CN111007757A - 一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种EtherCAT‑TSN工业以太网架构系统，包括以太网交换机、以太网供电单元、EtherCAT TSN耦合器、若干以太网分配器单元和若干现场设备，其中，以太网交换机分别与以太网供电单元和EtherCAT TSN耦合器连接，EtherCAT TSN耦合器的输出端与若干以太网分配器单元的输入端连接，且以太网分配器单元的输出端与若干现场设备连接；其中，以太网交换机包括处理器、接口模块、G无线传输模块、储存器模块和串口通信模块。有益效果：不仅可以提高以太网通信速度，而且降低了以太网供电系统的成本，此外，还将EtherCAT和TSN网络的优势完美结合在一起，支持TSN功能，可以最小化以太网中交换机所引起的延迟。

Description

一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统

技术领域

本发明涉及工业以太网技术领域，具体来说，涉及一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统。

背景技术

随着信息技术的不断发展，信息交换技术覆盖了各行各业。在自动化领域，越来越多的企业需要建立包含从工厂现场设备层到控制层、管理层等各个层次的综合自动化网络管控平台。以太网具有传输速率高、网络软件丰富、安装连接简单、使用维护方便等优点，工业以太网提供了针对制造业控制网络的数据传输的以太网标准。该技术基于工业标准，利用了交换以太网结构，有很高的网络安全性、可操作性和实效性，最大限度地满足了用户和生产厂商的需求。

然而，现有的工业以太网交换机产品都只能支持有线应用，无法将报警和流量信息等数据通过无线网络实时传输到指定的接收端。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的问题，本发明提出一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

为此，本发明采用的具体技术方案如下：

一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，包括以太网交换机、以太网供电单元、EtherCAT TSN耦合器、若干以太网分配器单元和若干现场设备，其中，所述以太网交换机分别与所述以太网供电单元和所述EtherCAT TSN耦合器连接，所述EtherCAT TSN耦合器的输出端与若干所述以太网分配器单元的输入端连接，且所述以太网分配器单元的输出端与若干所述现场设备连接；

其中，所述以太网交换机包括处理器、接口模块、4G无线传输模块、储存器模块和串口通信模块，所述处理器依次与所述接口模块、所述4G无线传输模块、所述储存器模块和所述串口通信模块电连接。

进一步的，所述以太网交换机与所述EtherCAT TSN耦合器之间和所述EtherCATTSN耦合器与若干所述以太网分配器单元之间均通过工业以太网通信线路连接。

进一步的，所述接口模块包括以太网接口一、以太网接口二、从站信息接口、程序接口和USB接口，所述以太网接口一、所述以太网接口二、所述从站信息接口、所述程序接口和所述USB接口均通过所述接口模块与所述处理器电连接。

进一步的，所述储存器模块包括Nand Flash存储器和SDRAM存储器。

进一步的，所述Nand Flash存储器的芯片型号为K9F2G08U0B，所述SDRAM存储器的芯片型号为K4S281632K-UC60。

进一步的，所述USB接口包括外部扩展接口和调试接口。

本发明的有益效果为：

1、通过4G无线传输单元的使用，使得其不仅可以提高以太网通信速度，而且使用无线保真 Wi-Fi 数据收发单元大大节约了工业以太网电缆的使用长度，降低了以太网供电系统的成本，并使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。

2、通过EtherCAT TSN 耦合器将EtherCAT和TSN网络的优势完美结合在一起，支持TSN（时间敏感网络）功能，可以最小化以太网中交换机所引起的延迟，并可以在 TSN 网络环境中使用各种 EtherCAT I/O 端子模块和其它 EtherCAT 设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统中处理器的结构示意图；

图3是根据本发明实施例的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统中接口模块的结构示意图。

图中：

1、以太网交换机；101、处理器；102、接口模块；1021、以太网接口一；1022、以太网接口二；1023、从站信息接口；1024、程序接口；1025、USB接口；103、4G无线传输模块；104、储存器模块；105、串口通信模块；2、以太网供电单元；3、EtherCAT TSN耦合器；4、以太网分配器单元；5、现场设备。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本发明提供有附图，这些附图为本发明揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理，配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本发明的优点，图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

根据本发明的实施例，提供了一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明，如图1-3所示，根据本发明实施例的EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，包括以太网交换机1、以太网供电单元2、EtherCATTSN耦合器3、若干以太网分配器单元4和若干现场设备5，其中，所述以太网交换机1分别与所述以太网供电单元2和所述EtherCAT TSN耦合器3连接，所述EtherCAT TSN耦合器3的输出端与若干所述以太网分配器单元4的输入端连接，且所述以太网分配器单元4的输出端与若干所述现场设备5连接；具体应用时，EtherCAT TSN 耦合器3作为EtherCAT网段内的第一个设备，提供两个以太网接口。其中一个100Mbit/s端口连接耦合器与以太网或TSN网络。第二个端口可用于选择性地集成其它远程 EtherCAT 设备。EK1000 确保以最小的延迟将报文从TSN传输到EtherCAT端口。这样，TSN 网络中现在也可以使用成熟的EtherCAT功能，例如分布式时钟和 XFC 极速控制功能，或者与EtherCAT 驱动器通讯。在没有 TSN 扩展的网络中，总线耦合器也可用于将 EtherCAT 网络与标准以太网整合在一起。

