一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，包括DSP單元、從站協(xié)議控制器、以太網(wǎng)模塊、EPROM存儲器和電源模塊，所述DSP單元與從站協(xié)議控制器通過串口連接，所述DSP單元與以太網(wǎng)模塊通過串口連接，所述從站協(xié)議控制器上連接EPROM存儲器，電源模塊為從站協(xié)議控制器、DSP單元和以太網(wǎng)模塊供電；所述從站協(xié)議控制器通過其上的PHY接口連接PHY網(wǎng)卡，所述PHY網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)變壓器連接RJ45接口。本發(fā)明通信單元具有高速計算，高速轉(zhuǎn)換等特性，高效率完成只具備Modbus通信接口的電力電子設(shè)備加入EtherCAT控制環(huán)網(wǎng)。
【專利說明】
一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于工業(yè)控制通訊技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]由于微電網(wǎng)經(jīng)常在并網(wǎng)和孤島運(yùn)行模式間互相切換，整個微網(wǎng)的控制策略和響應(yīng)速度凸顯的尤為重要。尤其是在并網(wǎng)轉(zhuǎn)孤島過程中，儲能設(shè)備的第一時間介入，關(guān)乎到整個微網(wǎng)的成敗。EtherCAT通信協(xié)議已經(jīng)漸漸的被應(yīng)用在智能微電網(wǎng)，智能配電網(wǎng)等相關(guān)領(lǐng)域。其高速，高實時，高同步等性能得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。
[0003]但是由于技術(shù)過新，很多老牌電力電子設(shè)備部不具備EtherCAT通信接口，只具備行業(yè)內(nèi)廣泛使用的Modbus通信接口，使得EtherCAT協(xié)議在這些電力電子設(shè)備的應(yīng)用方面遇見瓶頸。
[0004]所以，需要設(shè)-H種EtherCAT從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信單元，來解決目前電力電子設(shè)備加入EtherCAT控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的專用協(xié)議棧問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明旨在提出一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，能高效率完成只具備Modbus通信接口的電力電子設(shè)備加入EtherCAT控制環(huán)網(wǎng)。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
[0007]一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，包括DSP單元、從站協(xié)議控制器、以太網(wǎng)模塊、EPROM存儲器和電源模塊，
[0008]所述從站協(xié)議控制器內(nèi)嵌EtherCAT協(xié)議桟，通過PHY網(wǎng)卡與EtherCAT主站進(jìn)行通信，獲得EtherCAT數(shù)據(jù)幀并進(jìn)行拆分處理、以及相關(guān)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控，通過串行數(shù)據(jù)總線與DSP單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
[0009]所述DSP單元包含EtherCAT協(xié)議棧模塊、過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊以及Modbus主站協(xié)議找豐吳塊；
[0010]所述EtherCAT協(xié)議棧模塊與從站協(xié)議控制器通信連接，用來解析處理從站協(xié)議控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，并完成對EtherCAT從站的狀態(tài)切換；
[0011]所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用來平衡EtherCAT協(xié)議和Modbus協(xié)議相關(guān)狀態(tài)機(jī)，數(shù)據(jù)類型，以及同步過程，完成EtherCAT和Modbus的無縫對接；
[0012]所述Modbus主站協(xié)議桟模塊與以太網(wǎng)模塊連接，通過以太網(wǎng)模塊完成Modbus協(xié)議幀的收發(fā)；
[0013]所述從站協(xié)議控制器上連接EPROM存儲器，電源模塊為從站協(xié)議控制器、DSP單元和以太網(wǎng)模塊供電；所述從站協(xié)議控制器通過其上的PHY接口連接PHY網(wǎng)卡，所述PHY網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)變壓器連接RJ45接口。
[0014]進(jìn)一步的，所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的工作流程包括如下內(nèi)容:首先初始化，判斷EtherCAT狀態(tài)，若是則初始化DSP單元的以太網(wǎng)接口，使能Modbus主協(xié)議棧;之后生成過程數(shù)據(jù)映射，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和校驗;成功后若狀態(tài)機(jī)為接收則開始輸入處理，若狀態(tài)機(jī)為輸出則開始輸出處理。
