EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置及方法

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置及方法。

背景技术

近年来，基于工业以太网的现场总线在数控领域得到了广泛应用，由于缺乏统一的国际标准及其它行业因素，导致目前存在多种总线标准，例如以太网控制自动化技术（EtherCAT，Ether Control Automation Technology）和Mechatrolink III，EtherCAT是基于工业以太网的现场总线通信协议，Mechatrolink是用在工业自动化的开放式通讯协定，最早由日本安川电机开发，后来由Mechatrolink协会维护，Mechatrolink III是日本安川电机开发的一版现场总线通信协议。

由于存在多种总线标准，因此常常需要进行总线集成。目前的总线集成技术，主要是基于协议转换网关的集成技术，该技术是通过对总线的数据帧进行一对一的转换，从而实现不同总线设备之间的互联。其中，针对EtherCAT和Mechatrolink III的协议转换，目前仅能实现Mechatrolink III从站与EtherCAT主站之间的协议转换。

因此，仍需对现有的总线协议转换装置做出改进，以解决现有装置仅能在

Mechatrolink III从站与EtherCAT主站之间进行协议转换的不足。

发明内容

本发明的主要目的为提供EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置及方法，以解决现有装置仅能在Mechatrolink III从站与EtherCAT主站之间进行协议转换的不足。

为实现上述目的，

本发明提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，用于在第一转换对象和第二转换对象之间将第一数据转换为第二数据；第一转换对象和第二转换对象，其一为EtherCAT从站，另一为Mechatrolink III主站；所述第一数据和所述第二数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；所述EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置包括：

第一接收单元，用于接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号；

第一读取单元，用于根据所述第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据；

校正单元，用于对所述第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号；

转换单元，用于将所述第一数据转换为所述第二数据；

第一发送单元，用于将所述第二数据、所述第二同步中断信号发送给第二转换对象；其中，第二转换对象根据所述第二同步中断信号将所述第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。

本发明还提供一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，用于在第一转换对象和第二转换对象之间将第一数据转换为第二数据；第一转换对象和第二转换对象，其一为EtherCAT从站，另一为Mechatrolink III主站；所述第一数据和所述第二数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；所述EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法包括如下步骤：

接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号；

根据所述第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据；

对所述第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号；

将所述第一数据转换为第二数据；

将所述第二数据、所述第二同步中断信号发送给第二转换对象；其中，第二转换对象根据所述第二同步中断信号将所述第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。

本发明所提供的装置，第一接收单元接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号；第一读取单元根据第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据；校正单元对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号；转换单元将第一数据转换为第二数据；第一发送单元将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象，其中，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。通过前述装置，使得EtherCAT从站和Mechatrolink III主站可以进行协议转换，同时，通过校正得到第二同步中断信号，并将其作为第二转换对象的同步信号，保证了Mechatrolink III数据与EtherCAT数据的同步性，使得使用EtherCAT协议的设备与使用Mechatrolink III协议的设备可以在同一控制器下进行协同工作。

附图说明

图1是本发明实施例一所提供的EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置的组成示意图；

图2是本发明实施例二所提供的EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置的组成示意图；

图3是用于说明本发明实施例一、五、六以及十的应用示意图；

图4是本发明实施例六所提供的EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法的流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

作为背景说明的：

（1）由一个EtherCAT主站和多个EtherCAT从站组成的系统通常被称EtherCAT网络。EtherCAT网络常用于工业自动化和控制系统，在EtherCAT网络中，EtherCAT主站连接各个EtherCAT从站，EtherCAT主站负责整个网络的集中管理和协调，通过一个EtherCAT主站，操作员可以对所有EtherCAT从站进行集中控制和监控，实现实时的数据通信和控制。当EtherCAT从站与总线协议转换装置连接时，EtherCAT从站负责执行实际的控制和数据处理任务，并在EtherCAT网络中进行实时数据交换。

