一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)及工程機(jī)械的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)及工程機(jī)械，涉及工程機(jī)械領(lǐng)域。工程機(jī)械控制系統(tǒng)，包括：顯示終端和復(fù)數(shù)個(gè)控制器，所述顯示終端通過(guò)與所述控制器之間，以及所述控制器與所述控制器之間均采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。本發(fā)明采用的工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)具有通信速度快的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的傳輸速度和負(fù)載率；且工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)可兼容以太網(wǎng)設(shè)備，能與普通的以太網(wǎng)設(shè)備保持良好的通信，提高了系統(tǒng)的通信能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)及工程機(jī)械

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工程機(jī)械領(lǐng)域，尤其涉及一種基于以太網(wǎng)的工程機(jī)械控制系統(tǒng)及工程機(jī)械。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，工程機(jī)械中的控制系統(tǒng)主要由顯示屏和控制器以及執(zhí)行單元組成，控制器之間的通信主要由CAN(Controller Area Network,控制器局域網(wǎng)絡(luò))通信實(shí)現(xiàn)。由于CAN總線與現(xiàn)有的以太網(wǎng)設(shè)備不兼容，不具備與以太網(wǎng)相連接的接口，使工程機(jī)械中的很多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法添加到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，且CAN總線還存在通訊數(shù)據(jù)量少，通訊速率低(最快只有IMbps/s的速度)，實(shí)時(shí)性一般，以及總線干擾影響范圍廣等缺點(diǎn)，從而影響了系統(tǒng)的傳輸速度和負(fù)載率。
[0003]針對(duì)上述問(wèn)題，即現(xiàn)有的工程機(jī)械控制系統(tǒng)傳輸速度慢以及與以太網(wǎng)設(shè)備不兼容。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有的工程機(jī)械控制系統(tǒng)存在的上述問(wèn)題，現(xiàn)提供一種旨在實(shí)現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)快、可兼容以太網(wǎng)設(shè)備的工程機(jī)械控制系統(tǒng)及工程機(jī)械。
[0005]具體技術(shù)方案如下:
[0006]一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)，包括:顯示終端和復(fù)數(shù)個(gè)控制器，所述顯示終端通過(guò)與所述控制器之間，以及所述控制器與所述控制器之間均采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。
[0007]優(yōu)選的，所述顯示終端包括:
[0008]觸控顯示屏，用以接收觸控信號(hào)，并顯示操作界面；
[0009]處理單元，用以連接所述觸控顯示屏，用以接收所述觸控顯示屏發(fā)送的觸控信號(hào)，將所述觸控信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)；
[0010]以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站，連接所述處理單元，用以通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與所述控制器進(jìn)行通信。
[0011]優(yōu)選的，所述顯示終端還包括:
[0012]存儲(chǔ)單元，連接所述處理單元，用以存儲(chǔ)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信描述文件；
[0013]所述以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站讀取所述網(wǎng)絡(luò)通信描述文件，通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與所述控制器進(jìn)行配置。
[0014]優(yōu)選的,所述顯示終端還包括:
[0015]驅(qū)動(dòng)單元，連接所述處理單元，用以驅(qū)動(dòng)所述以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站；
[0016]外設(shè)端口，連接所述處理單元，用以與外接設(shè)備連接。
[0017]優(yōu)選的，控制器包括:
[0018]控制單元；
[0019]通信單元，連接所述控制單元，根據(jù)所述顯示終端發(fā)送的數(shù)據(jù)讀取所述控制單元的數(shù)據(jù)，并通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送所述數(shù)據(jù)。
