CN102340781B - 用于运行自动化网络的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行具有至少一个第一无线通信网络(402)和第二无线通信网络(404)的自动化网络(400)的方法，其中，第一和/或第二无线通信网络可以处于第一状态中或者第二状态中，其中，在第一状态中，该第一和/或第二无线通信网络在数据传输(204)前检查(202.a-d)各自频率范围的干扰情况，并且只有在各自频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输，其中，在第二状态中，第一和/或第二无线通信网络在不预先检查各自频率范围的情况下就传输数据(200.a-f；300.a-b)。

Description

用于运行自动化网络的方法

技术领域

本发明涉及：一种工业自动化网络；尤其是一种用于运行具有至少一个第一无线通信网络和第二无线通信网络的自动化网络的方法；一种无线通信网络；一种自动化网络和一种计算机能读取的存储介质。

背景技术

为了建立一个自动化网络可以使用多个通信网络。该通信网络可以是无线的。在这种情况下必须注意，不能让无线通信网络在通信过程中相互干扰。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种改进的用于运行自动化网络的方法。此外，本发明的其它目的在于，提供一种改进的无线通信网络、一种改进的自动化网络和一种改进的用于这种通信网络的存储介质和这样一种自动化网络。

本发明的这些目的分别利用独立权利要求所述的特征得以实现。本发明的实施方式在从属权利要求中给出。

自动化网络例如可以包括有线的通信组件和/或无线的通信组件。一种自动化网络包括至少一个自动化装置。自动化装置例如可以是计算机、PC和/或具有控制任务或者说控制能力的控制器。自动化装置尤其可以是例如工业自动化装置，其例如可以特别地设计、设定和/或设置用于控制和/或调节工业设备。特别地，这种自动化装置或者说工业自动化装置可以有实时能力，就是说能够实时地进行控制或者调节。为此，自动化装置或者说工业自动化装置例如可以包括实时操作***，和/或至少此外还支持用于通信的有实时能力的通信协议(例如Profinet自动化总线、Profibus现场总线、Real-Time-Ethernet实时以太网)。

工业自动化装置例如可以是：可编程控制器；可编程控制器的一个模块或者一部分；集成到计算机或者PC中的可编程控制器以及相应的现场设备；传感器和/或执行器；输入设备和/或输出设备或者用于连接在可编程控制器上的类似装置，或者包括上述这些装置。

为了构造一个自动化网络可以使用多个通信网络。这些通信网络可以是无线的。在这种情况下必须注意，不能让无线通信网络在通信过程中相互干扰。

一个自动化网络包括多个传感器和执行器。这些执行器和传感器被至少一个控制装置所控制。执行器、传感器和至少一个控制装置相互之间交换数据。为了交换数据使用自动化协议。至少一个控制装置这样控制执行器、传感器和数据交换，即，完成一个机械的制造工艺流程，在这个流程中例如生产出一种产品。

在自动化网络中进行数据传输在自动化协议的帮助下完成。从本发明的意义上来说，自动化协议应理解为每种根据本说明设置、适于和/或设定用于与自动化装置的组件进行通信的协议。这种自动化协议例如可以是现场总线协议(例如遵从IEC61158/EN50170标准)、Profi-Bus-DP协议、Profi-Bus-PA协议、Profi-Net协议，Profi-Net-IO协议，符合AS-Interface总线***的协议、符合IO-Link的协议、KNX协议、符合多点通信接口(MPI)的协议、用于点对点桥接(PtP)的协议、遵从S7通信规则的协议(其例如设置和设定用于与西门子公司的可编程控制器进行通信)或者还有工业以太网协议或者实时以太网协议，或者其他用于与自动化设备进行通信的特殊协议。从本说明书的意义来说，自动化协议也可以设置为上述协议的任意组合。

根据本发明，提供一种用于运行自动化网络的方法，自动化网络具有至少一个第一和第二无线通信网络。第一无线通信网络在空间上的无线电覆盖范围与第二无线通信网络在空间上的无线电覆盖范围至少部分地重叠。第一无线通信网络至少在第一频率范围的部分范围中传输数据，并且第二无线通信网络至少在第二频率范围的部分范围中传输数据。第一频率范围和第二频率范围至少部分地重叠。第一无线通信网络和/或第二无线通信网络可以处于第一状态中或者第二状态中。在第一状态中，第一和/或第二无线通信网络在数据传输前检查各自频率范围的干扰情况。只有在各自频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输。在第二状态中，第一和/或第二无线通信网络在不预先检查各自频率范围的情况下就传输数据。

