以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器。该方法包括：接收平板电脑通过USB接口发送的控制数据；将控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据；将EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。本发明适配器包括：USB接口、以太网接口、转换模块。本发明实现了EtherCAT设备可以识别平板电脑发送的控制数据，从而使得可以采用平板电脑对EtherCAT设备进行现场控制，进一步地实现了通过平板电脑对EtherCAT设备的控制来控制与该EtherCAT设备相连接的现场控制设备。
【专利说明】
以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器
技术领域
[0001]本发明实施例涉及工业自动化和工业以太网现场总线控制技术领域，尤其涉及一种以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器。
【背景技术】
[0002]以太网控制自动化技术(EthernetControl Automat1n Technology，简称:EtherCAT)是一种国际标准的工业以太网现场总线，是目前国际上最广泛使用的工业以太网现场总线之一，目前由计算机控制装置与现场控制设备来对EtherCAT设备进行现场控制，即采用计算机控制装置与现场控制设备传输控制指令和反馈数据。其中，上述现场控制设备通常是由伺服驱动装置、伺服电机、传感器、数字量开关等设备构成的自动控制系统，上述计算机控制装置通常为嵌入式计算机或工业控制计算机。
[0003]近几年来，平板电脑作为一种移动多媒体设备，发展迅速，已经成为目前最广泛使用的计算机产品，随着工业自动化控制系统向着分布化和智能化方面发展，如何采用平板电脑对EtherCAT设备进行现场控制成为当前的研究趋势。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器，以实现通过平板电脑对EtherCAT设备的控制来控制与该EtherCAT设备相连接的现场控制设备。
[0005]本发明实施例提供一种以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法，包括:接收平板电脑通过通用串行总线(Universal Serial Bus，简称:USB)接口发送的控制数据；
[0006]将控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据；
[0007]将EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。
[0008]本发明实施例提供一种适配器，包括:USB接口、以太网接口、转换模块；
[0009]USB接口，与平板电脑的USB接口连接，用于接收平板电脑发送的控制数据；
[0010]转换模块，与所述USB接口连接，将所述控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据；
[0011 ] 以太网接口，与EtherCAT设备链接，用于将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。
[0012]本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法及适配器中，通过接收平板电脑通过USB接口发送的控制数据，将所述控制数据转换为EtherCAT设备可识别的控制数据，将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备，实现了 EtherCAT设备可以识别平板电脑发送的控制数据，从而使得可以采用平板电脑对EtherCAT设备进行现场控制，进一步地实现了通过平板电脑对EtherCAT设备的控制来控制与该EtherCAT设备相连接的现场控制设备。
【附图说明】
[0013]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例一的流程图；
[0015]图2为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例二的流程图；
[0016]图3为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例三的数据帧示意图；
[0017]图4为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例四的流程图；
[0018]图5为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例五的控制周期T和位置指令曲线趋势示意图；
[0019]图6为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例五的EtherCAT数据帧的现场总线的存储器管理数据段示意图；
[0020]图7本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例六的流程图；
[0021]图8为本发明提供的适配器实施例七的结构示意图；
[0022]图9为本发明提供的适配器实施例八的结构示意图。
【具体实施方式】
[0023]为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0024]图1为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例一的流程图，该方法的执行主体可以是适配器，如图1所示，本实施例的方法可以包括:
