CN108390940A - 以太网通信系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种以太网通信系统。以太网通信系统包括：主站控制器和辅助控制器；所述主站控制器和所述辅助控制器通信连接；所述辅助控制器用于获取外设设备的待处理数据；所述主站控制器用于接收所述辅助控制器发送的处理结果，所述处理结果为所述辅助控制器处理所述待处理数据之后的结果。本发明中，由于辅助控制器分担了主站控制器的大量数据运算、处理，替代主控制器连接匹配各类外设，从而主站控制器的处理效率大大提高，同时降低了对主站控制器处理性能的依赖，进而提升了整个以太网通信系统的性能。

Description

以太网通信系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种适用于结构复杂的伺服控制系统的以太网通信系统。
背景技术
EtherCAT(以太网控制自动化技术)工业以太网在节点数增多，数据量增大，负载很重的情况下传输效率高，使其广泛应用于伺服控制系统。但是，目前伺服控制系统的请求和运算均通过EtherCAT主站控制器实现。当伺服控制系统的结构很复杂时，对EtherCAT主站控制器会产生较多的处理请求和较大运算需求，进而降低EtherCAT主站控制器的处理效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中请求和运算均通过EtherCAT主站控制器实现，致使EtherCAT主站控制器的数据处理量较大，处理效率低的缺陷，提供一种以太网通信系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种以太网通信系统，所述以太网通信系统包括：主站控制器和辅助控制器；
所述主站控制器和所述辅助控制器通信连接；
所述辅助控制器用于获取外设设备的待处理数据；
所述主站控制器用于接收所述辅助控制器发送的处理结果，所述处理结果为所述辅助控制器处理所述待处理数据之后的结果。
较佳地，所述辅助控制器包括：处理模块、EtherCAT模块、数字编码解码器和模拟编码解码器；
所述处理模块分别与所述EtherCAT模块、所述数字编码解码器和所述模拟编码解码器电连接；
所述数字编码解码器和所述模拟编码解码器用于对所述待处理数据进行解码并发送至所述处理模块；
所述处理模块用于对解码后的待处理数据进行处理并生成所述处理结果，并将所述处理结果发送至所述EtherCAT模块；
所述EtherCAT模块用于将所述处理结果发送至所述主站控制器。
较佳地，所述辅助控制器还包括：系统管理模块、第一外部连接器和第二外部连接器；
所述系统管理模块包括：第一断线检测模块和/或第二断线检测模块；
所述第一外部连接器通过所述第一断线检测模块与所述处理模块电连接；
所述第二外部连接器通过所述第二断线检测模块与所述处理模块电连接；
所述第一断线检测模块用于在检测到断线信号时生成报警信息；
所述第二断线检测模块用于在检测到断线信号时生成报警信息。
较佳地，所述系统管理模块还包括：第一过流保护电路和第二过流保护电路；
所述第一外部连接器还通过所述第一过流保护电路与所述处理模块电连接；
所述第二外部连接器还通过所述第二过流保护电路与所述处理模块电连接。
较佳地，所述系统管理模块还包括：
POR(复位控制)电路；所述POR电路和与所述处理模块电连接；
和/或，报警器；所述报警器与断线检测模块电连接，所述报警器用于提示报警信息。
较佳地，所述以太网通信系统还包括：云服务器；
所述辅助控制器还包括：辅助模块；
所述辅助模块包括：无线通信模块；
所述无线通信模块与所述处理模块电连接；
所述无线通信模块用于通过无线数据链路将所述处理结果发送至所述云服务器。
本方案中，无线通信模块具体可以通过Wi-Fi(无线局域网)模块和4G(第四代移动电话行动通信标准)模块实现。
较佳地，所述辅助模块还包括：USB接口和/或显示模块和/或调试接口；
所述USB接口、所述调试接口和所述显示模块均与所述处理模块电连接。
较佳地，所述辅助控制器还包括：第一ESD(静电释放)保护电路和第二ESD保护电路；
所述第一外部连接器还通过所述第一ESD保护电路与所述数字编码解码器电连接；
所述第二外部连接器还通过所述第二ESD保护电路与所述模拟编码解码器电连接。
