CN115967592A - EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，涉及网关设备领域。所述网关设备包括：EtherCAT总线装置、总线协议栈数据交互装置和Profinet总线装置，所述总线协议栈数据交互装置分别与所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置通信连接，从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求。

Description

EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备

技术领域

本发明涉及网关设备领域，尤其涉及一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备。

背景技术

工业以太网现场总线因为其带宽高、实时性优、稳定性强、支持多种拓扑结构、等时同步等特点，近些年被广泛应用在运动控制行业，如总线运动控制器、伺服驱动器、步进驱动器、网关转换模块、远程IO模块、传感器等。

在高端工业以太网总线技术市场应用上存在两大生态客户群体。一类是以倍福公司为代表的EtherCAT总线设备的制造商，一类是以西门子公司为代表的Profinet总线设备的制造商。两大工业以太网设备制造商巨头在各自的总线技术上不断研发衍生出各类总线设备，包括总线主站设备和总线从站设备。但是EtherCAT总线和Profinet总线两种协议本身不兼容，特别是在总线应用层协议上，有各自的标准和描述文件。客户必须配套使用相同的总线协议设备才可以正常通讯，被供应商绑定。特别是在前期方案选型、使用配置过程以及售后维护管理方面不灵活，容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，例如，熟悉EtherCAT总线运动控制器的工程师可能不熟悉Profinet总线的PLC(Programmable LogicController，可编程逻辑控制器)，熟练应用Profinet总线设备的组态编程的工程师，可能不会使用EtherCAT总线伺服器的配置方法，从而造成不同的总线设备之间不能够实现互通互联，不能用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求。

发明内容

本发明实施例旨在提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，旨在解决目前不同的总线设备之间不能够实现互通互联，不能用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求的问题。

为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，所述网关设备包括：EtherCAT总线装置、总线协议栈数据交互装置和Profinet总线装置，所述总线协议栈数据交互装置分别与所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。

可选地，所述总线协议栈数据交互装置包括：存储模块、第一Profinet总线通讯接口、第一处理器和第一EtherCAT总线通讯接口；其中：

所述第一EtherCAT总线通讯接口，用于所述总线协议栈数据交互装置与所述EtherCAT总线装置以第一预设通讯方式或第二通讯方式进行通讯；

所述第一Profinet总线通讯接口，用于所述总线协议栈数据交互装置与所述Profinet总线装置以第三预设通讯方式进行通讯；

所述第一处理器，用于实现所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置的协议栈数据交互；

所述存储模块，用于保存上位机配置的参数数据，在所述总线协议栈数据交互装置掉电时，所述参数数据也可以保存。

可选地，所述Profinet总线装置包括第二Profinet总线通讯接口、第二处理器、Flash模块和SDRAM模块；其中：

所述第二Profinet总线通讯接口用于所述Profinet总线装置与所述总线协议栈数据交互装置以第三预设通讯方式进行通讯；

所述第二处理器用于所述Profinet总线装置与所述总线协议栈数据交互装置数据交互；

所述Flash模块用于存储所述Profinet总线装置的运行系统，所述SDRAM模块用于读写SDRAM数据。

可选地，所述Profinet总线装置内置有第一以太网网路芯片；

所述网关设备还包括第一网络接口、第二网络接口、第一网路隔离变压器和第二网路隔离变压器，所述第一网路隔离变压器分别与所述第一以太网网路芯片和所述第一网络接口连接，所述第二网路隔离变压器分别与所述第一以太网网路芯片和所述第二网络接口连接。

可选地，在从从模式下，所述EtherCAT总线装置为EtherCAT总线从站芯片，所述EtherCAT总线从站芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间采用第一预设通讯方式进行通讯，实现所述EtherCAT总线从站芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间的数据通讯。

可选地，所述网关设备还包括第三网络接口、第四网络接口、第三网路隔离变压器和第四网路隔离变压器，所述第三网路隔离变压器分别与所述EtherCAT总线从站芯片和所述第三网络接口连接，所述第四网路隔离变压器分别与所述EtherCAT总线从站芯片和所述第四网络接口连接。

