專利名稱：一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控系統(tǒng)領(lǐng)域，尤其涉及基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法。
背景技術(shù)：
在數(shù)控系統(tǒng)中，控制器向伺服驅(qū)動(dòng)器傳輸命令的傳統(tǒng)方式是采用模擬電 壓或脈沖串的形式，這種控制方式只適合于數(shù)控機(jī)床加工速度和控制精度都 不太高的場(chǎng)合，難以滿足多通道、高速、高精度的加工要求。
為了提高加工速度和加工精度，數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制器和伺服驅(qū)動(dòng)器之間 需要采用數(shù)字通信的方式，如現(xiàn)場(chǎng)總線等。目前國(guó)外一些高檔數(shù)控系統(tǒng)大部
分都采用現(xiàn)場(chǎng)總線的通信方式用于數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部的通信，如FANUC釆用 FSSB， SIMENS采用PROFIBUS-DP等現(xiàn)場(chǎng)總線等。和模擬量、脈沖串方式 相比，現(xiàn)場(chǎng)總線是一種較好的通信方法，有較高的實(shí)時(shí)性和可靠性，能滿足 數(shù)控機(jī)床高速、高精度的加工要求。但是，當(dāng)前的現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)大多釆用專 用硬件，在應(yīng)用過程中出現(xiàn)了協(xié)議品種多、兼容性差、開發(fā)和維護(hù)難度大及 成本高的缺點(diǎn)。
近年來，隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，它的傳輸速率已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了專用現(xiàn) 場(chǎng)總線，其技術(shù)成熟性、應(yīng)用的普及性、高的通信速率以及低廉的價(jià)格為將 以太網(wǎng)引入數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部之間的通信創(chuàng)造了條件。但是，由于以太網(wǎng)是為大 數(shù)據(jù)量和非實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸而開發(fā)的，其數(shù)據(jù)在傳輸過程中存在的不確定性， 不能滿足數(shù)控機(jī)床高速、高精加工所要求的強(qiáng)實(shí)吋、強(qiáng)同步數(shù)據(jù)傳輸要求。
申請(qǐng)?zhí)?00610125449.6的專利申請(qǐng)中提出了一種星型網(wǎng)絡(luò)的"基于以太 網(wǎng)的數(shù)控系統(tǒng)數(shù)字通信方法"。但在許多應(yīng)用的場(chǎng)合，環(huán)形網(wǎng)絡(luò)布線更容易。
現(xiàn)已提出的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的"一種總線式數(shù)控系統(tǒng)及其控制方法"但其僅能夠依 次單向傳輸數(shù)據(jù)，而且主信息在串聯(lián)設(shè)備上依次順序傳輸，無法解決高精度
時(shí)鐘同步。SERCOS的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)的在數(shù)據(jù)上行機(jī)制中采用分時(shí)發(fā)送在每個(gè)從
站發(fā)送數(shù)據(jù)中間要浪費(fèi)比較多的間隔時(shí)間，在從站數(shù)量增加的情況下實(shí)時(shí)性 迅速降低。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有控制器與執(zhí)行器之間采用模擬電壓或脈沖串形式傳輸命 令存在加工速度慢、控制精度低的問題，以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)傳輸命令存在必 須使用專用硬件而出現(xiàn)協(xié)議品種多、兼容性差、開發(fā)和維護(hù)難度大及成本高 的問題，以及專門以太網(wǎng)傳輸存在非實(shí)時(shí)、非同步和數(shù)據(jù)傳輸過程中存在不 確定性的問題，本發(fā)明提供一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，保證以太 網(wǎng)高通信速率的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制器和執(zhí)行器之間的強(qiáng) 實(shí)時(shí)和強(qiáng)同歩信息傳輸?shù)囊蟆?br> 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了 一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方
