CN105553805A - Can网络中主站掉电保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CAN网络中主站掉电保护系统和方法，所述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且所述主站具有储能元件，所述系统包括位于主站的掉电检测单元和复位启动单元，所述从站包括复位单元，其中：所述掉电检测单元，用于实时侦测主站供电电源并在所述供电电源失效时将主站切换到储能元件供电，同时向复位启动单元发送启动信号；所述复位启动单元，用于在接收到所述启动信号时生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络；所述复位单元在接收到所述复位命令时使该从站切换到预运行状态。本发明通过在主站掉电时广播复位命令，使得主站可快速切换到非运行状态，而无需等到心跳帧超时，提高了系统的安全性。

Description

CAN网络中主站掉电保护系统及方法
技术领域
本发明涉及CAN网络通信领域，更具体地说，涉及一种CAN网络中主站掉电保护系统及方法。
背景技术
随着时代的进步，在工业控制系统中，越来越趋向于使用节省硬件成本与安装费用的工业现场总线(即CAN总线)。CANopen是一种应用于工业控制现场总线上的高层通信协议，包括通信子协议与设备子协议。CiA301是CANopen应用层和通信子协议规范，涵盖了网络管理从站设备功能。
基于CAN总线控制的PLC通信控制主站产品也变得越来越普及。对于CAN总线上各个站点的在线状态，CANopen协议采用的是检测特定通信帧的方式来监控站点的在线状态，这种特定帧被称为心跳帧。例如当主站的心跳帧没有按照预先设定方式被接收到时，从站便切换自己的状态到非运行状态，并且停止当前正在执行的操作。
这种通过心跳帧监控从站在线状态的方法被普遍应用，但如果通信线正常，此时主站突然断电，那么从站必须要等到主站的心跳帧超时才会切换状态。如果想缩短响应的时间，就要增大心跳帧发送的频率。但心跳帧本身对于从站的控制并没有实际意义，还会增加网络负载。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对上述CAN网络中主站断电保护增加网络负载的问题，提供一种新的CAN网络中主站掉电保护系统及方法。
本发明解决上述技术问题的技术方案是，提供一种CAN网络中主站掉电保护系统，所述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且所述主站具有储能元件，所述系统包括位于主站的掉电检测单元和复位启动单元，所述从站包括复位单元，其中：所述掉电检测单元，用于实时侦测主站供电电源并在所述供电电源失效时将主站切换到储能元件供电，同时向复位启动单元发送启动信号；所述复位启动单元，用于在接收到所述启动信号时生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络；所述从站的复位单元在接收到所述复位命令时使该从站切换到预运行状态。
在本发明所述的CAN网络中主站掉电保护系统中，所述主站包括心跳帧发送单元，所述从站包括状态检测单元，且所述心跳帧发送单元用于在主站正常运行时以固定频率向CAN网络广播心跳帧，所述状态检测单元在从站处于运行状态且超过预定时间未接收到心跳帧时使从站切换到预运行状态。
在本发明所述的CAN网络中主站掉电保护系统中，所述主站在完成初始化操作后向复位启动单元发送启动配置命令；所述从站在完成初始化操作后进入预运行状态，并在接收到启动配置命令后进入运行状态。
本发明还提供一种CAN网络中主站掉电保护方法，所述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且所述主站具有储能元件，所述方法包括以下步骤：
(a)实时侦测主站供电电源并在所述供电电源失效时将主站切换到储能元件供电；
(b)生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络，从站在接收到所述复位命令时切换到预运行状态。
在本发明所述的CAN网络中主站掉电保护方法中，所述方法还包括：所述主站在正常运行时以固定频率向CAN网络广播心跳帧，所述从站进入运行状态后进行心跳帧检测，并在超过预定时间未接收到心跳帧时使从站切换到预运行状态。
在本发明所述的CAN网络中主站掉电保护方法中，所述主站在完成初始化操作后生成启动配置命令并将该配置命令发送对应的从站，所述从站在完成初始化操作后进入预运行状态，并在接收到启动配置命令后进入运行状态。
本发明的CAN网络中主站掉电保护系统及方法，通过在主站掉电时广播复位命令，使得主站可快速切换到非运行状态，而无需等到心跳帧超时，提高了系统的安全性。
附图说明
图1是本发明CAN网络中主站掉电保护系统实施例的示意图。
图2是图1中CAN网络中主站掉电保护系统响应时间的示意图。
图3是本发明CAN网络中主站掉电保护方法实施例中主站运行的流程示意图。
图4是本发明CAN网络中主站掉电保护方法实施例中从站运行的流程示意图。
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。
如图1所示，是本发明CAN网络中主站掉电保护系统实施例的示意图，该系统可直接应用于使用CAN网络通信的系统中。上述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站10和多个从站20，且主站10具有储能元件，本实施例中的主站掉电保护系统包括位于主站10的掉电检测单元11和复位启动单元12，从站20包括复位单元21，上述掉电检测单元11和复位启动单元12可结合运行于主站10的PLC(可编程逻辑单元)的软件实现。而从站20的复位单元21则可与现有从站20的复位逻辑相同。
