CN107168045B - 一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统，包括：主控模块、通信模块、从站模块和背板，所述主控模块与通信模块之间通过至少两条以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述通信模块与从站模块通过至少两条设置于所述背板上的连接线连接，并经通信模块实现主控模块与从站模块之间的数据冗余通信。本发明能够通过在主控模块和通讯模块之间采用以太网电缆、光纤线缆或无线通信方式连接，降低背板通信传输压力，提高了所述系统的整体传输效率，同时还提高了所述系统的可拓展性，进而使得所述通信冗余控制系统能够更好的适应生产需求。

Description

一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统

技术领域

本发明涉及自动化技术领域，尤其涉及一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统。

背景技术

目前，以太网控制自动化技术(Ethernet Control Automation Technology，以下简称EtherCAT)最初是在2003年由德国倍福自动化有限公司(Beckhoff Automation GmbH)基于以太网技术提出的一种实时工业以太网技术，该技术不仅具有高速和高数据有效率的特点，还具有灵活网络拓扑结构，并在协议中封装了IP/UDP，所以不需要IP协议就能实现通信。因此，EtherCAT具有以下优点：适应性广泛；符合以太网标准；无需使用从属子网，都可用作EtherCAT从站；数据传输效率高；刷新周期短；同步性能好。

如申请号为201310566134.5发明中提供一种基于EtherCAT的电力电子装置冗余控制系统，所述系统包括EtherCAT通讯管理模块、主控模块、功能模块和电源模块；所述EtherCAT通讯管理模块通过EtherCAT网络与主控模块和功能模块进行数据通讯，所述电源模块为所述EtherCAT通讯管理模块、主控模块和功能模块供电。虽然该发明提供了冗余控制的方法，但是该方法中只通过背板来进行通讯连接，可拓展性不强。

发明内容

本发明提供的基于EtherCAT的通信冗余控制系统，能够在主控模块和通讯模块之间采用以太网电缆、光纤线缆或无线通信方式连接，降低背板通信传输压力，提高了所述系统的整体传输效率，同时还提高了所述系统的可拓展性，进而使得所述通信冗余控制系统能够更好的适应生产需求。

本发明提供一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统，包括：主控模块、通信模块、从站模块和背板，所述主控模块与通信模块之间通过至少两条以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述通信模块与从站模块通过至少两条设置于所述背板上的连接线连接，并经通信模块实现主控模块与从站模块之间的数据冗余通信。

可选地，所述主控模块包括：

主站控制器，用于对以太网信号进行输入输出控制；

主站接口单元，一端与所述主站控制器连接，另一端与设置在所述通信模块上的从站接口单元通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接。

可选地，所述主站控制器，包括第一主站控制器和第二主站控制器，所述第一主站控制器和第二主站控制器通过高速总线连接；

所述主站接口单元，包括与所述第一主站控制器连接的第一主站接口和与所述第二主站控制器连接的第二主站接口；

所述从站接口单元，包括第一从站接口和第二从站接口，所述第一从站接口与第一主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述第二从站接口与所述第二主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接。

可选地，所述通信模块还包括：

通信控制器，用于对通信模块内的信号进行输入输出控制，并且包括与第一从站接口连接第一通信控制器、和与第二从站接口连接的第二通信控制器；

通信EBUS接口单元，包括第一通信EBUS接口和第二通信EBUS接口，所述第一通信EBUS接口一端与第一通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接；所述第二通信EBUS接口一端与第二通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接。

可选地，所述从站模块包括：

从站接口单元，一端分别与通信模块和下一级从站模块连接，另一端与从站控制器单元连接；

从站控制器单元，用于接收/发送背板EBUS信号；

从站仲裁单元，与从站控制单元连接，用于获取所转换的信号并启动仲裁机制并实现从站仲裁功能；

功能单元，与从站仲裁单元连接，用于根据从站仲裁结果实现对应从站控制功能。

可选地，所述从站接口单元，包括第一EBUS接口、第二EBUS接口、第三EBUS接口和第四EBUS接口，所述第一EBUS接口、第二EBUS接口分别与所述第一通信EBUS接口、第二通信EBUS接口连接，所述第三EBUS接口、第四EBUS接口分别与设置在下一级从站模块上的EBUS接口连接；

