CN105978896A - 一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，包括DSP单元、从站协议控制器、以太网模块、EPROM存储器和电源模块，所述DSP单元与从站协议控制器通过串口连接，所述DSP单元与以太网模块通过串口连接，所述从站协议控制器上连接EPROM存储器，电源模块为从站协议控制器、DSP单元和以太网模块供电；所述从站协议控制器通过其上的PHY接口连接PHY网卡，所述PHY网卡通过网络变压器连接RJ45接口。本发明通信单元具有高速计算，高速转换等特性，高效率完成只具备Modbus通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制环网。
Description
技术领域
本发明属于工业控制通讯技术领域，尤其是涉及一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置。
背景技术
由于微电网经常在并网和孤岛运行模式间互相切换，整个微网的控制策略和响应速度凸显的尤为重要。尤其是在并网转孤岛过程中，储能设备的第一时间介入，关乎到整个微网的成败。EtherCAT通信协议已经渐渐的被应用在智能微电网，智能配电网等相关领域。其高速，高实时，高同步等性能得到业界的广泛认可。
但是由于技术过新，很多老牌电力电子设备部不具备EtherCAT通信接口，只具备行业内广泛使用的Modbus通信接口，使得EtherCAT协议在这些电力电子设备的应用方面遇见瓶颈。
所以，需要设计一种EtherCAT从站转Modbus主站的通信单元，来解决目前电力电子设备加入EtherCAT控制网络内的专用协议栈问题。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，能高效率完成只具备Modbus通信接口的电力电子设备加入EtherCAT控制环网。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，包括DSP单元、从站协议控制器、以太网模块、EPROM存储器和电源模块，
所述从站协议控制器内嵌EtherCAT协议栈，通过PHY网卡与EtherCAT主站进行通信，获得EtherCAT数据帧并进行拆分处理、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；
所述DSP单元包含EtherCAT协议栈模块、过程协议转换模块以及Modbus主站协议栈模块；
所述EtherCAT协议栈模块与从站协议控制器通信连接，用来解析处理从站协议控制器传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；
所述过程协议转换模块用来平衡EtherCAT协议和Modbus协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，完成EtherCAT和Modbus的无缝对接；
所述Modbus主站协议栈模块与以太网模块连接，通过以太网模块完成Modbus协议帧的收发；
所述从站协议控制器上连接EPROM存储器，电源模块为从站协议控制器、DSP单元和以太网模块供电；所述从站协议控制器通过其上的PHY接口连接PHY网卡，所述PHY网卡通过网络变压器连接RJ45接口。
进一步的，所述过程协议转换模块的工作流程包括如下内容：首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的以太网接口，使能Modbus主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开始输入处理，若状态机为输出则开始输出处理。
进一步的，所述通信装置的数据处理流程包括如下内容：
读取AL状态寄存器中的数据来响应主站对从站设备的状态的运行；
判断AL状态寄存器内数据是否表示为预运行状态，若是则进行非周期数据邮箱通信；若否，则判断AL状态寄存器内数据是否表示为安全运行状态，若是则开始输入处理，将用来存储EtherCAT发送的数据的缓存区的数据与RX缓存区的数据进行对比，判断是否有数据变化，若有则将EtherCAT发送的数据写入RX缓存区；
若否则判断AL状态寄存器是否为运行状态，若是则读取缓存区的数据到EtherCAT发送数据缓冲区，并开始输出处理。
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明解决了目前只具备Modbus通信接口的电力电子设备加入EtherCAT工业以太网控制网络内的问题，为电力电子设备加入EtherCAT环网创造有利条件；电路设计合理，容易实现。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述工业以太网从站转Modbus主站的通信装置的原理框图；
图2为本发明实例所述从站协议控制器的电路图；
图3为本发明实例所述网络变压器部分的电路；
图4为本发明实施例所述电源模块的电路图；
图5为本发明实施例所述EtherCAT状态机的状态转换图；
图6为本发明实施例所述通信装置的数据处理流程图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，如图1所示，包括DSP单元、从站协议控制器、以太网模块、EPROM存储器和电源模块，
所述从站协议控制器内嵌EtherCAT协议栈，通过PHY网卡与EtherCAT主站进行通信，获得EtherCAT数据帧并进行拆分处理、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；
所述DSP单元包含EtherCAT协议栈模块、过程协议转换模块以及Modbus主站协议栈模块；
所述EtherCAT协议栈模块与从站协议控制器通信连接，用来解析处理从站协议控制器传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；
所述过程协议转换模块用来平衡EtherCAT协议和Modbus协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，完成EtherCAT和Modbus的无缝对接；
所述Modbus主站协议栈模块与以太网模块连接，通过以太网模块完成Modbus协议帧的收发；
所述从站协议控制器上连接EPROM存储器，电源模块为从站协议控制器、DSP单元和以太网模块供电；所述从站协议控制器通过其上的PHY接口连接PHY网卡，所述PHY网卡通过网络变压器连接RJ45接口。
所述从站协议控制器采用EtherCAT工业以太网芯片ET1200。
所述Modbus主站协议栈模块只具备连续多个寄存器的读写功能，使用modbusTCP方式进行数据传输。