可选地，所述EtherCAT总线从站芯片内置有EEPROM模块，用于存储所述EtherCAT总线从站芯片的设备描述文件。

可选地，在主从模式下，所述EtherCAT总线装置为第二以太网网路芯片；所述第二以太网网路芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间采用第二预设通讯方式进行通讯，所述第二以太网网路芯片与所述总线协议栈数据交互装置共同搭建一个基于简单的开源EtherCAT主站的EtherCAT总线主站。

可选地，所述网关设备还包括第五网络接口和第五网路隔离变压器，所述第五网路隔离变压器分别与所述第二以太网网路芯片和所述第五网络接口连接。

可选地，所述总线协议栈数据交互装置还包括上位机通讯接口；所述网关设备还包括总线驱动芯片，所述总线驱动芯片与所述总线协议栈数据交互装置的上位机通讯接口连接，所述总线协议栈数据交互装置通过所述总线驱动芯片与上位机进行交互。

可选地，所述总线协议栈数据交互装置还包括状态指示接口，所述状态指示接口用于输出所述网关设备的运行/错误状态；

所述网关设备还包括若干运行/错误指示灯，若干所述运行/错误指示灯与所述总线协议栈数据交互装置的所述状态指示接口连接，用于表示所述网关设备的运行/错误状态。

可选地，所述网关设备还包括电源和时钟；所述总线协议栈数据交互装置分别连接所述电源和所述时钟，所述EtherCAT总线装置分别连接所述电源和所述时钟，所述Profinet总线装置分别连接所述电源和所述时钟。

与现有技术相比较，本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，所述网关设备包括EtherCAT总线装置、总线协议栈数据交互装置和Profinet总线装置，所述总线协议栈数据交互装置分别与所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求。从而可以解决目前不同的总线设备之间不能够实现互通互联，不能用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求的问题。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备中总线协议栈数据交互装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备中Profinet总线装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备中EtherCAT总线装置的第一结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备中EtherCAT总线装置的第二结构示意图；

图6是本发明实施例提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备工作在从从模式下的应用场景的示意图；

图7是本发明实施例提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备工作在主从模式下的应用场景的示意图。

主要元件符号说明：

EtherCAT总线装置 1EtherCAT总线从站芯片 11

EEPROM模块 113第二以太网网路芯片 12

总线协议栈数据交互装置 2第一EtherCAT总线通讯接口21

第一处理器 22第一Profinet总线通讯接口23

存储模块 24状态指示接口 25

上位机通讯接口 26Profinet总线装置 3

第二Profinet总线通讯接口 31第二处理器 32

第一以太网网路芯片 33第二JTAG下载口 34

Flash模块 35SDRAM模块 36

电源 4 时钟 5

第一网络接口 61 第二网络接口 62

第三网络接口 63 第四网络接口 64

第五网络接口 65 第一网路隔离变压器 71

第二网路隔离变压器 72 第三网路隔离变压器 73

第四网路隔离变压器 74 第五网路隔离变压器 75

总线驱动芯片 8运行/错误指示灯 9

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“内”、“外”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

此外，下面所描述的本发明不同实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，所述网关设备100包括：EtherCAT总线装置1、总线协议栈数据交互装置2和Profinet总线装置3，所述总线协议栈数据交互装置2分别与所述EtherCAT总线装置1与所述Profinet总线装置3通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。

在本实施例中，通过提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，所述网关设备包括EtherCAT总线装置、总线协议栈数据交互装置和Profinet总线装置，所述总线协议栈数据交互装置分别与所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求。从而可以解决目前不同的总线设备之间不能够实现互通互联，不能用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求的问题。

在本发明中，所述网关设备100的工作种模式包括：从从模式和主从模式；其中：

在从从模式下，所述网关设备100可以实现EtherCAT总线从站与Profinet总线从站互转。具体地，所述网关设备100在EtherCAT总线控制系统和Profinet总线控制系统中可以起到桥梁作用，直接打通上述两种控制系统的总线通讯协议不兼容的技术壁垒，所述网关设备100把上述两种不同总线的控制系统做到现场级实时的互通互联，还可以在两套控制系统实现控制系统与控制系统之间的联动控制。

在主从模式下，所述网关设备100可以实现EtherCAT总线主站与Profinet总线从站互转。具体地，所述网关设备100可以实现Profinet总线控制系统控制EtherCAT总线从站设备。

