一种基于总线耦合器的通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于总线耦合器的通信方法及系统，属于网络通信技术领域，其具体包括：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数，在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输，主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿，主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理，如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信，对主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，极大地提高了通信效率和质量。极大地提高了通信效率和质量。极大地提高了通信效率和质量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于总线耦合器的通信方法及系统


[0001]本专利技术属于网络通信
，具体的说是一种基于总线耦合器的通信方法及系统。

技术介绍

[0002]以EtherCAT为代表的工业以太网技术是网络技术和自动化控制技术在发展过程中相互结合的产物，其凭借优越的通信性能逐渐成为下一代自动化设备的标志性技术。目前国内研发的超精密装备大多数依赖国外的高端运动控制器为核心构建控制系统。
[0003]在通讯网络中，主站和从站设备进行传送或交换数据信息时不可避免地发生时延、丢包、设备噪声等网络诱导现象，使得系统性能下降，给系统的控制问题带来更大的难度和挑战。
[0004]如授权公告号为CN113890785B的中国专利公开了一种现场总线混合组网的通讯系统及方法，系统包括并列与DP总线相连的两个DP收发电路，两个DP收发电路分别经过第一隔离容耦与FPGA相连，FPGA经过第二隔离容耦连接并列的两个MAU电路，形成并列的两条通道，两个MAU电路与PA总线相连；FPGA经过SPI总线与MCU相连，MCU连接冗余模式设置拨码开关和DP波特率设置拨码开关；DP总线连接级联的DP主站和DP从站，DP主站向DP从站发送数据，DP从站的出线方向连接到下一级的DP从站，DP从站返回应答报文；PA总线连接PA仪表，PA仪表收到对应的DP主站报文帧后，向DP主站返回应答报文，完成该帧报文的接收，该专利技术提高了通讯速率。
[0005]如授权公告号为CN113867234B的中国专利公开了基于现场总线PA耦合器通讯端口的冗余通信系统及方法，系统包括微控制器、拨码开关、现场可编程门阵列以及媒体结合单元；拨码开关与微控制器相连，微控制器将拨码开关的冗余模式、通讯波特率传输至现场可编程门阵列，现场可编程门阵列通过逻辑编码设置出DP/PA协议转换单元，通过协议转换单元一方面实现对DP侧报文的串行接收，拆包并按照PA侧报文的要求进行打包和编码，并且生成码流发送至各个PA现场仪表设备；另一方面实现对PA侧报文的串行接收，解码并拆包，按照DP侧报文的要求进行打包并发送至DP主站设备；现场可编程门阵列经过媒体结合单元连接各个PA现场仪表设备。该专利技术支持灵活多样的扩展方式，方便用户接线选择。
[0006]以上专利均存在以下问题：未考虑在主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声问题，并解决了传统的现场总线技术实时性差、容量小等缺点。

