具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明所述的基于多种以太网的通信控制装置可以兼容多种以太网协议的控制电路，实现了一板多用，可以根据不同的用户需求进行灵活设置，有效利用资源，从一定程度上降低了工业现场在更换以太网协议时的硬件成本。

以下将结合图1至图10详细阐述本实施例的一种基于多种以太网的通信控制装置及运动控制系统的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本实施例的基于多种以太网的通信控制装置及运动控制系统。

请参阅图1，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的结构示意图。如图1所示，所述基于多种以太网的通信控制装置包括：第一协议配置电路1、第二协议配置电路2和主控电路3。

所述第一协议配置电路1包括时间敏感型网络TSN协议配置电路、以太网控制自动化EtherCAT协议配置电路和开源实时通信Powerlink协议配置电路中的至少一种。

所述第二协议配置电路2为运动控制网络RTEX协议配置电路。

所述主控电路3分别与所述第一协议配置电路1和第二协议配置电路2连接。

请参阅图2，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的原理框架图。所述主控电路采用ARM(Advanced RISC Machine，高级RISC处理器)+FPGA(FieldProgrammable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)的嵌入式双核高性能芯片作主控芯片，主控芯片连接基本的外设电路，采用上电复位方式进行复位，采用33.3333MHz的有源晶振。主控芯片外接的存储芯片主要有DDR3芯片，FLASH芯片，e.MMC芯片。上述存储芯片主要用来存储系统引导程序，应用程序和用户数据等。此外，还包括电源电路和LED指示电路。如图2所示，所述第一协议配置电路包括第一以太网子电路Ethernet1、第二以太网子电路Ethernet2和第三以太网子电路Ethernet3。

所述第一以太网子电路包括第一物理层收发单元PHY1和第一网口(网口1)。

所述第二以太网子电路包括第二物理层收发单元PHY2和第二网口(网口2)。

所述第三以太网子电路包括第三物理层收发单元PHY3和第三网口(网口3)。

所述第一以太网子电路、第二以太网子电路和第三以太网子电路均与所述主控电路连接。且所述第一以太网子电路、第二以太网子电路和第三以太网子电路可以是10/100/1000Base-T中的一种，优选的为1000Base-T的千兆以太网技术。

具体地，千兆网口1和千兆网口2通过PHY1，PHY2连接到主控芯片ARM核的MAC(Media Access Control，物理地址)上。千兆网口3通过PHY3连接到主控芯片FPGA核的外围引脚。百兆网口4和网口5分别通过PHY4和松下RTEX专用芯片连接到主控芯片FPGA核的外围引脚，其中网口4只负责发送数据(TX)，网口5只负责接收数据(RX)。

在本实施例中，所述主控电路包括第一控制芯片ARM(Advanced RISC Machine，高级RISC处理器)与第二控制芯片FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)。

所述第一以太网子电路、第二以太网子电路均与所述第一控制芯片ARM连接。

所述第三以太网子电路与所述第二控制芯片FPGA连接。

在本实施例中，所述第一以太网子电路和第二以太网子电路互为冗余电路。

所述第一网口与第二网口之间连接有多个被控设备，以使所述第一以太网子电路出现故障时，由所述第二以太网子电路与所述被控设备之间进行数据收发或所述第二以太网子电路出现故障时，由所述第一以太网子电路与所述被控设备之间进行数据收发。

结合图2，运行TSN协议的控制流程如下：

当基于多种以太网的通信控制装置所在的运动控制系统上电后，通过网口1下载事先设置好的TSN协议配置文件，系统重新上电，主控芯片读取配置文件，初始化各个模块程序。主控芯片ARM核通过网口2接收(或者发送)被控设备的数据，然后把数据传给FPGA核，FPGA核负责把数据解析为TSN协议数据包，协同运动控制算法和控制指令一起通过网口3发送(或者接收)给被控设备。

运行EtherCAT协议或者Powerlink协议硬件冗余控制流程如下：

当基于多种以太网的通信控制装置所在的运动控制系统上电后，通过网口1下载事先设置好的EtherCAT协议或者Powerlink协议配置文件，系统重新上电，主控芯片读取配置文件，初始化各个模块程序。在一个双网口环网冗余系统中，主控芯片ARM核可以通过网口1接收(或者发送)被控设备的数据，也可以通过网口2接收(或者发送)被控设备的数据(即实现了硬件冗余控制)，ARM核负责把数据解析EtherCAT协议或者Powerlink协议数据包，协同运动控制算法和控制指令一起对被控设备进行控制。