[0020]優(yōu)選的，所述通信單元采用從站控制芯片。
[0021]優(yōu)選的，所述通信單元與所述控制器之間采用串行外設(shè)接口通信。
[0022]優(yōu)選的，控制器還包括:
[0023]執(zhí)行單元，連接所述控制單元，根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號(hào)做出相應(yīng)響應(yīng)。
[0024]優(yōu)選的，所述執(zhí)行單元與所述控制單元之間采用1接口通信。
[0025]一種工程機(jī)械，其中，包括所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)。
[0026]上述技術(shù)方案的有益效果:
[0027]1.工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)具有通信速度快的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的傳輸速度和負(fù)載率；
[0028]2.工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)可兼容以太網(wǎng)設(shè)備，能與普通的以太網(wǎng)設(shè)備保持良好的通信，提高了系統(tǒng)的通信能力。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)的一種實(shí)施例的模塊圖。
[0030]附圖中:1.顯示終端；11.外設(shè)端口 ；12.存儲(chǔ)單元；13.處理單元；14.以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站；15.觸控顯示屏；16.驅(qū)動(dòng)單元；2.控制器；21.通信單元；22.控制單元；23.執(zhí)行單元。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0032]需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0033]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但不作為本發(fā)明的限定。
[0034]如圖1所示，一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)，包括:顯示終端I和復(fù)數(shù)個(gè)控制器2，顯示終端I通過(guò)與控制器2之間，以及控制器2與控制器2之間均采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。
[0035]在本實(shí)施例中采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)具有通信速度快的優(yōu)點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的傳輸速度和負(fù)載率；且工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)可兼容以太網(wǎng)設(shè)備，能與普通的以太網(wǎng)設(shè)備保持良好的通信，提高了工程機(jī)械控制系統(tǒng)的兼容性和通信能力。
[0036]在優(yōu)選的實(shí)施例中，顯示終端I包括:
[0037]觸控顯示屏15，用以接收觸控信號(hào)，并顯示操作界面；
[0038]處理單元13，用以連接觸控顯示屏15，用以接收觸控顯示屏15發(fā)送的觸控信號(hào)，將觸控信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)；
[0039]以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線(Ethernetfor Control Automat1n Technology,簡(jiǎn)稱(chēng)EtherCAT)主站，連接處理單元13，用以通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與控制器2進(jìn)行通信。
[0040]在本實(shí)施例中的顯示終端I采用基于WinCE系統(tǒng)的主核心板作為主芯片，搭載的WinCE系統(tǒng)，顯示終端I內(nèi)設(shè)置有工程機(jī)械用戶(hù)操作界面，實(shí)現(xiàn)了以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站14與工程機(jī)械顯示屏合二為一，節(jié)約了硬件成本，且提高了系統(tǒng)信息綜合處理能力；EtherCAT主站提供了系統(tǒng)的各個(gè)外設(shè)的接口，整合了系統(tǒng)通信平臺(tái)，消除了多接口通信的屏障；采用以太網(wǎng)作為通信介質(zhì)，為遠(yuǎn)距離的有線通信提供了技術(shù)可行性。顯示終端I與控制器2之間通過(guò)EtherCAT通信完成，EtherCAT主站作為系統(tǒng)的通信中樞取代了現(xiàn)有的CAN總線，大大提高了通信效率，提高了系統(tǒng)的通信能力且降低了成本。進(jìn)一步的處理單元13可采用ARM處理器，ARM處理器成本低，運(yùn)算能力高，靈活性好；還可采用監(jiān)控軟件，負(fù)責(zé)人機(jī)交互，將控制器2傳來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示，以及將操作人員的操作轉(zhuǎn)換為工程機(jī)械的控制指令，進(jìn)行控制工作。
