一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，属于通信技术领域。该通信规程包括以下步骤：A、主站设备在配置期间，对其与各从站设备之间的端到端延迟Dms进行测量和保存，同时测量并确定通信帧在各个从站设备的驻留时间Tt；B、主站设备在配置期间，主站通过计算得到时间同步完成时间Tscomp和通信的周期时间T；C、主站设备向从站发送同步集总帧，开始周期通信；D、主站设备在时间同步完成并间隔Trest之后，开始基于时间片规划的发送点对点通信命令帧；E、主站设备向所有从站发送完通信命令帧并接收到所有从站响应帧之后，等待一定时间后，进入下一次通信。本发明专利技术通过通信规划大幅缩短了通信周期，保证了网络化通信的实时性。

【技术实现步骤摘要】
—种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程
: 本专利技术涉及一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，其属于通信
。
技术介绍
: 近年来，以太网由于其开发性、高传输速率、低硬件成本等众多优点，已经不断应用于工业现场领域，并取代工业现场总线成为第二代工业通信技术；同时，根据工业现场加工制造精度的要求不仅需要以太网分布站点具有很高的协同运动精度，而且需要尽可能的提高插补速度保证实时性。 分布站点的协同运动是指现在制造中的多轴协同运动，需要根据实际运动所要求的各个轴之间的运动学关系实时调节当前轴的运动，从而实现运动协同。多轴协同运动控制不仅需要分布式节点间的时钟保持同步，还需要补偿网络延迟带来的位置误差保证运动同步。同时加工制造的精度受插补速度的影响，插补速度越快加工精度越高，提高插补速度在分布式加工中重点就是通过规划尽可能的缩短通信周期。 2011年11月9日，中国专利技术专利CN102237997A，公开了一种基于链状以太网的分布式系统的通信规程，该通信规程使用集总帧式的同步包周期的启动从站延时测量模块，动态的测量延时量对时钟进行同步补偿。 2012年9月19日，中国专利技术专利CN102681489A，公开了一种多轴联动数控系统运动平稳性和轮廓加工精度控制方法，该方法采用多轴参数模型预测控制和非线性自适应模糊PID控制的复合方法，来实现对协同运动精度的控制。 2008年4月30日，中国专利技术专利CN101170472A，公开了一种基于以太网的数控通信方法，该方法采用全双工的固定周期集总帧式的通信方法，来保证实时性能。 以上三种方法分三个方面对保证加工制造精度的方法进行了研究。但是周期性的线路延时测量没有考虑分布式站点各自晶振的漂移对时钟同步的影响，同步精度的提高受到限制。同时多轴协同运动需要考虑网络延迟的同步运动的影响。而集总帧式的周期通信方法在站点多时可靠性不如点对点周期通信方法。
技术实现思路
: 本专利技术提供一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，其通过通信规划大幅缩短了通信周期、通过在通信周期内嵌入时钟同步策略提高时钟同步精度、采用位置误差补偿控制消减多轴协同运动误差，解决了网络化数控系统的多轴协同运动精度问题和保证实时性要求的前提下的可靠性问题。 本专利技术采用如下技术方案:一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，应用于网络化数控系统中，所述系统包括一个主站设备和多个从站设备，通过以太网进行连接，其包括以下步骤: A、所述主站设备在配置期间，对其与各从站设备之间的端到端延迟Dms进行测量和保存，同时测量并确定通信帧在各个从站设备的驻留时间Tt ； B、所述主站设备在配置期间，主站通过计算得到同步完成时间Tsramp和通信的周期时间T ； C、所述主站设备向从站发送同步集总帧，开始周期通信； D、所述主站设备在时间同步完成并间隔Trest之后，开始基于时间片规划的发送点对点通信命令帧; E、所述主站设备向所有从站发送完通信命令帧并接收到所有从站响应帧之后，等待一定时间后，进入下一次通信。 其中所述步骤A进一步包括以下步骤: Al、主站向第一从站发送延迟测量帧，该帧中包含了发送时间戳tmt。，第一从站接收到该帧后测量出帧入站时间戳tsic;1，第一从站在对帧信息进行处理之后，第一从站向主站发送延迟测量响应帧，该帧包括时间戳tsic;1和从站发送延迟测量响应帧的时间戳tstal，主站接收到测量响应帧之后测量得到接收时间戳t?。，由IEEE1588-2008的线路同级延迟tp2的计算方法可以得到主站和第一从站之间的同级延迟tp2msl，并将其保存在前一站点即主站； A2、第一从站在向主站发送延迟测量响应帧的同时，向第二从站发送延迟测量帧，具体步骤与测量主站和第一从站之间的同级延迟tP2msl相同，测得第一从站与第二从站之间的同级延迟tP2sls2，此时可以确定第一从站的固定驻留时间Ttl，该固定驻留时间只需要保证能够对帧进行必要的判断，将二者保存在第一从站； A3、在测量结束后，即最后一从站发送延迟测量响应帧一段时间之后，最后一从站向主站发送延迟收集帧，该帧每经过一从站就获取保存在该站点的同级延迟tP2和固定驻留时间Tt，并继续发送直到主站接收；主站接收到延迟收集报文之后，将这些同级延迟tP2与站点的固定驻留时间Tt进行相加得到主站与目标从站之间的线路端到端延迟Dms，然后主站再用延迟分发帧将端到端延迟Dms发送给对应从站； A4、对应从站接收到延迟分发帧之后，将端到端延迟Dms保存。 