CN107024901B - 基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统。其中，该系统包括主控单元、充换电站子系统分站控制单元和IO信号采集器；主控单元用于通过EtherCAT总线向充换电站子系统分站控制单元发送数据询问帧；充换电站子系统分站控制单元用于实时采集运行数据，并将运行数据复制到数据询问帧，得到复制数据，还用于将复制数据发送至IO信号采集器；IO信号采集器用于将复制数据以应答帧的形式发送至主控单元。由此，IO信号采集器通过EtherCAT总线将包含了充换电站子系统分站控制单元实时运行数据的复制数据以应答帧的形式发送至主控单元，消除了延时而且节省了带宽。

Description

基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统

技术领域

本发明实施例涉及充换电站技术领域，具体涉及一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统。

背景技术

目前，电动汽车充换电设施技术研究及产业发展十分迅速，快速充电站及换电站项目建设加速。

随着新能源汽车行业的快速发展，加电系统也被日益重视。充换电站的建设更是国家新能源领域的战略重心。大量具有不同特性、由不同软件技术实现的充换电站系统的应用，导致开发平台的多样性和不可互操作性。随着软件开发技术的变革、充换电标准的不断完善，如果系统模型和开发技术是一种紧密耦合的关系，那么系统的升级、系统集成以及实现不同系统之间的互操作性将会是一个严峻的问题。作为多个学科和行业的融合，充换电站的系统开发，总体上还是采用传统的工业控制架构，包括现场层、控制层、监控层和管理层。但是，四层架构的内部通信和层级之间的通信具有协议种类繁多、开发成本大、数据共享不彻底、数据传输延时难控制等缺点。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明主要目的是提供一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统，消除了延时而且节省了带宽。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了以下技术方案：

一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统，所述系统包括：

所述系统包括：主控单元、充换电站子系统分站控制单元和IO信号采集器；其中：

所述主控单元，用于通过所述EtherCAT总线向所述充换电站子系统分站控制单元发送数据询问帧；

充换电站子系统分站控制单元，用于实时采集运行数据，并将所述运行数据复制到所述数据询问帧，得到复制数据，还用于通过EtherCAT总线将所述复制数据发送至所述IO信号采集器；

IO信号采集器，用于通过EtherCAT总线将所述复制数据以应答帧的形式发送至所述主控单元。

优选地，所述充换电站子系统分站控制单元包括车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元；

主控单元，用于通过所述EtherCAT总线分别与车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元及IO信号采集器相连，并分别向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送第一、第二和第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的应答帧；

所述车辆定位机构分站单元，用于接收所述主控单元发来的第一数据询问帧，将实时车辆抬升数据复制至所述第一数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述取换电平台分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的第二数据询问帧，将实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述电池仓库分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的第三数据询问帧，将实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，用于收集包含实时车辆抬升数据的所述第一数据帧、包含实时取换电平台数据的所述第二数据帧以及包含实时电池仓库数据的所述第三数据帧，并处理为报文，将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

优选地，所述主控单元具体可包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第一、第二及第三数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送所述第一、第二及第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

优选地，所述车辆定位机构分站单元与抬升伺服电机相连，所述抬升伺服电机与车辆抬升机构相连；所述车辆定位机构分站单元具体可以包括：

第一传感器，用于实时采集车辆抬升机构的数据，并将采集到的数据发送至第一处理器；

第一数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第一数据询问帧，并将接收结果发送至所述第一处理器；

第一数据发送端，用于将所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第一处理器，分别与所述第一传感器、所述第一数据接收端和所述第一数据发送端相连，用于控制所述抬升伺服电机进而驱动车辆抬升机构，并将所述实时车辆抬升数据复制至所述第一数据询问帧，将复制结果发送至所述第一数据发送端。

优选地，所述取换电平台分站控制单元与取换平台相连；所述取换电平台分站控制单元具体可以包括：

第二传感器，用于实时采集所述取换电平台的数据，并将采集到的数据发送至第二处理器；

第二数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第二数据询问帧，并将接收结果发送至所述第二处理器；

