CN114844739A - 一种可实现工业总线实时性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可实现工业总线实时性的方法，包括主站与多个从站，所述主站是由设备S0构成，多个所述从站是由多台设备S1、S2、S3构成，所述主站和多个从站包括应用A，所述应用A为控制EtherCAT总线的通讯协议与参数的应用程序，所述应用A包括FB1、FB2和FB3，所述FB1、FB2和FB3统称为FB功能块，所述FB1、FB2、FB3代表EtherCAT总线上各个节点，所述FB1、FB2、FB3同时添加有全局时钟，本发明公开的可实现工业总线实时性的方法具有实现了EtherCAT总线的实时性要求的效果。
Description
技术领域
本发明涉及工业控制系统领域，尤其涉及一种可实现工业总线实时性的方法。
背景技术
工业控制系统是指用于工厂企业的系统，这种系统，生产流水线用的，比如，纺织业，印染业，印刷厂，等等，有一套完整的全自动流水线，设定好相应参数，就开始自动的运转，而工人只需监视运转即可，有着对诸如图像、语音信号等大数据量、高速率传输的要求，又催生了当前在商业领域风靡的以太网与控制网络的结合。随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，工业控制系统的结构从最初的CCS(计算机集中控制系统)，到第二代的DCS(分散控制系统，又称分布式控制系统，是相对于集中式控制系统而言的一种计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的)，发展到现在流行的FCS(现场总线控制系统，是用现场总线这一开放的、具有互操作性的网络将现场各个控制器和仪表及仪表设备互联，构成现场总线控制系统，同时控制功能彻底下放到现场，降低了安装成本和维修费用)。计算机及网络技术与控制系统的发展有着紧密的联系。随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展，传统的控制领域正经历着一场前所未有的变革，开始向网络化方向发展。
随着控制系统功能分散化和智能化的要求不断提升，利用现场总线设备、智能仪器和传感器构造的大型复杂控制系统、控制功能可物理分散在许多设备中，不同设备中的软件通过通讯网络互连起来，IEC61499标准的构建的系统模型里，分布式控制应用可以被定义为运行在不同设备上的逻辑相连的功能块，并通过标准化的数据和信息模型实现系统应用集成。
IEC61499标准完成了软硬件的解耦，分布式系统的运行过程中，大量设备并发的计算任务或者通讯任务会导致同一时间可能会存在多个实践，处理这些实践必然会导致系统的实时性大大降低，这对于EtherCAT这种对实时性要求较高的工业总线来说是不可接受的。
为了保持各个节点的同步机制从而实现了EtherCAT总线的实时性要求，我们提出了以下方案。
发明内容
本发明公开一种可实现工业总线实时性的方法，旨在解决EtherCAT总线在IEC61499环境下实时性的技术问题。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种可实现工业总线实时性的方法，包括主站与多个从站，所述主站是由设备S0构成，多个所述从站是由多台设备S1、S2、S3构成，所述主站和多个从站包括应用A，所述应用A为控制EtherCAT总线的通讯协议与参数的应用程序，所述应用A包括FB1、FB2和FB3，所述FB1、FB2和FB3统称为FB功能块，所述FB1、FB2、FB3代表EtherCAT总线上各个节点，所述FB1、FB2、FB3同时添加有全局时钟，所述FB1、FB2、FB3包括有时钟块。
通过给FB1、FB2、FB3添加全局时钟，随着控制系统功能分散化和智能化的要求不断提升，利用现场总线设备、智能仪器和传感器构造的大型复杂控制系统、控制功能可物理分散在许多设备中，不同设备中的软件通过通讯网络互连起来，IEC61499标准的构建的系统模型里，分布式控制应用可以被定义为运行在不同设备上的逻辑相连的功能块，并通过标准化的数据和信息模型实现系统应用集成，IEC61499标准完成了软硬件的解耦，分布式系统的运行过程中，大量设备并发的计算任务或者通讯任务会导致同一时间可能会存在多个实践，处理这些实践必然会导致系统的实时性大大降低，这对于EtherCAT这种对实时性要求较高的工业总线来说是不可接受的，通过为FB1、FB2和FB3功能块添加一个全局时钟，实现EtherCAT总线上设备的时钟同步，同时在FB功能块中插入同步与全局时钟的时钟块，实现对FB功能块的实践约束，保证通信网络的分时均衡访问，为功能块FB添加时钟后，每个节点的本地时钟可根据全局时钟周期性的调整，保持各个节点的同步机制从而实现了EtherCAT总线的实时性要求。
在一个优选的方案中，所述应用A的具体安装方式为采用IEC61499的分布式部署的特点，将应用A部署到相关的设备上，所述应用A为EtherCAT应用，所述应用A是用于在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述，所述主站和多个从站包括资源A、资源B和资源C，所述资源A、资源B和资源C为FB功能块可控制调用的资源。
通过采用IEC61499的分布式部署的特点，将EtherCAT应用部署到相关的设备上，使各个相关设备的连接更为便利，方便后续FB功能块调用相应的资源完成EtherCAT总线的实时通讯，提高系统的流畅性。
