一种EtherCAT总线耦合器的制作方法

本实用新型属于工业自动化领域，具体涉及一种EtherCAT总线耦合器。

背景技术：

随着工业自动化的发展，对工业现场系统结构要求越来越精简，工业现场总线控制方式由于它与传统离散控制方式相比较控制性能优越，使用简单方便，可靠性更高，因此在控制领域得到迅速推广和大量的应用。

现场总线设备的多样性，导致在一个大型的自动化控制系统中设备的通信协议不同、通信速率不同、网络拓扑形式不同，给中央监控系统和这些现场设备之间的信息交互带来困扰。

EtherCAT(Ethernet for Control Automation Technology)是开放的实时工业以太网通信协议，最初由德国倍福自动化有限公司研发。它基于标准的以太网技术，支持多种设备连接拓扑结构，具有配置简单、有效数据率高、全双工、数据传输容量大、传输速度快、时钟同步性高、成本低、开放性好等特点，是一种用于工业自动化的实时、高速以太网通信协议。

gLink总线是固高科技公司设计的一种现场总线技术，在多种自动化行业中有大量工程应用。但是EtherCAT实时工业以太网与gLink总线不管是物理接口还是通信协议上都有明显区别。因此当自动化系统中同时存在gLink总线和EtherCAT总线时，不能直接进行互联通信，需要设计一种耦合器后来解决这个问题。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种EtherCAT总线耦合器，解决了gLink总线和EtherCAT总线时，不能直接进行互联通信的问题。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种EtherCAT总线耦合器，包括依次连接的EtherCAT回路、通信管理控制回路、gLink总线回路；其中，EtherCAT回路包括从站协议控制器、网络变压器、EtherCAT网络接口；通信管理控制回路包括通信管理控制器、外部存储器；gLink总线回路包括gLink总线控制器、信号收发器、gLink总线接口；通信管理控制器分别与从站协议控制器、gLink总线控制器连接。

从站协议控制器与通信管理控制器之间通过数据总线连接，通信管理控制器与gLink总线控制器之间通过PCI总线连接。

EtherCAT网络接口采用RJ45接口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1、采用ARM Cortex-M3嵌入式处理器作为中央处理器，实现简单，功能全面，运行稳定，成本低廉。

2、解决工业系统同时需求EtherCAT总线和gLink总线的场合，以EtherCAT作为主站，通过耦合器实现控制gLink总线上的模块，实现了工业自动化现场gLink总线设备与EtherCAT主站控制系统的互连通信。

附图说明

图1为本实用新型系统总体架构图。

图2为本实用新型耦合器硬件结构框图。

图3为本实用新型对象字典设计示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构及工作过程作进一步说明。

一种EtherCAT总线耦合器，包括依次连接的EtherCAT回路、通信管理控制回路、gLink总线回路；其中，EtherCAT回路包括从站协议控制器、网络变压器、EtherCAT网络接口；通信管理控制回路包括通信管理控制器、外部存储器；gLink总线回路包括gLink总线控制器、信号收发器、gLink总线接口；通信管理控制器分别与从站协议控制器、gLink总线控制器连接。

本实用新型系统总体架构如图1所示，说明了本实用新型耦合器的连接关系。耦合器对上通过以太网与EtherCAT主站进行数据交换；耦合器向下连接gLink总线从站设备实现通信，包括实时数据通信、故障诊断恢复和冗余切换处理等；耦合器之间通信是通过以太网接口走EtherCAT协议。

图2为耦合器硬件架构，主要由通信管理控制回路、EtherCAT回路、gLink总线回路3部分电路构成。EtherCAT回路的主芯片是EtherCAT从站协议控制器，采用Microchip公司的LAN9252(内置PHY)，对上采用RJ45接口连接，从站协议控制器和RJ45接口之间设置网络变压器；通信管理控制回路主要芯片是MCU(ARM控制器)，采用STM32F103VET6处理器，具有外部存储器以及用于调试的JTAG电路；gLink总线回路主要由FPGA来实现，FPGA与gLink总线接口之间具有信号收发器；从站协议控制器和通信管理控制器之间采用数据总线(DB总线)连接，通信管理控制器和gLink总线控制器之间采用SPI总线连接。

本新型耦合器有两个方向的外部接口，对上通过以太网与EtherCAT主站进行数据交换，通信协议符合EtherCAT实时工业以太网技术规范要求；对下与gLink总线从站设备实现通信，包括实时数据通信、故障诊断恢复和冗余切换处理等。

本新型耦合器硬件包括EtherCAT从站协议控制器(包含PHY)，从站MCU(ARM控制器)、gLink总线控制器等。EtherCAT协议控制器实现EtherCAT的物理层与数据链路层的协议。从站MCU分别与EtherCAT协议控制器和gLink总线控制器双向连接，主要负责运行用户的应用程序，实现EtherCAT和gLink总线之间的协议及数据转换。gLink总线控制器实现gLink总线的物理层与数据链路层的协议。

本实施例中耦合器主要器件有以下几个：

a.EtherCAT从站协议控制器，型号Microchip公司的LAN9252。

b.MCU为ARM Cortex-M3嵌入式处理器，型号STM32F103VET6。

c.gLink总线控制器，由FPGA实现。

耦合器与EtherCAT主站通信处理：从站协议控制器LAN9252实现EtherCAT主站数据的接收、发送以及错误处理。从站MCU操作EtherCAT从站协议控制器，实现应用层协议。

耦合器与gLink总线主站通信处理：gLink总线主站通信处理模块主要实现与gLink总线从站设备之间的数据交换、参数配置和故障诊断等。

耦合器上电初始化，配置好gLink总线通信的参数后，gLink总线主站通信处理模块首先请求下面各gLink总线从站设备的输入数据，所有输入数据扫描完成后，置输入数据扫描完成标志，EtherCAT主站接收到该标志后，耦合器切换到运行状态。此时，输出数据有效，gLink总线主站通信处理模块发送输出数据到相关gLink总线设备。所有的从站一轮扫描结束后，判断统计是否有从站出现通信故障，并进行相应的处理。

本实用新型耦合器采用对象字典设计，如图3所示：EtherCAT协议使用对象字典实现标准的参数信息配置和输入、输出数据读写操作，每个对象字典有一个主索引和多个子索引。耦合器采用协议转换网关和gLink总线从站设备的多级对象字典设计模式。