所述网关设备100还包括一切换开关，所述切换开关用于切换所述网关设备的工作模式，使所述网关设备100工作在从从模式或主从模式。

EtherCAT总线是一个开放架构，以以太网为基础的现场总线系统，其名称中的CAT为控制自动化技术(Control Automation Technology)字首的缩写。EtherCAT是确定性的工业以太网，最早是由德国的Beckhoff(倍福)公司研发。EtherCAT使用相同的物理和数据链路层。在EtherCAT中，主站和子站都属于网络中的节点，主站发送数据，整个网络只有一个数据帧依次将通过每个节点。主站是唯一允许发送帧的节点，子站只能是转发帧的节点。数据帧从主站发出，途经各个子站，把对于子站的数据放下或者带上，最后回到主站。

Profinet总线由PROFIBUS国际组织(PROFIBUS International，PI)推出，是新一代基于工业以太网技术的自动化总线标准。Profinet为自动化通信领域提供了一个完整的网络解决方案，囊括了诸如实时以太网、运动控制、分布式自动化、故障安全以及网络安全等当前自动化领域的热点话题，并且，作为跨供应商的技术，可以完全兼容工业以太网和现有的现场总线(如PROFIBUS)技术。

在一个实施例中，所述总线协议栈数据交互装置2分别与所述EtherCAT总线装置1与所述Profinet总线装置3通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。

具体地，如图2所示，所述总线协议栈数据交互装置2包括：第一EtherCAT总线通讯接口21、第一处理器22、第一Profinet总线通讯接口23、存储模块24和状态指示接口25；其中：

所述第一EtherCAT总线通讯接口21，用于所述总线协议栈数据交互装置2与所述EtherCAT总线装置1以第一预设通讯方式或第二通讯方式进行通讯。具体地，在从从模式下，所述第一EtherCAT总线通讯接口21与所述EtherCAT总线装置1以第一预设通讯方式进行通讯；在主从模式下，所述第一EtherCAT总线通讯接口21与所述EtherCAT总线装置1以第二预设通讯方式进行通讯。

所述第一处理器22，用于实现所述EtherCAT总线装置1与所述Profinet总线装置3的协议栈数据交互。

所述第一Profinet总线通讯接口23，用于所述总线协议栈数据交互装置2与所述Profinet总线装置3以第三预设通讯方式进行通讯。

所述存储模块24，用于保存上位机配置的参数数据，在所述总线协议栈数据交互装置掉电时，所述参数数据也可以保存。

所述状态指示接口25，用于输出所述网关设备的运行/错误状态。

具体地，所述状态指示接口25包括：EtherCAT总线通讯的运行/错误指示(ECAT_RUN/Error)接口、Profinet总线通讯的运行/错误指示(PN_RUN/Error)接口和EtherCAT总线与Profinet总线交互数据的运行/错误指示(Exchang_RUN/Error)接口；其中：

所述EtherCAT总线通讯的运行/错误指示接口，用于输出所述网关设备的EtherCAT总线协议栈的运行/错误状态。

所述Profinet总线通讯的运行/错误指示接口，用于输出所述网关设备的Profinet总线协议栈的运行/错误状态。

所述EtherCAT总线与Profinet总线交互数据的运行/错误指示接口，用于输出所述网关设备的网关数据交换的状态。

所述总线协议栈数据交互装置2还包括上位机通讯接口26，所述上位机通讯接口26用于所述总线协议栈数据交互装置2与上位机进行交互。其中，所述上位机通讯接口26包括USB接口、串行接口或者第一JTAG(Joint Test Action Group，联合测试工作组)下载口；其中，所述USB接口或串行接口用于所述总线协议栈数据交互装置与上位机进行交互。所述第一JTAG下载口用于上位机给所述总线协议栈数据交互装置2下载固件和仿真。

所述网关设备100还包括电源4和时钟5；所述总线协议栈数据交互装置2分别连接所述电源4和所述时钟5。

在一个可选的实施例中，所述总线协议栈数据交互装置2为单片机，优选为ARM内核的单片机。例如，意法半导体的STM32F407单片机，或者意法半导体的STM32H755单片机。在从从模式下，所述总线协议栈数据交互装置2可以选用意法半导体的STM32F407单片机。在主从模式下，所述总线协议栈数据交互装置2可以选用意法半导体的STM32H755单片机单片机。