结合图2，运行RTEX协议的控制流程如下：

当基于多种以太网的通信控制装置所在的运动控制系统上电后，通过网口1下载事先设置好的RTEX协议配置文件，系统重新上电，主控芯片读取RTEX协议配置文件，初始化各个模块程序。FPGA核负责把待收发的数据解析为RTEX协议数据包，并传送至松下RTEX专用芯片，松下RTEX专用芯片协同运动控制算法和控制指令一起通过网口4发送数据至被控设备，或通过网口5接收被控设备发送的数据。

于实际应用中，所述第一以太网子电路、第二以太网子电路和第三以太网子电路的电路结构请参阅图3至图5。

请参阅图3，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的以太网收发电路图。如图3所示，以太网收发电路包括物理层收发芯片U12、外部供电电源及晶振电路等。其中，外部供电电源通过电容进行滤波。该物理层收发芯片设有多个信号连接端。

请参阅图4，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的以太网外围电路图。如图4所示，以太网外围电路与物理层收发芯片通过信号连接端ETH0_RXCTL、PHY0_ADD0、PHY0_ADD1、GPIO_0、GPIO_1、ETH0_LED_SPEED和ETH0_RESET_N连接。

请参阅图5，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的以太网网口电路图。如图5所示，以太网网口电路与物理层收发芯片通过信号连接端ETH0_TXRXP_A、ETH0_TXRXM_A\ETH0_TXRXP_B、ETH0_TXRXM_B\ETH0_TXRXP_C、ETH0_TXRXM_C、ETH0_TXRXP_D、ETH0_TXRXM_D连接。

在本实施例中，所述第二协议配置电路为Ethernet4通信线路，包括运动控制网络单元(松下RTEX专用芯片)、第四物理层收发单元PHY4、第四网口(网口4)和第五网口(网口5)。

所述运动控制网络单元分别与所述第二控制芯片FPGA、第四物理层收发单元PHY4连接，所述第四物理层收发单元PHY4分别与所述第四网口和第五网口连接，其中，网口4用于数据发送，网口5用于数据接收。

请参阅图6，显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的RTEX芯片电路图。如图6所示，RTEX专用芯片与FPGA之间采用并行总线通信。以RTEX(Realtime Express)芯片构建的超高速网络驱动器是松下公司为了实现伺服的高速实时性能而特定开发的先进的网络，实现了100Mbps的高速通信。通过使用通用规格的Ethernet电缆使得系统成本降低。另外，RTEX协议比起一般的运动控制网络，协议简单，上位控制器的开发比较容易。具有超高速100Mbps、全双工、通信周期0.5ms、最大32轴、上位控制器的控制与全轴的伺服控制完全同期、可以使用低成本的市售LAN电缆、特有的错误修正技术实现较高抗噪性(符合IEC61000-4-4)等优点。

请参阅图7显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的RTEX收发电路图。如图7所示，RTEX收发电路与RTEX专用芯片通过信号连接端PHY1_TXD3、PHY1_TXD2、PHY1_TXD1、PHY1_TXD0、PHY1_TXC、PHY1_TXEN、PHY1_RXD3、PHY1_RXD2、PHY1_RXD1、PHY1_RXD0、PHY1_RXC、PHY1_RXDV、PHY1_RXER、PHY1_MDIO、PHY1_MDC连接。

请参阅图8显示为本发明的基于多种以太网的通信控制装置于一实施例中的RTEX网口电路图。如图8所示，RTEX网口电路与RTEX收发电路之间通过信号连接端TPTX+、TPTX-、TPRX+、TPRX-连接。

本发明所述的基于多种以太网的运动控制系统包括：基于多种以太网的通信控制装置和至少一个被控设备。所述被控设备可以是工业领域内各种具有以太网通信功能的设备，例如照明设备、传感器监测设备、电机设备等。优选的，所述被控设备是指被控制的电机和与之连接的电机驱动器一体的设备。所述电机驱动器上设有可进行以太网通信的网口，以接收系统下发的电机控制指令或上传电机运行数据。

所述基于多种以太网的通信控制装置与所述被控设备连接。

所述基于多种以太网的通信控制装置包括：第一协议配置电路、第二协议配置电路和主控电路；所述第一协议配置电路包括时间敏感型网络协议配置电路、以太网控制自动化协议配置电路和开源实时通信协议配置电路中的至少一种；所述第二协议配置电路为运动控制网络协议配置电路；所述主控电路分别与所述第一协议配置电路和第二协议配置电路连接。