（2）由一个Mechatrolink III主站和多个Mechatrolink III从站组成的系统通常称Mecharolink III系统。Mecharolink III系统常用于数控自动化控制，在MecharolinkIII系统中，Mecharolink III主站负责向Mecharolink III从站发送控制命令、采集数据以及协调Mecharolink III从站之间的通信，从而实现整个系统的协同工作；每个Mecharolink III从站代表一个设备或模块，例如伺服驱动器、传感器等，它们通过与Mecharolink III主站通信，接收控制指令并向Mecharolink III主站反馈数据，以实现对设备或模块的精确控制和实时监测。当Mecharolink III从站与总线协议转换装置连接时，Mecharolink III从站负责执行实际的控制和数据处理任务，并在Mecharolink III系统中进行实时数据交换。

图3中，由于EtherCAT从站可以设置有多个，因此后面对应增加序号进行区分，但需要注意的是，只有一个EtherCAT从站与总线协议转换装置进行数据传输；同样的，物理通道也可以设置有多组，因此后面也对应增加序号进行区分；同样的，Mechatrolink III从站也可以设置有多组，因此后面也对应增加序号进行区分，省略号表示还可以再增设EtherCAT从站或Mechatrolink III从站或物理通道。

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，如图3所示，用于在第一转换对象和第二转换对象之间将第一数据转换为第二数据；第一转换对象和第二转换对象，其一为EtherCAT从站，另一为Mechatrolink III主站；第一数据和第二数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；如图1所示，EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置包括：

第一接收单元30，用于接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号；

第一读取单元31，用于根据第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据；

校正单元32，用于对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号；

转换单元33，用于将第一数据转换为第二数据；

第一发送单元34，用于将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象；其中，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。

本实施例提供的装置中：

（1）与总线协议转换装置通讯连接的第一转换对象，是其关联的主站和/或从站与第二转换对象进行通讯的窗口，当第一转换对象或者其关联的主站和/或从站需要第二转换对象感知指定内容（如温度检测内容、位置信息、图像信息）或者执行特定动作（如机械手旋转、进行切削作业）时，就需要先将所要传送的指定内容（也即第一数据）先缓存在第一转换对象上。

（2）第一接收单元30接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号。

一方面，第一转换对象检测到有指定内容（也即第一数据）时，会向第一接收单元30发送第一数据中断信号，数据中断信号是一种用于通知某个事件已发生的信号，通常用于指示有新的数据可用或已到达，需要被读取或处理，因此，数据中断信号会触发中断机制，以实现实时操作，如读取数据。相应的，此处的第一数据中断信号是用于通知总线协议转换装置有新的数据（也即第一数据）可用或已到达，需要被读取；

另一方面，第一转换对象检测到有指定内容（也即第一数据）时，还会向第一接收单元30发送第一同步中断信号，同步中断信号是一种用于同步操作的信号，它用于协调网络或系统不同站的动作，以确保它们在特定的时间点进行某种操作；同步中断信号通常由一个定时器、时钟或周期性事件产生。在工业自动化中，特别是在实时控制系统中，同步中断信号被广泛用于确保不同站在同一时刻进行操作。相应的，此处的第一同步中断信号是供第二转换对象进行同步操作，以协调其关联的主站和/或从站，实现高效的实时通信。

（3）第一读取单元31根据第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据。

（4）校正单元32对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号。对第一同步中断信号进行校正，主要原因在于，在实时控制系统中，涉及到不同设备、传感器和执行器的同步操作时，确保所有设备在精确的时间点进行操作是非常重要的。然而，由于硬件延迟、时钟漂移等因素，设备之间的时间同步可能会出现误差。因此，需要对同步中断信号进行校正，以消除这些误差。相应的，对第一同步中断信号进行校正，目的在于，从第一转换对象发送的第一同步中断信号与第二转换对象期望的同步时刻保持一致。通过校正第一同步中断信号，可以确保两个不同总线协议之间的数据通信在预定的时间间隔内进行，从而实现高效的协议转换和数据传输。

（5）转换单元33将第一数据转换为第二数据；第一发送单元34将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象，其中，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。

