ECATPON主從一體的EtherCAT無源光網(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
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[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)以太網(wǎng)自動化控制領(lǐng)域，尤其涉及ECATPON主從一體的EtherCAT無源光網(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
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[0002]今年來，伴隨工業(yè)4.0的發(fā)展，工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)已然成為了第四次工業(yè)革命中的主要核心技術(shù)之一。而實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT已經(jīng)成為一種全球范圍內(nèi)先進(jìn)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。EtherCAT的設(shè)計目標(biāo)是支持標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，并且能夠以最小的硬件成本在實時控制領(lǐng)域開展使用，更新周期快，穩(wěn)定性高。這些特點，使得EtherCAT成為運動控制、過程控制、分布式測量與控制應(yīng)用的理想選擇。
[0003]但是目前常用的EtherCAT的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主要為以主站為起點的樹形結(jié)構(gòu)或環(huán)形結(jié)構(gòu)。以及極少數(shù)的以主站為中心的星型拓展結(jié)構(gòu)，但也主要使用CAT5_e有源電纜進(jìn)行通信傳輸，中心主站需要有與從站數(shù)相匹配的以太網(wǎng)口。同時，整個網(wǎng)絡(luò)的通信都依賴于主站的分配和調(diào)度，一旦主站出現(xiàn)故障，則面臨整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓的可能。并且，有源電纜的通信傳輸，大大限制了 EtherCAT的傳輸距離以及應(yīng)用領(lǐng)域。本發(fā)明技術(shù)結(jié)合無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)的技術(shù)概念，構(gòu)建了專用的EtherCAT主從一體設(shè)備(MSI)來實現(xiàn)ECATPON網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)?？梢詫崿F(xiàn)無嚴(yán)格主從區(qū)分；無電磁干擾；高通信冗余；超長傳輸距離；高速的工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種能夠大幅提高原本已主站為中心的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、有源電信號的傳輸干擾與被干擾問題、無冗余安全保護(hù)以及不適合遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，使得實時工業(yè)以太網(wǎng)EtherCAT可用于車載、艦載、機(jī)載等極端惡劣環(huán)境領(lǐng)域的技術(shù)方案:
[0005]ECATPON主從一體的EtherCAT無源光網(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要包括多個主從一體設(shè)備、物理傳輸設(shè)備以及無源光光分路器，多個主從一體設(shè)備主要包括第一主從一體設(shè)備、第二主從一體設(shè)備、第三主從一體設(shè)備、第N主從一體設(shè)備，物理傳輸設(shè)備包括單模光纖，無源光光分路器為星型網(wǎng)絡(luò)中心的光分路器，無源光光分路器通過單模光纖采用波分復(fù)用技術(shù)與多個主從一體設(shè)備進(jìn)行無源通信交互連接。
[0006]作為優(yōu)選，第一主從一體設(shè)備主要包括第一主站、第二從站A、第三從站A，第二主從一體設(shè)備主要包括第二主站B、第一從站A、第三從站B，第三主從一體設(shè)備主要包括第三主站、第一從站B、第二從站B。
[0007]作為優(yōu)選，無源光光分路器包括一個熔融拉錐型光分路器和一個平面波導(dǎo)型光分路器，熔融拉錐型光分路器具有一個輸入端和6-7個輸出端，平面波導(dǎo)型光分路器的輸入端與恪融拉錐型光分路器的一個輸出端相連，無源光光分路器的輸入端為恪融拉錐型光分路器的輸入端，無源光光分路器的輸出端為平面波導(dǎo)型光分路器的輸出端和熔融拉錐型光分路器的輸出端，平面波導(dǎo)型光分路器由一個光分路芯片和兩端的光纖陣列耦合組成，具有一個輸入端口和2的N次方的輸出端口。
[0008]作為優(yōu)選，ECATPON網(wǎng)絡(luò)運行包括以下方式:
[0009]A、第一主從一體設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)給第二主從一體設(shè)備和第三主從一體設(shè)備，則第一主從一體設(shè)備需要通過第一主站發(fā)出數(shù)據(jù)給第二主從一體設(shè)備的第一從站A和第三主從一體設(shè)備的第一從站B。
[0010]B、第二主從一體設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)給第一主從一體設(shè)備和第三主從一體設(shè)備，則第二主從一體設(shè)備需要通過第二主站發(fā)出數(shù)據(jù)給第一主從一體設(shè)備的第二從站A和第三主從一體設(shè)備的第二從站B。
[0011]C、第三主從一體設(shè)備需要發(fā)送數(shù)據(jù)給第一主從一體設(shè)備和第二主從一體設(shè)備，則第三主從一體設(shè)備需要通過第三主站發(fā)出數(shù)據(jù)給第一主從一體設(shè)備的第三從站A和第二主從一體設(shè)備的第三從站B。
[0012]本發(fā)明的有益效果在于:
[0013](I)本發(fā)明采用單模光纖，進(jìn)行波分復(fù)用的方式來區(qū)分N套EtherCAT總線，從而避免各個EtherCAT總線之間的光干擾。因為采用無源光纖傳輸，不用擔(dān)心整個網(wǎng)絡(luò)會受外界環(huán)境干擾的可能，同時也避免對外產(chǎn)生電磁或輻射干擾。
[0014](2)本發(fā)明采用的中心分路器是無源器件，可以完全避免有源設(shè)備的供電、使用壽命、設(shè)備故障等問題引起的全網(wǎng)癱瘓。
[0015](3)本發(fā)明可以廣泛滿足列車、航空、船舶、汽車、工業(yè)自動化工廠等對傳輸距離、傳輸速率、通信帶寬、鏈路安全、干擾與輻射有高要求的應(yīng)用。
【附圖說明】
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[0016]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本發(fā)明的無源光光分路器原理圖。
【具體實施方式】
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[0018]為使本發(fā)明的發(fā)明目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0019]如圖1所示，ECATPON主從一體的EtherCAT無源光網(wǎng)絡(luò)星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，主要包括多個主從一體設(shè)備、物理傳輸設(shè)備以及無源光光分路器I，多個主從一體設(shè)備主要包括第一主從一體設(shè)備2、第二主從一體設(shè)備3、第三主從一體設(shè)備4、第N主從一體設(shè)備，其中N為^ 3的整數(shù)，物理傳輸設(shè)備包括單模光纖5，無源光光分路器I為星型網(wǎng)絡(luò)中心的光分路器，無源光光分路器I通過單模光纖5采用波分復(fù)用技術(shù)與多個主從一體設(shè)備進(jìn)行無源通信交互連接，第一主從一體設(shè)備2主要包括第一主站21、第二從站A22、第三從站A23，第二主從一體設(shè)備3主要包括第二主站31、第一從站A 32、第三從站B 33，第三主從一體設(shè)備4主要包括第三主站41、第一從站B 42、第二從站B 43。
[0020]本實施例中主從一體設(shè)備使用SoC的可編程邏輯器件構(gòu)成，以特殊的主站和從站IP核來實現(xiàn)MSI，因為可編程邏輯器件的靈活拓展和裁剪性能，使得任意拓展從站點數(shù)成為可能。同時，依靠SoC技術(shù)，可以在單芯片上同時完成主站搭建，每個網(wǎng)絡(luò)中的EMSI需要根據(jù)整個星型網(wǎng)絡(luò)的結(jié)點數(shù)N來構(gòu)建I個主站和N-1個從站，即整個網(wǎng)絡(luò)中會同時存在N個主站與NX (N-1)個從