[0025]步骤101、接收平板电脑通过USB接口发送的控制数据。
[0026]步骤102、将所述控制数据转换为EtherCAT设备可识别的控制数据。
[0027]步骤103、将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。
[0028]其中，上述平板电脑可以是带安卓操作系统的平板电脑，本发明实施例以安卓操作平板电脑为例，上述控制数据可以是在平板电脑上用JAVA语言编写的控制程序，该控制程序中的设备控制指令使用EtherCAT协议格式，然后使用安卓操作系统提供的套接(Socket)类库编写基于Socket模式的通信程序，将使用EtherCAT协议格式的控制指令打包在Sockte模式的控制数据包中，通过USB接口经过数据线缆发送给适配器。
[0029]适配器将接收到的该控制数据转换为EtherCAT设备可识别的控制数据，并将该EtherCAT设备可以识别的控制数据发送给EtherCAT设备。其中，上述EtherCAT设备可以与自动控制系统中的现场控制设备连接，该现场控制设备可以包括伺服驱动装置、伺服电机、传感器、数字量开关等，本发明实施例对此不加以限制。其中，平板电脑通过对EtherCAT设备的控制，进一步可以实现对上述现场控制设备的控制。
[0030]本发明实施例中，通过接收平板电脑通过USB接口发送的控制数据，将所述控制数据转换为EtherCAT设备可识别的控制数据，将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备，实现了 EtherCAT设备可以识别平板电脑发送的控制数据，从而使得可以采用平板电脑对EtherCAT设备进行现场控制，进一步地实现了通过平板电脑对EtherCAT设备的控制来控制与该EtherCAT设备相连接的现场控制设备。
[0031]这项技术也可以用于类似的其他控制系统，例如:智能家电、医疗仪器、科学实验仪器、教学实验装置等。
[0032]图2为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例二的流程图，上述实施例中，可选地，控制数据携带在用户数据报协议(User DatagramProtocol，简称:UDP)数据包中。相应地，如图2所示，上述将控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据，具体可以包括:
[0033]步骤201、将控制数据转换为第一 UDP数据帧，其中，所述第一 UDP数据帧包括UDP头和UDP数据，UDP数据中包括EtherCAT数据帧。
[0034]步骤202、根据所述第一 UDP数据帧，获取EtherCAT数据帧。具体地，可以是将上述第一 UDP数据帧的UDP头去掉，从UDP数据中获取EtherCAT数据帧。
[0035]具体的，图3为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例三的数据帧示意图，如图3所示，该数据帧包括UDP头和UDP数据，适配器将第一 UDP数据帧的UDP头去掉，从UDP数据中将EtherCAT数据帧部分读出，生成EtherCAT数据包，通过以太网接口和以太网电缆发送到EtherCAT设备。
[0036]图4为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例四的流程图，如图4所示，上述将EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备，具体可以包括:
[0037]步骤401、按照EtherCAT设备的控制周期，将EtherCAT数据帧划分为预设个数的子EtherCAT数据帧。
[0038]步骤402、将预设个数的子EtherCAT数据帧按照预设周期依次发送给所述EtherCAT 设备。
[0039]具体可以根据平板电脑的系统来确定上述预设周期。
[0040]图5为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例五的控制周期T和位置指令曲线趋势示意图，图6为本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例五的EtherCAT数据帧的现场总线的存储器管理(FieldbusMemory Management，简称:FMMU)数据段示意图，结合图5和图6所示，以安卓操作系统的平板电脑、以伺服电机为现场控制设备为例，这种安卓操作系统的平板电脑的适用控制周期通常为50毫秒，EtherCAT协议的同步控制周期规定通常为1_8毫秒，为了达到EtherCAT总线协议的同步周期控制规定要求，可以通过适配器的位置指令细分功能，将平板电脑的以50毫秒为周期的控制数据细分成以5毫秒为周期的控制数据，来控制上述伺服电机。
[0041]具体地，假设控制数据为位置指令，平板电脑的控制周期为T = 50毫秒，发出的伺服电机位置指令为P，如图3所示；位置指令为P保存在EtherCAT数据帧的FMMU数据段FMMU(P)中，如图4所示；以太网-EtherCAT协议转换芯片18的工作周期为dT = 5毫秒，它将FMMU(P)中的伺服电机位置指令P细分:n = T/dT，dP = P/n，Pi+1 = Pi+dP, i=0..9，适配器会按5毫秒为周期生成包含位置指令FMMU(Pi)的EtherCAT细分数据帧，FMMU (PI)...FMMU (P9)，以及数据帧FMMU (P)，发送到EtherCAT设备以及和该EtherCAT设备连接的上述伺服电机。
[0042]图7本发明提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法实施例六的流程图，如图7所示，本实施例的方法可以包括:
[0043]步骤701、接收所述EtherCAT设备发送的返回数据帧。