法，包括以下步驟控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，按照實(shí)時(shí)同歩環(huán)形通信協(xié)議發(fā)送主站同歩廣播
幀；
執(zhí)行器接收所述主站同步廣播幀，并確定所述主站同步廣播幀準(zhǔn)確； 所述執(zhí)行器啟動(dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器，對(duì)主站同步廣播幀進(jìn)行處理，在定時(shí)時(shí)間
內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀；
所述控制器接收所述從站令牌集總幀或令牌幀，并確定所述從站令牌集
總幀或令牌幀的正確；
所述控制器確定接收到所有的執(zhí)行器發(fā)送的從站令牌集總幀或令牌幀。 在所述控制器確定接收到所有的執(zhí)行器發(fā)送的從站令牌集總幀或令牌
幀的過程和所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送主站同步廣播幀的過程之間還
包括
判斷所述周期定時(shí)器已經(jīng)到時(shí)，則執(zhí)行所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)
送主站同步廣播幀的過程。
所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送主站同步廣播幀之前還包括； 所述初始設(shè)置控制器的周期定時(shí)器、從站個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器和執(zhí)行器內(nèi)的超時(shí)
計(jì)時(shí)器。
所述基于以太網(wǎng)的數(shù)控通信方法還包括確認(rèn)控制器和執(zhí)行器之間的連接。
所述確認(rèn)控制器和執(zhí)行器之間的連接包括以下步驟
步驟l，控制器將以太網(wǎng)芯片、主站和從站配置表及各計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始
化；
歩驟2，判斷時(shí)間片段計(jì)數(shù)器數(shù)值是否小于時(shí)間片段計(jì)數(shù)器上限值，如 是，執(zhí)行步驟3;繼續(xù)；否則執(zhí)行所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送主站同 步廣播幀；
步驟3，所述控制器向所述執(zhí)行器發(fā)送主站同步廣播幀；
歩驟4，所述執(zhí)行器等待接收所述主站同步廣播幀，確定收到的主站同 步廣播幀校驗(yàn)碼正確后，等待發(fā)送從站令牌幀或令牌集總幀-，
步驟5，所述控制器判斷超時(shí)計(jì)時(shí)器是否達(dá)到上限值，如是，執(zhí)行步驟 7;如否，則收取所述從站令牌集總幀或令牌幀；
歩驟6，時(shí)間片段計(jì)數(shù)器+1，返回步驟2;
步驟7，所述控制器將超時(shí)計(jì)數(shù)器+l;
步驟8，判斷超時(shí)計(jì)數(shù)器+1是否小于超時(shí)次數(shù)上限，如是執(zhí)行歩驟3; 如否，超時(shí)退出，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。
所述主站同步廣播幀由幀界開始，包括類型、從站邏輯地址、控制字、 周期數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
所述從站令牌集總幀或令牌幀由幀界開始，包括類型、從站地邏輯址、
狀態(tài)字、周期數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
所述主站同歩廣播幀和從站令牌集總幀為沿環(huán)形網(wǎng)同時(shí)雙向傳輸。
所述執(zhí)行器接收到所述主站同步廣播幀后還包括對(duì)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行校 對(duì)，并對(duì)所術(shù)主站同步廣播幀中的數(shù)據(jù)校對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)干擾或發(fā)送錯(cuò)誤。
所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀具體為所述 控制器發(fā)出令牌幀，與所述控制器相連的第一個(gè)所述執(zhí)行器接收到該令牌幀 時(shí)發(fā)送自己的上行數(shù)據(jù)所述從站令牌集總幀或令牌幀，并且該執(zhí)行器的所 述從站令牌集總幀或令牌幀作為下-個(gè)執(zhí)行器發(fā)送上行數(shù)據(jù)幀的令牌幀， 以完成所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀；