较佳地，所述辅助控制器还包括：
Ethernet(以太网)电路，所述Ethernet电路与所述处理模块电连接；
和/或，传感器接口，所述传感器接口与所述处理模块电连接。
本方案中，Ethernet电路用于通过双绞线与万维网(WWW)连接，将处理结果通过网络传输至云服务器。
较佳地，所述辅助控制器还包括PCB(印制电路板)板；
所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器、第一外部连接器和第二外部连接器集成于第一集成电路上；
所述传感器接口集成于第二集成电路上；
所述第一集成电路和所述第二集成电路可拆卸设于所述PCB板上。
本发明的积极进步效果在于：本发明中，由于辅助控制器分担了主站控制器的大量数据运算、处理，从而主站控制器的处理效率大大提高，同时降低了对主站控制器处理性能的依赖，进而提升了整个以太网通信系统的性能。
附图说明
图1为本发明一较佳实施例的以太网通信系统的模块示意图。
图2为图1中的辅助控制器的模块示意图。
图3为本发明一较佳实施例的以太网通信系统的工作模式示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本实施的以太网通信系统的适用于各类工业控制系统，特别适用于结构复杂的伺服控制系统。如图1-2所示，本实施的以太网通信系统包括：主站控制器1、从站控制器2和辅助控制器3。主站控制器1分别与从站控制器2和辅助控制器3通信连接。
下面以伺服控制系统为例说明本实施例的以太网通信系统供工作原理：
首先，将伺服控制系统中的控制设备和传感器分为两类，一类控制设备和传感器(以下称为第一控制设备、第一传感器)的数据量、计算量较少，另一类控制设备和传感器(以下称为第二控制设备、第二传感器)的数据量、计算量较多。从站控制器与第一控制设备和第一传感器电连接，用于获取第一控制设备和第一传感器的待处理数据并发送至主站控制器进行处理。辅助控制器与第二控制设备和第二传感器(其中，第二控制设备和第二传感器对以太网通信系统来说也即外设设备)电连接，用于获取第二传感器和第二设备的外设设备的待处理数据，并对该待处理数据进行处理生成处理结果之后，将处理结果发送至主控制器。主站控制器接收辅助控制器发送的处理结果，并根据处理结果实现相应的动作、故障诊断等。
需要说明的是，一个辅助控制器可与一台控制设备(或传感器)电连接，也可与多台控制设备(或传感器)电连接，根据实际需求自行设置。
本实施例中，辅助控制器也可与从站控制器通信连接，获取从站控制器的数据并发送至主站控制器。也即本实施例的辅助控制器在以太网通信系统中可以两种工作模式工作，参见图3，辅助协处理器P以第一种方式工作：辅助控制器P作为一个普通的EtherCAT从站，也即连接外设设备后以标准EtherCAT总线方式工作。辅助协处理器Q以第二种方式工作：辅助控制器Q辅助EtherCAT主站工作，也即连接其他EtherCAT从站和外设设备作为EtherCAT主站使用，同时作为主站控制器的EtherCAT从站，将其他EtherCAT从站和外设设备的待处理数据处理后发送至主站控制器。
本实施例中，由于辅助控制器分担了主站控制器的大量数据运算、处理，从而主站控制器的处理效率大大提高，同时降低了对主站控制器处理性能的依赖，进而提升了整个以太网通信系统的性能，提升了整体伺服控制性能。本实施例中，如图2所示，辅助控制器3包括：处理模块31、EtherCAT模块32、Ethernet电路43(此电路一般连接万维网www，也可以作为EtherCAT模块)、数字编码解码器33、模拟编码解码器34、第一外部连接器35、第二外部连接器36和电源模块37。处理模块31分别与EtherCAT模块32、Ethernet电路43、数字编码解码器33和模拟编码解码器34电连接。数字编码解码器33还与第一外部连接器35电连接。模拟编码解码器34还与第二外部连接器36电连接。电源模块37用于为各个辅助控制器供电。具体的，处理模块可通过XilinxSoC芯片实现相应的功能，其所在单板计算机PCB板支持标准COMe(COM Express)接口。
本实施例中，数字编码解码器可包括绝对式编码解码器和增量式编码解码器，数字编码解码器具体包括依次电连接的编码器芯片、信号平滑处理(去毛刺)电路和阻抗匹配电路。为了实现对数字编码解码器的静电保护，本实施例的辅助控制器还包括第一ESD保护电路38。第一外部连接器35还通过第一ESD保护电路38与数字编码解码器33电连接。