第二数据发送端，用于将所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第二处理器，分别与所述第二传感器、所述第二数据接收端和所述第二数据发送端相连，用于控制所述取换电平台，并将所述实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，将复制结果发送至所述第二数据发送端。

优选地，所述电池仓库分站控制单元与电池仓库相连；所述电池仓库分站控制单元具体可以包括：

第三传感器，用于实时采集所述电池仓库的数据，并将采集到的数据发送至第三处理器；

第三数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第三数据询问帧，并将接收结果发送至所述第三处理器；

第三数据发送端，用于将所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第三处理器，用于控制所述电池仓库，并将所述实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，将复制结果发送至所述第三数据发送端。

优选地，所述系统还包括电池举升机分站控制单元；其中：

所述主控单元，通过所述EtherCAT总线与所述电池举升机分站控制单元相连，用于向所述电池举升机分站控制单元发送第四数据询问帧；

所述电池举升机分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第四数据询问帧，将实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，还用于收集包含实时电池举升数据的所述第四数据询问帧，并处理为报文，将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

优选地，所述主控单元具体可以包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第四数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述电池举升机分站控制单元发送所述第四数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

优选地，所述电池举升机分站控制单元与电池举升机相连；所述电池举升机分站控制单元具体可以包括：

第四传感器，用于实时采集所述电池举升机的数据，并将采集到的数据发送至第四处理器；

第四数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第四数据询问帧，并将接收结果发送至所述第四处理器；

第四数据发送端，用于将包含实时电池举升数据的所述第四数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第四处理器，分别与所述第四传感器、所述第四数据接收端和所述第四数据发送端相连，用于控制所述电池举升机，并将所述实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，将复制结果发送至所述第四数据发送端。

优选地，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体可以包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧及所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第一、所述第二和所述第三数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。

优选地，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体可以包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时电池举升数据的第四数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第四数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。

与现有技术相比，上述技术方案至少具有以下有益效果：

本发明实施例提供一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统。其中，该系统包括主控单元、充换电站子系统分站控制单元和IO信号采集器；主控单元用于通过EtherCAT总线向充换电站子系统分站控制单元发送数据询问帧；充换电站子系统分站控制单元用于实时采集运行数据，并将运行数据复制到数据询问帧，得到复制数据，还用于将复制数据发送至IO信号采集器；IO信号采集器用于将复制数据以应答帧的形式发送至主控单元。由此，IO信号采集器通过EtherCAT总线将包含了充换电站子系统分站控制单元实时运行数据的复制数据以应答帧的形式发送至主控单元，消除了延时而且节省了带宽。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其它优点可通过在所写的说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的方法来实现和获得。

方案1、一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统，其特征在于，所述系统包括：主控单元、充换电站子系统分站控制单元和IO信号采集器；其中：

所述主控单元，用于通过所述EtherCAT总线向所述充换电站子系统分站控制单元发送数据询问帧；

所述充换电站子系统分站控制单元，用于实时采集运行数据，并将所述运行数据复制到所述数据询问帧，得到复制数据，还用于将所述复制数据发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，用于将所述复制数据以应答帧的形式发送至所述主控单元。

方案2、根据方案1所述的分布式充换电站系统，其特征在于，所述充换电站子系统分站控制单元包括车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元；

所述主控单元，用于通过所述EtherCAT总线分别与所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元及所述IO信号采集器相连，并分别向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送第一、第二和第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的应答帧；

所述车辆定位机构分站单元，用于接收所述主控单元发来的所述第一数据询问帧，将实时车辆定位数据复制至所述第一数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述取换电平台分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第二数据询问帧，将实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述电池仓库分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第三数据询问帧，将实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，用于将包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、包含实时取换电平台数据的第二数据帧以及包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并处理为报文，并将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

方案3、根据方案1所述的系统，其特征在于，所述主控单元具体包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第一、所述第二及所述第三数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与所述充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送所述第一、所述第二及所述第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