一方面，对第一数据进行转换，主要原因在于，Mechatrolink III和EtherCAT是两种不同的工业以太网通信协议，它们之间存在协议差异，导致第一转换对象和第二转换对象都无法直接处理彼此的数据。相应的，将第一数据转换为第二数据后，第二数据所用的协议就与第二转换对象所用的协议一致，第二转换对象可以对第二数据进行处理；

另一方面，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站，使得所关联的主站和/或从站对第一转换对象或者其关联的主站和/或从站进行了响应，实现交互控制。

综上可知，本实施例提供的装置，使得EtherCAT从站和Mechatrolink III主站可以进行协议转换，同时，通过校正得到第二同步中断信号，并将其作为第二转换对象的同步信号，保证了Mechatrolink III数据与EtherCAT数据的同步性，使得使用EtherCAT协议的设备与使用Mechatrolink III协议的设备可以在同一控制器下进行协同工作。

实施例二

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，与实施例一相同之处不再赘述，不同之处如图2所示，EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置还包括：

第二接收单元35，用于接收来自第二转换对象的第二数据中断信号；

第二读取单元36，用于根据第二数据中断信号读取第二转换对象缓存的第三数据；其中，第三数据用于反馈第二数据在第二转换对象关联的主站和/或从站的执行结果；

第三接收单元37，用于接收来自第一转换对象的第三同步中断信号；其中，第三同步中断信号是排于第一同步中断信号之后的下一同步中断信号；

转换单元33，还用于将第三数据转换为第四数据；其中，第三数据和第四数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；

第二发送单元38，用于根据第三同步中断信号，将第四数据发送给第一转换对象。

本实施例提供的装置中，

（1）第二接收单元35接收来自第二转换对象的第二数据中断信号。第二数据中断信号的作用与第一数据中断信号类似，仅是作用对象不同，在此不再赘述。

（2）第二读取单元36根据第二数据中断信号读取第二转换对象缓存的第三数据，其中，第三数据用于反馈第二数据在第二转换对象关联的主站和/或从站的执行结果。第二数据在第二转换对象关联的主站和/或从站的执行后，会产生相应的数据，这些数据可能用于说明完成度，也可能用于说明因执行而产生的其他信息，为了让第一转换对象、第一转换对象关联的主站和/或从站及时感知执行情况，需要将相关数据发送给总线协议转换装置、进而回传给第一转换对象，发送给总线协议转换装置的数据可以是原始数据，也可以处理后的数据。

（3）第三接收单元37接收来自第一转换对象的第三同步中断信号，其中，第三同步中断信号是排于第一同步中断信号之后的下一同步中断信号。第三同步中断信号的作用与第一同步中断信号类似，仅是作用对象不同，在此不再赘述。

（4）转换单元将第三数据转换为第四数据，其中，第三数据和第四数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据。该步骤与将第一数据转换为第二数据的步骤的目的类似，仅是作用对象不同，在此不再赘述。

（5）第二发送单元38根据第三同步中断信号，将第四数据发送给第一转换对象。

综上可知，本实施例提供的装置，可以将第四数据返回给第一转换对象，使得第一转换对象可以及时感知任务执行状态，并采取对应的下一动作； 通过使用同步中断信号，确保第四数据的传递可以在预定的时序内进行，减少了通信和执行的延迟，有助于提高系统的实时性；此外，通过反馈机制，确保了数据在不同转换对象之间的一致性，可以防止发生数据丢失或不一致的情况。

实施例三

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，与实施例一相同之处不再赘述，不同之处在于，校正单元32具体用于：

