[發(fā)明專利]一種基于冷冗余機(jī)制的EtherCAT通信系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810904266.7
• 申請(qǐng)日: 2018-08-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110830276B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 田元;牛建華;鄧紅元;張晨;彭朝陽(yáng);孫凈亮;朱波;曾重陽(yáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通號(hào)城市軌道交通技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): H04L12/24
• 分類號(hào): H04L12/24;H04L12/40;H04L12/437
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李相雨

1.一種基于冷冗余機(jī)制的EtherCAT通信系統(tǒng)，其特征在于，包括：

至少兩個(gè)主站以及一個(gè)或多個(gè)從站，所述主站和所述從站順次連接構(gòu)成EtherCAT直線網(wǎng)絡(luò)或環(huán)形網(wǎng)路；所述主站在不同的連接方式下具備兩種不同的電路結(jié)構(gòu)，分別對(duì)應(yīng)于責(zé)任主站和監(jiān)聽(tīng)主站；所述責(zé)任主站用于進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)監(jiān)控、與所述從站和所述監(jiān)聽(tīng)主站通信，行使EtherCAT網(wǎng)絡(luò)主站的功能；所述監(jiān)聽(tīng)主站用于監(jiān)聽(tīng)并收集網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息；

在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，只有一個(gè)所述主站為所述責(zé)任主站，其余所述主站為所述監(jiān)聽(tīng)主站；

所述責(zé)任主站是通過(guò)基于時(shí)間槽機(jī)制的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程競(jìng)爭(zhēng)選擇出的，在確定了所述責(zé)任主站后其余的主站為所述監(jiān)聽(tīng)主站；

若所述監(jiān)聽(tīng)主站在預(yù)設(shè)時(shí)間閾值內(nèi)未接收到任何信號(hào)，則判定所述責(zé)任主站故障，則再次啟動(dòng)所述競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任主站流程，重新確定所述責(zé)任主站。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主站包括FPGA芯片、ET1100芯片、phy芯片、MCU芯片及RJ45接口；

其中，所述MCU芯片設(shè)置在所述FPGA芯片內(nèi)部或獨(dú)立設(shè)置；

所述FPGA芯片包括選擇器，在所述選擇器選擇第一通路時(shí)，RJ45接口處的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)所述phy芯片連接至所述MCU芯片，此時(shí)所述主站為責(zé)任主站；在所述選擇器選擇第二通路時(shí)，RJ45接口處的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)所述phy芯片連接至所述ET1100芯片，此時(shí)所述主站為監(jiān)聽(tīng)主站；

其中，所述ET1100芯片和所述MCU芯片通過(guò)SPI實(shí)現(xiàn)通信。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述主站包括MCU芯片、ET1100芯片、phy芯片、繼電器驅(qū)動(dòng)器、兩個(gè)信號(hào)繼電器及RJ45接口；

所述MCU芯片用于通過(guò)所述繼電器驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)信號(hào)繼電器動(dòng)作；

所述兩個(gè)信號(hào)繼電器處于第一連接方式時(shí)，RJ45接口處的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)所述phy芯片連接至所述MCU芯片，此時(shí)所述主站為責(zé)任主站；所述兩個(gè)信號(hào)繼電器處于第二連接方式時(shí)，RJ45接口處的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)通過(guò)所述phy芯片連接至所述ET1100芯片，此時(shí)所述主站為監(jiān)聽(tīng)主站；

其中，所述ET1100芯片和所述MCU芯片通過(guò)SPI實(shí)現(xiàn)通信。

4.基于權(quán)利要求1～3任一所述系統(tǒng)的一種基于冷冗余機(jī)制的EtherCAT通信方法，其特征在于，包括：

系統(tǒng)上電初始化；

競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任主站流程：處于EtherCAT直線網(wǎng)絡(luò)或環(huán)形網(wǎng)絡(luò)中的主站通過(guò)預(yù)設(shè)的競(jìng)爭(zhēng)算法確定責(zé)任主站；所述責(zé)任主站確定后，其余主站成為監(jiān)聽(tīng)主站；

所述競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任主站流程具體包括：

根據(jù)預(yù)設(shè)的時(shí)間槽的長(zhǎng)度，令所述主站按照預(yù)設(shè)的順序分別在相應(yīng)的時(shí)間槽中申明自身是責(zé)任主站，最后進(jìn)行申明的所述主站自動(dòng)成為所述責(zé)任主站，其余主站則自動(dòng)成為所述監(jiān)聽(tīng)主站；

在所述責(zé)任主站的控制下，系統(tǒng)正常運(yùn)行；所述責(zé)任主站用于進(jìn)行數(shù)據(jù)收集和系統(tǒng)監(jiān)控、與從站和所述監(jiān)聽(tīng)主站通信，行使EtherCAT網(wǎng)絡(luò)主站的功能；所述監(jiān)聽(tīng)主站負(fù)責(zé)監(jiān)聽(tīng)并收集網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)信息；

若所述監(jiān)聽(tīng)主站在預(yù)設(shè)時(shí)間閾值內(nèi)未接收到任何信號(hào)，則判定所述責(zé)任主站故障，則再次啟動(dòng)所述競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任主站流程，重新確定所述責(zé)任主站。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

基于EtherCAT故障管理機(jī)制，所述責(zé)任主站根據(jù)連接網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的兩個(gè)PHY芯片的數(shù)據(jù)連接信號(hào)和數(shù)據(jù)有效信息的狀態(tài)判斷自身是否發(fā)生故障；若判斷獲知自身發(fā)生故障，則再次啟動(dòng)所述競(jìng)爭(zhēng)責(zé)任主站流程，重新確定所述責(zé)任主站。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法還包括：

所述責(zé)任主站按照預(yù)設(shè)的頻率發(fā)送查詢信息幀給所述監(jiān)聽(tīng)主站，所述查詢信息幀包括時(shí)間信息，以供所述監(jiān)聽(tīng)主站進(jìn)行時(shí)間同步；并根據(jù)所述監(jiān)聽(tīng)主站是否回復(fù)確認(rèn)信息以判別所述監(jiān)聽(tīng)主站是否在線。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述責(zé)任主站發(fā)送給所述監(jiān)聽(tīng)主站的報(bào)文中包括網(wǎng)絡(luò)上各設(shè)備的狀態(tài)信息及網(wǎng)絡(luò)的控制信息，供所述監(jiān)聽(tīng)主站進(jìn)行存儲(chǔ)以在競(jìng)爭(zhēng)成為責(zé)任主站時(shí)繼續(xù)上一責(zé)任主站的控制流程。