在一个优选的方案中，所述FB1、FB2、FB3呈循环状态连接，各节点用于接收前一节点转发过来的数据帧，所述FB功能块中的时钟块与全局时钟相同步，所述主站与多个从站建立在IEC61499环境中，所述主站包括通讯接口，多个所述从站包括通讯接口1和通讯接口2；
其中可实现工业总线实时性的方法具体步骤如下：
1、EtherCAT总线从站节点复制主站发送的数据帧，将本节点处理完的信息插入到数据帧之中，再传送到下一个节点，实际设备网络拓扑图如图1所示，在IEC61499环境中分别建立主站S0和从站(S1、S2、S3…)的设备模型，并分配相应的站号，其中主站模型至少提供一个通讯接口，从站模型提供至少两个通讯接口，包括通讯接口1和通讯接口2；
2、在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述，基于功能块网络的描述方式用于控制EtherCAT总线的通讯协议与参数，如图4中，FB1、FB2和FB3功能块代表EtherCAT总线上各个节点，每个节点都接收前一节点转发过来的数据帧，处理完毕后没有检测到下一节点后回传数据帧，完成本次通讯任务；
3、为FB1、FB2和FB3功能块添加一个全局时钟，实现EtherCAT总线上设备的时钟同步，同时在FB功能块中插入同步与全局时钟的时钟功能块，实现对功能块的实践约束，保证通信网络的分时均衡访问；
4、为功能块FB添加时钟后，每个节点的本地时钟可根据全局时钟周期性的调整，保持各个节点的同步机制，在建立全局时钟后，功能块网络完全成为一个时钟同步的网络，可以确定每一个FB功能块的触发时间，同时EtherCAT总线的触发时间戳和回传触发时间戳能够精确校准每个节点的动作时间，从而确认EtherCAT总线网络的数据帧传输时间。
通过建立全局时钟，在建立全局时钟后，功能块网络完全成为一个时钟同步的网络，可以确定每一个FB功能块的触发时间，同时EtherCAT总线的触发时间戳和回传触发时间戳能够精确校准每个节点的动作时间，从而确认EtherCAT总线网络的数据帧传输时间，进一步保证了实时性的精准度。
由上可知，一种可实现工业总线实时性的方法，包括主站与多个从站，所述主站是由设备S0构成，多个所述从站是由多台设备S1、S2、S3构成，所述主站和多个从站包括应用A，所述应用A为控制EtherCAT总线的通讯协议与参数的应用程序，所述应用A包括FB1、FB2和FB3，所述FB1、FB2和FB3统称为FB功能块，所述FB1、FB2、FB3代表EtherCAT总线上各个节点，所述FB1、FB2、FB3同时添加有全局时钟，所述FB1、FB2、FB3包括有时钟块。本发明提供的可实现工业总线实时性的方法具有保持各个节点的同步机制从而实现了EtherCAT总线的实时性要求的技术效果。
附图说明
图1为本发明提出的一种可实现工业总线实时性的方法的网络拓扑图。
图2为本发明提出的一种可实现工业总线实时性的方法的主站设备模型图。
图3为本发明提出的一种可实现工业总线实时性的方法的从站设备模型图。
图4为本发明提出的一种可实现工业总线实时性的方法的应用部署图。
图5为本发明提出的一种可实现工业总线实时性的方法的FB功能块图。
具体实施方式
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。
本发明公开的一种可实现工业总线实时性的方法主要应用于工业系统控制的场景。
参照图1—图5，一种可实现工业总线实时性的方法，包括主站与多个从站，主站是由设备S0构成，多个从站是由多台设备S1、S2、S3构成，主站和多个从站包括应用A，应用A为控制EtherCAT总线的通讯协议与参数的应用程序，应用A包括FB1、FB2和FB3，FB1、FB2和FB3统称为FB功能块，FB1、FB2、FB3代表EtherCAT总线上各个节点，FB1、FB2、FB3同时添加有全局时钟，FB1、FB2、FB3包括有时钟块，通过给FB1、FB2、FB3添加全局时钟，为FB1、FB2和FB3功能块添加一个全局时钟，实现EtherCAT总线上设备的时钟同步，同时在FB功能块中插入同步与全局时钟的时钟块，实现对FB功能块的实践约束，保证通信网络的分时均衡访问，为功能块FB添加时钟后，每个节点的本地时钟可根据全局时钟周期性的调整，保持各个节点的同步机制从而实现了EtherCAT总线的实时性要求。
参照图1，在一个优选的实施方式中，应用A的具体安装方式为采用IEC61499的分布式部署的特点，将应用A部署到相关的设备上，应用A为EtherCAT应用，通过采用IEC61499的分布式部署的特点，将EtherCAT应用部署到相关的设备上，使各个相关设备的连接更为便利，方便后续FB功能块调用相应的资源完成EtherCAT总线的实时通讯，提高系统的流畅性。
参照图4，在一个优选的实施方式中，应用A是用于在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述。
参照图4，在一个优选的实施方式中，FB1、FB2、FB3呈循环状态连接，各节点用于接收前一节点转发过来的数据帧。
参照图5，在一个优选的实施方式中，FB功能块中的时钟块与全局时钟相同步。
参照图1，在一个优选的实施方式中，主站与多个从站建立在IEC61499环境中。
参照图2和图3，在一个优选的实施方式中，主站和多个从站包括资源A、资源B和资源C，资源A、资源B和资源C为FB功能块可控制调用的资源。