EtherCAT状态机用于主站对从站设备工作状态的管理，从站设备支持4种状态：初始化、预运行、安全运行和运行，还有引导状态为可选。状态机从预运行向运行转换时，不能越级转换，而从运行向其他状态转换时可越级。所以状态的转换都是由主站控制的，系统主站管理从站并不是直接进行的，而是通过从站AL寄存器来完成对从站设备的管理的。EtherCAT状态机的状态转换图如图5所示。
所述过程协议转换模块的工作流程包括如下内容：
首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的以太网接口，使能Modbus主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开始输入处理，若状态机为输出则开始输出处理。
因为EtherCAT主站通过控制AL控制寄存器的运行状态来对EtherCAT从站进行控制，EtherCAT主站发送网络数据帧写AL状态控制寄存器的值，EtherCAT从站设备读取AL状态寄存器中的数据来响应主站对从站设备的状态的运行。从站在读出AL状态寄存器中的状态值之后，做出响应的动作完成控制任务或从站设备状态的改变，最终完成这个系统数据的交换工作。从站设备的状态都是由主站控制的。
所以，如图6所示，所述通信装置的数据处理流程包括如下内容：
读取AL状态寄存器中的数据来响应主站对从站设备的状态的运行；
判断AL状态寄存器内数据是否表示为预运行状态，若是则进行非周期数据邮箱通信；若否，则判断AL状态寄存器内数据是否表示为安全运行状态，若是则开始输入处理，将用来存储EtherCAT发送的数据的缓存区的数据与RX缓存区的数据进行对比，判断是否有数据变化，若有则将EtherCAT发送的数据写入RX缓存区，此处输入处理实现的功能为：EtherCAT数据每次到来以后存到缓存区，判断与RX缓存区数据(即上一次的数据)是否一致，如果不一致代表EtherCAT发送的数据包为新数据包，将其压栈到RX缓存区，进行数据更新，准备进行下一步处理。
若否则判断AL状态寄存器是否为运行状态，若是则读取缓存区的数据到EtherCAT发送数据缓冲区，并开始输出处理；
从站在读出状态寄存器中的状态值之后，做出响应的动作完成控制任务或从站设备状态的改变，最终完成这个系统数据的交换工作。从站设备的状态都是由主站控制的。图表示系统从站数据循环处理的流程。
如图2所示，所述从站协议控制器采用EtherCAT工业以太网芯片ET1200。
所述DSP单元采用型号为TMS320F28335的DSP芯片，所述DSP单元具备百兆以太网口，通过所述DSP单元实现工业以太网协议和Modbus主站协议的转换。
如图3所示，所述PHY网卡选择型号为KS8721BL1为PHY芯片。
如图4所示，所述电源模块具备5V和3.3V电压等级，可稳定的支撑整个通信装置的供电；并且具完善的电源滤波功能，为通信盒内通信单元的各个部分提供稳定干净的电源。
工业以太网从站转Modbus主站的通信装置在电力电子设备和EtherCAT控制网络之间进行协议转换，为电力电子设备加入EtherCAT环网创造有利条件。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，其特征在于：包括DSP单元、从站协议控制器、以太网模块、EPROM存储器和电源模块，
所述从站协议控制器内嵌EtherCAT协议栈，通过PHY网卡与EtherCAT主站进行通信，获得EtherCAT数据帧并进行拆分处理、以及相关状态机的状态监控，通过串行数据总线与DSP单元进行数据传输；
所述DSP单元包含EtherCAT协议栈模块、过程协议转换模块以及Modbus主站协议栈模块；
所述EtherCAT协议栈模块与从站协议控制器通信连接，用来解析处理从站协议控制器传输过来的数据，并完成对EtherCAT从站的状态切换；
所述过程协议转换模块用来平衡EtherCAT协议和Modbus协议相关状态机，数据类型，以及同步过程，完成EtherCAT和Modbus的无缝对接；
所述Modbus主站协议栈模块与以太网模块连接，通过以太网模块完成Modbus协议帧的收发；
所述从站协议控制器上连接EPROM存储器，电源模块为从站协议控制器、DSP单元和以太网模块供电；所述从站协议控制器通过其上的PHY接口连接PHY网卡，所述PHY网卡通过网络变压器连接RJ45接口。
2.根据权利要求1所述的工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，其特征在于：所述从站协议控制器采用EtherCAT工业以太网芯片ET1200。
3.根据权利要求1所述的工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，其特征在于：所述Modbus主站协议栈模块只具备连续多个寄存器的读写功能，使用modbusTCP方式进行数据传输。
4.根据权利要求1所述的工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，其特征在于：所述过程协议转换模块的工作流程包括如下内容：
首先初始化，判断EtherCAT状态，若是则初始化DSP单元的以太网接口，使能Modbus主协议栈；之后生成过程数据映射，进行数据类型转换和校验；成功后若状态机为接收则开始输入处理，若状态机为输出则开始输出处理。
5.根据权利要求1所述的工业以太网从站转Modbus主站的通信装置，其特征在于：所述通信装置的数据处理流程包括如下内容：
读取AL状态寄存器中的数据来响应主站对从站设备的状态的运行；
判断AL状态寄存器内数据是否表示为预运行状态，若是则进行非周期数据邮箱通信；若否，则判断AL状态寄存器内数据是否表示为安全运行状态，若是则开始输入处理，将用来存储EtherCAT发送的数据的缓存区的数据与RX缓存区的数据进行对比，判断是否有数据变化，若有则将EtherCAT发送的数据写入RX缓存区；
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|---|---|
| CN (1) | CN105978896A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107948059A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 | 基于SPARC架构微处理器的EtherCAT与Modbus协议转换网关 |
| CN109328449A (zh) * | 2017-03-22 | 2019-02-12 | 深圳配天智能技术研究院有限公司 | RTEX-EtherCAT协议转换装置及工业控制系统 |