或者，在所述控制器發(fā)送主站同歩廣播幀的同時(shí)發(fā)出令牌集總幀，所述 執(zhí)行器接收到該令牌集總幀時(shí)將自己的上行數(shù)據(jù)所述從站令牌集總幀或令 牌幀裝載到集總幀，然后轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)執(zhí)行器重復(fù)所述執(zhí)行器接收到該令牌 集總幀時(shí)將自己的上行數(shù)據(jù)所述從站令牌集總幀或令牌幀裝載到令牌集總 幀，以完成所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀。
因此通過本發(fā)明提供的這種數(shù)控通信方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制 器和執(zhí)行器之間的強(qiáng)實(shí)時(shí)和強(qiáng)同步信息傳輸。


圖1是本發(fā)明數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)通信協(xié)議體系結(jié)構(gòu)圖； 圖2主站MD同步廣播幀示意圖； 圖3從站SD令牌幀示意圖4為本發(fā)明基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法的流程圖5為在第一階段確認(rèn)控制器和執(zhí)行器之間的連接流程圖6為本發(fā)明基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法中階段二的流程圖7為本發(fā)明通信周期示意圖8為本發(fā)明令牌集總幀的周期形式示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其中利用以太網(wǎng)
PHY和通用FPGA實(shí)現(xiàn)了在數(shù)控系統(tǒng)控制器和執(zhí)行器之間的通信問題， 不需采用專用硬件，維護(hù)容易成本低，不但可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)量傳輸，還可 以滿足數(shù)控系統(tǒng)通信所要求的強(qiáng)實(shí)時(shí)、強(qiáng)同步和穩(wěn)定性的要求。
本發(fā)明所涉及到的網(wǎng)絡(luò)物理層采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)物理層協(xié)議和以太 網(wǎng)通用PHY硬件，所述控制器與所有執(zhí)行器之間采用環(huán)形物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 連接。在每個(gè)控制器和執(zhí)行器采用雙PHY進(jìn)行雙路收發(fā)，并采用FPGA 實(shí)現(xiàn)雙PHY選擇性開關(guān)互聯(lián)。在其基礎(chǔ)之上提供了實(shí)時(shí)和同步的實(shí)時(shí)同 步環(huán)形通信協(xié)議，協(xié)議體系結(jié)構(gòu)如圖l所示，該實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議直 接為數(shù)控系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)通信功能。
實(shí)吋環(huán)形同步通信協(xié)議采用分層結(jié)構(gòu)如圖1所示。在本發(fā)明中如果釆 用普通的以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，因?yàn)閰f(xié)議處理的過程比較多，加上鏈路層的 CSMA/CD的控制規(guī)程，會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性大為降低，滿足不了數(shù)控系統(tǒng) 通信的要求。從圖中可以看出，實(shí)時(shí)環(huán)形同步通信協(xié)議底層采用以太網(wǎng)技 術(shù)定義的物理層。對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行實(shí)時(shí)性改造，把它稱作實(shí)時(shí)調(diào)度層。 用戶服務(wù)協(xié)議屬于第七層一一應(yīng)用層。實(shí)時(shí)環(huán)形同步通信協(xié)議的第三層 一一網(wǎng)絡(luò)層采用IP協(xié)議和第四層——傳輸層采用TCP/UDP協(xié)議。在周期 的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中，實(shí)時(shí)調(diào)度層繞過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層直接面向應(yīng)用層提供 服務(wù)。在初始化和參數(shù)配置、診斷等非周期實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸中，可以采用標(biāo) 準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議族，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與Internet的連接。