[0044]步骤702、将所述返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据。
[0045]步骤703、将所述USB接口可识别的接口数据发送给所述平板电脑。
[0046]进一步地，步骤702将返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据，可以包括:
[0047]将返回数据帧转换为第二 UDP数据帧，其中，所述第二 UDP数据帧中包含所述返回数据；将所述第二 UDP数据帧转换为与所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据。
[0048]具体地，最后一个现场控制设备执行控制操作后，并将EtherCAT数据帧返回。返回数据帧经过所有现场控制设备，到达适配器的以太网接口，转换成可被平板电脑USB接口识别的EtherCAT数据帧。适配器将EtherCAT数据帧打包在第二 UDP数据帧中，通过USB接口和数据传输电缆发送到平板电脑，使用平板电脑的Socket类库读入第二 UDP数据包，并从第二 UDP数据包中的EtherCAT数据帧中读取控制设备的反馈数据，并作出处理。
[0049]优选的，上述实施例中的USB接口为通用串行总线(Universal Serial Bus，简称:USB)接口，所述USB接口可识别的接口数据为USB数据帧。本实施例并不以此为限，例如，对于其他类型的平板电脑，也可以是与其相适应的其它接口。
[0050]本发明实施例中，通过接收EtherCAT设备发送的返回数据帧，将返回数据帧转换为平板电脑的USB接口可识别的接口数据，将USB接口可识别的接口数据发送给平板电脑，实现了平板电脑可以读取EtherCAT设备反馈回来的控制数据，做出处理，进一步地实现了平板电脑对EtherCAT设备的控制来控制与该EtherCAT设备相连接的现场控制设备的控制循环。
[0051]图8为本发明提供的适配器实施例七的结构示意图，如图8所示，本实施例的装置可以包括:USB接口 11、转换模块12和以太网接口 13，其中，
[0052]USB接口 11用于与平板电脑的USB接口连接，用于接收平板电脑发送的控制数据。
[0053]转换模块12用于与所述USB接口连接，将所述控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据。
[0054]以太网接口 13用于与EtherCAT设备连接，用于将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。
[0055]本实施例的装置，可以用于执行图1所示方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0056]进一步地，控制数据携带在用户数据报协议UDP数据包中，图9为本发明提供的适配器实施例八的结构示意图，如图9所示，其中转换模块12包括:数据-以太网转换芯片201、第一以太网物理层器件202、以太网-EtherCAT转换芯片203以及第二以太网物理层器件204。其中，
[0057]数据-以太网转换芯片201与所述USB接口 11连接，用于将所述控制数据转换为第一 UDP数据帧，第一 UDP数据帧包括UDP头和UDP数据，UDP数据中包括EtherCAT数据帧；
[0058]第一以太网物理层器件202与所述数据-以太网转换芯片201连接，用于将第一UDP数据帧发送到以太网-EtherCAT转换芯片；
[0059]以太网-EtherCAT转换芯片203与所述第一以太网物理层器件202连接，用于将以太网UDP数据帧的UDP头去掉，获取EtherCAT数据帧；
[0060]第二以太网物理层器件204与以太网接口 13连接，用于将所述EtherCAT数据帧发送给所述以太网接口 13。
[0061]进一步地，以太网-EtherCAT转换芯片203，还用于按照EtherCAT设备的控制周期将EtherCAT数据帧划分为预设个数的子EtherCAT数据帧，以太网接口 13，将预设个数的子EtherCAT数据帧按照预设周期依次发送给所述EtherCAT设备。
[0062]上述装置用于执行图5、图6方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0063]进一步地，以太网接口 13还可以用于接收所述EtherCAT设备发送的返回数据帧，转换模块12还可以用于将返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据，USB接口 11还可以用于将所述USB接口可识别的接口数据发送给所述平板电脑。
[0064]上述装置用于执行图7方法实施例的技术方案，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
[0065]进一步地，第二以太网物理层器件204与以太网接口 13连接，还可以用于将EtherCAT设备发送的返回数据帧发送给以太网-EtherCAT转换芯片203 ;
[0066]以太网-EtherCAT转换芯片203与第一以太网物理层器件202连接，还可以用于将所述返回数据帧打包到第二 UDP数据帧，其中，所述第二 UDP数据帧包括返回数据帧；
[0067]第一以太网物理层器件202与数据-以太网转换芯片201连接，还可以用于将所述第二 UDP数据帧发送到所述数据-以太网转换芯片201 ;
[0068]数据-以太网转换芯片201与USB接口 11连接，还可以用于将所述第二 UDP数据帧转换成所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据。
[0069]需要说明的是，本发明实施例提供的以太网控制自动化技术设备控制信息传输装置，可以应用于工业自动化领域，以及其他自动控制、数据采集和处理设备，例如:智能家电、医疗仪器、科学试验仪器和教学实验设备等。