[0015]進(jìn)一步的，所述通信裝置的數(shù)據(jù)處理流程包括如下內(nèi)容:
[0016]讀取AL狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站對從站設(shè)備的狀態(tài)的運(yùn)行；
[0017]判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為預(yù)運(yùn)行狀態(tài)，若是則進(jìn)行非周期數(shù)據(jù)郵箱通信;若否，則判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為安全運(yùn)行狀態(tài)，若是則開始輸入處理，將用來存儲EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)的緩存區(qū)的數(shù)據(jù)與RX緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷是否有數(shù)據(jù)變化，若有則將EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入RX緩存區(qū)；
[0018]若否則判斷AL狀態(tài)寄存器是否為運(yùn)行狀態(tài)，若是則讀取緩存區(qū)的數(shù)據(jù)到EtherCAT發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并開始輸出處理。
[0019]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢:
[0020]本發(fā)明解決了目前只具備Modbus通信接口的電力電子設(shè)備加入EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的問題，為電力電子設(shè)備加入EtherCAT環(huán)網(wǎng)創(chuàng)造有利條件;電路設(shè)計合理，谷易實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0021]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0022]圖1為本發(fā)明實施例所述工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置的原理框圖；
[0023]圖2為本發(fā)明實例所述從站協(xié)議控制器的電路圖；
[0024]圖3為本發(fā)明實例所述網(wǎng)絡(luò)變壓器部分的電路；
[0025]圖4為本發(fā)明實施例所述電源模塊的電路圖；
[0026]圖5為本發(fā)明實施例所述EtherCAT狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖；
[0027]圖6為本發(fā)明實施例所述通信裝置的數(shù)據(jù)處理流程圖。
【具體實施方式】
[0028]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。
[0029]下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0030]一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，如圖1所示，包括DSP單元、從站協(xié)議控制器、以太網(wǎng)模塊、EPROM存儲器和電源模塊，
[0031 ] 所述從站協(xié)議控制器內(nèi)嵌EtherCAT協(xié)議桟，通過PHY網(wǎng)卡與EtherCAT主站進(jìn)行通信，獲得EtherCAT數(shù)據(jù)幀并進(jìn)行拆分處理、以及相關(guān)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控，通過串行數(shù)據(jù)總線與DSP單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；
[0032]所述DSP單元包含EtherCAT協(xié)議棧模塊、過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊以及Modbus主站協(xié)議找豐吳塊；
[0033]所述EtherCAT協(xié)議棧模塊與從站協(xié)議控制器通信連接，用來解析處理從站協(xié)議控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，并完成對EtherCAT從站的狀態(tài)切換；
[0034]所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用來平衡EtherCAT協(xié)議和Modbus協(xié)議相關(guān)狀態(tài)機(jī)，數(shù)據(jù)類型，以及同步過程，完成EtherCAT和Modbus的無縫對接；
[OO35 ]所述Modbu s主站協(xié)議桟模塊與以太網(wǎng)模塊連接，通過以太網(wǎng)模塊完成Mo dbu s協(xié)議幀的收發(fā)；
[0036]所述從站協(xié)議控制器上連接EPROM存儲器，電源模塊為從站協(xié)議控制器、DSP單元和以太網(wǎng)模塊供電；所述從站協(xié)議控制器通過其上的PHY接口連接PHY網(wǎng)卡，所述PHY網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)變壓器連接RJ45接口。
[0037]所述從站協(xié)議控制器采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)芯片ET1200。