[0041]EtherCAT網(wǎng)絡(luò)使用主從模式介質(zhì)訪問(wèn)控制，主站發(fā)送以太網(wǎng)幀給各從站，從站從數(shù)據(jù)幀中抽取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)幀。從以太網(wǎng)的角度看，一個(gè)EtherCAT網(wǎng)段可被簡(jiǎn)單地看做一個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)設(shè)備，該“設(shè)備”由多個(gè)EtherCAT從站組成，接收并發(fā)送以太網(wǎng)報(bào)文。這些從站可直接處理接收的報(bào)文，并從報(bào)文中提取或插入相關(guān)的用戶(hù)數(shù)據(jù)，然后將報(bào)文傳輸?shù)较乱粋€(gè)EtherCAT從站。在幀被從站傳遞過(guò)去的時(shí)候，從站會(huì)識(shí)別出相關(guān)命令，并進(jìn)行處理。此過(guò)程是在從站控制器2中通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)的，因此與協(xié)議堆棧軟件的實(shí)時(shí)運(yùn)行系統(tǒng)或處理器性能無(wú)關(guān)。最后一個(gè)從站發(fā)回經(jīng)過(guò)完全處理的報(bào)文，并由第一個(gè)從站作為響應(yīng)報(bào)文發(fā)送給主站。
[0042]在優(yōu)選的實(shí)施例中，顯示終端I還包括:存儲(chǔ)單元12，存儲(chǔ)單元12連接處理單元13，用以存儲(chǔ)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信描述文件；以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站14讀取網(wǎng)絡(luò)通信描述文件，通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與控制器2進(jìn)行配置。
[0043]在本實(shí)施例中EtherCAT主站的開(kāi)發(fā)是運(yùn)用ETG協(xié)會(huì)提供的樣本代碼進(jìn)行EtherCAT協(xié)議棧的開(kāi)發(fā)樣本，在應(yīng)用方面主要是根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信描述文件(XML)實(shí)際配置，從而實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)間的通信。
[0044]在優(yōu)選的實(shí)施例中，顯示終端I還包括:驅(qū)動(dòng)單元16和外設(shè)端口 11,驅(qū)動(dòng)單元16連接處理單元13，用以驅(qū)動(dòng)以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站14 ;外設(shè)端口 11連接處理單元13，用以與外接設(shè)備連接。
[0045]在本實(shí)施例中驅(qū)動(dòng)單元16可根據(jù)網(wǎng)卡的型號(hào)及EtherCAT的技術(shù)要求進(jìn)行自主開(kāi)發(fā)，外設(shè)端口 11使系統(tǒng)可連接其他外接設(shè)備，提高了系統(tǒng)的兼容性。
[0046]在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器2包括:控制單元22和通信單元21，通信單元21連接控制單元22，根據(jù)顯示終端I發(fā)送的數(shù)據(jù)讀取控制單元22的數(shù)據(jù)，并通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送數(shù)據(jù)。
[0047]在本實(shí)施例中控制單元22可采用32位汽車(chē)級(jí)主控芯片MCU，控制單元22是工程機(jī)械的中心控制單元22，主要負(fù)責(zé)裝置的控制功能。進(jìn)一步的，控制器2可留有兩組網(wǎng)口，作為拓?fù)鋸恼窘涌?，使工程機(jī)械之間可以進(jìn)行工業(yè)以太網(wǎng)的連接，從而可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，解決了以往使用CAN總線無(wú)法遠(yuǎn)距離連接的問(wèn)題。
[0048]在優(yōu)選的實(shí)施例中，通信單元21作為EtherCAT從站可采用從站控制芯片(EtherCAT Slave Controller,簡(jiǎn)稱(chēng) ESC)。
[0049]在優(yōu)選的實(shí)施例中，通信單元與控制器2之間采用串行外設(shè)接口(SerialPeripheral Interface，簡(jiǎn)稱(chēng)SPI)通信。SPI接口可使MCU與多種外圍設(shè)備以串口方式進(jìn)行通信以交換信息，提高了系統(tǒng)的兼容性。
[0050]在優(yōu)選的實(shí)施例中，控制器2還包括:執(zhí)行單元23，執(zhí)行單元23連接控制單元22，根據(jù)控制單元22輸出的控制信號(hào)做出相應(yīng)響應(yīng)。進(jìn)一步的，執(zhí)行單元23可以是傳感器或者其他執(zhí)行裝置。
[0051]在優(yōu)選的實(shí)施例中，執(zhí)行單元23與控制單元22之間采用1接口通信，以使控制器2可以連接其他設(shè)備。
[0052]基于上述實(shí)施例，工程機(jī)械控制系統(tǒng)的工作原理為:
