[发明专利]一种应用于控制系统通信扩展的系统

说明书

本发明公开了一种应用于控制系统通信扩展的系统，包括控制器模块、网络节点以及通信链路，所述控制器模块通过通信链路串行连接若干个网络节点，且末端的网络节点连接控制器模块并形成环形网络拓扑。本发明用于冗余网络通信的控制系统，通过网络接口实现多个扩展模件级联，丰富控制器系统的功能；报文缓存的转发模式能够实现控制器单元和网络扩展模块全双工通信；支持在存储过程中同时转发报文，报文延时小；冗余通信链路之间的隔离使系统支持环形的网络拓扑，无需添加网络交换设备，使网络布局更加简单可靠。

技术领域：

本发明涉及一种应用于控制系统通信扩展的系统。

背景技术：

在工业自动化对可靠性要求高的领域会采用设备冗余和通信链路冗余的方式，提高整个系统的可靠性。以太网是一种开放的、标准化的局域网技术，由IEEE组织制定了IEEE802.3以太网技术标准，规定了物理介质，信号接口和介质访问层协议。各个厂家根据该标准设计的满足不同物理介质的物理层芯片（PHY），在工业上常用的双绞线和光纤可以满足几十米、几公里或者几十公里的不同通信需求，同时现在的成本很低的通用微型处理器（MCU）集成了信号接口（MII）和介质访问控制器（MAC），因而以太网通信具有实现简单，相关器件标准化，可靠性高，通信介质种类丰富，通信速率高等特点，使之在工业控制上广泛应用。

高速、兼容性好的通信方式以太网是必然的选择，而在高可靠性方面所采用的冗余通信，目前常采用的方式是采用主MCU和备份的MCU，提供冗余的以太网控制器和通信链路，另外也可以采用标准的二层以太网交换芯片来实现冗余通信。这些解决方案都是以系统复杂程度增加为前提，另外二层以太网交换芯片在国内的产品化程度并不高。本发明通过可编程逻辑器件实现了以太网物理层交换为核心的网络扩展模式具有更低的网络延时，实现了控制器的冗余通信网络，该网络支持环形的网络拓扑，降低网络布设成本，同时也支持更加灵活的网络诊断和功能配置，使网络应用更加灵活。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种应用于控制系统通信扩展的系统，本发明通过标准的以太网实现功能扩展包含冗余通信，环形网络拓扑，支持半/全双工通信。

本发明所采用的技术方案有：

一种应用于控制系统通信扩展的系统，包括控制器模块、网络节点以及通信链路，所述控制器模块通过通信链路串行连接若干个网络节点，且末端的网络节点连接控制器模块并形成环形网络拓扑。

所述网络节点包括两个相互冗余的第一网络扩展模块和第二网络扩展模块，通信链路包括第一通信链路和第二通信链路，串行连接的网络节点中第一网络扩展模块通过第一通信链路相连，串行连接的网络节点中的第二网络扩展模块通过第二通信链路。

进一步地，所述控制器模块包括主控制器模块和从控制器模块，若干个串行连接的网络节点中处于首尾位置处的两个第一网络扩展模块对应通过第一通信链路与主控制器模块和从控制器模块相连，处于首尾位置处的两个第二网络扩展模块对应通过第二通信链路与主控制器模块和从控制器模块相连。

进一步地，所述主控制器模块和从控制器模块均包括第一MCU处理器、第一逻辑控制单元、第一PHY、第一网络接口、第二PHY和第二网络接口，所述第一MCU处理器与第一逻辑控制单元相连，第一逻辑控制单元扩展第一PHY与第二PHY，第一网络接口和第二网络接口分别对应与第一PHY与第二PHY相连，第一逻辑控制单元扩展的第一PHY、第一网络接口连接通信链路中的第一通信链路，第一逻辑控制单元扩展的第二PHY、第二网络接口连接通信链路中的第二通信链路；第一逻辑控制单元扩展的第一PHY、第一网络接口与第二PHY、第二网络接口之间通信隔离。