ECATPON主从一体的EtherCAT无源光网络星型拓扑结构的制作方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及工业以太网自动化控制领域，尤其涉及ECATPON主从一体的EtherCAT无源光网络星型拓扑结构。
【背景技术】
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[0002]今年来，伴随工业4.0的发展，工业以太网技术已然成为了第四次工业革命中的主要核心技术之一。而实时工业以太网EtherCAT已经成为一种全球范围内先进的技术标准。EtherCAT的设计目标是支持标准的以太网，并且能够以最小的硬件成本在实时控制领域开展使用，更新周期快，稳定性高。这些特点，使得EtherCAT成为运动控制、过程控制、分布式测量与控制应用的理想选择。
[0003]但是目前常用的EtherCAT的网络结构主要为以主站为起点的树形结构或环形结构。以及极少数的以主站为中心的星型拓展结构，但也主要使用CAT5_e有源电缆进行通信传输，中心主站需要有与从站数相匹配的以太网口。同时，整个网络的通信都依赖于主站的分配和调度，一旦主站出现故障，则面临整个网络瘫痪的可能。并且，有源电缆的通信传输，大大限制了 EtherCAT的传输距离以及应用领域。本发明技术结合无源光网络(PON)的技术概念，构建了专用的EtherCAT主从一体设备(MSI)来实现ECATPON网络结构。可以实现无严格主从区分；无电磁干扰；高通信冗余；超长传输距离；高速的工业以太网网络拓扑技术。
【发明内容】
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[0004]为了解决上述问题，本发明提供了一种能够大幅提高原本已主站为中心的拓扑结构、有源电信号的传输干扰与被干扰问题、无冗余安全保护以及不适合远距离传输的问题，使得实时工业以太网EtherCAT可用于车载、舰载、机载等极端恶劣环境领域的技术方案:
[0005]ECATPON主从一体的EtherCAT无源光网络星型拓扑结构，主要包括多个主从一体设备、物理传输设备以及无源光光分路器，多个主从一体设备主要包括第一主从一体设备、第二主从一体设备、第三主从一体设备、第N主从一体设备，物理传输设备包括单模光纤，无源光光分路器为星型网络中心的光分路器，无源光光分路器通过单模光纤采用波分复用技术与多个主从一体设备进行无源通信交互连接。
[0006]作为优选，第一主从一体设备主要包括第一主站、第二从站A、第三从站A，第二主从一体设备主要包括第二主站B、第一从站A、第三从站B，第三主从一体设备主要包括第三主站、第一从站B、第二从站B。
[0007]作为优选，无源光光分路器包括一个熔融拉锥型光分路器和一个平面波导型光分路器，熔融拉锥型光分路器具有一个输入端和6-7个输出端，平面波导型光分路器的输入端与恪融拉锥型光分路器的一个输出端相连，无源光光分路器的输入端为恪融拉锥型光分路器的输入端，无源光光分路器的输出端为平面波导型光分路器的输出端和熔融拉锥型光分路器的输出端，平面波导型光分路器由一个光分路芯片和两端的光纤阵列耦合组成，具有一个输入端口和2的N次方的输出端口。
[0008]作为优选，ECATPON网络运行包括以下方式:
[0009]A、第一主从一体设备需要发送数据给第二主从一体设备和第三主从一体设备，则第一主从一体设备需要通过第一主站发出数据给第二主从一体设备的第一从站A和第三主从一体设备的第一从站B。
[0010]B、第二主从一体设备需要发送数据给第一主从一体设备和第三主从一体设备，则第二主从一体设备需要通过第二主站发出数据给第一主从一体设备的第二从站A和第三主从一体设备的第二从站B。
[0011]C、第三主从一体设备需要发送数据给第一主从一体设备和第二主从一体设备，则第三主从一体设备需要通过第三主站发出数据给第一主从一体设备的第三从站A和第二主从一体设备的第三从站B。
[0012]本发明的有益效果在于:
[0013](I)本发明采用单模光纤，进行波分复用的方式来区分N套EtherCAT总线，从而避免各个EtherCAT总线之间的光干扰。因为采用无源光纤传输，不用担心整个网络会受外界环境干扰的可能，同时也避免对外产生电磁或辐射干扰。
[0014](2)本发明采用的中心分路器是无源器件，可以完全避免有源设备的供电、使用寿命、设备故障等问题引起的全网瘫痪。
[0015](3)本发明可以广泛满足列车、航空、船舶、汽车、工业自动化工厂等对传输距离、传输速率、通信带宽、链路安全、干扰与辐射有高要求的应用。
【附图说明】
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[0016]图1为本发明的系统结构示意图；
[0017]图2为本发明的无源光光分路器原理图。
【具体实施方式】
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[0018]为使本发明的发明目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
[0019]如图1所示，ECATPON主从一体的EtherCAT无源光网络星型拓扑结构，主要包括多个主从一体设备、物理传输设备以及无源光光分路器I，多个主从一体设备主要包括第一主从一体设备2、第二主从一体设备3、第三主从一体设备4、第N主从一体设备，其中N为^ 3的整数，物理传输设备包括单模光纤5，无源光光分路器I为星型网络中心的光分路器，无源光光分路器I通过单模光纤5采用波分复用技术与多个主从一体设备进行无源通信交互连接，第一主从一体设备2主要包括第一主站21、第二从站A22、第三从站A23，第二主从一体设备3主要包括第二主站31、第一从站A 32、第三从站B 33，第三主从一体设备4主要包括第三主站41、第一从站B 42、第二从站B 43。
[0020]本实施例中主从一体设备使用SoC的可编程逻辑器件构成，以特殊的主站和从站IP核来实现MSI，因为可编程逻辑器件的灵活拓展和裁剪性能，使得任意拓展从站点数成为可能。同时，依靠SoC技术，可以在单芯片上同时完成主站搭建，每个网络中的EMSI需要根据整个星型网络的结点数N来构建I个主站和N-1个从站，即整个网络中会同时存在N个主站与NX (N-1)个从