出端，输出端作为所述接入设备的输出端，用于根据所述工业以太网现场总线的最大通信时间而设定通信周期，并将所述通信周期划分为两个不同的通信区间，从而将以太网现场总线数据和第二以太网标准数据分别在所述两个不同的通信区间发送给第一从站，或第m+1从站，或主站。
优选地，所述工业以太网总线类型为NCUC，EtherCAT，Profibus，ProfiNET，PowerLINK，Ethernet/IP或Modbus/TCP。
优选地，所述以太网设备为工业相机，或以太网交换机，或以太网路由器。
优选地，所述主机由标准以太网控制器以及工业以太网现场总线主站控制器构成，所述标准以太网控制器用于发送第一标准以太网数据和接收第二标准以太网数据，所述工业以太网现场总线主站控制器用于发送和接收以太网现场总线数据。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、通过在从站设备之间，或者从站与主机之间直接连入标准以太网设备，无需对工业以太网现场总线原有拓扑结构以及接入方式进行更改，简化了工业以太网的线路连接，降低了建设和维护的成本；
2、优选通过链路转换模块将工业以太网现场总线的通信时间划分为不同的通信周期，从而分别将以太网现场总线数据和第二以太网标准数据进行传输，避免标准以太网数据对现场总线数据传输的影响，同时有效利用以太网现场总线的通信时间，提高了传输效率。
附图说明
图1是现有技术中工业以太网拓扑结构示意图；
图2是本发明工业以太网拓扑结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的一种以太网设备共享工业以太网现场总线方法的整体结构示意图；
图4是本发明实施例1提供的一种以太网设备共享工业以太网现场总线方法的具体流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供了一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法，所述工业以太网包括主机以及第一从站，第二从站，…，第m从站，第m+1从站，…，第n从站，其中，n为大于等于2的整数，m为1到n-1的任意整数，所述主机的输出端连接第一从站的输入端，第m从站的输出端连接第m+1从站的输入端，所述第n从站的输出端连接所述主机的输入端；所述主机由标准以太网控制器以及工业以太网现场总线主站控制器构成，所述标准以太网控制器用于发送第一标准以太网数据和接收第二标准以太网数据，所述工业以太网现场总线主站控制器用于发送和接收以太网现场总线数据。在传统的方法中，通常利用额外的布线将标准以太网设备与主机的标准以太网控制器相连接而传输标准以太网数据，而工业以太网现场总线主站控制器则与从站依次连接而传输以太网现场总线数据，如图1所示。
而本发明传输标准以太网数据的方法包括以下步骤：
S1.断开主机与第一从站之间，或第m从站与第m+1从站之间，或第n从站与主机之间的连接，将标准以太网设备(如工业相机，以太网交换机或以太网路由器等)通过接入设备，连接至主机与第一从站之间，或第m从站与第m+1从站之间，或第n从站与主机之间，所述接入设备的输入端连接主机的输出端，或第m从站的输出端，或第n从站的输出端，所述接入设备的输出端连接第一从站的输入端，或第m+1从站的输入端，或主机的输入端；
S2.所述主机将第一标准以太网数据以及以太网现场总线数据直接发送给所述接入设备，或者通过所述主机的输出端与所述接入设备的输入端之间连接的从站发送给所述接入设备；
S3.所述接入设备通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备；同时，将所述标准以太网设备反馈的第二标准以太网数据以及以太网现场总线数据，发送给第一从站，或第m+1从站，或主机；
S4.所述第二标准以太网数据以及以太网现场总线数据直接发送到主机，或者通过所述接入设备的输出端与所述主机的输入端之间连接的从站发送给主机，从而实现标准以太网数据在主机以及标准以太网设备之间的传输，如图2所示。
为了充分利用工业以太网现场总线的通信时间，可以根据通信时间设定通信周期为T，并将所述通信周期划分为两个不同的通信区间t1和t2，t1+t2＝T，从而将以太网现场总线数据和以太网标准数据分别在t1和t2中传输，即在时间t为NT～NT+t1时，传送以太网现场总线数据，在NT+t1～(N+1)T时，传送以太网标准数据，N为整数，其t1可以根据以太网现场总线的利用率而设定。
在硬件组成上，可以将帧检测模块，上传缓冲区以及链路转换模块组成接入设备从而实现上述功能；
其中，所述帧检测模块的输入端作为所述接入设备的输入端，第一输出端连接所述链路转换模块的第一输入端，第二输出端连接标准以太网设备的输入端；所述帧检测模块用于通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备，同时将以太网现场总线数据发送给所述链路转换模块；
所述上传缓冲区的输入端连接标准以太网设备的输出端，从而接收和储存所述标准以太网设备发送的第二标准以太网数据，并发送给链路转换模块；
所述链路转换模块的输入端连接所述上传缓冲区的输出端，输出端作为所述接入设备的输出端，用于根据所述工业以太网现场总线的最大通信时间而设定通信周期，并将所述通信周期划分为两个不同的通信区间，从而将以太网现场总线数据和第二以太网标准数据分别在所述两个不同的通信区间发送给第一从站，或第m+1从站，或主机。
该方法可应用于不同类型的工业以太网总线，如NCUC，EtherCAT，Profibus，ProfiNET，PowerLINK，Ethernet/IP或Modbus/TCP。
实施例1
本实施例提供的一种以太网设备共享工业以太网现场总线方法的整体结构参见图3，其中工业以太网现场总线中的数据帧，由工业以太网现场总线接口1进入接入设备，接入设备转发工业以太网现场总线数据帧到工业以太网现场总线接口2，同时通过以太网数据帧帧类型数据段，区分出标准以太网数据帧，将标准以太网数据帧转发到标准以太网接口输出。同时检测工业以太网现场总线接口1的输入信号，通过数据帧的帧同步及帧定界段判断是否有数据流入，在检测工业以太网现场总线接口1空闲无数据进入时，转发标准以太网接口上传缓冲区数据帧到工业以太网现场总线接口2。在已知总线通信周期以及最大数据帧长度时，如NCUC现场总线，可通过划分工业以太网现场总线数据帧通信区间与标准以太网数据帧通信区间，进一步明确标准以太网数据帧上传时间区间。标准以太网接口将上传的标准以太网数据帧实时缓存进入标准以太网接口上传缓冲区。以避免在数据帧转发过程中上传的标准以太网数据帧丢失。
