本發(fā)明涉及自動化技術(shù)領域，尤其涉及一種基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，以太網(wǎng)控制自動化技術(shù)(ethernetcontrolautomationtechnology，以下簡稱ethercat)最初是在2003年由德國倍福自動化有限公司(beckhoffautomationgmbh)基于以太網(wǎng)技術(shù)提出的一種實時工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，該技術(shù)不僅具有高速和高數(shù)據(jù)有效率的特點，還具有靈活網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，并在協(xié)議中封裝了ip/udp，所以不需要ip協(xié)議就能實現(xiàn)通信。因此，ethercat具有以下優(yōu)點：適應性廣泛；符合以太網(wǎng)標準；無需使用從屬子網(wǎng)，都可用作ethercat從站；數(shù)據(jù)傳輸效率高；刷新周期短；同步性能好。

如申請?zhí)枮?01310566134.5發(fā)明中提供一種基于ethercat的電力電子裝置冗余控制系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括ethercat通訊管理模塊、主控模塊、功能模塊和電源模塊；所述ethercat通訊管理模塊通過ethercat網(wǎng)絡與主控模塊和功能模塊進行數(shù)據(jù)通訊，所述電源模塊為所述ethercat通訊管理模塊、主控模塊和功能模塊供電。雖然該發(fā)明提供了冗余控制的方法，但是該方法中只通過背板來進行通訊連接，可拓展性不強。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)，能夠在主控模塊和通訊模塊之間采用以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信方式連接，降低背板通信傳輸壓力，提高了所述系統(tǒng)的整體傳輸效率，同時還提高了所述系統(tǒng)的可拓展性，進而使得所述通信冗余控制系統(tǒng)能夠更好的適應生產(chǎn)需求。

本發(fā)明提供一種基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)，包括：主控模塊、通信模塊、從站模塊和背板，所述主控模塊與通信模塊之間通過至少兩條以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接，所述通信模塊與從站模塊通過至少兩條設置于所述背板上的連接線連接，并經(jīng)通信模塊實現(xiàn)主控模塊與從站模塊之間的數(shù)據(jù)冗余通信。

可選地，所述主控模塊包括：

主站控制器，用于對以太網(wǎng)信號進行輸入輸出控制；

主站接口單元，一端與所述主站控制器連接，另一端與設置在所述通信模塊上的從站接口單元通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接。

可選地，所述主站控制器，包括第一主站控制器和第二主站控制器，所述第一主站控制器和第二主站控制器通過高速總線連接；

所述主站接口單元，包括與所述第一主站控制器連接的第一主站接口和與所述第二主站控制器連接的第二主站接口；

所述從站接口單元，包括第一從站接口和第二從站接口，所述第一從站接口與第一主站接口通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接，所述第二從站接口與所述第二主站接口通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接。

可選地，所述通信模塊還包括：

通信控制器，用于對通信模塊內(nèi)的信號進行輸入輸出控制，并且包括與第一從站接口連接第一通信控制器、和與第二從站接口連接的第二通信控制器；

通信ebus接口單元，包括第一通信ebus接口和第二通信ebus接口，所述第一通信ebus接口一端與第一通信控制器連接，另一端對應與設置在從站模塊上的從站接口單元通過所述連接線連接；所述第二通信ebus接口一端與第二通信控制器連接，另一端對應與設置在從站模塊上的從站接口單元通過所述連接線連接。

可選地，所述從站模塊包括：

從站接口單元，一端分別與通信模塊和下一級從站模塊連接，另一端與從站控制器單元連接；

從站控制器單元，用于接收/發(fā)送背板ebus信號；

從站仲裁單元，與從站控制單元連接，用于獲取所轉(zhuǎn)換的信號并啟動仲裁機制并實現(xiàn)從站仲裁功能；

功能單元，與從站仲裁單元連接，用于根據(jù)從站仲裁結(jié)果實現(xiàn)對應從站控制功能。

可選地，所述從站接口單元，包括第一ebus接口、第二ebus接口、第三ebus接口和第四ebus接口，所述第一ebus接口、第二ebus接口分別與所述第一通信ebus接口、第二通信ebus接口連接，所述第三ebus接口、第四ebus接口分別與設置在下一級從站模塊上的ebus接口連接；

所述從站控制器單元，包括第一從站控制器和第二從站控制器，所述第一從站控制器一側(cè)分別與第一ebus接口和第三ebus接口連接，另一側(cè)與所述從站仲裁單元連接，所述第二從站控制器一側(cè)分別與第二ebus接口和第四ebus接口連接，另一側(cè)與所述從站仲裁單元連接。