方案4、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述车辆定位机构分站单元与抬升伺服电机相连，所述抬升伺服电机与车辆抬升机构相连；所述车辆定位机构分站单元具体包括：

第一传感器，用于实时采集所述车辆抬升机构的数据，并将采集到的数据发送至第一处理器；

第一数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第一数据询问帧，并将接收结果发送至所述第一处理器；

第一数据发送端，用于将所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第一处理器，分别与所述第一传感器、所述第一数据接收端和所述第一数据发送端相连，用于控制所述抬升伺服电机进而驱动所述车辆抬升机构，并将所述实时车辆抬升数据复制至所述第一数据询问帧，将复制结果发送至所述第一数据发送端。

方案5、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述取换电平台分站控制单元与取换平台相连；所述取换电平台分站控制单元具体包括：

第二传感器，用于实时采集所述取换电平台的数据，并将采集到的数据发送至第二处理器；

第二数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第二数据询问帧，并将接收结果发送至所述第二处理器；

第二数据发送端，用于将所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第二处理器，分别与所述第二传感器、所述第二数据接收端和所述第二数据发送端相连，用于控制所述取换电平台，并将所述实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，将复制结果发送至所述第二数据发送端。

方案6、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述电池仓库分站控制单元与电池仓库相连；所述电池仓库分站控制单元具体包括：

第三传感器，用于实时采集所述电池仓库的数据，并将采集到的数据发送至第三处理器；

第三数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第三数据询问帧，并将接收结果发送至所述第三处理器；

第三数据发送端，用于将所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第三处理器，用于控制所述电池仓库，并将所述实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，将复制结果发送至所述第三数据发送端。

方案7、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电池举升机分站控制单元；其中：

所述主控单元，还用于通过所述EtherCAT总线与所述电池举升机分站控制单元相连，用于向所述电池举升机分站控制单元发送第四数据询问帧；

所述电池举升机分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第四数据询问帧，将实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，还用于收集包含实时电池举升数据的第四数据询问帧，并处理为报文，将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

方案8、根据方案7所述的系统，其特征在于，所述主控单元具体包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第四数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述电池举升机分站控制单元发送所述第四数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

方案9、根据方案7所述的系统，其特征在于，所述电池举升机分站控制单元与电池举升机相连；所述电池举升机分站控制单元具体包括：

第四传感器，用于实时采集所述电池举升机的数据，并将采集到的数据发送至第四处理器；

第四数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第四数据询问帧，并将接收结果发送至所述第四处理器；

第四数据发送端，用于将所述包含实时电池举升数据的第四数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第四处理器，分别与所述第四传感器、所述第四数据接收端和所述第四数据发送端相连，用于控制所述电池举升机，并将所述实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，将复制结果发送至所述第四数据发送端。

方案10、根据方案2所述的系统，其特征在于，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧及所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第一、所述第二和所述第三数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。

方案11、根据方案7所述的系统，其特征在于，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时电池举升数据的第四数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第四数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。

附图说明

图1为根据一示例性实施例示出的基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统的结构示意图；

图2为根据另一示例性实施例示出的基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明实施例解决的技术问题、所采用的技术方案以及实现的技术效果进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，并不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下，所获的所有其它等同或明显变型的实施例均落在本发明的保护范围内。本发明实施例可以按照权利要求中限定和涵盖的多种不同方式来具体化。

需要说明的是，在下面的描述中，为了方便理解，给出了许多具体细节。但是很明显，本发明的实现可以没有这些具体细节。

当前，换电站内系统各层之间的通信协议没有统一标准，数据按照如下网络系统上传到站控层。当前换电站有车辆抬升机构、取换电平台、电池举升机和电池仓库。所有设备控制分站的动作信息、位置信息和所有传感器的实时数据通过Profibus-DP上传到PLC，PLC将数据打包，并通过私有规约或OPC上传到站控层软件系统。现阶段的通信网络包含了如上多种通信规约，开发成本高，稳定性差。