| CN110300161A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-01 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种用于微电网内子设备的通信控制装置及系统 |
| CN111181824A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-19 | 苏州数言信息技术有限公司 | 在一个Modbus RTU网络中实现主从双角色节点的方法 |
| CN114055474A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-02-18 | 中科新松有限公司 | 一种协作机器人的控制器及控制系统 |
| CN116566762A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 武汉亚为电子科技有限公司 | 一种基于Modbus-RTU协议的级联设备及其使用方法 |
| CN117354083A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-05 | 福氏新能源技术(上海)有限公司 | 一种EtherCAT主站和从站合一的低成本控制系统 |
| CN117714236A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 | 一种网关通信装置及通信系统 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102271100A (zh) * | 2011-09-05 | 2011-12-07 | 国电南京自动化股份有限公司 | EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置及其协议转换方法 |
| US20130208724A1 (en) * | 2010-07-01 | 2013-08-15 | Endress + Hauser Flcwtec Ag | Automated Adaption to Various Industrial Ethernet Protocols |
| CN105554012A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-05-04 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元 |
-
2016
- 2016-06-24 CN CN201610486822.4A patent/CN105978896A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20130208724A1 (en) * | 2010-07-01 | 2013-08-15 | Endress + Hauser Flcwtec Ag | Automated Adaption to Various Industrial Ethernet Protocols |
| CN102271100A (zh) * | 2011-09-05 | 2011-12-07 | 国电南京自动化股份有限公司 | EtherCAT工业以太网与无线Zigbee间的网关装置及其协议转换方法 |
| CN105554012A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-05-04 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种基于DSP的EtherCAT从站转Canopen主站的通信单元 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 黄岩峰等: "基于ARM技术的EtherCAT与Modbus/TCP协议转换卡设计", 《智能建筑与城市信息》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109328449A (zh) * | 2017-03-22 | 2019-02-12 | 深圳配天智能技术研究院有限公司 | RTEX-EtherCAT协议转换装置及工业控制系统 |
| CN107948059A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-04-20 | 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 | 基于SPARC架构微处理器的EtherCAT与Modbus协议转换网关 |
| CN110300161A (zh) * | 2019-06-18 | 2019-10-01 | 天津瑞能电气有限公司 | 一种用于微电网内子设备的通信控制装置及系统 |
| CN111181824A (zh) * | 2019-12-31 | 2020-05-19 | 苏州数言信息技术有限公司 | 在一个Modbus RTU网络中实现主从双角色节点的方法 |
| CN111181824B (zh) * | 2019-12-31 | 2021-10-12 | 苏州数言信息技术有限公司 | 在一个Modbus RTU网络中实现主从双角色节点的方法 |
| CN114055474A (zh) * | 2021-12-07 | 2022-02-18 | 中科新松有限公司 | 一种协作机器人的控制器及控制系统 |
| CN116566762A (zh) * | 2023-07-07 | 2023-08-08 | 武汉亚为电子科技有限公司 | 一种基于Modbus-RTU协议的级联设备及其使用方法 |
| CN116566762B (zh) * | 2023-07-07 | 2023-10-20 | 武汉亚为电子科技有限公司 | 一种基于Modbus-RTU协议的级联设备及其使用方法 |
| CN117354083A (zh) * | 2023-10-27 | 2024-01-05 | 福氏新能源技术(上海)有限公司 | 一种EtherCAT主站和从站合一的低成本控制系统 |
| CN117714236A (zh) * | 2024-02-05 | 2024-03-15 | 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 | 一种网关通信装置及通信系统 |
| CN117714236B (zh) * | 2024-02-05 | 2024-05-31 | 中国电子信息产业集团有限公司第六研究所 | 一种网关通信装置及通信系统 |
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