掉电检测单元11用于实时侦测主站10供电电源并在供电电源失效时将主站10切换到储能元件供电，在切换电源的同时，掉电检测单元11还向复位启动单元12发送启动信号；复位启动单元12用于在接收到掉电检测单元11生成的启动信号时，创建复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络，使接入CAN网络的各个从站20可接收到该复位命令；从站20的复位单元21在接收到复位命令时使该从站20切换到预运行状态。
上述CAN网络中主站掉电保护系统，通过在主站10的PLC的掉电瞬间，利用自身的储能元件延迟断开自身的电源，并且利用短暂的断电延迟，广播发送复位命令(例如复位节点或者复位连接命令)，从而使得从站20不用等到心跳帧超时，而立即切换状态，减少因从站20失控导致的异常。
上述主站10可包括心跳帧发送单元，相应地，每一从站20则可包括状态检测单元，且心跳帧发送单元用于在主站10正常运行时以固定频率向CAN网络广播心跳帧，状态检测单元在从站20处于运行状态且超过预定时间未接收到心跳帧时使从站20切换到预运行状态。通过心跳帧，可在从站20连接异常时，使该从站20切换到停止状态，避免失控。
上述主站10在完成初始化操作后可通过向特定的从站20发送启动配置命令，并通过心跳帧发送单元以固定的频率广播心跳帧(在发送心跳帧的过程中，主站10也可向需启动的从站20发送启动配置命令)；从站20在完成初始化操作后进入预运行状态，并在接收到启动配置命令后进入运行状态。在从站20进入运行状态后，接收主站10发送的心跳帧，以进行连接诊断。
如图2所示，在CAN网络连接正常时，主站10在t1、t2、t6、t7时刻进行心跳帧通信，每一启动的从站20接收上述心跳帧。若主站10在t3时刻掉电，则未采用本发明的主站掉电保护系统时，所有从站20需在t6时刻和t7时刻连续两次未收心跳帧，即t8时刻才复位进入预运行状态，但此时已经经过了两个心跳帧周期(该周期可以设置，但通常不少于个一个心跳帧周期)，极易造成从站20失控。
当采用了本发明的主站掉电保护系统时，若t3时刻主站10掉电，则该主站10在掉电延迟瞬间，即t4时刻广播复位命令，从站20在t5时刻接收到复位命令后即切换到预运行状态，避免了操作延迟。
如图3所示，是本发明CAN网络中主站掉电保护方法实施例中主站运行的流程示意图，上述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且主站具有储能元件，该方法包括以下步骤：
步骤S31：主站在初始化完成后，进入正常运行状态，并以固定频率广播发送心跳帧(主站在发送心跳帧前或发送心跳帧期间，均可向对应从站发送启动配置命令)。
步骤S32：主站实时侦测供电电源，并在侦测到供电电源失效时执行步骤S33，否则返回步骤S31。
步骤S33：主站切换到储能元件供电，同时生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络。
如图4所示，是本发明CAN网络中主站掉电保护方法实施例中从站运行的流程示意图。
步骤S41：从站开机后执行初始化操作。
步骤S42：从站在初始化完成后，进入预运行状态。
步骤S43：从站接收来自主站的控制命令，并在接收到启动配置命令时执行步骤S44，否则返回步骤S42。
步骤S44：从站启动配置完成，进入运行状态，并进行心跳帧检测。
步骤S45：从站判断从主站接收的数据帧是否为复位命令，并在接收到复位命令时执行步骤S42，使该从站切换到预运行状态，若未接收到复位命令，则进一步执行步骤S46。
步骤S46：判断接收心跳帧是否超时，并在超过预定时间未接收到心跳帧时执行步骤S42，使从站切换到预运行状态，否则返回步骤S44。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种CAN网络中主站掉电保护系统，所述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且所述主站具有储能元件，其特征在于：所述系统包括位于主站的掉电检测单元和复位启动单元，所述从站包括复位单元，其中：所述掉电检测单元，用于实时侦测主站供电电源并在所述供电电源失效时将主站切换到储能元件供电，同时向复位启动单元发送启动信号；所述复位启动单元，用于在接收到所述启动信号时生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络；所述从站的复位单元在接收到所述复位命令时使该从站切换到预运行状态。
2.根据权利要求1所述的CAN网络中主站掉电保护系统，其特征在于：所述主站包括心跳帧发送单元，所述从站包括状态检测单元，且所述心跳帧发送单元用于在主站正常运行时以固定频率向CAN网络广播心跳帧，所述状态检测单元在从站处于运行状态且超过预定时间未接收到心跳帧时使从站切换到预运行状态。
3.根据权利要求1所述的CAN网络中主站掉电保护系统，其特征在于：所述主站在完成初始化操作后向复位启动单元发送启动配置命令；所述从站在完成初始化操作后进入预运行状态，并在接收到启动配置命令后进入运行状态。
4.一种CAN网络中主站掉电保护方法，所述CAN网络包括通过CANopen协议通信的主站和多个从站，且所述主站具有储能元件，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
(a)实时侦测主站供电电源并在所述供电电源失效时将主站切换到储能元件供电；
(b)生成复位命令并将该复位命令广播发送到CAN网络，从站在接收到所述复位命令时切换到预运行状态。
5.根据权利要求4所述的CAN网络中主站掉电保护方法，其特征在于：所述方法还包括：所述主站在正常运行时以固定频率向CAN网络广播心跳帧，所述从站进入运行状态后进行心跳帧检测，并在超过预定时间未接收到心跳帧时使从站切换到预运行状态。
6.根据权利要求4所述的CAN网络中主站掉电保护方法，其特征在于：所述主站在完成初始化操作后生成启动配置命令并将该启动配置命令发送对应的从站，所述从站在完成初始化操作后进入预运行状态，并在接收到启动配置命令后进入运行状态。
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