多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块及方法技术

本发明专利技术涉及工业控制网络领域。本发明专利技术针对现有技术存在的问题，提供一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块及方法。实现了从多接口协议的编码器数据信号到标准网口信号或者支持工业以太网协议信号的无缝转换，降低了工业控制系统通信方案的设计难度。本发明专利技术数据采集模块通过编码器模块接收n个编码器数据信号，并通过编码器模块将编码器数据信号发送给协议转换模块；拨码开关模块设置输出普通以太网或者工业以太网协议的类型和编码器分辨力，并将选择的以太网协议类型和设置的编码器分辨力的大小信号传递给协议转换模块，协议转换模块自动匹配对应的以太网协议，并将接受到的编码器数据信号选择合适的以太网传输通道，将信号转换成以太网信号传递出去。

【技术实现步骤摘要】
多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块及方法
本专利技术涉及工业控制网络领域，尤其是涉及多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块及方法。
技术介绍
在工业控制领域，编码器对于控制系统的位置和速度信号的有效采集、传输和处理是保证控制系统实现高精度控制的基础。市面上使用的编码器种类很多，而编码器厂商通常采用的是自定义的接口和协议进行信号的传输，工业控制领域通常采用的通信接口为RS422和RS485或者以太网接口，不管是RS485、RS422还是以太网接口都是国际标准接口，在闭环控制系统中直接读取编码器数据往往会有接口或者协议不兼容的情况，因此将编码器的自定义接口转换成工业控制领域标准的通信接口具有十分现实的意义。随着工业控制网络的不断发展，工业控制对于组网的要求越来越高，不再局限于主站对于单一从站的控制，往往一个主站对应着众多的从站，因此对于整个工业控制网络的编码器信号采集提出了高速组网的要求，而工业以太网协议的组网能力要优于传统的现场总线协议，本专利技术涉及的多协议兼容工业以太网总线接口的数据采集模块支持多种信号接口的编码器信号经过FPGA处理，转换成同一种工业以太网协议信号，同时在设计上支持了多种工业以太网协议之间的切换，实现了主从站之间编码器信号的快速组网和数据传输。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对针对现行的编码器通信接口和工业控制网络的通信接口不兼容的现实而设计。避免了因为通信接口不兼容导致的编码器信号无法传输或者修改的工业网络通信接口导致的信号传输不稳定的情况。提供一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块及方法。实现了从多接口协议的编码器信号到标准网口信号或者支持工业以太网协议信号的无缝转换，降低了工业控制系统通信方案的设计难度。本专利技术采用的技术方案如下：一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于包括：编码器模块，用于通过编码器接收n个编码器数据信号，并通过编码器接口将编码器数据信号发送给协议转换模块；n大于等于0；拨码开关模块，用于设置输出普通以太网或者工业以太网协议类型和编码器分辨力,并将选择的以太网协议类型和设置的编码器分辨力的控制信号传递给协议转换模块；协议转换模块，用于根据拨码开关模块设置的以太网协议类型和编码器分辨力控制信号，按照对应以太网协议类型和编码器分辨力将编码器数据信号依次转换成对应以太网协议数据；以太网接口模块，用于输出转换后的以太网协议数据。进一步的，所述编码器数据信号指的是Endat、BiSS、SSI或增量编码器信号；编码器模块根据不同的编码器使用随时替换对应的编码器模块；对于多路编码器同时输入的情况，采用优先编码器芯片74HC148进行编码器信号优先级的分级传输。进一步的，所述以太网接口模块的电气接口采用四对差分信号的千兆以太网RJ45水晶头接口，网络芯片的PHY和MAC芯片通过FPGA来实现；以太网接口模块支持各种以太网协议，包括标准的普通以太网，也可以支持专用的工业以太网协议；工业以太网协议有EtherCAT、Powerlink、EtherNet/IP和Modbus-TCP协议。进一步的，m个编码器数据信号转换成同一种工业以太网协议信号，或者所述m个编码器数据信号转换成m个对应的工业以太网协议信号；0＜m＜n。进一步的，所述协议转换模块是通过FPGA实现，所述FPGA用于实现编码器信号到标准工业以太网协议的转换。进一步的，所述拨码开关模块包括通信协议选择的拨码开关和编码器分辨力选择的拨码开关。进一步的，多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块还包括用于状态显示的LCD显示模块、状态信息和故障报警进行监测的LED模块和电源模块。一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集方法于包括：步骤1：编码器模块通过编码器接收n个编码器数据信号，并通过编码器接口将编码器数据信号发送给协议转换模块；n大于等于0；步骤2：拨码开关模块设置输出普通以太网或者工业以太网协议类型和编码器分辨力,并将选择的以太网协议类型和设置的编码器分辨力控制信号传递给协议转换模块；步骤3：协议转换模块根据拨码开关模块输出的以太网协议类型和编码器分辨力控制信号，按照对应以太网协议类型和编码器分辨力将编码器数据信号依次转换成对应以太网协议数据；步骤4：以太网接口模块输出转换后的以太网协议数据。进一步的，所述编码数据信号指的是Endat、BiSS、SSI或增量编码器信号；编码器模块根据不同的编码器使用随时替换对应的编码器模块。进一步的，所述以太网接口模块的电气接口采用四对差分信号的千兆以太网RJ45水晶头接口，网络芯片的PHY和MAC芯片通过FPGA来实现；以太网接口模块支持各种以太网协议，包括标准的普通以太网，也可以支持专用的工业以太网协议；工业以太网协议有EtherCAT、Powerlink、EtherNet/IP和Modbus-TCP协议。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：支持不同协议的多编码器信号输入的工业以太网组网；实现了编码器信号的接口和协议转换附图说明本专利技术将通过例子并参照附图的方式说明，其中：图1为本专利技术的原理结构图；图2为本专利技术的硬件原理结构图。图3为本专利技术的编码器模块的原理图。图4为本专利技术的普通以太网接口模块。图5为本专利技术的EtherCAT网络接口模块。图6为本专利技术的多模块组网图。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。编码器模块通过优先级排布芯片74HC148，按照接口编号对编码器接口进行优先级排布；拨码开关模块包括通信协议选择的拨码开关(0000表示普通以太网协议，0001-1111表示工业以太网协议，其中0001、0010、0011、0100、0101分别对应EtherCAT、EtherNer/IP、Modbus-TCP和Powerlink，0110及以后为预留的工业以太网协议)和编码器协议类型选择拨码开关(其中SW2开关的S1S2S3S4分别定义编码器数据信号的分辨力，最低分辨力为S1S2S3S4为0000时17位分辨力，最高分辨力为S1S2S3S4为1111时32位分辨力；SW2的S5为0表示编码器数据信号无时间补偿，S5为1表示有时间补偿，SW2的S6空闲)整个专利技术具有如下的功能：(1)具备5V、1.2V和3.3V的DC供电功能；(2)具备接收多路多种类型接口的编码器数据信号功能；(3)具备普通以太网和工业以太网的通信功能；(4)具备通过拨码开关实现编码器分辨力选择的功能；(5)具备通过拨码开关实现编码器是否时间补偿选择的功能；(6)具备通过拨码开关实现工业以太网协议选择的功能；(7)具备设置零位的功能；(8)具备模块工作状态的LED数码管和LCD监测功能；(9)具备多接口协议的数据模块下的工业以太网快速组网功能。这里需要说明的是，本专利技术在编码器模块和以太网模块分别采用模块化设计的方法设计，可以根据具体的需要，配置不同的编码器输入接口和工业以太网协议的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于包括：编码器模块，用于通过编码器接收n个编码器数据信号，并通过编码器接口将编码器数据信号发送给协议转换模块；n大于等于0；拨码开关模块，用于设置输出普通以太网或者工业以太网协议类型和编码器分辨力,并将选择的以太网协议类型和设置的编码器分辨力的控制信号传递给协议转换模块；协议转换模块，用于根据拨码开关模块设置的以太网协议类型和编码器分辨力控制信号，按照对应以太网协议类型和编码器分辨力将编码器数据信号依次转换成对应以太网协议数据；以太网接口模块，用于输出转换后的以太网协议数据。

