CN202817898U - 一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端 - Google Patents

一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端，其包括主控器和多个从控器，所述主控器通过母板和/或网线串联多个从控器；所述主控器向每个从控器发送携带子报文的下行报文，每个从控器根据所述下行报文寻址到所述子报文，并对所述子报文进行处理，在所述主控器遍历完每个从控器后，将处理后的子报文作为上行报文发送至主控器，所述主控器接收到上行报文后对上行报文进行处理。工业以太网具有应用广泛和丰富的软硬件资源，易于与Internet/intranet连接，可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接；EtherCAT是一种开放的实时以太网络通讯协议,具有实时性、灵活性、同步性以及安全性等特点。

Description

一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端
技术领域
本实用新型涉及电力自动化领域，尤其涉及一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端。
背景技术
 随着电力自动化系统的规模不断扩大,高智能化的电子测量控制保护设备在电力系统中已经得到了广泛地应用，同时,电力自动化系统中的电流和电压等信号的采样频率需要提高，并且采样的电气量种类也需要增加,这样的话，采样数据在各设备之间传输的实时性和带宽将变得十分重要,一般的配电终端各单元之间的通信采用现场总线，如CAN，lanworks等，现场总线作为一种面向工业底层控制的通信网络,其局限性也是显而易见的。首先,它不能与Internet/intranet直接互连互通, 实现远程信息共享；其次,它不易与主站直接通信；还有,现场总线无论是其通信距离还是通信速率都无法和工业以太网相比。另外，现有的现场总线还受到带宽的限制，所以难以满足配电终端各单元之间的通信要求。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术无法满足配电终端各个单元之间的通信要求的缺陷，提供一种实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接的基于EtherCAT工业以太网的配电终端。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端，其包括主控器和多个从控器，所述主控器通过母板和/或网线串联多个从控器；其中，所述主控器向每个从控器发送携带子报文的下行报文，每个从控器根据所述下行报文寻址到所述子报文，并对所述子报文进行处理，在所述主控器遍历完每个从控器后，将处理后的子报文作为上行报文发送至所述主控器，所述主控器接收到上行报文后对上行报文进行处理。 
优选地，所述子报文包括遥控命令。
优选地，对所述子报文进行处理包括预置、分闸或合闸操作。
优选地，所述上行报文为确认数据。
优选地，所述子报文包括采集命令。
优选地，对所述子报文进行处理包括采集电参量数据。
优选地，所述上行报文为电参量数据。
优选地，对上行报文进行处理包括按照电力规约对所述上行报文进行封装，并将封装后的上行报文传送至主站。
优选地，所述主控器由集成的以太网媒体接入控制器和第一物理接口收发器组成。
优选地，所述主控器由第一处理器和无源网卡组成；所述从控器由第二处理器、EtherCAT协议通讯控制器、第二物理接口收发器以及网络变压器组成。
实施本实用新型的技术方案,具有以下有益效果：工业以太网具有应用广泛和丰富的软硬件资源，易于与Internet/intranet连接，可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接；并且，EtherCAT是一种开放的实时以太网络通讯协议,具有实时性、灵活性、同步性以及安全性等特点。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：
图1是本实用新型基于EtherCAT工业以太网的配电终端的结构示意图。 
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
请参阅图1，图1是本实用新型基于EtherCAT（Ethernet for Control Automation Technology）工业以太网的配电终端的结构示意图，如图1所示，该配电终端包括主控器100和多个从控器，例如从控器201、从控器202…从控器20N等等,其中，N为自然数；所述主控器100通过母板和/或网线串联多个从控器；需要说明是，如果主控器100和每个从控器集中安装在同一个机箱内，则主控器100通过母板串联多个从控器，如果主控器100和每个从控器分布安装，则主控器100通过网线串联多个从控器。
在本实施例中，所述主控器100与每个从控器之间的数据通讯速率为100Mbit/s。
在该方案中，所述主控器100不需要专用的通讯处理器，通常由第一处理器和无源网卡组成；或者由集成的以太网媒体接入控制器和第一物理接口收发器组成即可，这样可以实现EtherCAT工业以太网协议的识别和封装；其中，所述第一处理器为32位处理芯片AT91SAM9X25，所述第一物理接口收发器为芯片KS87218L。
所述从控器一般通过专用ASIC实现，该专用ASIC一般具有两个MAC地址，这样可以很容易扩展成两个网口，目的是便于实现级联，构成各种拓扑结构；在该方案中，所述从控器由第二处理器、EtherCAT协议通讯控制器、第二物理接口收发器以及网络变压器组成。
