CN107707447B - 一种基于EtherCAT的从站***及控制方法 - Google Patents

一种基于EtherCAT的从站***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于EtherCAT的从站***及控制方法。该***包括：从站数据交换模块，用于与从站控制器交换数据；从站控制器，用于对主站控制器中的数据进行解析和通信；编码器数据采集模块，用于扩展多路编码器协议的转换；开关量输入输出模块，用于采集数字输入信号和输出开关量电平控制信号；模拟量数据输入输出模块，用于对输入的模拟电压信号进行电平转换和隔离，并对模拟量数据读取和输出模拟量控制信号；总线协议转换模块，用于将不同的工业总线协议耦合为EtherCAT协议。本发明解决了控制***的复杂性和占用安装空间大的问题，提升了支持不同通信协议的兼容性和通用性。

Description

一种基于EtherCAT的从站***及控制方法
技术领域
本发明实施例涉及工业控制技术，尤其涉及一种基于EtherCAT的从站***及控制方法。
背景技术
在工业控制领域中，针对复杂的控制场景，要面对多信号处理的问题。对于分布式控制***的主从总线结构来说，有必要将一些物理层信号诸如模拟量，开关量和标准通信协议，诸如SSI(Synchronous Serial Interface，同步串行接口)协议编码器信号，BISS((Bi-directional Synchronous Serial Interface，双向同步串行接口)协议编码器信号，RS232通信协议数据，RS485通信协议数据和CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)总线通信协议数据经从站控制器转换为标准单一的总线协议信号，与主站控制器进行通信，从而使控制***更具兼容性和通用性。
在高端控制***中，为了满足数据的高速实时通信需求，主从总线结构的标准总线协议较多采用EtherCAT协议。针对EtherCAT协议的从站***来说，主从控制结构中从站既需要支持与主站控制器通信的EtherCAT总线协议，又需要满足与外部设备通信及数据采集的需求。由于还不存在单板EtherCAT从站***能够同时提供上述种类和数量的数据采集及通信接口的功能。目前，通过多个从站分别负责一种或几种类型数据采集及通信协议耦合进行数据传输。但这种一主多从的方案极大地增加了控制***的复杂性，占用了较大的空间，不适用于安装空间受限的情况。
发明内容
本发明提供一种一种基于EtherCAT的从站***及控制方法，以实现不同类型的数据输入输出控制任务，同时支持不同通信协议的***设备的兼容性和通用性，以及缩减了安装空间。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于EtherCAT的从站***，包括：从站控制器、从站数据交换模块、编码器数据采集模块、开关量输入输出模块、模拟量数据输入输出模块、总线协议转换模块；
所述从站数据交换模块，与主站控制器相连，用于通过高速SPI总线与所述从站控制器交换数据；
所述从站控制器，与所述从站数据交换模块相连，用于对主站控制器中的数据进行解析和通信，并扩展从站***的拓扑结构；
所述编码器数据采集模块，与所述从站控制器的USART端口相连，用于通过级联片选使能的方式，扩展多路编码器协议的转换；
所述开关量输入输出模块，与所述从站控制器相连，用于采集数字输入信号，并输出开关量电平控制信号；
所述模拟量数据输入输出模块，与所述从站控制器相连，用于对输入输出的模拟电压信号进行电平转换和隔离，以使从站控制器通过SPI总线控制模拟量数据输入输出芯片，并连接运算放大电路进行模拟量数据读取和模拟量控制信号输出；
所述总线协议转换模块，与所述从站控制器的总线控制端口相连，用于对不同的工业现场总线协议进行转换，并将其耦合为EtherCAT协议。
第二方面，本发明实施例还提供了一种基于EtherCAT的控制方法，该方法包括：
从站控制器根据预设的数据结构，获取不同预设协议的链路层数据包；
所述从站控制器对所述链路层数据包进行解析，并将所述链路层数据包对应的数据结构保存到从站控制器的存储区；
