[發明專利]一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信系統及方法

有效

• 申請號: 201810904266.7
• 申請日: 2018-08-09
• 公開（公告）號: CN110830276B
• 公開（公告）日: 2021-03-19
• 發明（設計）人: 田元;牛建華;鄧紅元;張晨;彭朝陽;孫凈亮;朱波;曾重陽
• 申請（專利權）人: 通號城市軌道交通技術有限公司
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/40;H04L12/437
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩;李相雨

本發明實施例提供一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信系統及方法，該系統包括：至少兩個主站以及一個或多個從站，主站和從站順次連接構成EtherCAT直線網絡或環形網路；主站在不同的連接方式下具備兩種不同的電路結構，分別對應于責任主站和監聽主站；責任主站用于進行數據收集和系統監控、與從站和監聽主站通信，行使EtherCAT網絡主站的功能；監聽主站用于監聽并收集網絡的數據信息；在系統正常運行時，只有一個主站為責任主站，其余主站為監聽主站。本發明實施例不僅大大節省了系統資源，降低了成本，同時實現了高的可靠性、穩定性及安全性；尤其適用于高帶寬、大數據傳輸、高設備利用率的軌道交通領域。

技術領域

本發明實施例涉及通信技術領域，具體涉及一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信系統及方法。

背景技術

EtherCAT是一種實時工業以太網技術，它充分利用了以太網的“全雙工”特性。EtherCAT由beckhoff公司于2003年提出，具有系統結構簡單、傳輸速度快、傳輸效率高等特點。EtherCAT已經在很多不同的系統中得到了開發應用。同時beckhoff公司于2003年11月成立了ETG組織，支持、完善并推廣EtherCAT技術，該組織現在已經成為了全球最大的現場總線組織。EtherCAT協議使用特殊幀類型0x88A4標記EtherCAT數據部分，將該部分作為標準以太網數據幀的數據部分，與標準的以太網具有良好的兼容性。EtherCAT使用主從模式介質訪問控制(MAC)，主站發送以太網幀給各從站，從站從數據幀中抽取數據或將數據插入數據幀。主站使用標準的以太網接口卡，從站使用專門的EtherCAT從站控制器ESC(EtherCAT Slave Controller)。EtherCAT環形冗余結構中，將最后一個ESC節點連接到主站，此種方法可以有效解決單點故障。

為了保證工業以太網系統的可靠性與可維護性，通常情況下會在EtherCAT環網通信系統中增加冗余方案。現有技術中所采用的冗余方案是基于熱冗余機制的，通過兩條鏈路傳輸相同的信息，通過周期性發出“心跳”檢測信息來判斷鏈路故障。此種熱冗余機制不僅耗費大量的設備資源，工作過程中還很難進行可靠控制。比如，難于確定合適的工作周期，較大的工作周期可能無法完成系統在通信故障下的快速切換，使系統的控制性能下降，甚至可能出現不穩定的現象，而較短的工作周期會占用太多的帶寬資源，也能影響網絡控制系統的性能。因此，現有技術中基于熱冗余機制的冗余方案不能適應EtherCAT環網通信系統的需求，尤其不能適應具備高帶寬、大數據傳輸、高設備利用率需求的軌道交通領域。

發明內容

為解決現有技術中EtherCAT冗余通信中的問題，本發明實施例提供一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信系統及方法。

第一方面，本發明實施例提供一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信系統，該系統包括：至少兩個主站以及一個或多個從站，所述主站和所述從站順次連接構成EtherCAT直線網絡或環形網路；所述主站在不同的連接方式下具備兩種不同的電路結構，分別對應于責任主站和監聽主站；所述責任主站用于進行數據收集和系統監控、與所述從站和所述監聽主站通信，行使EtherCAT網絡主站的功能；所述監聽主站用于監聽并收集網絡的數據信息；在系統正常運行時，只有一個所述主站為所述責任主站，其余所述主站為所述監聽主站。

第二方面，本發明實施例提供一種基于冷冗余機制的EtherCAT通信方法，該方法包括：系統上電初始化；競爭責任主站流程：處于EtherCAT直線網絡或環形網絡中的主站通過預設的競爭算法確定責任主站；所述責任主站確定后，其余主站成為監聽主站；在所述責任主站的控制下，系統正常運行；所述責任主站用于進行數據收集和系統監控、與從站和所述監聽主站通信，行使EtherCAT網絡主站的功能；所述監聽主站負責監聽并收集網絡的數據信息；若所述監聽主站在預設時間閾值內未接收到任何信號，則判定所述責任主站故障，則再次啟動所述競爭責任主站流程，重新確定所述責任主站。