为此，本发明实施例提出一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统。如图1所示，该系统10可以包括：主控单元12、充换电站子系统分站控制单元14和IO信号采集器16；其中：主控单元12用于通过EtherCAT总线向充换电站子系统分站控制单元14发送数据询问帧。充换电站子系统分站控制单元14用于实时采集运行数据，并将运行数据复制到数据询问帧，得到复制数据，还用于通过EtherCAT总线将复制数据发送至IO信号采集器。IO信号采集器16用于通过EtherCAT总线将复制数据以应答帧的形式发送至主控单元。

通过采用上述技术方案，IO信号采集器16通过EtherCAT总线将包含了充换电站子系统分站控制单元实时运行数据的复制数据以应答帧的形式发送至主控单元，消除了延时而且节省了带宽。

在一优选的实施例中，充换电站子系统分站控制单元包括车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元。主控单元11用于通过EtherCAT总线分别与车辆定位机构分站单元12、取换电平台分站控制单元13和电池仓库分站控制单元14及IO信号采集器15相连，并分别向车辆定位机构分站单元12、取换电平台分站控制单元13和电池仓库分站控制单元14发送第一、第二和第三数据询问帧以及接收IO信号采集器15发送来的应答帧。车辆定位机构分站单元12用于接收主控单元11发来的第一数据询问帧，将实时车辆抬升数据复制至第一数据询问帧，并将结果发送至IO信号采集器15。取换电平台分站控制单元13用于接收主控单元11发来的第二数据询问帧，将实时取换电平台数据复制至第二数据询问帧，并将结果发送至IO信号采集器15。电池仓库分站控制单元14用于接收主控单元11发来的第三数据询问帧，将实时电池仓库数据复制至第三数据询问帧，并将结果发送至IO信号采集器15。IO信号采集器15用于收集包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、包含实时取换电平台数据的第二数据帧以及包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并处理为报文，将报文以应答帧的方式发送至主控单元11。

在上述优选实施例中，主控单元运行EtherCAT主站，车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元、电池仓库分站控制单元和IO信号采集器运行EtherCAT从站。EtherCAT(以太网控制自动化技术)是一个以以太网为基础的开放架构的现场总线系统。EtherCAT从站将输入数据插入到数据询问帧的相关报文中。通过采取上述技术方案，本发明实施例增强了系统可移植性、协同工作能力和可维护性以及执行层设备的可替换性，而且数据交互无网关延时，成本低。

在上述优选实施例的基础上，主控单元具体可以包括：充换电控制逻辑模块、EtherCAT主站模块，充换电控制逻辑模块与EtherCAT主站模块通过EtherCAT总线进行通信；充换电控制逻辑模块用于生成第一、第二及第三数据询问帧并对应答帧进行处理；EtherCAT主站模块用于向车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元发送第一、第二及第三数据询问帧以及接收IO信号采集器发送来的应答帧。

在上述优选实施例的基础上，车辆定位机构分站单元与抬升伺服电机相连，抬升伺服电机与车辆抬升机构相连；车辆定位机构分站单元具体可以包括：第一传感器、第一数据接收端、第一数据发送端及分别与第一传感器、第一数据接收端和第一数据发送端相连的第一处理器；第一传感器用于实时采集车辆抬升机构的数据，并将采集到的数据发送至第一处理器；第一数据接收端用于接收主控单元发送的第一数据询问帧，并将接收结果发送至第一处理器；第一处理器用于控制抬升伺服电机进而驱动车辆抬升机构，并将实时车辆抬升数据复制至第一数据询问帧，将复制结果发送至第一数据发送端；第一数据发送端用于将包含实时车辆抬升数据的第一数据帧发送至IO信号采集器。