所述从站控制器判断所述链路层数据包中的数据是否为输入数据，若为输入数据，从站***的从站控制器将根据主站控制器发送的数据帧请求，将从站控制器的存储区内的数据上传至主站控制器；
若为输出数据，从站***的从站控制器将根据不同预设协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至预设协议对应的模块中。
本发明通过多接口EtherCAT的从站***支持多路模拟量和数字量数据采集，同时耦合总线协议的通信能力，并通过EtherCAT协议与主站控制器进行通信，解决了控制***的复杂性和占用安装空间大的问题，实现了单板EtherCAT从站***进行大量的数据通信任务，大幅缩减安装空间和提升了支持不同通信协议的***设备的兼容性和通用性的效果。
附图说明
图1是本发明实施例一中的基于EtherCAT的从站***的结构示意图。
图2是本发明实施例二中的基于EtherCAT的从站***的结构示意图。
图3是本发明实施例三中的基于EtherCAT的控制方法的流程图。
图4是本发明实施例四中的链路层数据包中的数据为输入数据的处理流程图。
图5是本发明实施例五中的链路层数据包中的数据为输出数据的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
实施例一
图1为本发明实施例一提供的基于EtherCAT的从站***的结构示意图，本实施例可适用于小规模专有高速数据采集控制***的情况，该***具体包括：从站数据交换模块110、从站控制器120、编码器数据采集模块130、开关量输入输出模块140、模拟量数据输入输出模块150、总线协议转换模块160。
其中，从站数据交换模块110，与主站控制器相连，用于通过高速SPI(SerialPeripheral Interface，串行外设接口)总线与从站控制器120交换数据；
从站控制器120，与从站数据交换模块110相连，用于对主站控制器中的数据进行解析和通信，并扩展从站***的拓扑结构；
编码器数据采集模块130，与从站控制器120的USART(Universal Synchronous/Asynchronous Receiver/Transmitter，通用同步/异步串行接收/发送器)端口相连，用于通过级联片选使能的方式，扩展多路编码器协议的转换；
开关量输入输出模块140，与从站控制器120相连，用于采集数字输入信号，并输出开关量电平控制信号；
模拟量数据采集输入输出模块150，与从站控制器120相连，用于对输入输出的模拟电压信号进行电平转换和隔离，以使从站控制器通过SPI总线控制模拟量数据输入输出芯片，并连接运算放大电路进行模拟量数据读取和模拟量控制信号输出；
总线协议转换模块160，与从站控制器120的总线控制端口相连，用于对不同的工业现场总线协议进行转换，并将其耦合为EtherCAT协议。
其中，主站控制器的EtherCAT主站硬件部分可以采用PC机或其他嵌入式处理器来实现，主站的硬件接口采用标准的以太网网卡，具体的EtherCAT协议主站功能由软件实现。
需要说明的是，从站数据交换模块，采用差分RJ45网口，并通过专用PHY芯片连接专用ASIC(Application Specific Integrated Circuits,专用集成电路)芯片，以构成从站链路数据解析电路，用于对数据进行交换。其中，专用PHY芯片可采用TLK105，TLK105是一个用于10Base-T和100Base Tx信令的单一端口以太网PHY芯片，该芯片集成了所有在标准双绞线缆上传送和接收数据所需的物理层功能。同时，专用ASIC芯片可采用ET1100，ET1100是一款功能强大的EtherCAT协议控制器，具有丰富的接口资源，主要负责EtherCAT协议的通信数据的交换处理，并可以采用高速SPI串行总线或并行通信方式和主站控制器交换数据。其中，ET1100芯片有四个处理数据的端口，每个端口都具有处理和转发EtherCAT数据帧的能力。而在本实施例的技术方案中，通过高速SPI总线与从站控制器交换数据。
其中，所述从站控制器即为从站***的ARM核MCU，即，该从站***采用一片ARM核MCU作为从站控制器的主控芯片。本发明的技术方案中，主控芯片采用STM32F407芯片，通过该芯片上丰富的外设控制器连接其余的转换电路。