获取参数jitter；其中，参数jitter为第一同步中断信号的抖动值，且单位为ns；

根据k=jitter/100ns，求解k；其中，k为抖动时间滤波器输出系数；

根据T=10*k，求解T；其中，T为同步中断触发时间；

将第一同步中断信号的同步中断触发时间校正为T，得到对应的第二同步中断信号。

本实施例提供的装置，校正单元32获取参数jitter，其中，参数jitter为第一同步中断信号的抖动值，且单位为ns；进而，根据k=jitter/100ns，求解k，其中，k为抖动时间滤波器输出系数；进而，根据T=10*k，求解T，其中，T为同步中断触发时间；进而，将第一同步中断信号的同步中断触发时间校正为T，得到对应的第二同步中断信号。第一转换对象和第二转换对象的同步中断特性不同，通过调整同步中断触发时间，使其更符合第二转换对象的特性，传递第二数据的时序更加精准，保障有较高的实时性。

实施例四

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，与实施例三相同之处不再赘述，不同之处在于：校正单元32还用于将第一同步中断信号进行预设周期的平滑滤波。通过平滑滤波，可以减少第一同步中断信号中的抖动和噪音，使得第一同步中断信号更加稳定和可预测，从而提高系统的稳定性，这在实时控制和数据传输应用中尤为重要，因为稳定的第一同步中断信号有助于确保任务的准确执行和数据的可靠传输。

可选的，预设周期为20周期。也即对第一同步中断信号的变化进行平均处理，涵盖了20个连续的周期。具体来说，平滑滤波会将连续的20个同步中断信号值相加，然后将其平均，以得到一个平均值。这可以降低单个周期内可能的噪音或抖动对整体信号的影响，从而提供一个更加稳定的同步中断信号，以便后续步骤能够更可靠地处理。

实施例五

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换装置，与实施例二相同之处不再赘述，不同之处在于：如图3所示，第一转换对象为EtherCAT从站；第一数据中断信号由第一转换对象在第一时间生成，第一同步中断信号由第一转换对象在第二时间生成，第一时间和第二时间均在第一事件之后，第一事件为接收到来自第一转换对象关联的主站和/或从站的EtherCAT数据；第一数据与来自第一转换对象关联的主站和/或从站的EtherCAT数据对应；

第二转换对象为Mechatrolink III主站，其根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的从站；第二数据中断信号由第二转换对象在第三时间生成，第三时间在第二事件之后，第二事件为接收到来自第二转换对象关联的从站的Mechatrolink III数据；第三数据与来自第二转换对象关联的从站的Mechatrolink III数据对应。

本实施例提供的装置，可以在EtherCAT从站和Mechatrolink III主站之间进行协议转换，使得使用EtherCAT协议的设备与使用Mechatrolink III协议的设备可以在同一控制器下进行协同工作。

实施例六

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，如图3所示，用于在第一转换对象和第二转换对象之间将第一数据转换为第二数据；第一转换对象和第二转换对象，其一为EtherCAT从站，另一为Mechatrolink III主站；第一数据和第二数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；如图4所示，EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法包括如下步骤：

步骤S1：接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号。

步骤S2：根据第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据。

步骤S3：对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号。

步骤S4：将第一数据转换为第二数据。

步骤S5：将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象；其中，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。

本实施例所提供的方法，通过接收来自第一转换对象的第一数据中断信号以及第一同步中断信号；进而，根据第一数据中断信号读取第一转换对象缓存的第一数据；进而，对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号；进而，将第一数据转换为第二数据；进而，将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象，其中，第二转换对象根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的主站和/或从站。通过前述方法，使得EtherCAT从站和Mechatrolink III主站可以进行协议转换，同时，通过校正得到第二同步中断信号，并将其作为第二转换对象的同步信号，保证了Mechatrolink III数据与EtherCAT数据的同步性，使得使用EtherCAT协议的设备与使用Mechatrolink III协议的设备可以在同一控制器下进行协同工作。

实施例七

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，与实施例六相同之处不再赘述，不同之处在于：将第二数据、第二同步中断信号发送给第二转换对象的步骤之后，还包括：