在一个实施例中，所述Profinet总线装置3与所述总线协议栈数据交互装置2通信连接，实现与所述总线协议栈数据交互装置2进行通信交互。

具体地，如图3所示，所述Profinet总线装置3与所述总线协议栈数据交互装置2之间采用第三预设通讯方式进行通讯，实现所述Profinet总线装置3与所述总线协议栈数据交互装置2之间的数据通讯、第一同步中断和第二同步中断。优选地，所述第三预设通讯方式包括FSMC(Flexible Static Memory Controller，可变静态存储控制器)通讯或者SPI(Serial Peripheral Interface，串行外设接口)通讯。

所述Profinet总线装置3包括：第二Profinet总线通讯接口31、第二处理器32、第一以太网网路芯片33、第二JTAG下载口34、Flash模块35和SDRAM模块36；其中：

所述第二Profinet总线通讯接口31，用于所述Profinet总线装置3与所述总线协议栈数据交互装置2以第三预设通讯方式进行通讯。

所述第二处理器32，用于所述Profinet总线装置3与所述总线协议栈数据交互装置2数据交互。

所述Flash模块35用于存储所述Profinet总线装置3的运行系统，所述SDRAM模块36用于读写SDRAM数据。所述Profinet总线装置3上电时，通过SPI接口从所述Flash模块35中启动运行系统，通过FSMC接口从所述SDRAM模块36读写SDRAM数据。优选地，所述运行系统为ECOS(Embedded Configurable Operating System，嵌入式可配置操作系统)。

可选地，所述Flash模块35和/或SDRAM模块36也可以外置于所述Profinet总线装置3，所述Flash模块35通过于SPI接口与所述Profinet总线装置3连接，用于存储所述Profinet总线装置3的运行系统；所述SDRAM模块36通过于FSMC接口与所述Profinet总线装置3连接，用于读写SDRAM数据。所述Profinet总线装置3上电时，通过SPI接口从所述Flash模块35中启动运行系统，通过FSMC接口从所述SDRAM模块36读写SDRAM数据。

所述网关设备100还包括第一网络接口61和第二网络接口62，所述第一网络接口61和所述第二网络接口62分别与所述Profinet总线装置3连接，具体地，所述第一网络接口61和所述第二网络接口62分别与所述Profinet总线装置3的第一以太网网路芯片33连接，使所述Profinet总线装置3支持双网口。其中，所述第一网络接口61和第二网络接口62分别为RJ45网口。

所述网关设备100还包括第一网路隔离变压器71和第二网路隔离变压器72，所述第一网路隔离变压器71分别与所述Profinet总线装置3的第一以太网网路芯片33和所述第一网络接口61连接，使所述Profinet总线装置3的第一以太网网路芯片33通过所述第一网路隔离变压器71与所述第一网络接口61连接。所述第二网路隔离变压器72分别与所述Profinet总线装置3的第一以太网网路芯片33和所述第二网络接口62连接，使所述Profinet总线装置3的第一以太网网路芯片33通过所述第二网路隔离变压器72与所述第二网络接口62连接。从而使所述Profinet总线装置3支持双网口。

所述第二JTAG下载口34用于上位机给所述Profinet总线装置3下载固件。

所述Profinet总线装置3外部分别连接所述电源4和所述时钟5。

优选地，所述Profinet总线装置3为Profinet总线从站芯片，例如，ERTEC200P-2专用的西门子从站协议栈芯片。

在一个实施例中，所述EtherCAT总线装置1与所述总线协议栈数据交互装置2通信连接，实现与所述总线协议栈数据交互装置2进行通信交互。

具体地，作为一个可选的实施例，在所述网关设备100工作在从从模式下，所述网关设备100可以实现EtherCAT总线从站与Profinet总线从站互转。

如图4所示，在从从模式下，所述EtherCAT总线装置1为EtherCAT总线从站芯片11，所述EtherCAT总线从站芯片11具有EtherCAT从站控制器(ESC)，同时实现通信和控制两部分功能，且集成配有两个10/100以太网收发器，具备以太网网路功能。例如，所述EtherCAT总线从站芯片11为AX58100/LAN9252/ET1100芯片。

所述EtherCAT总线从站芯片11与所述总线协议栈数据交互装置2之间采用第一预设通讯方式进行通讯，实现所述EtherCAT总线从站芯片11与所述总线协议栈数据交互装置2之间的数据通讯、IRQ中断、第三同步(SYNC0)中断和第四同步(SYNC1)中断。优选地，所述第一预设通讯方式包括FSMC通讯或者SPI通讯。