在具体的实现过程中，所述编码器数据采集模块，可用来采集20位的SSI/BISS/ABZ(增量编码器)等多类型的编码器信号。该编码器协议转换电路，可采用SN65HVD77芯片，将该转换电路连接到从站控制器的USART串口控制器端口上，并通过级联片选使能的方式，扩展多路编码器协议转换接口。同时，该编码器数据采集模块采用全双工的UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，通用异步收发传输器)转换芯片，对SSI、BISS和ABZ协议数据进行采集。其中，USART串口控制器具有高速同步的功能。
所述总线协议转换模块，可用来转换多种常见的工业协议，比如，将RS232、RS485和CAN协议耦合为EtherCAT协议。其中，RS232电路模块，采用SP3232芯片，对RS232协议的数据信号进行隔离和电平转换，并连接到MCU的串口控制器上；RS485电路模块，采用MAX3485芯片，对RS485协议的数据信号进行隔离和电平转换，并连接到MCU的串口控制器上；CAN总线协议转换电路，采用TJA1050芯片，连接MCU的CAN总线控制器端口，以实现对CAN总线协议数据的采集。
开关量输入输出电路通过光耦隔离芯片TLP291-4，接入数字输入信号，并对该输入信号进行隔离和电平转换，同时可以匹配宽电压的开关量输入信号，即，可以采集多路6-36V宽电压范围的数字输入信号。同时，所述开关量输出电路在经过TLP291-4芯片对输入信号进行隔离及电平转换之后，再经驱动放大芯片VN808，对输出的驱动电流进行放大，从而使开关量输出电路的输出驱动电流可以达到750mA。
模拟量数据输入输出模块，可以用来采集多路12位的模拟量数据。同时，采用LMD358D运放芯片，对输入的模拟电流信号以及模拟电压信号进行电平转换和隔离，之后连接MAX1230芯片，再经MCU通过SPI总线进行数据读取。其中，模拟输入电流信号的电流范围为4-20mA，模拟输入电压信号的电压范围为0-10V。对于输出的模拟电流信号以及模拟电压信号，由从站控制器连接MAX5306芯片，经过LMD358D进行隔离并转换为电压和电流信号后输出。其中模拟输出电流信号的范围是4-20mA，模拟输出电压的范围是0-10V。
本实施例的技术方案，通过基于EtherCAT的从站***将RS232/RS485/CAN标准协议、SSI/BISS/ABZ多种编码器协议、数字量和模拟量采集的数据转换为标准单一的EtherCAT总线协议信号，解决了一主多从控制***的复杂性和占用安装空间大的问题，实现了将一主多从的EtherCAT协议的总线拓扑结构简化成一主一从的总线拓扑结构，和单板EtherCAT从站***进行大量的数据通信任务，从而进一步地提升了从站***支持不同通信协议***设备的兼容性和通用性，以及缩减了安装空间。
实施例二
图2为本发明实施例二提供的基于EtherCAT的从站***的结构示意图，本实施例可适用于对小规模专有高速数据采集控制的情况，该***还包括：电源管理模块170和***电路模块180。
其中，电源管理模块170，用于对所述从站控制器提供电源管理；
***电路模块180，包括蜂鸣器和LED灯；其中所述LED灯用于显示所述***中各个模块的运行状态，所述蜂鸣器用于在操作***内核出现故障时进行报警提示。
需要说明的是，电源管理模块具有宽电压范围的电压输入，其中，宽电压范围优选为24-60V，并且，所述电源管理模块可输出3.3V、5V、12V和24V的电压，并对从站***中的各个模块，包括从站控制器、从站数据交换模块、编码器数据采集模块、开关量输入输出模块、模拟量数据输入输出模块、总线协议转换模块提供电量，以供从站***中的各个模块正常工作。
除此之外，本发明实施例中的***电路模块，包括蜂鸣器和LED灯，其中，LED灯一共分为5路，分别用来显示从站***中各个模块的运行状态，具体的，每路LED灯及蜂鸣器与各个模块运行状态的对应关系如表1所示。
同时，可将基于EtherCAT的从站***移植到实时操作***中，可控制协调所有实时任务的运行。本发明的技术方案中将EtherCAT的从站***移植到μcosII实时内核，并通过蜂鸣器来检测操作***内核是否出现故障，当μcosII实时内核停止运行或出现重大BUG时，蜂鸣器将通过长鸣来对用户进行报警提示。
表1 LED灯及蜂鸣器与各个模块运行状态的对应关系