接收来自第二转换对象的第二数据中断信号；

根据第二数据中断信号读取第二转换对象缓存的第三数据；其中，第三数据用于反馈第二数据在第二转换对象关联的主站和/或从站的执行结果；

接收来自第一转换对象的第三同步中断信号；其中，第三同步中断信号是排于第一同步中断信号之后的下一同步中断信号；

将第三数据转换为第四数据；其中，第三数据和第四数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；

根据第三同步中断信号，将第四数据发送给第一转换对象。

本实施例所提供的方法，通过接收来自第二转换对象的第二数据中断信号；进而，根据第二数据中断信号读取第二转换对象缓存的第三数据，其中，第三数据用于反馈第二数据在第二转换对象关联的主站和/或从站的执行结果；进而，接收来自第一转换对象的第三同步中断信号，其中，第三同步中断信号是排于第一同步中断信号之后的下一同步中断信号；进而，将第三数据转换为第四数据，其中，第三数据和第四数据，其一为EtherCAT数据，另一为Mechatrolink 数据；进而，根据第三同步中断信号，将第四数据发送给第一转换对象。通过前述方法，可以将第四数据返回给第一转换对象，使得第一转换对象可以及时感知任务执行状态，并采取对应的下一动作； 通过使用同步中断信号，确保第四数据的传递可以在预定的时序内进行，减少了通信和执行的延迟，有助于提高系统的实时性；此外，通过反馈机制，确保了数据在不同转换对象之间的一致性，可以防止发生数据丢失或不一致的情况。

实施例八

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，与实施例六相同之处不再赘述，不同之处在于，对第一同步中断信号进行校正，得到对应的第二同步中断信号的步骤，包括：

获取参数jitter；其中，参数jitter为第一同步中断信号的抖动值，且单位为ns；

根据k=jitter/100ns，求解k；其中，k为抖动时间滤波器输出系数；

根据T=10*k，求解T；其中，T为同步中断触发时间；

将第一同步中断信号的同步中断触发时间校正为T，得到对应的第二同步中断信号。

本实施例所提供的方法，通过获取参数jitter，其中，参数jitter为第一同步中断信号的抖动值，且单位为ns；进而，根据k=jitter/100ns，求解k，其中，k为抖动时间滤波器输出系数；进而，根据T=10*k，求解T，其中，T为同步中断触发时间；进而，将第一同步中断信号的同步中断触发时间校正为T，得到对应的第二同步中断信号。第一转换对象和第二转换对象的同步中断特性不同，通过调整同步中断触发时间，使其更符合第二转换对象的特性，传递第二数据的时序更加精准，保障有较高的实时性。

实施例九

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，与实施例八相同之处不再赘述，不同之处在于：得到对应的第二同步中断信号的步骤之前，还包括：将第一同步中断信号进行预设周期的平滑滤波。通过平滑滤波，可以减少第一同步中断信号中的抖动和噪音，使得第一同步中断信号更加稳定和可预测，从而提高系统的稳定性，这在实时控制和数据传输应用中尤为重要，因为稳定的第一同步中断信号有助于确保任务的准确执行和数据的可靠传输。

可选的，预设周期为20周期。

实施例十

本发明实施例提供了一种EtherCAT与Mechatrolink III总线协议转换方法，与实施例七相同之处不再赘述，不同之处在于，如图3所示，第一转换对象为EtherCAT从站；第一数据中断信号由第一转换对象在第一时间生成，第一同步中断信号由第一转换对象在第二时间生成，第一时间和第二时间均在第一事件之后，第一事件为接收到来自第一转换对象关联的主站和/或从站的EtherCAT数据；第一数据与来自第一转换对象关联的主站和/或从站的EtherCAT数据对应；

第二转换对象为Mechatrolink III主站，其根据第二同步中断信号将第二数据同步发送给自身关联的从站；第二数据中断信号由第二转换对象在第三时间生成，第三时间在第二事件之后，第二事件为接收到来自第二转换对象关联的从站的Mechatrolink III数据；第三数据与来自第二转换对象关联的从站的Mechatrolink III数据对应。

本实施例所提供的方法，可以在EtherCAT从站和Mechatrolink III主站之间进行协议转换，使得使用EtherCAT协议的设备与使用Mechatrolink III协议的设备可以在同一控制器下进行协同工作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。