本發(fā)明執(zhí)行器和控制器具有雙端口、 FPGA和內(nèi)部互聯(lián)開關(guān)，控制器 和執(zhí)行器在此也稱為站點(diǎn)，即為主站和從站，每個(gè)站點(diǎn)含有兩個(gè)端口端 口 l和端口2，采用依次首尾相連的方式組建---個(gè)物理上的環(huán)形網(wǎng)絡(luò)。在 沿著這個(gè)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)下行時(shí)網(wǎng)絡(luò)配置為邏輯總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)上行時(shí)網(wǎng)
絡(luò)配置為邏輯環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)?？刂破骱蛨?zhí)行器之間采用主從結(jié)構(gòu)方式進(jìn)行 通信，在幀格式里定義數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報(bào)文格式和實(shí)時(shí)通信協(xié)議，建立統(tǒng) 一的報(bào)文格式。采用雙向廣播幀數(shù)據(jù)下行，數(shù)據(jù)下行時(shí)網(wǎng)絡(luò)配置為邏輯總 線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，每站雙端口廣播下行數(shù)據(jù)達(dá)到時(shí)，即在所述執(zhí)行器接收到 所述主站同步廣播幀后還包括對(duì)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行校對(duì)，并對(duì)所術(shù)主站同步 廣播幀中的數(shù)據(jù)校對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)干擾或發(fā)送錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)通信可靠性。
數(shù)據(jù)上行時(shí)網(wǎng)絡(luò)配置為邏輯環(huán)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由主站雙向發(fā)送令牌幀， 與主站相連的第一個(gè)從站接收到此令牌幀時(shí)發(fā)送自己的上行數(shù)據(jù)，該站點(diǎn) 的上行數(shù)據(jù)又成為下一站點(diǎn)的令牌幀，如此猶如多米諾骨牌，觸發(fā)所有從 站信息順序發(fā)送回到主站，通過這種令牌幀傳輸?shù)姆椒?，?shí)現(xiàn)強(qiáng)實(shí)時(shí)高可 靠性數(shù)據(jù)上行。
統(tǒng)-的報(bào)文包括主站同歩廣播幀MD (從控制器到執(zhí)行器的下行報(bào) 文)和從站令牌幀SD (從執(zhí)行器到控制器的上行報(bào)文)。MD包括控制 器發(fā)給執(zhí)行器的指令和參數(shù)，又作為各執(zhí)行器的同步信號(hào)；報(bào)文格式如附 圖2所示。報(bào)文由幀界開始，包括類型、多個(gè)從站數(shù)據(jù)，報(bào)文尾是一個(gè)4 字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn)碼，用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)。其中各從站數(shù)據(jù)區(qū)包含所有傳輸 的有效數(shù)據(jù)，其中包括從站邏輯地址(表示接收數(shù)據(jù)的從站邏輯地址)、 控制字(主要用于傳輸主站給執(zhí)行器的控制命令和主從站之間建立握手)、 周期數(shù)據(jù)(用于傳輸正常運(yùn)行時(shí)給從站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息)。SD中包含各 執(zhí)行器發(fā)給控制器的狀態(tài)信息和反饋數(shù)據(jù)。報(bào)文格式如附圖3所示。報(bào)文 由幀界開始，包括類型、從站數(shù)據(jù)，報(bào)文尾是一個(gè)4字節(jié)的循環(huán)冗余校驗(yàn) 碼，用于數(shù)據(jù)校驗(yàn)。數(shù)據(jù)區(qū)包括從站地邏輯址(用于表示從站的地址， 便于主站區(qū)分收到的數(shù)據(jù)包)，狀態(tài)字(用于向控制單元反饋從站的運(yùn)行 狀態(tài)，與主站控制字一起建立握手)，周期數(shù)據(jù)(系統(tǒng)周期運(yùn)行時(shí)，反饋 的周期數(shù)據(jù)部分)。
圖3是從站令牌幀的結(jié)構(gòu)，如果是從站令牌集總幀，結(jié)構(gòu)和圖2類似，