所述EtherCAT总线从站芯片11内置有EEPROM模块113，所述EEPROM模块113，用于存储所述EtherCAT总线从站芯片11的设备描述文件，所述EtherCAT总线从站芯片11上电时通过IIC接口读取所述EEPROM模块113中的EEPROM数据。

可选地，所述EEPROM模块113可以外置于所述EtherCAT总线从站芯片11，所述EEPROM模块113通过于IIC接口与所述EtherCAT总线从站芯片11连接，所述EEPROM模块113存储所述EtherCAT总线从站芯片11的设备描述文件，所述EtherCAT总线从站芯片11上电后，所述EtherCAT总线从站芯片11通过IIC接口读取所述EEPROM模块113中的EEPROM数据。

所述网关设备100还包括第三网络接口63和第四网络接口64，所述第三网络接口63和所述第四网络接口64分别与所述EtherCAT总线从站芯片11连接，使所述EtherCAT总线从站芯片11支持一进一出的双网口。其中，所述第三网络接口63和第四网络接口64分别为RJ45网口。

所述网关设备100还包括第三网路隔离变压器73和第四网路隔离变压器74，所述第三网路隔离变压器73分别与所述EtherCAT总线从站芯片11和所述第三网络接口63连接，使所述EtherCAT总线从站芯片11通过所述第三网路隔离变压器73与所述第三网络接口63连接。所述第四网路隔离变压器74分别与所述EtherCAT总线从站芯片11和所述第四网络接口64连接，使所述EtherCAT总线从站芯片11通过所述第四网路隔离变压器74与所述第四网络接口64连接。从而使所述EtherCAT总线从站芯片11支持一进一出的双网口。

所述EtherCAT总线从站芯片11外部分别连接所述电源4和所述时钟5。

在本实施例中，通过所述EtherCAT总线从站芯片11、所述总线协议栈数据交互装置2和所述Profinet总线装置3(例如，Profinet总线从站芯片)构成EtherCAT总线从站与Profinet总线从站互转的从从网关设备，从而可以使所述网关设备工作在从从模式下实现实现EtherCAT总线从站与Profinet总线从站互转，可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求，可以使所述网关设备工作在主从模式下实现在EtherCAT总线控制系统和Profinet总线控制系统中起到桥梁作用，直接打通上述两种控制系统的总线通讯协议不兼容的技术壁垒，所述网关设备把上述两种不同总线的控制系统做到现场级实时的互通互联，还可以在两套控制系统实现控制系统与控制系统之间的联动控制。

在一个实施例中，所述EtherCAT总线装置与所述总线协议栈数据交互装置通信连接，实现与所述总线协议栈数据交互装置进行通信交互。

具体地，作为另一个可选的实施例，在所述网关设备100工作在主从模式下，所述网关设备100可以实现EtherCAT总线主站与Profinet总线从站互转。

如图5所示，在主从模式下，所述EtherCAT总线装置1为第二以太网网路芯片12，例如，LAN8720A芯片。

具体地，所述第二以太网网路芯片12与所述总线协议栈数据交互装置2之间采用第二预设通讯方式进行通讯，所述第二以太网网路芯片12与所述总线协议栈数据交互装置2共同搭建一个基于SOEM主站(Simple Open EtherCAT Master，简单的开源EtherCAT主站)的EtherCAT总线主站。其中，所述第二预设通讯方式包括ETH以太网通讯方式。

所述网关设备100还包括第五网络接口65，所述第五网络接口65与所述第二以太网网路芯片12连接，使所述第二以太网网路芯片12通过所述第五网络接口65连接外部的EtherCAT总线从站。其中，所述第五网络接口65为RJ45网口。

所述网关设备100还包括第五网路隔离变压器75，所述第五网路隔离变压器75分别与所述第二以太网网路芯片12和所述第五网络接口65连接，使所述第二以太网网路芯片12通过所述第五网路隔离变压器75与所述第五网络接口65连接，再通过所述第五网络接口65连接至外部的EtherCAT总线从站。