这里，车辆定位机构分站单元实现的车辆定位方式包括车辆抬升、非抬升式底盘换电或者平移车辆换电等方式。

在上述优选实施例的基础上，取换电平台分站控制单元与取换平台相连；取换电平台分站控制单元具体可以包括：第二传感器、第二数据接收端、第二数据发送端及分别与第二传感器、第二数据接收端和第二数据发送端相连的第二处理器；第二传感器用于实时采集取换电平台的数据，并将采集到的数据发送至第二处理器；第二数据接收端用于接收主控单元发送的第二数据询问帧，并将接收结果发送至第二处理器；第二数据发送端用于将包含实时取换电平台数据的第二数据帧发送至IO信号采集器；第二处理器用于控制取换电平台，并将实时取换电平台数据复制至第二数据询问帧，将复制结果发送至第二数据发送端。

在上述优选实施例的基础上，电池仓库分站控制单元与电池仓库相连；电池仓库分站控制单元具体可以包括：第三传感器、第三数据接收端、第三数据发送端及分别与第三数据接收端和第三数据发送端相连的第三处理器；第三传感器用于实时采集电池仓库的数据，并将采集到的数据发送至第三处理器；第三数据接收端用于接收主控单元发送的第三数据询问帧，并将接收结果发送至第三处理器；第三处理器用于控制电池仓库，并将实时电池仓库数据复制至第三数据询问帧，将复制结果发送至第三数据发送端；第四数据发送端用于将包含实时电池仓库数据的第三数据帧发送至IO信号采集器。

在上述优选实施例的基础上，如图2所示，该系统20可以包括主控单元21、车辆抬升机构分站控制单元22、取换电平台分站控制单元23、电池举升机分站控制单元24、电池仓库分站控制单元25及IO信号采集器26。其中，主控单元21通过EtherCAT总线与电池举升机分站控制单元24相连，用于向电池举升机分站控制单元24发送第四数据询问帧。电池举升机分站控制单元24用于接收主控单元21发来的第四数据询问帧，将实时电池举升数据复制至第四数据询问帧，并将结果发送至IO信号采集器26。IO信号采集器26还用于收集包含实时电池举升数据的第四数据询问帧，并处理为报文，将报文以应答帧的方式发送至主控单元21。

上述实施例通过设置电池举升机分站控制单元24，提高了系统的扩展性和稳定性。

在上述实施例的基础上，主控单元具体可以包括：充换电控制逻辑模块和EtherCAT主站模块。其中，充换电控制逻辑模块用于生成第四数据询问帧并对应答帧进行处理。EtherCAT主站模块与充换电控制逻辑模块通过EtherCAT总线进行通信，用于向电池举升机分站控制单元发送第四数据询问帧以及接收IO信号采集器发送来的应答帧。

在一些实施例中，电池举升机分站控制单元与电池举升机相连；电池举升机分站控制单元具体可以包括：第四传感器、第四数据接收端、第四数据发送端和第四处理器。其中，第四传感器用于实时采集电池举升机的数据，并将采集到的数据发送至第四处理器。第四数据接收端用于接收主控单元发送的第四数据询问帧，并将接收结果发送至第四处理器。第四数据发送端用于将包含实时电池举升数据的第四数据帧发送至IO信号采集器。第四处理器分别与第四传感器、第四数据接收端和第四数据发送端相连，用于控制电池举升机，并将实时电池举升数据复制至第四数据询问帧，将复制结果发送至第四数据发送端。

在上述优选实施例的基础上，IO信号采集器与I/O端子；IO信号采集器具体可以包括：第五传感器、第五数据发送端、第五数据接收端及分别与第五数据发送端和第五数据接收端相连的第五处理器；第五传感器用于实时采集I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；第五数据接收端用于接收包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、包含实时取换电平台数据的第二数据帧及包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并将接收结果发送至第五处理器；第五处理器用于将接收到的第一、第二和第三数据帧处理为报文，并生成应答帧，将应答帧发送至第五数据发送端；第五数据发送端用于将应答帧发送至主控单元。

在一些实施例中，在包含电池举升机分站控制单元的系统实施例中，IO信号采集器与I/O端子相连；IO信号采集器具体可以包括：

第五传感器用于实时采集I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器。第五数据接收端用于接收包含实时电池举升数据的第四数据帧，并将接收结果发送至第五处理器。第五处理器用于将接收到的第四数据帧处理为报文，并生成应答帧，将应答帧发送至第五数据发送端；第五数据发送端用于将应答帧发送至主控单元。