所述从站控制器单元，包括第一从站控制器和第二从站控制器，所述第一从站控制器一侧分别与第一EBUS接口和第三EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接，所述第二从站控制器一侧分别与第二EBUS接口和第四EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接。

可选地，所述功能单元包括数字量输入子单元、数字量输出子单元、模拟量输入子单元和模拟量输出子单元。

可选地，所述系统还包括：

电源模块，通过所述连接线分别与主控模块、通信模块、从站模块连接，并用于实现主控模块、通信模块和从站模块的供电。

本发明实施例提供的基于EtherCAT的通信冗余控制系统主要是通过在主控模块和通信模块之间采用至少两条以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接并实现两者之间的通信，在通信模块和从站模块之间采用至少两条设置于所述背板上的连接线连接并实现两者之间的通信，一方面，本实施例中所述通信冗余控制系统在主控模块与通信模块、通信模块与从站模块之间采用双链路冗余，提高了所述系统安全系数；另一方面，所述通信冗余控制系统在主控模块和通讯模块之间采用以太网电缆、光纤线缆或无线通信方式连接，降低背板通信传输压力，提高了所述系统的整体传输速率，同时还提高了所述系统的可拓展性。进而使得所述通信冗余控制系统能够更好的适应生产需求。

进一步的，本实施例中所述从站模块内分别设置独立的从站仲裁单元，对双链路冗余进行仲裁处理，提高了所述系统的可靠性。

附图说明

图1为本发明一实施例基于EtherCAT的通信冗余控制系统的结构示意图；

图2为本发明另一实施例基于EtherCAT的通信冗余控制系统的结构示意图；

图3为本发明一实施例主站模块的结构示意图；

图4为本发明一实施例通信模块的结构示意图；

图5为本发明一实施例从站模块的结构示意图；

图6为本发明一实施例基于EtherCAT的通信冗余控制系统的工作流程图；

图7为本发明另一实施例基于EtherCAT的通信冗余控制系统的工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统，如图1所示，所述系统包括：主控模块、通信模块、从站模块和背板，所述主控模块与通信模块之间通过至少两条以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述通信模块与从站模块通过至少两条设置于所述背板上的连接线连接，并经通信模块实现主控模块与从站模块之间的数据冗余通信。

本发明实施例提供的基于EtherCAT的通信冗余控制系统主要是通过在主控模块和通信模块之间采用至少两条以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接并实现两者之间的通信，在通信模块和从站模块之间采用至少两条设置于所述背板上的连接线连接并实现两者之间的通信，一方面，本实施例中所述通信冗余控制系统在主控模块与通信模块、通信模块与从站模块之间采用双链路冗余，提高了所述系统安全系数；另一方面，所述通信冗余控制系统在主控模块和通讯模块之间采用以太网电缆、光纤线缆或无线通信方式连接，降低背板通信传输压力，提高了所述系统的整体传输速率，同时还提高了所述系统的可拓展性。进而使得所述通信冗余控制系统能够更好的适应生产需求。

可选地，如图2和3所示，所述主控模块包括：

主站控制器，用于对以太网信号进行输入输出控制；

主站接口单元，一端与所述主站控制器连接，另一端与设置在所述通信模块上的从站接口单元通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接。

可选地，所述主站控制器，包括第一主站控制器和第二主站控制器，所述第一主站控制器和第二主站控制器通过高速总线连接；

所述主站接口单元，包括与所述第一主站控制器连接的第一主站接口和与所述第二主站控制器连接的第二主站接口；

所述从站接口单元，包括第一从站接口和第二从站接口，所述第一从站接口与第一主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述第二从站接口与所述第二主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接。