只是里面的從站數(shù)據(jù)應(yīng)該為圖3所示的從站數(shù)據(jù)，即圖2中"控制字"變
為"狀態(tài)字"，圖2主站同步廣播幀MD中是所有從站的數(shù)據(jù)最后有一個(gè)
總的"數(shù)據(jù)校驗(yàn)"，而從站令牌集總幀變?yōu)槊總€(gè)"從站數(shù)據(jù)"里有"數(shù)據(jù) 校驗(yàn)"。
如圖4所示，為本發(fā)明基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法的流程圖。在 控制器和執(zhí)行器之間進(jìn)行實(shí)時(shí)通信時(shí)，包括兩個(gè)階段， 一為確認(rèn)控制器和 執(zhí)行器之間的連接。二為運(yùn)行階段，發(fā)送和接收MD幀和SD幀。其中在 這個(gè)數(shù)控通信方法通信的過程中是基于實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議來完成的。 如圖5所示為在第一階段確認(rèn)控制器和執(zhí)行器之間的連接過程包括 步驟501，控制器將以太網(wǎng)芯片、主站和從站配置表及各計(jì)數(shù)器進(jìn)行 初始化；
步驟502，判斷時(shí)間片段計(jì)數(shù)器數(shù)值是否小于時(shí)間片段計(jì)數(shù)器上限 值，如是，執(zhí)行步驟503，繼續(xù)；否則執(zhí)行階段二，即所述控制器啟動(dòng)周 期定時(shí)器，發(fā)送主站同步廣播幀；
步驟503，所述控制器向所述執(zhí)行器發(fā)送主站同步廣播幀；
步驟504，所述執(zhí)行器等待接收所述主站同歩廣播幀，確定收到的主 站同步廣播幀校驗(yàn)碼正確后，發(fā)送從站令牌幀；
步驟505，所述控制器判斷超時(shí)計(jì)時(shí)器是否達(dá)到上限值，如是，執(zhí)行 歩驟507;如否，則執(zhí)行歩驟506收取所述從站令牌幀；
步驟506，時(shí)間片段計(jì)數(shù)器+1，返回歩驟502;
步驟507，所述控制器將超時(shí)計(jì)數(shù)器+1;
步驟50S，判斷超時(shí)計(jì)數(shù)器+1是否小于超時(shí)次數(shù)上限，如是執(zhí)行步驟 503;如否，超時(shí)退出，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。
從上述描述可以看出，在該階段主站(即控制器)為了保證系統(tǒng)的可 靠，將規(guī)定的時(shí)間分為若干時(shí)間片段，在每個(gè)時(shí)間片段內(nèi)，主站發(fā)送MD， 從站應(yīng)答SD。多個(gè)時(shí)間片段的目的在于多次、反復(fù)地驗(yàn)證系統(tǒng)運(yùn)行的可
靠性，避免后期正式運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤；并檢測(cè)是否所有時(shí)間片的SD都被 接收，如果缺報(bào)文則表明系統(tǒng)不穩(wěn)定或不可靠，則重復(fù)以上過程若干次。 若仍然缺報(bào)文，則系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。而從站等待接收主站發(fā)送的MD;若從站接
收到MD則發(fā)送應(yīng)答報(bào)文SD，否則從站處于等待報(bào)文狀態(tài)。
在上述圖5描述的過程開始之前，控制器內(nèi)設(shè)置主站配置表，各執(zhí)行 器設(shè)置從站配置表，在控制器內(nèi)設(shè)置時(shí)間片段計(jì)數(shù)器、從站個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器、 超時(shí)計(jì)時(shí)器、超時(shí)計(jì)數(shù)器，執(zhí)行器內(nèi)設(shè)置發(fā)送定時(shí)器；同時(shí)設(shè)置各計(jì)時(shí)器、 計(jì)數(shù)器的上限值；所述從站個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器的上限值與執(zhí)行器個(gè)數(shù)一致。
如圖6所示為本發(fā)明基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法中階段二的流 程圖。
步驟601，所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，向所有執(zhí)行器發(fā)送主站同歩 廣播幀MD;其中周期定時(shí)器的目的在于控制主站相鄰兩次發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí) 間間隔，避免出現(xiàn)沖突，從而確定通信周期時(shí)間；其中如圖7所示，令牌 幀的通信周期形式；通信周期從主站發(fā)送下行主站同歩廣播幀MD (同吋 也是同步幀)開始，到發(fā)送下一個(gè)下行主站同歩廣播幀MD結(jié)束。周期 時(shí)間由主站的定時(shí)器配置決定。