[0038]所述Modbus主站協(xié)議棧模塊只具備連續(xù)多個寄存器的讀寫功能，使用modbusTCP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
[0039]EtherCAT狀態(tài)機(jī)用于主站對從站設(shè)備工作狀態(tài)的管理，從站設(shè)備支持4種狀態(tài):初始化、預(yù)運(yùn)行、安全運(yùn)行和運(yùn)行，還有引導(dǎo)狀態(tài)為可選。狀態(tài)機(jī)從預(yù)運(yùn)行向運(yùn)行轉(zhuǎn)換時，不能越級轉(zhuǎn)換，而從運(yùn)行向其他狀態(tài)轉(zhuǎn)換時可越級。所以狀態(tài)的轉(zhuǎn)換都是由主站控制的，系統(tǒng)主站管理從站并不是直接進(jìn)行的，而是通過從站AL寄存器來完成對從站設(shè)備的管理的。EtherCAT狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖5所示。
[0040]所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的工作流程包括如下內(nèi)容:
[0041]首先初始化，判斷EtherCAT狀態(tài)，若是則初始化DSP單元的以太網(wǎng)接口，使能Modbus主協(xié)議棧;之后生成過程數(shù)據(jù)映射，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和校驗;成功后若狀態(tài)機(jī)為接收則開始輸入處理，若狀態(tài)機(jī)為輸出則開始輸出處理。
[0042]因為EtherCAT主站通過控制AL控制寄存器的運(yùn)行狀態(tài)來對EtherCAT從站進(jìn)行控制，EtherCAT主站發(fā)送網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)幀寫AL狀態(tài)控制寄存器的值，EtherCAT從站設(shè)備讀取AL狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站對從站設(shè)備的狀態(tài)的運(yùn)行。從站在讀出AL狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)值之后，做出響應(yīng)的動作完成控制任務(wù)或從站設(shè)備狀態(tài)的改變，最終完成這個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換工作。從站設(shè)備的狀態(tài)都是由主站控制的。
[0043]所以，如圖6所示，所述通信裝置的數(shù)據(jù)處理流程包括如下內(nèi)容:
[0044]讀取AL狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站對從站設(shè)備的狀態(tài)的運(yùn)行；
[0045]判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為預(yù)運(yùn)行狀態(tài)，若是則進(jìn)行非周期數(shù)據(jù)郵箱通信;若否，則判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為安全運(yùn)行狀態(tài)，若是則開始輸入處理，將用來存儲EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)的緩存區(qū)的數(shù)據(jù)與RX緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷是否有數(shù)據(jù)變化，若有則將EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入RX緩存區(qū)，此處輸入處理實現(xiàn)的功能為:EtherCAT數(shù)據(jù)每次到來以后存到緩存區(qū)，判斷與RX緩存區(qū)數(shù)據(jù)(即上一次的數(shù)據(jù))是否一致，如果不一致代表EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)包為新數(shù)據(jù)包，將其壓棧到RX緩存區(qū)，進(jìn)行數(shù)據(jù)更新，準(zhǔn)備進(jìn)行下一步處理。
[0046]若否則判斷AL狀態(tài)寄存器是否為運(yùn)行狀態(tài)，若是則讀取緩存區(qū)的數(shù)據(jù)到EtherCAT發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并開始輸出處理；
[0047]從站在讀出狀態(tài)寄存器中的狀態(tài)值之后，做出響應(yīng)的動作完成控制任務(wù)或從站設(shè)備狀態(tài)的改變，最終完成這個系統(tǒng)數(shù)據(jù)的交換工作。從站設(shè)備的狀態(tài)都是由主站控制的。圖表示系統(tǒng)從站數(shù)據(jù)循環(huán)處理的流程。
[0048]如圖2所示，所述從站協(xié)議控制器采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)芯片ET1200。
[0049]所述DSP單元采用型號為TMS320F28335的DSP芯片，所述DSP單元具備百兆以太網(wǎng)口，通過所述DSP單元實現(xiàn)工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議和Modbus主站協(xié)議的轉(zhuǎn)換。
[0050]如圖3所示，所述PHY網(wǎng)卡選擇型號為KS8721BL1為PHY芯片。
