一种基于EtherCAT的扩展工业网关模块和系统的制作方法

一种基于ethercat的扩展工业网关模块和系统
技术领域
1.本实用新型涉及工业自动化技术领域，特别是涉及一种基于ethercat的扩展工业网关模块和系统。


背景技术：

2.ethercat设备已在各种领域的广泛应用，传统方式ethercat设备总线方式采用手拉手方式组网，在一些恶劣环境下，也可采用星型连接方式，但是需要外置专用ethercat工业网关模块，而市面ethercat交换机网关采用国外芯片方案，存在扩展电路冗余复杂、芯片短缺、价格昂贵等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于ethercat的扩展工业网关模块和系统，能够减少星型组网时的设计冗余。
4.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于ethercat的扩展工业网关模块，包括主控模块、电源模块、时钟模块、port接口模块和phy模块，所述主控模块分别与所述电源模块、时钟模块、port接口模块和phy模块相连，且采用ax58100控制器实现；所述电源模块用于为所述主控模块供电；所述时钟模块用于为所述主控模块提供时钟源；所述port接口模块用于连接网络接口或与其他所述扩展工业网关模块相连；所述phy模块通过mii接口与所述主控模块相连，用于连接网络接口。
5.所述电源模块包括依次连接的防护电路、电源转换电路和ldo线路，所述防护电路用于确保输入电压的幅值，所述电源转换电路用于将输入电压转换为第一工作电压，所述ldo线路用于将第一工作电压转换为第二工作电压，所述第一工作电压用于为所述ax58100控制器的外围器件供电，所述第二工作电压用于为所述ax58100控制器的内核供电。
6.所述时钟模块采用鸿星hxo-3系列有源晶振。
7.所述phy模块采用ip101gr芯片。
8.所述主控模块还连接有复位模块，所述复位模块用于在所述电源模块发生异常时向所述主控模块提供复位信号。
9.所述复位模块采用vda2510nta监控和复位芯片。
10.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种一种基于ethercat的扩展工业网关模块系统，包括n个级联的上述基于ethercat的扩展工业网关模块，其中n≥2，每个所述扩展工业网关模块均包括至少2个port接口模块，其中，第一个扩展工业网关模块的一个port接口模块与网络接口相连，另一个port接口模块与下一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连，最后一个扩展工业网关模块的一个port接口模块与网络接口相连，另一个port接口模块与上一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连，其余的扩展工业网关模块的一个port接口模块与上一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连，另一个port接口模块与下一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连。
11.有益效果
12.由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本实用新型采用ax58100控制器作为工业网关模块的主控模块，其自带2路phy，并能通过mii接口扩展的1路phy，最大支持3路100m以太网端口，在组成系统时，通过port接口可以和下一路模块的port接口进行级联，实现多路100m以太网端口，扩展成多路ethercat工业网关，从而能够满足工业现场总线多节点分支星型连接需求，这个系统结构简单，减少传统方式在星型组网时的设计冗余，满足对国产化模块的需求。
附图说明
13.图1是本实用新型第一实施方式的基于ethercat的扩展工业网关模块的方框图；
14.图2是本实用新型第一实施方式中电源模块的电路图；
15.图3是本实用新型第二实施方式的基于ethercat的扩展工业网关模块系统的方框图。
具体实施方式
16.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
17.本实用新型的第一实施方式涉及一种基于ethercat的扩展工业网关模块，如图1所示，包括主控模块、电源模块、时钟模块、复位模块、port接口模块和phy模块。其中，port接口模块共有两个，分别为port0接口模块和port1接口模块。
18.主控模块作为整个基于ethercat的扩展工业网关模块的核心，分别与所述电源模块、时钟模块、复位模块、port接口模块和phy模块相连。本实施方式中主控模块采用亚信电子2/3端口的ethercat从站控制器ax58100，其集成两个支持100mbps全双工操作与hp auto-mdix功能的快速以太网phy，ax58100有两个内存空间，分别对应到esc内存和function缓存器，内部网桥会根据设定的同步条件来自动同步esc内存与功能缓存器的内容，ax58100将esc和应用程序中断事件反应在中断状态缓存器；支持8个现场总线存储器管理单元(fmmus)、8个同步管理器、交叉线自动侦测及切换(hp auto-mdix)，兼容ieee 802.3和802.3u 100base-tx/100base-fx标准，同时支持phy回路模式。ax58100自带2路phy，并可通过mii接口扩展1路phy，最大支持3路100m以太网端口。
19.如图3所示，电源模块包括依次连接的防护电路、电源转换电路和ldo线路，所述防护电路用于确保输入电压的幅值，其包括串联的熔断器f1和二极管d1，本实施方式中，其能够将输入电压控制在24v。所述电源转换电路用于将输入电压转换为第一工作电压，本实施方式中电源转换电路采用国产dc-dc芯片xl1507，xl1507是一款高效pwm降压型dc-dc转换器，固定150khz开关频率，可提供高达3a输出电流能力，xl1507具有低纹波，出色的线性调整率和负载调整率。本实施方式中通过xl1507能够将24v电源转换为3.3v电源。所述ldo线路用于将第一工作电压转换为第二工作电压，包括稳压器d4，稳压器d4的负极直接与xl1507的输出端相连，正极接地，稳压器d4的负极还通过一个反馈电阻r48与xl1507的反馈
端相连，经过稳压器d4可以将3.3v电源转换为1.2v电源。本实施方式中3.3v电源为ax58100的外围器件供电，1.2v电源为ax58100的内核进行供电。
20.本实施方式中的时钟模块采用鸿星hxo-3系列有源晶振，实现了高性价比设计，晶振频率为25mhz，其供电电压3.3v，内部是一个晶体单元和振荡器的整合回路，频率容差最大均为
±
100x10-6，具有高品质和高稳定性能的有源晶振。
21.本实施方式的复位模块采用vda2510nta监控和复位芯片，是低电压，低功耗，1％的高检测精度的cmos电压检测器。在线监控3.3v电源供电状态，当电源发生异常立即复位系统，实时保护网关模块。
22.port0接口模块和port1接口模块采用集成1:1网络变压器的百兆rj45端口，隔离电压1500vrms，集成电磁屏蔽功能，保证系统通讯质量；phy模块采用九阳电子ip101gr芯片，3.3v供电电压，单端口支持10/100m传输速率，通过mii接口和ax58100控制器实现数据交互。
23.不难发现，本实施方式中各个模块都能使用国产芯片完成，降低了成本，满足对国产化模块的需求，实现国产ethercat扩展工业网关模块设计。
24.本实用新型的第二实施方式涉及一种基于ethercat的扩展工业网关模块系统，如图3所示，包括n个级联的第一实施方式的基于ethercat的扩展工业网关模块，其中n＝3，每个所述扩展工业网关模块均包括至少2个port接口模块，其中，第一个扩展工业网关模块的port0接口模块与网络接口rj45相连，port1接口模块与第二个扩展工业网关模块的port2接口模块相连，第二个扩展工业网关模块的port3接口模块与第三个扩展工业网关模块的port4接口模块相连，第三个扩展工业网关模块的port5接口模块与各一个网络接口rj45相连；每个扩展工业网关模块的phy模块均可以连接一个网络接口rj45，这些网络接口rj45可以与ethercat设备相连，从而使得ethercat设备形成星型组网连接。如果需要接入更多的ethercat设备只需在中间增加更多的扩展工业网关模块即可，添加时只需将扩展工业网关模块的一个port接口模块与上一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连，另一个port接口模块与下一级的扩展工业网关模块的一个port接口模块相连，整个方式十分简洁，没有复杂的冗余设计，方便了工业的组网。