Figure BDA0001416621840000081
Figure BDA0001416621840000091
本实施例的技术方案，通过电源管理模块，为从站***的各个模块提供电量，以及通过***电路LED灯和蜂鸣器监测从站***的各个模块和实时内核的运行情况，达到了对各个模块和实时内核运行状态的实时监测，进一步提升了从站***的安全性。
实施例三
图3为本发明实施例三提供的基于EtherCAT的控制方法的流程图，本实施例可适用于对高速数据采集控制的情况，该方法可以由从站***来执行，具体包括如下步骤：
S210、从站控制器根据预设的数据结构，获取不同预设协议的链路层数据包。
需要说明的是，本发明实施例中的从站***中硬件的接口数量和数据结构是预先确定的。针对不同的协议，有不同的协议数据结构。从站控制器从预设协议中得到对应协议的链路层数据，并根据预设的数据结构，获取对应预设协议的链路层数据。比如，当从站控制器接收到了CAN总线协议的链路层数据，从站控制器将根据CAN总线协议的数据结构对其进行处理，从而可以从链路层得到该节点CAN总线协议的数据包。其中，预设协议包括RS232、RS485、CAN、SSI、BISS和ABZ协议。其中，数据包中的数据可以为邮箱数据，也可为过程数据。其中，邮箱数据包括对协议进行配置的数据，则邮箱数据需要保证其数据在传输过程中的安全性，比如，对EtherCAT协议进行解析，生成RS232协议的数据，则对EtherCAT协议进行配置的数据，并不需要保证其实时性和同步性，而需要配置数据进行稳定正确的接收。而过程数据包括不同时间对应的不同关键数据，则过程数据并不特别强调稳定正确的接收，而是保证严格的同步性和实时性，比如，主站控制器发送的输出数据，从站控制器能实时同步地进行输出。
其中，同步性就是说，多个从站可以在某个时刻进行规划的动作，而在时间上没有偏差。实时性则是说，当主站下发一个指令，可以在足够小的时间内得到从站响应并上传下载相应的数据。同步性性能的根本保证在于EtherCAT协议采用了同步时钟。所谓同步时钟，简单说就是所有从站和主站有相同的***时间。在理想情况下，既然是相同的时间，那指定好所有从站在某个时刻进行输入或者输出动作，***就是同步的。因此，需要做的就是保证相同的时钟，EtherCAT协议在保证时钟一致性上，通过计算传输延时，时钟初始偏移量以及时钟漂移，EtherCAT协议的同步时钟精度可以达到ns级。而实时性则跟以太网结构、从站物理芯片的数据收发机制及主站的设定有关。
S220、从站控制器对链路层数据包进行解析，并将链路层数据包对应的数据结构保存到从站控制器的存储区。
需要说明的是，当从站控制器获取到链路层的数据包时，就对数据包进行解析，以判断数据包对应的协议，并根据协议将对应的数据结构保存到从站控制器的存储区。比如，当从站控制器对获取到的链路层的数据包进行解析，得到该数据包对应SSI编码器协议，则将预设的SSI编码器协议对应的数据结构保存到从站控制器的存储区中。
S230、从站控制器判断链路层数据包中的数据是否为输入数据。
从站控制器判断链路层数据包中的数据是否为输入数据，若为输入数据，则执行步骤S240，若为输出数据，则执行步骤S250。
S240、从站***的从站控制器将根据主站控制器发送的数据帧请求，将从站控制器的存储区内的数据上传至主站控制器。
需要说明的是，当数据包中的数据为过程或邮箱输入数据时，即，将从站控制器中的数据发送到主站控制器中，首先，主站控制器将通过从站数据交换模块向从站控制器发送数据帧请求，从站控制器将根据接收到的数据帧请求，将从站控制器的存储区内的数据加入到请求数据帧中，并通过从站数据交换模块上传到主站控制器中。
S250、从站***的从站控制器将根据不同预设协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至预设协议对应的模块中。
需要说明的是，若数据包中的数据为过程或邮箱输出数据时，即，将主站控制器中的数据发送至从站控制器中，从站***的从站控制器根据接收到的数据对应的协议要求，对数据进行打包，并将数据发送到对应协议对应的模块中。比如，当从站控制器接收到的数据对应的是RS485协议的数据，从站控制器将根据RS485协议对应的协议要求，对接收到的数据进行打包，然后将打包的数据发送到RS485协议模块中。