[0053]存儲(chǔ)單元12存儲(chǔ)有網(wǎng)絡(luò)通信描述文件，供EtherCAT主站讀取使用。顯示終端I開(kāi)機(jī)后，用戶(hù)僅能接觸到操作界面，即組態(tài)軟件界面，系統(tǒng)在后臺(tái)實(shí)現(xiàn)了 EtherCAT主站的啟動(dòng)及讀取網(wǎng)絡(luò)通信描述文件進(jìn)行從站的配置。此外，控制器2的各個(gè)外設(shè)接口的驅(qū)動(dòng)也在后臺(tái)啟動(dòng)后，通過(guò)讀取EtherCAT主站提供的接口讀取所需數(shù)據(jù)。從站通過(guò)SPI讀取MCU的數(shù)據(jù)，并通過(guò)EtherCAT數(shù)據(jù)幀傳送至主站，從而實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的通信。
[0054]本發(fā)明的技術(shù)方案中還包括一種工程機(jī)械包括上述中任一所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)。
[0055]以上所述僅為本發(fā)明較佳的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的實(shí)施方式及保護(hù)范圍，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，應(yīng)當(dāng)能夠意識(shí)到凡運(yùn)用本發(fā)明說(shuō)明書(shū)及圖示內(nèi)容所作出的等同替換和顯而易見(jiàn)的變化所得到的方案，均應(yīng)當(dāng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，包括:顯示終端和復(fù)數(shù)個(gè)控制器，所述顯示終端通過(guò)與所述控制器之間，以及所述控制器與所述控制器之間均采用工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)進(jìn)行通信。
2.如權(quán)利要求1所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示終端包括: 觸控顯示屏，用以接收觸控信號(hào)，并顯示操作界面； 處理單元，用以連接所述觸控顯示屏，用以接收所述觸控顯示屏發(fā)送的觸控信號(hào)，將所述觸控信號(hào)轉(zhuǎn)換為控制信號(hào)； 以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站，連接所述處理單元，用以通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與所述控制器進(jìn)行通信。
3.如權(quán)利要求2所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示終端還包括: 存儲(chǔ)單元，連接所述處理單元，用以存儲(chǔ)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)通信描述文件； 所述以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站讀取所述網(wǎng)絡(luò)通信描述文件，通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)與所述控制器進(jìn)行配置。
4.如權(quán)利要求2所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示終端還包括: 驅(qū)動(dòng)單元，連接所述處理單元，用以驅(qū)動(dòng)所述以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)總線主站； 外設(shè)端口，連接所述處理單元，用以與外接設(shè)備連接。
5.如權(quán)利要求1所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器包括: 控制單兀； 通信單元，連接所述控制單元，根據(jù)所述顯示終端發(fā)送的數(shù)據(jù)讀取所述控制單元的數(shù)據(jù)，并通過(guò)工業(yè)實(shí)時(shí)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀發(fā)送所述數(shù)據(jù)。
6.如權(quán)利要求5所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信單元采用從站控制芯片。
7.如權(quán)利要求5所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信單元與所述控制器之間采用串行外設(shè)接口通信。
8.如權(quán)利要求5所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，控制器還包括: 執(zhí)行單元，連接所述控制單元，根據(jù)所述控制單元輸出的控制信號(hào)做出相應(yīng)響應(yīng)。
9.如權(quán)利要求8所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)，其特征在于，所述執(zhí)行單元與所述控制單元之間采用1接口通信。
10.一種工程機(jī)械，其特征在于，包括:權(quán)利要求1-9中任一所述工程機(jī)械控制系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】G05B19/418GK104133447SQ201410363925
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月28日
【發(fā)明者】尹壽林, 王曉朋, 閆鑫 申請(qǐng)人:上海華興數(shù)字科技有限公司