可選地，所述功能單元包括數(shù)字量輸入子單元、數(shù)字量輸出子單元、模擬量輸入子單元和模擬量輸出子單元。

可選地，所述系統(tǒng)還包括：

電源模塊，通過所述連接線分別與主控模塊、通信模塊、從站模塊連接，并用于實現(xiàn)主控模塊、通信模塊和從站模塊的供電。

本發(fā)明實施例提供的基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)主要是通過在主控模塊和通信模塊之間采用至少兩條以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接并實現(xiàn)兩者之間的通信，在通信模塊和從站模塊之間采用至少兩條設置于所述背板上的連接線連接并實現(xiàn)兩者之間的通信，一方面，本實施例中所述通信冗余控制系統(tǒng)在主控模塊與通信模塊、通信模塊與從站模塊之間采用雙鏈路冗余，提高了所述系統(tǒng)安全系數(shù)；另一方面，所述通信冗余控制系統(tǒng)在主控模塊和通訊模塊之間采用以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信方式連接，降低背板通信傳輸壓力，提高了所述系統(tǒng)的整體傳輸速率，同時還提高了所述系統(tǒng)的可拓展性。進而使得所述通信冗余控制系統(tǒng)能夠更好的適應生產(chǎn)需求。

進一步的，本實施例中所述從站模塊內(nèi)分別設置獨立的從站仲裁單元，對雙鏈路冗余進行仲裁處理，提高了所述系統(tǒng)的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實施例基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明另一實施例基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實施例主站模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明一實施例通信模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明一實施例從站模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明一實施例基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)的工作流程圖；

圖7為本發(fā)明另一實施例基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)的工作流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明實施例提供一種基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)，如圖1所示，所述系統(tǒng)包括：主控模塊、通信模塊、從站模塊和背板，所述主控模塊與通信模塊之間通過至少兩條以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接，所述通信模塊與從站模塊通過至少兩條設置于所述背板上的連接線連接，并經(jīng)通信模塊實現(xiàn)主控模塊與從站模塊之間的數(shù)據(jù)冗余通信。

本發(fā)明實施例提供的基于ethercat的通信冗余控制系統(tǒng)主要是通過在主控模塊和通信模塊之間采用至少兩條以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接并實現(xiàn)兩者之間的通信，在通信模塊和從站模塊之間采用至少兩條設置于所述背板上的連接線連接并實現(xiàn)兩者之間的通信，一方面，本實施例中所述通信冗余控制系統(tǒng)在主控模塊與通信模塊、通信模塊與從站模塊之間采用雙鏈路冗余，提高了所述系統(tǒng)安全系數(shù)；另一方面，所述通信冗余控制系統(tǒng)在主控模塊和通訊模塊之間采用以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信方式連接，降低背板通信傳輸壓力，提高了所述系統(tǒng)的整體傳輸速率，同時還提高了所述系統(tǒng)的可拓展性。進而使得所述通信冗余控制系統(tǒng)能夠更好的適應生產(chǎn)需求。

可選地，如圖2和3所示，所述主控模塊包括：

主站控制器，用于對以太網(wǎng)信號進行輸入輸出控制；

主站接口單元，一端與所述主站控制器連接，另一端與設置在所述通信模塊上的從站接口單元通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接。

可選地，所述主站控制器，包括第一主站控制器和第二主站控制器，所述第一主站控制器和第二主站控制器通過高速總線連接；

所述主站接口單元，包括與所述第一主站控制器連接的第一主站接口和與所述第二主站控制器連接的第二主站接口；

所述從站接口單元，包括第一從站接口和第二從站接口，所述第一從站接口與第一主站接口通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接，所述第二從站接口與所述第二主站接口通過以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信連接。

具體的，本實施例中由第一主站控制器、第一主站接口、第一從站接口和第一主站接口和第一從站接口之間的以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信，以及第二主站控制器、第二主站接口、第二從站接口和第二主站接口和第二從站接口之間的以太網(wǎng)電纜、光纖線纜或無線通信，形成主站模塊與通信模塊之間的第一雙鏈路冗余，并且該第一雙鏈路冗余分別通過對應的主站控制器進行對以太網(wǎng)信號進行輸入輸出控制，進一步的提高了所述通信冗余控制系統(tǒng)的安全系數(shù)。

可選地，如圖4所示，所述通信模塊還包括：

通信控制器，用于對通信模塊內(nèi)的信號進行輸入輸出控制，并且包括與第一從站接口連接第一通信控制器、和與第二從站接口連接的第二通信控制器；

通信ebus接口單元，包括第一通信ebus接口和第二通信ebus接口，所述第一通信ebus接口一端與第一通信控制器連接，另一端對應與設置在從站模塊上的從站接口單元通過所述連接線連接；所述第二通信ebus接口一端與第二通信控制器連接，另一端對應與設置在從站模塊上的從站接口單元通過所述連接線連接。