[0051 ]如圖4所示，所述電源模塊具備5V和3.3V電壓等級，可穩(wěn)定的支撐整個通信裝置的供電;并且具完善的電源濾波功能，為通信盒內(nèi)通信單元的各個部分提供穩(wěn)定干凈的電源。
[0052]工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置在電力電子設(shè)備和EtherCAT控制網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，為電力電子設(shè)備加入EtherCAT環(huán)網(wǎng)創(chuàng)造有利條件。
[0053]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，其特征在于:包括DSP單元、從站協(xié)議控制器、以太網(wǎng)模塊、EPROM存儲器和電源模塊， 所述從站協(xié)議控制器內(nèi)嵌EtherCAT協(xié)議棧，通過PHY網(wǎng)卡與EtherCAT主站進(jìn)行通信，獲得EtherCAT數(shù)據(jù)幀并進(jìn)行拆分處理、以及相關(guān)狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)監(jiān)控，通過串行數(shù)據(jù)總線與DSP單元進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸； 所述DSP單元包含EtherCAT協(xié)議桟模塊、過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊以及Modbus主站協(xié)議桟模塊； 所述EtherCAT協(xié)議棧模塊與從站協(xié)議控制器通信連接，用來解析處理從站協(xié)議控制器傳輸過來的數(shù)據(jù)，并完成對EtherCAT從站的狀態(tài)切換； 所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊用來平衡EtherCAT協(xié)議和Modbus協(xié)議相關(guān)狀態(tài)機(jī)，數(shù)據(jù)類型，以及同步過程，完成EtherCAT和Modbus的無縫對接； 所述Modbus主站協(xié)議桟模塊與以太網(wǎng)模塊連接，通過以太網(wǎng)模塊完成Modbus協(xié)議幀的收發(fā)； 所述從站協(xié)議控制器上連接EPROM存儲器，電源模塊為從站協(xié)議控制器、DSP單元和以太網(wǎng)模塊供電；所述從站協(xié)議控制器通過其上的PHY接口連接PHY網(wǎng)卡，所述PHY網(wǎng)卡通過網(wǎng)絡(luò)變壓器連接RJ45接口。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，其特征在于:所述從站協(xié)議控制器采用EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)芯片ET1200。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，其特征在于:所述Modbus主站協(xié)議桟模塊只具備連續(xù)多個寄存器的讀寫功能，使用modbusTCP方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，其特征在于:所述過程協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的工作流程包括如下內(nèi)容: 首先初始化，判斷EtherCAT狀態(tài)，若是則初始化DSP單元的以太網(wǎng)接口，使能Modbus主協(xié)議棧;之后生成過程數(shù)據(jù)映射，進(jìn)行數(shù)據(jù)類型轉(zhuǎn)換和校驗;成功后若狀態(tài)機(jī)為接收則開始輸入處理，若狀態(tài)機(jī)為輸出則開始輸出處理。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)以太網(wǎng)從站轉(zhuǎn)Modbus主站的通信裝置，其特征在于:所述通信裝置的數(shù)據(jù)處理流程包括如下內(nèi)容: 讀取AL狀態(tài)寄存器中的數(shù)據(jù)來響應(yīng)主站對從站設(shè)備的狀態(tài)的運(yùn)行； 判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為預(yù)運(yùn)行狀態(tài)，若是則進(jìn)行非周期數(shù)據(jù)郵箱通信；若否，則判斷AL狀態(tài)寄存器內(nèi)數(shù)據(jù)是否表示為安全運(yùn)行狀態(tài)，若是則開始輸入處理，將用來存儲EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)的緩存區(qū)的數(shù)據(jù)與RX緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，判斷是否有數(shù)據(jù)變化，若有則將EtherCAT發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入RX緩存區(qū)； 若否則判斷AL狀態(tài)寄存器是否為運(yùn)行狀態(tài)，若是則讀取緩存區(qū)的數(shù)據(jù)到EtherCAT發(fā)送數(shù)據(jù)緩沖區(qū)，并開始輸出處理。
【文檔編號】H04L29/06GK105978896SQ201610486822
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】房凱龍, 張新強(qiáng), 周玲玲, 侯立軍
【申請人】天津瑞能電氣有限公司