输入输出控制装置及系统的制作方法

1.本公开实施例涉工业控制技术领域，更具体地，涉及一种输入输出控制装置及系统。


背景技术：

2.在一个以太网控制自动化技术(ether control automation technology，ethercat)的控制系统中，一般都是一个主站带多个从站。数字量io控制是工业控制中一种普遍的控制方式，该控制方式普遍应用于对上述控制系统中多个从站的io模块产品进行控制。
3.在io点较多且io点需要跟随运动的场景(例如多个光电开关需要跟随轴进行转动)下，目前都是使用网线来连接众多的从站的io模块。实际情况中，上述场景中使用网线来连接众多从站的io模块存在布线难度大、布线要求高以及成本高等问题，给工业生产以及用户使用都带来诸多不便。


技术实现要素：

4.本公开实施例的一个目的是提供一种输入输出控制的新的技术方案，以解决现有技术中使用网线来连接众多从站的io模块的过程中存在的布线难度大、布线要求高以及成本高的问题。
5.根据本公开的第一方面，提供了一种输入输出装置，包括主控制器和多个从控制器，主控制器通过第一通信总线与多个从控制器耦合，主控制器还通过ethercat总线与第一主站耦合；主控制器用于获取从控制器上的io状态信息并将其反馈给第一主站、以及获取第一主站上的io设置信息并将其发送给对应的从控制器；从控制器用于接收来自主控制器的io设置信息，根据io设置信息设置io状态。
6.可选地，主控制器包括第一通信模块、第二通信模块以及第一控制模块；第一通信模块用于获取第一主站上的io设置信息，以及将写入本地的io状态信息发送给第一主站；第二通信模块用于获取从控制器上的io状态信息，以及将写入本地的io设置信息发送给从控制器；第一控制模块用于从第一通信模块上读取io设置信息，将io设置信息写入第二通信模块，以及，从第二通信模块上读取io状态信息，将io状态信息写入第一通信模块。
7.可选地，第一通信模块包括：esc通信模块、esc存储模块以及收发模块；esc通信模块，用于获取第一主站上的io设置信息，以便第一控制模块从esc通信模块上读取io设置信息，以及用于存储第一控制模块写入本地的io状态信息；esc存储模块，用于存储第一主站的第一主站信息；esc通信模块，还用于根据第一主站信息将写入本地的io状态信息发送给第一主站；收发模块，设置在esc通信模块和ethercat总线之间，用于电信号隔离。
8.可选地，第二通信模块包括：io通信模块和第一转换模块；io通信模块，用于通过第一转换模块接收来自从控制器上的io状态信息，以及将写入本地的io设置信息通过第一转换模块发送给对应的从控制器；第一转换模块，用于对电信号的格式进行转换，以便io通
信模块接收到的来自从控制器上的io状态信息能够被io通信模块识别、以及io通信模块发送给对应的从控制器的io设置信息能够被从控制器识别。
9.可选地，第一控制模块还用于：配置io通信模块的通信速率。
10.可选地，从控制器包括第二控制模块、第三通信模块、以及io隔离模块；第三通信模块用于接收来自主控制器的io设置信息并将其发送给第二控制模块、以及通过第二控制模块获取io状态信息并将其发送给主控制器；第二控制模块用于接收第三通信模块发送的io设置信息，根据io设置信息向io隔离模块发送io状态控制指令；io隔离模块用于根据io状态控制指令设置io状态。
11.可选地，第三通信模块包括：第二转换模块和标识信息模块；第二转换模块，用于对电信号的格式进行转换，以便第二控制模块接收到的来自主控制器的io设置信息能够被第二控制模块识别、以及主控制器从第二控制模块上获取的io状态信息能够被主控制器识别；标识信息模块，用于设置从控制器的标识信息，以便主控制器根据标识信息将对应的io设置信息发送给从控制器。
12.可选地，第一通信总线为rs485总线。
13.根据本公开的第二方面，还提供了一种输入输出系统，包括：如上述任一的输入输出控制装置、以及第一主站；其中，输入输出控制装置中的主控制器还通过ethercat总线与第一主站耦合。
14.可选地，输入输出系统还包括：第二主站对应的第二从站，第二从站通过ethercat总线与主控制器和多个从控制器中的各从控制器耦合。
15.本技术实施例中，输入输出控制装置包括主控制器和多个从控制器，主控制器通过第一通信总线与多个从控制器耦合，主控制器还通过ethercat总线与第一主站耦合；主控制器用于获取从控制器上的io状态信息并将其反馈给第一主站、以及获取第一主站上的io设置信息并将其发送给对应的从控制器；从控制器用于接收来自主控制器的io设置信息，根据io设置信息设置io状态。本技术实施例中，从控制器对应io点，多个从控制器通过第一通信总线与主控制器耦合，并通过主控制器与主站耦合，主控制器可以扩展出多个从控制器，有效提升了自动化生产线现场中ethercat总线应用的扩展性，且避免了使用网线来连接众多从站的io模块，从而有效解决了现有技术中使用网线来连接众多从站的io模块的过程中存在的布线难度大、布线要求高以及成本高的问题，简化了布线过程并有效降低成本。