本实施例中，根据需求设置两种模拟量输入。第一模拟量输入(可以是热电偶)包括信号隔离单元、精密A/D单元、精密运放电路、低通滤波电路和温度补偿单元。第二模拟量输入(也成为模拟编码器输入电路)包括依次电连接的A/D模块、运放放大电路、信号平滑处理电路和低通滤波电路，依次电连接的信号产生电路、运放放大电路、输出缓冲电路和输出保护电路，以及A/D模块。为了实现对模拟编码解码器的静电保护，本实施例的辅助控制器还包括第二ESD保护电路39。第二外部连接器36还通过第二ESD保护电路39与模拟编码解码器34电连接。
需要说明的是，根据实际需求，也可在辅助控制器中下述的各个接口出处均设置ESD保护电路，例如在USB接口、RJ45接口和传感器接口也设置ESD保护电路。ESD保护电路用于实现对模拟编码解码器、数字编码解码器和处理模块的静电保护，防止其受击损坏。
数字编码解码器和模拟编码解码器用于对待处理数据进行解码并发送至处理模块。处理模块用于对对解码后的待处理数据进行处理并生成处理结果，并将处理结果发送至数字编码解码器和EtherCAT模块。数字编码解码器还用于将处理结果发送至外设设备，以及对特定外设设备的数据的输出。EtherCAT模块用于将处理结果发送至主站控制器。其中，待处理数据可以是编码器、传感器等发送的数据，也可以是以太网通信系统中的从站控制器发送的数据。传感器可以是温度传感器、湿度传感器、振动传感器、热电偶等。本实施例中，支持多模拟量类型(电压、电流、电阻)数据输入，支持可调节电压输入范围。第一外部连接器作为数字量接口可以复用为脉冲输出接口。
本实施例中，辅助控制器还包括：系统管理模块和/或存储模块41和/或辅助模块42。系统管理模块、存储模块41和辅助模块42均与处理模块31电连接。系统管理模块用来监视整个辅助控制器的电源状态和运行状态。存储模块用来给系统提供信息存储。辅助模块用来通过无线网络传送辅助控制器数据和处理信息，以及USB外设驱动。
本实施例中，系统管理模块包括：第一断线检测模块401和第二断线检测模块402。第一外部连接器35通过第一断线检测模块401与处理模块31电连接。第二外部连接器36通过第二断线检测模块402与处理模块31电连接。断线检测模块具体包括比较器电路。本实施例中，系统管理模块还包括：报警器。报警器与断线检测模块电连接。断线检测模块用于在检测到断线信号时，也即第一外部接口与数字编码解码器接触不良，或第二外部接口与模拟编码解码器接触不良，生成报警信息。报警器用于提示报警信息。其中，报警器具体可以是声光报警器。
本实施例中，系统管理模块还包括：第一过流保护电路403和第二过流保护电路404。第一外部连接器35还通过第一过流保护电路403与处理模块31电连接；第二外部连接器36还通过第二过流保护电路404与处理模块31电连接。过流保护电路用于对模拟编码解码器、数字编码解码器和处理模块进行过流保护。过流保护电路具体包括电源控制逻辑单元、电源芯片和电源状态检测单元。
本实施例中，系统管理模块还包括：POR电路。POR电路与处理模块电连接，实现对处理模块的上电复位以及工作状态检测。
本实施例中，存储模块包括以下存储器中的至少一种：FLASH存储器、SD CARD和DDR。
本实施例中，辅助模块包括：无线通信模块和/或USB接口和/或显示模块和/或传感器接口和/或调试接口。无线通信模块、USB接口、显示模块和传感器接口均与处理模块电连接。无线通信模块通过无线数据链路将处理结果发送至云服务器。其中，无线通信模块可以是4G(第四代移动通信技术)模块，也可以是Wi-Fi(无线局域网技术)模块。调试接口用来进行本机调试和对外调试。USB和显示模块(例如，显示屏、数码管和LED)均通过USB驱动和显示单元与处理模块电连接。处理模块可将特定状态结果发送至显示屏进行显示，也可将处理结果发送至存储器进保存。LED可显示辅助控制器的工作状态。
本实施例中，以太网通信系统还包括云服务器。则无线通信模块通过无线数据链路将处理结果发送至云服务器。
本实施例中，辅助控制器还包括：Ethernet电路。Ethernet电路与处理模块电连接。Ethernet电路具体包括依次电连接的RJ45接口、变压器和PHY芯片。此模块可通过双绞线将处理结果发送至云服务器，或连接万维网。