其中，所述第二处理器为32位处理芯片AT91SAM9X25，所述EtherCAT协议通讯控制器为芯片ET1100，所述第二物理接口收发器为芯片KS87218L，应当说明的是，32位处理芯片AT91SAM9X25实现了EtherCat协议的应用层，并且通过16位并口对芯片ET1100内部的DPRAM进行数据存取，芯片ET1100带有两个MII接口，它们在硬件上实现了EtherCat协议的数据链路层，外扩的两个物理层芯片实现了工业以太网的的物理层，网络变压器的作用是实现隔离和阻抗匹配，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。
值得一提的是，EtherCAT协议采用标准的IEEE802-3以太网帧，该以太网帧的结构如表1所示，其中，表1中各个部分的含义如表2所示。
表1
Figure 2012204027194100002DEST_PATH_IMAGE002
表2
名称 含义
目的地址 接受方MAC地址
源地址 发送方MAC地址
以太网类型 0X88A4
EtherCAT头 数据长度和类型
CRC 循环冗余校验码
应当说明的是，在表2中，以太网帧类型为0x88a4，采用这种方式可以将控制数据直接写入以太网帧内，并且可以与遵守其它协议的以太网帧在一网络中并行。一个EtherCAT帧中可以包含若干个EtherCAT报文，每个报文都服务于一块逻辑过程映像区的特定内存域，由寄存器定义，该区域最大可达4gb字节，EtherCAT头中由8位命令区的数据决定主控方对从控方的寻址方式，由于数据链独立于物理顺序，因此可对EtherCAT从控方进行任意的编址，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。
其中，该配电终端的原理为：所述主控器100向每个从控器发送携带子报文的下行报文，例如从控器201、从控器202…从控器20N等等,每个从控器根据所述下行报文寻址到每个从控器对应的子报文，并对所述对应的子报文进行处理，在所述主控器遍历完每个从控器后，将处理后的子报文作为上行报文发送至所述主控器100，所述主控器100接收到上行报文后对其进行处理，一次通信过程结束。 
针对上述对对应的子报文进行处理，需要解释的是，在第一实施例中，对应的子报文为主控器100所发送的遥控命令，每个从控器对该遥控命令进行处理，具体对该子报文的处理包括预置、执行分闸操作和合闸操作等等，在第二实施例中，对应的子报文为主控器所发送的采集命令，具体对子报文的处理包括对数据进行采集。在其他的实施例，该对应的子报文可为主控器所发送的其他命令，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。
针对上述对上行报文进行处理，需要解释的是，在第一实施例中，下行报文中对应的子报文为遥控命令，则每个从控器在根据遥控命令进行预置、执行分闸操作和合闸操作等后，将确认上述操作的确认数据作为上行报文发送给主控器。在第二实施例中，下行报文中对应的子报文为采集命令，则每个从控器根据采集命令进行电参量数据的采集，上行报文为每个从控器所发送的电参量数据，该电参量数据主要为线路的电流、电压和功率等等。主控器对上行报文的处理具体是按相应的电力规约封装打包该电参量数据，并将封装打包后的电参量数据传送至主站。在其他的实施例，该上行报文可为从控器所发送的的其他数据，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。
相较于现有技术，工业以太网具有应用广泛和丰富的软硬件资源，易于与Internet/intranet连接，可实现办公自动化网络与工业控制网络的无缝连接；并且，EtherCAT是一种开放的实时以太网络通讯协议,具有实时性、灵活性、同步性以及安全性等特点。
 以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种基于EtherCAT工业以太网的配电终端，其特征在于，其包括主控器和多个从控器，所述主控器通过母板和/或网线串联多个从控器；其中，所述主控器向每个从控器发送携带子报文的下行报文，每个从控器根据所述下行报文寻址到所述子报文，并对所述子报文进行处理，在所述主控器遍历完每个从控器后，将处理后的子报文作为上行报文发送至所述主控器，所述主控器接收到上行报文后对上行报文进行处理。
2. 根据权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述子报文包括遥控命令。
3.根据权利要求2所述的配电终端，其特征在于，对所述子报文进行处理包括预置、分闸或合闸操作。
4.根据权利要求3所述的配电终端，其特征在于，所述上行报文为确认数据。
5.根据权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述子报文包括采集命令。
6.根据权利要求5所述的配电终端，其特征在于,对所述子报文进行处理包括采集电参量数据。
7.根据权利要求6所述的配电终端，其特征在于，所述上行报文为电参量数据。
8.根据权利要求1所述的配电终端，其特征在于，对上行报文进行处理包括按照电力规约对所述上行报文进行封装，并将封装后的上行报文传送至主站。
9.根据权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述主控器由集成的以太网媒体接入控制器和第一物理接口收发器组成。
10.根据权利要求1所述的配电终端，其特征在于，所述主控器由第一处理器和无源网卡组成；所述从控器由第二处理器、EtherCAT协议通讯控制器、第二物理接口收发器以及网络变压器组成。
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