通过采用上述任一技术方案，增强了系统可移植性、协同工作能力和可维护性以及执行层设备的可替换性，而且数据交互无网关延时，成本低，安全性高。

需要说明的是，上述实施例提供的基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统在进行充换电时，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，在实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元来完成，即将本发明实施例中的单元再分解或者组合，例如，上述实施例中的单元或部件可以合并为一个单元或部件，也可以进一步拆分成多个子单元或部件亦或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。例如：第一数据接收端和第一数据发送端可以合并为第一数据收发端，以此类推，第二数据接收端和第二数据发送端可以合并为第二数据收发端；第一传感器可以进一步拆分为第一采集模块和第一发送模块，以此类推，第二传感器可以进一步拆分为第二采集模块和第二发送模块。对于本发明实施例中涉及的单元或部件亦或模块的名称，仅仅是为了区分各个单元或部件亦或模块，不视为对本发明保护范围的不当限定。

本领域技术人员可以理解，上述基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统还可以包括一些其他公知结构，例如处理器、控制器、存储器等，其中，存储器包括但不限于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器、易失性存储器、非易失性存储器、串行存储器、并行存储器或寄存器等，处理器包括但不限于单核处理器、多核处理器、CPLD/FPGA、DSP、ARM处理器、MIPS处理器等，为了不必要地模糊本公开的实施例，这些公知的结构未在图1中示出。

应该理解，图1和图2中的各个单元或部件的数量仅仅是示意性的。根据实际需要，各单元或部件可以具有任意的数量。

需要说明的是，本文中涉及到的框图不仅仅局限于本文所示的形式，其还可以进行其他划分和/或组合。

还需要说明的是：附图中的标记和文字只是为了更清楚地说明本发明，不视为对本发明保护范围的不当限定。

再需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不是用于描述或表示特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当的情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

术语“包括”或者任何其它类似用语旨在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备/装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者还包括这些过程、方法、物品或者设备/装置所固有的要素。

如本文中所使用的，术语“单元”可以指代在计算系统上执行的软件对象或例程。可以将本文中所描述的不同模块实现为在计算系统上执行的对象或过程(例如，作为独立的线程)。虽然优选地以软件来实现本文中所描述的系统和方法，但是以硬件或者软件和硬件的组合的实现也是可以的并且是可以被设想的。

还应当注意，本说明书中使用的语言主要是为了可读性和教导的目的而选择的，而不是为了解释或者限定本发明的主题而选择的。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明实质内容的情况下，本领域普通技术人员可以想到的任何变形、改进或替换均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于EtherCAT总线的分布式充换电站系统，其特征在于，所述系统包括：主控单元、充换电站子系统分站控制单元和IO信号采集器；其中：

所述主控单元，用于通过所述EtherCAT总线向所述充换电站子系统分站控制单元发送数据询问帧；

所述充换电站子系统分站控制单元，用于实时采集运行数据，并将所述运行数据复制到所述数据询问帧，得到复制数据，还用于将所述复制数据发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，用于将所述复制数据以应答帧的形式发送至所述主控单元；

所述充换电站子系统分站控制单元包括车辆定位机构分站单元、取换电平台分站控制单元和电池仓库分站控制单元；

所述主控单元，用于通过所述EtherCAT总线分别与所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元及所述IO信号采集器相连，并分别向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送第一、第二和第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的应答帧；

所述车辆定位机构分站单元，用于接收所述主控单元发来的所述第一数据询问帧，将实时车辆定位数据复制至所述第一数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述取换电平台分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第二数据询问帧，将实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述电池仓库分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第三数据询问帧，将实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，用于收集 包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、包含实时取换电平台数据的第二数据帧以及包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并处理为报文，并将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主控单元具体包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第一、所述第二及所述第三数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与所述充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述车辆定位机构分站单元、所述取换电平台分站控制单元和所述电池仓库分站控制单元发送所述第一、所述第二及所述第三数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述车辆定位机构分站单元与抬升伺服电机相连，所述抬升伺服电机与车辆抬升机构相连；所述车辆定位机构分站单元具体包括：

