[发明专利]一种基于PLC的EtherCAT主站系统快速实现方法

权利要求书

1.一种基于PLC的EtherCAT主站系统快速实现方法，其特征在于，基于Linux操作系统构建PLC的EtherCAT主站系统，采用IgH EtherCAT Master开源协议栈；EtherCAT主站系统包括用户层、内核层及硬件驱动层，用户层包括主站应用程序及IgH协议栈接口库；内核层包括IgH EtherCAT Master协议栈及各种主站系统管理状态机；驱动层则为以太网驱动程序，用于以太网数据接收和发送；按以下步骤实现：

步骤1、编译部署IgH EtherCAT Master开源协议栈及网络驱动；

步骤2、挂载PLC控制器软元件数据区并设计通讯协议；

PLC控制器程序启动后，以共享内存的方式创建PLC软元件数据区，EtherCAT主站应用程序将PLC软元件数据区内存挂载到进程，从而实现对PLC控制器的软元件数据区读写操作；

步骤3、EtherCAT主站系统与上位机配置软件进行交互；获取EtherCAT网络系统配置参数，并响应上位机配置软件操作命令；

解析主站、从站配置参数；

对现场EtherCAT总线网络进行扫描，获取总线网络拓扑结构及从站相关信息；

进行主站创建、主站参数协议栈配置、从站参数协议栈配置、从站启动参数配置、从站同步管理器配置、PLC软元件数据区的命令处理、PLC软元件数据区的状态处理、系统异常错误处理；

周期性处理总线数据接收及发送、主站状态检测、从站状态检测、主从站DC时钟同步，同时，处理与PLC软元件数据区的过程数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种基于PLC的EtherCAT主站系统快速实现方法，其特征在于，步骤1具体包括：

步骤1.1、下载IgH EtherCAT Master源码，对源码进行配置；配置时，指定PLC控制器使用的Linux内核源码路径，指定安装目录，并启用通用网络驱动；

步骤1.2、编译Igh EtherCAT协议栈源码，生成相关的库文件、IgH协议站驱动及以太网驱动；

步骤1.3、将生成的EtherCAT协议栈库文件部署到PLC控制器中，并在控制器中安装协议站驱动、以太网驱动。

3.根据权利要求1所述的一种基于PLC的EtherCAT主站系统快速实现方法，其特征在于，步骤2具体实现步骤如下：

步骤2.1、EtherCAT应用程序初始化过程中，采用共享内存方式将PLC控制器的软元件数据区内存挂载到程序中，然后，与程序中的本地指针变量相关联；

步骤2.2、用户通过EtherCAT主站配置软件指定PLC控制器软元件数据区中与主站系统通讯的输入区和/输出区的起始地址、区域大小；

步骤2.3、针对主站系统与PLC控制器通讯要求，设计数据输入区和输出区的通讯协议；数据输入区的信息内容包括主站信息、从站信息、从站接收PDO数据；数据输出区的信息内容包括主站命令、从站命令、从站发送PDO数据。

4.根据权利要求1所述的一种基于PLC的EtherCAT主站系统快速实现方法，其特征在于，步骤3具体通过主站应用程序的以下模块来实现：

配置软件交互模块用于与EtherCAT主站系统上位机配置软件进行交互；获取EtherCAT网络系统配置参数，并响应上位机配置软件操作命令；主站进入正常工作流程前，用户通过配置软件配置现场EtherCAT总线网络拓扑结构、主站参数、从站参数；同时，配置软件交互模块也需要响应上位机配置软件的主站操作命令、从站操作命令、状态信息获取命令；

配置参数解析模块用于解析主站、从站配置参数；EtherCAT总线网络拓扑结构要与现场从站实际使用情况保持一致，从站数量、从站PDO数量、PDO映射对象均是动态变化的，配置参数解析模块对上述信息进行动态解析，将解析到信息传递给主站业务管理模块；同时，处理配置参数异常情况，将错误码发送给上位机配置软件；

总线扫描模块接收配置软件交互模块命令，对现场EtherCAT总线网络进行扫描，获取总线网络拓扑结构及从站相关信息；同时，将上述信息传递给配置软件交互模块及主站业务管理模块；

主站业务管理模块为应用程序的核心，处理的业务包括主站创建、主站参数协议栈配置、从站参数协议栈配置、从站启动参数配置、从站同步管理器配置、PLC软元件数据区的命令及状态处理 、系统异常错误处理；主站业务管理模块接收到主站配置参数解析模块信号量后，即创建主站，配置协议栈主站参数、从站参数、从站PDO映射、DC时钟；正确完成EtherCAT主站系统配置后，即启动过程数据交互模块，进入主站业务循环处理；

过程数据交互模块在主站进入正常业务处理后启动，采用高精度定时器实现任务的精确定时；过程数据交互模块周期性处理总路线数据接收及发送、主站状态检测、从站状态检测、主从站DC时钟同步，同时，处理与PLC软元件数据区的过程数据交互，将软元件输出区数据通过总线发送出去，将接收到的过程数据写入软元件输入区。