只要配置的時(shí)間內(nèi)能把從站的數(shù)據(jù)全部收上來，周期就是可行的，配 置周期可以盡量的短。所以最短周期受從站個(gè)數(shù)約束，從站越多周期越長(zhǎng)。 本方法約定從站最多255個(gè)，周期小于0.5ms的通信周期可以滿足數(shù)控系 統(tǒng)通信的要求。
步驟602，所述執(zhí)行器接收所述主站同步廣播幀，并確定所述主站同 步廣播幀準(zhǔn)確；
步驟603，所述執(zhí)行器啟動(dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器，對(duì)主站同步廣播幀MD進(jìn)行 處理，在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌幀；對(duì)MD進(jìn)行處理具體為
判斷收到的MD校驗(yàn)碼是否正確，如正確，執(zhí)行后續(xù)步驟604;否， 系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)；以及從MD中讀取本從站信息并進(jìn)行相關(guān)處理；根據(jù)從站狀態(tài)
設(shè)置SD信息，具體為，從站根據(jù)與它連接的如伺服、主軸等的狀態(tài)反饋 的信息寫入SD;
如圖8所示為本發(fā)明令牌集總幀的周期形式示意圖，所述執(zhí)行器在定 時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀，即讓從站的數(shù)據(jù)返回具體為由 主站雙向發(fā)出一個(gè)令牌集總幀，這個(gè)幀是空幀，就像火車車皮一樣，到達(dá) 每個(gè)站時(shí)每個(gè)站把自己的數(shù)據(jù)裝載上去，即所述執(zhí)行器接收到該令牌集總 幀時(shí)將自己的的上行數(shù)據(jù)SD裝載到令牌集總幀后，所有執(zhí)行器重復(fù)前述 步驟，最后運(yùn)回主站。
即換而言之，參照?qǐng)D2和圖8，步驟601至步驟603的過程為主站發(fā) 出MD (同歩廣播幀)，接著主站發(fā)出SDO (主站令牌集總幀)整體如圖 2所示，其中SDn相當(dāng)于圖2中從站數(shù)據(jù)部分。每個(gè)從站在SDO經(jīng)過本 站時(shí)把本站的數(shù)據(jù)SDn加載在SDO幀上的相應(yīng)位置，轉(zhuǎn)發(fā)給下一站。最 后一個(gè)從站將SDO發(fā)給主站以結(jié)束一個(gè)周期。如果在周期定時(shí)器內(nèi)，SD0 來不及返回，周期通信失敗。周期定時(shí)器的周期是預(yù)先設(shè)定的，設(shè)定好后 在時(shí)間到時(shí)主站必須發(fā)送MD。主站發(fā)出MD和SDOO都是雙向的。
從站的數(shù)據(jù)返回即所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或 令牌幀也可以由主站發(fā)出令牌幀來觸發(fā)數(shù)據(jù)上行發(fā)送。即從站看到令牌幀 從本站經(jīng)過后，自己也可以發(fā)出自己的數(shù)據(jù)上行幀SD1，這個(gè)幀又可以作 為從站2的令牌幀，從站2看到從站1的上行數(shù)據(jù)幀SD2發(fā)送后，也發(fā) 送出自己的上行數(shù)據(jù)幀SD3，如此下去就跟出牌一樣，所有的從站都按先 后順序返回?cái)?shù)據(jù)如圖7所示。
即換而言之，步驟601至步驟603的過程為主站發(fā)出圖2所示的 MD (同步廣播幀)，接著主站發(fā)出圖3所示的SD00 (主站令牌幀)，從 站1檢測(cè)到SDOO經(jīng)過后，發(fā)送上行數(shù)據(jù)幀SDOl，同樣從站2檢測(cè)到SD01 經(jīng)過后，發(fā)送上行數(shù)據(jù)幀SD02，依次類推，主站接收到所有從站數(shù)據(jù)后， 完成一個(gè)通信周期。如果在周期定時(shí)器內(nèi)，有從站數(shù)據(jù)來不及返回，周期
通信失敗。周期定時(shí)器的周期是預(yù)先設(shè)定的，在設(shè)定好的時(shí)間到時(shí)，主站
就必須發(fā)送MD。主站發(fā)出MD和SD00都是雙向的。
步驟604，所述控制器等待接收所述從站令牌集總幀或令牌幀，并確 定所述從站令牌集總幀或令牌幀是否正確；如正確，執(zhí)行步驟605;否則 系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)也包括在從站超時(shí)定時(shí)器時(shí)間內(nèi)，從站收不到SDOO，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。
步驟605，所述控制器緩存SD信息，并確定是否接收到所有的執(zhí)行 器發(fā)送的從站令牌集總幀，如是執(zhí)行步驟606，否則執(zhí)行步驟604;