工业以太网在实现上一般采用环型链路拓扑和线型链路拓扑。本实施例方法中在环型以及线型非终端插入接入设备，接入设备分别与上游设备以及下游设备进行连接；在线型的终端插入接入设备，接入设备一端与上游设备连接，下游设备连接处进行短接。这样的设备接入方法适应各类工业以太网现场总线设备的接入方式，简化了设备接入的复杂度。
所有的工业以太网现场总线数据帧由主机的工业以太网现场总线主站控制器发起，工业以太网现场总线从站1至从站m进行处理转发，接入设备直接进行转发，工业以太网现场总线从站m+1至从站n继续进行处理转发，最终回到主机的工业以太网现场总线主站控制器。所有标准以太网数据帧由主机的工业以太网现场总线主站控制器或接入设备发起，由主机的工业以太网现场总线主站控制器发起的标准以太网数据帧，由工业以太网现场总线从站1至从站m直接进行转发，最终由接入设备进行接收处理；由接入设备发起的标准以太网数据帧，由工业以太网现场总线从站m+1至从站n直接进行转发，最终由主机的标准以太网控制器进行接收处理。
主机的工业以太网现场总线主站控制器与标准以太网控制器共享工业以太网现场总线的物理层，主机在数据链路层对工业以太网现场总线数据帧和标准以太网数据帧进行区分，即分辨数据帧协议类型段，分别将数据帧分发给工业以太网现场总线主站控制器与准以太网控制器，即可分别完成工业以太网现场总线数据帧与标准以太网数据帧的处理。工业以太网现场总线从站在数据链路层也将对工业以太网现场总线数据帧和标准以太网数据帧进行区分，实时转发标准以太网数据帧，而对于工业以太网现场总线数据帧则按照工业以太网现场总线规范处理后转发。
本实施例提供的一种以太网设备共享工业以太网现场总线方法的具体流程图参见图4：
首先检测工业以太网现场总线接口1是否空闲，空闲则将标准以太网接口上传缓冲区数据帧进行上传，非空闲状态则判断流入数据帧的数据帧类型段；确定数据帧类型，工业以太网现场总线数据帧则直接转发工业以太网现场总线接口2，标准以太网数据帧则转发到标准以太网接口，依次循环处理，即可实现标准以太网设备在工业以太网现场总线中的接入。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种在工业以太网中传输标准以太网数据的方法，所述工业以太网包括主机以及第一从站，第二从站，…，第m从站，第m+1从站，…，第n从站，其中，n为大于等于2的整数，m为1到n-1的任意整数，所述主机的输出端连接第一从站的输入端，第m从站的输出端连接第m+1从站的输入端，所述第n从站的输出端连接所述主机的输入端；
其特征在于，包括以下步骤：
S1.在主机与第一从站之间，或第m从站与第m+1从站之间，或第n从站与主机之间，通过接入设备连入标准以太网设备，所述接入设备的输入端连接主机的输出端，或第m从站的输出端，或第n从站的输出端，所述接入设备的输出端连接第一从站的输入端，或第m+1从站的输入端，或主机的输入端；
S2.所述主机将第一标准以太网数据以及以太网现场总线数据直接发送给所述接入设备，或者通过所述主机的输出端与所述接入设备的输入端之间连接的从站发送给所述接入设备；所述接入设备包括帧检测模块，上传缓冲区以及链路转换模块，所述帧检测模块的输入端作为所述接入设备的输入端，第一输出端连接所述链路转换模块的第一输入端，第二输出端连接标准以太网设备的输入端；
S3.所述帧检测模块通过数据帧协议类型，区分以太网现场总线数据与第一标准以太网数据，并将第一标准以太网数据发送给所述标准以太网设备；同时，将以太网现场总线数据发送给所述链路转换模块；
S4.所述上传缓冲区的输入端连接标准以太网设备的输出端，从而接收和储存所述标准以太网设备发送的第二标准以太网数据，并发送给链路转换模块；
S5.所述链路转换模块的输入端连接所述上传缓冲区的输出端，输出端作为所述接入设备的输出端，根据所述工业以太网现场总线的最大通信时间而设定通信周期，并将所述通信周期划分为两个不同的通信区间，从而将以太网现场总线数据和第二以太网标准数据分别在所述两个不同的通信区间发送给第一从站，或第m+1从站，或主机。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述工业以太网总线类型为NCUC，EtherCAT，Profibus，ProfiNET，PowerLINK，Ethernet/IP或Modbus/TCP。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以太网设备为工业相机，或以太网交换机，或以太网路由器。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主机由标准以太网控制器以及工业以太网现场总线主站控制器组成，所述标准以太网控制器用于发送第一标准以太网数据和接收第二标准以太网数据，所述工业以太网现场总线主站控制器用于发送和接收以太网现场总线数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A method for transmitting standard Ethernet data in industrial Ethernet Granted publication date: 20181016 Pledgee: China Development Bank Hubei Provincial Branch Pledgor: WUHAN HUAZHONG NUMERICAL CONTROL Co.,Ltd. Registration number: Y2024980008553 |
|
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |