一种自动配置实时光纤通信系统技术方案

本申请公开了一种自动配置实时光纤通信系统，涉及电力电子控制技术领域。本发明专利技术包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N‑1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连。本发明专利技术可以实现一个控制周期内所有节点接收并执行指令，同时向主控制节点返回测量数据，通信速率可达100Mb/s。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子控制
，更具体地说涉及一种自动配置实时光纤通信系统。
技术介绍
应用在电力电子控制领域的通信方式传统的主要是板内的TTLUART、SPI通信协议以及板间的RS485/RS232UART、CANopen、MODBUS，主流的实时通信协议包括ProfinetIRT、Powerlink、EtherCAT、SERCOS。UART全称是通用异步收发（UniversalAsynchronousReceiver/Transmitter)，TTLUART主要应用于板内通信，RS485/RS232UART一般应用在板间通信，UART只是链路层对一个字节数据传输的协议，要用于电力电子控制通信需要在其上层设计应用层协议，SPI跟UART类似只是链路层协议，并且要实现SPI需要至少三根光纤，其中一根为时钟信号，增加了通信系统成本。基于CAN总线的CANopen通信协议以及基于、基于RS485的MODBUS/RTU以及基于以太网的MODBUS/TCP是板间常用的通信协议，但是均为非实时通信协议，不能满足电力电子高速实时通信的需求。而主流的实时通信协议均基于以太网，协议较复杂，同时光纤以太网的实现成本较高。串行通信领域的通信协议有FC（光纤通道）、PCI-E、RocketIO、RapidIO等，若在光纤中实现这些通信协议，一般都要借助FPGA自带的高速串行收发器，收发器的电平常用差分CML，最低波特率不小于600Mb/s，这样就对光纤收发模块提出了很高的要求，需要应用高速光纤收发模块，成本大幅上升。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中存在的缺陷和不足，本专利技术提供了一种自动配置实时光纤通信系统，本专利技术的专利技术目的旨在于提供一种满足电力电子实时控制的低成本通信协议，可以实现一个控制周期内所有节点接收并执行指令，同时向主控制节点返回测量数据，通信速率可达100Mb/s。为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种自动配置实时光纤通信系统，其特征在于：包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N-1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连；主控制器的每个通道进行初始化通信过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区；主控制器的每个通道经过初始话通信过程，得到通信网络连接拓扑信息，在初始化之前预先设置网络拓扑参数，初始化通信完成后判断网络拓扑参数是否与预先设置网络拓扑参数一致，若不一致，则通信报错；主控制器完成系统初始化通信过程后，发送功能码，设备码为从节点ID号的配置帧，进行系统配置；系统初始化与配置完成后，即可进行正常通信。所述初始化通信过程具体是指：在系统上电或通信系统复位时，主节点发送功能码为0、设备码为0的初始化帧，第一从节点收到后将设备码加1作为自己的ID号并通过LED显示，同时打包功能码为0、设备码为ID号的初始化帧发送给第二从节点，一次类推，第N个从节点获得的ID号为N，并向主节点发送功能码为0、设备码为ID号的初始化帧，通过上述初始化过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区。系统在上电或通信系统复位后只能进行一次系统配置；系统配置完成后不能更改。系统初始化与配置完成后，即可进行正常通信，帧功能码为2。所述网络拓扑参数具体是指：主控制器的每个通道的从节点数。本申请中，自定义功能码为0表示初始化帧；自定义功能码为1表示系统配置帧；自定义功能码为2表示正常通信帧。与现有技术相比，本专利技术所带来的有益的技术效果表现在：目前光纤通信的控制一般采用的收发器芯片，通信速率最低都在600Mb/s，与之匹配的光纤收发器价格昂贵，本专利技术提供的通过FPGA进行收发控制器方案能够实现100Mb/s水平的通信速率，与之相匹配的光纤收发器成本很低。虽然100mb/s的通信速率对于图像、通信领域来讲属于低频，但是对电力电子控制领域属于较高频率，电力电子控制领域通信的特点是实时性要求高，通信数据量不大。本专利技术通过FPGA实现的自动配置通道设备功能也为实际应用提供了便利，以及通信连接的可靠性保证。本专利技术通过上述措施实现了一种满足电力电子实时控制的自动配置低成本通信协议，可以实现一个控制周期内所有节点接收并执行指令，同时向主控制节点返回测量数据，通信速率可达100Mb/s。附图说明图1为本专利技术通信系统拓扑结构图；图2为本专利技术通信每个通道硬件原理框图；图3为本专利技术通信帧格式图。具体实施方式实施例1作为本专利技术一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了：一种自动配置实时光纤通信系统，其特征在于：包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N-1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连；主控制器的每个通道进行初始化通信过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区；主控制器的每个通道经过初始话通信过程，得到通信网络连接拓扑信息，在初始化之前预先设置网络拓扑参数，初始化通信完成后判断网络拓扑参数是否与预先设置网络拓扑参数一致，若不一致，则通信报错；主控制器完成系统初始化通信过程后，发送功能码，设备码为从节点ID号的配置帧，进行系统配置；系统初始化与配置完成后，即可进行正常通信。实施例2作为本专利技术又一较佳实施例，参照说明书附图1-3，本实施例公开了：一种自动配置实时光纤通信系统，其特征在于：包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N-1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连；主控制器的每个通道进行初始化通信过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区；主控制器的每个通道经过初始话通信过程，得到通信网络连接拓扑信息，在初始化之前预先设置网络拓扑参数，初始化通信完成后判断网络拓扑参数是否与预先设置网络拓扑参数一致，若不一致，则通信报错；主控制器完成系统初始化通信过程后，发送功能本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动配置实时光纤通信系统，其特征在于：包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N‑1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连；主控制器的每个通道进行初始化通信过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区；主控制器的每个通道经过初始话通信过程，得到通信网络连接拓扑信息，在初始化之前预先设置网络拓扑参数，初始化通信完成后判断网络拓扑参数是否与预先设置网络拓扑参数一致，若不一致，则通信报错；主控制器完成系统初始化通信过程后，发送功能码，设备码为从节点ID号的配置帧，进行系统配置；系统初始化与配置完成后，即可进行正常通信。

【技术特征摘要】
1.一种自动配置实时光纤通信系统，其特征在于：包括主控制器和多个从控制器，主控制器上设置有多个通道，从控制器只有一个通道；所述主控制器的每个通道均为一个主节点每一个主节点包括一个发送端和接收端；所述从控制器的通道为一个从节点，每一个从节点包括一个发送端和接收端；主节点的发送端通过光纤与第一个从节点的接收端相连，第一从节点的发送端通过光纤与第二个从节点的接收端相连，依次类推，第N-1个从节点的发送端通过光纤与第N个从节点的接收端相连，第N个从节点的发送端通过光纤与主节点的接收端相连；主控制器的每个通道进行初始化通信过程，各从节点获得ID分配，主节点获得通道的从节点数，并为每个从节点分配状态和数据存储区；主控制器的每个通道经过初始话通信过程，得到通信网络连接拓扑信息，在初始化之前预先设置网络拓扑参数，初始化通信完成后判断网络拓扑参数是否与预先设置网络拓扑参数一致，若不一致，则通信报错；主控制器完成系统初始化通信过程后，发送功能码，设备码为从节点ID号的配置帧，进行系统配置；系统初始化...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘静波，杨嘉伟，何文辉，
申请(专利权)人：中国东方电气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51