所述第二以太网网路芯片12外部分别连接所述电源4和所述时钟5。其中，所述时钟5为25M时钟晶振。

所述网关设备100还包括总线驱动芯片8，所述总线驱动芯片8与所述总线协议栈数据交互装置2的上位机通讯接口26连接，所述总线协议栈数据交互装置2通过所述总线驱动芯片8与EtherCAT总线主站上位机进行交互。

优选地，所述总线驱动芯片8通过USB数据线或串行数据线连接至所述总线协议栈数据交互装置2的所述USB接口或串行接口，所述总线驱动芯片8通过USB数据线或串行数据线连接至上位机的所述USB接口或串行接口，从而使得所述总线协议栈数据交互装置2通过所述总线驱动芯片8建立通讯连接，使所述总线协议栈数据交互装置2通过所述总线驱动芯片8与上位机进行交互。

在所述网关设备100工作在主从模式下，所述总线协议栈数据交互装置2的所述第二处理器22包括第一子处理器和第二子处理器，其中，所述第一子处理器运行FreeRTOS系统处理实时性要求高的EtherCAT总线协议栈；所述第二子处理器运行Profinet总线的PDI数据交互以及与上位机交互的事务；所述第一子处理器和所述第二子处理器之间实现片内数据共享。

所述总线协议栈数据交互装置中的所述存储模块保存上位机配置的参数数据，在所述总线协议栈数据交互装置掉电时，所述参数数据也可以保存。

其中，所述上位机配置的参数数据由EtherCAT总线主站上位机配置，包括：EtherCAT总线主站网络拓扑下的从站设备信息，设备类型/PDO/SDO/对象字典，Profinet总线从站和EtherCAT总结主站和EtherCAT总线从站的数据交互的接口。

在本实施例中，所述第二以太网网路芯片、所述总线协议栈数据交互装置和从而可以使所述网关设备工作在主从模式下实现EtherCAT总线主站与Profinet总线从站互转。

在本实施例中，通过所述第二以太网网路芯片与所述总线协议栈数据交互装置共同搭建一个基于SOEM主站的EtherCAT总线主站，再与所述Profinet总线装置构成EtherCAT总线主站与Profinet总线从站互转的主从网关设备，从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求，可以使所述网关设备工作在主从模式下实现Profinet总线控制系统控制EtherCAT总线从站设备。

在一个实施例中，如图2所示，所述网关设备100还包括若干运行/错误指示灯9，若干所述运行/错误指示灯9与所述总线协议栈数据交互装置2的所述状态指示接口25连接，用于表示所述网关设备100的运行/错误状态。

具体地，若干所述运行/错误指示灯9包括：EtherCAT总线通讯的运行/错误(ECAT_RUN/Error)指示灯、Profinet总线通讯的运行/错误(PN_RUN/Error)指示灯和EtherCAT总线与Profinet总线交互数据的运行/错误(Exchang_RUN/Error)指示灯；其中：

所述EtherCAT总线通讯的运行/错误指示灯，与所述总线协议栈数据交互装置的所述EtherCAT总线通讯的运行/错误指示接口连接，用于表示EtherCAT总线协议栈的运行/错误状态。

所述Profinet总线通讯的运行/错误指示灯，与所述总线协议栈数据交互装置的所述Profinet总线通讯的运行/错误指示接口连接，用于表示Profinet总线协议栈的运行/错误状态。

所述EtherCAT总线与Profinet总线交互数据的运行/错误指示灯，与所述总线协议栈数据交互装置的所述EtherCAT总线与Profinet总线交互数据的运行/错误指示接口连接，用于表示网关数据交换的状态，绿灯表示协议栈运行正常，红灯表示运行故障。

以下以具体的实施例来对本发明的技术方案作进一步的说明。

如图6所示，本发明提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备100工作在从从模式下的一个应用场景。

在该应用场景中，所述EtherCAT总线装置1为EtherCAT总线从站芯片11(例如，AX58100/LAN9252/ET1100芯片)，所述Profinet总线装置3为Profinet总线从站芯片(例如，ERTEC200P-2芯片)，所述总线协议栈数据交互装置2为意法半导体的STM32F407单片机。

所述Profinet总线从站芯片经第一网络接口61(Profinet总线IN网口)外接Profinet总线主站系统，经第二网络接口62(Profinet总线OUT网口)连接其他Profinet总线伺服驱动器从站的运动控制装置，或者Profinet总线远程IO从站的电磁阀、流量计、传感器等。下一级可以连接Profinet总线加工设备从站，组成一个车间流水线1的自动化的Profinet总线控制系统。