也就是说，如果通信网络处于第二状态中，其在不考虑各自频率范围中可能存在的干扰的情况下就发送数据。在第一状态中，只有在各自频率范围中没有探测到干扰时，各自通信网络才会发送数据。通信网络在第一状态中于是就避免了在两个无线通信网络之间进行无线通信时的冲突，为此，当数据传输可能被至少另一个通信网络所干扰时，或者在至少另一个通信网络中进行数据传输可能造成干扰时，就不传输数据。“干扰”在这里尤其是也被理解为，一个通信网络中的数据传输被另一个通信网络中的数据传输例如通过干涉所干扰。有可能会发生这种情况，这是因为第一频率范围和第二频率范围至少部分地重叠。

处于第二状态中的网络在不预先检查各自频率范围的情况下传输数据。所以人们有可能更优先选择一个在第二状态中的通信网络。更优选的通信网络在不考虑可能存在的干扰的情况下就传输数据。

根据本发明的实施方式，第一无线通信网络和/或第二无线通信网络的状态在建立各自网络期间被确定。也就是说，在设计自动化网络时确定状态。

根据本发明的实施方式，第一通信网络和/或第二通信网络的状态在第一通信网络和/或第二通信网络运行期间被改变。这种改变可以手动地或者自动地通过自动化网络的一个组件实现。

根据本发明的实施方式，第二通信网络是确定性通信网络，并且处于第二状态中。第一通信网络处于第一状态中。确定性通信网络是这样的网络，即，在其中重要的是，数据在一个确定的时间点到达数据的接收器。在自动化网络中例如有必要的是，执行器或者传感器必须在一个确定的时间点实施一个特定的行为，从而让该自动化网络在生产流程的意义上运转。如果数据应该在另一个时间点到达执行器或者传感器，这就可能导致机器生产流程中发生重大问题。确定性通信网络也可以被称为等时循环通信网络。因此，确定性通信网络是更优选的，这是因为在这里准时的数据传输更重要。如果确定性通信网络处于第一状态中，那么就有可能不发生数据传输，这是因为在第二频率范围中探测到干扰。就像上面已经提到的那样，这有可能导致自动化网络和所属的机器生产流程中发生重大问题。

通常情况下，确定性通信网络有一个小的占空比。这意味着，以小的频繁度传输数据。通信网络的占空比表示数据传输所用的时间在通信网络的整个运行时间中所占的百分比。例如1％的占空比表示，该确定性通信网络使用了百分之一的总共供支配的时间传输数据。例如这意味着，每100秒中有1秒在传输数据。优选地，第二通信网络有低于1％的占空比。

根据本发明的实施方式，第一频率范围的部分范围和/或第二频率范围的部分范围包括少于90％的各自频率范围。这意味着，第一和第二频率范围虽然至少部分地重叠，但是对于用于传输数据的那部分范围不一定非要这样。如果这些部分范围不重叠，就有可能在两个网络中同时发生数据传输，而不会相互干扰数据传输。在这种情况下，就不需要放弃这两个通信网络中任一个通信网络中的数据传输。由于确定性通信网络是更优选的，从而防止了不必要地停止在确定性通信网络中的数据传输。有时候，处于第一状态中的第一通信网络中的数据传输有可能不必要地停止。然而这样的后果波及范围更小，这是因为第一通信网络不是确定性通信网络。

所以在本发明的实施方式中具有优点的是，可以比在现有技术中的通信网络中更好地利用所提供的频谱。通信网络的各个通道可能会部分地重叠，然而不会让确定性通信网络中的数据传输不必要地停止。因为该确定性通信网络通常有低于1％的占空比，因此在第一网络中的数据传输过程中很少出现干扰。如果探测到了这种干扰，那么在第一网络中不会传输数据，从而不会也干扰到确定性通信网络。

根据本发明的实施方式，为了检查第一频率范围和/或第二频率范围，使用各自通信网络的接收器。各个网络的接收器设计用于接收各自频率范围的信号。于是它也接收各自频率范围中的可能出现的干扰。也就是说，这些被接收到的干扰可以通过接收器被探测到。

根据本发明的实施方式，第一无线通信网络把第二无线通信网络在第一频率范围中的数据传输探测为干扰，并且第二无线通信网络把第一无线通信网络在第二频率范围中的数据传输探测为干扰。

