[发明专利]一种基于EtherCAT总线的分布式控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及工业领域中现场设备控制以及数据采集技术，更具体地说，涉及一种基于EtherCAT总线的分布式控制系统。

背景技术

EtherCAT是开放的实时以太网络通讯协议，为系统的实时性能和拓扑的灵活性树立了新的标准。在当今工业领域，EtherCAT总线作为一种高性能总线，广泛应用于现场的高速数据传输。

图1为常规的基于EtherCAT总线的控制系统，如图1所示，控制系统包括一EtherCAT主站和多个EtherCAT从站。多个EtherCAT从站通过EtherCAT总线串联，串联后的整体通过EtherCAT总线接入EtherCAT主站，每个EtherCAT从站包括从站专用芯片ET110，ET110包括32个外部过程数据接口PDI，每个外部过程数据接口PDI作为一个IO接口使用，通过输入输出隔离单元后与一个现场设备连接。

EtherCAT主站通过周期性地访问各个EtherCAT从站，实现EtherCAT从站IO数据的输入输出刷新。在该控制系统中，利用EtherCAT从站的专用芯片ET1100的直接IO驱动能力来实现远程IO扩展，即将ET1100的外部过程数据接口PDI直接作为IO接口使用，如此，在现有的控制系统中，最多能够通过ET1100的32个外部过程数据接口PDI实现32个IO接口，直接连接和驱动IO信号。

在图1所示的常规的基于EtherCAT总线的控制系统中，系统的结构较为简单，每个EtherCAT从站只需要一个ET1100芯片作为核心芯片就可以实现外部IO数据的刷新。但是，每个EtherCAT从站最多只能拥有32个IO接口，连接32个外部IO信号，IO扩展能力很有限。当系统的规模比较庞大，需要的远程IO接口数量较多时，需要建立的EtherCAT从站数目也相应变多。而每个EtherCAT从站都都必须包括一个价格较高的ET1100芯片，这将导致ET1100芯片的利用率低、以及系统成本高。另外，EtherCAT总站需要逐一访问各个EtherCAT从站，若EtherCAT从站的数量大，将直接导致EtherCAT总线的刷新周期长。

发明内容

本发明针对现有的基于EtherCAT总线的控制系统中从站利用EtherCAT从站的专用芯片ET1100的直接IO驱动能力来实现远程IO扩展，导致IO接口扩展能力有限、系统成本高以及EtherCAT总线的刷新周期长的缺陷，提供一种基于EtherCAT总线的分布式控制系统，在每个从站中实现多个分布式IO数据模块的扩展，提升单个从站的IO扩展能力，进而降低系统总体成本，减短EtherCAT总线的刷新周期。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：提供一种基于EtherCAT总线的分布式控制系统，包括主站以及多个从站，每个从站均与多个现场设备连接，每个从站包括分别与所述多个现场设备对应连接的多个输入输出模块、以及与所述多个输入输出模块连接的从站控制模块，各从站的从站控制模块通过EtherCAT总线串联，串联后的整体通过EtherCAT总线与所述主站连接；所述从站控制模块用于按照一定的时序依次通过所述多个输入输出模块采集所述多个现场设备的信息，并将采集到的多个现场设备的信息封装后发送到所述主站，所述从站控制模块还用于接收所述主站发送的控制信息，对所述控制信息进行处理，并将处理后的控制信息按照一定的时序依次输出多个输入输出模块，以相应地控制多个现场设备动作。

优选地，所述从站控制模块包括：

现场设备控制单元，用于按照一定的时序依次通过所述多个输入输出模块采集所述多个现场设备的信息，并将采集到的多个现场设备的信息封装后输出，还用于对所述控制信息进行处理，并将处理后的控制信息按照一定的时序依次输出多个输入输出模块，以相应地控制多个现场设备动作；

从站接口单元，用于接收封装后的多个现场设备的信息，并将其发送到所述主站，还用于接收所述主站发送的控制信息，并将所述控制信息发送到所述现场设备控制单元。

优选地，所述现场设备控制单元包括：

协议转换子单元，用于接收所述从站接口单元发送的控制信息，并对该控制信息进行协议转换后输出；

现场设备控制子单元，用于接收协议转后的控制信息，并对其进行识别和分类后按照一定的时序依次输出多个输入输出模块，以相应地控制多个现场设备动作，还用于按照一定的时序依次通过多个输入输出模块采集多个现场设备的信息，并将采集到的多个现场设备的信息发送到所述协议转换子单元；