技术实现思路

[0007]针对现有技术的不足，本专利技术提出了一种基于总线耦合器的通信方法及系统，包括：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数，在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输，主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿，主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理，如果发生通信错误或从站设备响应超时，
主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信，对主站设备和从站设备通信过程中的网络时延、数据丢包和设备噪声进行补偿和耦合，降低了网络时延、数据丢包和设备噪声对通信效率的影响，极大地提高了通信效率和质量。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0009]一种基于总线耦合器的通信方法，包括：
[0010]步骤S1：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数；
[0011]步骤S2：在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输；
[0012]步骤S3：主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿；
[0013]步骤S4：主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理；
[0014]步骤S5：如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信。
[0015]具体的，所述步骤S1中所述的网络配置和通信参数包括：总线拓扑结构、访问地址和数据传输方式。
[0016]具体的，所述步骤S2所述数据帧包括：以太网帧头、Ethernet头、EtherCAT数据和帧校验序列。
[0017]具体的，所述步骤S3所述的影响因子包括：时延、数据丢包和设备噪声。
[0018]具体的，所述步骤S3的具体步骤为：
[0019]步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：
[0020]，其中，n表示第n个从站设备，表示主站设备的本地系统时间，主站发送数据到从站设备的标准时间；
[0021]步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：
[0022]，其中，表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；
[0023]步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：
[0024]，其中，表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，表示主站发送第n个从站设备的原始数据，表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；
[0025]步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：
[0026]，其中，表示取上限函数，表示取下限函数，表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子，表示设备噪声对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因
子，表示时延对主站与第n个从站设备间数据传输的效率和质量影响因子。
[0027]具体的，所述步骤S4中数据处理包括：
[0028]数据解析：主站解析从站设备反馈的数据，并进行计算；
[0029]数据计算：计算从站设备反馈的数据，根据计算出的数据，准备下一次数据帧发送。
[0030]具体的，所述步骤S5中错误处理包括：
[0031]重发数据帧：主站向从站设备重新发送数据帧；
[0032]报告错误信息：主站记录该次发送的错误信息。
[0033]一种基于总线耦合器的通信系统，包括：
[0034]主站，用于发送数据给从站设备和接收从站设备反馈的数据；
[0035]从站设备，用于接收主站发送的数据，并经过数据处理后，再传输至主站；
[0036]EtherCAT总线耦合器，用于自动增量寻址、固定地址寻址和逻辑寻址；
[0037]数据处理模块，用于在主站与从站设备数据传输时，对影响因子时延、数据丢包和设备噪声进行耦合。
[0038]具体的，所述EtherCAT总线耦合器包括：总线耦合器、端子和终端，
[0039]所述总线耦合器用于识别所连接的端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，包括：步骤S1：初始化，设置EtherCAT总线耦合器的网络配置和通信参数；步骤S2：在主站上配置并建立与总线耦合器的连接，并发送数据帧给EtherCAT总线耦合器，初始化数据传输；步骤S3：主站通过发送和接收数据帧与从站设备进行数据交互，并对影响发送和接收信号的影响因子进行耦合补偿；步骤S4：主站接收从站设备返回的数据，并进行数据处理；步骤S5：如果发生通信错误或从站设备响应超时，主站进行错误处理，在通信结束后，关闭主站与EtherCAT总线耦合器的连接，重复上述步骤，完成基于总线耦合器的通信。2.如权利要求1所述的一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，所述步骤S1中所述的网络配置和通信参数包括：总线拓扑结构、访问地址和数据传输方式。3.如权利要求2所述的一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，所述步骤S2所述数据帧包括：以太网帧头、Ethernet头、EtherCAT数据和帧校验序列。4.如权利要求3所述的一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，所述步骤S3所述的影响因子包括：时延、数据丢包和设备噪声。5.如权利要求4所述的一种基于总线耦合器的通信方法，其特征在于，所述步骤S3的具体步骤为：步骤S301：设定主站发送数据到从站设备的时间为，从站设备的本地系统时间为，对主站发送数据到从站设备的时延进行补偿，计算公式为：，其中，n表示第n个从站设备，表示主站设备的本地系统时间，表示主站发送数据到从站设备的标准时间；步骤S302：对数据丢包进行补偿，计算公式为：，其中，表示当前主站与第n个从站设备间补偿后的的网络传输速率，表示当前主站与第n个从站设备间的网络传输速率，表示对主站与第n个从站设备间的网络补偿因子；步骤S303：对设备噪声进行补偿，计算公式为：，其中，表示主站发送第n个从站设备补偿后的数据，表示主站发送第n个从站设备的原始数据，表示对主站发送第n个从站设备数据过程中的去噪因子；步骤S304：对时延、数据丢包和设备噪声进行耦合，耦合因子的计算公式为：，其中，表示取上限函数，表示取下限函数，表示数据丢包对主站与第n个从站设备间数...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，
申请(专利权)人：南京德克威尔自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：