[發明專利]實時工業以太網EtherCAT通信控制器

無效

• 申請號: 200710120312.6
• 申請日: 2007-08-15
• 公開（公告）號: CN101132328A
• 公開（公告）日: 2008-02-27
• 發明（設計）人: 郇極;肖文磊;劉艷強
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: H04L12/28
• 分類號: H04L12/28;G05B19/418
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司
• 代理人: 王順榮;唐愛華

(一)技術領域：

本發明涉及一種基于微處理器的實時工業以太網EtherCAT(Ethernet?forControl?and?Automation?Technology)通信控制器，屬于工業自動化控制領域。

(二)背景技術：

EtherCAT是一種用于工業自動化的以太網技術，是國際標準IEC/PAS62407以及ISO15745-4的一部分。EtherCAT使用全雙工100Mb/s以太網，系統由一個基于PC計算機的控制和通信主站以及若干從站通信節點組成，主站使用標準的以太網控制器，協議和驅動程序由軟件實現。從站通信節點使用轉發器處理技術。如圖1所示，PC計算機主站1，具有標準100BASE-TX以太網卡，2為通信電纜，3、4、5為通信節點。控制周期由主站發起，發出下行電報，報文的最大有效數據長度為1486字節。在下行電報經過從站通信節點時，從站通信節點從報文中按地址讀取各自的指令數據，并將狀態數據插入到報文中。每個從站通信節點大約產生10ns的時間延遲。當下行電報到達最后一個從站通信節點后，該節點將電報作為上行電報經過各個通信節點發回，到達主站，表示一次通信結束。控制和通信主站通常為基于PC計算機的工業自動化控制裝置，例如：數控機床控制器(CNC)和可編程控制器；從站通信節點通常連接數字伺服驅動器、開關量輸入輸出等工業自動化執行設備以及傳感器。

EtherCAT主站通常為PC計算機，使用實時操作系統，或者對普通操作系統進行實時擴展，限制了系統的應用范圍，特別是限制了在非PC計算機控制系統和嵌入式控制系統中的應用。

(三)發明內容：

本發明的目的是提供一種基于微處理器的嵌入式EtherCAT通信控制器，使用戶在應用EtherCAT技術時，不必開發復雜的主站通信程序，只需要開發簡單的從站通信節點驅動程序，就能實現邏輯控制主站與邏輯控制從站之間的通信，極大地簡化了控制主站的通信驅動程序開發工作。

本發明一種實時工業以太網EtherCAT通信控制器，由通信控制器及其配套的計算機程序組成。

通信控制器是由內嵌100Mb/s以太網控制器和USB接口控制器的微處理器、以太網接口電路、USB接口電路、FLASH存儲器以及其它輔助電路組成；微處理器為核心器件，操作各外圍電路來實現功能；通信控制器作為EtherCAT通信主站使用通信電纜連接外部節點。

其中，通信控制器可以由上位PC計算機通過USB接口對通信參數進行離線(off?line)配置，配置參數存儲在通信控制器的FLASH存儲器中，供系統獨立運行時使用。

配套的計算機程序包括基于微處理器的EtherCAT主站通信程序和基于PC的配置軟件。該EtherCAT主站通信程序的一個通信周期由兩個EtherCAT數據幀組成，第一個數據幀定義為取數據幀，讀取各個從站通信節點的輸出數據，第二個數據定義為發數據幀，將取回的數據經過整理發送給相應的從站通信節點，從而實現邏輯控制主站和邏輯控制從站之間的數據交換。通信控制器根據配置參數配置數據幀中的報文(位置和長度)，使各個從站通信節點進行讀寫操作，實現通信任務。在本發明中，控制系統在邏輯上也可以實現多邏輯控制主站系統。在系統安裝階段，該基于PC的配置軟件可以通過USB總線電纜與通信控制器通信，通過下載配置參數完成對通信控制器的任務和工作參數配置，該配置參數包括通信周期、邏輯控制主站和從站與通信節點的映射關系、報文地址、報文長度等。

本發明一種實時工業以太網EtherCAT通信控制器，其優點及功效在于：1.擴大了EtherCAT技術的使用范圍，控制主站可以是非PC計算機控制系統和嵌入式控制裝置；2.不必深入了解EtherCAT技術的細節以就可以實現EtherCAT的應用。

(四)附圖說明：

圖1是EtherCAT協議運行原理；

圖2是本發明的工作原理示意圖；

圖3是本發明軟件流程圖；

圖4是本發明的數據取發周期控制圖；

圖5是本發明由計算機配置的示意圖；

圖6是圖2中通信控制器7的結構示意圖。

圖中具體標號如下：

1、PC計算機主站????2、通信電纜????????3、4、5、通信節點

6、EtherCAT數據幀??7、通信控制器??????8、控制單元

9、取數據幀????????10、發數據幀???????11、取發數據周期時間