具體的，本實施例中所述第一通信ebus接口、從站模塊中的第一ebus接口和連接第一通信ebus接口與第一ebus接口的背板連接線，以及所述第二通信ebus接口、從站模塊中的第二ebus接口和連接第二通信ebus接口與第二ebus接口的背板連接線，形成通信模塊與從站模塊之間的第二雙鏈路冗余，并由所述第一雙鏈路冗余和第二雙鏈路冗余組成所述通信冗余控制系統(tǒng)的雙鏈路冗余。

可選地，如圖5所示，所述從站模塊包括：

從站接口單元，一端分別與通信模塊和下一級從站模塊連接，另一端與從站控制器單元連接；

從站控制器單元，用于接收/發(fā)送背板ebus信號；

從站仲裁單元，與從站控制單元連接，用于獲取所轉(zhuǎn)換的信號并啟動仲裁機制并實現(xiàn)從站仲裁功能；

功能單元，與從站仲裁單元連接，用于根據(jù)從站仲裁結(jié)果實現(xiàn)對應從站控制功能。

具體的，本實施例中所述從站模塊中通過從站接口單元獲取經(jīng)通信模塊傳輸?shù)膃bus信號，并由從站控制單元將獲取的ebus信號轉(zhuǎn)換為從站模塊內(nèi)所需信號有利于下級單元處理，并由從站仲裁單元對多個從站控制單元獲取的信號進行仲裁處理，進而由所述功能單元實現(xiàn)對應的功能，其中，所述從站模塊中設置獨立的從站仲裁單元，通過從站仲裁單元確定從站模塊中各個鏈路傳輸?shù)男盘杻?yōu)先級或者有效性，保證系統(tǒng)功能能夠有效的實現(xiàn)，進而保證所述通信冗余控制系統(tǒng)中雙鏈路的工作，提高了所述系統(tǒng)的可靠性。

可選地，所述從站接口單元，包括第一ebus接口、第二ebus接口、第三ebus接口和第四ebus接口，所述第一ebus接口、第二ebus接口分別與所述第一通信ebus接口、第二通信ebus接口連接，所述第三ebus接口、第四ebus接口分別與設置在下一級從站模塊上的ebus接口連接；

所述從站控制器單元，包括第一從站控制器和第二從站控制器，所述第一從站控制器一側(cè)分別與第一ebus接口和第三ebus接口連接，另一側(cè)與所述從站仲裁單元連接，所述第二從站控制器一側(cè)分別與第二ebus接口和第四ebus接口連接，另一側(cè)與所述從站仲裁單元連接。

可選地，所述功能單元包括數(shù)字量輸入子單元、數(shù)字量輸出子單元、模擬量輸入子單元和模擬量輸出子單元。

可選地，所述系統(tǒng)還包括：

電源模塊，通過所述連接線分別與主控模塊、通信模塊、從站模塊連接，并用于實現(xiàn)主控模塊、通信模塊和從站模塊的供電。

同時，本實施例中所述背板與主控模塊、通信模塊、從站模塊和電源模塊連接，一方面可由電源模塊為其他模塊供電；另一方面，還可通過背板對各個模塊實現(xiàn)監(jiān)測。

如圖6所示，本實施例中所述通信冗余控制系統(tǒng)的工作流程如下：

通信模塊通過至少兩條以太網(wǎng)電纜、或光纖線纜、或無線通信方式獲取主控模塊所發(fā)送的以太網(wǎng)信號；

從站模塊通過至少兩條設置于背板上的連接線接收通信模塊所獲取的ebus信號并實現(xiàn)主控模塊與從站模塊之間的數(shù)據(jù)冗余通信。

可選的，如圖7所示，所述從站模塊通過至少兩條設置于背板上的連接線接收通信模塊所獲取的ebus信號后還包括：

從站模塊根據(jù)所接收的ebus信號實現(xiàn)對應從站控制功能。

可選的，所述從站模塊根據(jù)所接收的ebus信號實現(xiàn)對應從站控制功能，包括：

從站控制器單元接收通信模塊所獲取的ebus信號，并將ebus信號進行信號轉(zhuǎn)換；

從站仲裁單元獲取所轉(zhuǎn)換的信號并啟動仲裁機制并實現(xiàn)從站仲裁功能；

功能單元根據(jù)從站仲裁結(jié)果實現(xiàn)對應從站控制功能。

可選的，所述從站仲裁單元獲取所轉(zhuǎn)換的信號并啟動仲裁機制并實現(xiàn)從站仲裁功能，包括：

第一從站控制器接收第一ebus信號；

第二從站控制器接收第二ebus信號；

從站仲裁單元獲取第一ebus信號、第二ebus信號并啟動仲裁機制得出仲裁結(jié)果。

本領域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計算機程序來指令相關的硬件來完成，所述的程序可存儲于一計算機可讀取存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，可包括如上述各方法的實施例的流程。其中，所述的存儲介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲記憶體(read-onlymemory，rom)或隨機存儲記憶體(randomaccessmemory，ram)等。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權(quán)利要求的保護范圍為準。