在另一个方面，本发明涉及一种无线通信网络。该无线通信网络具有用于在频率范围的部分范围中进行无线传输的装置。该无线通信网络还具有用于确定无线通信网络在第一状态中还是在第二状态中的装置。该无线通信网络设计用于，在第一状态中，在数据传输前检查频率范围的干扰情况，并且只有在该频率范围中没有探测到干扰时，才进行无线通信。该无线通信网络还设计用于，在第二状态中，在不预先检查频率范围的情况下就进行无线通信。

在另一个方面，本发明涉及一种自动化网络，包括至少一个第一无线通信网络和第二无线通信网络。第一和第二无线通信网络至少部分地在空间上重叠。第一无线通信网络设计用于至少在第一频率范围的部分范围中传输数据，并且所述第二无线通信网络设计用于至少在第二频率范围的部分范围中传输数据。该第一和/或第二无线通信网络包括用于确定各个无线通信网络在第一状态中还是在第二状态中的装置。该第一和/或第二无线通信网络设计用于，在第一状态中，在数据传输前检查各自频率范围的干扰情况，并且只有在该各自频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输。该第一和/或第二无线通信网络还设计用于，在第二状态中，在不预先检查各自频率范围的情况下就传输数据。

在另一个方面，本发明还涉及一种具有指令的计算机能读取的存储介质，这些指令在无线通信网络中执行时，让该无线通信网络执行以下方法流程：

无线通信网络至少在频率范围的部分范围中传输数据。无线通信网络能处于第一状态中或者第二状态中。在第一状态中，无线通信网络在数据传输前检查频率范围的干扰情况，并且只有当在该频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输。在第二状态中，该无线通信网络在不预先检查频率范围的情况下就传输数据。

在另一个方面，本发明还涉及一种具有指令的计算机能读取的存储介质，这些指令在一个具有至少一个第一无线通信网络和第二无线通信网络的自动化网络中执行时，让该自动化网络执行以下方法流程。第一和第二无线通信网络在空间上重叠。第一无线通信网络至少在第一频率范围的部分范围中传输数据，并且第二无线通信网络至少在第二频率范围的部分范围中传输数据。第一和/或第二无线通信网络可以处于第一状态中或者第二状态中。在第一状态中，第一和/或第二无线通信网络在数据传输前检查各自频率范围的干扰情况，并且只有当在各自频率范围中没有探测到干扰时，才传输数据。在第二状态中，第一和/或第二无线通信网络在不预先检查先前的频率范围的情况下就传输数据。

存储介质可以是光存储介质、磁性存储介质、数字式存储介质。此外，它还可以是旋转式存储介质。即可以是存储卡、U盘和/或硬盘。

附图说明

下面，参照附图更详细地阐述本发明的实施方式。图中示出：

图1是第一无线通信网络和第二无线通信网络的频率范围的图解示图，它们具有至少部分地相互重叠的频率范围；

图2是在第一通信网络中和在第二通信网络中传输信号的示意图；

图3是两个通信网络传输信号的示意图；和

图4是一个具有两个无线通信网络的自动化网络的框图。

以下附图的相互一致的元件用相同的附图标记来标识。

具体实施方式

图1是第一无线通信网络的第一通道100和第二无线通信网络的第二通道106的示意图解视图。该第一无线通信网络例如可以是局域无线网，并且第二无线通信网络例如可以是符合IEEE802.15.4标准的无线通信网络，例如ZigBee。图表的X轴表示所提供的频谱，并且Y轴表示分别对于该通道所允许的最高信号强度，以分贝为单位。此外，在图1中示出了其他通道102，104，108，110，112，它们可能属于其他无线网络。

第一无线通信网络的第一通道100至少部分地与第二无线通信网络的第二通道106重叠。通道在这里也可以称为频率范围，这是因为一个特定的通道于对应一个特定的频率范围。

第一无线通信网络的第一通道100包括第二无线通信网络的第二通道106的全部频率范围。第二无线通信网络的第二通道106包括第一无线通信网络的第一通道100的低于10％的频率范围。

在两个通道100或106中的任一个通道中传输数据时，可能干扰另一个通道100或106中的数据传输，这是因为由于频率范围重叠而可能造成干涉。

图2是两个通道100和106中数据传输的时间轴t的示意图。在上方示出的是通道106中的数据传输，在下方示出的是通道100中的数据传输。

具有通道106的第二通信网络在这里处于第一状态中，即比具有通道100的第一网络是更优选的。这意味着，通过通道106进行的数据传输总是在发生，而不考虑通道100中的数据传输。第二通信网络的第二通道106中的数据传输在图2中用参考标号200.a至200.f标出。