步驟606，主站處理從站SD，并準(zhǔn)備下-一周期的MD;判斷所述周 期定時(shí)器是否己經(jīng)到時(shí)，如已經(jīng)到期，則執(zhí)行步驟601中向所有執(zhí)行器發(fā) 送主站同步廣播幀；如未到期，則重復(fù)歩驟606。
在第二階段開始的時(shí)候，初始設(shè)置所述控制器的周期定時(shí)器、從站個(gè) 數(shù)計(jì)數(shù)器和執(zhí)行器內(nèi)的用于檢測(cè)令牌幀到達(dá)是否超時(shí)來決定是否發(fā)送的 發(fā)送定時(shí)器。
因此，本發(fā)明解決了現(xiàn)有控制器與執(zhí)行器之間存在加工速度慢、控制 精度低、傳輸非實(shí)時(shí)、非同步、不確定性的問題，針對(duì)星型網(wǎng)絡(luò)接線不方 便和有些方法的實(shí)時(shí)性、同步性、穩(wěn)定性的問題，通過雙向數(shù)據(jù)傳輸，在 保證了以太網(wǎng)高通信速率的基礎(chǔ)上，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制器和執(zhí) 行器之間的強(qiáng)實(shí)時(shí)和強(qiáng)同歩信息傳輸?shù)囊螅谕茝V'應(yīng)用。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限 制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離 本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng) 中。
權(quán)利要求
1、一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于包括以下步驟控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，按照實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議發(fā)送主站同步廣播幀；執(zhí)行器接收所述主站同步廣播幀，并確定所述主站同步廣播幀準(zhǔn)確；所述執(zhí)行器啟動(dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器，對(duì)主站同步廣播幀進(jìn)行處理，在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀；所述控制器接收所述從站令牌集總幀或令牌幀，并確定所述從站令牌集總幀或令牌幀的正確；所述控制器確定接收到所有的執(zhí)行器發(fā)送的從站令牌集總幀或令牌幀。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于在 所述控制器確定接收到所有的執(zhí)行器發(fā)送的從站令牌集總幀或令牌幀的過程 和所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，按照實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議發(fā)送主站同歩廣 播幀的過程之間還包括判斷所述周期定時(shí)器已經(jīng)到時(shí)，則執(zhí)行所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送 主站同步廣播幀的過程。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于所 述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，按照實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議發(fā)送主站同步廣播幀 之前還包括；初始設(shè)置所述控制器的周期定時(shí)器、從站個(gè)數(shù)計(jì)數(shù)器和執(zhí)行器內(nèi)的用于檢 測(cè)令牌幀到達(dá)是否超時(shí)來決定是否發(fā)送的超時(shí)計(jì)時(shí)器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特 征在于還包括以下步驟的確認(rèn)控制器和執(zhí)行器之間的連接步驟l，控制器將以太網(wǎng)芯片、主站和從站配置表及各計(jì)數(shù)器進(jìn)行初始化;步驟2，判斷時(shí)間片段計(jì)數(shù)器數(shù)值是否小于時(shí)間片段計(jì)數(shù)器上限值，如是， 執(zhí)行歩驟3;繼續(xù)；否則執(zhí)行所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送主站同步廣播 幀；步驟3，所述控制器向所述執(zhí)行器發(fā)送主站同步廣播幀；歩驟4，所述執(zhí)行器等待接收所述主站同步廣播幀，確定收到的主站同步 廣播幀校驗(yàn)碼正確后，發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀；步驟5，所述控制器判斷超時(shí)計(jì)時(shí)器是否達(dá)到上限值，如是，執(zhí)行步驟7; 