所述EtherCAT总线从站芯片11经第三网络接口63(EtherCAT总线IN网口)外接EtherCAT总线主站系统，经第四网络接口64(EtherCAT总线OUT网口)连接其他EtherCAT总线伺服驱动器从站的运动控制装置，或者EtherCAT总线远程IO从站的电磁阀、流量计、传感器等。下一级可以连接EtherCAT总线加工设备从站，组成一个车间流水线2的自动化的EtherCAT总线控制系统。

该Profinet总线控制系统和EtherCAT总线控制系统之间可以通过该网关设备100进行交互实时数据，车间流水线1的Profinet总线主站系统可以控制监控车间流水线2的EtherCAT总线从站设备。车间流水线2的EtherCAT总线主站系统可以通过网关设备100访问读写Profinet总线主站系统，实现智慧工厂的联动控制。假如车间流水线1的设备有故障，可以实时的通知车间流水结2的EtherCAT总线控制系统，可以做到实时联动保护，反之亦然。从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求，可以使所述网关设备100工作在主从模式下实现在EtherCAT总线控制系统和Profinet总线控制系统中起到桥梁作用，直接打通上述两种控制系统的总线通讯协议不兼容的技术壁垒，所述网关设备把上述两种不同总线的控制系统做到现场级实时的互通互联，还可以在两套控制系统实现控制系统与控制系统之间的联动控制。

如图7所示，本发明提供一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备100工作在主从模式下的一个应用场景。

在该应用场景中，所述EtherCAT总线装置1为第二以太网网路芯片12(例如，LAN8720A芯片)，所述Profinet总线装置3为Profinet总线从站芯片(例如，ERTEC200P-2芯片)，所述总线协议栈数据交互装置2为意法半导体的STM32H755单片机单片机。

所述Profinet总线从站芯片经第一网络接口61(Profinet总线IN网口)外接Profinet总线主站系统，经第二网络接口62(Profinet总线OUT网口)连接其他Profinet总线伺服驱动器从站的运动控制装置，或者Profinet总线远程IO从站的电磁阀、流量计、传感器等。下一级可以连接Profinet总线加工设备从站，组成自动化的Profinet总线控制系统。

所述总线协议栈数据交互装置2经上位机通讯接口26外接EtherCAT总线主站上位机，所述第二以太网网路芯片12经第五网络接口65(EtherCAT总线OUT网口)连接其他EtherCAT总线伺服驱动器从站的运动控制装置，或者EtherCAT总线远程IO从站的电磁阀、流量计、传感器等。下一级可以连接EtherCAT总线加工设备从站，组成EtherCAT总线从站设备。

用户在网关设备100中，通过上位机通讯接口从EtherCAT总线主站上位机获取由上位机配置的参数数据，在获取到的参数数据中读取EtherCAT总线主站的系统信息和从站的拓扑结构。用户根据需求可以自由选择通过网关设备100控制的EtherCAT总线从站设备，选择PDO和SDO想要映射的索引和子索引的对象字典。选择配置EtherCAT总线从站的运行模式：FreeRUN自由运行模式/DC分布式时钟模式/SM同步管理模式。设置DC模式的运行周期，发送和接收的时间偏移。在获取到的参数数据读取Profinet总线的GSD文件，选择Profinet总线准备映射的输入和输出SLOT模块。把Profinet总线的槽模块与EtherCAT总线的从站对象字典做映射和数据为对齐，配置到网关设备100上。再打开Profinet总线主站系统的组态软件，进行组态编程。从而可以使两种协议本身不兼容的EtherCAT总线和Profinet总线实现互联，可以使不同的总线设备之间能够实现互通互联，而客户无须配套使用相同的总线协议设备都可以正常通讯，不容易被特定厂商和特定总线型号的设备所限制，能够使用统一化的总线标准和使用方法来实现客户端总线设备差异化配置需求，可以使所述网关设备工作在主从模式下实现Profinet总线控制系统控制EtherCAT总线从站设备。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意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、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (12)

1.一种EtherCAT总线与Profinet总线互联的网关设备，其特征在于，所述网关设备包括：EtherCAT总线装置、总线协议栈数据交互装置和Profinet总线装置，所述总线协议栈数据交互装置分别与所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置通信连接，实现EtherCAT总线和Profinet总线互联。

