一种基于EtherCAT总线的液压支架电液控制器的制作方法

本实用新型涉及矿山物联网领域，尤其是涉及一种基于ethercat总线的液压支架电液控制器。

背景技术：

目前基于ethercat实时总线协议的液压支架电液控制系统都必须采用主从结构，系统中需要至少配置一台主站用于发起通信和通信链路维护。支架控制系统的核心部件是大量的液压支架控制器，每一个支架控制器都是作为从站，所有的从站通过通信电缆按照线性结构排列成长达数百米的一行。由于现场工况极其复杂，通信线路中断或某一从站故障极为常见，一旦出现这种情况，整个系统就会进入停滞状态，严重影响生产作业，给客户造成巨大损失。

为应对这种系统通信故障导致的系统瘫痪，一般采用增加冗余通信总线或增加冗余主站的方式予以应对和解决。由于综采工作面施工条件受限，通信线缆和主站成本高昂，后期数据的处理繁琐易错等，采用总线冗余和主站冗余的方式都存在很大的局限性。冗余总线的方式无法解决从站故障带来的系统通信中断问题，冗余主站无法解决系统中存在多个通信断点的问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种基于ethercat总线的液压支架电液控制器，用于解决现有基于ethercat实时总线协议的液压支架电液控制系统出现通信故障，进而导致系统瘫痪的问题，其技术方案如下所述：

一种基于ethercat总线的液压支架电液控制器，包括单片机主控模块和与其连接的工业以太网控制通讯模块相连接，所述工业以太网控制通讯模块连接有工业以太网总线的rj45，所述单片机主控模块分别连接有供电模块、显示模块、声光报警模块、键盘矩阵模块、急停闭锁模块、通信控制模块、传感器组采集模块、数据存储模块，所述单片机主控模块设置有计时器。

所述单片机主控模块采用am335x或amic110芯片。

所述显示模块采用ch451l芯片，用于控制器的状态显示、参数显示和查询以及异常告警显示。

所述通信控制模块包括rs-485通信模块、can总线通讯模块、无线通信模块，rs-485通信模块实现支架间的数据通信和数据交换，can总线通讯模块、无线通信模块实现支架控制器和周边功能部件之间的通信和控制功能。

所述传感器组采集模块包括压力传感器、行程传感器、红外传感器，用于实现压力、行程、红外的数据采集和处理。

所述急停闭锁模块采用khj15/18芯片，用于检修或紧急状态下实现本支架闭锁和全工作面急停。

所述数据存储模块内置ethercat主站和从站两套通信协议。

本实用新型使得支架控制器在出现n个通信电缆故障或从站故障时，整个系统自动裂变为n+1个独立的子系统，每个子系统内部能够最大程度的保持通信畅通和设备控制功能，保证现场继续进行安全生产。不再需要额外配备昂贵的冗余通信总线和冗余主站，减轻了现场安装调试和维护的难度，大大节约了系统的初始和运行成本，提高了系统的灵活性，可用性和安全性。

附图说明

图1是所述基于ethercat的液压支架电液控制器的示意图。

具体实施方式

如图1所示，所述基于ethercat总线的液压支架电液控制器应用在主站和从站上，这样，所述主站和从站的控制器都是相同的。

所述基于ethercat总线的液压支架电液控制器包括单片机主控模块，所述单片机主控模块分别连接有供电模块、显示模块、声光报警模块、键盘矩阵模块、急停闭锁模块、通信控制模块、传感器组采集模块、数据存储模块。

以下是各模块的功能描述：

单片机主控模块用于运行控制程序，完成数据处理和交互等，其能够实现主站与从站的变换，采用am335x芯片。对所述单片机主控模块来说，工业以太网ethercat协议的从站实现方案一般有三种形式，一是基于单一嵌入式soc系统解决方案，如ti公司的am335x或amic110，其内部集成有高性能处理器以及专门用于ethercat协议的协处理器；二是采用单片机+asic的方式，如stm32f407+ln9252或是采用单片机+et1100；还有一种是采用单片机+fpga的方式。

供电模块是完成电源的转换，为各个功能模块提供符合要求的电源。

显示模块用于状态显示，参数显示和查询以及异常告警显示等，其采用ch451l芯片。

声光报警模块主要用于操作和动作提醒，异常状态报警等，其采用单片机gpio控制。

键盘矩阵模块按键输入功能，通过按键发出操作指令，查询状态和参数，以及设置参数等。

急停闭锁模块用于检修或紧急状态下实现本架闭锁和全工作面急停，采用khj15/18芯片。

所述通信控制模块包括rs-485通信模块、can总线通讯模块、无线通信模块，这三个模块是一般的支架控制器都会具有的总线，是用于连接驱动器或无线通信等。rs-485通信模块实现支架间的数据通信和数据交换，can总线通讯模块、无线通信模块实现支架控制器和周边功能部件之间的通信和控制功能。

传感器组采集模块实现压力、行程、红外、位姿等多种传感器的数据采集和处理，通过多种传感器实现，例如压力传感器、行程传感器、红外传感器等。

数据存储模块用于保存和运行控制器的代码，记录异常发生时的重要数据。包括sram、ddr等掉电易失的存储器，以及flash、eeprom等掉电不易失的存储器。

所述单片机主控模块设置有计时器，通过计时器是否溢出，判断主从站的时间同步机制是否发生中断。

所述单片机主控模块与工业以太网控制通讯模块相连接，所述工业以太网控制通讯模块连接有工业以太网总线的rj45，采用tja1100芯片。

本控制器中，ethercat主站的物理层符合以太网的规范，没有其它特殊要求，而从站的物理层一般需要硬件支持，但是依然符合以太网的规范。

使用时，连接不上主站的从站启动异常处理控制流程，原通讯系统在故障前是有时间同步机制的，因此所有系统中和主站失去联系的从站都几乎同时触发这一中断，所有的从站的控制器都会产生并开始响应该中断，启动异常处理控制流程。

每个从站都会将工作面系统全局参数从数据存储器读出，同时将各自从站的ethercat协议栈停止，不再受ethercat协议制约，通信模式改为点对点的以太网通信方式，通过查询本地存储器内的参数表实现和各自相邻控制器的数据通信和交换。

所有连接不上主站且能互相通信的从站，设定临时主站，建立临时通讯系统：通过预先设定的方式，其中一个从站会自动将底层的配置和协议栈更改为主站模式，重新发起通信和链接，让这部分从站重新工作起来。这个过程涉及到故障侦测，沟通协调，系统配置、数据存储芯片的擦除和重新烧写，协议栈的重新调整和系统参数重置等一系列复杂操作，都是在各从站的控制器的控制下自动完成，这时原来的系统从失联初一分为二，变成两个相对独立的系统。

在数据存储模块上内置ethercat主站和从站两套通信协议，主控程序增加异常通信监控功能、从站间沟通协商功能，系统通信异常报警功能，系统异常状态记录功能，主站和从站协议转换功能等。

本实用新型在采用单一环路上，实现了故障发生时，设立临时通讯系统，使得数据仍可被收集，而且全部过程都是自动完成的，不需要人为配置或指定。

采用以上机制后可以适应通信线缆故障、主站或从站异常故障，可以适应多个故障同时发生，比如两个不同的故障点导致系统自适应分为3个子系统相对独立运行，但是因为重要的系统参数是一致的，各子系统的数据和控制方式不需要做出重大改变。

本实用新型相比于增加一个备份主站或是增加一条备用通信总线的方式，系统的自适应性更强，成本更低，现场实施可行性更高。