本发明所有实施例的技术方案中的EtherCAT协议可移植到μcosII实时内核上，并将EtherCAT协议作为优先级最高的任务，另将RS232/RS485模块、CAN模块和SSI/BISS/ABZ模块，分别作为三个优先级依次提高但均低于EtherCAT协议任务优先级的次级任务。针对不同的协议，只需在需要时运行实时内核相应的任务即可，而在需要增加新的协议转换或数据输入输出功能时，则可以在内核上另外分配新的任务，从而达到了整个软件***具有良好的可移植性，并发性，以及可扩展性。
本实施例的技术方案，通过多接口EtherCAT的从站***将RS232、RS485和CAN总线协议，以及SSI、BISS和ABZ编码器协议耦合为标准单一的EtherCAT总线协议，并通过EtherCAT总线与主站控制器进行通信，解决了一主多从控制***的复杂性的问题，实现了将一主多从的EtherCAT协议的总线拓扑结构简化成一主一从的总线拓扑结构，和单板EtherCAT从站***进行大量的数据通信任务，从而进一步地提升了从站***支持不同通信协议***设备的兼容性和通用性。同时，将EtherCAT协议移植到μcosII实时内核上，从而使得EtherCAT从站***具有良好的可移植性、并发性和可扩展性。
实施例四
图4为本发明实施例四提供的链路层数据包中的数据为输入数据的处理流程图，本实施例可适用于对高速数据采集控制的情况，该方法可以由从站***来执行，具体包括如下步骤：
S310、主站控制器向从站***发送数据帧请求。
具体来说，当链路层数据包中的数据为过程或者邮箱输入数据时，主站控制器将通过从站数据交换模块将数据帧请求发送给从站***的从站控制器。其中，本实施例中的主站控制器与从站控制器之间的数据交换和通信都是通过EtherCAT总线协议进行的。采用EtherCAT总线协议进行数据交换时，分为四个模式，分别为Init、Pre-Op、Safe-Op和Op模式，其中，Init模式，为初始化模式；在Pre-Op模式，进行邮箱数据通信；在Safe-Op模式，进行过程数据通信；在Op模式中，进行过程数据输入输出。其中，过程或邮箱输入数据，指的是把数据上传至主站控制器中。
S320、从站***中的从站控制器根据数据帧请求将从站控制器的存储区内的数据写入ASIC存储区。
具体地，从站***中的从站控制器接收到主站控制器发送的数据帧请求后，从站控制器对其它模块接收到的过程或邮箱数据进行耦合，将其耦合为标准单一的EtherCAT协议数据，并写入ASIC存储区中。
S330、通过从站数据交换模块将ASIC存储区内的数据添加到所述主站控制器的请求数据帧，并上传至主站控制器。
需要说明的是，从站数据交换模块将从站控制器的存储区内的数据复制到ASIC存储区内，并由从站数据交换模块中的ASIC自动将Ethercat协议数据添加到主站控制器的请求数据帧中，上传至主站控制器。
本实施例的技术方案，通过将多路编码器数据采集模块数据和总线协议转换模块的协议数据经从站控制器和从站数据交换模块耦合为标准单一的EtherCAT协议数据，实现了将一主多从的EtherCAT协议的总线拓扑结构简化成一主一从的总线拓扑结构，和单板EtherCAT从站***进行大量的数据通信任务，从而进一步地提升了从站***支持不同通信协议***设备的兼容性和通用性。
实施例五
图5为本发明实施例五提供的链路层数据包中的数据为输出数据的处理流程图，本实施例可适用于对高速数据采集控制的情况，该方法可以由从站***来执行，具体包括如下步骤：
S410、主站控制器通过从站数据交换模块将数据帧发送至从站***。
需要说明的是，若链路层数据包中的数据为过程或邮箱输出数据，主站控制器将通过EtherCAT总线协议经从站数据交换模块将数据帧发送至从站***中。其中，过程或邮箱输出数据，指的是主站控制器将指令或数据发送至从站控制器中。
S420、从站数据交换模块中的ASIC自动将数据帧中的数据保存至ASIC存储区内，并置位对应的寄存器。
具体地，从站***接收到主站控制器发送的数据帧时，从站***中的从站数据交换模块中的ASIC自动将数据帧中对应的数据保存在ASIC存储区内，并置位对应的寄存器。具体来说，当ASIC将数据帧保存到自身存储区内时，ASIC中的寄存器的值将发生变化，以此来提示从站控制器已接收到主站控制器发送的数据。