具有第一通道100的第一通信网络处于第二状态中，即不如第二通信网络有优势。在第一通信网络中通过通道100传输数据之前，总是要检查通道100是否存在干扰。在这里同样地，把第二通信网络通过第一通道100传输数据探测为干扰。为了检查通道100的干扰情况，第一通信网络中的发射器也包括接收单元(未示出)，其中，该接收单元分别在数据传输前被用来探测可能存在的干扰。检查通道100可能存在的干扰在图2中用参考标号202.a至202.d标注。

在对第一通道100进行第一次检查202.a时，第二无线通信网络的通道106中没有发生数据传输。因此，紧随这次检查202.a之后，通过第一无线通信网络的第一通道100进行数据传输204。在这次数据传输204期间，同样在第二无线通信网络的第二通道106中进行数据传输200.a。因为第二无线通信网络处于第一状态中，所以在数据传输200.a之前不检查通道106是否有可能存在的干扰。

在第一无线通信网络的第一通道100的第二次检查202.b期间，在第二无线通信网络的第二通道106中发生数据传输200.b。因此，放弃了在第一无线通信网络的第一通道100中的数据传输。这次数据传输200.b在进行检查202.b期间被探测为通道100的干扰。因为第一无线通信网络处于第一状态中，所以在这种情况下放弃数据传输。随后，在第一无线通信网络的第一通道100进行下一次检查202.c之前，等待一个时间间隔206。在这次检查202.c期间，再次在第二无线通信网络的通道106中发生数据传输202.c。然后在第一无线通信网络的第一通道100中又放弃数据传输，并且等待一个比第一时间间隔206更长的第二时间间隔208。在第四次检查202.d时，又在第二无线通信网络的第二通道106中发生数据传输200.e，然后在第一无线通信网络中再次等待一个时间间隔210。

图3是在第一和第二无线通信网络中传输数据的示意图。第二无线通信网络的第二通道106中的数据传输如图2中在上方所示，并且第一无线通信网络的第一通道100中的数据传输如图2中在下方所示。

前三次检查202.a，202.b，和202.c对应图2中的检查202.a，202.b，和202.c。在检查202.b和202.c之间又等待一个时间间隔206。在进行检查202.a后，在第二无线通信网络的第二通道106中发生数据传输204。在第二无线通信网络的第二通道106中，在图3中所示的全部时间段内，数据传输200.a至200.f类似于图2进行。

在对第一无线通信网络的第一通道100进行检查202.c后，并且在第二无线通信网络的第二通道106中进行数据传输200.c后，第一无线通信网络的状态改变。第一无线通信网络现在处于更优选的第二状态中。这就是说，在进行检查202.c后，在第一无线通信网络中不再对第一通道100继续进行检查。通过第一通道100的数据传输不取决于第二通道106中的数据传输而发生。于是避免了不必要地停止数据传输。例如，数据传输300.a至少部分地与数据传输200.d同时发生，并且数据传输300.b与数据传输200.f同时发生。于是也可以让两个通信网络都处于更优选的状态中。

图4是一个具有一个无线通信网络402和一个第二无线通信网络404的自动化网络400的框图。这两个无线通信网络402和404可以根据相同的或不同的无线通信标准、例如WLAN或者ZigBee运行。这两个无线通信网络402和404在它们的空间上的无线电覆盖范围中部分地相互重叠。

每个无线通信网络402和404都具备一个中央网络元件406。该中央网络元件406具备带有程序408的数据存储器410和处理器412。此外，每个中央网络元件406都具备数据接收装置416和数据发射装置418。数据发射装置418设计用于向网络组件414传输数据。这例如可以是自动化数据，这些数据让该网络组件414传输数据和/或执行一个行动。中央网络元件406的数据接收装置416设计用于从网络组件414接收数据。该数据例如可以是被网络组件414测量出来的数据。数据接收装置416同样地用于探测各自无线通信网络402或404的网络通道的干扰情况。

在运行时，通过处理器412确定各自无线通信网络402或404的状态。这例如可以通过用户手动地确定得以实现，或者自动地由处理器通过执行程序408进行。处理器通过执行程序408控制中央网络元件406的数据传输。根据该无线通信网络402或404的状态，在相关通道传输数据前检查干扰的情况，为此，数据接收装置416接收相关频率的信号。处理器412针对干扰情况对所接收到的信号进行分析。干扰情况例如可以是在另一个无线通信网络中发生数据传输。