第一传感器，用于实时采集所述车辆抬升机构的数据，并将采集到的数据发送至第一处理器；

第一数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第一数据询问帧，并将接收结果发送至所述第一处理器；

第一数据发送端，用于将所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第一处理器，分别与所述第一传感器、所述第一数据接收端和所述第一数据发送端相连，用于控制所述抬升伺服电机进而驱动所述车辆抬升机构，并将所述实时车辆抬升数据复制至所述第一数据询问帧，将复制结果发送至所述第一数据发送端。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述取换电平台分站控制单元与取换平台相连；所述取换电平台分站控制单元具体包括：

第二传感器，用于实时采集所述取换电平台的数据，并将采集到的数据发送至第二处理器；

第二数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第二数据询问帧，并将接收结果发送至所述第二处理器；

第二数据发送端，用于将所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第二处理器，分别与所述第二传感器、所述第二数据接收端和所述第二数据发送端相连，用于控制所述取换电平台，并将所述实时取换电平台数据复制至所述第二数据询问帧，将复制结果发送至所述第二数据发送端。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电池仓库分站控制单元与电池仓库相连；所述电池仓库分站控制单元具体包括：

第三传感器，用于实时采集所述电池仓库的数据，并将采集到的数据发送至第三处理器；

第三数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第三数据询问帧，并将接收结果发送至所述第三处理器；

第三数据发送端，用于将所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第三处理器，用于控制所述电池仓库，并将所述实时电池仓库数据复制至所述第三数据询问帧，将复制结果发送至所述第三数据发送端。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电池举升机分站控制单元；其中：

所述主控单元，还用于通过所述EtherCAT总线与所述电池举升机分站控制单元相连，用于向所述电池举升机分站控制单元发送第四数据询问帧；

所述电池举升机分站控制单元，用于接收所述主控单元发来的所述第四数据询问帧，将实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，并将结果发送至所述IO信号采集器；

所述IO信号采集器，还用于收集包含实时电池举升数据的第四数据询问帧，并处理为报文，将所述报文以所述应答帧的方式发送至所述主控单元。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述主控单元具体包括：

充换电控制逻辑模块，用于生成所述第四数据询问帧并对所述应答帧进行处理；

EtherCAT主站模块，与充换电控制逻辑模块通过所述EtherCAT总线进行通信，用于向所述电池举升机分站控制单元发送所述第四数据询问帧以及接收所述IO信号采集器发送来的所述应答帧。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述电池举升机分站控制单元与电池举升机相连；所述电池举升机分站控制单元具体包括：

第四传感器，用于实时采集所述电池举升机的数据，并将采集到的数据发送至第四处理器；

第四数据接收端，用于接收所述主控单元发送的所述第四数据询问帧，并将接收结果发送至所述第四处理器；

第四数据发送端，用于将所述包含实时电池举升数据的第四数据帧发送至所述IO信号采集器；

所述第四处理器，分别与所述第四传感器、所述第四数据接收端和所述第四数据发送端相连，用于控制所述电池举升机，并将所述实时电池举升数据复制至所述第四数据询问帧，将复制结果发送至所述第四数据发送端。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时车辆抬升数据的第一数据帧、所述包含实时取换电平台数据的第二数据帧及所述包含实时电池仓库数据的第三数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第一、所述第二和所述第三数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。

10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述IO信号采集器与I/O端子相连；所述IO信号采集器具体包括：

第五传感器，用于实时采集所述I/O端子的数据，并将采集到的数据发送至第五处理器；

第五数据接收端，用于接收所述包含实时电池举升数据的第四数据帧，并将接收结果发送至所述第五处理器；

所述第五处理器，用于将接收到的所述第四数据帧处理为报文，并生成应答帧，将所述应答帧发送至第五数据发送端；

所述第五数据发送端，用于将所述应答帧发送至所述主控单元。