S430、当从站***的从站控制器检测到寄存器中的数据发生变化时，从站控制器读取ASIC存储区内的数据并保存至从站控制器的存储区。
需要说明的是，当从站***的从站控制器通过查询或中断读取到寄存器中的数据发生变化时，根据寄存器的信息对从站数据交换模块中的ASIC存储区内的数据进行读取，并保存至从站控制器的存储区内，即，当ASIC中的寄存器数据显示为输出数据，则表示从站控制器有输出数据到来，则从站控制器将ASIC存储区内的数据复制到从站控制器的存储区内，以便于后续对数据进行打包和输出。
S440、从站***的从站控制器根据数据对应的协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至对应的模块中。
具体地，从站***的从站控制器根据数据对应的协议要求，对数据进行打包以形成数据帧，然后，将数据帧发送至对应的模块中。举例说明，当从站控制器的存储区内的数据为RS232协议数据，则从站控制器将根据RS232协议对应的协议要求，对数据帧内的数据进行打包，并将RS232协议数据发送至RS232总线协议转换模块中。
本发明实施例中的技术方案，也可适用于开关量输入输出和模拟量输入输出数据，其软件的技术方案同编码器协议和总线协议转换基本是相似的，但略有简化，因为开关量输入输出数据和模拟量输入输出数据，是直接可用的，也就少了协议数据解析和打包的过程，在开关量和模拟量输入数据采集的过程中，只需将从相应管脚或模拟数据采集芯片得到的数据放到从站控制器的对应存储区中，然后在主站控制器的数据帧请求到来时，把数据复制到ASIC的存储区并被主站控制器读取。而开关量输出和模拟量输出数据，则等待主站控制器的数据帧到来，然后直接将数据从ASIC存储区复制到从站控制器的存储区中，当从站控制器查询到相应的开关量输出数值变化后，即驱动对应的管脚动作或发送给模拟量输出控制芯片中经过运放电路输出。
本实施例的技术方案，通过将标准单一的EtherCAT协议数据经从站控制器和从站数据交换模块进行解析打包为多路模拟量、数字量数据和编码器数据协议和总线协议数据，达到了将一主多从的EtherCAT协议的总线拓扑结构简化成一主一从的总线拓扑结构，以及单板EtherCAT从站***进行大量的数据通信任务的目的，从而进一步地提升了从站***支持不同通信协议***设备的兼容性和通用性。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种基于EtherCAT的从站***，其特征在于，包括：从站数据交换模块、从站控制器、编码器数据采集模块、开关量输入输出模块、模拟量数据输入输出模块、总线协议转换模块；
所述从站数据交换模块，与主站控制器相连，用于通过高速SPI总线与所述从站控制器交换数据；
所述从站控制器，与所述从站数据交换模块相连，用于对主站控制器中的数据进行解析和通信，并扩展从站***的拓扑结构；其中，所述从站控制器为从站***的ARM核MCU；
所述编码器数据采集模块，与所述从站控制器的USART端口相连，用于通过级联片选使能的方式，扩展多路编码器协议的转换；
所述开关量输入输出模块，与所述从站控制器相连，用于采集数字输入信号，并输出开关量电平控制信号；
所述模拟量数据输入输出模块，与所述从站控制器相连，用于对输入输出的模拟电压信号进行电平转换和隔离，以使从站控制器通过SPI总线控制模拟量数据输入输出芯片，并连接运算放大电路进行模拟量数据读取和模拟量控制信号输出；
所述总线协议转换模块，与所述从站控制器的总线控制端口相连，用于对不同的工业现场总线协议进行转换，并将其耦合为EtherCAT协议。
2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***，还包括：
电源管理模块，用于对所述从站控制器提供电源管理；
***电路模块，包括蜂鸣器和LED灯；其中所述LED灯用于显示所述***中各个模块的运行状态，所述蜂鸣器用于在操作***内核出现故障时进行报警提示。
3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，还包括光耦隔离芯片，所述开关量输入输出模块通过所述光耦隔离芯片接入数字输入信号和输出开关量电平控制信号。