在本实施例中，多个所述被控设备之间通过以太网总线方式连接，形成控制链路。

所述控制链路两端的被控设备与所述基于多种以太网的通信控制装置的网口连接。

在本实施例中，所述第一协议配置电路包括第一以太网子电路、第二以太网子电路和第三以太网子电路。

所述第一以太网子电路包括第一物理层收发单元和第一网口。

所述第二以太网子电路包括第二物理层收发单元和第二网口。

所述第三以太网子电路包括第三物理层收发单元和第三网口。

所述第一以太网子电路、第二以太网子电路和第三以太网子电路均与所述主控电路连接。

在本实施例中，所述控制链路一端的被控设备与所述第一网口连接；所述控制链路另一端的被控设备与所述第二网口连接。

在本实施例中，当所述控制链路出现链路故障或节点故障时，所述控制链路包括第一通信链路、故障链路和第二通信链路。

所述第一网口与所述第一通信链路的一端连接，所述第一通信链路的另一端与所述故障链路的一端连接，所述故障链路的另一端与所述第二通信链路的一端连接，所述第二通信链路的另一端与所述第二网口连接，以便所述第一网口与所述第一通信链路中的被控设备进行数据收发，且所述第二网口与所述第二通信链路中的被控设备进行数据收发。

请参阅图9，显示为本发明的基于多种以太网的运动控制系统于一实施例中的EtherCAT协议系统结构图。如图9所示，基于多种以太网的通信控制装置通过ARM核收发数据，ARM核与网口1和网口2连接。从网口1、EtherCAT协议被控设备1、EtherCAT协议被控设备2到EtherCAT协议被控设备n-1、EtherCAT协议被控设n和网口2形成一条控制链路。

具体地，EtherCAT支持硬件双网口环网冗余。即当网口1出现故障时，发送帧交由网口2发送，由被控设备n、被控设备n-1反向到达第1个从站节点的被控设备1，再以被控设备1、被控设备2～被控设备n-1、被控设备n原链路环回，经网口2接收后，进接收队列，以此实现了网口2替换网口1进行数据发送与接收的功能。当网口2出现故障时，发送帧交由网口1发送，由被控设备1、被控设备2～被控设备n-1到达最后一个从站节点的被控设备n，再以被控设备n、被控设备n-1～被控设备2、被控设备1原链路环回，经网口1接收后，进接收队列。出现链路故障(或热插拔)时，发送帧交由网口1发送，遍历至故障点出环回，经网口1接收，交由网口2发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口2接收后，进接收队列，通过网口1和网口2接收的数据进行共享与综合分析，可确定故障链路的具体位置。出现节点故障时，发送帧交由网口1发送，遍历至故障点出环回，经网口1接收，交由网口2发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口2接收后，进接收队列，通过网口1和网口2接收的数据进行共享与综合分析，可确定发生故障的被控设备具体是哪一个或哪几个。

请参阅图10，显示为本发明的基于多种以太网的运动控制系统于一实施例中的Powerlink协议系统结构图。如图10所示，基于多种以太网的通信控制装置通过ARM核收发数据，ARM核与网口1和网口2连接。从网口1、Powerlink协议被控设备1、Powerlink协议被控设备2到Powerlink协议被控设备n-1、Powerlink协议被控设n和网口2形成一条控制链路。

具体地，Powerlink协议与EtherCAT同理，支持硬件双网口环网冗余。即当网口1出现故障时，发送帧交由网口2发送，反向到达第1个从站节点，以原链路环回，经网口2接收后，进接收队列。当网口2出现故障时，发送帧交由网口1发送，到达最后一个从站节点，以原链路环回，经网口1接收后，进接收队列。出现链路故障(或热插拔)时，发送帧交由网口1发送，遍历至故障点出环回，经网口1接收，交由网口2发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口2接收后，进接收队列。出现节点故障时，发送帧交由网口1发送，遍历至故障点出环回，经网口1接收，交由网口2发送，从另一个方向遍历至故障点处环回，经网口2接收后，进接收队列。

综上所述，本发明所述基于多种以太网的通信控制装置及运动控制系统提供了一种可以兼容TSN，EtherCAT，Powerlink及RTEX多种以太网协议的控制电路，实现了一板多用，可以根据不同的用户需求进行灵活设置，有效利用资源，从一定程度上降低了工业现场在更换以太网协议时的硬件成本。另一方面，本发明提供的多通道的通信链路构成硬件双网口环网冗余，可以有效应对网口收发故障、被控设备的链路故障及节点故障，最大程度的保证控制系统的正常运行，并能准确分析通信故障的位置。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。