如否，則收取所述從站令牌集總幀或令牌幀；步驟6，時(shí)間片段計(jì)數(shù)器+1，返回步驟2;步驟7，所述控制器將超時(shí)計(jì)數(shù)器+l;步驟8，判斷超時(shí)計(jì)數(shù)器+1是否小于超時(shí)次數(shù)上限，如是執(zhí)行歩驟3;如 否，超時(shí)退出，系統(tǒng)報(bào)錯(cuò)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于所述主站同步廣播幀由幀界開始，包括類型、從站邏輯地址、控制字、周期 數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于所述從站令牌集總幀或令牌幀由幀界開始，包括類型、從站地邏輯址、狀態(tài) 字、周期數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)校驗(yàn)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于 所述實(shí)時(shí)同步環(huán)形通信協(xié)議提供實(shí)時(shí)調(diào)度層繞過網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層直接面向應(yīng) 用層提供服務(wù)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于 所述主站同步廣播幀和從站令牌集總幀或令牌幀可沿環(huán)形網(wǎng)同時(shí)雙向傳輸。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于在 所述執(zhí)行器接收到所述主站同步廣播幀后還包括對(duì)到達(dá)時(shí)間進(jìn)行校對(duì)，并 對(duì)所術(shù)主站同歩廣播幀中的數(shù)據(jù)校對(duì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)干擾或發(fā)送錯(cuò)誤。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，其特征在于所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀，具體為所述控制器發(fā)送主站同步廣播幀后發(fā)出令牌幀，與所述控制器相連的第一個(gè)所述執(zhí)行器接收到該令牌幀時(shí)發(fā)送自己的上行數(shù)據(jù)幀，并且該執(zhí)行器的所述上行數(shù)據(jù) 幀作為下一個(gè)執(zhí)行器發(fā)送上行數(shù)據(jù)幀的令牌幀，以完成所有的所述執(zhí)行器在 定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送完上行數(shù)據(jù)幀?；蛘?，在所述控制器發(fā)送主站同步廣播幀后發(fā)出令牌集總幀，與所述控制 器相連的第一個(gè)所述執(zhí)行器接收到該令牌集總幀時(shí)將自己的上行數(shù)據(jù)裝載到 令牌集總幀，然后轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)執(zhí)行器重復(fù)所述執(zhí)行器接收到該令牌集總幀 時(shí)將自己的上行數(shù)據(jù)裝載到令牌集總幀，以完成所有所述執(zhí)行器在定時(shí)時(shí)間 內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)令牌集總幀。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于以太網(wǎng)技術(shù)的數(shù)控通信方法，所述控制器啟動(dòng)周期定時(shí)器，發(fā)送主站同步廣播幀；所述執(zhí)行器接收所述主站同步廣播幀，并確定所述主站同步廣播幀準(zhǔn)確；所述執(zhí)行器啟動(dòng)超時(shí)計(jì)時(shí)器，對(duì)主站同步廣播幀進(jìn)行處理，在定時(shí)時(shí)間內(nèi)發(fā)送從站令牌集總幀或令牌幀；所述控制器接收所述從站令牌集總幀或令牌幀，并確定所述從站令牌集總幀或令牌幀的正確；所述控制器確定接收到所有的執(zhí)行器發(fā)送的從站令牌幀或令牌集總幀。因此通過本發(fā)明提供的這種數(shù)控通信方法能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部控制器和執(zhí)行器之間的強(qiáng)實(shí)時(shí)和強(qiáng)同步信息傳輸。
文檔編號(hào)H04L12/427GK101170472SQ200710053659
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者任清榮, 周會(huì)成, 周向東, 唐小琦, 張向利, 殷哲波, 白玉成 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)