参考标号表

100第一无线通信网络的第一通道

102通道

104通道

106第二无线通信网络的第二通道

108通道

110通道

112通道

200.a-f数据传输

202.a-d检查

204数据传输

206时间间隔

208时间间隔

210时间间隔

300.a-b数据传输

400自动化网络

402无线通信网络

404无线通信网络

406中央网络元件

408程序

410数据存储器

412处理器

414网络组件

416数据接收装置

418数据发射装置

Claims (13)

1.一种用于运行具有至少一个第一无线通信网络(402)和第二无线通信网络(404)的自动化网络(400)的方法，

其中，所述第一无线通信网络在空间上的无线电覆盖范围与所述第二无线通信网络在空间上的无线电覆盖范围至少部分地重叠，

其中，所述第一无线通信网络至少在第一频率范围(100)的部分范围中传输数据，并且所述第二无线通信网络至少在第二频率范围(106)的部分范围中传输数据，其中，所述第一和所述第二频率范围至少部分地重叠，

其中，所述第一和/或所述第二无线通信网络可以处于第一状态中或者第二状态中，

其中，在所述第一状态中，所述第一和/或所述第二无线通信网络在数据传输(204)前检查(202.a-d)各自频率范围的干扰情况，并且只有在所述各自频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输，

其中，在所述第二状态中，所述第一和/或所述第二无线通信网络在不预先检查所述各自频率范围的情况下就传输数据(200.a-f；300.a-b)，

其中，在运行所述第一和/或所述第二无线通信网络期间，可以改变各自无线通信网络的状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和/或所述第二无线通信网络的状态在建立各自无线通信网络期间被确定。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第二无线通信网络是确定性通信网络，并且处于所述第二状态中，并且其中所述第一无线通信网络处于所述第一状态中。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一频率范围的所述部分范围和/或所述第二频率范围的所述部分范围包括少于90％的所述各自频率范围。

5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述第一频率范围的所述部分范围和/或所述第二频率范围的所述部分范围包括少于90％的所述各自频率范围。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，为了检查所述第一和/或所述第二频率范围，使用所述各自无线通信网络的接收器(416)。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，为了检查所述第一和/或所述第二频率范围，使用所述各自无线通信网络的接收器(416)。

8.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一无线通信网络把所述第二无线通信网络在所述第一频率范围中的数据传输探测为干扰，并且所述第二无线通信网络把所述第一无线通信网络在所述第二频率范围中的数据传输探测为干扰。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第一无线通信网络把所述第二无线通信网络在所述第一频率范围中的数据传输探测为干扰，并且所述第二无线通信网络把所述第一无线通信网络在所述第二频率范围中的数据传输探测为干扰。

10.一种无线通信网络，

其中，所述无线通信网络具有用于在频率范围的部分范围中进行无线数据传输的装置(418)，

其中，所述无线通信网络包括用于确定所述无线通信网络在第一状态中还是在第二状态中的装置(412)，

其中，所述无线通信网络设计用于，在所述第一状态中，在数据传输前检查频率范围的干扰情况，并且只有在所述频率范围中没有探测到干扰时，才进行无线通信，

其中，所述无线通信网络设计用于，在所述第二状态中，在不预先检查所述频率范围的情况下就进行无线通信，

其中，在运行所述无线通信网络期间，可以改变各自无线通信网络的状态。

11.根据权利要求10所述的无线通信网络，

其中，所述无线通信网络设计并设定用于实施根据权利要求1至9中任一项所述的方法。

12.一种自动化网络(400)，包括至少一个第一无线通信网络(402)和第二无线通信网络(404)，其中，所述第一和所述第二无线通信网络至少部分地在空间上重叠，

其中，所述第一无线通信网络设计用于至少在第一频率范围的部分范围中传输数据，并且所述第二无线通信网络设计用于至少在第二频率范围的部分范围中传输数据，

其中，所述第一和/或所述第二无线通信网络包括用于确定各个无线通信网络在第一状态中还是在第二状态中的装置，

其中，所述第一和/或所述第二无线通信网络设计用于，在所述第一状态中，在数据传输前检查各自频率范围的干扰情况，并且只有在所述各自频率范围中没有探测到干扰时，才进行数据传输，

其中，所述第一和/或所述第二无线通信网络还设计用于，在所述第二状态中，在不预先检查所述各自频率范围的情况下就传输数据，

其中，在运行所述第一和/或所述第二无线通信网络期间，可以改变各自无线通信网络的状态。

13.根据权利要求12所述的自动化网络，其中，所述自动化网络设计并设定用于实施根据权利要求1至10中任一项所述的方法。