16.通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开实施例的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
17.被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本公开的实施例，并且连同其说明一起用于解释本公开实施例的原理。
18.图1是相关技术中一种ethercat的控制系统的结构示意图；
19.图2是本技术一些实施例的一种输入输出控制装置的结构示意图；
20.图3是本技术一些实施例的另一种输入输出控制装置的结构示意图；
21.图4是本技术一些实施例的再一种输入输出控制装置的结构示意图；
22.图5是本技术一些实施例的又一种输入输出控制装置的结构示意图；
23.图6是本技术一些实施例的又一种输入输出控制装置的结构示意图；
24.图7是本技术一些实施例的一种输入输出控制系统的示意图；
25.图8是本技术一些实施例的另一种输入输出控制系统的示意图；
26.图9是本技术一些实施例的再一种输入输出控制系统的示意图。
具体实施方式
27.现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。
28.以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本技术及其应用或使用的任何限制。
29.对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
30.在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
31.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
32.相关技术中，如图1所示，ethercat的控制系统中包括一个主站和对应于该主站的多个从站，如图1中的从站1、从站2、从站3
……
从站m，m为自然数且m≥1。主站通过ethercat总线连接从站1，从站1～从站m串联，且相邻的两个从站通过ethercat总线连接。在此情况下，在io点较多且io点需要跟随运动的场景下，使用网线来连接众多从站的io模块存在布线难度大、布线要求高以及成本高等问题，给工业生产以及用户使用都带来诸多不便。
33.基于上述存在的问题，本技术实施例提供一种输入输出控制装置。如图2所示，输入输出控制装置100包括：主控制器101和多个从控制器102。
34.主控制器101通过第一通信总线与多个从控制器102耦合，主控制器还通过ethercat总线与第一主站201耦合。
35.第一通信总线例如可以是rs485总线。当然，可以理解的是，上述所列举的rs485总线仅仅是示例性的。第一通信总线例如也可以是基于控制器局域网络(controller area network,can)协议的can总线。
36.主控制器101用于获取从控制器102上的io状态信息并将其反馈给第一主站201、以及获取第一主站201上的io设置信息并将其发送给对应的从控制器102。
37.从控制器102用于接收来自主控制器101的io设置信息，根据io设置信息设置io状态。
38.在一些实施例中，如图3所示，主控制器101可以包括第一通信模块301、第二通信模块302以及第一控制模块303。
39.如图3所示，第一通信模块301通过ethercat总线与第一主站201耦合，第二通信模块302通过第一通信总线与多个从控制器102耦合。
40.第一通信模块301用于获取第一主站201上的io设置信息，以及将写入本地的io状
态信息发送给第一主站201。
41.第二通信模块302用于获取从控制器上的io状态信息，以及将写入本地的io设置信息发送给从控制器102。
42.第一控制模块303用于从第一通信模块301上读取io设置信息，将io设置信息写入第二通信模块302。
43.第一控制模块303还用于从第二通信模块302上读取io状态信息，将io状态信息写入第一通信模块301。
44.下面来具体介绍的第一通信模块301和第二通信模块302。
45.在一些实施例中，如图4所示，第一通信模块301可以包括：esc通信模块401、esc存储模块402以及收发模块403。
46.如图4所示，esc通信模块401与esc存储模块402耦合，且esc通信模块401与收发模块403耦合。
47.esc通信模块401用于获取第一主站201上的io设置信息，以便第一控制模块303从esc通信模块401上读取io设置信息，以及用于存储第一控制模块303写入本地的io状态信息。
48.esc存储模块402，用于存储第一主站201的第一主站信息。在此情况下，esc通信模块401还用于：根据第一主站信息将写入本地的io状态信息发送给第一主站201。第一主站信息例如第一主站的地址或标识。