本实施例中，数字编码解码器、模拟编码解码器、数字量接口、模拟量接口、传感器接口和处理模块集成于第一集成电路A上。传感器接口集成于第二集成电路B上。第一集成电路和第二集成电路可拆卸设于PCB板上，使得可随时更换第一集成电路和更换第二集成电路，或根据实际需求仅使用第一集成电路，或同时使用两个集成电路。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种以太网通信系统，其特征在于，所述以太网通信系统包括：主站控制器和辅助控制器；
所述主站控制器和所述辅助控制器通信连接；
所述辅助控制器用于获取外设设备的待处理数据；
所述主站控制器用于接收所述辅助控制器发送的处理结果，所述处理结果为所述辅助控制器处理所述待处理数据之后的结果。
2.如权利要求1所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助控制器包括：处理模块、EtherCAT模块、数字编码解码器和模拟编码解码器；
所述处理模块分别与所述EtherCAT模块、所述数字编码解码器和所述模拟编码解码器电连接；
所述数字编码解码器和所述模拟编码解码器用于对所述待处理数据进行解码并发送至所述处理模块；
所述处理模块用于对解码后的待处理数据进行处理并生成所述处理结果，并将所述处理结果发送至所述EtherCAT模块；
所述EtherCAT模块用于将所述处理结果发送至所述主站控制器。
3.如权利要求2所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助控制器还包括：系统管理模块、第一外部连接器和第二外部连接器；
所述系统管理模块包括：第一断线检测模块和/或第二断线检测模块；
所述第一外部连接器通过所述第一断线检测模块与所述处理模块电连接；
所述第二外部连接器通过所述第二断线检测模块与所述处理模块电连接；
所述第一断线检测模块用于在检测到断线信号时生成报警信息；
所述第二断线检测模块用于在检测到断线信号时生成报警信息。
4.如权利要求3所述的以太网通信系统，其特征在于，所述系统管理模块还包括：第一过流保护电路和第二过流保护电路；
所述第一外部连接器还通过所述第一过流保护电路与所述处理模块电连接；
所述第二外部连接器还通过所述第二过流保护电路与所述处理模块电连接。
5.如权利要求3所述的以太网通信系统，其特征在于，所述系统管理模块还包括：
POR电路；所述POR电路和与所述处理模块电连接；
和/或，报警器；所述报警器与断线检测模块电连接，所述报警器用于提示报警信息。
6.如权利要求2所述的以太网通信系统，其特征在于，所述以太网通信系统还包括：云服务器；
所述辅助控制器还包括：辅助模块；
所述辅助模块包括：无线通信模块；
所述无线通信模块与所述处理模块电连接；
所述无线通信模块用于通过无线数据链路将所述处理结果发送至所述云服务器。
7.如权利要求6所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助模块还包括：USB接口和/或显示模块和/或调试接口；
所述USB接口、所述调试接口和所述显示模块均与所述处理模块电连接。
8.如权利要求3所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助控制器还包括：第一ESD保护电路和第二ESD保护电路；
所述第一外部连接器还通过所述第一ESD保护电路与所述数字编码解码器电连接；
所述第二外部连接器还通过所述第二ESD保护电路与所述模拟编码解码器电连接。
9.如权利要求3所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助控制器还包括：
Ethernet电路，所述Ethernet电路与所述处理模块电连接；
和/或，传感器接口，所述传感器接口与所述处理模块电连接。
10.如权利要求9所述的以太网通信系统，其特征在于，所述辅助控制器还包括PCB板；
所述数字编码解码器、所述模拟编码解码器、第一外部连接器和第二外部连接器集成于第一集成电路上；
所述传感器接口集成于第二集成电路上；
所述第一集成电路和所述第二集成电路可拆卸设于所述PCB板上。
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