2.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述总线协议栈数据交互装置包括：存储模块、第一Profinet总线通讯接口、第一处理器和第一EtherCAT总线通讯接口；其中：

所述第一EtherCAT总线通讯接口，用于所述总线协议栈数据交互装置与所述EtherCAT总线装置以第一预设通讯方式或第二通讯方式进行通讯；

所述第一Profinet总线通讯接口，用于所述总线协议栈数据交互装置与所述Profinet总线装置以第三预设通讯方式进行通讯；

所述第一处理器，用于实现所述EtherCAT总线装置与所述Profinet总线装置的协议栈数据交互；

所述存储模块，用于保存上位机配置的参数数据，在所述总线协议栈数据交互装置掉电时，所述参数数据也可以保存。

3.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述Profinet总线装置包括第二Profinet总线通讯接口、第二处理器、Flash模块和SDRAM模块；其中：

所述第二Profinet总线通讯接口用于所述Profinet总线装置与所述总线协议栈数据交互装置以第三预设通讯方式进行通讯；

所述第二处理器用于所述Profinet总线装置与所述总线协议栈数据交互装置数据交互；

所述Flash模块用于存储所述Profinet总线装置的运行系统，所述SDRAM模块用于读写SDRAM数据。

4.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述Profinet总线装置还包括第一以太网网路芯片；

所述网关设备还包括第一网络接口、第二网络接口、第一网路隔离变压器和第二网路隔离变压器，所述第一网路隔离变压器分别与所述第一以太网网路芯片和所述第一网络接口连接，所述第二网路隔离变压器分别与所述第一以太网网路芯片和所述第二网络接口连接。

5.根据权利要求2所述的网关设备，其特征在于，在从从模式下，所述EtherCAT总线装置为EtherCAT总线从站芯片，所述EtherCAT总线从站芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间采用第一预设通讯方式进行通讯，实现所述EtherCAT总线从站芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间的数据通讯。

6.根据权利要求5所述的网关设备，其特征在于，所述网关设备还包括第三网络接口、第四网络接口、第三网路隔离变压器和第四网路隔离变压器，所述第三网路隔离变压器分别与所述EtherCAT总线从站芯片和所述第三网络接口连接，所述第四网路隔离变压器分别与所述EtherCAT总线从站芯片和所述第四网络接口连接。

7.根据权利要求5所述的网关设备，其特征在于，所述EtherCAT总线从站芯片还包括内置有EEPROM模块，用于存储所述EtherCAT总线从站芯片的设备描述文件。

8.根据权利要求2所述的网关设备，其特征在于，在主从模式下，所述EtherCAT总线装置为第二以太网网路芯片；所述第二以太网网路芯片与所述总线协议栈数据交互装置之间采用第二预设通讯方式进行通讯，所述第二以太网网路芯片与所述总线协议栈数据交互装置共同搭建一个基于简单的开源EtherCAT主站的EtherCAT总线主站。

9.根据权利要求8所述的网关设备，其特征在于，所述网关设备还包括第五网络接口和第五网路隔离变压器，所述第五网路隔离变压器分别与所述第二以太网网路芯片和所述第五网络接口连接。

10.根据权利要求2所述的网关设备，其特征在于，所述总线协议栈数据交互装置还包括上位机通讯接口；所述网关设备还包括总线驱动芯片，所述总线驱动芯片与所述总线协议栈数据交互装置的上位机通讯接口连接，所述总线协议栈数据交互装置通过所述总线驱动芯片与上位机进行交互。

11.根据权利要求2所述的网关设备，其特征在于，所述总线协议栈数据交互装置还包括状态指示接口，所述状态指示接口用于输出所述网关设备的运行/错误状态；

所述网关设备还包括若干运行/错误指示灯，若干所述运行/错误指示灯与所述总线协议栈数据交互装置的所述状态指示接口连接，用于表示所述网关设备的运行/错误状态。

12.根据权利要求1所述的网关设备，其特征在于，所述网关设备还包括电源和时钟；所述总线协议栈数据交互装置分别连接所述电源和所述时钟，所述EtherCAT总线装置分别连接所述电源和所述时钟，所述Profinet总线装置分别连接所述电源和所述时钟。

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