49.收发模块403，设置在esc通信模块和ethercat总线之间，用于电信号隔离。
50.第一控制模块303可以周期性地从esc通信模块401上读取io设置信息，并周期性地将io状态信息写入esc通信模块401。
51.esc通信模块401可以根据总线存储器管理单元(fieldbus memory management units，fmmu)和同步管理器(syncmanagers，sm)配置。esc通信模块401提取ethercat数据帧的io设置信息等数据，并被写入io状态信息等数据。
52.io设置信息例如与设置io相关的信息，例如设置io接口打开或关闭的信息。
53.io状态信息例如表示io接口当前是打开状态或是关闭状态的信息。
54.第一通信总线为rs485总线的情况下，esc通信模块401可以是lan9252芯片。
55.在一些实施例中，如图4所示，第二通信模块302可以包括：io通信模块404和第一转换模块405。io通信模块404和第一转换模块405耦合。
56.在一些实施例中，在第一通信总线为rs485总线的情况下，第一转换模块405可以是485转换器。
57.io通信模块404，用于通过第一转换模块405接收来自从控制器102上的io状态信息，以及将写入本地的io设置信息通过第一转换模块405发送给对应的从控制器102。
58.第一转换模块405，用于对电信号的格式进行转换，以便io通信模块404接收到的来自从控制器102上的io状态信息能够被io通信模块404识别、以及io通信模块404发送给对应的从控制器102的io设置信息能够被从控制器102识别。
59.io通信模块404可以周期性读取各从控制器102的io状态信息，并将从控制器102的io设置信息写入第一转换模块405。
60.第一通信总线为rs485总线的情况下，esc通信模块401可以是g9001a芯片，第一转
换模块405进行电信号的转换例如可以是将接收到的电信号转换为对应的差分信号。
61.在一些实施例中，第一控制模块303还用于：配置io通信模块404的通信速率。
62.在一些实施例中，如图4所示，主控制器101还包括第一电源模块406。第一电源模块406用于为主控制器101提供电能。
63.如图4所示，第一电源模块406可以与第一控制模块303耦合。
64.在一些实施例中，如图5所示，从控制器102包括第二控制模块501、第三通信模块502、以及io隔离模块503。
65.第三通信模块502通过第一通信总线与主控制器101耦合。
66.第三通信模块502用于接收来自主控制器101的io设置信息并将其发送给第二控制模块501、以及通过第二控制模块501获取io状态信息并将其发送给主控制器101。
67.第二控制模块501用于接收第三通信模块502发送的io设置信息，根据io设置信息向io隔离模块发送io状态控制指令。
68.io隔离模块503用于根据io状态控制指令设置io状态。
69.示例地，io隔离模块503为8入8出的并行io接口。
70.在一些实施例中，如图6所示，第三通信模块502包括：第二转换模块5021和标识信息模块5022。
71.第二转换模块5021通过第一通信总线与主控制器101耦合。
72.第二转换模块5021，用于对电信号的格式进行转换，以便第二控制模块501接收到的来自主控制器101的io设置信息能够被第二控制模块501识别、以及主控制器101从第二控制模块上获取的io状态信息能够被主控制器101识别。
73.标识信息模块5022用于设置从控制器102的标识信息，以便主控制器102根据该标识信息将对应的io设置信息发送给该从控制器102。
74.从控制器102的地址信息例如从控制的id(identity document)，在此情况下，标识信息模块5022支持8位的拨码开关。
75.在一些示例中，在第一通信总线为rs485总线的情况下，第一转换模块405可以是485转换器。
76.如图6所示，从控制器102还包括第二电源模块504。第二电源模块504用于为从控制器102提供电能。
77.如图6所示，第二电源模块504可以与第二控制模块501耦合。
78.可以理解的是，图4中所列举的第一通信模块301和第二通信模块302、以及图6中第三通信模块502中各模块的设置仅仅是示例性的。具体实施中，可以根据实际需要将相应的模块进行合并或者将一个模块拆分成多个相应的模块，只要能够实现对应的模块功能即可。
79.本技术实施例中，输入输出控制装置包括主控制器和多个从控制器，主控制器通过第一通信总线与多个从控制器耦合，主控制器还通过ethercat总线与第一主站耦合；主控制器用于获取从控制器上的io状态信息并将其反馈给第一主站、以及获取第一主站上的io设置信息并将其发送给对应的从控制器；从控制器用于接收来自主控制器的io设置信息，根据io设置信息设置io状态。本技术实施例中，从控制器对应io点，多个从控制器通过第一通信总线与主控制器耦合，并通过主控制器与主站耦合，主控制器可以扩展出多个从