[0070]本领域普通技术人员可以理解:实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括:R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0071]最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
【主权项】
1.一种以太网控制自动化技术设备控制信息传输方法，其特征在于，包括: 接收平板电脑通过通用串行总线USB接口发送的控制数据； 将所述控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据； 将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述控制数据携带在用户数据报协议UDP数据包中； 所述将所述控制数据转换为EtherCAT设备可识别的控制数据，包括: 将所述控制数据转换为第一 UDP数据帧，其中，所述第一 UDP数据帧包括UDP头和UDP数据，所述UDP数据中包括EtherCAT数据帧； 根据所述第一 UDP数据帧，获取所述EtherCAT数据帧。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备，包括: 按照所述EtherCAT设备的控制周期，将所述EtherCAT数据帧划分为预设个数的子EtherCAT数据帧； 将所述预设个数的子EtherCAT数据帧按照预设周期依次发送给所述EtherCAT设备。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括: 接收所述EtherCAT设备发送的返回数据帧； 将所述返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据； 将所述USB接口可识别的接口数据发送给所述平板电脑。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述将所述返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据，包括: 将所述返回数据帧转换为第二 UDP数据帧，其中，所述第二 UDP数据帧中包含所述返回数据； 将所述第二 UDP数据帧转换为与所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据。6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述USB接口可识别的接口数据为USB数据帧。7.—种适配器，其特征在于，包括:USB接口、以太网接口、转换模块； 所述USB接口，与平板电脑的USB接口连接，用于接收平板电脑发送的控制数据；所述转换模块，与所述USB接口连接，将所述控制数据转换为以太网控制自动化技术EtherCAT设备可识别的控制数据； 所述以太网接口，与EtherCAT设备连接，用于将所述EtherCAT设备可识别的控制数据发送给所述EtherCAT设备。8.根据权利要求7所述的适配器，其特征在于，所述控制数据携带在用户数据报协议UDP数据包中； 所述转换模块包括:数据-以太网转换芯片、第一以太网物理层器件、以太网-EtherCAT转换芯片以及第二以太网物理层器件，其中: 所述数据-以太网转换芯片，与所述USB接口连接，用于将所述控制数据转换为第一 UDP数据帧，其中，所述第一 UDP数据帧包括UDP头和UDP数据，所述UDP数据中包括EtherCAT数据帧； 所述第一以太网物理层器件，与所述数据-以太网转换芯片连接，用于将所述第一 UDP数据帧发送到所述以太网-EtherCAT转换芯片； 所述以太网-EtherCAT转换芯片，与所述第一以太网物理层器件连接，用于根据所述第一 UDP数据帧，获取所述EtherCAT数据帧。 所述第二以太网物理层器件，与所述以太网接口连接，用于将所述EtherCAT数据帧发送给所述以太网接口。9.根据权利要求8所述的适配器，其特征在于，所述以太网-EtherCAT转换芯片，还用于按照所述EtherCAT设备的控制周期，将所述EtherCAT数据帧划分为预设个数的子EtherCAT数据帧； 所述以太网接口，将所述预设个数的子EtherCAT数据帧按照预设周期依次发送给所述EtherCAT设备。10.根据权利要求7所述的适配器，其特征在于，所述以太网接口，还用于接收所述EtherCAT设备发送的返回数据帧； 所述转换模块，还用于将所述返回数据帧转换为所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据； 所述USB接口，还用于将所述USB接口可识别的接口数据发送给所述平板电脑。11.根据权利要求10所述的适配器，其特征在于，所述转换模块包括:数据-以太网转换芯片、第一以太网物理层器件、以太网-EtherCAT转换芯片以及第二以太网物理层器件，其中: 所述第二以太网物理层器件，与所述以太网接口连接，用于将EtherCAT设备发送的返回数据帧发送给以太网-EtherCAT转换芯片。 所述以太网-EtherCAT转换芯片，与所述第一以太网物理层器件连接，用于将所述返回数据帧打包到第二 UDP数据帧，其中，所述第二 UDP数据帧包括返回数据帧； 所述第一以太网物理层器件，与所述数据-以太网转换芯片连接，用于将所述第二 UDP数据帧发送到所述数据-以太网转换芯片； 所述数据-以太网转换芯片，与所述USB接口连接，用于将所述第二 UDP数据帧转换成所述平板电脑的所述USB接口可识别的接口数据。
【文档编号】G06F13/38GK105824770SQ201510013054
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年1月9日
【发明人】肖文磊, 刘亚醉, 郇极, 靳阳, 胡星, 刘艳强
【申请人】北京航空航天大学