其中所述步骤B中同步完成时间Tscotp和周期时间T的计算公式分别为: Tscomp = Dms (n)+Tlmf, 其中η为最大从站数，Tlmf为主站发送完同步集总帧所需要的时间； T = Tscomp+Trest+ (n+2) Tg+Tidle, 其中T_t为同步完成之后到发送通信命令之后的时间间隔，Tg为通信命令帧发送间隔，Tidle为预留的空闲时间，n+2表示设定一次通信主站最多向两个从站重发通信命令帧或者向一个从站重发两次。 周期时间T的计算，其中所述的通信命令帧发送间隔Tg的计算公式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，应用于网络化数控系统中，所述系统包括一个主站设备和多个从站设备，通过以太网进行连接，其特征在于，包括以下步骤：A、所述主站设备在配置期间，对其与各从站设备之间的端到端延迟Dms进行测量和保存，同时测量并确定通信帧在各个从站设备的驻留时间Tt；B、所述主站设备在配置期间，主站通过计算得到同步完成时间Tscomp和通信的周期时间T；C、所述主站设备向从站发送同步集总帧，开始周期通信；D、所述主站设备在时间同步完成并间隔Trest之后，开始基于时间片规划的发送点对点通信命令帧；E、所述主站设备向所有从站发送完通信命令帧并接收到所有从站响应帧之后，等待一定时间后，进入下一次通信。

【技术特征摘要】
1.一种基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，应用于网络化数控系统中，所述系统包括一个主站设备和多个从站设备，通过以太网进行连接，其特征在于，包括以下步骤: A、所述主站设备在配置期间，对其与各从站设备之间的端到端延迟Dms进行测量和保存，同时测量并确定通信帧在各个从站设备的驻留时间Tt ； B、所述主站设备在配置期间，主站通过计算得到同步完成时间Tscotp和通信的周期时间T ； C、所述主站设备向从站发送同步集总帧，开始周期通信； D、所述主站设备在时间同步完成并间隔Trest之后，开始基于时间片规划的发送点对点通命令帧; Ε、所述主站设备向所有从站发送完通信命令帧并接收到所有从站响应帧之后，等待一定时间后，进入下一次通信。2.根据权利要求1所述的基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，其特征在于:其中所述步骤A进一步包括以下步骤: Al、主站向第一从站发送延迟测量帧，该帧中包含了发送时间戳tmt。，第一从站接收到该帧后测量出帧入站 时间戳tsic;1，第一从站在对帧信息进行处理之后，第一从站向主站发送延迟测量响应帧，该帧包括时间戳tsic;1和从站发送延迟测量响应帧的时间戳tstc;1，主站接收到测量响应帧之后测量得到接收时间戳t?。，由IEEE1588-2008的线路同级延迟tP2的计算方法得到主站和第一从站之间的同级延迟tP2msl，并将其保存在前一站点即主站； A2、第一从站在向主站发送延迟测量响应帧的同时，向第二从站发送延迟测量帧，具体步骤与测量主站和第一从站之间的同级延迟tP2msl相同，测得第一从站与第二从站之间的同级延迟tP2sls2，确定第一从站的固定驻留时间Ttl，该固定驻留时间只需要保证能够对帧进行必要的判断，将二者保存在第一从站； A3、在测量结束后，即最后一从站发送延迟测量响应帧一段时间之后，最后一从站向主站发送延迟收集帧，该帧每经过一从站就获取保存在该站点的同级延迟tP2和固定驻留时间Tt，并继续发送直到主站接收；主站接收到延迟收集报文之后，将这些同级延迟tP2与站点的固定驻留时间Tt进行相加得到主站与目标从站之间的线路端到端延迟Dms，然后主站再用延迟分发帧将端到端延迟Dms发送给对应从站； A4、对应从站接收到延迟分发帧之后，将端到端延迟Dms保存。3.根据权利要求2所述的基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，其特征在于:其中所述步骤B中同步完成时间Tscotp和周期时间T的计算公式分别为: Tscomp 一 Dms (n) +Tlmf， 其中η为最大从站数，Tlmf为主站发送完同步集总帧所需要的时间； T = Tscomp+Trest+(n+2)Tg+Tidle, 其中T_t为同步完成之后到发送通信命令之后的时间间隔，Tg为通信命令帧发送间隔，Tidle为预留的空闲时间，n+2表示设定一次通信主站最多向两个从站重发通信命令帧或者向一个从站重发两次。4.根据权利要求3所述基于链状工业以太网络的高精度短周期的实时通信规程，其特征在于:周期时间T的计算，其中所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：楼佩煌，钱晓明，黄威然，刘明灯，赵鹏，杨丽鹃，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32