具体的，本实施例中由第一主站控制器、第一主站接口、第一从站接口和第一主站接口和第一从站接口之间的以太网电缆、光纤线缆或无线通信，以及第二主站控制器、第二主站接口、第二从站接口和第二主站接口和第二从站接口之间的以太网电缆、光纤线缆或无线通信，形成主站模块与通信模块之间的第一双链路冗余，并且该第一双链路冗余分别通过对应的主站控制器进行对以太网信号进行输入输出控制，进一步的提高了所述通信冗余控制系统的安全系数。

可选地，如图4所示，所述通信模块还包括：

通信控制器，用于对通信模块内的信号进行输入输出控制，并且包括与第一从站接口连接第一通信控制器、和与第二从站接口连接的第二通信控制器；

通信EBUS接口单元，包括第一通信EBUS接口和第二通信EBUS接口，所述第一通信EBUS接口一端与第一通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接；所述第二通信EBUS接口一端与第二通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接。

具体的，本实施例中所述第一通信EBUS接口、从站模块中的第一EBUS接口和连接第一通信EBUS接口与第一EBUS接口的背板连接线，以及所述第二通信EBUS接口、从站模块中的第二EBUS接口和连接第二通信EBUS接口与第二EBUS接口的背板连接线，形成通信模块与从站模块之间的第二双链路冗余，并由所述第一双链路冗余和第二双链路冗余组成所述通信冗余控制系统的双链路冗余。

可选地，如图5所示，所述从站模块包括：

从站接口单元，一端分别与通信模块和下一级从站模块连接，另一端与从站控制器单元连接；

从站控制器单元，用于接收/发送背板EBUS信号；

从站仲裁单元，与从站控制单元连接，用于获取所转换的信号并启动仲裁机制并实现从站仲裁功能；

功能单元，与从站仲裁单元连接，用于根据从站仲裁结果实现对应从站控制功能。

具体的，本实施例中所述从站模块中通过从站接口单元获取经通信模块传输的EBUS信号，并由从站控制单元将获取的EBUS信号转换为从站模块内所需信号有利于下级单元处理，并由从站仲裁单元对多个从站控制单元获取的信号进行仲裁处理，进而由所述功能单元实现对应的功能，其中，所述从站模块中设置独立的从站仲裁单元，通过从站仲裁单元确定从站模块中各个链路传输的信号优先级或者有效性，保证系统功能能够有效的实现，进而保证所述通信冗余控制系统中双链路的工作，提高了所述系统的可靠性。

可选地，所述从站接口单元，包括第一EBUS接口、第二EBUS接口、第三EBUS接口和第四EBUS接口，所述第一EBUS接口、第二EBUS接口分别与所述第一通信EBUS接口、第二通信EBUS接口连接，所述第三EBUS接口、第四EBUS接口分别与设置在下一级从站模块上的EBUS接口连接；

所述从站控制器单元，包括第一从站控制器和第二从站控制器，所述第一从站控制器一侧分别与第一EBUS接口和第三EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接，所述第二从站控制器一侧分别与第二EBUS接口和第四EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接。

