[发明专利]一种基于冷冗余机制的EtherCAT通信系统及方法

权利要求书

1.一种基于冷冗余机制的EtherCAT通信系统，其特征在于，包括：

至少两个主站以及一个或多个从站，所述主站和所述从站顺次连接构成EtherCAT直线网络或环形网路；所述主站在不同的连接方式下具备两种不同的电路结构，分别对应于责任主站和监听主站；所述责任主站用于进行数据收集和系统监控、与所述从站和所述监听主站通信，行使EtherCAT网络主站的功能；所述监听主站用于监听并收集网络的数据信息；

在系统正常运行时，只有一个所述主站为所述责任主站，其余所述主站为所述监听主站；

所述责任主站是通过基于时间槽机制的竞争过程竞争选择出的，在确定了所述责任主站后其余的主站为所述监听主站；

若所述监听主站在预设时间阈值内未接收到任何信号，则判定所述责任主站故障，则再次启动所述竞争责任主站流程，重新确定所述责任主站。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主站包括FPGA芯片、ET1100芯片、phy芯片、MCU芯片及RJ45接口；

其中，所述MCU芯片设置在所述FPGA芯片内部或独立设置；

所述FPGA芯片包括选择器，在所述选择器选择第一通路时，RJ45接口处的网络信号通过所述phy芯片连接至所述MCU芯片，此时所述主站为责任主站；在所述选择器选择第二通路时，RJ45接口处的网络信号通过所述phy芯片连接至所述ET1100芯片，此时所述主站为监听主站；

其中，所述ET1100芯片和所述MCU芯片通过SPI实现通信。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述主站包括MCU芯片、ET1100芯片、phy芯片、继电器驱动器、两个信号继电器及RJ45接口；

所述MCU芯片用于通过所述继电器驱动器驱动所述两个信号继电器动作；

所述两个信号继电器处于第一连接方式时，RJ45接口处的网络信号通过所述phy芯片连接至所述MCU芯片，此时所述主站为责任主站；所述两个信号继电器处于第二连接方式时，RJ45接口处的网络信号通过所述phy芯片连接至所述ET1100芯片，此时所述主站为监听主站；

其中，所述ET1100芯片和所述MCU芯片通过SPI实现通信。

4.基于权利要求1～3任一所述系统的一种基于冷冗余机制的EtherCAT通信方法，其特征在于，包括：

系统上电初始化；

竞争责任主站流程：处于EtherCAT直线网络或环形网络中的主站通过预设的竞争算法确定责任主站；所述责任主站确定后，其余主站成为监听主站；

所述竞争责任主站流程具体包括：

根据预设的时间槽的长度，令所述主站按照预设的顺序分别在相应的时间槽中申明自身是责任主站，最后进行申明的所述主站自动成为所述责任主站，其余主站则自动成为所述监听主站；

在所述责任主站的控制下，系统正常运行；所述责任主站用于进行数据收集和系统监控、与从站和所述监听主站通信，行使EtherCAT网络主站的功能；所述监听主站负责监听并收集网络的数据信息；

若所述监听主站在预设时间阈值内未接收到任何信号，则判定所述责任主站故障，则再次启动所述竞争责任主站流程，重新确定所述责任主站。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

基于EtherCAT故障管理机制，所述责任主站根据连接网络信号的两个PHY芯片的数据连接信号和数据有效信息的状态判断自身是否发生故障；若判断获知自身发生故障，则再次启动所述竞争责任主站流程，重新确定所述责任主站。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述责任主站按照预设的频率发送查询信息帧给所述监听主站，所述查询信息帧包括时间信息，以供所述监听主站进行时间同步；并根据所述监听主站是否回复确认信息以判别所述监听主站是否在线。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述责任主站发送给所述监听主站的报文中包括网络上各设备的状态信息及网络的控制信息，供所述监听主站进行存储以在竞争成为责任主站时继续上一责任主站的控制流程。