【技术特征摘要】
1.一种多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于包括：编码器模块，用于通过编码器接收n个编码器数据信号，并通过编码器接口将编码器数据信号发送给协议转换模块；n大于等于0；拨码开关模块，用于设置输出普通以太网或者工业以太网协议类型和编码器分辨力,并将选择的以太网协议类型和设置的编码器分辨力的控制信号传递给协议转换模块；协议转换模块，用于根据拨码开关模块设置的以太网协议类型和编码器分辨力控制信号，按照对应以太网协议类型和编码器分辨力将编码器数据信号依次转换成对应以太网协议数据；以太网接口模块，用于输出转换后的以太网协议数据。2.根据权利要求1所述的多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于所述编码器数据信号指的是Endat、BiSS、SSI或增量编码器信号；编码器模块根据不同的编码器使用随时替换对应的编码器模块；对于多路编码器同时输入的情况，采用优先编码器芯片74HC148进行编码器信号优先级的分级传输。3.根据权利要求1所述的多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于所述以太网接口模块的电气接口采用四对差分信号的千兆以太网RJ45水晶头接口，网络芯片的PHY和MAC芯片通过FPGA来实现；以太网接口模块支持各种以太网协议，包括标准的普通以太网，也可以支持专用的工业以太网协议；工业以太网协议有EtherCAT、Powerlink、EtherNet/IP和Modbus-TCP协议。4.根据权利要求1所述的多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于m个编码器数据信号转换成同一种工业以太网协议信号，或者所述m个编码器数据信号转换成m个对应的工业以太网协议信号；0＜m＜n。5.根据权利要求1所述的多协议兼容多工业以太网总线的编码器数据采集模块，其特征在于所述协议转换模块是通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊皑，蒲明，刘鹏，周蓉，陈丹，
申请(专利权)人：成都信息工程大学，
类型：发明
国别省市：四川,51