可选地，所述功能单元包括数字量输入子单元、数字量输出子单元、模拟量输入子单元和模拟量输出子单元。

可选地，所述系统还包括：

电源模块，通过所述连接线分别与主控模块、通信模块、从站模块连接，并用于实现主控模块、通信模块和从站模块的供电。

同时，本实施例中所述背板与主控模块、通信模块、从站模块和电源模块连接，一方面可由电源模块为其他模块供电；另一方面，还可通过背板对各个模块实现监测。

如图6所示，本实施例中所述通信冗余控制系统的工作流程如下：

通信模块通过至少两条以太网电缆、或光纤线缆、或无线通信方式获取主控模块所发送的以太网信号；

从站模块通过至少两条设置于背板上的连接线接收通信模块所获取的EBUS信号并实现主控模块与从站模块之间的数据冗余通信。

可选的，如图7所示，所述从站模块通过至少两条设置于背板上的连接线接收通信模块所获取的EBUS信号后还包括：

从站模块根据所接收的EBUS信号实现对应从站控制功能。

可选的，所述从站模块根据所接收的EBUS信号实现对应从站控制功能，包括：

从站控制器单元接收通信模块所获取的EBUS信号，并将EBUS信号进行信号转换；

从站仲裁单元获取所转换的信号并启动仲裁机制并实现从站仲裁功能；

功能单元根据从站仲裁结果实现对应从站控制功能。

可选的，所述从站仲裁单元获取所转换的信号并启动仲裁机制并实现从站仲裁功能，包括：

第一从站控制器接收第一EBUS信号；

第二从站控制器接收第二EBUS信号；

从站仲裁单元获取第一EBUS信号、第二EBUS信号并启动仲裁机制得出仲裁结果。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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 (3)

1.一种基于EtherCAT的通信冗余控制系统，其特征在于，包括：主控模块、通信模块、从站模块和背板，所述通信模块与从站模块通过至少两条设置于所述背板上的连接线连接，并经通信模块实现主控模块与从站模块之间的数据冗余通信；其中，

所述主控模块包括：

主站控制器，用于对以太网信号进行输入输出控制；

主站接口单元，一端与所述主站控制器连接，另一端与设置在所述通信模块上的从站接口单元通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接；

所述主站控制器，包括第一主站控制器和第二主站控制器，所述第一主站控制器和第二主站控制器通过高速总线连接；

所述主站接口单元，包括与所述第一主站控制器连接的第一主站接口和与所述第二主站控制器连接的第二主站接口；

所述通信模块包括：从站接口单元；

所述从站接口单元，包括第一从站接口和第二从站接口，所述第一从站接口与第一主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接，所述第二从站接口与所述第二主站接口通过以太网电缆、光纤线缆或无线通信连接；

所述通信模块还包括：

通信控制器，用于对通信模块内的信号进行输入输出控制，并且包括与第一从站接口连接第一通信控制器、和与第二从站接口连接的第二通信控制器；

通信EBUS接口单元，包括第一通信EBUS接口和第二通信EBUS接口，所述第一通信EBUS接口一端与第一通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接；所述第二通信EBUS接口一端与第二通信控制器连接，另一端对应与设置在从站模块上的从站接口单元通过所述连接线连接；

所述从站模块包括：

从站接口单元，一端分别与通信模块和下一级从站模块连接，另一端与从站控制器单元连接；

从站控制器单元，用于接收/发送背板EBUS信号；

从站仲裁单元，与从站控制单元连接，用于获取所转换的信号并启动仲裁机制并实现从站仲裁功能，以确定从站模块中各个链路传输的信号优先级或者有效性；

功能单元，与从站仲裁单元连接，用于根据从站仲裁结果实现对应从站控制功能；

所述从站接口单元，包括第一EBUS接口、第二EBUS接口、第三EBUS接口和第四EBUS接口，所述第一EBUS接口、第二EBUS接口分别与所述第一通信EBUS接口、第二通信EBUS接口连接，所述第三EBUS接口、第四EBUS接口分别与设置在下一级从站模块上的EBUS接口连接；

所述从站控制器单元，包括第一从站控制器和第二从站控制器，所述第一从站控制器一侧分别与第一EBUS接口和第三EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接，所述第二从站控制器一侧分别与第二EBUS接口和第四EBUS接口连接，另一侧与所述从站仲裁单元连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述功能单元包括数字量输入子单元、数字量输出子单元、模拟量输入子单元和模拟量输出子单元。

3.根据权利要求1-2任一所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

电源模块，通过所述连接线分别与主控模块、通信模块、从站模块连接，并用于实现主控模块、通信模块和从站模块的供电。

Images