4.根据权利要求3所述的***，其特征在于，还包括驱动放大芯片，所述驱动放大芯片与所述光耦隔离芯片相连，用于驱动放大所述开关量电平控制信号。
5.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述从站数据交换模块，采用差分RJ45网口，并通过专用PHY芯片连接专用ASIC芯片，以构成从站链路数据解析电路。
6.一种基于EtherCAT的控制方法，所述方法应用于权利要求1所述的基于EtherCAT的从站***，其特征在于，包括：
从站控制器根据预设的数据结构，获取不同预设协议的链路层数据包；其中，所述从站控制器为从站***的ARM核MCU；
所述从站控制器对所述链路层数据包进行解析，并将所述链路层数据包对应的数据结构保存到从站控制器的存储区；
所述从站控制器判断所述链路层数据包中的数据是否为输入数据，若为输入数据，从站***的从站控制器将根据主站控制器发送的数据帧请求，将从站控制器的存储区内的数据上传至主站控制器；
若为输出数据，从站***的从站控制器将根据不同预设协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至预设协议对应的模块中。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若为输入数据，从站***的从站控制器将根据主站控制器的数据帧请求，将从站控制器的存储区内的数据上传至主站控制器，包括：
主站控制器向从站***发送数据帧请求；
所述从站***中的从站控制器根据所述数据帧请求将从站控制器的存储区内的数据写入ASIC存储区；
通过从站数据交换模块将ASIC存储区内的数据添加到所述主站控制器的请求数据帧，并上传至所述主站控制器。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述若为输出数据，从站***的从站控制器将根据不同预设协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至预设协议对应的模块中，包括：
主站控制器通过从站数据交换模块将数据帧发送至所述从站***；
从站数据交换模块中的ASIC自动将所述数据帧中的数据保存至ASIC存储区内，并置位对应的寄存器；
当从站***的从站控制器检测到所述寄存器中的数据发生变化时，从站控制器读取ASIC存储区内的数据并保存至从站控制器的存储区；
所述从站***的从站控制器根据所述数据对应的协议要求，对数据进行打包，并将打包的数据发送至对应的模块中。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，包括：将所述EtherCAT协议移植到μcosII实时内核中，通过对预设协议配置优先级任务进行数据输入输出和协议转换。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预设协议包括：RS232、RS485、CAN、SSI、BISS和ABZ协议。
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108390940A (zh) * 2018-03-13 2018-08-10 上海铼钠克数控科技股份有限公司 以太网通信***
CN109412695B (zh) * 2018-12-28 2022-06-10 中国船舶重工集团公司第七一九研究所 一种基于星形拓扑结构的光纤can2.0b总线路由***
CN110087037B (zh) * 2019-04-30 2021-03-30 南京工程学院 一种集成摄像头的EtherCAT主站和工作方法
CN110166490A (zh) * 2019-06-25 2019-08-23 长沙瀚鹏电子技术有限公司 一种电压型pwm波网络控制器、方法及***
CN110191038A (zh) * 2019-06-25 2019-08-30 长沙瀚鹏电子技术有限公司 一种电流型pwm波网络控制器、方法及***
DE102019126690A1 (de) * 2019-10-02 2021-04-08 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Verfahren zur datenübertragung zwischen einem peripheriegerät und einer datenerfassungseinheit, peripheriegerät sowie datenerfassungseinheit