其中，所述以太网交换机1包括处理器101（S3C6410）、接口模块102、4G无线传输模块103、储存器模块104和串口通信模块105，所述处理器101依次与所述接口模块102、所述4G无线传输模块103、所述储存器模块104和所述串口通信模块105电连接。具体的，S3C6410是三星公司生产的16位/32位RISC微处理器，是一个具有成本效益、功耗低，性能高的应用处理器。

借助于上述技术方案，通过EtherCAT TSN 耦合器3将EtherCAT和TSN网络的优势完美结合在一起，支持 TSN（时间敏感网络）功能，可以最小化以太网中交换机所引起的延迟，并可以在 TSN 网络环境中使用各种 EtherCAT I/O 端子模块和其它 EtherCAT 设备。

在一个实施例中，所述以太网交换机1与所述EtherCAT TSN耦合器3之间和所述EtherCAT TSN耦合器3与若干所述以太网分配器单元4之间均通过工业以太网通信线路连接。

在一个实施例中，所述接口模块102包括以太网接口一1021、以太网接口二1022、从站信息接口1023、程序接口1024和USB接口1025，所述以太网接口一1021、所述以太网接口二1022、所述从站信息接口1023、所述程序接口1024和所述USB接口1025均通过所述接口模块102与所述处理器电连接。具体应用时，以太网接口一1021和以太网接口二1022用以支持 EtherCAT 主站双网卡冗余功能，提高系统的可靠性，选择 DM9000E网络接口卡。EtherCAT 网络拓扑结构一般都是环形网络拓扑，当主站的一个网卡所连接的网络断开，数据仍然可以用另一个网卡收发数据，不会中断运行中的控制任务。

在一个实施例中，所述储存器模块104包括Nand Flash存储器和SDRAM存储器。

在一个实施例中，所述Nand Flash存储器的芯片型号为K9F2G08U0B，所述SDRAM存储器的芯片型号为K4S281632K-UC60。

在一个实施例中，所述USB接口1025包括外部扩展接口USBHost和调试接口USBOTG。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过4G无线传输单元103的使用，使得其不仅可以提高以太网通信速度，而且使用无线保真 Wi-Fi 数据收发单元大大节约了工业以太网电缆的使用长度，降低了以太网供电系统的成本，并使得在恶劣危险的工业环境中保证以太网可靠稳定的运行。

此外，本发明通过EtherCAT TSN 耦合器3将EtherCAT和TSN网络的优势完美结合在一起，支持 TSN（时间敏感网络）功能，可以最小化以太网中交换机所引起的延迟，并可以在 TSN 网络环境中使用各种 EtherCAT I/O 端子模块和其它 EtherCAT 设备。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”、“固定”、“旋接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

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 (6)

1.一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，包括以太网交换机（1）、以太网供电单元（2）、EtherCAT TSN耦合器（3）、若干以太网分配器单元（4）和若干现场设备（5），其中，所述以太网交换机（1）分别与所述以太网供电单元（2）和所述EtherCAT TSN耦合器（3）连接，所述EtherCAT TSN耦合器（3）的输出端与若干所述以太网分配器单元（4）的输入端连接，且所述以太网分配器单元（4）的输出端与若干所述现场设备（5）连接；

其中，所述以太网交换机（1）包括处理器（101）、接口模块（102）、4G无线传输模块（103）、储存器模块（104）和串口通信模块（105），所述处理器（101）依次与所述接口模块（102）、所述4G无线传输模块（103）、所述储存器模块（104）和所述串口通信模块（105）电连接。

2.根据权利要求1所述的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，所述以太网交换机（1）与所述EtherCAT TSN耦合器（3）之间和所述EtherCAT TSN耦合器（3）与若干所述以太网分配器单元（4）之间均通过工业以太网通信线路连接。

3.根据权利要求1所述的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，所述接口模块（102）包括以太网接口一（1021）、以太网接口二（1022）、从站信息接口（1023）、程序接口（1024）和USB接口（1025），所述以太网接口一（1021）、所述以太网接口二（1022）、所述从站信息接口（1023）、所述程序接口（1024）和所述USB接口（1025）均通过所述接口模块（102）与所述处理器电连接。

4.根据权利要求3所述的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，所述储存器模块（104）包括Nand Flash存储器和SDRAM存储器。

5.根据权利要求4所述的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，所述Nand Flash存储器的芯片型号为K9F2G08U0B，所述SDRAM存储器的芯片型号为K4S281632K-UC60。

6.根据权利要求3所述的一种EtherCAT-TSN工业以太网架构系统，其特征在于，所述USB接口（1025）包括外部扩展接口和调试接口。

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