参照图2和图3，在一个优选的实施方式中，主站包括通讯接口，多个从站包括通讯接口1和通讯接口2；
其中可实现工业总线实时性的方法具体步骤如下：
1、EtherCAT总线从站节点复制主站发送的数据帧，将本节点处理完的信息插入到数据帧之中，再传送到下一个节点，实际设备网络拓扑图如图1所示，在IEC61499环境中分别建立主站S0和从站(S1、S2、S3…)的设备模型，并分配相应的站号，其中主站模型至少提供一个通讯接口，从站模型提供至少两个通讯接口，包括通讯接口1和通讯接口2；
2、在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述，基于功能块网络的描述方式用于控制EtherCAT总线的通讯协议与参数，如图4中，FB1、FB2和FB3功能块代表EtherCAT总线上各个节点，每个节点都接收前一节点转发过来的数据帧，处理完毕后没有检测到下一节点后回传数据帧，完成本次通讯任务；
3、为FB1、FB2和FB3功能块添加一个全局时钟，实现EtherCAT总线上设备的时钟同步，同时在FB功能块中插入同步与全局时钟的时钟功能块，实现对功能块的实践约束，保证通信网络的分时均衡访问；
4、为功能块FB添加时钟后，每个节点的本地时钟可根据全局时钟周期性的调整，保持各个节点的同步机制，在建立全局时钟后，功能块网络完全成为一个时钟同步的网络，可以确定每一个FB功能块的触发时间，同时EtherCAT总线的触发时间戳和回传触发时间戳能够精确校准每个节点的动作时间，从而确认EtherCAT总线网络的数据帧传输时间，进一步保证了实时性的精准度。
工作原理：
EtherCAT总线从站节点复制主站发送的数据帧，将本节点处理完的信息插入到数据帧之中，再传送到下一个节点，实际设备网络拓扑图如图1所示，在IEC61499环境中分别建立主站S0和从站(S1、S2、S3…)的设备模型，并分配相应的站号，其中主站模型至少提供一个通讯接口，从站模型提供至少两个通讯接口，包括通讯接口1和通讯接口2，在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述，基于功能块网络的描述方式用于控制EtherCAT总线的通讯协议与参数，如图4中，FB1、FB2和FB3功能块代表EtherCAT总线上各个节点，每个节点都接收前一节点转发过来的数据帧，处理完毕后没有检测到下一节点后回传数据帧，完成本次通讯任务，为FB1、FB2和FB3功能块添加一个全局时钟，实现EtherCAT总线上设备的时钟同步，同时在FB功能块中插入同步与全局时钟的时钟功能块，实现对功能块的实践约束，保证通信网络的分时均衡访问，为功能块FB添加时钟后，每个节点的本地时钟可根据全局时钟周期性的调整，保持各个节点的同步机制，在建立全局时钟后，功能块网络完全成为一个时钟同步的网络，可以确定每一个FB功能块的触发时间，同时EtherCAT总线的触发时间戳和回传触发时间戳能够精确校准每个节点的动作时间，从而确认EtherCAT总线网络的数据帧传输时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种可实现工业总线实时性的方法，包括主站与多个从站，其特征在于，所述主站是由设备S0构成，多个所述从站是由多台设备S1、S2、S3构成，所述主站和多个从站包括应用A，所述应用A为控制EtherCAT总线的通讯协议与参数的应用程序，所述应用A包括FB1、FB2和FB3，所述FB1、FB2和FB3统称为FB功能块，所述FB1、FB2、FB3代表EtherCAT总线上各个节点，所述FB1、FB2、FB3同时添加有全局时钟，所述FB1、FB2、FB3包括有时钟块。
2.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述应用A的具体安装方式为采用IEC61499的分布式部署的特点，将应用A部署到相关的设备上，所述应用A为EtherCAT应用。
3.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述应用A是用于在应用程序开发环境的编辑界面，以符合IEC61499标准的功能块网络的形式，对EtherCAT总线的任务逻辑和通讯功能进行描述。
4.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述FB1、FB2、FB3呈循环状态连接，各节点用于接收前一节点转发过来的数据帧。
5.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述FB功能块中的时钟块与全局时钟相同步。
6.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述主站与多个从站建立在IEC61499环境中。
7.根据权利要求6所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述主站和多个从站包括资源A、资源B和资源C，所述资源A、资源B和资源C为FB功能块可控制调用的资源。
8.根据权利要求1所述的一种可实现工业总线实时性的方法，其特征在于，所述主站包括通讯接口，多个所述从站包括通讯接口1和通讯接口2。
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