[发明专利]基于环型以太网和辅助网络的D-BUS高速总线技术

说明书

技术领域

本发明属于工业控制技术领域，涉及到该领域对数据传输的实时性和可靠性的要求，特别涉及到一种基于环型以太网和辅助网络的D-BUS高速总线技术。

背景技术

当前工业领域常用的以太网通信标准有：EtherNet/IP、Modbus/TCP、FF_HSE、ProfiNet以及我国自主研制的EPA等。各标准在网络协议、通信速率、传输距离、站点数量、功能安全等方面具有不同的特点。上述总线网络有的使用交换机进行网络连接，也有的采用环型网络进行连接。环型网络连接避免了交换形式的交换延时和布线复杂等问题。

工业以太网故障检测通常采用环型结构的MRP协议(Media Redundancy Protocol：媒体冗余协议)和DRP协议(Distributed Redundancy Protocol：分布式冗余协议)。MRP在ProfiNet系统中较为常见，其采用主从方式进行故障探测与故障恢复；DRP在EPA系统中较为常见，其采用分布方式各站主动进行故障探测与故障恢复。他们在检测方式、恢复方式、交换机配置等方面各具特点，但其检测对象都是交换机，并配置双网卡进行终端设备链接。存在设备成本高、布线复杂等问题。

常用的以太网故障检测方法有：自动协商检测、OAM(Operation Administration Maintenance：操作管理维护)检测和BFD(Bidirectional Forwarding Detection：双向转发检测)检测等。自动协商检测利用以太网自动协商机制，用于检查线路问题，但要求主从设备的工作方式必须一致；OAM检测主要用于对节点、链路的监控即检测线路问题；BFD检测提供了一个通用的、标准化的、介质无关、协议无关的快速故障检测机制，主要对网络链接能力和系统通信转发功能进行检测。他们在检测机制、检测功能、应用场合等方面各具特点，但存在诊断机制复杂，或功能单一，或无法实现故障定位与通信冗余等问题。

发明内容

本发明目的是提供一种D-BUS(Dual-BUS)高速总线网络，该网络由高速环型以太网ReBUS和辅助网络MB+组成。其中，ReBUS总线应用于实时数据通信；MB+总线则应用于故障诊断、故障定位和辅助通信等，解决工业控制技术领域设备成本高、布线复杂、功能单一、或无法实现故障定位与通信冗余等问题。

ReBUS总线使用IEEE802.3以太网物理层规范和环型拓扑结构，并通过网络通信协议实现主站与从站之间的数据通信。由于无需交换机，布线简单，避免报文碰撞。每个节点通信响应时间可达10us/100Bytes，高速的以太网总线可实现主从站与扩展IO设备之间的快速响应，满足工业控制领域的实时性要求。

在保证高速数据传输的前提下，D-BUS高速总线另外采用MB+总线实现故障检测，包括故障诊断、故障定位与通信冗余三项功能，因此，本发明适用于高可靠性的工业现场应用。

本发明所述的D-BUS高速总线技术包括三部分内容：网络结构，从站管理和故障检测，具体说明如下：

(1)网络结构

D-BUS总线的网络结构包括ReBUS总线、MB+总线、主站、从站和I/O设备五部分。其中，ReBUS总线利用IEEE802.3以太网物理层规范，将主站与从站以串联的方式组成环型拓扑结构。主站与从站，从站与从站之间采用相同的接线方法，即每个设备的接收端与前一个设备的发送端相连，且该设备的发送端与后一个设备的接收端相连，依次连接组成环型的ReBUS总线网络结构。MB+总线通过串口将主站与从站连接到同一总线上，并采用轮询方式对各从站进行故障检测。I/O设备通过RS485串口与从站连接，作为从站的扩展I/O，与主站进行数据通信。

(2)从站管理

D-BUS总线的从站管理通过ReBUS总线完成，包括通信协议和系统管理两方面内容：

ReBUS网络通信协议包括七方面内容：帧结构、地址分类、寻址方式、通信服务、报文定义格式、命令定义、和存储器管理单元，实现主站与从站之间的数据通信。

帧结构，ReBUS网络通信协议是用于过程数据的优化协议，凭借特殊的以太网类型，它可以在“以太网帧”内直接传送。ReBUS以太网帧包括多个子报文，该报文服务于逻辑过程映像区，该区域最大可达4GB。

地址分类，ReBUS通信协议为每个从站分配三个地址：设备地址、寄存器地址和逻辑地址。主站可通过这三个地址，对从站及其I/O设备进行管理、控制、读写等操作。