控制器，有效提升了自动化生产线现场中ethercat总线应用的扩展性，且避免了使用网线来连接众多从站的io模块，从而有效解决了现有技术中使用网线来连接众多从站的io模块的过程中存在的布线难度大、布线要求高以及成本高的问题，简化了布线过程并有效降低成本。
80.本技术实施例中，在第一通信总线采用rs485总线的情况下，可有效利用ethercat总线并行特性，在需要布置较多io点且需要io点运动的场景下，利用rs485总线有效合理地进行布线并降低成本。一个主控制器对应第一主站的一个第一从站，可最多扩展1024个io点，响应周期在2ms以内。
81.本技术实施例还提供一种输入输出控制系统。如图7所示，输入输出控制系统70包括上述实施例中的任一种输入输出控制装置100，以及第一主站201。
82.第一主站201例如包括可编程逻辑控制器(programmable logic controller，plc)。
83.输入输出控制装置100中的主控制器101通过ethercat总线与第一主站201耦合。
84.在一些实施例中，如图8所示，输入输出控制系统60还包括第二主站(图8中未示出)对应的第二从站801，第二从站801通过ethercat总线与主控制器101和多个从控制器102中的各从控制器102耦合。
85.第二从站801的数量可以是一个或多个。即：第二主站对应的第二从站包括：第二主站(图8中未示出)对应的从站中一个或多个从站作为第二从站801。第二从站801通过ethercat总线与主控制器101和多个从控制器102中的各从控制器102耦合。
86.当然，可以理解的是，第二主站的数量可以是多个。只要是与第一主站不同的主站都为第二主站。
87.示例地，第二主站包括第一目标主站、第二目标主站、第三目标主站
……
第n目标主站。n为自然数且n》0。如图9所示，输入输出控制系统70可以包括第一目标主站对应的从站中一个或多个第一目标从站901，第二目标主站对应的从站中一个或多个第二目标从站902
……
第n目标主站对应的从站中一个或多个第n目标从站903。需要说明的是，图9中仅示例性示意出一个第一目标从站901、一个第二目标从站902
……
一个第n目标从站903的情况。
88.本技术实施例中的输入输出控制系统包括上述实施例中的任一种输入输出控制装置，本技术实施例中的输入输出控制系统所能够实现的有益效果可以参见上述实施例中关于输入输出控制装置的有益效果的对应描述，此处不再赘述。
89.本技术可以是系统和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本技术的各个方面的计算机可读程序指令。
90.计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式压缩盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能盘(dvd)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算
机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
91.这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
92.用于执行本技术操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如smalltalk、c 等，以及常规的过程式编程语言—诸如“c”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本技术的各个方面。
93.这里参照根据本技术实施例的装置(系统)和计算机程序产品的框图描述了本技术的各个方面。应当理解，框图的每个方框以及框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
94.这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
95.也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
96.附图中的框图显示了根据本技术的多个实施例的系统和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中
所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图中的每个方框、以及框图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。对于本领域技术人员来说公知的是，通过硬件方式实现、通过软件方式实现以及通过软件和硬件结合的方式实现都是等价的。
97.以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本技术的范围由所附权利要求来限定。