CN110943011A (zh) * 2019-11-21 2020-03-31 深圳市德沃先进自动化有限公司 一种键合设备用的质量监测控制器及其集总控制方法
CN111162984B (zh) * 2019-12-27 2022-02-01 常州节卡智能装备有限公司 一种基于biss-c的控制方法、装置及通信***
CN111158285A (zh) * 2019-12-30 2020-05-15 上海铼钠克数控科技股份有限公司 基于EtherCAT总线的控制***
CN111571589A (zh) * 2020-05-18 2020-08-25 珠海格力电器股份有限公司 一种从站控制装置、终端控制***及其从站控制方法
CN112134646B (zh) * 2020-09-07 2021-10-15 华东师范大学 物联层现场总线中的主站模块及其对总线上的从站设备进行初始化方法
CN112558518A (zh) * 2020-12-07 2021-03-26 南京工程学院 一种基于EtherCAT总线的比例阀控制***
CN112596484B (zh) * 2020-12-18 2022-03-11 杭州和利时自动化有限公司 一种通信***及工业控制***
CN113791569A (zh) * 2021-11-17 2021-12-14 西安卓越智动科技有限公司 一种基于EtherCAT总线的模拟量采集从站***
US20230262148A1 (en) * 2022-02-15 2023-08-17 Raytheon Company Communication translation module and method
CN116074397A (zh) * 2022-12-29 2023-05-05 上海新时达机器人有限公司 一种数据共享***
CN117728925B (zh) * 2024-02-08 2024-05-31 东莞市晟鼎精密仪器有限公司 一种基于远程协议的等离子源通信控制***及方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103095537A (zh) * 2012-12-28 2013-05-08 武汉华中数控股份有限公司 一种并行控制两类工业以太网总线从站设备的数控装置
CN103529804A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 深圳市汇川控制技术有限公司 一种基于EtherCAT总线的分布式控制***
CN105591855A (zh) * 2016-02-01 2016-05-18 哈尔滨工业大学 一种基于EtherCAT的力传感器数据采集***与方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008050102B4 (de) * 2008-10-06 2010-11-04 Phoenix Contact Gmbh & Co. Kg Kommunikationsentität zur Kommunikation über ein busorientiertes Kommunikationsnetzwerk

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103095537A (zh) * 2012-12-28 2013-05-08 武汉华中数控股份有限公司 一种并行控制两类工业以太网总线从站设备的数控装置
CN103529804A (zh) * 2013-10-25 2014-01-22 深圳市汇川控制技术有限公司 一种基于EtherCAT总线的分布式控制***
CN105591855A (zh) * 2016-02-01 2016-05-18 哈尔滨工业大学 一种基于EtherCAT的力传感器数据采集***与方法

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